СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА МАЛОЭТАЖНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОРИЗОВАННОГО БЕТОНА

Особенности укладки и ухода за поризованным бетоном в условиях строительной площадки

Поскольку вспученный перлит является малопрочным заполнителем, на свойства растворов заметное влияние оказывает способ и продолжительность перемешивания смеси. Перемешивание смесей со вспученным заполнителем в течение 1-2 мин является оптимальным. При большей продолжительности пе­ремешивания происходит возрастание средней плотности вследствие измельче­ния зерен перлита.

Поризация цементной матрицы весьма эффективна при использовании малопрочных и пористых зерен упомянутых заполнителей. Формирование мел­копористой структуры бетона обусловливается приготовлением их в специаль­ных смесителях, имеющих высокие скорости перемешивания, и введением вы­сокоактивной воздухововлекающей добавки. При этом достигается равномер­ное вовлечение воздуха и распределение всех компонентов. В результате того, что перемешивание сопровождается завихрениями, создаваемыми системами лопаток, в суспензии возникает большое количество частиц коллоидной вели­чины, которые совместно с пузырьками воздуха пластифицируют смесь.

Поризованные бетоны, приготовленные по одноступенчатой технологии в смесителе, имеют высокие прочностные показатели. Но у данного способа производства есть недостаток—частичное разрушение малопрочных зерен вспученного перлита и переуплотнение смеси, что сопровождается некоторым повышением средней плотности.

Наблюдения образцов, хранившихся на воздухе в изотермической камере в течение 3 мес., показали, что усадочные деформации наиболее интенсивно развиваются в первые 7—14 дней и практически стабилизируются через 98 су­ток. Введение в состав бетонов природного песка и вспученных заполнителей оказывает положительное влияние, так как усадка заметно снижается (в 3 раза по сравнению с беспесчаными). Это объясняется армирующим действием пес - 73

Ка, создающего жесткий каменный скелет. Частицы перлита, хотя и в меньшей степени, также снижают деформации усадки, являясь «отощающей» добавкой. Так как эти составы требуют меньшего расхода цемента по сравнению с цемен - тозольными, то доля целевой составляющей цемента в растворе сокращается, что также способствует снижению деформаций при твердении.

Изучение поровой структуры с помощью микроскопа показало, что сред­ний диаметр пор при примерно одинаковой общей пористости у поризованного бетона примерно вдвое больше, чем у аэрированных растворов. Величины раз­маха варьирования и стандартного отклонения показывают, что пористая структура бетонов более равномерная, чем обычного пенобетона и керамзито - бетона. Это также улучшает теплотехнические свойства бетона.

Результаты исследований показали, что аэрированные растворы имеют сорб - ционную влажность до 6 % (при относительной влажности воздуха 50—60 %). При пребывании бетонов на воздухе имеет место довольно интенсивная (в первые 7 су­ток) влагоотдача, поэтому в построечных условиях необходимо создавать бла­гоприятные условия твердения, особенно в первые сутки после их приготовле­ния.

При одной и той же средней плотности растворы с использованием вспу­ченного перлита прочнее на 20—50 %, чем вермикулитосодержащие. Это свя­зано со сферической формой зерен перлита и характером его пористости.

Характерной особенностью поризованных смесей является их высокая подвижность, которая в оптимальном случае составляет 11—14 см (по осадке конуса СтройЦНИЛ). Для сравнения керамзитобетонные смеси имеют подвиж­ность, редко превышающую 5— 7 см, и не могут транспортироваться растворо - насосами.

Проведенные исследования позволили выделить одну из практических областей применения ТПБ - устройство «теплых» оснований под покрытие ли­нолеумом или синтетической плиткой, паркетом. Такие основания полов про­сты в изготовлении, поверхность стяжек легко заглаживается (например, ме-

74

Таллическим правилом), не требуется выравнивания поверхности «холод­ным» цементно-песчаным раствором, мастикой или шлифования под син­тетическое покрытие, что неизбежно при применении любых других видов пористых заполнителей. Этот материал не гниет, не горит, не токсичен.

Стоимость укладки смеси, тыс. руб.

144 и......

75

' 0,075(Т* дй) + 0,650 1п(Т±30)+ 0,935.

0

Температура, (У

Рис. 2.22. Сравнение теоретических и экспериментальных зависимостей в приготовлении поризованного бетона:

1 - теоретические значения; 2 - экспериментальные значения; 3 - аппроксимация

-30

Удаленность смесителя от места укладки, м

Рис. 2.23. Зависимости в технологии укладки поризованного бетона на ос­нове экспериментальных данных: 1,2 и 3 - одно-, двух - и трехэтажные дома

Qy. c.= "" 0,0224 0,936 Q. S.C --0,0213. % + 1002

76

Количество рабочих, чел. 4 т

3 -

2 -

1 -

З

Темп укладки, м /час

2

Рис. 2.25. Зависимости требуемого количества рабочих от темпа укладки поризованной смеси: 1 - экспериментальные данные; 2 - аппроксимация

При поризации одновременно происходят два процесса: вовлечение воздуха в систему и выход его наружу при недостаточной удерживаю­щей способности массы. Вовлечение воздуха в смесь из пространства над ее поверхностью происходит вследствие образования воздушных ка­верн лопастями смесителя. Вероятность возникновения каверны и ее объем зависят прежде всего от скорости вхождения лопасти в систему (твердая фаза - жидкая фаза - воздух) и размера лопасти. Кинетика по­следующего разобщения каверны на множество мелких пузырьков опре­деляется интенсивностью перемешивания и реологическими характери­стиками массы. Следует отметить, что поризация - весьма эффективный способ создания пористой структуры материалов. При этом, путем изме­нения интенсивности поризации (скорости и времени аэрирования, типа смешивающих лопастей, температуры среды, концентрации и вида ПАВ) можно создавать поры разного размера и изменять степень поризации, т. е. управлять процессом порообразования на протяжении всего цикла приготовления поризованной смеси.

77

Таким образом, для реализации технологической схемы производства легких аэрированных растворных смесей необходимо иметь аэросмеситель од­ной из упомянутых выше конструкций.

Производственные испытания показали, что бетонные смеси могут транспортироваться насосом на расстояние до 50 м по горизонтали и 15 м по вертикали. При устройстве оснований полов в зданиях повышенной этажности смеситель следует устанавливать на верхних этажах при подаче смесей сверху вниз.

Укладка смеси осуществляется в один слой и выполняется полосами ши­риной 1 - 2 м, ограниченными рейками, которые служат маяками при укладке стяжки. При этом высота маячных реек равна заданной толщине стяжки. Пра­вильность укладки маяков проверяется по уровню. Разравнивание свежеуло - женной смеси производится правилом, передвигаемым по маячным рейкам.

Стяжки из поризованного бетона в период схватывания и твердения должны предохраняться от высыхания в первые 7 суток и от механических по­вреждений.

Укладка стяжек по ТПБ допускается при температуре воздуха на уровне пола и температуре нижележащего слоя не ниже 5°С, причем перекрытие не должно быть промерзшим.

Бетононасосами и пневмонагнетателями укладываются умеренно - под­вижные, подвижные и литые смеси, имеющие осадку стандартного конуса бо­лее 15-16 см.

Наименьший размер формы и минимальное расстояние между стержнями арматуры должно быть не менее трех наибольших размеров частиц заполните­ля.

Перед началом формования бетонной смеси средствами трубопроводного транспортирования необходимо проверить герметичность всех узлов и сопря­жений бетоноводов и форм.

78

При недостаточном давлении бетононасоса или пневмонагнетателя для полного заполнения формы выполняется два или более вводов. Формование в этом случае осуществляется разными вводами в несколько приемов. Допуска­ется синхронное формование двумя установками.

Бетонная смесь при ТПБ может оставаться в бетоноводе в случае исполь­зования пневмонагнетателей не более 15 мин, бетоноводов - 45 мин; во втором случае через каждые 10-12 мин необходимы кратковременные включения бе­тононасоса. При более длительных остановках следует выгружать смесь из бе - тоновода и бетонопровод промывать.

После завершения цикла формования установку и бетоновод очищают и промывают от остатков бетонной смеси со сливом воды в отстойник, а затем в канализацию.

Отформованные в процессе ТПБ бетонные и железобетонные изделия выдерживают в благоприятных температурно - влажностных условиях для обеспечения твердения уложенного бетона.

При этом схватывание и твердение бетона - это сложный, непрерывно протекающий физико-химический процесс, включающий взаимодействие с во­дой цементных минералов (гидратацию) с образованием цементного камня, формирование структуры и упрочнение последнего, в результате чего инертные заполнители (песок, щебень и др.) связываются в единый, прочный монолит.

Процесс твердения свежеуложенного бетона протекает только при поло­жительных температурах. При отрицательных температурах этот процесс мо­жет происходить лишь в случаях, когда в бетонную смесь в процессе ее приго­товления введены специальные химические добавки, препятствующие замерза­нию жидкой фазы в бетоне (например, нитрит натрия, поташ и др.).

Следует отметить, что интенсивность твердения свежеуложенного бетона зависит от вида и активности примененного цемента, состава бетона и темпера­туры последнего. Быстротвердеющие цементы обеспечивают более высокий темп твердения бетона, чем соответствующие обычные портландцемента и

79

Шлакопортландцементы. У бетонов на обычных портландцементах интенсив­ность твердения тем выше, чем меньше в применяемых цементах минеральных добавок.

Интенсивность твердения бетонов тем выше, чем ниже водоцементное отношение и чем меньше подвижность (больше жесткость) бетонной смеси. Использование различных химических добавок, способствующих снижению водоцементного отношения и улучшению удобоукладываемости смеси (без увеличения расхода воды), является одним из технологических приемов уско­рения твердения бетонов.

Интенсивность твердения бетона в значительной степени определяется его температурой. Чем выше последняя, тем интенсивнее рост прочности бето­на и тем короче сроки достижения заданной прочности. Но с увеличением тем­пературы уложенного бетона возрастает температурный перепад между по­следним и непосредственно контактирующей с ним окружающей средой. Это является причиной развития сил внешнего и внутреннего тепло - и массопере - носа. Массоперенос же является одной из основных причин возникновения фи­зических дефектов в формирующей структуре цементного камня в бетоне, сни­жения плотности и ухудшения конечных физико-механических свойств и дол­говечности последнего.

Таким образом, роль температурного фактора при выдерживании уло­женного бетона неоднозначна, что необходимо иметь в виду при выборе спосо­ба и режима ухода за отформованными бетонными изделиями.

Основным контролируемым показателем протекания процесса твердения бетона является рост его прочности на сжатие во времени, причем достигнутая прочность к установленному сроку выражается, как правило, в процентах от фактической проектной марки (прочности бетона того же состава нормально - влажностного твердения в 28-суточном возрасте).

80

Под нормально-влажностным условием твердения понимается выдержи­вание бетона при температуре окружающей среды 18-20 °С и относительной влажности 95—100%.

Выдерживание отформованных бетонных и железобетонных изделий - важнейший технологический процесс, от грамотного осуществления которого во многом зависит нарастание прочности бетона, его конечные физико- механические свойства и долговечность.

Уход за бетоном в процессе выдерживания отформованных бетонных из­делий заключается в поддержании или искусственном создании, как правило, положительной температуры в массе бетона с одновременным предотвращени­ем интенсивных влагопотерь при любых температурно - влажностных парамет­рах окружающей среды.

В зависимости от применяемого способа ухода за уложенным бетоном при ТПБ различают две принципиально отличающиеся технологии выдер­живания бетона - безобогревное выдерживание и тепловая обработка, причем последняя в зависимости от вида используемой энергии подразделяется на теп­ловую обработку (термообработку) паром и электротермообработку. Возможно также применение и других видов энергии, например, продуктов сжигания природного газа и др., но это носит в основном эпизодический характер.

Выбор технологии выдерживания бетона определяется производствен­ными факторами и климатическими условиями и в каждом конкретном случае должен быть обоснован технологическими, тепловыми и технико- экономическими расчетами.

Тепловая обработка - наиболее универсальный способ ухода за уложен­ным бетоном. В отличие от безобогревного выдерживания она основана на ис­кусственном введении тепловой энергии в бетон и за счет этого может обеспе­чить любой температурный режим твердения (до +80...95 °С) независимо от массивности изделии и температурно-влажностных условий окружающей сре - 81

Ды. В результате сроки достижения заданной прочности значительно сокраща­ются (в 10 - 12 раз) и при необходимости могут быть доведены до 10 - 15 часов.

Безобогревное выдерживание поризованного бетона для малоэтажного жилищного строительства

При безобогревном выдерживании требуемая для твердения уложенного бетона положительная температура обеспечивается за счет экзотермии (тепло­выделения) гидратирующегося цемента, использования при формовании бетон­ной смеси с соответствующей температурой и теплопередачи от окружающей среды (включая солнечную радиацию). В связи с этим основная задача ухода за бетоном в процессе безобогревного выдерживания заключается:

- при температуре наружного воздуха +5 °С и ниже - в предотвращении интенсивных тепло - и влагопотерь из бетона путем укрытия открытых поверх­ностей изделии и форм пленочными, и теплоизоляционными материалами и контроле сроков набора заданной распалубочной прочности;

- при температуре наружного воздуха +25 °С и выше, особенно в сочета­нии с низкой относительной влажностью (ф < 50 %), - в предотвращении зна­чительных влагопотерь из бетона путем укрытия пленочными материалами от­крытых (не опалубленных) поверхностей изделий, нанесения на последних пленкообразующих составов или устройств периодически увлажняемого влаго­емкого покрытия и контроле сроков набора заданной распалубочной прочно­сти.

Способы безобогревного бетонирования могут применяться при органи­зации производства бетонных и железобетонных изделий на открытых полиго­нах после наступления положительных температур наружного воздуха, то есть в весенне-летне-осенний периоды года.

Продолжительность безобогревного выдерживания отформованных бе­тонных изделий зависит от средней (за время выдерживания) температуры твердеющего бетона, требуемой распалубочной и отпускной прочности, вида и

82

Состава бетона, активности применяемого цемента и ряда других факторов и определяется по графикам нарастания прочности, установленным эксперимен­тально для каждого конкретного случая ТПБ.

Электротермообработка бетона при ТПБ для малоэтажного строительства

Под электротермообработкой понимается комплекс способов ухода за уложенным бетоном в процессе выдерживания отформованных изделий, при которых заданный температурный режим твердения обеспечивается в результа­те преобразования электрической энергии в тепловую непосредственно в самом бетоне или в специальных нагревательных устройствах.

Известно, что преобразование электрической энергии в тепловую непо­средственно в массе бетона, называемое электродным прогревом, основано на способности твердеющего бетона проводить электрический ток с выделением теплоты в соответствии с законом Джоуля-Ленца.

При этом способность твердеющего бетона проводить электрический ток характеризуется показателем удельной электрической проводимости или об­ратной его величиной - удельным электрическим сопротивлением. Но в отли­чие от металлических проводников у бетона значение р не является величиной постоянной, а меняется по мере твердения. Поэтому при электрических расче­тах электродного прогрева бетона оперируют расчетным значением, равным полусумме начального и минимального удельного сопротивления.

Так, значения ррасч. и Pmin. в зависимости от состава бетонной смеси (водо - содержания и расхода цемента), химического состава применяемого цемента и ряда других факторов колеблются в пределах:

Рнач. - от 4 до 25 Ом • м; Pmin - от 2 до 20 Ом • м.

Как правило, для каждого конкретного состава бетонной смеси они опре­деляются экспериментально по методу амперметра - вольтметра.

83

По сравнению с другими методами электротермообработки бетонных смесей электродный прогрев является самым экономичным по расходу элек­троэнергии, который составляет 60-80 кВт на куб. м.

Опыт укладки и ухода за поризованным бетоном, изготовленным аэриро­ванным методом в условиях строительной площадки и используемым в несу­щих и ограждающих конструкциях жилых зданий (наружные и внутренние сте­ны, слои перекрытий, полы и др. конструкции) выявил следующие преимуще­ства и недостатки данной технологии.

Достоинства:

1. Высокая технологичность и производительность строительных процес­сов.

2. Сокращение транспортных маршрутов по доставке и укладке бетонных смесей в конструкции зданий.

3. Возможность использования бетоносмесителей, бетоно - и раствороме­шалок, а также бетононасосов и бетоноукладчиков непосредственно на объекте строительства (бескрановая технология).

4. Простота и безопасность технологического процесса.

5. В сесезонность процесса.

6. Малооперационность.

Недостатки:

1. Применение химических добавок в зимнее время при реакции с опил­ками приводит к появлению «высолов» на поверхности кладки.

2. Достигнутая прочность поризованного бетона не позволяет в ряде слу­чаев использовать этот бетон как конструктивный материал.

Конструктивные решения стен с применением поризованного бетона и газобетона приведены на рис. 2.26 - 2.27.

84

85

1. Разработана новая технология малоэтажного жилищного строительства, отличающаяся тем, что с целью снижения стоимости строительства, повышения теплозащитных свойств и долговечности наружных ограждающих конструкций применяется монолитный поризованный опилко-песчаный и перлито-песчаный бе­тон, изготавливаемый методом аэрирования в условиях строительной площадки. Специфическими признаками бетона являются рациональное использование отхо­дов производства (опилок) и легкого крупного заполнителя (перлита) в сочетании с аэрированием смеси пенообразователями.

2. Технология приготовления бетона основана на рассчитанных теоретически и скорректированных пробными экспериментальными замесами следующих соста­вах: цемент - 250 кг, песок - 526 кг, опилки - 80 кг, вода - 200 кг, пенообразователь - 0,2 кг. Оптимальное водоцементное отношение составляет 0,8, а цементно-песчаное 0,4. Замена опилок на перлит позволяет получить поризованный перлито-бетон. Ре­зультаты испытания образцов показали следующие данные: для поризованного опилко-песчаного бетона плотностью 1100 кг/м предел прочности при сжатии - 5,0 МПа, предел прочности при изгибе - 1,3 МПа, теплопроводность - 0,25 Вт/м °К, мо­розостойкость F25; для бетона 1250 кг/м3 - предел прочности при сжатии - 8,5 МПа, предел прочности при изгибе - 1,8 МПа, теплопроводность - 0,30 Вт/м °К, морозо-

Л

Стойкость F25; для перлито-песчаного бетона плотностью 1150 кг/м - предел проч­ности при сжатии - 7,5 МПа, предел прочности при изгибе - 1,5 МПа, теплопровод­ность - 0,28 Вт/м °К, морозостойкость F25.

3. Технология использования монолитной поризованной бетонной смеси ос­нована на приготовлении бетона в специальной разработанной бетоносмесительной установке, укладке смеси перед наружным и внутренним слоем кирпичной кладки стен и уходе за бетоном. Это обеспечивает снижение стоимости строительства и повышение теплоизоляционных свойств наружных ограждающих конструкций.

86