Исследование местных эффективных утеплителей для строительных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Высшего и Среднего Специального Образования

Республики Узбекистан

Ферганский политехнический институт

Строительный факультет

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание степени магистра строительства

Специальность 5А340201 - “Бино ва иншоотлар ?урилиши (энергия самарали биноларни лойи?алаш)”

Исследование местных эффективных утеплителей для строительных конструкций

Субханкулова Аза Валерьевна

Научный руководитель

доц. кафедры «БИКГКК»

Гончарова Н.И.

Фергана - 2014



АННОТАЦИЯ МАГИСТРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ

Субханкуловой А.В.”Исследование местных эффективных утеплителей для строительных конструкций»

Актуальность темы: Проблемы энергосбережения, экологической безопасности и теплозащиты зданий поставили перед многими отраслями народного хозяйства ряд неотложных задач, среди которых решающую роль играет создание новых теплоизоляционных материалов и производств, обеспечивающих их выпуск. Наиболее эффективными теплоизоляционными материалами являются ячеистые бетоны, в частности газобетоны, которые обладают низким коэффициентом теплопроводности и изготовляются из дешевого исходного сырья.

Цель и задачи работы: является изучение местных эффективных утеплителей для строительных конструкций с регулируемой структурой и улучшенными строительно-техническими свойствами, позволяющими получить однородную структуру и более полно использовать прочностные характеристики теплоизоляционного бетона неавтоклавного твердения.

Объект и предмет исследований: неавтоклавный газобетон с золами ТЭС. бетон утеплитель строительный

Методология и методы исследований: методологическую основу составляет рабочая гипотеза (если цементо-зольное вяжущее, получаемое на основе цемента и золы ТЭС, активизировать и модифицировать в процессе помола химической добавкой, то совместно с плотной смесью золы можно получить неавтоклавный газозолобетон оптимальной структуры с комплексом требуемых физико-технических и эксплуатационных свойств) и методы теоретических и экспериментальных исследований неавтоклавного газобетона.

Степень научной новизны результатов исследований:

- теоретически показана возможность получения эффективных утеплителей с отходами производств;

- обоснован состав композиции для неавтоклавного газобетона, включающий цемент, буроугольную золу и полифункциональную добавку

- выявлены закономерности протекания процессов структурообразования при твердении предложенной разработки.

- разработка, включающая портландцемент, буроугольную золу ТЭС, полифункциональную добавку обеспечивают: снижение оптимального количества воды затворения при увеличении высоты вспучивания массива; увеличение пластической прочности газобетонного массива при сокращении времени ее достижения по сравнению с цементно-песчаным газобетоном;

- компенсацию избыточных деформаций расширения золоцементного камня за счет обменных реакций между составляющими золы и химическими добавками; получение теплоизоляционного неавтоклавного газобетона с пониженными средней плотностью и коэффициентом теплопроводности при соответствии всех остальных характеристик требованиям ГОСТ21520 и 25485.

Практическая значимость и внедряемость результатов исследований: разработанная технология получения эффективного неавтоклавного газобетона позволит расширить перечень местных эффективных утеплителей строительных конструкций и область их применения на строительных объектах.

Внедрение работ: на строительном полигоне опробировано производство газозолобетонных теплоизоляционных неавтоклавных изделий и разработаны рекомендации

Основные результаты по выполненной работе: Разработан и исследован местный эффективный утеплитель - неавтоклавный газозолобетон с плотностью 300-900 кг/м³ с нормативными прочностными свойствами, а также с прочностью повышенной на 10% по сравнению с требованиями ГОСТа.

Общие выводы и предложения:

· проблема поиска эффективных местных утеплителей может быть решена получением неавтоклавного газобетона с отходами теплоэнергетики - золами ТЭС;

· получение слитной структуры ячеистого бетона с заданными свойствами возможно созданием его оптимальной пористой структуры;

· характеристикой, определяющей гидравлическую активность золы является её фазовый состав. К основным гидравлически активным компонентам низкокальциевых буроугольных зол относятся шлакозольное стекло и амофизованное глинистое вещество.

· Зола вводится в ячеистый бетон в качестве мелкого пористого заполнителя;

· эффективным технологическим приёмом снижения негативного проявления золы и повышения реологических, прочностных и деформативных свойств ячеистых является введение полимерной добавки К-9;

· на основе алюминиевой пудры и добавки К-9 (водорастворимая полифункциональная акрилатного действия добавка - отход производства нитронного волокна) в количестве 0,002% от массы пудры разработан комплексный газообразователь. Добавка К-9 усиливает газообразующую способность алюминиевой пудры и позволяет её экономить;

· применение комплексного газообразователя способствует преобразованию неравномерно распределенных в бетоне крупных воздушных пор во множество мелких воздушных пузырьков сферической формы диаметром 50 мк и менее - сфероидов и получить достаточно однородную зернистость пор;

· на основе комплексного газообразователя получен газозолобетон, для которого характерно снижение средней плотности на 100-150 кг/м³;

· при разработке ячеистого бетона - газозолобетона наиболее целесообразен общий метод проектирования оптимального состава искусственных строительных конгломератов;

· ускоренную обработку газозолобетона рекомендовано проводить в гелиокамерах;

· исследование физико-механических характеристик неавтоклавного газозолобетона бетона показывает, что наибольшими значениями прочности обладают бетоны оптимальных структур, а присутствие золы и добавки К-9 в составе бетона оптимальной структуры приводит к увеличению на 12% начального модуля упругости;

· морозостойкость газозолобетона за счет создания мелкопористой структуры с преобладанием замкнутых пор имеет достаточно высокие значения. Бетон класса В оптимальной структуры выдержал более циклов попеременного замораживания и оттивания;

· теплопроводность газозолобетона находится в пределах 0,2-0,35 Вт/м^оС, что отвечает требованиям к теплоизоляционным бетонам;

· анализ данных исследований показывает, что при изготовлении газозолобетона можно наблюдать основные закономерности, которые выражаются законом створа общей теории искусственных строительных конгломератов: оптимальной структуре соответствует комплекс экстремальных свойств - наиболее благоприятных свойств конгломерата;

· использование золы ТЭС, полифункциональной добавки (К-9) в неавтоклавном газозолобетоне улучшает их влажностный, теплотехнический и другие эксплуатационные режимы, повышает долговечность, позволяет экономить топливно-энергетические ресурсы и получать неавтоклавный ячеистый бетон, прочность которого сопоставима с прочностью автоклавного бетона.

Научный руководитель: __________ ^(имзо)

Магистрант: __________ ^(имзо)



ВВЕДЕНИЕ

В планах развития народного хозяйства Республики Узбекистан предусматривается более эффективное использование капитальных вложений в области строительства, снижение трудоёмкости и стоимости строительства за счёт улучшения планирования и организации строительства. Большое внимание уделяется вопросам повышения производительности труда, а также качеству и надёжности возводимых объектов [1].

Строительство переведено на более совершенные принципы планирования и экономического стимулирования, которые позволили включить в действие многие резервы, упорядочить проектно-сметное дело, улучшить качество возводимых объектов [4].

Главное внимание обращается на повышение эффективности капитальных вложений, совершенствованию их воспроизводственной и технологической структуры. Концентрация материальных, финансовых и трудовых затрат должна быть направлена на техническое перевооружение и реконструкцию действующих предприятий и сооружений, определяющих научно-технический прогресс [2].

В выступлении Президента Республики Узбекистан Ислама Каримова на открытии международной конференции «Современное жилищное строительство как локомотив комплексного развития и преобразования села, улучшения качества жизни населения» были отмечены важные аспекты касающиеся современного жилищного строительства: «Жилищное строительство и развитие связанных с ним отраслей экономики сегодня являются одним из важных звеньев формирования и устойчивого развития финансовой системы, источником надежной ресурсной базы и активов банков…..Достаточность объема кредитных ресурсов не становится, к сожалению, импульсом и стимулом для оживления экономики в силу многих обстоятельств, и в первую очередь - нерешенности тех серьезных проблем, которые привели к глобальному финансовому и экономическому кризису 2008 года. В этих условиях жилищное строительство и сопутствующая ему инфраструктура - коммунальный и социальный сектор, транспортные и коммуникационные сети, производство современных строительных материалов и конструкций - становится тем направлением, которое может и должно служить в качестве одной из самых восприимчивых и эффективных сфер приложения капитала и инвестиций, а также решения одной из сложнейших и болезненных социальных проблем - занятости населения. Если учесть, что в настоящее время в сельской местности Узбекистана проживает около 50 процентов населения, т.е. около 15 миллионов человек, нетрудно себе представить масштабы и объемы тех непростых задач, которые нам приходится решать сегодня в этой сфере. Необходимо при этом учесть, что в Узбекистане ежегодно только на селе создается более 150 тысяч семей, а всего за годы нашего независимого развития в сельской местности создано свыше 2 миллионов 600 тысяч молодых новых семей, которые испытывают потребность в собственном жилье. В этой связи сегодня становится все более очевидной выдвигаемая самой жизнью задача кардинального пересмотра сложившихся за долгие годы подходов, методов и практики индивидуального жилищного строительства в сельской местности [3]. бетон утеплитель строительный

В соответствии с утвержденными нормативными актами застройка жилых массивов в сельской местности ведется на основе разработанных и одобренных застройщиками типовых проектов одновременно в комплексе с возведением объектов инженерно-коммуникационной, социальной и рыночной инфраструктуры. Обязательным условием является прокладка автомобильных дорог, внутренних коммуникационных сетей - водо-, газо- и энергоснабжения за счет республиканского и местных бюджетов. С учетом численности населения, которое будет проживать на новых жилых массивах, строятся по типовым проектам школы, детские сады, сельские врачебные пункты, торговые объекты и спортивные сооружения. Особого внимания при застройке жилых комплексов, наряду с инженерно- коммуникационной инфраструктурой, заслуживают вопросы организации и внедрения в сельской местности новых видов сервиса и электронных услуг. Узбекистан заинтересован в расширении сотрудничества со всеми международными организациями и финансовыми институтами, зарубежными банками и компаниями, учеными и экспертами в реализации поставленной задачи - кардинальном преобразовании села, дальнейшем последовательном повышении уровня и качества жизни сельского населения». [5].

Выполнение масштабных задач в строительстве не только жилых, но также общественных и промышленных зданий требует разрешения первоочередной проблемы - энергосбережения зданий, создание их тепловой защиты [3]. При этом под тепловой защитой подразумеваются теплозащитные свойства совокупности его наружных и внутренних ограждающих конструкций, обеспечивающих заданный уровень тепловой энергии здания с учетом воздухообмена помещений не выше допустимых пределов. Ограждающие конструкции зданий должны обеспечивать нормируемое сопротивление теплопотере с минимумом теплопроводных включений и герметичностью стыковых соединений в сочетании с надежной пароизоляцией, максимально сокращающих проникновение водяных паров внутрь ограждающих конструкций и исключают возможность накопления влаги в процессе эксплуатации [10].

С учетом особенностей климата Узбекистана (резко континентальный, сухой жаркий климат) необходимо конструировать стеновые ограждающие конструкции домов таким образом, чтобы они обеспечивали нормативные теплотехнические характеристики. В соответствии с действующими нормами, теплотехнические характеристики ограждающих конструкций должны оцениваться по показателям сопротивления теплопотерям, способности пропускать определенное количество воздуха (воздухопроницаемость), а также способности противостоять накоплении влаги в толще конструкции (проницаемость) [9].

Благодаря экономичности на стадии строительства и при эксплуатации зданий, эффективным теплозащитным и конструктивным свойствам, применение ячеистых бетонов в республике становится все более востребованным. Во многих регионах страны наблюдается неудовлетворенный спрос на изделия из ячеистых бетонов. В ближайшие годы эта тенденция будет оставаться неизменной за счет продолжающегося роста потребностей в этом материале. Это связано не только с повышением требований к теплозащите ограждающих конструкций, но и с современными направлениями сельского строительства: строительство малоэтажных индивидуальных домов коттеджного типа, для возведения которых велика потребность в легких, прочных малотеплопроводных материалах для устройства наружных стен, особенно однослойных, с высокими теплоизоляционными свойствами [10]. Кроме того, дефицит традиционных привозных утеплителей (минеральная вата, стекловата и др.) для утепления строительных конструкций требует разработки и применения теплоизоляционных материалов на основе местного сырья. За счет высоких физико-технических свойств и некоторых технологических преимуществ теплоизоляционный ячеистый бетон может широко использоваться для утепления стеновых конструкций, на крышах и полах как тепло- и звукоизоляция, заполнения пустот в кирпичной кладке подземных стен, изоляции в пустотелых блоках и любом другом заполнении, где требуются высокие изоляционные свойства [11].

На данный момент в структуре стеновых и теплоизоляционных материалов стройиндустрии Узбекистана основное место занимают известные разновидности ячеистого бетона: пенобетон неавтоклавного твердения и газобетон автоклавного твердения. Вместе с тем существующий опыт научного и практического использования неавтоклавных ячеистых бетонов в республике свидетельствует, что дальнейшее развитие их производства и применения должно осуществляться на основе решения ключевых проблем в технологии их производства: - существенное уменьшение влажностной усадки неавтоклавного бетона; - организация промышленного производства неавтоклавных материалов с прочностью равной или превышающей прочность автоклавных материалов; - максимальное использование отходов промышленного производства как основного сырья; - использования современных перспективных технологий обработки материалов (гелиотермообработка). Это позволит решить вопросы как утилизации отходов, так и снижения себестоимости товарных ячеистых бетонов и изделий из них.

Целью данной работы является изучение местных эффективных утеплителей для строительных конструкций с регулируемой структурой и улучшенными строительно-техническими свойствами, позволяющими получить однородную структуру и более полно использовать прочностные характеристики теплоизоляционного бетона неавтоклавного твердения.

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

- теоретическое обоснование возможности получения эффективных утеплителей неавтоклавного твердения на основе местного сырья;

- проектирование оптимальных составов неавтоклавного ячеистого бетона (неавтоклавного газобетона) с выбором исходных материалов, технологии получения и определение рациональной дисперсности;

- изучение технологических особенностей производства неавтоклавного газобетона на основе местного сырья;

-изучение прочностных и деформативных свойств неавтоклавного газобетона на основе местного сырья;

- анализ практического использования эффективных местных утеплителей для строительных конструкций.

Научную новизну работы составляет следующее:

- теоретически показана возможность получения эффективных утеплителей с отходами производств;

- обоснован состав композиции для неавтоклавного газобетона, включающий цемент, буроугольную золу и полифункциональную добавку

- выявлены закономерности протекания процессов структурообразования при твердении предложенной разработки.

- разработка, включающая портландцемент, буроугольную золу ТЭС, полифункциональную добавку обеспечивают: снижение оптимального количества воды затворения при увеличении высоты вспучивания массива; увеличение пластической прочности газобетонного массива при сокращении времени ее достижения по сравнению с цементно-песчаным газобетоном;

- компенсацию избыточных деформаций расширения золоцементного камня за счет обменных реакций между составляющими золы и химическими добавками; получение теплоизоляционного неавтоклавного газобетона с пониженными средней плотностью и коэффициентом теплопроводности при соответствии всех остальных характеристик требованиям ГОСТ21520 и25485.

Практическая значимость:

- разработанная технология получения эффективного неавтоклавного газобетона позволит расширить перечень местных эффективных утеплителей строительных конструкций и область их применения на строительных объектах.

Объём и структура работы. Магистерская диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений.

Работа изложена на страницах машинописного текста, в том числе страниц Приложения; таблиц в основном тексте и таблиц в Приложении, рисунков в основном тексте и рис. в Приложении, списка литературы из наименований и приложений.

Апробация работы. Материалы магистерской диссертации докладывались и обсуждались на конференциях: Республика илмий ва илмий-техник анжуманининг материаллари « Автоматизированные и компьютерные системы в сферах электротехники, электромеханики и электротехнологии»/ Фергана, 2012й;

1 « О РАЦИОНАЛЬНОЙ ДИСПЕРСНОСТИ ЦЕМЕНТНОГО ВЯЖУЩЕГО» Н.И.Гончарова, З.А. Абобакирова, Субханкулова А.

2 «ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВОВ И ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ БЕТОНА И ПОКАЗАТЕЛЕЙ СВОЙСТВ» Н.И.Гончарова, З.А. Абобакирова, Субханкулова А.



Глава I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ПРИМЕНЕНИЮ УТЕПЛИТЕЛЕЙ ДЛЯ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

1.1 Назначение и виды утеплителей для конструкций

Как известно, раньше стены домов проектировались массивными. Считалось, что чем толще стена, тем дом будет теплее [12]. Сегодня подобное утверждение перестало быть актуальным. Более целесообразно использовать всевозможные теплоизоляционные материалы. Это выгодно с экономической точки зрения; не отнимает пространства помещения, а в условиях повышенной сейсмичности районов Узбекистана обеспечивает снижение веса сооружений [9]. Выбор различных утеплителей широк, важно правильно выбрать его тип и толщину слоя утеплителя.

Практически любой строительный материал уже изначально является утеплителем, однако, коэффициент теплопроводности у каждого материала разный. Так, к примеру, минимальный коэффициент теплопроводности у дерева, он составляет 0.09 Вт/мК, а наибольшую теплопроводность имеет железобетон, коэффициент теплопроводности которого составляет 1.68 Вт/мК. В соответствие со строительными нормами и правилами необходимо строить дома таким образом, чтобы в конечном итоге они имели примерно одинаковое сопротивление теплопередаче [10].

Если следовать требованиям СНиП, но не использовать утеплитель, то толщина стен из различных материалов может достигать значительных цифр. При этом при строительстве и утеплении зданий важна не только такая характеристика теплоизоляционных материалов, как теплопроводность, важен и другой показатель, как способность материала сохранять все свои свойства в течение всего срока эксплуатации.

Известно, что со временем может происходить уплотнение теплоизоляционного материала, что приводит к снижению теплоизоляции. Оседая, утеплитель может оголять верхние конструкции здания, то есть верхние этажи станут более холодными. Кроме того в утеплителе может скапливаться влага, что также снижает его теплоизоляционные характеристики. Потому, для утеплителей важны такие показатели, как качество материала, его жесткость и коэффициент влагопоглощения [13].

На сегодняшний день из числа известных утеплителей наиболее популярны пенопласт или пенополистирол [14]. Этот утеплитель имеет самый низкий коэффициент влагопоглощения, а значит, нет необходимости при возведении стен использовать пароизоляцию. Пенополистирол (пенопласт) - изоляционный материал белого цвета на 98% состоящий из воздуха, заключенного в миллиарды микроскопических тонкостенных клеток из вспененного полистирола. Изделия из пенополистирола (пенопласта) биологически безопасны и используются для упаковки продуктов питания. Пенополистирол устойчив к воздействию влаги, устойчив к старению, не подвержен воздействию микроорганизмов. Как наиболее эффективные, изоляционные материалы из пенопласта, пенополистирола вот уже 30 лет применяются для теплоизоляции кровли, стен, потолков и полов в жилых и административных зданиях. Легкость обработки при помощи ручной пилы или ножа, низкий объемный вес, возможность склеивания с различными строительными материалами, простота механического крепления - несомненные достоинства пенополистирола (пенопласта).

Достоинства - низкая цена и высокая теплозащита / сразу после изготовления/.

Недостатки материала - недолговечность, низкая теплостойкость, ядовитые выделения, низкая паропроницаемость, высокое водопоглощение, невозможность вести работы зимой и при осадках. Все это относится как к самому материалу, так и к строительным конструкциям с их использованием. Так долговечность пенополистирола при оптимальных условиях его эксплуатации производителями гарантируется в пределах 15-20 лет, что на порядок меньше основных стеновых конструкций. Естественный процесс старения сильно ускоряется под влиянием различных факторов. Так в результате исследований [15] с привлечением специалистов общественных организаций установлен целый ряд факторов существенно влияющих на ухудшение физико-технических характеристик пенополистирола и его полную деструкцию в строительных конструкциях, при этом выделяющиеся из полистирола летучие вещества в свою очередь разлагают примыкающие материалы. Это имеет место при соприкосновении пенополистирола со многими гидроизоляционными материалами, углеводородными выделениями многих фасадных красок, кислорода, озона, воды и т.д.

Используя другие теплоизоляционные материалы, использование пароизоляции обязательно. Таким материалом являются крафт-бумага (наиболее дешевый материал), пергамин и ПВХ - пленки, которые дороже, но качественнее.

Еще одним теплоизоляционным материалом, нашедшим широкое применение в строительстве, является базальтовая вата [15]. Базальтовый утеплитель экологически чист и безопасен для здоровья и окружающей среды. Одним из ее достоинств можно отметить и высокую огнеустойчивость[16].

В качестве теплоизоляции используются такие материалы, как штапельное волокно, минеральная вата, керамзит, арболит, ячеистые бетоны - пенобетон и газобетон. Перечисленные материалы имеют определенные достоинства и недостатки.

Однослойные стеновые конструкции из пенобетона наиболее эффективно можно использовать при малоэтажном индивидуальном строительстве [17]. Такие стены экономически выгодно отличаются от других видов используемых стеновых материалов, как по себестоимости, так и по энергозатратам производства, строительства и эксплуатации. Комфортность жилья со стенами из пенобетона уступает только помещениям со стенами из дерева.

Перспективные направления в строительстве однослойных стен - это использование пенобетона для производства мелкоштучных стеновых блоков плотностью 500-700 кг/м3, пазогребневых блоков плотностью 700-1200 кг/м3 для межкомнатных перегородок.

Пены кратностью 9-14 имеют объем воздушной фазы 89-93% и могут служить идеальной основой для получения особо легких (150-250 кг/м3) пенобетонных теплоизоляционных материалов при В/Т = 0,5-0,6 на обычном цементном вяжущем [18].

Однако увеличение воздушной фазы в пенах с кратностью выше 6 приводит к постепенному ухудшению их технологических свойств за счет перестройки структуры в плотную и жесткую упаковку частично деформированных сферических пузырьков со множеством тончайших пленок повышенной площади в зонах соприкосновения пор. Особенно чувствительны эти изменения при кратности выше 9. Пониженная подвижность, ограниченный объем жидкой фазы и наличие тончайших контактных пленок определяют повышенную склонность этих пен к нерегулируемому разрушению при минерализации и неэффективность применения виброминерализации [19].

Процесс трансформации происходит при перемешивании компонентов путем разделения пеноструктуры и новой пространственной переориентации пузырьков в условиях физико-механических воздействиях на тонкопленочную структуру пены раствором вяжущего, крупными частицами песка (применяется при плотности пенобетона более 500 кг/м3), рабочими поверхностями мешалки. Эти факторы приводят к разрушению значительного объема пены, а при получении низкоплотных пенобетонов - к образованию неоднородной открытой ячеистой пористости. Увеличение коэффициента использования пены в основной схеме производства пенобетона достигается такими приемами, как - повышение водо твердого отношения (В/Т), применение специальных добавок - стабилизаторов и загустителей пены, а также низкоскоростного режима перемешивания в горизонтальных мешалках циклического действия. [16]

Эффективной областью применения в строительстве монолитного пенобетона является устройство теплоизоляционных слоев полов. До настоящего времени монолитный пенобетон не имел широкого применения в строительстве, так как отсутствовали знания и технологии, позволяющие получать в условиях строительного объекта стабильный по качеству пенобетон с низкой средней плотностью марок D400, D300 и D250, не нормированы правила производства работ с монолитным пенобетоном, не было способов получения совместимости между элементами слоистых конструкций с пенобетоном, в частности, при устройстве полов.[17]

Важная тенденция развития рынка ячеистого бетона - повышение качества продукции из неавтоклавного бетона. Для этого необходимо при организации производства использовать все существующие технологические приемы, которые позволяют производить высококачественную продукцию с высокой прочностью и большой долговечностью. Необходимо уделять внимание улучшению структуры пенобетона на стадии формования и при тепловлажностной обработке с регулируемыми параметрами температуры и влажности нагревающей среды, что приводит к снижению остаточной влажности бетона и дальнейшей усадке. Комплексный подход к соблюдению технологии неавтоклавного производства ячеистого бетона позволяет приблизить физико-механические характеристики этого вида материала к автоклавному бетону.

При проектировании стен из мелких ячеистобетонных блоков в соответствии со СНиП П-22-81 и ГОСТ 25485-82 устанавливаются следующие основные показатели: марки мелких ячеистобетонных блоков по прочности на сжатие «М»; марки бетона по морозостойкости «F»; марки бетона по средней плотности «D».

В соответствии с Рекомендации рекомендуется применять мелкие блоки из ячеистых бетонов следующих марок:

а) по прочности на сжатие - М15, М25, М35, М50, М75, М100, М150, М200. Которым соответствуют классы бетонов по прочности В1, В1,5, В2,5, В3,5, В7,5, В10, В15;

б) по морозостойкости F15, F25, F35, F50;

в) по средней плотности D500, D600, D700, D800, D900, D1000, D1100, D1200.

Марки ячеистого бетона по средней плотности D кг/м3 в зависимости от марки ячеистого блока по прочности на сжатие М кгс/см2 (В, МПа): М15 В1 М25; В1,5 М35; В2,5 М50; В3,5 М75; В5 М100; В7,5 М150; ВВ10 М200 В15

Автоклавного твердения 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

Неавтоклавного твердения 600 700 800 900 1000 1100 1200 -

Отпускная влажность мелких ячеистобетонных блоков (по массе) должна быть не более 25% для бетонов, изготовленных на песке.

Требуемая марка строительного раствора для кладки стен из мелких ячеистобетонных блоков принимается по результатам расчета несущей способности стен. Рекомендуется применять строительный раствор М25 и более. [21].

Пеносиликат - разновидность ячеистого бетона, получаемого из смеси известково-кремнеземистых вяжущих и наполнителей с помощью пенообразователей. Пеносиликат получают различными способами. Имеются разработки пеносиликата на основе вспененного жидкого стекла, расплава промотходов и др. Пеносиликат на основе вспененного жидкого стекла получают из сырьевой смеси, содержащей в своем составе кроме жидкого стекла также тонкомолотые минеральные наполнители, специальные добавки. [15]

Известную разновидность ячеистых бетонов - газобетон приготовляют из смеси портландцемента (часто с добавкой воздушной извести или едкого натра), кремнеземистого компонента и газообразователя.

По типу химических реакций газообразователи делят на следующие виды:

- вступающие в химические взаимодействие с вяжущим или продуктами его гидратации (алюминиевая пудра);

- разлагающиеся с выделением газа (пергидроль);

- взаимодействующие между собой и выделяющие газ в результате обменных реакций (например, молотый известняк и соляная кислота).

Чаще всего газообразователем служит алюминиевая пудра, которая, реагируя с гидратом окиси кальция, выделяет водород.

Газобетон как материал обладает следующими свойствами: Прочный, но легкий; Не горит, не гниет и не боится сырости; Теплоудерживающий (работает как аккумулятор тепла).Экологически чистый (не содержит вредных для здоровья веществ).Удерживает благоприятный микроклимат в помещениях (дышащий материал)[22].

Применяя конструкции из газобетона, вы обеспечиваете своему дому и другим строениям целый ряд существенных преимуществ перед традиционными строительными материалами:

Простоту в монтаже, которая достигается высокой размерной геометрической точностью блоков (± 1 мм) и возможность кладки на клей (специальная сухая смесь упакованная в мешках и приготовляемая путем добавления воды).

Отсутствие мостиков холода (толщина кладочного шва до 3 мм и соответственно исключение промерзания)

Уменьшение трудоемкости и расхода материалов на кладке ( 1м3 - 25 кг клея или 1м3 - 250 кг бетонного раствора) и штукатурных работах (за счет точной геометрии блоков).

Архитектурную выразительность благодаря легкости обработки (легко пилится, режется и фрезеруется)[23].

Экологическая чистота - коэффициент экологичности: ячеистый бетон - 2,0.

Пожаробезопасность: несгораемый материал (изделия соответствуют всем требованиям классов сопротивления огню).

Экономию на 20% - 30% средств на отопление помещений благодаря высоким теплоизоляционным свойствам.

При использовании в наружных стеновых конструкциях блоков удельным весом 600 кг/м3 и толщиной 300мм по действующим нормам и СниП не требуется применения дополнительной теплоизоляции.

Хорошие звукоизоляционные характеристики, влагоустойчивость и морозоустойчивость.

Газосиликат - ячеистые бетон, получаемый из смеси извести с молотым кварцевым песком путём вспучивания предварительно приготовленного шлама (теста) с помощью газообразователя твердения в различных условиях (автоклавная обработка, пропаривание и др.)[24].

Газосиликат автоклавного твердения в отличие от газобетона изготовляют на основе известково-кремнеземистого вяжущего, используя местные дешевые материалы - воздушную известь и песок, золу-унос и металлургические шлаки. Изделия из газосиликата приобретают нужную прочность и морозостойкость только после автоклавной обработки, обеспечивающей химическое взаимодействие между известью и кремнеземистым компонентом и образование нерастворимых в воде гидросиликатов кальция[15].

В газосиликатах неавтоклавного твердения вспенивание производится не в результате химической реакции, а специальными миксерами.

По способу применения газосиликаты малой плотности в основном относят к теплоизоляционным бетонам. Пористая структура придает материалу ряд физико-механических свойств, которые делают его хорошим стеновым материалом. Газосиликатные блоки предназначены для кладки наружных, внутренних стен и перегородок зданий с относительной влажностью воздуха помещений не более 75% при неагрессивной среде.

Материал достаточно легок. Стандартный блок размером 600х200х300 мм. марки D600 имеет массу 26 кг (после усыхания - 22 кг) и может заменить в ограждающей стене 30 кирпичей, вес которых более 120 кг. При низкой объемной массе газосиликат имеет довольно высокую прочность на сжатие. Максимальная этажность зданий с несущими станами составляет 4 этажа[12].

Считается, что материал морозостоек, если его водонасыщение не превышает критической величины - 60% от массы. На практике же, при правильной эксплуатации, эта величина не превышает 35%.

Пенобетон вне конкуренции по сравнению с газобетоном. Их характеристики по некоторым показателям схожи, но, в основном пенобетон превосходит своего «собрата».

Единственное преимущество газобетона в том, что он (при одинаковой плотности) имеет прочность несколько выше, чем пенобетон (за счет автоклавирования)

1.2 Современные технологии производства эффективных утеплителей

Технология приготовления пенобетона достаточно проста. В цементно-песчаную смесь добавляется пенообразователь или готовая пена. После перемешивания компонентов смесь готова для формирования из нее различных строительных изделий: стеновых блоков, перегородок, перемычек, плит перекрытия и т.д. Такой пенобетон с успехом можно использовать для заливки в формы, пола, кровли, а также для монолитного строительства.

В отличие от ячеистого газобетона, при получении пенобетона используется менее энергоемкая безавтоклавная технология. Кроме простоты производства, пенобетон обладает и множеством других положительных качеств. Например, в процессе его приготовления легко удается придать этому материалу требуемую плотность путем изменения подачи количества пенообразователя. В результате возможно получение изделий плотностью от 200 кг/м3 до самых предельных значений легкого бетона 1200-1500 кг/м3. [25]

Его пористость создаётся не только сферическими ячейками, но и капиллярными порами, образующимися от гидратирующей и избыточной воды затворения (контракционная и капиллярная пористость). Поэтому содержание воздуха в пенобетонах может достигать 95 и более процентов. Однако, могут быть пенобетоны, которые изготовляют с небольшим количеством воздуха для повышения их морозостойкости и кавитационной стойкости, но при сохранении высоких прочностных свойств. Это так называемые мелкозернистые поризованные бетоны объёмной массой от 1 300 до 1 800 кг/ м3 (марок по плотности Д1300-Д1800).

При приготовлении пенобетона воздух под избыточным давлением вводится в бетонную смесь с помощью отдельно приготовленной пены или скоростным перемешиванием (взбиванием) растворных смесей со специальными поверхностно-активными добавками (ПАВ), снижающими поверхностное натяжение воды и удерживающими вовлечённый при перемешивании воздух.

В ходе структурообразования пенобетона с помощью ПАВ раствор, состоящий из пузырьков воздуха, на поверхности которых равномерно распределены частицы цемента, имеющие размер от 20 до 80 микрон, постепенно преобразуется в поризованный камень[26].

Совмещение технологических операций перемешивания, транспортирования и формирования пор существенно влияет на свойства конечного продукта и позволяет получать заданную плотность и теплопроводность пенобетона.

Прогрессивная технология и современное оборудование позволяют производить пенобетон плотностью от 400 до 1200 кг/м3, твердеющий при атмосферном давлении. В процессе формовки для ускорения твердения пенобетонов иногда применяют пропарку при атмосферном давлении, электропрогрев, быстротвердеющие цементы или химические добавки-ускорители.

Пену готовят из водных растворов специальных пенообразователей с добавками ПАВ в лопастных пеновзбивателях или центробежных насосах. Применяют клееканифольный, смолосапоиновый, алюмосульфо-нафтеновый и синтетические пенообразователи. Стабилизаторами пены служат добавки раствора животного клея, жидкого стекла или сернокислого железа; минерализаторами же являются цемент и известь.

Отличительной особенностью технологии пеносиликатов является использование для получения материала преимущественно отходов промышленных предприятий.

Пеносиликат, полученный из промышленных отходов, находится в рентгено-аморфном состоянии, которое повышает гидравлическую активность его при взаимодействии со связующим. Это обеспечивает получаемому ячеистому бетону необходимые свойства для использования его в качестве звуко- и теплоизоляционного материала. Низкое значение теплопроводности и высокая пористость приводит к увеличению общей пористости получаемого ячеистого бетона и к снижению его теплопроводности. [27]

Технологические особенности получения пеносиликатов из расплава промотходов (металургических, угольных, рудных) на основе технологических схем отходообразующих производств сводятся к выделению из расплава промотходов силикатной части.

Выбор состава расплава обеспечивает как условия хорошего формирования и разделения металлической (Fe-Si) и силикатной фаз, так и условия пенообразования. Силикатная часть расплава, при охлаждении которой в воде получается новый, высокопористый, стабилизированный по химическому составу материал (пеносиликат) широкого круга использования, в том числе в качестве исходного материала для получения стеклокристаллических материалов и пенокерамик с заданной структурой и пористостью.

Состав и свойства пенобетона



Табл.1.1

	Состав сухой смеси, %	Вода	Расход материалов на 1 M3 бетона, кг	Прочность
Тип пенобетона и его средняя плотность	ПЦ 500 ДО	песок Мкр - 1,7	твердое отношение	цемент	песок	водный раствор пенообра- зователя	"Морпен" товарный (добавка)	Бетона при сжатии, МПа
Теплоизоляционный, 300 кг/м	100	-	0,57	260	-	148	0,74	0,4
Теплоизоляционно-конструкционный, 600 кг/м3	60	40	0,41	330	210	220	1 ,1	2,3
Конструкционный, 1 000 кг/м3	50	50	0,24	465	465	223	1 ,12	7,5

Ниже описан один из способов приготовления неавтоклавного газобетона. Производят совместный помол сухих компонентов сырьевой смеси за исключением портландцемента, который вводят в состав смеси после помола [28].

Портландцемент - это тонкодисперсный материал и его дополнительный помол неэффективен. При этом достигается уменьшение времени технологического процесса, энергозатрат на помол и увеличение производительности помольных установок.

При совместном сухом помоле компонентов смеси происходит механическая активация частиц алюминия, снятие с их поверхности парафиновой пленки, диспергирование зольного компонента, что приводит к возрастанию числа активных центров на поверхности зольных частиц и улучшению физико-механических характеристик газобетона. Также происходит равномерное распределение компонентов во всем объеме смеси, что приводит к повышению качества газобетона. При совместном помоле компонентов газобетонной смеси в одном агрегате упрощается технология производства газобетона за счет уменьшения оборудования[12].

Вибрационная технология базируется на использовании поризованных смесей с низкими водотвердыми отношениями. При малой подвижности бетонные смеси и интенсивном газовыделении зачастую получается плохо организованная ячеистая структура, характеризующаяся неплотным строением и наличием разрывов в межпортовых мембранах. Устранение этого недостатка оказывается возможным при вибровспучивании массы в закрытых перфоформах [28].

При литьевой технологии обеспечиваются условия, предотвращающие какие-либо перемещения или сотрясения форм после заливки бетонной смеси до завершения вспучивания и схватывания смеси.

Изготовление изделий из бетонов, поризованных газом, требует введения дополнительных операций по устранению переростка смеси «горбушки». Срезка «горбушки» производится спустя 2-6 часов выдерживания отформованных изделий [23]. Перерост смеси можно устранить, а вместе с ним ряд дефектов структуры, в результате механического воздействия на вибровспучивающуюся или предварительно вспученную смесь. К ним относят: перемешивание ячеистобетонной смеси в процессе вспучивания, уплотнение вибрацией в форме, вспученной в смесителе массы, прокатка переростка смеси валиком, ротационная переработка ячеистой массы в поверхностном слое бетона, герметизацией виброформ.

Интенсификация твердения изделий из ячеистого бетона достигается путем тепловой обработки, для которой применяют паропрогрев, предварительный пара- или электроразогрев бетонной смеси, контактным обогревом изделий, тепловой обработкой в камерах лучистого обогрева, электропрогревом, высокотемпературным сухим прогревом, а также комбинированными методами [15].

Одним из возможных способов снижения потребления электроэнергии на заводах сборного железобетона является широкое внедрение эффективных технологий, предусматривающих использование тепла солнечной энергии взамен тепловлажностной обработки бетонных и железобетонных конструкций и изделий. Известно, что пропарка - процесс, потребляющий значительное количество топливно-энергетических ресурсов [28].

Научно обосновано, что одной из основных причин ухудшения структуры бетона, снижения его физико-механических свойств и долговечности в условиях сухого жаркого климата являются физические процессы [29].

В частности, для сухого жаркого климата основной причиной снижения качества является пластическая усадка, протекающая вследствие интенсивного массообмена с окружающей средой [31].

Таким образом, предотвращение или резкое ограничение протекания физических процессов в свежеотформованных твердеющих бетонных изделиях - главный путь повышения прочности и долговечности бетона.

Из известных устройств, предназначенных для поглощения радиации солнечных лучей и трансформации их в тепловую энергию, применяемых для тепловлажностной обработки бетонных и железобетонных конструкций и изделий являются гелиокамеры, конструктивные особенности которых сводятся к максимальному поглощению солнечной энергии и минимальным потерям тепла.

Наиболее эффективны теплообменные процессы в гелиокамерах конструкции типа «Горячий ящик»[30].

В целях совершенствования данных устройств, предложены новые подходы гелиотермообработки конструкций и изделий из конструкционно-теплоизоляционного бетона.

Сущность предложения заключается в том, что лучевоспринимающая поверхность установки выполняется из стеклопрофилита и наполняется жидкостью большой плотности (отход пищевой промышленности), играющей роль теплоприёмника и аккумулятора тепла [30].

Внутри камеры располагается тележка, на которую укладываются металлические инвентарные формы с изделиями штабелями в несколько рядов с зазором, перпендикулярно лучевоспринимающей поверхности. При этом на поверхность изделий наносится пленкообразующий материал (также отход пищевой промышленности).

Предложенное усовершенствование, как показали исследования [30] свидетельствует, что такая гелиокамера помимо оптимального теплового режима в солнечный период суток имеет необходимые теплоизолирующие свойства, позволяющие сохранять в ночной период тепло, аккумулированное изделиями и лучевоспринимающей поверхностью - теплоприемником.

При температуре наружного воздуха 32-40⁰С и относительной влажности 15-26%, температура внутри камеры составляет 74-88⁰С, относительная влажность - 80-100%.

В течение 10-18 часов (в зависимости от толщины) изделия набирают прочность 75-85% от проектной.

Требуемая отпускная прочность бетона в изделиях достигается при дозревании их на складе готовой продукции.

Гелиотермообработка оказалась наиболее эффективной при производстве теплоизоляционных плит для утепления строительных конструкций, изготовляемых из местных строительных материалов [30]. Наиболее перспективны изделия из эффективного ячеистого бетона (с включением отходов промышленности) - газозолобетонные плиты [31].

Как известно, отпускная прочность на сжатие изделий из ячеистого бетона должна составлять не менее 100%. При этом для достижения требуемой отпускной прочности изделий в условиях производства важен такой фактор как время отвердения.

Применение гелиотермоообработки способствовало достижению требуемых прочностных показателей, требуемой 100%-ой отпускной прочности бетона в газозолобетонных изделиях при значительном снижении топливно-энергетических ресурсов [30].



1.3 Основные направления по улучшению эксплуатационных свойств эффективных утеплителей на основе местного сырья

В структуре производства стеновых и теплоизоляционных материалов в стройиндустрии Узбекистана существенное место занимают две основные разновидности ячеистого бетона: газобетон автоклавного твердения и пенобетон неавтоклавного твердения [32]. Хотя в республике накоплен большой опыт по выпуску неавтоклавного газобетона на малых предприятиях и строительных площадках, промышленного освоения данный материал не получил. Ячеистые бетоны в основном взаимозаменяемы и производятся в соответствии с технологией пенобетона и общей нормативной базой - ГОСТ 25485--89 «Бетоны ячеистые. Технические условия». Несмотря на взаимозаменяемость этих материалов, следует объективно отметить, что структурная прочность автоклавного газобетона на один- два класса (15--25%) выше, чем у неавтоклавного. Неавтоклавный ячеистый бетон имеет влажностную усадку, в 2--4 раза превышающую этот показатель у автоклавного бетона. Естественно, изделия из неавтоклавного бетона имеют низкую трещиностойкость, что снижает долговечность строительных изделий и тормозит развитие технологии производства ячеистого бетона, особенно в монолитном строительстве.

Перечисленные проблемы технологии бетона являются существенными и до настоящего времени сдерживают производство неавтоклавного ячеистого бетона. Однако у неавтоклавного ячеистого бетона есть ряд преимуществ перед автоклавным. Так, пористая структура ячеистого бетона полностью формируется в очень короткий отрезок времени в условиях интенсивных динамических воздействий (механического перемешивания). Поэтому температура окружающей среды, точность дозировки компонентов, постоянство свойств вяжущего и кремнеземистого заполнителя не оказывают в технологии неавтоклавного ячеистого бетона такого большого влияния на конечные свойства материала, как в технологии автоклавных бетонов. Более того, главный показатель ячеистого бетона -- средняя плотность -- легко корректируется непосредственно в ходе технологического процесса [33]. Это очень важно при изготовлении ячеистых бетонов на малых предприятиях или на строительной площадке.

Неавтоклавные и автоклавные ячеистые бетоны имеют ряд характеристик, выгодно отличающих их от многих традиционных строительных материалов. Изделия по технологии пенобетона наилучшим образом адаптированы к сложным климатическим и экономическим условиям Узбекистана и имеют ряд важных достоинств: невысокая средняя плотность, низкая теплопроводность, пониженное водопоглощение, стойкость при пожаре [34]. Все виды ячеистых бетонов имеют высокие санитарно-гигиенические свойства стенового ограждения, так как не содержат вредных для здоровья человека химических и синтетических веществ, имеют хорошую обрабатываемость и др. За счет простой и рациональной технологии пенобетона во много раз снижена удельная капиталоемкость, расход энергоносителей, трудоемкость, а следовательно, и себестоимость продукции. Появилась возможность организации производства изделий на мобильных мини-заводах, максимально приближенных к районам застройки, что уменьшает транспортные расходы, позволяет загрузить работой местное население, активизировать строительство, особенно жилищное.

В настоящее время неавтоклавный ячеистый бетон применяется в монолитном и сборном вариантах [35]. Из монолитного пенобетона делают стяжки под полы, утепляющие слои чердачных перекрытий, кровель и мансард, наружные и внутренние стены, теплоизоляцию труб бесканальной прокладки.

Дальнейшее развитие производства и применения неавтоклавного ячеистого бетона можно осуществлять на основе решения следующих ключевых проблем в его технологии: - существенное уменьшение влажностной усадки неавтоклавного ячеистого бетона; - организация промышленного производства неавтоклавного бетона с прочностью, равной или превышающей прочность автоклавного; - максимальное использование отходов промышленного производства как основного сырья [36].

Это позволит решить вопросы, во-первых, утилизации отходов, во-вторых, снижения себестоимости товарных ячеистых бетонов и изделий из них. На данном этапе проводятся научные исследования по снижению влажностной усадки ячеистого бетона [37].

В основу технологии ячеистого бетона положена концепция, использующая знания в области безусадочных и расширяющихся цементов [38]. Такие цементы, принятые в качестве основного сырья для неавтоклавного ячеистого бетона, позволяют получить малоусадочный материал.

Кроме указанного выше способа известны другие способы и составы, повышающие прочность неавтоклавного ячеистого бетона. По данным [39] наиболее рациональным для промышленного применения является способ и состав смеси, предусматривающий использование суперактивных ультрадисперсных микрокремнеземов.

Для ячеистых бетонов средней плотностью от 400 до 800 кг/м3 рядовой неавтоклавный ячеистый бетон имеет класс по прочности на один-два пункта ниже, чем бетон автоклавный. Модифицированный бетон, содержащий микрокремнеземы, имеет класс по прочности, равный автоклавному ячеистому бетону [36].

Технология неавтоклавного ячеистого бетона позволяет широко использовать не только местные сырьевые ресурсы, но и отходы промышленного производства.

Эта проблема актуальна как с точки зрения промышленной экологии, так и с точки зрения снижения себестоимости ячеистого бетона и изделий из него. Так общеизвестны технологические решения по утилизации зол ТЭС, отходов горнодобывающих предприятий, горелые пески литейного производства [40].

На основе анализа публикаций таких исследователей, как А.В. Волженский, П.И. Боженов, Э.Г. Оямаа, Е.А. Галибина, Т.А. Ухова, А.А. Безверхий, К.В. Гладких,В.К. Козлова, Г.И.Овчаренко, А.В. Ришес, В.Б.Францен, В.В. Костин, К.П. Черных, Н.Г. Василовская, Н.А. Артемьева и других, показаны преимущества использования зол ТЭС в производстве ячеистых бетонов [41].

Основное препятствие при использовании золы как сырья для производства строительных материалов является - это широкий разброс состава золы, определяющий значительные колебания свойств (прочности, средней плотности, морозостойкости и т.д.) готового материала.

...