Эффективные стеновые монолитно-слоистые изделия объемного прессования

Актуальность. При переходе к новым требованиям по теплозащите оказалось малоэффективным использование однослойных ограждающих конструкций. Наиболее реальным и перспективным выходом, из создавшегося, положения стало применение трехслойных стеновых изделий.

Однакоприменяемые в настоящее время подобные изделия имеют ряд существенных недостатков: быстрый выход их строя утеплителя приэксплуатацииобразование напряжений? на границах соседних слоевсвязи, объединяющие наружные слои образуют «мостики, холода» и требуют дополнительных затрат на защиту от коррозии и др. Кроме того, технологии изготовления трехслойных изделийотличаются: повышенной^ трудоемкостью и энергоемкостью, снижающими эффективность их применения.

Возможнымспособомустраненияуказанных недостатков является-переход на выпуск энергоэффективных и технологичных стеновых монолитно-слоистых изделий с плавной переходной зоной между соседними слоями, получаемых за один технологический прием методом объемного прессования, при котором отжимается свободная вода и уплотняется изделие.

Работа выполнялась, по тематике федеральной целевой? программы «Жилище" — государственной программы «Свой дом» и в соответствии с договором о сотрудничестве между ГОУ ВПО МГСУ и НИ НАМИКС от 04.12.2009 г.

Целью работы является*разработка эффективных стеновых монолитно-слоистых изделий методом объёмного прессования.

Для достиженияшоставленнойщелигнеобходимо было решить следующие задачи:

— обосновать возможность методом объемного прессования получения эффективного стенового изделия;

— изучить механизм надёжного соединения конструкционных и теплоизоляционного слоев при создании переходных зон в процессе объёмного прессования масс;

— исследовать функциональные зоны трёхслойного стенового изделия;

— найти оптимальные технологические параметры;

— определить основные эксплуатационные показатели монолитно-слоистых изделий;

— исследовать кинетику процесса структурообразования цементного камня, находящегося в обжатом состоянии;

— разработать технологию изготовления трёхслойных изделий из бетонов различной плотности;

— провести производственную апробацию полученных результатов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— обоснована возможность методом объемного прессования за один технологический прием получения эффективных стеновых монолитно-слоистых изделий с плавной переходной зоной между слоями путем (Электропрогрева самоуплотняющихся масс на основе полистирола в замкнутом перфорированном объеме;

— установлены многофакторные зависимости прочности изделий и количества отжимаемой из формовочных масс воды при объемном прессовании от среднейплотности бетонной смеси, активности уплотняющего компонента и времени выдержки изделий*в форме после уплотнения;

— при помощи электронной микроскопии показаны взаимосвязь слоев между собой за счет, образования шероховатой поверхности контакта и наличие плавных переходных зон между плотными и теплоизоляционным элементами изделия;

— установлена зависимость прочности сцепления слоев от средней плотности пенополистиролбетона;

— показан процесс структурообразования цементного камня под действием избыточного давления, развиваемого в замкнутой форме при электропрогреве самоуплотняющихся масс;

— методом спектрального анализа установлена повышенная адгезия пе-нополистирола к цементной^ матрице в среднем слое за счет избыточного давления, создаваемого при объемном прессовании;

— с целью оптимизации режима ТВО установлена многофакторная зависимость влажности изделий после ТВО от температуры среды, времени ТВО и их средней плотности;

— установлена зависимость термического сопротивления, сопротивления паро-проницанию и массы блока от его толщины и состава слоев.

Практическое значение работы:

— разработана технология монолитно-слоистых стеновых изделий, позволяющая совместить на этапе формования ряд технологических операций-(уплотнение масс, их обезвоживание, выштамповывание необходимого профиля изделий, обеспечение четких граней и хорошей лицевой поверхности) в одну и получать изделия с более. высокими эксплуатационными свойствами;

— разработаны. составы, монолитно-слоистых изделий средней плотностью всего блока 370−615 кг/м3, термическим сопротивлением 3,15 — 5,6 м² °С/Вт и прочностью на сжатие несущего слоя 8,5−15 МПа.

Внедрение результатов. Проведена опытно-производственная апробация разработанной технологии получения монолитно-слоистых стеновых изделий объёмного прессования на коллективной блок-форме, конструкция которой разработана в процессе проведения исследований. В цехе№ 1 ООО «НСТ» (г. Ивантеевка) выпушена опытная партия трёхслойных стеновых блоков средней плотностью 400 кг/м3, размером 400×200×400 мм.

Экономический эффект от применения предлагаемой технологии может о составить более 2.6 млн руб. при производительности 18 000 м /год.

Результаты исследований использованы при написании методических указаний к исследовательским лабораторным работам для студентов старших курсов по теме «Полистиролбетон объемного прессования».

I. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СПОСОБОВ ПРОИЗВОДСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ. ВОЗМОЖНОСТИ ИХ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ. НАУЧНАЯ ГИПОТЕЗА.

Являясь одной из ведущих держав мира по производству энергии, Россия, тем не менее, значительно уступает экономически развитым странам в вопросах рационального использования тепловых ресурсов. В настоящее время энергосбережение во всём мире стало гораздо более важной задачей, чем увеличение объемов производства энергии. На отопление зданий в России ежегодно расходуется 240 млн тонн условного топлива, что составляет около 20% от общего расхода энергоресурсов в стране. Эффективное снижение расхода энергии на отопление возможно лишь при комплексном подходе к решению этой проблемы. Энергопотери начинаются, уже при подаче тепла с ТЭС потребителям. В настоящее время эти потери оцениваются в 20−25% от отпускаемой потребителям энергии, что соответствует 60 млн. тонн условного топлива в год. В странах Европы этот показатель в 1,5−2 раза ниже за счёт более эффективной теплоизоляции трубопроводов. Снижение расходов топлива на отопление приводит к уменьшению содержания СОг в атмосфере и, так называемого, парникового эффекта. Исследования^ проведенные в Англии, показали, что если в расчете на квадратный. метр строительной площади использовать 50 мм эффективных изоляционных материалов, то через 50 лет содержание СОг в атмосфере сократится на 1 тонну на каждую единицу площади. Выгода оказывается значительной, если принимать во внимание весь объем жилой площади и те преимущества, которые влечет за собой повышенная комфортность жилых и производственных помещений. В свете этого, одной из главнейших задач на сегодняшний день является обеспечение качественной и надежной теплозащиты зданий, обеспечивающей энергои ресурсосбережение, повышающей комфортность пребывания в зданиях и снижающей загрязнение окружающей среды.

Для этих целей с приходом нового тысячелетия в нашей стране для вновь строящихся зданий вступили в действие требования второго этапа энергосбережения, определённые изменением № 3 к СНиП П-3−79 «Строительная 9 теплотехника"(с 01.01.2000 года) и СНиП 23−02−2003 «Тепловая защита зда-ний"(с 01.10.2003 года)[68], предоставляющий более широкие возможности в выборе технических решений и способов соблюдения нормируемых параметров. Согласно этим документам приведённое сопротивление теплопередаче стен, покрытий, а также чердачных перекрытий, над холодными подпольями и подвалами повышено в 1,2 — 1,75 раза по сравнению с первым этапом, а в целом по сравнению с ранее действующими нормами — в 3 — 3,5 раза. Это повлекло за собой переоценку всех существующих конструктивных решений ограждающих конструкций с целью повышения теплоизоляционных свойств и эксплуатационной долговечности.

При переходе к новым требованиям по теплозащите оказалось неэффективным использование однослойных ограждений из лёгких и ячеистых бетонов, деревянных и кирпичных, поскольку существенно увеличивается их толщина и, как следствие, масса, материалоёмкость, энергоёмкость и стоимость.

Наиболее реальным и эффективным выходом из создавшегося положения оказалось создание многослойных (двухи трёхслойных) материалов с применением высокоэффективных теплоизоляционных материалов, преимущественно волокнистых и пенопластовых. По такому пути идут в большинстве развитых стран[40].

К двухслойным относятся системы с наружным штукатурным слоем («мокрый» фасад), с воздушным зазором (вентилируемый фасад) и системы, в которых применяется несъёмная опалубка.

Способ наружной изоляции стен с оштукатуриванием утеплителя состоит в приклеивании или механическом креплении, к стенам теплоизоляционных плит и нанесении на них полимерцементного покрытия или цементной штукатурки, армированных сетками из стекловолокна или стали. Различные варианты этого способа в зависимости от типа теплоизоляционного материала, способа его нанесения и крепления к несущей стене предлагаются такими производителями как АОЗТ «Терком», «Истрокон», «2о1рап"(Германия),.

Senergy"(repMaHHn), «Неск"(Германия), «Cegecol Casco Nobel France» (Фран.

10 ция) и другими. Основными недостатками подобных систем являются необходимость использования строительных лесов, помостей, люлек и прочего монтажного оборудования. Так же существует зависимость штукатурных работ от погодных условий, ограничивающая время монтажа.

Системы с воздушным зазором отличаются от систем с наружным штукатурным слоем отсутствием ограничений на толщину применяемого утеплителя, закрепляемого на стене дюбелями, а так же тем, что теплоизоляционный слой защищают фасадными плитами из различных материалов. Плиты (листы) крепятся на подоблицовочную конструкцию, состоящую из кронштейнов, опирающихся непосредственно на стену и несущих профилей, устанавливаемых на кронштейны, к которым с помощью специальных элементов крепежа прикрепляются плиты (листы) облицовки. Дополнительно между фасадными плитами и утеплителем предусмотрен воздушный зазор толщиной не менее 40 мм. Среди отрицательных качеств вентилируемых фасадов следует выделить теплотехническую неоднородность из-за большого количества металла и зависимость, от противопожарных норм, по которым максимальное расстояние между утеплителем и облицовкой не может быть больше 100 мм, а длявысотных зданий отклонения по высоте могут достигать значений превышающих 60 мм. Кроме этого, аэрозольная конденсация может привести к закрытию приточных и вытяжных отверстий и образованию на наружной поверхности сосулек, нарушающих режим нормальной вентиляции. Основные производители таких систем поставляющие продукцию на отечественный рынок — ДИАТ, АЛКОН ТРЕЙД (и-коп), МОСМЕК, завод металлоконструкция (КТС), ТЕХНОКОМ, ГРАНИТОРГЕСС и др.(Россия), БЬАУОМА (БРЕЛ), ЕШОРОХ (Австрия), УАОЫЕЫ-8У8ТЕМ (Германия)[88].

В основе технологии производства монтажных работ с использованием несъёмной опалубки лежит принцип детского конструктора «Лего», роль кубиков выполняют пустотелые блоки пенопласта (ЦСП, ДСП), имеющие специальные пазы, с помощью которых они легко и прочно соединяются друг с другом. Затем блоки армируются и заполняются бетоном. В итоге без больших за.

11 трат времени, усилий и средств можно получить монолитную железобетонную стену, построенную исключительно из экологически чистых материалов и обрамленную с обеих сторон тепло-, звукои гидроизоляционной оболочкой. Поставщиками несъёмной опалубки на российский рынок являются ЗАО «Компания Теплостен», ПК «Марс» (система «Полиблок»), Мосстрой-31 и другие производители [89]. Однако её применение ограничено вследствие трудоёмкости создания однородной структуры при заливке бетона, необходимостью заливать бетон по несколько рядов, а не сразу скажем целый этаж дома, так как нижние ряды могут просто не выдержать давления бетона. То — есть довольно не практично и не рентабельно. В стену из пенопласта невозможно забивать гвозди и т. п. Срок службы данных конструкций 10−20 лет.

Трёхслойные наружные стеновые конструкции жилых, общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий используются различного вида с наружными-слоями из лёгкого бетона, тяжёлого бетона и кирпича. В качестве утеплителя применяются теплоизоляционные материалы (минераловатные, стекловолокнистые и полимерные), перечень которых приведён в СНиП 23−22 003. Наружные и внутренние слои трёхслойных панелей соединяются между собой при помощи различных типов связей (гибких, жёстких). В зависимости от восприятия нагрузок от здания стены могут быть несущими, самонесущими и ненесущими. Несущие стены воспринимают нагрузки от других частей здания (перекрытий, крыш) и вместе с собственной массой передают их фундаментам. Самонесущие стены опираются на фундаменты, но нагрузку несут только от собственной массы. Ненесущие (навесные) стены являются ограждениями, опирающимися на каждом этаже на другие элементы здания (каркаса) и воспринимают только собственную массу в пределах одного этажа.

В результате исследований, проведённых в ЦНИИЭП жилища, подготовлено несколько основных вариантов технологии утепления зданий. В качестве исходного тезиса принято, что независимо от основного материала стен их конструкция должна быть слоистой с использованием эффективного утеплителя для теплозащиты. Расчеты и практика проектирования показали, что эффек.

12 тивным может считаться утеплитель, теплопроводность которого не превышает 0,09 Вт/(м °С). Очевидно, что выбор эффективных утеплителей для ограждающих конструкций существенно зависит от вида строительства.

Трёхслойные стены, возводимые на строительной площадке с применением в качестве наружных слоёв различных видов мелкоштучных изделий и расположенного между ними утеплителя, применяются на протяжении многих лет. Впервые такая конструкция была предложна русским инженером А.И. Ге-рардом в 1829 году, и на её основе в дальнейшем были разработаны варианты слоистых систем. Отличительной особенностью трёхслойных изделий является защита утеплителя от механических и атмосферных воздействий наружными слоями. В результате этого к нему предъявляются высокие требования по теплотехнике и невысокие по прочности и деформативности.

В западноевропейских странах и США в качестве теплоизоляторов для кирпичных стен широко применяют минераловатные материалы в виде ваты, волокна, матов и плит. Вату в рыхлом состоянии как засыпку используют так же в Канаде и Великобритании. Кроме того, в некоторых странах успешно применяются на практике кирпичные стены с воздушными прослойками[5].

Трехслойные панели с гибкими связями толщиной 450 мм в случае использования тяжелого бетона в качестве несущих слоёв и минераловатного утеплителя имеют приведенное сопротивление теплопередаче до 4,0 м² К /Вт. Примером трехслойных панелей с гибкими связями могут служить стеновые панели, производимые ОАО «Спецстройбетон — ЖБИ № 17» (г. Москва).

На «Краснопресненском заводе ЖБИ» выпускаются стеновые панели на керамзитовом гравии с включением теплоизоляционного материала в трехслойном исполнении, обладающие повышенными теплозащитными свойствами. Наружной части панели должна соответствовать эстетическим нормам: внешнюю поверхность изделия облицовывают керамической плиткой, стеклянной эмалью и камнем, а также нанесением фактурного слоя, накаткой рифлений. Массовое производство наружных стеновых блоков осуществляется на гибких металлических связях, с повышенными технологическими свойствами. Полистирольный пенопласт используется на предприятии как утеплитель.

Аналогичны по конструкции многослойные блоки «Теплостен» изготавливаемые методом литья из керамзитобетона с теплоизоляционными вкладышами из вспененного пенополистирола. Разница в том, что они обладают лицевой декоративной поверхностью из обычного или объемно окрашенного мелкозернистого бетона.

Недостатком таких изделий является' существенная теплотехническая неоднородность конструкций, что обуславливается! наличием сквозных рёбер жёсткости по периметру панелей, различного вида связей, оконного и дверного проёмов, закладных деталей.

ОАО'"Жилищная Инициатива «Раменье» (г. Раменское Московской области) при строительстве многоэтажных домов применяет трехслойные кирпичные стены с поэтажными навесными* фасадными слоями, либо целиком навесные наружные стены. В этом случае наружные стены в домах серии В-2000 имеют сложную слоистую структуру. Основой наружной стены является железобетонная-панель толщиной 160 мм, жестко связанная с несущей конструкцией, что увеличивает прочность дома в целом. Полимерная! теплоизоляция исключает промерзание панели, а кирпичная кладка образует финишный, декоративный слой.

В НИИЖБе с целью использования в качестве теплоизоляционного слоя трёхслойных конструкций исследован поризованный арболит на основе дре «* весной дроблёнки. Получен бетон средней плотностью 500 — 600 кг/м и прочностью на сжатие 1,5 — 3,5 МПа. Теплопроводность такого бетона составляет 0,096 — 0,12 Вт/м °С. Основным преимуществом арболита по сравнению"с другими видами низкотеплопроводных бетонов является относительно высокая прочность при достаточно низкой теплопроводности.

Трехслойные панели типа «сэндвич» — это прочный модульный строительный материал, который обычно используют для построения внешних и внутренних стен зданий, потолочных и кровельных перекрытий. Главное дос.

14 тоинство таких панелей в том, что они обладают высокими теплоизоляционными свойствами и тем самым делают возможным значительное уменьшение толщины, стен и перегородок при строительстве, увеличивая этим полезную площадь здания. Они почти ничего не весят, и поэтому монтаж не занимает много времени и не требует больших усилий.

Сэндвичи" состоят из облицовки (она может быть совершенно разная, но самая популярная. — два стальных профилированных листа, оцинкованных или окрашенных) и из теплоизоляционного слоя из минераловатного утеплителя либо пенополистирола. Основная’проблема при монтаже «сэндвичей» — это удачный или неудачный стык панелей. От этих самых стыков зависит очень многое: и прочность соединения* конструкции, и отсутствие маленьких зазоров, куда будет проходить холодный воздух, и наивысшая плотность конструкции во избежание проникновения влаги и паров в утеплитель. «Сэндвичи», кстати, имеют обыкновение менять свои размеры в зависимости от термических колебаний температур, поэтому необходимо учитывать эту особенность и наиболее точно-подогнать углы, стыки и швы, чтобы не было деформации всей системы.

В* зарубежных странах для? изготовления внешних слоев трёхслойных конструкций используется стеклофибробетон. Основным фактором, определяющим его выбор для таких элементов, является снижение их массы по сравнению с железобетонными.

В последние годы получило широкое распространение применение кар-бамидных пенопластов — пеноизолов. Пеноизол представляет собой застывшую пену с замкнутыми порами. Он имеет хорошую адгезию к кирпичу, бетонным и металлическим поверхностям. Из всех полимерных строительных материалов пеноизол является наилучшим с точки зрения пожарной безопасности. Исследования института химической физики РАН показали, что время надёжной работы пеноизола в качестве ненесущего слоя трёхслойных конструкций зданий и сооружений при любых изменениях условий эксплуатации в пределах исследованного диапазона показателей (температура от — 30 до +40 °С и относительная.

15 влажность 75% при температуре +40 °С) практически неограничено. Данный теплоизоляционный материал широко применяется и за рубежом, имея разные торговые названия, разные плотности и физико — механические свойства.

Тем не менее, большинство рассмотренных выше решений стен с утеплителями из различных материалов недолговечны из-за деструкции утеплителя при эксплуатации. При гарантированной долговечности утеплителя 25 «лет фактическое его разрушение происходит раньше. Это происходит из-за накопления конденсата в толще утеплителя или на границе слоев вследствие различных значений их коэффициентов паропроницаемости. Это, в свою очередь, ведёт к снижению теплозащитных свойств материалов и скорому выходу их из строя. Уже после 15 лет эксплуатации теплозащитные свойства стен снижались на 1/3, а влагонасыщение утеплителя в. зимний период было существенно выше нормируемого. Кроме того, связи, объединяющие внешние несущие слои образуют «мостики холода» снюкая тем самым коэффициент теплотехнической однородности конструкции и увеличивая дополнительные затраты на защиту их от коррозии. Ещё один недостаток трёхслойных конструкций с гибкими связями — повышенная трудоёмкость изготовления из-за раскладки утеплителя вручную и необходимости защиты по периметру полимерного материала негорючим ми-нераловатным слоем с целью обеспечения противопожарной безопасности. При этом очень сложно обеспечить проектное качество из-за протечек бетона в стыки между плитами утеплителя и места расположения каркасов, в результате чего образуются «мостики холода».

Одним из эффективных путей снижения этих недостатков является применение трёхслойных ограждающих конструкций с наружными слоями из конструкционных бетонов и средним слоем из низкотеплопроводных бетонов. Отличительной особенностью изготовления таких конструкций является последовательная укладка слоёв в едином технологическом цикле, что обеспечивает надёжное сцепление и устраняет необходимость установки стальных или дискретных железобетонных связей между слоями. Существенным преимуществом таких изделий по сравнению с трёхслойными на гибких связях является.

16 снижение расхода рабочей арматуры за счёт передачи нагрузки не только на внутренний несущий слой, а на сечение в целом. Кроме этого, их использование ведёт к уменьшению трудоёмкости изготовления, повышению пожаро-стойкости за счёт применения несгораемого утеплителя и долговечности [41].

В настоящее время известен широкий спектр бетонов, обладающих низкой теплопроводностью, но немногие из них могут использоваться в качестве теплоизоляционного слоя трёхслойных панелей, формируемых в едином технологическом цикле. Основными требованиями, предъявляемыми к таким бетонам, являются: однородность структуры, достаточная прочность в свежеуло-женном состоянии для выдерживания нагрузки от вышележащего слоя, гидравлическая активность вяжущих, безавтоклавное твердение. По этим показателям невозможно применение полимербетонов на лёгких пористых заполнителях, твердение которых происходит в течении нескольких часов.

В результате исследований проводившихся в различных научно — исследовательских организациях было установлено, что наиболее подходящими для теплоизоляционного слоя трёхслойных конструкций являются крупнопористый бетон, перлитобетон, полистиролбетон и их модификации.

В МГСУ (МИСИ), ЦНИИЭП жилища и НИИЖБе были изучены теплоо изоляционные бетоны средней плотностью до 400 кг/м с заполнителем из перлита на различных видах вяжущих. На современном этапе теплозащиты зданий применение этих бетонов ограничено прежде всего из-за высокой теплопроводности. Так же к их недостаткам следует отнести повышенную хрупкость, высокое водопоглощение, достигающее 30%, повышенную влажность свежеуло-женной смеси (67 — 75%) и значительную усадку.

Целенаправленные исследования крупнопористого керамзитобетона низкой прочности для теплоизоляционного слоя трёхслойных конструкций выявили такие его отрицательные качества как сложность обеспечения заданной оболочки из цементного теста вокруг зёрен заполнителя, что приводит к расслаиваемое&trade-, неоднородной структуре, прочности и средней плотности. Так же он обладает повышенной теплопроводностью и средней плотностью.

Полистиролбетон, в отличие от своих конкурентов, лишён недостатков, которые ограничивали бы его применение в качестве теплоизоляционного слоя трёхслойных изделий, поэтому его использование для обеспечения возросших требований сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций видится наиболее эффективным.

Исследования5 полистиролбетона ведутся более 40 лет. За эти годы накоплены многочисленные экспериментальные данные по физико — механическим свойствам этого материала.

Исследования полистиролбетона проводилисьпо двум основным направлениям. Первое — изучение технологических особенностей его изготовлениям выявлением оптимальных составов при контролируемых значениях средней плотности и прочности (в основном кубиковой). Наиболее часто в этих исследованиях определяли некоторые физико — механические свойства, преимущественно теплопроводность, влажность и водопоглощение, значительно реже — прочностные и деформативные характеристики, такие как призменная прочность, прочность на растяжение и модуль упругости.

Второе направление — изучение прочностных и деформативных свойств полистиролбетона для расчёта и проектирования конструкций. При этом, как. правило, используются технологически отработанные составыи устанавливаются зависимости между различными прочностными и деформативными характеристиками полистиролбетона, используемыми для расчёта конструкций[2].

Имеется и опыт эксплуатации' различных конструкций из него. Переход к проектированию и широкому применению современных ограждающих конструкций с использованием полистиролбетона позволяет осуществить введённый в действие государственный стандарт «Полистиролбетон. Технические условия» (ГОСТ Р 51 263 — 99)[59].

Полистиролбетон — представитель класса легких бетонов — это теплоизоляционный материал, в состав которого входит портландцемент, кварцевый песок, теплоизоляционный заполнитель — «пенопластовые шарики», а также модифицирующие добавки. Различают крупнопористый, плотный и поризован.

18 ный полистиролбетон. Данный материал обладает самыми низкими для цементных бетонов средней плотностью (150 — 250 кг/м), теплопроводностью (0,055 — 0,075 Вт/ м °С) и эксплуатационной влажностью (4−8% для условий эксплуатации, А и Б по СП 23 — 101 — 2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»). Среди его положительных качеств следует выделить снижение материалоёмкости, трудоёмкости и высокую технологичность строительства, повышенную морозостойкость и долговечность, превышающую 100 лет. Полистиролбетон не подвержен гниению и не привлекает грызунов (в отличие от дерева и пенопласта), негорюч, экологически и гигиенически безопасен.

Ещё одной особенностью полистиролбетона является то, что он имеет повышенную относительную призменную прочность вследствие увеличенной его растяжимости по сравнению с другими видами бетона, т.к. образование поперечных трещин и их раскрытие происходит при поперечном растяжении.

При использовании полистиролбетона в качестве теплоизоляционного слоя трёхслойных панелей технология их изготовления выглядит следующим образом: первым этапом в подготовленные формы (для соблюдения проектных размеров слоёв на бортах опалубки наносят полосы, соответствующие толщинам слоёв) укладывают нижний слой и полистиролбетон среднего слоя, уплотняя каждый на вибростоле в течение 30 — 40 с. В ходе исследований выяснилось, что оптимальный промежуток между укладкой слоёв от 20 мин. до 2х ча-сов[60]. После этого укладывают конструкционный бетон верхнего слоя с уплотнением на вибростоле не более 15 — 20 с для предотвращения перемешивания его со средним слоем. После формования и выдержки в течении 1 часа, изделия пропаривают в ямных камерах по режиму: подъём температуры — 1 ч., изотермическая выдержка при температуре 60 °C — 7 ч. и остывание — 2ч. При изготовлении всех конструкций в качестве заполнителя полистиролбетона применен вспененный полистирол фракций 5 — 10и10 — 20 мм с насыпной плотностью 25 — 42 кг/м3. Несомненным плюсом при совместном применении в трёхслойных панелях полистиролбетона с керамзитобетоном является близость значений их коэффициентов паропроницаемости (0,11 — 0,14 мг/м час Па для.

19 керамзитобетона и 0,1 — 0,12 мг/м час Па для полистиролбетона). Таким образом, работа композиционного изделия по влагопереносу наиболее приближена к однослойной конструкции, в которой не существует преград для летнего удаления влаги. Кроме того, в бетонах на пористых заполнителях контактная зона в 1,6 — 2,5 раза прочнее, чем у тяжёлого бетона за счёт взаимодействия вяжущего с активным веществом заполнителя в ходе чего увеличивается целостность и монолитность изделия. Экспериментально было установлено, что наиболее целесообразно использовать полистиролбетон марками по средней плотности D150 — D300 и керамзитобетон средней плотностью 1000 — 1400 кг/м3. В. случае использования в качестве несущих слоёв тяжёлого бетона необходима дополнительная пароизоляция для предотвращения снижения комфортности жилья.

Однако, несмотря на обилие положительных качеств, при использовании трёхслойных панелей с утеплителем из полистиролбетона выявляются такие недостатки, как появление на границах слоев, напряжений, возникающих в результате того, что наружные слои препятствуют свободной усадке среднего слоя. Кроме тогоотсутствует возможность создания фасонных изделий вследствие низкой* прочности бетонам в соединительных гребнях. Технологический цикл производства данных изделий отличается повышенной длительностью и больших расходомэнергоресурсов.

Возможным, путём, устранения недостатков является создание моносистем, в структуре которых происходит взаимное проникновение друг в друга несущего и теплоизоляционного слоёв[71, 72].

Особенно эффективным-будет создание таких систем методом объемного прессования, который позволяет использовать потенциальные энергетические возможности полистирола[56].

Суть, способа заключается в том, что в перфорированную форму укладывается керамзитобетон, затем слой, полистиролбетона, содержащего предварительно подвспененные гранулы полистирола и. сверху укладывается наружный слой бетона. Форма закрывается крышкой, и масса подвергается электропрогреву через металлические электроды, расположенные на противоположных.

20 сторонах формы. При температуре выше 80 °C полистирол вспенивается и осуществляется приштамповывание слоёв друг к другу. Давление, развиваемое в замкнутом объёме, доведёт количество воды затворения механическим отжати-ем до значений, близких к теоретически необходимым для гидратации вяжущего, создав более прочную структуру бетона и ускорив его тепловую обработку.

Данный способ позволяет отказаться от вибрирования свежеуложенной смеси и при относительно низком давлении, создаваемом внутри массы, получать равномерную плотность и прочность по всему объёму изделия, которые недостижимы при её формовании виброуплотнением. Так же, способность самоуплотняющихся масс выжимать через перфорацию форм воду затворения открывает возможность для использования литых смесей, что позволяет заполнять массой опалубку для монолитных конструкций без использования средств принудительного уплотнения. Изделия, получаемые данным способом, не ограничены в выборе конфигурации и объёма.

Основываясь на вышеизложенном, можно сделать вывод, что создание моносистем методом самоуплотняющихся масс взамен традиционных трёхслойных изделий создаёт существенные преимущества и является весьма перспективным для строительной индустрии.

Научная гипотеза. Рассмотрев известные приёмы сочленения слоев при формовании разноплотных изделий, нами была предложена гипотеза о том, что получить эффективный конструкционно — теплоизоляционный элемент возможно лишь в том случае, если удастся создать развитую удельную поверхность на плоскостях соприкосновения слоев с одновременным образованием между ними переходного слоя, нивелирующего напряжения, возникающие между основными слоями. При этом отказаться от принудительного уплотнения слоев различными механизмами и перейти на литьевую технологию укладки формовочных масс.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Обоснована возможность, методом объемного прессования за один технологический прием, получения эффективных стеновых монолитно-слоистых изделий с плавной переходной зоной между слоями путем электропрогрева самоуплотняющихся масс на полистироле в замкнутом перфорированном объеме;

2. Разработана технология монолитно-слоистых стеновых изделий, позволяющая совместить на этапе формования ряд технологических операций (уплотнение масс, их обезвоживание, выштамповывание необходимого профиля изделий, обеспечение четких граней и хорошей лицевой поверхности) в одну и получать изделия с более высокими эксплуатационными свойствами;

3. Разработаны составы монолитно-слоистых изделий средней плотл л ностью всего блока 370 — 615 кг/м, термическим сопротивлением 3,15 — 5,6 м °С/Вт и прочностью на сжатие несущего слоя 8,5 — 15 МПа;

4. С целью оптимизации технологических расчетов установлены многофакторные зависимости прочности изделий и количества отжимаемой из формовочных масс воды при объемном прессовании от средней плотности бетонной смеси, активности уплотняющего компонента и времени выдержки изделий в форме после уплотнения;

5. При помощи электронной микроскопии показаны взаимосвязь слоев между собой за счет образования фасонной поверхности контактов и наличие переходных зон между плотными и теплоизоляционным элементами изделия;

6. Для анализа степени монолитности слоев установлено влияние средней плотности пенополистиролбетона на прочность сцепления слоев;

7. Показан процесс структурообразования цементного камня под действием избыточного давления, развиваемого в замкнутой форме при электропрогреве самоуплотняющихся масс;

8. Методом спектрального анализа установлена повышенная адгезия пенополистирола к цементной матрице в среднем слое за счет избыточного давления, создаваемого при объемном прессовании;

9. С целью оптимизации режима ТВО установлена многофакторная зависимость влажности изделий после ТВО от температуры среды, времени ТВО и их средней плотности;

10. С целью выбора оптимального сочетания слоев установлена зависимость термического сопротивления, сопротивления паропроницанию и массы блока от его толщины и состава слоев;

11. Разработана модель, выражающая в математической форме связь между основными параметрами технологического процесса и конечными свойствами монолитно-слоистых стеновых изделий объёмного прессования;

12. Проверка выводов и рекомендаций лабораторных исследований была осуществлена в производственных условиях завода ООО «НСТ» г. Ивантеевка. Расчетный ожидаемый экономический эффект от внедрения новой технологии составит около 2.6 млн руб. при производительности 18 000 м /год за счёт значительного сокращения сроков формования и тепловой обработки, парка металлических форм, отказа от использования дорогостоящих химических добавок и вибрации.