ГЛАВА 3. СОСТАВЫ И ТЕХНОЛОГИЯ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО ШЛАКОЗОЛОБЕТОНА ДЛЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
В данном разделе работы ставилась задача создать бетоны для ограждающих конструкций (сборных и монолитных) из тех же отходов ТЭС, но с характеристиками, значительно превышающими широко распространенный керамзитобетон и другие бетоны, а именно: без автоклавной обработки (для сборных конструкций); высокоподвижные (литой консистенции); имеющие лучшие показатели по теплофизическим свойствам и по средней плотности при одинаковых прочностных показателях. И такая задача нами была решена в работах [13, 14, 15, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65].
3.1. Исследования по разработке составов
Как упоминалось выше, экспериментальные исследования по разработке составов проводили из тех же материалов, что и для бетонов плотных, только изменяя их соотношение и применяя воздухововлекающие (пенообразующие) добавки. Работа выполнялась по заказам треста "Сибметаллургмонтаж" на строительство
56
монолитных домов и ТУ ЗЖБК (Минтопэнерго) для наружных стеновых панелей КПД (взамен керамзитобетона).
Из десяти распространенных пенообразователей, в том числе 8 моющих средств, СНВ и пенообразователь для пожаротушения (ПО-6), нами было выбрано моющее средство "Прогресс" (вторичный алкилсульфат натрия) [30, 50, 66, 67]. Лучшие показатели прочности и средней плотности имел поризованный шлакозолобетон с этой добавкой. У него были лучшие показатели и по воздухововлечению в мелкозернистом шлакозолобетоне (рис. 3.1. и 3.2.) по сравнению с СНВ и ПО-6.
Расход парообразователя, в % от массы цемента
Рис. 3.1. Графики зависимости средней плотности шлакозолобетона от расхода порообразователей
На следующем этапе исследовали влияние соотношения золы и шлакового песка при постоянном расходе цемента и подвижности смеси (ОК). С целью снижения водопотребности смеси и стабилизации ее поризации вводили пластифицирующую добавку ЛСТ в количестве ОД% от массы цемента в сухом состоянии, а "Прогресс" 1% от массы цемента в жидком (рабочем) состоянии. Смеси готовили литой консистенции (20-22 см). Образцы подвергали тепловлажностной обработке по режиму 3+10+3 ч при температуре +95 °С. Выдержка перед термообработкой 3 часа.
57
Рис. 3.2. Графики зависимости воздуха-вовлечения в шлакозолобетоне от расхода порообразователей
Результаты исследований приведены в таблице 3.1. и на рис. 3.3. На оптимальном 5-ом составе исследовали зависимость прочности и плотности бетона от количества вводимого поризатора (рис. 3.4.).
Рис. 3.3 Зависимость прочности и средней плотности поризованного шлакозолобетона от соотношения содержания золы и шлакового песка:
------ прочность на сжатие; ------ средняя плотность; 1, 2, 3 - прочность и плотность бетона соответственно в суточном, 28 суток после термообработки и в 28 суток в высушенном состоянии
58
Таблица 3.1
Состав бетона с различными соотношениями золы и шлака
№ состава
Расход материалов на 1 м3 бетонной смеси, кг
Осадка стандартного конуса, см
Средн. плотность смеси, кг/м3
Прочность на сжатие, МПа
ПЦ М400
Зола
Шлак, песок 0-5 мм
Вода
ЛСТ % от массы цемента
"Прогресс", % от массы цемента
в суточн. возрасте после пропаривания
в 28 сут. Возрасте
в 28 сут. возрасте в сухом состоянии
1
260
180
530
225
0,3
1
21,0
1195
7,5
7,9
8,0
2
260
270
445
230
0,3
1
20,5
1205
6,8
7,6
7,9
3
260
360
360
235
0,3
1
21,5
1215
7,7
8,1
8,3
4
260
445
270
320
0,3
1
20,5
1295
7,5
8,1
8,2
5
260
530
180
325
0,3
1
22,5
1295
6,6
7,4
7,6
6
Контрольные образцы из керамзитобетона: ПМЦ400 - 300 кг, керамзит - 550 кг, керамзитовый песок – 120 кг, вода 180 кг
Рис. 3.4. Зависимость прочности и средней плотности поризованного шлакозолобетона от количества вводимого поризатора:
------ прочность; ------- средняя плотность; 1 - в суточном возрасте; 2 - в 28 дневном возрасте; 3 - в 28 дневном возрасте в сухом состоянии
Из графиков рис. 3.4. видно, что оптимальным количеством вводимого поризатора можно считать от 1 до 3% от массы цемента в зависимости от требуемой марки бетона по прочности и плотности. Введение его выше 3% не дает положительного результата по снижению плотности и становится экономически нецелесообразным. График показывает возможность дальнейшего уменьшения расхода цемента при необходимой марке бетона 50 (до 222 кг/м3). При применении турбулентного смесителя расход поризатора можно сократить до 0,6 - 1%.
Исследования термического сопротивления образцов в высушенном состоянии из поризованного золошлакобетона (рис. 3.5.) в сравнении с керамзитобетоном показали значительное преимущество первых (в 1,3-1,4 раза) при равной средней плотности 1100 и 1150 кг/м3 (таблица 3.2).
Это достигается за счет трех факторов: природой золошлакобетона (алюмосиликатное стекло плохой проводник тепла); полой структурой частиц золы и мелкой равномерной пористостью бетона. Для сравнения: обычное стекло имеет коэффициент теплопроводности (1) 0,35 Вт/(м-К), поризованный золошлакобетон 0,27, а керамзитобетон 0,38. На ТУ ЗЖБК смонтирована установка по определению теплосопрртивления готовых панелей конструкции ЛатНИИстроительства (рис. 3.6.).
60
Рис. 3.5. Прибор ИТ-1 для исследования теплопроводности бетона в лабораторных условиях
Рис. 3.6. Установка по определению теплопроводности панелей конструкции ЛатНИИстроительства, смонтированной на ТУ ЗЖБК
61
Таблица 3.2.
Теплопроводность поризованного золошлакобетона в сравнении с керамзитобетоном при различных степенях влажности
Тип бетона
Средняя плотность бетона, кг/м3
Влажность бетона, %
Коэффициент теплопроводности 1, Вт/(м·К)
Поризованый шлакозолобетон
1100
0
0,178
5,5
0,195
10,2
0,264
11,5
0,266
1100
0
0,190
5,75
0,235
9,8
0,258
15,3
0,299
1150
0
0,205
6,2
0,302
9,7
0,331
13,75
0,384
1150
0
0,213
5
0,290
9,7
0,361
12,9
0,361
1165
0
0,222
5
0,294
10,7
0,365
12,9
0,394
Легкий керамзитобетон
1100
0
0,294
5,6
0,392
10,3
0,402
14,2
0,551
1150
0
0,312
5,2
0,405 .
9,8
0,496
14,8
0,552
Результаты исследований апробированы на Томь-Усинском ЗЖБК в производстве наружных стеновых панелей КПДС [50, 52]. Экономическая эффективность по данным ТУ ЗЖБК составляла 16 руб. на 1 м3 бетона по сравнению с керамзитобетоном. На рис. 3.7 приведен фрагмент производства стеновых панелей из поризованного золошлакобетона.
62
Для строительства монолитных многоэтажных домов был разработан бетон классов В5 и В7,5 с осадкой конуса 16-18 см, средней плотностью в сухом состоянии 1190-1250 кг/м3 (в свежеуложенном 1350-1420 кг/м3) (табл. 3.3.).
Таблица 3.3.
Составы поризованного золошлакобетона для наружных стен монолитных домов
Класс бетона
Расход материалов на 1 м3 бетона
портланд цемент М400
шлаковый песок 0-5 мм
гидроудаленная зола
вода
добавка, % от массы цемента
лcт
"Прогресс"
В5
260
530
180
235
0,2
0,6...1
В5
250
350
350
240
0,2
0,6...1
В7,5
285
540
180
245
0,2
0,6...1
В7,5
275
325
325
270
0,2
0,6...1
Рис. 3.7. Фрагмент производства панелей из поризованного золошлакобетона на ТУ ЗЖБК№
63
Физико-механические и деформативные характеристики поризованного золошлакобетона приведены в наших работах [31, 35]. Они отвечают требованиям СНиП 2.03.01-84 и ГОСТам для применения в несущих и ограждающих конструкциях. Морозостойкость бетона составляет 75 и 100 циклов и превосходит требования ГОСТ. Результаты работы защищены авторским свидетельством № 1571039 [46]. Указанные составы и технология применялись на строительстве первого в Кузбассе монолитного 6-ти этажного 108 квартирного дома, введенного в действие в 1990 году и применяются при возведении коттеджей.
Совместно с лабораторией коррозии НИИЖБ [60] были исследованы защитные свойства новых бетонов от коррозии арматуры. Установлено, что в бетонах для несущих конструкций сталь защищена надежно, а в поризованных бетонах требуется защита арматуры ингибиторами или защитный слой бетона от проникновения влаги в стеновые ограждения. Результаты исследований приведены на рис. 3.8 и 3.9.
На Всесоюзной конференции (1990 г.) и в рецензиях отмечалось, что разработанные составы мелкозернистого шлакозолобетона для ограждающих конструкций отличаются завышенной плотностью (в сухом состоянии от 1150 до 1290 кг/м3). Но для данной целенаправленной (для конкретного заказчика и конкретных условий) работы можно констатировать:
Заказчик имел план на строительство микрорайона многоэтажных жилых домов (от 6 до 18 этажей) в монолитном исполнении (впервые в Кузбассе) в которых наружные стены предусматривались несущими из керамзитобетона классов В5 и В7,5 (М75 и М100) с плотностью до 1400 кг/м3 (в сухом состоянии) и соответствующей толщиной, стен по действующим СНиП и техническим требованиям 60 см (для расчетной температуры -39 °С).
Он поставил задачу заменить остродефицитный для Кузбасса и дорогой керамзитовый гравий на местные материалы (отходы промышленности) и разработать бетон высокой подвижности с целью использования бетононасосов (см. рис. 2.6) и отказа от применения виброуплотнения. И с такой задачей мы справились.
2. За счет снижения проектной плотности бетона с 1400 до 1150... 1300 кг/м3 и выявления эффекта по теплофизическим свойствам в 1,3...1,4 раза по сравнению с керамзитобетоном (см. таблицу 3.2) институтом "Кузбассгражданпроект" и "СибЗНИИЭП" удалось уменьшить толщину стен до 50 см.
Теплофизические свойства разработанных бетонов кроме наших исследований прибором ИТ-1 (рис. 3.5) были исследованы по нашему заказу лабораторией теплофизики Новокузнецкого отделения "УралНИИСтромпроект" классическим способом в сравнении с керамзитобетоном (см. таблицу 3.2) по схеме, приведенной на рис. ЗЛО.
Рис. 3.10. Схема испытания теплопроводности бетона
Кроме того, было исследовано адсорбционное влагопо-глощение разработанного бетона в сравнении с газобетоном и керамзитобетоном одинаковой плотности при различной относительной влажности наружного воздуха (от 0 до 100%) (рис. 3.11).
Как видно из графиков рис. 3.11, разработанный бетон имеет значительно лучшие показатели по влагопоглощению (при 100% относительной влажности воздуха в 1,5...2 раза, а значит и теплофизические свойства при эксплуатации, что подтверждается практикой эксплуатации 108 квартирного дома.
Разработанные составы бетонов прошли экспертизу и были согласованы для применения в монолитном домостроении в городе Новокузнецке с сейсмикой в 7 баллов и толщиной наружных стен 50 см Сибирским зональным научно-исследовательским
66
и проектным институтом типового и экспериментального проектирования жилых и общественных зданий Госстроя СССР (СибЗНИИЭП) документом от 26.11.86 № 007-5268, а также Управлением стандартизации и технических норм в строительстве Госстроя СССР (от 27.12.89 № 8-1458). Оба документа и разработанные ТУ приведены в Приложениях к работе.
Что касается возможности снижения плотности поризо-ванного шлакозолобетона, то нами разработаны и опробованы составы со значительно меньшей плотностью за счет увеличения расхода поризатора (3% вместо 1) и подвижности смеси (ОК) с 16... 18 до 4...6 см, которые могут использоваться при строительстве монолитных коттеджей, в производстве навесных (а не несущих) панелей и мелкоштучных бетонных изделий [54]. Их состав и характеристики приведены в таблицах 3.4 и 3.5
67
Таблица 3.4.
Составы поризованного золошлакобетона для наружных стен монолитных домов
№ смеси
Расход компонентов, кг/м3
портландцемент М400
зола
шлаковый песок
соотношение зола : шлак
води
лст, % от массы цемента
"Прогресс" % от массы цемента
1
260
180
540
1 : 3
120
0,3
3
2
260
218
436
1 : 2
136
0.3
3
3
260
300
300
1 : 1
148
0,3
3
4
260
360
180
2:1
162
0,3
3
5
260
345
115
3 : 1
1 80
0,3
3
Таблица 3.5,
Основные показатели поризованного шлакозолобетона
№ смеси
Осадка конуса, см
Средняя плотность смеси, кг/м3
Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3
Прочностные показатели, МПа
в суточном возрасте
в 28 дневном возрасте
в 90 дневном возрасте
Смеситель принудительного действия
1
4...6
1100
1090
6,1
7,5
7,8
2
4...6
1050
1028
5,8
6,9
7,2
3
4...6
1008
986
4,9
5,3
5,7
4
4...6
962
920
3,2
4,0
4,5
6
4...6
900
840
2,5
2,8
3,6
Смеситель турбулентный
1
4...6
920
924
5,2
5,8
6,1
2
4...6
882
870
4,5
5,1
5,6
3
4...6
804
780
3,2
3,8
4,3
4
4...6
736
706
2,5
2,9
3,2
6
4...6
690
654
1,8
2,2
2,5
В связи с вводом в действие с 1Ш июля 1996 года измененного № 3 СНиП 11-3-79 "Строительная теплотехника", в котором утверждены более жесткие требования по- теплозащите в 1,5-1,7 раза однослойные монолитные и сборные конструкции практически будут отменены и, как принято в большинстве стран, будут
68
применяться термовкладыши, либо многослойные (преимущественно трехслойные) конструкции с эффективным утеплителем. При этом разработанные составы мелкозернистых шлакозолобетонов, как для несущих, так и для ограждающих конструкций, не потеряют своего значения с применением эффективных утеплителей, будут более эффективны по сравнению с кирпичом, керамзитобетоном, газобетоном, поскольку они решают не только экономическую, но и экологическую проблему.
