Учебное пособие 800523
.pdfПолученные поризованные бетоны в отличие от своего аналога пенобе-
тона характеризуются большей простотой организации и управления процессами формирования макропористой структуры, не требуют высокого уровня технологической культуры, свойственной производству пенобетонов. В связи с вышеуказанным, перспективность производства и применения цементных поризованных бетонов нормального твердения предопределяется возможностью обеспечения достаточной простоты технологии их получения, которая позволяет вне связи с элементами традиционной для крупных заводов инфраструктуры получать эффективные конструкционные и конструкционно-
теплоизоляционные материалы.
Основой выполненных разработок является концепция гибкой техноло-
гии. Понятие «гибкость» в приложении к гибким производственным системам соотносится с их быстрой приспособляемостью, адаптивностью, легкой переналаживаемостыо, относительно простой сочетаемостью с другими системами и встраиваемостью в них, с универсальностью. Понятие «гибкость» следует рассматривать как возможность получения в зависимости от целей и условий реализации задачи многовариантных ее решений с сохранением их высокой эффективности без изменения принципов технологии. Главным в качественных критериях гибкости является многовариантность, примени-
мость технологии с ее сохраняющимися неизменными основными признаками к разным начальным условиям и выдвигаемым требованиям. В отноше-
нии поризованного бетона (как материала) различного функционального назначения и его технологии можно говорить о следующих признаках, состав-
ляющих основу для обеспечения гибкости технологии:
1)единый принцип получения макропористой структуры бетона - возду-
хововлечение при перемешивании;
2)единая последовательность и совокупность химико-технологических этапов получения бетона из исходного сырья, включающая подготовку сырья (измельчение, фракционирование), получение поризованной сырьевой смеси, формование сырца бетона, организация процессов его твердения;
3)единая совокупность применяемых аппаратов и оборудования для реализации этапов технологии и ее процессов;
4)при едином принципе формирования макропористой структуры бетон можно получать из разнообразного сырья.
11
Простота поризации воздухововлечением при перемешивании позволя-
ет иметь материал с разной мерой наполнения смеси макропорами. Универсальность способа поризации бетонов воздухововлечением в процессе пере-
мешивания исходных компонентов с химической добавкой открывает возможности получения большого разнообразия (номенклатуры) поризованных бетонов.
Из вышесказанного следует, что номенклатура поризованных бетонов должна рассматриваться исходя из классификационных признаков:
1)назначения и функциональных характеристик (конструкционный, кон-
струкционно-теплоизоляционный, теплоизоляционный материал);
2)области применения или вида строительной конструкции (материал для наружных и внутренних стен, перегородок, полов, перекрытий, покрытий зданий и др.);
3)технологии изготовления (при одностадийной или многостадийной поризации, в заводских или построечных условиях, при нормальном или ускоренном твердении, в монолитном исполнении или в виде отдельных строительных деталей);
4)вида омоноличивающего (связующего) материала;
5)вида и масштаба зернистых включений (материал с микронаполните-
лем, мелким, крупным заполнителем; плотным или пористым заполнителем).
Важно отметить, что группа цементных поризованных бетонов по своим составам, характеристикам структуры и свойствам удовлетворяет требо-
ваниям изготовления их и в заводских, и в построечных условиях, в том числе в виде монолитных конструкций и сооружений. Может быть организовано получение поризованного бетона различного строительного назначения, с использованием которого могут быть возведены все конструктивные элемен-
ты здания - фундаменты, несущие и ограждающие конструкции, перекрытия и их теплоизоляция. Конкурентоспособность цементных поризованных бето-
нов может возрасти именно при реализации монолитного способа изготовления с использованием цементного связующего, песка естественной грануло-
метрии или каких-либо наполнителей техногенного происхождения. Это связано, во-первых, с возможностью организации процессов твердения поризо-
ванных бетонов на цементном связующем непосредственно в возводимой конструкции. Во-вторых, использование немолотого песка или техногенных продуктов позволяет исключить дополнительные технологические переделы,
12
связанные с подготовкой сырьевых компонентов. Вследствие этого имеется возможность в построечных условиях организовать технологический процесс получения бетона с использованием мобильных установок без создания сложной производственной инфраструктуры.
1.2.Перспективы применения поризованного бетона
всовременном строительстве
Всвете современных требований к материалам для теплоэффективного жилого дома в общей системе направлений повышения уровня теплозащиты возникает необходимость переоценки подходов и требований к материалам для ограждающих и конструктивных (несущих) элементов зданий. Сегодня очевидно, что для ограждающих элементов конкурентоспособны и перспективны материалы с максимально возможным исключением несущих функций
ипредельным снижением плотности для обеспечения минимальной теплопроводности и соответственно повышенного термического сопротивления.
Одновременно с этим и для материалов несущих конструктивных элементов обоснованными оказываются требования снижения плотности как средства уменьшения их теплоемкости, что позволит сократить потребление теплоты на доведение температуры конструкций до значений, необходимых при соз-
дании комфортных условий в помещении 28-30 .
Сегодня эффективность всех конструкционных, конструкционно-
теплоизоляционных и теплоизоляционных строительных материалов должна рассматриваться в контексте нового стандарта жилья и архитектурно-
строительной системы (АСС) зданий (рис. 1).
Под архитектурно-строительной системой понимается 31 совокупность:
1)конструктивной подсистемы, включающейнесущие конструкции здания;
2)пространственной подсистемы здания, обусловливающей вариантность планировочных решений;
3)подсистемы материалов и изделий, а также 4) технологической подсистемы, отражающей строительные технологии и технологии производства строительных материалов.
В итоге тип АСС здания определяет конкурентоспособность, комфорт-
ность, экологические качества и ресурсоемкость строительства, а также последующие эксплуатационные затраты. АСС диктует тип применяемых строительных материалов, изделий и конструкций, строительные технологии
13
РЕСУРСОЕМКОСТЬ
АРХИТЕКТУРНОСТРОИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
(АСС)
Конструктивная подсистема
Пространственная подсистема
Подсистема материалов и из-
делий
Технологическая подсистема
ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Рис. 1. Схема взаимодействия подсистем АСС 31
и технологии производства материалов, ресурсоемкость строительства.
Востребованность материалов и изделий нового поколения обусловливается, как отмечалось, новыми архитектурно-строительными и конструк-
тивными системами зданий. Поэтому при разработке концепции новых модификаций макропористых бетонов необходимо опираться на анализ архи-
тектурно-строительных и конструктивных схем зданий и адаптированных к ним материалов и изделий. В такой постановке взаимосвязанного рассмотре-
ния составных технологических частей строительного производства следует говорить о концепциях соответствующих строительных систем, ориентиро-
ванных на определенные ниши жилищного и гражданского, городского и сельского строительства.
Анализ различных типов конструктивных систем (каркасных, бескаркасных, объемно-блочных, комбинированных) позволил заключить, что наи-
более перспективными с точки зрения реализации требований по повышению теплозащиты зданий гибкости планировочных решений являются:
каркасная конструктивная система для многоэтажного строительства,
бескаркасная система с поперечными несущими стенами для много-
этажного и малоэтажного строительства,
бескаркасная система с продольными несущими стенами для малоэтажного строительства.
14
Главным отличительным моментом здесь является то, что эффектив-
ность данных систем определяется разделением несущих и теплоизолирующих функций материалов в конструкциях (рис. 2). В предложенных вариан-
тах стеновой материал заполняет пространство в пределах одного этажа здания, не выполняет несущих функций, и, следовательно, для него не обяза-
тельно наличие высоких прочностных характеристик, которые как раз и не могут быть обеспечены при высокой пористости материала, создаваемой по условиям получения соответствующих теплоизолирующих свойств. Для реализации предложенных вариантов применяемые макропористые бетоны должны отвечать двум основным требованиям. С одной стороны, они должны обеспечивать высокий уровень теплозащитных свойств при сохранении необходимых проектно-нормативных характеристик материала, с другой стороны, создавать возможность применения гибких и универсальных тех-
нологических решений при их производстве. Матрица эффективных вариантов конструкций наружных стен зданий в одно-, двух- и трехслойном испол-
нении для мало- и многоэтажной застройки с применением мелкоштучных газосиликатных изделий и монолитного поризованного бетона представлена
втабл. 2 30 .
Сучетом обозначенных факторов решение вопросов повышения тер-
мического сопротивления ограждающих конструкций жилых зданий может опираться на сочетание применения двух традиционно выделяемых классов макропористых бетонов - ячеистого бетона автоклавного твердения (газосиликата) и цементного макропористого бетона неавтоклавного твердения (по-
ризованного бетона). Объединение возможностей поризованного бетона в качестве материала для несущих элементов зданий и автоклавных ячеистых бетонов пониженной средней плотности и ультралегковесных как материала для ограждающих конструкций позволит, по нашему мнению, наиболее ра-
ционально обеспечивать современные требования к теплоэффективности жилых зданий.
15
АСС здания
КАРКАСНАЯ СИСТЕМА
Конструктивные элементы здания
|
|
|
|
|
|
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ |
|
|
|
|
|
|
НАРУЖНЫЕ САМОНЕ- |
|
ФУНДАМЕНТЫ |
|
КОЛОННЫ |
|
ПЕРЕКРЫТИЯ |
ПЕРЕГОРОДКИ |
|
||||||||
|
|
|
СЛОЙ ПЕРЕКРЫТИЙ |
|
|
СУЩИЕ СТЕНЫ |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16
Плотный мелко- |
|
D1600 |
D1400 |
D1200 |
|
D1000 |
D800 |
|
Газосиликат |
|
Газосиликат |
зернистый бетон |
|
Поризованный мелкозернистый |
|
Поризованный |
|
D400-D600 |
|
D100-D200 |
|||
|
|
|
бетон |
|
|
микрозернистый бетон |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Материалы
МОНОЛИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ |
|
ИЗДЕЛИЯ ЗАВОДСКОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ |
Технологии изготовления материалов
Рис.2. Варианты использования макропористых бетонов в различных АСС зданий
АСС здания
БЕСКАРКАСНАЯ ПОПЕРЕЧНО-СТЕНОВАЯ СИСТЕМА
Конструктивные элементы здания
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НАРУЖНЫЕ САМО- |
|
ФУНДАМЕНТЫ |
|
ВНУТРЕННИЕ НЕ- |
|
ПЕРЕКРЫТИЯ |
|
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ |
|
ПЕРЕГОРОДКИ |
|
|||||
|
|
|
|
|
НЕСУЩИЕ СТЕНЫ |
|||||||||
|
|
СУШИЕ СТЕНЫ |
|
|
|
СЛОЙ ПЕРЕКРЫТИЙ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17
Плотный мелко- |
|
D1600 |
D1400 |
D1200 |
|
D1000 |
D800 |
|
|
Газосиликат |
|
Газосиликат |
зернистый бетон |
|
Поризованный |
мелкозернистый бе- |
|
Поризованный |
|
D400-D600 |
|
D100-D200 |
|||
|
|
|
тон |
|
|
микрозернистый бетон |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Материалы
МОНОЛИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ |
|
ИЗДЕЛИЯ ЗАВОДСКОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ |
|
|
|
Технологии изготовления материалов
Рис. 2 (продолжение). Варианты использования макропористых бетонов в различных АСС зданий
АСС здания
БЕСКАРКАСНАЯ ПРОДОЛЬНО-СТЕНОВАЯ СИСТЕМА
Конструктивные элементы здания
ФУНДАМЕНТЫ |
ПЕРЕКРЫТИЯ |
|
|
|
|
|
|
ПЕРЕГОРОДКИ |
|
НАРУЖНЫЕ НЕСУЩИЕ |
|
|
ВНУТРЕННИЕ |
|
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ |
|
|
|
|||||
|
|
|
НЕСУЩИЕ СТЕНЫ |
|
ПЕРЕКРЫТИЙ |
|
|
|
|
|
СТЕНЫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотный мелко- |
|
|
|
D1600 |
D1400 |
D1200 |
|
|
D1000 |
|
D800 |
|
Газосиликат |
|
Газосиликат |
|||||
зернистый бетон |
|
|
Поризованный |
мелкозернистый бетон |
|
|
|
Поризованный |
|
D600 |
|
D100-D200 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
микрозернистый бетон |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Материалы |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИЗДЕЛИЯ ЗАВОДСКОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ |
|
|||||||
|
|
|
|
МОНОЛИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ |
|
|
Технологии изготовления материалов
Рис.2 (продолжение). Варианты использования макропористых бетонов в различных АСС зданий
8
Таблица 2
Характеристика стен по вариантам их исполнения
|
Сопротивление теплопередаче стен - 3,030 м2 К/Вт |
||||
Варианты исполнения |
расчетная тол- |
расчетная толщи- |
принятая |
масса 1 |
|
щина конст- |
на теплоизоли- |
толщина |
м2 сте- |
||
конструкции стены |
|||||
рукционного |
рующего слоя, м |
стены, м |
ны, кг |
||
|
|||||
|
слоя, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Однослойная стена |
|
|
||
.Монолитная стена из поризо- |
|
|
|
|
|
ванного бетона ( =700 кг/м3) |
0,775 |
- |
0,80 |
560 |
|
Кладка из газосиликатных мел- |
|
|
|
|
|
ких блоков: |
|
|
|
|
|
=600 кг/м3 |
- |
- |
0,50 |
320 |
|
=500 кг/м3 |
- |
- |
0,40 |
220 |
|
=400 кг/м3 |
|
|
0,35 |
150 |
|
|
Двухслойная стена |
|
|
||
Стена из газосиликатных бло- |
|
|
|
|
|
ков с отделочным слоем из мел- |
|
|
|
|
|
козернистого поризованного бе- |
|
|
|
|
|
тона ( =1000 кг/м3) при средней |
|
|
|
|
|
плотности газосиликата: |
|
|
|
|
|
=500 кг/м3 |
0,146 |
0,357 |
0,53 |
515 |
|
=400 кг/м3 |
0,146 |
0,281 |
0,43 |
425 |
|
Трехслойная стена с термовкладышем |
|
|
|||
Стена из монолитного поризо- |
|
|
|
|
|
ванного бетона ( =1200 кг/м3) с |
|
|
|
|
|
термовкладышем из газосилика- |
|
|
|
|
|
та - теплопора ( =200 кг/м3) |
0,24 |
0,088 |
0,34 |
300 |
|
|
Комбинированная стена |
|
|
||
Стена из монолитного поризо- |
|
|
|
|
|
ванного бетона ( = 1200 кг/м3) |
|
|
|
|
|
при материале теплоизолирую- |
|
|
|
|
|
щего слоя из газосиликата - теп- |
|
|
|
|
|
лопора ( = 200 кг/м3) |
0,120 |
0,091 |
0,25 |
190 |
19
2. ПРОБЛЕМЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ СВОЙСТВ
ПОРИЗОВАННЫХ БЕТОНОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Для эффективного использования и расширения области применения цементных поризованных бетонов нового поколения в монолитном строи-
тельстве необходимо всестороннее изучение их физико-механических свойств. Применение поризованного бетона в качестве конструкционного и конструкционно-теплоизоляционного материала требует оценки его расчет- но-нормируемых характеристик не только непосредственно после окончания технологического цикла, но и меры их изменения и сохранности во времени.
Такая постановка задачи представляется вполне закономерной, так как результаты проведенных комплексных исследований являются основой разработки решений по технологии поризованных бетонов, а также нормирова-
ния и составления рекомендаций по проектированию конструкций.
2.1. Конструкционные свойства поризованных бетонов
Для решения задач разработки технологии цементных поризованных бетонов была выполнена программа экспериментальных исследований про-
цессов структурообразования и рецептурно-технологических факторов получения мелко- и микрозернистого поризованного бетона на основе типич-
ных представителей природного и техногенного сырья. При осуществлении разработок учитывались следующие предпосылки и требования:
1)для получения поризованного бетона должно использоваться минимально возможное число исходных сырьевых компонентов;
2)необходимым условием простоты технологии является несложность подготовки сырья, поэтому получение поризованного бетона на основе различных видов природного и техногенного сырья не должно требовать дополнительной их переработки;
3)поризованный бетон должен обладать достаточной несущей способностью - пределом прочности при сжатии на уровне нормируемых требо-
ваний к материалам несущих и самонесущих конструктивных элементов зданий высотностью 4-5 этажей;
4)пористость бетона должна обеспечивать такой уровень теплоизолирующей способности, чтобы стена из него по критерию материалоемкости могла конкурировать со стенами из ячеистых и легких бетонов;
20