2928

На правах рукописи

Киргизов Алексей Михайлович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ МОНОЛИТНОГО ДОМОСТРОЕНИЯ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ БЕТОНА

05.23.08 - Технология и организация строительства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2005

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В НИЖЕГОРОДСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор

[Мацкевич Александр Фёдорович],

кандидат технических наук, доцент

Плотников Николай Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Юдина Антонина Фёдоровна,

кандидат технических наук, доцент

Воронов Виктор Иванович

Ведущая организация

Открытое акционерное общество «ГИПРОДОРНИИ»

Защита состоится 28 апреля 2005г. в 14— часов на заседании диссертационного совета Д 212.162.03 при Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, корпус 5, аудитория 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.

1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А к т у а л ь н о с т ь работы Развитие индустрии строительства в России на современном этапе требует

снижения себестоимости строительства, сокращения сроков инвестиционного цикла. Наиболее перспективным решением этой задачи является использование современных технологий, в частности технологии монолитного строительства. Экономические и технологические преимущества технологии монолитного домостроения привели к значительному увеличению темпов строительства жилых и общественных зданий этим методом.

Снижение себестоимости, рост темпов и объёмов монолитного строительства невозможны без снижения трудоёмкости производства работ, повышения качества и улучшения условий труда. Учитывая тенденции, свидетельствующие о дальнейшем увеличении области применения монолитного бетона и железобетона как наиболее массового конструкционного материала, отвечающего современным требованиям и критериям перспективности технических и технологических решений, особую актуальность приобретает интенсификация технологических процессов монолитного строительства, способствующая сокращению сроков возведения объектов. При этом важен выбор методов бетонирования, которые позволили бы ускорить твердение бетона. Выполненный системный анализ методов ускорения твердения бетона позволяет установить, что наиболее перспективным из них, отвечающим необходимым требованиям: высокие темпы производства работ в любых условиях окружающей среды, экономичный расход энергоресурсов, экологическая безопасность, является тепловая обработка бетона в термоактивных опалубках. Тепловая обработка бетона в термоактивных опалубках характеризуется регулярностью процесса и возможностью его автоматизации.

Для дальнейшего развития и совершенствования метода тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках необходима разработка новых техно-

логий и технических средств, обеспечивающих создание управляемых режимов тепловой обработки, что позволит интенсифицировать технологические процессы и сократить энергетические затраты, повысить надёжность и качество конструкций.

Цель д и с с е р т а ц и о н н о й работы Целью работы является развитие, повышение эффективности и технологи-

ческой надёжности монолитного строительства путём разработки нового способа интенсификации технологических процессов с применением термоактивных опалубок и средств автоматизации процессов тепловой обработки бетона.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи и с с л е д о в а н и я :

- провести сравнительный анализ известных методов ускорения твердения бетона для монолитного строительства;

-проанализировать конструктивные решения применяемых термоактивных опалубок;

-разработать новое конструктивное решение термоактивной опалубки, с возможностью адаптации её для автоматизированных систем управления процессом тепловой обработки бетона;

-разработать метод автоматизации процесса тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках;

-разработать средства автоматизации процесса тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках;

-разработать методику расчёта, контроля и прогноза прочности бетона по тем- пературно-временному фактору для автоматизированных средств управления тепловой обработкой бетона;

-разработать пакет прикладных программ для обеспечения автоматизированного управления процессом тепловой обработки бетона;

-экспериментально обосновать возможность применения средств автоматизации процесса тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках с исполь-

зованием разработанной инженерной методики и программных средств; - определить оптимальные технологические параметры обогрева бетона в раз-

работанной термоактивной .опалубке с использованием метода автоматизации процесса тепловой обработки бетона,

Методы и с с л е д о в а н и й :

-многокритериальный анализ существующих методов интенсификации твердения бетона в монолитном строительстве;

-методы построения систем автоматизированного управления технологическими процессами;

-математическое моделирование и численный эксперимент;

-статистические методы обработки полученных результатов и установление сходимости теоретических и экспериментальных данных;

-технико-экономический анализ и оценка эффективности технологических решений.

Теоретической основой и с с л е д о в а н и я стали труды Абрамова B.C., Арбеньева А.С., Аррениуса С.А., Афанасьева А.А., Бадьина Г.М., Болотина В.В., Верстова В.В., Вишневецкого Г.Д., Гныри А.Н., Данилова Н.Н., Десова А.Е., Колчеданцева Л.М., Крылова Б.А., Лагойды А.В., Малининой Л.А., Мацкевича А.Ф., Минакова Ю.А., Миронова С.А., Мчедлова-Петросяна О.П., Сизова В.Н., Скрамтаева Б.Г., Сорокера В.И., Топчия В.Д., Френкеля И.М., Хаютина Ю.Г., Шестопёрова С.В. и других учёных.

Научная новизна работы:

-разработана и исследована новая автоматизированная технология тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках в условиях переменных внешних факторов открытой строительной площадки;

-разработаны методы и средства автоматизации процесса тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках для монолитного строительства;

-определены, экспериментально и теоретически обоснованы оптимальные параметры обогрева бетона в термоактивных опалубках с использованием авто-

матизированной технологии тепловой обработки бетона; - разработана методика для определения прочности бетона по температурно-

временному фактору при автоматизированном управлении процессом тепловой обработки в термоактивной опалубке; - выполнен системный анализ существующих термоактивных опалубок, позво-

ливший сформулировать требования для конструирования и трансформирования существующих опалубочных систем в термоактивные для использования в автоматизированной технологии тепловой обработки бетона; - разработаны алгоритмы программного функционирования технологического процесса обогрева бетона в термоактивных опалубках.

На защиту выносятся следующие р е з у л ь т а т ы н а у ч н ы х исследований и разработок:

- теоретические положения по интенсификации технологических процессов монолитного строительства с развитием метода тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках;

-принципы построения систем автоматизированного управления процессом тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках для монолитного строительства;

-методика определения оптимальных технологических параметров обогрева бетона в термоактивных опалубках с использованием средств автоматизации процесса тепловой обработки, разработанная на основании выполненных экспериментальных исследований;

-методика расчёта и прогноза прочности бетона по температурно-временному фактору при автоматизированном обогреве в термоактивной опалубке.

П р а к т и ч е с к а я з н а ч и м о с т ь работы заключается в совершенствовании технологии монолитного строительства путём создания средств автоматизации процесса тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках, которая позволяет снизить трудоёмкость производства бетонных работ, повысить качество строительства, улучшить условия труда и повысить его производи-

тельность, сократить сроки строительства и уменьшить себестоимость производства работ.

На базе полученных решений разработан комплекс прикладных программ для расчёта, управления и контроля технологических параметров обогрева бетона в термоактивных опалубках с использованием современных систем управления и ЭВМ.

В 2002-2004 гг. работа выполнялась в рамках госбюджетной программы Министерства образования РФ на проведение научных исследований по тематическому плану НИР (шифр 1.3.02) и Гранта Минобразования РФ по фундаментальным исследованиям в области технических наук (шифр ТО 2-12.4-578).

А п р о б а ц и я р а б о т ы Материалы диссертационной работы докладывались, обсуждались и были

одобрены на научно-технических конференциях, научно-практических семинарах, сессиях молодых учёных: на 12-м Российско-польском семинаре «Теоретические основы строительства» (ННГАСУ, Н.Новгород, 2003г.); МНТК «Итоги строительной науки» (ВГУ, Владимир, 2003г.); на 8-й и 9-й Нижегородской сессии молодых ученых «Теоретические науки» (г. Дзержинск, 2003-2004гг.); НТК «Архитектура и строительство» (ННГАСУ, Н.Новгород, 2004г.); на 11 Международном студенческом форуме «Образование, наука, производство» (БГТУ, Белгород, 2004г.); на МНПК «Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов» (МарГТУ, Йошкар-Ола, 2004г.); на III МНПК «Динамика научных достижений 2004» (Днепропетровск, Украина, 2004г.); на IV ВНПК «Инновации в машиностроении» (ПГАСУ, Пенза, 2004г.)..

П у б л и к а ц и и По теме диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ.

С т р у к т у р а и объём р а б о т ы Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выво-

дов, библиографического списка и трёх приложений. Общий объём работы составляет 149 страниц, в том числе 24 иллюстрации в виде схем, графиков и фо-

тографий, 23 таблицы, библиографический список, включающий 144 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика работы: обоснованы актуальность, объект и предмет исследования, сформулированы цель и задачи, решаемые в диссертации. Приведены научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе анализируются существующие методы ускорения твердения бетона в монолитном строительстве, обобщены научные основы и производственный опыт применения различных методов интенсификации бетонных работ.

Большой вклад в разработку и совершенствование методов интенсификации процессов возведения монолитных зданий внесли учёные Арбеньев А.С., Афанасьев А.А., Бадьин Г.М., Беретов В.В., Вишневецкий Г.Д., Мацкевич А.Ф., Минаков Ю.А., Миронов С.А., Малинина Л.А., Топчий В.Д., Крылов Б.А., Колчеданцев Л.М., Мчедлов-Петросян О.П., Скрамтаев Б.Г., Хаютин Ю.Г. к многие другие исследователи.

На основании выполненного сравнительного анализа методов бетонирования установлено, что наиболее рациональным методом ускорения твердения бетона для использования в эффективной автоматизированной технологии монолитного строительства является обогрев бетона в термоактивных опалубках, как наиболее адаптированный к применению в сочетании с автоматизированными системами регулирования процессов тепловой обработки бетона.

Во второй главе выполнен многокритериальный анализ существующих термоактивных опалубок, позволивший сформулировать требования для конструирования и трансформирования существующих опалубочных систем в термоактивные для использования в автоматизированных технологиях монолитно-

го строительства.

Разработана и исследована эффективная термоактивная опалубка, адаптированная для автоматизированных систем управления процессом тепловой обработки бетона.

Технологичным решением представляется следующее:

- размещение нагревательных устройств, как между элементами каркаса опалубки, так и в ребрах, что определяет преимущество выбора линейных нагревателей;

-использование эффективного утеплителя NOBASIL LSP или его аналогов с отражающим слоем из алюминиевой фольги;

-окраска палубы составами низкой отражательной способности.

При этом достигается возможность увеличения расстояния между линейными нагревателями. Отражающий слой утеплителя из алюминиевой фольги обеспечивает дополнительные теплосберегающие свойства материалу и способствует рассеиванию лучистой энергии, испускаемой нагревателем на периферийные участки палубы, и, совместно с эффектом окраски тыльной стороны щита составами высокой степени черноты, обеспечивает равномерность температурных полей.

Третья глава посвящена разработке методов и средств автоматизации процесса тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках для монолитного строительства.

Обогрев бетона с использованием системы автоматизации процесса тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках осуществляется при помощи программируемого логического контроллера PCD1 и разработанного программного средства ThermoCon, по системе "Distributed Direct Digital Control». Стержнем расчётного алгоритма программы ThermoCon является разработанная методика, в основе которой лежит адаптированная для монолитного строительства, в условиях резко-переменных внешних факторов, методика Г.Д. Вишневецкого.