Бетонные и железобетонные конструкции

В производстве керамических стеновых материалов и  пористых заполнителей эффективным направлением экономии кондиционного топлива является применение топливосодержащих  отходов промышленности. Так, применение в качестве топливосодержащей добавки отходов углеобогащения позволяет экономить при получении стеновых керамических изделий до 30 % топлива, исключает необходимость введения в шихту каменного угля.

Наряду с  экономией топлива снижение материалоемкости  строительных изделий в большой  мере достигается рациональным использованием исходных компонентов и в особенности таких, как цемент, сталь, древесина, асбест и др. Экономия этих материалов достигается на всех этапах их производства и применения.

 Основным  источником потерь цемента при  его производстве является вынос в результате несовершенства пылеулавливающих устройств помольных агрегатов. Перевозка цемента должна осуществляться в специализированных транспортных средствах. При транспортировании  в цементовозах потери цемента при погрузочно-разгрузочных работах в среднем в 10 раз меньше, чем в крытых вагонах, в 40 раз меньше, чем в открытом подвижном составе. Одна из причин перерасхода — смешивание используемых цементов различных марок и видов при отсутствии достаточного количества емкостей для их хранения. В этих случаях вынужденно применяют расходные нормы для худшего из смешанных цементов, что приводит к их перерасходу на 6—8 %. Важное значение имеет применение кондиционных заполнителей бетона. Каждый процент загрязненности щебня равнозначен дополнительному расходу примерно 1 % цемента. В табл.2  приведено возможное снижение расхода цемента при обогащении мелкозернистых песков укрупняющими добавками.

Нерационально применение цемента марки 400 для изготовления бетонов марок М 100 и М 150, а также растворов марок 50 и 75. В этих случаях значительное снижение расхода цемента можно достичь введением в бетонные и растворные смеси минеральных дисперсных добавок, например, золы-уноса ТЭЦ.

Большое значение для экономного использования цемента имеет обоснованный выбор области наиболее эффективного применения цемента с учетом его минералогического состава и физико-механических характеристик. Например, для сборного железобетона, подвергаемого тепловой обработке, наиболее пригодны цементы с содержанием СзА до 8%. Расход цемента увеличивается по мере роста его нормальной густоты (табл.3), поэтому желательно его применение с минимальной нормальной густотой.

На предприятиях по производству бетона и сборного железобетона значительная экономия цемента  может быть достигнута при оптимизации составов бетонов, применением смесей повышенной жесткости с уплотнением на резонансных и ударных виброплощадках, предварительным разогревом бетонных смесей и выдерживанием изделий после тепловой обработки, увеличением продолжительности тепловой обработки, расширением объема изготовления конструкций с минусовыми допусками, совершенствованием технологического оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры.

 Одно из  наиболее перспективных направлений  снижения расхода цемента — применение химических добавок. Такие традиционные химические добавки, как СДБ, позволяют снижать расход цемента на 5—10%. Возможное снижение расхода цемента при применении новейших  добавок суперпластификаторов составляет 15-25'%.Дополнительный источник экономии цемента при высоком качестве бетона — применение статистического контроля прочности. Назначение требуемой прочности бетона с учетом его однородности обеспечивает при повышенной культуре производства снижение расхода цемента на 5—10 %.

 Экономия  металла — важнейшая народнохозяйственная  задача. В настоящее время в строительстве ежегодно используется 31—33 млн. т. черных металлов, из которых 12—13 млн. т. расходуется на арматуру для железобетонных конструкций, около 8 млн. т. на фасонный и листовой прокат для изготовления металлоконструкций и опалубочных форм и 11—12 млн. т. на трубы.

 Самое эффективное  направление снижения расхода  металла в железобетоне—применение для арматуры высокопрочной стали. Арматурная сталь разных классов и видов является в известных пределах взаимозаменяемой.

Значительный  резерв по экономии металла обеспечивается при изготовлении напряженной арматуры из высоко прочной  проволоки и канатов. Экономия металла достигается также при более точных расчетах конструкций в соответствии с действительными условиями их работы под нагрузкой, приближением армирования к требованиям расчета, оптимизацией конструктивных решений.

 При изготовлении  арматурных изделий для сборного  железобетона экономию стали  получают при сварке сеток и каркасов на автоматических линиях с продольной и поперечной подачей стержней из бухт, при расширении всех видов контактной сварки, безотходной стыковке стержней, в том числе разных диаметров, изготовлении закладных деталей методом штамповки.

Существенная  экономия металла достигается при  рациональном проектировании и использовании стальных форм в промышленности сборного железобетона. На 1 м^3 железобетона в год на металлические формы затрачивается 6—35 кг стали. Для интенсификации использования форм необходимо ускорение их оборачиваемости в технолегияеском потоке.

Освоение бетона высоких марок — еще один важный резерв снижения расхода металла при производстве железобетона. Повышение марки бетона на одну ступень снижает расход стали примерно на 50 кг/м^3.

 При изготовлении  металлических конструкций эффективно применение легированных сталей, экономичных профилей металлопроката. Применение трубчатых профилей в строительных конструкциях по сравнению с уголковыми дает экономию до 30 %.

                                                                                                              ТАБЛИЦА 1.

РАСХОД УСЛОВНОГО  ТОПЛИВА НА ПРОИЗВОДСТВО ОСНОВНЫХ ВИДОВ     СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЯ.

Вид материала  и изделий	Расход топлива. кг (в условном исчислении на 1 т продукции)
Керамические  камни и глиняный кирпич Известь, цемент Керамические  плитки для полов Облицовочные  глазурованные плитки Стекло листовое Санитарно-строительный фаянс Керамзит	50—80 115-240 200—610 360—1058 510-590 500—800 200—270

 

                                                                                                          ТАБЛИЦА 2.

СНИЖЕНИЕ РАСХОДА  ЦЕМЕН ТА ПРИ ВВЕДЕНИИ УКРУПНЯЮЩИХ  ДОБАВОК.

Вид и модуль крупности (М) укрупняющих добмок.	Среднее снижение расхода цемента при обогащении природного песка с модулем крупности.
	1,5-2	1—1,2
Песок природный средний, Мк=2,1—2,5	5	5
Песок природный  крупный, Мк=2,6-3,25	15	12
Каменный отсев  классифицированный, Мк = 3—3,5	20	15
0тходы горно-обогатительных комбинатов классифицированные, Мк= 2,5-3	8	7
Шлаки ТЭЦ, Мк=2,5-3,5	5	5
Гранулированные шлаки	5	5

 

                                                                                                              ТАБЛИЦА 3.

ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ РАСХОД ЦЕМЕНТА (%) В БЕТОНЕ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ НОРМАЛЬНОЙ ГУСТОТЫ ЦЕМЕНТА.

Нормальная густота цемента, %	Огносительныи расход цемента, %, для бетона марок			Нормальная густота цемента, %	Относительный расход цемента, % , для бетона марок
	М200—М300	М400	М500		М200—М300	М400	М500
24 25 26 27	98 100 102 103	98 100 102 105	98 100 103 107	28 29 30	104 105 107	109 112 118	111 115 129

                                                                                                                                        ТАБЛИЦА 4.

ЭКОНОМИЯ МЕТАЛЛА  ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРЫ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ.

Класс арматуры	Коэффициент приведения	Экономия металла, %	Класс арматуры	Коэффициент приведения	Экономия, %
А-I А-II А-III A-IV	1 1,21 1,43 1,95	О 17 30,1 48,7	A-V Ат-IV Ат-V Ат-VI	2,2 1,95 2,2 2,4	54,7 48,7 54,7 58,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Прогрессивные строительные материалы и конструкции. Бетон, железный бетон и газобетон.

 

На данный момент самыми перспективными и массовыми направлениями  применения наночастиц в строительстве  является производство бетонов и  стальных конструкций. Благодаря нанометровым размерам стало возможным создание порошковых бетонов с прочностью 500　– 600　Мпа, в десять раз превосходящих по этому показателю обычные бетоны, а также увеличение прочности фибробетонов на растяжение до 70　– 80% против 10　– 15% у обычных бетонов. В целом применение модификаторов позволяет создавать бетоны и строительные растворы различного функционального назначения с широким спектром заданных свойств.

Одним из новейших строительных материалов, превосходящим по качественным характеристикам привычные стеновые материалы, является газобетон. Газобетон - это искусственный камень. Изготовление его сродни выпеканию хлеба: в воде замешивается цемент, молотый кварцевый песок, тщательно размельченная извесь и гипсовый камень, добавляется алюминиевая "пудра" - и тесто готово. В теплой влажной камере тесто поднимается и превращается в "буханку" газобетона, которую разрезают на блоки. Их, в свою очередь, отправляют в автоклавную печь, где они подвергаются закалке водяным паром при давлении 8-12 атмосфер и температуре 2000С. И материал готов к работе. В нашем городе газобетон отличного качества по описанной технологии производит 211 КЖБИ - на оборудовании и по технологии немецкой фирмы "Hebel". Данная технология обеспечивает высокую геометрическую точность блоков, равномерную плотность массива и наилучшие, среди газобетонов, показатели прочности готовых блоков и армированных плит.

Экспериментами с ультрадисперсными  и наноразмерными частицами в  настоящее время занимаются такие  крупные производственные компании, так «Зика» (Швейцария), BASF (Германия), «Майти» (Япония) и «Элкем» (Норвегия). Из металлических конструкций наибольшую известность получила наномодифицированная стальная арматура, изготавливаемая американской корпорацией MMFX Steel Corp. По качеству эта сталь похожа на нержавеющую, однако отличается значительно более низкой стоимостью и улучшенными механическими свойствами, в том числе по прочности и вязкости. В США она с успехом применяется на объектах дорожно-транспортного и гидротехнического строительства.

Говоря об успешном применении нанотехнологий в производстве строительных материалов и конструкций зданий и сооружений, можно выделить следующие достижения:

1. Создание антибактериальных  керамических продуктов на основе  использования антибактериальной  функции наночастиц с применением инфракрасного излучения. Сегодня неорганические неметаллические материалы являются одними из популярнейших в строительстве. Однако применение изделий из этих материалов из-за высокой теплопроводности, хрупкости и низкой пористости, зачастую оказывается ограничено. Вышеописанное изобретение, принадлежащее Шанхайскому институту керамики, расширяет сферы применения керамических изделий, существенно повышая эффективность их использования.

2. Создание специального  покрытия для стройматериалов  с помощью нанотехнологий, способного противостоять загрязняющему воздействию водных и нефтяных капель. В итоге достигается так называемый «эффект лотоса», когда капли скатываются с поверхности листа в силу его особого строения, как шарики ртути, смывая одновременно всю грязь, никогда не оставляя следов и сохраняя его всегда чистым и сухим.

Самая масштабная область  применения открытия – Большой национальный театр в Пекине, на постройку прозрачного  полушария которого было потрачено  порядка $ 588,24 млн. Покрытие стеклянной площади размером 6000 кв.м, вызывающей удивление у непросвещенных посетителей («Чего же стоит отмыть этот купол от уличной грязи?»), изготовлено с использованием нанотехнологий. И хотя первоначально в проекте строительства такая возможность не рассматривалась, создателям пришлось обратиться за помощью к специалистам Пекинского промышленного парка Чжунгуаньцунь (известного как Китайская силиконовая долина), где и была предложена и вскоре с успехом внедрена технология применения наночастиц в покрытии для стеклянного материала с использованием «эффекта лотоса».