книги из ГПНТБ / Морозов, Ю. Л. Совершенствование техники и технологии в производстве сборного железобетона обзор

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И ЭКОНОМИКИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

О б з о р

МОСКВА - 1974

В В Е Д Е Н И Е

Промышленность сборного железобетона является одной из ведущих отраслей промышленности строительных материалов. Сборный железобетон получает дальнейшее развитие как основа индустриализации строительства.

В настоящее время из сборных железобетонных конструкций почти целиком изготавливаются перекрытия жилых, гражданских и промышленных зданий, более 30% стен в государственном и ко­ оперативном строительстве, 25—30% фундаментов зданий, более 50% каркасов одно- и многоэтажных промышленных зданий.

Рост производства изделий и конструкций из сборного железо­ бетона будет обеспечен главным образом за счет расширения и реконструкции действующих предприятий, модернизации и заме­ ны морально устаревшего оборудования более производительным, внедрения механизации и автоматизации технологических процес­ сов и автоматизированных систем управления, а также освоения новых прогрессивных способов изготовления эффективных кон­ струкций и деталей.

Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану раз­ вития народного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. поставлена задача поднять производительность труда в промышленности на

эффективности производства... Суть проблемы состоит в том, что­ бы на каждую единицу затрат — трудовых, материальных и финан­ совых— добиться существенного увеличения объема производ­ ства и национального дохода. В этом, в конечном счете, и состой* повышение производительности общественного труда» [1].

Большое внимание в настоящее время уделяется рационально­ му использованию материальных ресурсов — оборудования, сырья, материалов, топлива, пара, электроэнергии т. п.

Весьма важными задачами является повышение качества ис­ ходных материалов, использование эффективных местных мате­

3

риалов, значительное сокращение отходов и потерь, а также си­ стематическое совершенствование бетонных и железобетонных конструкций за счет более широкого применения высокопрочных арматурных сталей, предварительно напряженных конструкций и выпуска изделий максимальной заводской готовности. Остро сто­ ит вопрос снижения материалоемкости строительных материалов и, в частности, железобетонных изделий и конструкций, а также сокращения материальных ресурсов на технологические нужды, связанные с их производством.

Поставленные перед отраслью задачи предполагают не только повышение технического и организационного уровней производ­ ства, но и более полное использование общественного богатства, ликвидацию всякого рода потерь, строжайшее соблюдение режима экономии. Выявление и реализация внутренних резервов — одно из направлений повышения эффективности производства.

Цель настоящего обзора выявить пути и средства, которые мо­ гут обеспечить повышение производительности труда в промыш­ ленности сборного железобетона при высоком качестве изделий и минимальных материальных и энергетических затратах.

В обзоре рассматриваются передовой опыт и достижения в тех­ нологии сборного железобетона в нашей стране и за рубежом, а также новейшие разработки, опубликованные в описаниях к ав­ торским свидетельствам и патентам, и в других видах научно-тех­ нической информации.

Из большого комплекса вопросов, характеризующих прогресс технологии сборного железобетона, в обзоре рассмотрены лишь основные, определяющие технический уровень, качество и эконо­ мику производства и применения железобетонных изделий и кон­ струкций в жилищно-гражданском и промышленном строитель­ стве. К ним относятся: введение в бетонную смесь различных вы­ сокоэффективных химических добавок и волокнистых армирующих материалов для повышения прочностных, деформативных и других физико-механических свойств, повышающих технологичность и долговечность железобетонных конструкций; совершенствование способов и технических средств приготовления бетонных смесей как для холодного, так и для горячего формования изделий; но­ вые эффективные виды арматуры и средства механизации и авто­ матизации арматурных работ; новейшие направления и техниче­ ские решения в совершенствовании способов формования, тепло­ вой обработки и отделки железобетонных изделий.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

Важная роль в повышении качества и экономичности железо­ бетонных изделий принадлежит совершенствованию процессов приготовления бетонных смесей. При этом существенное влияние

4

на технологию производства и свойства бетонов оказывают поверх­ ностно-активные добавки. От вида применяемых поверхностно­ активных добавок и технологии приготовления бетонных смесей в значительной степени зависят физико-технические свойства бетона.

Введение добавок — одно из направлений, позволяющих сокра­ тить расход вяжущих материалов к 1975 г. до 1 млн. т, а также снизить продолжительность тепловой обработки и увеличить обо­ рачиваемость форм.

Влияние поверхностно-активных добавок на технологию и свойства смесей и бетонов

Введение в состав бетонных смесей поверхностно-активных до­

укладываемости, снижение водопотребности и др., но и на процесс формирования структуры цементного камня. При этом уменьша­ ются размеры кристаллических сростков в цементном камне, что значительно улучшает деформативные свойства бетона. Кроме то­ го, замедляются седиментационные процессы, уменьшаются коли­ чество и размер крупных капиллярных ходов, а также снижается открытая пористость.

Пластифицирующие добавки повышают смачиваемость поверх­ ности твердых частиц, в результате чего зерна цемента не слипа­ ются. Такими добавками являются сульфитно-спиртовая барда (ССБ) и сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ).

Изучение этих добавок методами газовой хроматографии и хроматографии в тонком слое показало, что в лигносульфонате имеется около 15% сахаров (пентоза и гексоза) [2]. Установлено, что сахар, содержащийся в лигносульфонате, оказывает незначи­ тельное действие на растворы и бетоны, однако его роль повыша­ ется с увеличением добавки лигносульфонатов. В ряде работ установлено также, что применение этих добавок в сочетании с другими веществами повышает их эффективность.

Введение в бетонную смесь в количестве 1% от веса цемента добавки, состоящей из соапстока (гидрофобизатора) и концентра­ та сульфитно-дрожжевой бражки (КСДБ), способствует умень­ шению В/Ц и улучшению структуры бетона. При этом на 5—7% сокращается удельный расход цемента без ухудшения технологи­ ческих и эксплуатационных свойств изделий. Разработанный со­ став комплексной добавки позволяет сохранять необходимую по­ движность растворных смесей в течение 4—5 ч при высокой тем­ пературе окружающего воздуха.

Введение комплексной добавки пластифицирует «тощие» и «жирные» растворные смеси, снижает степень их расслаиваемое™, улучшает физико-механические свойства цементно-песчаных рас­ творов, уменьшает их водопоглощение и величину капиллярного всасывания.

5

Установлено, что применение КСДБ в сочетании с кубовыми остатками синтетических жирных кислот, взятых в равных отно­ шениях в количестве 0,15% от веса цемента, на 10—15% повы­ шает прочность и долговечность изделий [3—5].

Применение ССБ в сочетании с сернокислым алюминием и смесью, содержащей 1 : 1 нитрита и нитрата кальция в количе­ стве 2—3% от веса цемента, вместе с ускорением твердения умень­ шает коррозию арматуры в железобетонных изделиях, а 0,2—2% ССБ и 1,5—6% добавки сульфата полуторного окисла наряду с повышением прочности и плотности улучшают электроизоляцион­ ные свойства бетонов и растворов [6,7].

Изучена возможность использования в качестве пластифици­ рующей добавки для бетона отходов химической переработки древесины — сульфометилированного новолака (СМН) и нейтра­ лизованного углеводно-кислотного концентрата новолака (УККН) [8]. При одновременном применении СМН и УККН с СаС12 период схватывания цемента с добавками оказывается рав­ ным времени схватывания цемента без добавок. Указанные добав­ ки в определенных дозировках вызывают рост пластической проч­ ности, ускоряют твердение системы, увеличивают тепловыделение и скорость гидратации цементного теста. Введение 0,03—0,05% этих добавок снижает водопотребность растворных систем от 3,5

до 18%.

Прочность образцов на природных и дробленых песках с при­ менением в качестве пластификатора СМН после твердения в нор­ мальных условиях и пропаривания составила соответственно 111—119 и 103—122% прочности бездобавочных образцов, а при применении УККН— 105—ПО и 118—129%. Добавки СМН и УККН совместно с СаС12 позволяют сократить расход цемента на 6—24% и обеспечить морозостойкость бетонов не ниже 150 циклов.

Исследования механизма взаимодействия пластифицирующих добавок, обладающих замедляющим и водопонижающим действи­ ем, с минералами портландцементного клинкера и цемента пока­ зали, что определенную роль играют адсорбционные и хемасорбционные процессы. Причем, природа активных функциональных групп типа ОН, СООН, CN, N 02, входящих в состав молекул ПАВ, определяет действие этих добавок [9, 10].

Пластифицирующие добавки оказывают значительное влияние на морозостойкость бетона, способствуя образованию шаровидных микропор диаметром до 400—500 мк за счет уменьшения объема капилляров. Наряду с этим возможно снизить проницаемость це­ ментного камня при мягких режимах пропаривания образцов. Проницаемость, например, керамзитобетона и тяжелого бетона с добавками на 1—2 порядка ниже, чем цементного камня [11].

Сократить сроки выдержки изделий до термовлажностной об­ работки, а также повысить прочность и долговечность изделий позволяет введение 0,001 —1,0% от веса вяжущего 50%-ной водной

6

эмульсии кислой воды, являющейся продуктом переработки дре­ весины газогенераторных станций [12].

В качестве воздухововлекающих добавок применяют различ­ ные омыленные жирные кислоты древесных смол и пеков. По­ верхностно-активные свойства этой группы добавок снижают по­ верхностное натяжение водных пленок на твердых частицах и спо­ собствуют вовлечению в смесь воздуха. Особенно эффективен этот процесс при перемешивании. Воздушные поры, размещаясь на по­ верхности зерен цемента и мелкого заполнителя, играют роль смазки, повышая подвижность, пластичность и связность смеси. Воздухововлекающий эффект при одновременном сокращении сро­ ков схватывания повышают за счет введения с водой затворения 0,05—-0,15% от веса сухих компонентов алканоламиновой соли нафтеновой кислоты или композицию натриевых солей алкилбензол сульфокислот.

Эти добавки применяют в следующем соотношении (в % по весу): моноалкилбензолсульфонат—■75—78, диалкилбензолсульфонат— 15—18 и триалкилбензолсульфонат — 4—10 [13, 14]. Па­ раллельно с воздухововлечением повышают объемную гидрофобизацию бетона [15], используя смесь полиметиленовых монокарбоновых и эфирокислот (в % по весу): полиметиленовые карбоновые кислоты — 33—35, полиметиленовые эфирокислоты — 42—46, поли­ метиленовые оксикислоты — 11 —15 и полиметиловые кетокисло-

ты — 4—14.

Заслуживают внимания добавки сульфата и абиетата натрия [16]. Применение их в количестве 0,8—1,0% и 0,01—0,03% от ве­ са вяжущего позволяет сократить продолжительность тепловой обработки и повысить морозостойкость и водонепроницаемость бе­ тона. Гидрофобность бетонов, их прочность, стойкость в агрессив­ ной среде [17] повышаются при введении в бетонную смесь до 5% от веса вяжущего скрубберной пасты, представляющей собой вод­ ный раствор ПАВ (алкилсульфатов, алкилсульфонатов и т. д.) и минеральных добавок, преимущественно солей щелочных металлов (кальцинированной соды, триполифосфата натрия, метасиликата

добавки нитрит-нитратов, которые оказывают положительное влия­ ние на прочностные свойства цементного камня и ингибиторное воздействие на арматуру в бетоне. Комплексная химическая до­ бавка CaCl2+NiH4N 03 в количестве 1,2 и 1,0% позволяет эконо­ мить до 20% цемента.

Исследования в процессе твердения кинетики развития поровой структуры, форм связи воды с минералами вяжущего и некоторых физико-механических свойств бетона с добавками нитрита каль­

7

ртутной порометрии и низкотемпературной адсорбции азота пока­ зывают, что эти добавки замедляют испарение влаги. Скорость формирования поровой структуры цементного камня с добавкой НКМ ниже, чем у эталона. Установлено также, что при твердении цементного камня с добавкой НКМ при температуре— 10° С обра­ зующаяся структура содержит значительно большее количество микро- и гелевых пор, чем при введении добавки нитрита кальция. Отмечено повышение прочности бетонов, твердеющих при темпера­ туре —10°С, а также повышенная морозостойкость и пониженная проницаемость [16, 19—23].

Наряду с вышеуказанными органическими добавками приме­ няют вещества, ускоряющие процесс схватывания и твердения бе­ тона. Весьма эффективным ускорителем твердения для бетонов на низкоалюминатных портландцементах (СзА-<7%) служит Na2S0 3 [18]. С повышением алюминатно'сти цемента ускоряющий эффект добавок уменьшается. Заслуживают внимания добавки, состоящие из смеси алюмината щелочного металла с гидрооксилированной органической кислотой, ее солями или эфирами при содержании (в % к весу цемента): 0,5—5,0 алюмината щелочного металла и 0,05—2 кислоты или ее производных [24].

В качестве алюмината щелочных металлов рекомендуют соеди­ нения, у которых соотношение МгО/А12Оз (М-металл) составляет 1-^-4. В качестве гидрооксилированной органической кислоты ис­ пользуют винную, лимонную, глюконовую, яблочную, молочную, салициловую и другие кислоты, а также их соли (предпочтитель­ но щелочи или эфиры). На практике алюминат щелочного металла и гидрооксилированную органическую кислоту или ее производные смешивают с инертным веществом, например с кремнеземом. До­ бавки диспергируют в воде затворения или дозируют непосред­ ственно в смеситель. Отмечается, что наилучшие результаты среди гидрооксилированных органических кислот дает винная кислота.

Для ускорения схватывания и твердения в бетонную смесь вводят 0,01—10% от веса портландцемента соли амина и муравьи­ ной кислоты [25]. Исходный амин содержит до 20 атомов С и яв­ ляется безгидроксильным амином, в качестве которого могут ис­ пользоваться циклические азотсодержащие амины или их смесь, например триэтиламина, циклогексамина или полиэтиленамина. Борная кислота в смеси с гидратом окиси кальция в количествах 0,2—4,0% и 1—3% способствует ускорению нарастания прочности [26]. Прочность бетона при сжатии образцов размером 7X7X7 см на напрягающем цементе в возрасте 5 ч увеличилась в среднем более чем в 4 раза (с 17 до 71 кГ/см2).

Использование казеина в сочетании с жидким стеклом в коли­ честве 2—8% от веса вяжущего наряду с повышением прочности обеспечивает получение более плотного материала, увеличивает прочность сцепления со стальной арматурой, а также стойкость бетона в агрессивных средах [27]. Добавку приготавливают сле­ дующим образом. Измельченный казеин смешивают с водой в со-

8

отношении 1 :2 до его полного набухания (30—40 мин). Затем к нему добавляют раствор силиката натрия в количестве, равном весу сухого казеина; смесь размешивают до получения однородно­ го раствора, после чего добавка готова к употреблению. Ее вводят в бетонную смесь с водой затворения, при этом количество воды соответственно уменьшают. При введении 4% добавки предел прочности бетона при сжатии и изгибе возрастет на 10—15%, а при 8% добавки — на 20—25%.

За последние годы значительно расширилось применение в бе­ тонах полимерных добавок. Для повышения прочности и водоне­ проницаемости в бетон добавляют в порошкообразном виде эпо­ ксидные и другие вязкие смолы. Предлагается обволакивать клин­ кер полимером с размером зерен > 80 мк и размалывать его за­ тем до крупности зерен < 80 мк, что способствует распределению полимера по большей поверхности мелкодисперсных частиц [28]. Смола должна быть до отвердения бетона химически нейтральной по отношению к воде и растворенным в ней веществам, чтобы не влиять на гидратацию цемента и другие гидравлические вяжущие. Клинкер можно обволакивать также и отвердителем, например амидоаминами или алифатическими полиаминами. Общее коли­ чество смолы должно составлять около 0,8% по отношению к весу всех твердых компонентов. Отмечается, что клинкер после обвола­ кивания смолой может храниться до момента его применения при условии изоляции от воздействий воздуха и влаги.

Для получения пластичных цементных растворов используют 75 кг цемента, 42 л воды, 25 кг клинкера (величиной зерен 2 мм). Клинкер предварительно перемешивают с отвердителем эпоксид­ ной смолы, количество которого соответствует массе смолы и со­ ставляет 1,5 кг. После предварительного обволакивания отверди­ телем его подвергают помолу в шаровой мельнице до размеров зе­ рен менее 80 мк, массу перемешивают с эпоксидной смолой, а за­ тем с цементом и водой. В смесь может также вводиться сочета­ ние различных полимеров, что не снижает физико-механических показателей бетона [29, 30].

При затворении бетонной смеси, подогретой до 70° С, водой, со­ держащей добавки резорцина и формалина, достигается более вы­ сокая прочность бетона. Водопроницаемость значительно сни­ жается даже при введении весьма малых концентраций указанных добавок.

Бетоны изготавливают с различными искусственными смолами, в том числе ненасыщенной полиэфирной, полиуретановой, феноль­ ной, поливинилхлоридной, полиэтиленовой и др. [29, 31—36]. В Японии наиболее широкое применение получила ненасыщенная полиэфирная смола. Составы бетонов с полиэфирной смолой по­ сле 3 суток твердения имеют высокую раннюю прочность при сжа­ тии (до 100 кГ/см2), а также высокую прочность на растяжение.

Отмечается, что повышение температуры при твердении бето­ на приводит к повышению его прочности. Однако прочность бе-

9