Изделия из бетона и железобетона по уровню технических и экономических показателей остаются основными конструкционными материалами ъ строительстве. Они занимают приоритетные места в общей структуре мирового производства строительной продукции.
Бетон и железобетон успешно применяются во всех отраслях строительного производства: для возведения плотин, энергетических комплексов, гидротехнических сооружений, телебашен и т. д, а также для возведения зданий и сооружений различного назначения.
Бетон и железобетон, получивший название «материал XX века», благодаря своим уникальным свойствам, по нашему мнению, останется материалом и XXI века. Но только произойдут некоторые структурные изменения к требованиям, предъявляемым к качественным показателям бетонов. Повысятся требования прежде всего к прочностным показателям тяжелых и конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов для каркасно-монолитного строительства, а также потребуется организация производства суперлегких и высокопрочных теплоизоляционных бетонов плотностью 120−500 кг/мЗ/1/.
В развитых капиталистических странах объем производства бетона и железобетона непрерывно возрастает и в настоящее время в США, Японии и Германии составляет соответственно: 260, 240 и 120 млн.куб.м в год. К сожалению, объем производства в России сократился до 29 млн.куб.м в год.
В последние годы в направлении развития строительного производства в Российской Федерации, особенно в жилищном строительстве, была выдвинута новая концепция, которая нашла отражение в Постановлении Правительства РФ № 708 от 19.06.94 г. «О подпрограмме Федеральной целевой программы «Жилище» «Структурная перестройка производственной базы жилищного строительства», в которой сказано: «Основным направлением структурных изменений в архитектуре и градостроительстве в ближайшие годы является постепенный переход преимущественно на малоэтажное строительство с сохранением многоэтажного жилищного строительства для зон крупных и крупнейших городов и сокращение панельного строительства за счет расширения производства местных строительных^ материалов». Кроме того, структурную перестройку производства строительных материалов потребовалось рассматривать в связи с Постановлением Министерства строительства Российской Федерации от 11.08.95 г. № 18−81 о введении в действие изменения № 3 к СНиП 11 -3−79 «Строительная теплотехника», в соответствии с которой требуемое термическое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций возросло в 2000 году в 3−3,5 раза. К этим условиям добавилось повышение цен на энергоносители. Все вышеперечисленные факторы привели к изменению структуры производства строительных материалов и конструкций, в т. ч. и изделий из бетона и железобетона. Поэтому указанные факторы легли в основу дальнейшего развития производства легкого бетона и изделий на его основе.
Пенобетон, являющийся одной из разновидностей легких ячеистых бетонов, является эффективным стеновым и теплоизоляционным материалом. По классификации ячеистые бетоны подразделяются на две группы: первая — бетоны, получаемые с применением газообразователей, и вторая — пенобетоны, получаемые с использованием пенообразователей.
Технология изготовления пенобетона значительно проще. Для получения пенобетона в приготовленную цементно-песчаную смесь добавляется пена и после их перемешивания смесь готова для формовки из нее различных изделий /2, 3/.
В отличие от газобетона для изготовления пенобетона используются менее энергоемкие процессы. Поэтому себестоимость изделий из пенобетона примерно на 30−50% ниже, чем себестоимость изделий из газобетона. Однако несмотря на простоту изготовления пенобетон до последнего времени не получил широкого развития. Причиной этому было отсутствие качественных пенообразователей и основного технологического оборудования. Только, начиная с начала 90-х годов в связи с переходом к рыночным условиям для развития производства пенобетона возникли объективные предпосылки. К ним прежде всего относятся необходимость разработки эффективных, дешевых, менее энергоемких технологий для производства стеновых материалов и создание миниустановок, удовлетворяющих потребность рынка. В связи с этим в последние 8−10 лет благодаря усилиям ряда организаций (ОАО «ВНИИстром им. П.П.Будникова», АО «Строминноцентр», ЗАО «Научно-производственная фирма «Стройпрогресс —Новый век», НИИЖБ, НИИПТИ «Стройиндустрия», МГСУ и др.) были созданы различные модификации технологий и оборудования для производства пенобетона, которые получили достаточно широкое развитие.
Вместе с этим следует отметить, что изделия из пенобетона по своим физико-техническим показателям отстают от показателей изделий из газобетона и прежде всего это относится к прочности и усадке.
Анализ показывает, что одним из главных факторов, влияющих на физико-технические свойства пенобетона и в первую очередь на его прочность, является устойчивость и гранулометрический состав" воздушных пузырьков пены (пор), вводимой в состав цементно-песчаной смеси. В целях улучшения указанных показателей нами априори было принято решение о принудительном воздействии на воздушные пузырьки, находящиеся в пеномассе, путем создания в смесительных аппаратах избыточного давления. Таким образом, была выдвинута новая концепция технологии пенобетона, которая нами была названа баротехнологией. Как показали дальнейшие исследования, эта концепция оправдала себя и в значительной степени способствовала получению материала с улучшенными физико-техническими показателями. На основании изложенного автор утверждает, что тема диссертационной работы актуальна /4−11/.
Цель работы. Разработка научно-практической основы изготовления изделий из пенобетона по баротехнологии и создание специализированного оборудования для этой цели, а также его широкое промышленное внедрение.
Научная новизна. Теоретически и экспериментально обосновано релаксационное сжатие и расширение пузырьков пены в цементно-песчаной смеси в специально созданных смесительных аппаратах и растворопроводах, обеспечивающие получение пенобетонной смеси заданного свойства.
Впервые осуществлена постановка и решение задачи по производству стеновых блоков из пенобетона по бартехнологии. На основании термодинамического анализа образования и поведения воздушных пузырьков пены в цементно-песчаной смеси обоснован новый способ получения пенобетона под избыточным давлением, названный баротехнологией.
На основании анализа уравнения Новье-Стоксса обосновано применение закона Пуазейля для расчета массопровода.
Установлены количественные показатели получения пенобетонной смеси под избыточным давлением, на основании которых выявлен ряд закономерностей, характеризующих данный процесс. К ним относятся:
— влияние на изменение плотности пенобетона количества и кратности пены;
— зависимость прочности пенобетона от его плотности;
— изменение плотности и прочности пенобетона в зависимости от величины создаваемого избыточного давления в смесителе;
— влияние давления на количество образуемойпены, ее расширение и диспергирование, а также на процесс дополнительного воздухововлечения;
— влияние релаксационного обжатия чпеномассы на изменение межпоровых прослоек пропорционально величине избыточного давления, приводящее к упрочнению межпоровых прослоек и увеличению их устойчивости.
Теоретически и экспериментально установлены закономерности транспортировки пеномассмы по масопроводу, выраженные в зависимости интенсивности расхода пеномассы в массопроводе от перепада давления.
Практическое значение. Разработана принципиально новая прогрессивная технология пенобетона — баротехнология. Технология позволяет изготавливать пенобетон плотностью 3 001 200 кг/мЗ без тепловой обработки. Пенобетонная масса отличается высокой устойчивостью, что позволяет транспортировать ее по растворопроводу без нарушения поровой структуры до 200 м.
Созданы и выпускаются серийно стационарные и мобильные установки для получения пенобетона по баротехнологии производительностью до 8 мЗ в час в максимальной степени соответствующие российским условиям.
Установки успешно вышли на внутренний и внешний рынок, где пользуются особым спросом у предпринимателей малого и среднего бизнеса.
Данные установки эксплуатируются в Московской, Ярославской, Тамбовской, Иркутской и других областях России.
Апробация работ. Материалы работы доложены и обсуждены на научно-практическом семинаре «Повышение теплозащитных свойств ограждающих конструкций и инженерных сооружений» 21−22 декабря 1999 г. в МинстроеМосковской области, секции строительных материалов и изделий Научно-технического совета Госстроя России 28 марта 2000 г. и на Ученом Совета ОАО «ВНИИстром им. П.П.Будникова» 22 февраля 2000 г.
Работа отмечена золотой медалью и дипломом первой степени на международной выставке-ярмарке «Инновация-98», серебряной медалью и дипломом второй степени на выставке «Московской области — 70 лет».
За разработку технологии и промышленное освоение производства пенобетона и изделий на его основе в числе группы ученых и специалистов автор удостоен звания «Лауреат премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники 2000 г.». ^
Далее во введении считаем необходимым отметить, что как известно строительство принято называть локомотивом развития экономики любой страны и вывода ее из кризиса. Безусловно, это также относится и к нашей стране. На данном этапе развития России, в целом в подъеме строительного производства особое значение имеет развитие индивидуального строительства /12/.
Население признает, что недвижимость это наиболее выгодное вложение личных средств. Так в предкризисном 1997 году в России сдано в эксплуатацию 23 млн.кв.метров жилой площади, из которой 35% приходилось на индивидуальных застройщиков. В 1997 году население на эти цели вложило порядка 6 млрд. долларов США личных средств 161.
Поэтому можно с уверенностью отметить, что подъем индивидуального строительства уже способствует и в дальнейшем будет значительно способствовать развитию базы стройиндустрии.
Коробка дома (ограждающие и теплоизоляционные материалы) составляет 50−60% его стоимости. Традиционные материалы (кирпич, керамзитобетонные блоки и др.) имеют высокую стоимость и нет обеспечивают комфорта и теплоизоляции помещений.
Известно, что в современных условиях изделия из пенобетона являются наиболее экономичными, теплои звукоизолирующим материалом и доступным для решения поставленных задач. Пенобетон обладает целым рядом преимуществ, выгодно отличающих его от аналогичных материалов. Это, в первую очередь, предельно простая технология его изготовления. Пенобетон, имеющий множество замкнутых воздушных ячеек с 9 высокими теплоаккумулирующими, теплои звукоизоляционными свойствами, регулирует микроклимат в доме, — стены «дышат» и не отпотевают, поглощая и медленно отдавая влагу за счет незначительного сопротивления давлению влажного воздуха. Минеральная основа ячеистого бетона обеспечивает повышенную пожаробезопасность и экологическую безвредность конструкций на его основе, что подтверждено соответствующими сертификатами. Изделия из пенобетона имеют высокоточную геометрию, обеспечивающую точность их соединения между собой. Поверхности стен и перекрытий практически ровные, при укладке стеновых блоков толщина шва клеящей мастики может не превышать 1 мм, что позволяет удовлетворить эстетические запросы самого притязательного заказчика.
Таким образом, в заключении можно с уверенностью утверждать, что пенобетон и его разновидности наряду с современным его уровнем развития в ближайшем будущем получат
— •>1 мощное развитие.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Впервые теоретически на основании анализа.—¦•"образования и поведения воздушных пузырьков пены в цементно-пеечаной смеси предложен новый способ получения пенобетона под избыточным давлением, названный нами баротехнологией.
2. Обосновано и практически реализовано релаксационное сжатие и расширение пузырьков пены в цементно-пеечаной смеси в специально созданных смесительных аппаратах и растворопроводах, приводящие к получению однородной пенобетонной смеси заданного свойства .
3. Установлено, что положительное действие избыточного давления на устойчивость пенобетонной массы обусловлено тем, что в сжатом состоянии воздушные пузырьки упрочняются и не разрушаются при перемешивании и транспортировании. Воздушные пузырьки по выходу массы из растворопровода расширяются из-за перепада давления.
4. Установлены следующие закономерности влияния избыточного
• давления на свойства пенобетонных изделий:
4.1. давление в пределах 0,1−0,5 МПа позволяет снизить среднюю плотность пенобетона до 100 кг/мЗ, причем, чем ниже исходная плотность пенобетонной массы, тем существеннее влияние;
4.2. при равном значении средней плотности пенобетона по разработанной и обычной технологии, прочностьпри сжатии материала, полученного по баротехнологии, на 15% выше обычного.
5. Разработаны составы нового пенообра^оватетеля «Пеностром». Техническая пена характеризуется высокой кратностью (не менее 10) и повышенной устойчивостью (до 40 мин.).
6. Разработана принципиально новая технология пенобетона, отличительными особенностями которой являются:
— перемешивание и транспортирование пенобетонной массы при избыточном давлении;
— совмещение в одном агрегате функции смесителя и пневмокамерного насоса,
7. Созданы мобильная и стационарная установки, которые позволяют наиболее эффективно использовать баротехнологию. Установки производительностью до 8 мЗ/час обеспечивают высокую точность регулирования плотности пенобетона, отличаются малой энергои металлоемкостью и стоимостью, а также простотой использования.
8. Технология в новом аппаратурном оформлении способна производить пенобетон широкого диапазона: теплоизоляционныйплотностью 300−500 кг/мЗ, конструкционно-теплоизоляционныйплотностью 500−800 кг/мЗ и конструкционный — плотностью более 800 кг/мЗ. Пенобетон, произведенный по баротехнологии имеет более высокие качественные показатели и более высокую степень однородности, чем материал, изготовленный по обычной технологии.
9. Производство пенобетона по баротехнологии освоено в ряде районов страны — Московской, Ярославской, Тамбовской, Иркутской, Ульяновской, Томской, Смоленской и других областях России. Объем пенобетона произведенного в 2000 г. составил порядка 500 тыс.мЗ.
Ю.Экономический эффект в 2000 году только по данным подтвержденным актами внедрения от четырех предприятий составил в среднем по одному предприятию 2 410 000 рублей, т. е. прибыль в среднем на I мЗ готовых изделий, составила 277 рублей. Общий экономический эффект годовой по четырем предприятиям составил 9 640 000 рублей.
