Теория и практика малоэтажного жилищного строительства в России : Применение поризованного бетона на строительной площадке

Асаул А.Н., Казаков Ю.Н., Пасяда Н.И., Денисова И.В.
Теория и практика малоэтажного жилищного строительства в России
Под ред. д. э. н., проф. А. Н. Асаула. — СПб.: «Гуманистика», 2005. — 563с.

Глава 5. Новые энергосберегающие конструкции в малоэтажных жилых домах

5.3. Применение поризованного бетона на строительной площадке

Структура и содержание методики оценки и выбора рациональных вариантов технологии применения аэрированных песчаных бетонов в строительстве малоэтажных жилых домов приведена на рис. 8. Алгоритм представляет собой несколько последовательных итераций, в результате которых получается наиболее эффективный вариант технологии возведения малоэтажного жилого дома [20-22].

Рис. 8. Алгоритм вариантного проектирования технологии применения поризованных песчаных бетонов в градостроительных комплексах

Рассмотрим предложенный алгоритм более подробно.

Блок 1. Сбор и анализ исходных данных строительства обеспечивается достоверной информацией по условиям производства работ, проектно-смет-ной документации, привязкой принятых решений к конкретным условиям строительной площадки, изучением фактических средств подрядной организации по строительным материалам, машинам, механизмам, кадрам, инженерному обеспечению и т.д.

Блок 2. Разработка вариантов составов экспериментальных аэрированных песчаных бетонов с добавлением ПАВ на основе изучения объемно-планировочных и конструктивных решений жилых домов. На этом этапе рассматриваются все возможные реальные варианты использования экспериментальных бетонов на объектах, варианты составов бетонной смеси с расчетом их технико-экономических показателей.

Блок 3. Выбор оптимального варианта выполняем на основе применения критериев оптимальности — минимума приведенных затрат, максимума экономической эффективности и др.

Блок 4. Разработка вариантов средств механизации и оборудования опалубки на основе их технико-экономичных показателей. Важным элементом является выбор бетоносмесительных аэрированных установок и опалубочных систем.

Блок 5. Выбор оптимального варианта средств механизации на основе принятых критериев оптимальности с учетом совместимости технологического оборудования с принятой технологией работ и выбранным составом бетонной смеси, укладки поризованных смесей, изготовленных методом аэрирования (блок 3).

Блок 6. Разработка вариантов технологии и организации строительства домов с учетом требований СНиП, необходимости сокращения трудоемкости и продолжительности строительства, обеспечения нормативного уровня качества работ.

Блок 7. Выбор оптимального варианта технологии возведения конструкций из поризованных смесей, приготовленных методом аэрирования, и организации строительства объектов жилищного строительства на основе применяемых критериев выбора.

Блок 8. Разработка ПОС, ППР, технологических карт, календарных планов, графиков поставок строительных материалов, машин и оборудования, потребности в трудовых ресурсах. Обоснование стройгенплана.

Таким образом, в результате последовательной разработки оптимальных решений обосновывается технология применения экспериментальных поризованных комбинированных смесей и аэрированных песчаных бетонов в строительстве малоэтажных жилых домов.

Методика подбора состава бетона приведена на рис. 9.

Рис. 9. Методика подбора состава бетона для слоистых наружных кирпичных стен жилых домов

В соответствии с принятой методикой выберем материал для бетона.

Особенности технологии изготовления строительных конструкций из по-ризованного бетона в построечных условиях связаны с обоснованием подбора компонентов бетонной смеси.

Учитывая рекомендации по сравнительному анализу вяжущих для бетона, для аэрированных песчаных бетонов целесообразно использовать гидравлические вяжущие, в частности портландцемент. Марка портландцемента должна быть не ниже 300 для теплоизоляционных и 400 — для конструктивных бетонов.

Цемент является наиболее дорогим и энергоемким компонентом бетона. Важное значение имеет правильное назначение марки бетона. Завышение его марки ведет к перерасходу цемента. При выборе решений необходимо учитывать как интересы конкретного производства, так и общий экономический эффект. Так, повышение марки цемента ведет к снижению его расхода в бетоне, однако цемент высоких марок производит ограниченное количество заводов. Поэтому применение этого цемента для бетонов низких марок, (предел прочности при сжатии 5,0-8,5 МПа), приводит к его нерациональному использованию. Кроме того, это вызывает увеличение средней дальности перевозок цемента и потребности в вагонах, излишнее расширение складского хозяйства на заводах сборного железобетона и т. д.

В результате экономический эффект, полученный за счет снижения расхода цемента, не покрывает выросших транспортных, складских и заготовительных расходов. Поэтому с точки зрения обеспечения не локального, а максимального народнохозяйственного эффекта целесообразно использовать в обычных бетонах рядовые марки цемента, одновременно применяя соответствующие химические добавки, качественные местные заполнители и рациональную технологию бетона.

Как показал анализ [20,21,24,26,52,53,54,68, 85], в производстве легкого бетона для снижения суммарных энергозатрат помимо традиционных способов экономии цемента особо важное значение имеет применение менее энергоемких заполнителей, в частности рассмотренных ранее легких заполнителей (перлита), поризация бетонной смеси и др. (рис. 10).

Рис. 10. Основные способы экономии цемента при использовании поризованного бетона для многослойных наружных кирпичных стен жилых домов малой этажности

Значительную экономию цемента и снижение материальных затрат можно получить при использовании в производстве бетона вторичного сырья, в частности, опилок.

Анализ различных видов цемента показал, что для решаемой проблемы следует использовать портландцемент ПЦ-Д20-Б с гарантированной маркой 400, пределом прочности не менее 5,4 МПа при изгибе и 39,2 МПа при сжатии в возрасте 28 суток (рис. 11). Он является цементом на основе портландцементного клинкера с содержанием активных и минеральных добавок (Д20) не более 20%, быстротвердеющим (Б) с нормированием трехсуточной прочности, равной не менее 55 % от 28-суточной прочности. По прочности цемент является рядовым.

Основные требования к выбранному вяжущему приведены на рис. 12.

Рис. 12. Классификация основных требований, предъявляемых к цементу для возведения малоэтажных жилых домов

Равномерность изменения объема цементного камня является важным требованием, т.к. во внутреннем слое в кирпичных стенах бетон существенно влияет на несущие и теплоизоляционные функции кирпичных слоев и всей стены в целом.

Как видно из анализа рис. 13, неравномерность изменения объема цементного камня в разрабатываемой технологии может привести к усадке или набуханию стены.

Рис. 13. Отрицательное влияние неравномерности изменения объема цементного камня в процессе его твердения на кирпич и стену в слоистых кирпичных стенах

1 — наружный слой кирпича; 2 — внутренний слой кирпича; 3 — средний слой

бетона; 4 — зона усадки; 5 — зоны "мостиков холода"; 6 — зона внецентренной

передачи нагрузки; 7 — зона набухания; 8 — распирающие усилия, разрушающие

В первом случае появляются "мостики холода" по всей площади наружных стен, что существенно снижает их теплозащитные функции. При этом фактическая теплозащита стены может быть на 10-15% ниже расчетных показателей. В жилых помещениях домов это недопустимо по требованиям СНиП. Кроме того, в первом случае появляются зоны внецентральной передачи механической нагрузки Q, которые могут привести к появлению трещин и разрушению бетона.

Во втором случае появляются зоны набухания по всей площади стен, что приводит к разрушению кирпичной кладки, появлению трещин и снижению несущей способности конструкции. Кроме того, во втором случае, как и в первом, снижаются теплозащитные функции ограждения

Учитывая данные особенности, в портландцементе предельные содержания СаО и MgO не должны превышать 1% и 5% соответственно. Именно избыточное содержание оксидов кальция и магния вследствие гидратации приводит к местным деформациям и неравномерному изменению объема.

Т.к. проектируемые конструкции являются не массивными, то специальных требований к тепловыделению при схватывании и твердении цемента не предъявляется.

Обоснование требований к крупному заполнителю в поризованных бетонных смесях.

Исследования показывают, что крупный заполнитель играет важную роль в достижении расчетных показателей бетона. Анализ свидетельствует о целесообразности применения для решения задачи перлита (рис. 14).

Вспученный перлит является искусственным пористым материалом, получаемым вспучиванием при термической обработке вулканических водосо-держащих (1-2 % связанной воды) стекол: перлита, обсидиана и др. Он выпускается в виде перлитовых щебня и песка. Его особенностью является меньшая насыпная плотность мелких фракций, а не крупных, как у других видов пористых заполнителей. Требования к показателям бетонов с учетом их заполнителей приведены в табл. 10.

Требования к показателям основных свойств крупнопористого и пористого бетонов с различными заполнителями

При этом по признакам не только вяжущего, но и заполнителя можно обосновать следующую классификацию (рис. 15).

С учетом работы легкого бетона в качестве конструкционно-теплоизоляционного слоя в кирпичных стенах жилых домов малой этажности минимальная марка перлита по прочности должна быть П\5, а морозостойкость — не менее Fis с ограничением потерь по массе не более 8% [24, 26, 52, 53, 55]. Морозостойкость перлита должна обеспечивать получение бетона требуемой марки по морозостойкости.

Рис. 15. Классификация легких бетонов по признакам вспученного и крупного пористого заполнителя

Исследование выявило следующие требования к заполнителю, отраженные на рис. 16. Форма зерен является важным требованием к крупному заполнителю (рис. 16). Она характеризуется содержанием зерен, отличающихся от куба и шара. Так, для щебня лучшей формой является форма, близкая к кубу, а для гравия — к шару. При большом содержании в перлите зерен пластинчатых и игольчатых форм значительно повышается его межзерновая плотность, ухудшается удобоукладываемость бетонной смеси. Все это вызывает увеличение расхода цемента. В перлите содержание пластинчатых и игольчатых зерен должно быть не более 35%, загрязнений не должно быть более 3%. Качество перлита может быть улучшено посредством промывки. В качестве пористого заполнителя применение перлита основано на следующих преимуществах:

Рис. 16. Требования, предъявляемые к крупному заполнителю для аэрированных опилко- и перлито-песчаных бетонов

Во-вторых, перлит обладает значительным водопоглощением и при введении в бетонную смесь отбирает из цементного раствора часть воды. Для того чтобы компенсировать влияние водопоглощения и сохранить подвижность бетонной смеси, необходимо увеличивать расход воды. Водопоглощение перлита существенно влияет также на водоудерживающую способность бетонной смеси, уменьшает расслаивание литых и подвижных смесей, позволяет применять смеси с высоким водоцементным отношением. Это имеет большое значение именно для получения не только конструкционных, но и конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов для наружных кирпичных многослойных стен жилых домов малой этажности.

Рис. 17. Зависимости теплофизических свойств и прочности легких бетонов на пористых заполнителях от их плотности: (р1 — р2) — зона оптимальной плотности; (R1 — R 2) — зона оптимальной прочности; (

) — зона оптимальной теплопроводности.

В-третьих, перлит в большей мере, чем обычные плотные заполнители, влияет на процесс структурообразования бетона из-за своей способности к влагообмену с цементным тестом. Вначале перлит, поглощая воду, способствует получению более плотного контактного слоя цементного камня. Затем вследствие гидратации цемента при уменьшении воды в цементном камне перлит возвращает ранее поглощенную воду и создает благоприятные условия для дальнейшей гидратации и снижения усадочных явлений в цементном камне. Высокая шероховатость поверхности перлита обеспечивает его достаточное сцепление с цементным камнем. Кроме того, значительная деформа-тивность перлита уменьшает и появление усадочных микротрещин, что обеспечивает более высокое качество готовых изделий. В конечном результате в перлитовом бетоне цементный камень обладает одновременно достаточными и плотностью и однородностью, что уменьшает его проницаемость и повышает долговечность.

В-четвертых, существенным является то, что перлит позволяет получать бетон только до определенной прочности, по достижении которой дальнейшее повышение прочности раствора не приводит к значительному повышению прочности бетона. Этому препятствует слабый заполнитель и хрупкость цементного каркаса. Дальнейшее повышение прочности раствора экономически нецелесообразно, т. к. не приводит к улучшению свойств бетона.

В-пятых, существенное влияние на прочность перлитобетона оказывает содержание в нем собственно перлита (или концентрация перлита). При малой разнице в прочности бетона и раствора, что характерно именно для исследуемых конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов, максимальная прочность бетона достигается при определенной оптимальной концентрации заполнителя.

Таким образом, обосновывая целесообразность использования перлита в монолитных бетонах, приходится учитывать все основные особенности влияния перлита на прочность бетона, поэтому проектирование состава перлитового бетона проводится на основе ряда таблиц и поправочных коэффициентов, разработанных с учетом этих факторов.

В соответствии с рекомендациями [20, 21, 52, 53, 55], целесообразно использовать перлитовый заполнитель — щебень насыпной плотностью 500 кг/м (марки 500) пустотностью 48% и прочностью при сдавливании в цилиндре 1 МПа.

Опилки, как органические целлюлозные заполнители для изготовления арболита, характеризуются следующими преимуществами: экономической эффективностью применения; технологичностью; являются местным материалом с малой средней плотностью; хорошей смачиваемостью и др.

Исследования показали, что опилки, являясь органическим пористым заменителем с малой плотностью, хорошей смачиваемостью, недефицитностью, обладают и некоторыми отрицательными свойствами, К специфическим особенностям органического заполнителя (опилок) относятся их повышенная химическая активность, значительная степень объемных и влажностных деформаций (усушка и разбухание), низкая адгезия к цементному камню. Эти свойства затрудняют получение бетона высокой прочности из высокопрочных материалов (древесина и цементный камень). Низкая прочность опилкобетона связана с химическим составом древесины.

Древесина представляет собой сложный комплекс веществ органического происхождения. Она состоит из целлюлозы (примерно 50%), лигнина, геми-целлюлозы и небольшого количества экстрактивных веществ — таннидов, жиров, эфирных масел, органических кислот, водорастворимых сахаров, минеральных солей [52, 86].

Так, целлюлоза и лигнин, составляющие основную массу клеточных оболочек древесины, являются достаточно стойкими веществами и вредного влияния на процесс твердения клинкерных минералов не оказывают. Целлюлозная часть древесины (9,6-10,3% в хвойных породах и 22,4-26,0% в лиственных) представляет собой сложные органические вещества (полисахариды), способные в щелочной среде (цементный раствор) гидролизоваться и переходить в водорастворимые сахара.

Экстрактивные вещества — танниды, имеют большие размеры молекул, порядка 100 мкм. Они вымываются из древесины только горячей водой и хорошо осаждаются. Вследствие этого танниды не оказывают существенного влияния на процесс твердения цемента.

Отечественными и зарубежными исследователями установлено, что наиболее вредное воздействие оказывают легкорастворимые простейшие сахара: сахароза, глюкоза, фруктоза и часть гемицеллюлозы. Щелочная среда цементного теста способствует выделению "цементных ядов", количество которых изменяется в значительных пределах в зависимости от породы древесины, сроков и условий хранения. "Цементные яды", состоящие в основном из углеводных групп НОСН, осаждаясь на поверхности частичек минералов цемента, образуют тончайшие оболочки, которые изолируют частицы цемента от воды, замедляют ход процессов гидролиза и гидратации цемента.

Для уменьшения отрицательного влияния водорастворимых экстрактивных и легкогидролизируемых веществ на качества поризованного бетона необходимо сократить время воздействия Сахаров на процессы твердения, перевести простейшие сахара в нерастворимые или безвредные для цемента соединения. Наиболее распространенными минерализаторами являются хлористый кальций, жидкое стекло, сульфат алюминия, хлорид алюминия. Кроме того, эти вещества увеличивают адгезионную прочность "заполнитель — цементный камень". Поскольку составные части древесины, в первую очередь целлюлоза, обладают структурной поляризацией (поверхность молекулярных цепей целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина несут отрицательный заряд), они должны хорошо соединяться с полярными веществами (CaCh, AlCli) [86].

Повышение прочности опилкобетона достигается также увеличением растворной части, что одновременно улучшает сцепление с заполнителем и увеличивает площадь контактной зоны между отдельными структурными элементами.

Сроки твердения и прочность арболита зависят от химического состава опилок. Наиболее пригодны опилки из ели, тополя, березы и сосны. Древесина дуба, ясеня, лиственницы из-за высокого содержания экстрактивных веществ и высокой химической активности являются малопригодными. Принимаем опилки древесные с объемным весом 300 кг/м [86]. Опилки должны быть без видимых признаков плесени и гнили, а также примесей инородных материалов — глины, песка и т. д. Содержание примеси коры не должно быть более 10%, а хвои и листьев — не более 5% по массе сухой смеси заполнителей. Опилки должны выдерживаться в кучах, под навесом не менее 1 месяца при положительной температуре, что приводит к уменьшению содержания вредных веществ. Использование опилок позволяет снизить стоимость проектируемого бетона и повысить его теплозащитные функции.

С учетом заданной прочности бетона мелкий заполнитель должен иметь зерновой состав, близкий к идеальным кривым просеивания [26, 52, 54]. Прочность заполнителя также зависит от крупности зерен. Естественные пески обладают прочностью на сжатие и растяжение, как правило, более высокой, чем прочность раствора, поэтому к обычному песку для условий эксплуатации бетона в исследуемой задаче особых требований по прочности не предъявляется. Существенное влияние на экономичность бетона оказывает чистота песка. Пылевидные и глинистые примеси способны создать на поверхности зерен песка пленку, препятствующую сцеплению их с цементным камнем, поэтому, в песке количество загрязняющих примесей должно быть менее 3%.

Целесообразно применять песок с шероховатой поверхностью, так как такой заполнитель лучше сцепляется с цементным камнем и способствует повышению прочности бетона. Предпочтителен речной песок. Из условий эксплуатации песок должен иметь плотность не ниже 1400 кг/м [64]. В проектируемом бетоне необходимо раздвинуть зерна песка и окружить их цементной оболочкой, которая создает смазку, обеспечивающую подвижность смеси и скрепляющую в дальнейшем зерна песка. Однако песок, состоящий только из одних крупных зерен, имеет слишком большой объем пустот. Пригодным является крупный песок, но содержащий достаточное количество средних и мелких зерен. При такой комбинации зерен объем пустот будет малым, а площадь поверхности зерен — наибольшей. Таким образом, лучшими, пригодными для проектируемого бетона, являются крупные и средние пески с модулем крупности 2,0 <М< 3,25 [64]. Допускается самое ограниченное содержание органических вредных примесей (гумус и органический ил), так как органические кислоты, входящие в состав этих веществ, активно взаимодействуют с новообразованиями цемента и снижают прочность бетона. В расчетах состава бетона необходимо учитывать явление изменения насыпной плотности песка в зависимости от его влажности. Особенно это важно для приготовления бетонной смеси в нашем случае в условиях строительной площадки, когда песок хранится на открытой площадке и существенно меняет свою влажность в зависимости от погодных условий. Так, при изменении влажности песка от нуля до возможных предельных значений его насыпная плотность вначале резко уменьшается, а затем возрастает. Это связано с тем, что с увлажнением на песчинках образуются тонкие сольватные оболочки, вызывающие их агрегатирование за счет сил поверхностного натяжения, и пустотность песка при рыхлой засыпке повышается, а с ней уменьшается его насыпная плотность, дальнейшее увеличение приводит к утолщению оболочек и к сплошному заполнению пустот водой. При этом песчинки под действием собственного веса перемещаются относительно друг друга в положение устойчивого равновесия, а вода заполняет оставшиеся пустоты. Таким образом, насыпной объем песка уменьшается, а насыпная плотность увеличивается, поэтому необходимо учитывать это явление путем введения переходного коэффициента K_w.

Известно, что для улучшения свойств бетонной смеси и бетона, а также экономии цемента в состав бетона рекомендуется вводить химические добавки.

По своему основному эффекту они подразделяются на регулирующие и модифицирующие (рис. 18).

Рис. 18. Классификация основных видов добавок к поризованным бетонам

Анализ условий приготовления, укладки и твердения бетонной смеси, а также особенностей эксплуатации бетона в качестве конструкционно-теплоизоляционного слоя в наружных слоистых кирпичных стенах малоэтажных жилых домов показывает необходимость применения, прежде всего, воздухо-вовлекающих и газообразующих добавок. Ориентировочный расход воздухо-вовлекающих добавок составляет: для гидролизованной крови (ПО-6) при кварцевом песке — 1-2,5 % от массы цемента; для абиетата натрия (СНВ) — 0,1 -0,2% от массы цемента. При растворении порошка СНВ в воде, затвердении и перемешивании в бетонной смеси она образует устойчивую микропену, равномерно распределенную в тонких слоях воды, разделяющих поверхности твердой фазы. За счет воздухововлечения в бетоне создается резервная условно-замкнутая система пор. Это снижает среднюю плотность бетона, повышает морозостойкость и водонепроницаемость. Существуют и другие виды добавок.

Основные виды пенообразующих добавок: смола нейтрализованная воз-духововлекающая (СНВ, СНВК) по ТУ 81-05-75-74; смола древесная омыленная (СДО) по ТУ 13-05-02-83; сульфанол по ГОСТ 12399-75; пенообразователь пожарный по ГОСТ 84-33-81.

Применяемая для проектируемого бетона вода не должна содержать примесей, задерживающих твердение цемента. Т. к. проектируемый бетон относится к группе обычных бетонов, то максимально допустимое содержание в воде сульфатов, хлоридов и всех солей составляет 2700, 1200 и 5000 мг/дм соответственно [20]. Водородный показатель рН воды затворения должен быть в пределах от 4 до 12,5. Окисляемость воды не должна превышать 15 мг/дм . При необходимости использования воды из водоемов следует предварительно оценить ее качество. В сомнительных случаях пригодность воды проверяется в пробных замесах со сравнительной оценкой прочности образцов на водопроводной питьевой воде и примененной воде.

Прежде всего, следует отметить, что состав бетона с использованием опилок и порообразователей определяется расчетно-экспериментальным путем. Вначале, на первой стадии находят предварительный состав бетона. Затем, на второй стадии, предварительный состав бетона уточняют на пробных замесах. При этом уточняются расходы, прежде всего воды, цемента и вовлеченного в бетон воздуха в результате процесса аэрирования.

При определении предварительного состава бетона, как показал анализ, следует использовать существующие зависимости и учесть влияние на свойства бетона различных видов заполнителей, в частности, опилок.

Отличительной особенностью исследования является то, что, в отличие от обычного бетона, при проектировании состава поризованного опилкобетона необходимо обеспечить не только заданную прочность бетона и удобоуклады-ваемость бетонной смеси, но и обеспечить заданную его плотность. Это обусловлено тем, что плотность бетона взаимосвязана с его теплопроводностью, играющей важную роль в исследуемых вариантах бетона в многослойных наружных стенах. Так как плотность зависит от содержания и свойств песка и опилок, их расходы определяются именно из условия заданной плотности бетона (рис. 19).

Для получения поризованного опилкобетона при минимальных расходах цемента необходимо правильно выбрать материалы.

Марку цемента целесообразно назначить в зависимости от проектного класса бетона. Так, рекомендуемая марка цемента для проектного класса бетона В 5, В 7,5 и В 8,5 — М 400 [20].

Песок в проектируемом бетоне должен иметь модуль крупности 1,5-2,5 и насыпную плотность не менее 600 кг/м .

Следует отметить, что прочность бетона зависит не только от активности цемента и Ц/В, но и от свойств заполнителя и подвижности бетонной смеси. Поэтому при определении расхода цемента необходимо использовать статистические данные, уже полученные опытным путем.

Рис. 19. Классификация бетоносмесителей для приготовления поризованной бетонной смеси

Ориентировочно расход цемента принимаем в зависимости от класса бетона, марки цемента и марки заполнителя по прочности, равный 230 кг [20].

Далее табличное значение расхода цемента Мс уточняется умножением на поправочные коэффициенты Kf.

где К] — коэффициент марки цемента; К2 —коэффициент вида песка;

Кз — коэффициент предельной крупности заполнителя; Ка — коэффициент подвижности бетонной смеси. Получаем из формулы (1):

Определяем начальный расход воды по таблицам в зависимости от удобо-укладываемости, наибольшей крупности заполнителя. Получаем равным 195 л/мЗ.

В табличное значение вводим уточняющие поправочные коэффициенты.

Так, в первую очередь следует учесть водопотребность песка, от свойств и расхода которого существенно изменяется водопотребность бетонной смеси.

Среднюю водопотребность плотного песка принимаем равной 7%. При использовании песков с другой водопотребностью в расход воды следует вводить дополнительную поправку [20]:

Во вторую очередь, следует учесть водопотребность опилок введением соответствующих поправочных коэффициентов.

Введение опилок в бетонную смесь является важной операцией, т.к. смесь с опилками склонна к комкованию, что снизит качество бетона и не позволит получить требуемые характеристики. В связи с этим целесообразно использовать следующие два приема.

Во-первых, смешивать сначала песок и опилки, как наиболее легкие заполнители и составляющие смеси, а затем добавить цемент и воду.

Во-вторых, вводить опилки в последнюю очередь в предварительно перемешанную смесь цемента, воды и песка.

Опилки рассматриваются в бетоне в качестве микронаполнителей. Их следует рассматривать как составную часть вяжущего вещества.

Расчет количества опилок О осуществляется следующим образом.

При содержании принятых опилок в 60 кг и 253 кг цемента активность вяжущего уменьшается на 32%.

Это следует учесть при повторной корректировке расходов цемента, песка и воды.

Таким образом, осуществлен расчет состава поризованного опилко-песчаного бетона со следующими характеристиками на 1 м :

б) песок обычный строительный с модулем крупности 1,5, истинной плотностью 2,63 кг/л — 496 кг;

Корректировки № 1 и № 2 данного состава после пробных замесов и в процессе производства (этапы № 4 и № 6) показали следующие результаты: цемент — 250 кг; песок — 546 кг; вода — 244 кг; опилки — 60 кг; порообразователь — 0,2 кг; рб = 1100 кг/м .

Анализ эмпирических значений показывает их хорошую сходимость с теоретическими данными. При этом получаются требуемые показатели прочности и плотности.Таким образом, в результате теоретических исследований и практических испытаний выполнена первая часть обоснования технологии возведения малоэтажных домов — осуществлен подбор состава новых видов поризованных перлито- и опилко-песчаных бетонов.

Решение этой задачи позволяет перейти к решению следующей задачи — обосновать собственно технологию применения предложенных монолитных бетонов в условиях строительной площадки.

Общая классификация бетоносмесителей приведена на рис. 20. Для смешивания компонентов бетонной смеси разработана экспериментальная установка цикличного типа принудительного действия. Анализ существующих типов бетоносмесителей показал, что для условий малоэтажного жилищного строительства с использованием поризованных бетонов целесообразно применять именно такие установки.

Основные параметры установки представлены в табл. 11. Конструктивная схема смесителя представляет собой горизонтальный смесительный вал с корытообразным корпусом. Принципиальные схемы высокоскоростной установки приведены на рис. 20-23.

Перемешивание материалов происходит при вращении шести лопастей в неподвижной смесительной камере (чаше).

Работа смесителя осуществляется следующим образом по двум вариантам. В первом одноэтапном варианте загрузка компонентов смеси осуществляется в полном объеме. Во втором двухэтапном варианте загрузка компонентов происходит частично, в два этапа. Обслуживание установки осуществляет один человек. Загрузка компонентов происходит вручную. Перемешивание смеси с момента загрузки всех материалов до начала выгрузки продолжается 3 минуты. Как показали исследования, при меньшей продолжительности ухудшается однородность и понижается прочность бетона. При этом увеличение времени мало сказывается на свойствах бетона.

Исследования показали, что продолжительность приготовления одного замеса опилкобетона в разработанной установке одним работником составляет 20-22 минуты, двумя работниками — 14-16 минут.

Продолжительность отдельных технологических операций замеса приведена в табл. 12. Они получены на основе обработки представительной выборки результатов, хронометрических наблюдений в условиях строительной площадки.

Основные параметры бетоносмесительной установки для поризованного песчаного бетона

Таким образом, технология применения поризованного бетона на строительной площадке основана на разработанных принципиальных схемах технологического оборудования и технологической последовательности приготовления поризованных бетонных смесей.

Как следует из анализа табл. 12, построенной по результатам производственного хронометража технологических операций на реальном строительстве домов в г. Павловске, общая средняя продолжительность одного цикла перемешивания составляет:

а) при одном рабочем — 22 мин. (15 мин. загрузка, 3 мин. перемешивание, 4 мин. выгрузка);

б) при двух рабочих — 13 мин. (8 мин. загрузка, 3 мин. перемешивание, 2 мин. выгрузка).

Таким образом, приготовление поризованной бетонной смеси заключается в смешивании всех подобранных компонентов.

Вариант принципиальной схемы размещения бетоносмесительной установки на строительной площадке приведен на рис. 20.

Предлагаемый технологический процесс приготовления и укладки поризованной бетонной смеси с одноэтажной закладкой строительных материалов (рис. 24) и двухэтажной (рис. 25), а также в слоистых кирпичных стенах жилых домов обобщен на рис. 26.

Рис. 20. Принципиальная схема размещения бетоносмесительной установки на строительной площадке (вариант):

1 — бетоносмесительная установка; 2 — площадка подачи исходных строительных материалов; 3 — площадка открытого хранения песка; 4 — площадка закрытого хранения цемента; 5 — площадка открытого хранения опилок; 6 — источник электроснабжения; 7 — источник водоснабжения; 8 — емкость приема бетона; I — путь движения транспорта; 10 — ограждение площадки; 11 — ворота; 12 — объект строительства

Как следует из анализа данных, содержащихся в рис. 26, процесс состоит из трех видов операций: основные, вспомогательные и транспортные.

Рациональная организация во времени и в пространстве операций обеспечивает эффективность применения монолитного бетона.

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 песка, 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 цементозольными, 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.

Рис. 21. Принципиальная схема высокоскоростной бетоносмесительной установки

для приготовления поризованного опилкобетона на строительной площадке

(продольный разрез): 1 — смесительная камера объемом 1 м ; 2 — электродвигатель;

3 — пульт управления; 4 — ввод электроэнергии; 5 — стальная рама; 6 — опора из

железобетонных блоков; 7 — основание; 8 — монтажные петли

Рис. 22. Принципиальная схема высокоскоростной бетоносмесительной установки для приготовления поризованного опилкобетона на строительной площадке (поперечный разрез): 1 — смесительная камера объемом 1 м ; 2 — ввод электроэнергии; 3 — стальная рама; 4 — опора из железобетонных блоков; 5 — вал; 6 — устройство выгрузки бетона; 7 — ручка привода; 8 — площадка подачи исходных строительных материалов; 9 — крышка; 10 — монтажные петли

Результаты исследований показали, что аэрированные растворы имеют сорбционную 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 рас-творонасосами.

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, металлическим 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.

Рис. 23. Принципиальная схема высокоскоростной бетоносмесительной установки

для приготовления поризованного опилкобетона на строительной площадке (план):

1 — смесительная камера объемом 1 м ; 2 — электродвигатель; 3 — пульт

управления; 4 - ввод электроэнергии; 5 - стальная рама; 6 - опора из

железобетонных блоков; 7 — основание; 8 — монтажные петли; 9 — вал; 10 — лопасти

(6 штук); 11 — механизм ручной выгрузки бетона

Рис. 25. Схема приготовления поризованного опилкобетона с двухэтапной закладкой строительных материалов (вариант №2)

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 (по данным д.т.н.проф.Верстова В.В., Бадьина Г.М., к.т.н. Макаридзе Г.Д.).

Рис. 26. Схема технологического процесса приготовления и укладки поризованной бетонной смеси в слоистых кирпичных стенах жилых домов

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 свежеуложенной 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.

Рис. 27. Сравнение теоретических и экспериментальных зависимостей

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

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.

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 бетоновода 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.).

Рис. 28. Сравнение теоретических и экспериментальных зависимостей в

1 — теоретическое значение; 2, 3 и 4 — экспериментальные значения для одно-, двух- и трехэтажных домов

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 портландцементы и 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.

Рис. 29. Зависимости требуемого количества рабочих от темпа укладки поризованной смеси: 1 — экспериментальные данные; 2 — аппроксимация

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 массо-переноса. 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).

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 температур режим твердения (до +80-95 °С) независимо от массивности изделий и температурно-влажностных условий окружающей среды. В результате сроки достижения заданной прочности значительно сокращаются (в 10-12 раз) и при необходимости могут быть доведены до 10-15 часов.

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

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 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 в зависимости от состава бетонной смеси (водосодержания и расхода цемента), химического состава применяемого цемента и ряда других факторов колеблются.

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

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 в ООО "МастерСтройКомпания" 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.

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.

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. 30-31.

Таким образом, рассмотренная энергосберегающая строительная система для индивидуального 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.

Рис. 30. Многослойная конструкция наружных стен с применением

экспериментального поризованного опилко-песчаного бетона:

1 — кирпич лицевой пустотелый керамический ЗАО НПО "Керамика" Ml50 по

ГОСТ 7484-78; 2 - поризованный опилко-песчаный бетон или перлито-песчаный

бетон, плотность 1100-1250 кг/м , предел прочности 5-8,5 МПа, теплопроводность

0,25-0,30 Вт/мК, F 25; 3 - камень керамический поризованный ЗАО НПО

"Керамика" (пустотность 51%), размер 250x120x142 мм, плотность 850 кг/м ,

теплопроводность 0,29 Вт/м С, прочность на сжатие М "150"; 4 — штукатурка или

"Гипрок" - толщина 2 см.; 5 - арматурная сетка Вр 04 мм с ячейкой 50x100 мм; 6 - анкера

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 перлитобетон. 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/м — предел прочности при сжатии — 8,5 МПа, предел прочности при изгибе — 1,8 МПа, теплопроводность — 0,30 Вт/м К, морозостойкость 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.

Рис. 31. Многослойная конструкция наружных стен с применением газобетонных блоков: 1 - кирпич лицевой пустотелый керамический (красный, белый) ЗАО НПО "Керамика" М 150, размеры 250 х 120 х 65 мм ГОСТ 7484-78, DIN 105, F 75, вес 2,3 кг, плотность 1200 кг/м , теплопроводность 0,35 Вт/м С; 2 - газобетон блочный М 20, размеры 600х250х 300 мм, Q = 22,37 кг, плотность 400 кг/м , коэффициент теплопроводности 0,10 Вт/м С; 3 — камень керамический

поризованный ЗАО НПО "Керамика", 2NF (пустотность 51%), размеры 250x120x142 мм, плотность 850 кг/м , теплопроводность 0,29 Вт/м С, прочность на

сжатие М "125", 4 - штукатурка 20 мм или "гипрок" листовой 15 мм; 5 - арматурная сетка Вр 04 мм с ячейкой 50 х 100 мм (укладывается через 4 ряда

5.4. Эффективность сборно-монолитных энергосберегающих конструкций

Выбор методики оценки технико-экономической эффективности применения поризованного бетона в малоэтажном жилищном строительстве базируется на существующих методологических разработках [20, 21, 24, 52, 53, 55, 56, 57], с одной стороны, и на системном анализе объекта оценки, с другой стороны.

Авторами разработанный алгоритм оценки технико-экономической эффективности ТПБ, приведен на рис. 32., отражающий в обобщенном виде последовательность действий при оценке и выборе решений.

Для расчета эффективности использования разработанной технологии применения поризованного песчаного бетона необходимо учесть следующие основные принципы: метод сравнительной экономической эффективности; сопоставимость сравниваемых вариантов; учет фактора времени; учет ограничений по ресурсам; учет фактора неопределенности.

Рис. 32. Алгоритм оценки технико-экономической эффективности технологии поризованного бетона в малоэтажном жилищном строительстве

Рис. 33. Системный анализ влияния различных факторов на оценки эффективности технологии поризованного бетона

Наши исследования показывают, что в основе определения эффективности технологии должен быть не отраслевой, а объектный и в практических расчетах применительно к решаемой задаче критерий оценки вариантов принимает форму, учитывающую существующие факторы и ориентирует на выбор варианта, максимально соответствующего нашим целям.

В строительной практике к такого рода факторам относятся снижение прямых, сопряженных, единовременных и эксплуатационных затрат на строительство, решение экологических проблем и др.

Уровень эффективности технологии ТПБ определяется рациональностью решений, принятых в отдельных этапах технологии (приготовление смеси, ее укладка, уход за бетоном и т.д.), а также рациональностью их взаимосвязи. Это предопределяет важное качество подобной оценки — комплексность. При этом технико-экономическая оценка должна проводиться на всех стадиях разработки вариантов. Оценка подвергается как ТПБ в целом, так и отдельные ее части с целью детального выявления всех факторов, определяющих уровень эффективности сравниваемых решений.

Другая сторона выбора решения предполагает комплексный характер самого процесса определения эффективности с возможно полным выявлением затрат и результатов за весь период реализации ТПБ, с максимально возможной стоимостной оценкой элементов эффекта и ресурсных затрат, т.е. необходим системный анализ влияния различных факторов на оценку эффективности технологии. Схема их влияния разработана в настоящей книге и приведена на рис. 33. Руководствуясь алгоритмом (рис. 32.) мы видим, что определение эффекта ТПБ предполагает учет экономических и социальных результатов.По-ложительный эффект возможен для ТПБ в следующих трех случаях:

а) снижение затрат при достижении заданного уровня результатов;

б) повышение результатов при заданном уровне затрат;

в) снижение затрат при повышении уровня результатов.
Рассмотрим первый случай.

Для конкретных условий оценки ТПБ целесообразно выбрать критерий, который определяется выполнением однозначно заданных требований к рас-смариваемым вариантам, широким использованием нормативов и стандартов, количественной оценкой качества технологий, наличием сопоставимых вариантов для сравнения.

В таком случае обязательность внешних исходных данных обеспечивает сопоставимость решений по целевому эффекту. Поэтому критерий оценки формулируется как минимум совокупных приведенных затрат при ограничениях, которые накладываются целями и ресурсами:

где 3_ct и Kt — затраты на строительство жилого дома (приведенные затраты и сметная стоимость на строительство);

Щ — издержки при эксплуатации жилого дома в t-м году;

Тф — год окончания функционирования жилого дома, от момента ввода в эксплуатацию;

Т_с — год начала строительства жилого дома;

Так как строительство жилых домов по разработанной технологии ТПБ осуществляется в относительно короткие сроки (не более трех лет), дома сразу после ввода в эксплуатацию используются на полную мощность и текущие издержки при эксплуатации не меняются по годам, то в соответствии с рекомендациями [20-22] полные приведенные затраты допускается определять по формуле:

где К— полные затраты на строительство; и — среднегодовые издержки при эксплуатации;

Цт — дисконтный показатель для приведения текущих издержек. Показатель рассчитывается по формуле:

В нашем случае, в соответствии с данными [20-22], показатель равен 14. Далее, как следует из анализа алгоритма на рис. 32, важной процедурой является обоснование системы технико-экономических показателей (блок 6).

Выявление лучшего варианта должно производиться на основе анализа совокупных стоимостных и натуральных показателей. В группу стоимостных показателей включаются: полные приведенные затраты, затраты на строительство (прямые и сопряженные), затраты на эксплуатацию, а также результаты в стоимостной оценке. В число натуральных показателей рекомендуется включать: показатели расхода строительных материалов, расход топлива и электроэнергии, показатели трудозатрат на строительной площадке и при изготовлении, сроки строительства и др. Наряду с натуральными показателями в количественной форме целесообразно учитывать и качественные параметры. Помимо прямых затрат в состав затрат на строительство необходимо учитывать сопряженные затраты по тем элементам затрат, по которым их изменение по вариантам в смежных отраслях значительно. С учетом разработанной технологии ТПБ к сопряженным затратам могут быть отнесены:

а) затраты на развитие мощностей строительно-монтажных организаций;

б) затраты на развитие мощностей предприятий стройиндустрии;

в) затраты на развитие энергетической и сырьевой базы.

При определении технико-экономических показателей (блок 13, рис. 32) и среднегодовых затрат на эксплуатацию необходимо учитывать следующие затраты, которые можно отнести к распределенным затратам:

• текущие ремонты конструктивных элементов;

• расходы на отопление, вентиляцию и другие системы инженерного обеспечения и др.

Затраты труда на стройплощадке при новых технологиях в случае отсутствия сметных норм подсчитываются на основе производственных норм по формуле:

Pi, P2 — коэффициенты перехода от производственных норм к сметным для рабочих и операторов строительных машин;

щ —нормативы пооперационной трудоемкости по основным и вспомогательным работам;

С учетом специфики технологии ТПБ показатель затрат труда должен включать затраты труда на приготовление бетона, сборку конструкций, установку их в проектное положение, кирпичную кладку, укладку и уход за бетоном, монтаж блоков, заделку стыков, отделочные работы, эксплуатацию смесителей, монтажных, транспортных и других машин и механизмов, а также вспомогательные работы — устройство лесов, подмостей и др. При различиях в уровне построечной трудоемкости и использовании более рациональных методов производства работ в сравниваемых решениях технологий следует учитывать эффект в строительном производстве. Он образуется за счет экономии накладных расходов и определяется при действующем порядке исчисления накладных расходов.

Таким образом, разработанный алгоритм позволяет осуществить оценку технико-экономической эффективности предложенной технологии ТПБ при строительстве жилых домов малой этажности.

На основе разработанного алгоритма (рис. 32) авторами выполнено исследование социально-экономической эффективности предложенной технологии ТПБ по состоянию на ноябрь 2004 г., где оценивалась сравнительная экономическая и социальная эффективность технологии ТПБ и сравнивались варианты.

В качестве базисных приняты два варианта традиционной технологии возведения наружных кирпичных стен для малоэтажных жилых домов.

Вариант № 1 — сплошная кирпичная стена из эффективного пустотелого керамического кирпича, изготавливаемого в соответствии с ГОСТ 530-95 "ЗАО НПО "Керамика" г. Санкт-Петербург.

Вариант № 2 — слоистая кирпичная стена с газобетонными блоками, изготавливаемыми 211 КЖБИ в п. Сертолово Ленинградской области и кирпичом по варианту № 1.

Исходные данные вариантов приведены в табл. 13. и на рис. 34.

С_р — стоимость работ. Следовательно, имеем:

где С%б — стоимость аэрированного бетона. Поэтому имеем:

Разработанная (вариант № 3) технология ТПБ в 2,1 раза экономичнее существующей технологии сплошной кирпичной стены ив 1,11 раз — технологии с газобетонными блоками. Полученные данные наглядно отражены на рис. 35. На их основе построены зависимости стоимости стен и расхода материалов от их площади (рис. 36, 37.).

Система технико-экономических показателей вариантов технологии производства работ для устройства наружных стен жилых домов

Из анализа стоимости наружных стен, отраженной на рис. 35, следует, что удельная экономия на 1 м стены по 3 варианту составляет 60 руб. и 609 руб. по сравнению со 2 и 1 вариантом. Так, например, для двухэтажного жилого дома на одну семью площадью застройки 100 м с высотой этажа 3 м с учетом окон и дверей стоимости только наружных стен будут составлять соответственно:

С\ = 220 - 240 тыс. руб Сг = ПО - 130 тыс. руб Съ = 105 - 120 тыс. руб

Следовательно, экономия АС составит, в среднем:

Таким образом, предлагаемый в настоящей работе вариант ТПБ позволяет одной семье при строительстве жилого дома только на наружных стенах получить экономию 12 тыс. руб. Следует подчеркнуть, что экономия возрастает с учетом возведения и внутренних стен и перегородок по предложенной технологии.

Результаты расчета свидетельствуют о высокой сравнительной эффективности предложенной технологии ТПБ. Реализация данного варианта позволяет получить экономический эффект в строительстве.

Рассчитаем эффективность технологии с учетом непрерывной работы предложенной бетоносмесительной установки по данным табл. 12.

Рис. 34. Сравниваемые варианты технологий устройства кирпичных наружных

стен для малоэтажных жилых домов в условиях Санкт-Петербурга:

а — сплошная кирпичная кладка (вариант № 1); б, в — многослойные кирпичные

кладки (варианты № 2 и № 3); 1 — наружный ряд кирпича; 2 — внутренний ряд

кирпича; 3 — штукатурка; 4 — средний слой кирпича; 5 — газобетонные блоки;

6 — поризованный опилко-песчаный монолитный бетон

Рис. 35. Сравнительные значения стоимости 1 м наружной стены различных

1 — слоистая кирпичная стена из поризованного кирпича "ЗАО НПО "Керамика" (вариант № 1); 2 — слоистая кирпичная стена с газобетонными блоками 211 КЖБИ (вариант № 2); 3 — слоистая кирпичная стена с поризованным монолитным опилко-

Так, при первом варианте обслуживания смесителя одним рабочим эффект составляет за 1 смену:

Однако с учетом необходимости увеличения толщины бетона с 58 до 81 см (в 1,4 раза) корректируем:

Рис. 36. Зависимости стоимости наружных стен различных конструкций жилых

Аналогичными расчетами получаем для второго варианта обслуживания смесителя двумя рабочими:

Эг' = 12032: 1,4=8594 руб За один год работы смесителя имеем:

Э\^г_ч = 6446 • 269 = 1734 тыс.руб Э2ч = 8594 • 269 = 2312 тыс.руб

Опыт показал техническую возможность и экономическую обоснованность эксплуатации при возведении малоэтажных жилых домов двух-трех смесителей одновременно.

Особенно это эффективно при строительстве блокированных таун-хаузов и квартальной застройке [34-36, 49, 50].

Учитывая это, получаем эффект от работы двух смесителей:

Э1ч(2) = 1734 • 2 = 3468 тыс.руб Э₂ч(2) = 2312 • 2 = 4624 тыс.руб

При использовании технологии ТПБ более чем в одной строительно-монтажной организации эффект возрастает:

Таким образом авторами показана высокая эффективность применения сборно-монолитных энергосберегающих конструкций в малоэтажном жилищном строительстве.