1 стр. из 1

Для отечественной строительной отрасли одной из актуальнейших проблем является повышение качества производимого бетона, используемого для возведения долговечных монолитных зданий и сооружений. Значительную роль в разрешении проблемы играют бетонные мини-заводы. Этой теме и посвящена данная статья.

Стремительная капитализация в России и ускоренный рост экономики требуют одновременного строительства новых (или реконструкции, перепрофилирования существующих) основных фондов крупных промышленных предприятий и обширного жилищного строительства для размещения производительных сил, а также возведения инженерных и транспортных коммуникаций.

Подготовленная в советский период самая мощная в мире индустриальная база производства сборного железобетона с технологической оснасткой, изготовленной на специализированных предприятиях металлообрабатывающей и военной промышленности, установила «весомый» технологический промышленный передел — возведение зданий из крупных элементов, создав поточность производства непосредственно от «печки» (пропарочных камер или с конвейеров полной заводской отделки заводов ЖБИ) на монтаж — с «колес» автотранспорта, освободив стройки на 98% от «мокрых» и вибрационных процессов. Однако возникшие при этом обоснованные требования проектировщиков о гарантировании в ранние сроки твердения отпускной прочности бетона проектной марки привели на заводах к весьма высокому перерасходу цемента (особенно при использовании портландцементов с «ленивой» начальной гидратацией) и, как следствие этого, склонности к повышенному трещинообразованию.

Всеобщая тенденция прежних времен — «экономика должна быть экономной» — привела к резкому сокращению капиталовложений в развитие промышленности и особенно — застою производства большинства новых эффективных строительных материалов.

Более того, последовавшее затем совершенствование норм термического сопротивления зданий потребовало резкого увеличения толщины (материалоемкости) стеновых изделий до пределов технологической недосягаемости параметрами уплотнения.

Несовершенство еще и управления экономической политикой в промышленности, особенно капиталовложениями в технологические решения, определяющие гибкость объемов производства во времени и конкурентоспособность продукции (что характерно для любой отрасли за рубежом), привело к острой необходимости быстрейшего перепрофилирования номенклатуры изделий сборного железобетона.

В это же время обоснованной критике подверглось качество изделий из-за несовершенства контроля процессов заводского производства и из-за принципа «сборности» сооружений из строительных деталей, обусловленного рядом причин. Это и недостатки оснащения технологий монтажа универсальным оборудованием с надежными захватами траверс, и отсутствие приемлемых конструкторских решений для устройства направляющих при установке изделий в окончательное проектное положение, и недостатки механовооруженности строек высотным грузоподъемным оборудованием повышенной тоннажности, и недочеты конструктивных решений узлов сборки, требовавших при эксплуатации многократного ремонта швов, в перестроечных условиях еще и резкое удорожание металла, и главное — отсутствие направленной финансовой поддержки со стороны строительной отрасли. Все это сделало невозможным единовременное переоснащение более 6 000 заводов ЖБИ и промышленности сборного железобетона на выпуск изделий для возведения сооружений нового конструктивного профиля.

К сожалению, наше строительство и после ликвидации строительных министерств, несмотря на видимую «объемизацию» укладываемого бетона, так и не стало потенциально сильной отраслью. Механооснащенность строительного производства вообще не велика, несмотря на многочисленные управления и базы комплектации. А промышленная база в виде производств строительных материалов (основ капитализации) традиционно осталась удаленной от строителей и их инвестиций и предоставлена тенденциям развития рынка. Поэтому отечественное производство строительных материалов слабое, и только предприятия, инвестируемые иностранным капиталом, развиваются успешнее. Заводы, вошедшие в составы добровольных объединений и союзов, капитализируются пока медленно и находятся еще в стадии «выживаемости», органично не влившись в программы национальных проектов.

Однако мощные отечественные объединения с самостоятельной отраслевой и добывающей базой (то есть с высокой промышленной капитализацией) — типа комбинатов строительных материалов и ДСК, — уцелевшие в перестроечных условиях, успешно провели реконструкцию технологических линий.

Например, ДСК Москвы убедительно показал по существу неисчерпаемые архитектурно-строительные и технологические возможности возведения сооружений из сборных железобетонных изделий любой этажности с разнообразной отделкой, в том числе под природный камень, при высоком качестве и долговечности.

Однако интенсивный рост экономики оставляет дефицит строительства еще высоким. Поэтому многие крупные строительные компании благодаря своей в определенной мере превалирующей роли в монополизации средств финансирования заказчика, в том числе материальных ресурсов (металлопроката, вяжущих и др. стройматериалов), и сравнительно невысокой стоимости зарубежной опалубки организационно определились (при поддержке федеральной и региональной власти) на более простое, независимое от заводской технологической оснастки, монолитное строительство, вернув на строительную площадку дорогостоящие «мокрые» процессы укладки бетона и отделочные работы. Но оставили традиционно технически трудоемкие переделы — приготовление бетона и сварку стальных каркасов арматуры — заводам ЖБИ или специализированным предприятиям.

Поэтому сегодня капиталовложения приоритетно направляются непосредственно на расширение индустриализации монолитного многоэтажного строительства, где их эффективное использование возможно только при сокращении трудоемкости, а также материало- и энергоемкости всех строительных процессов, да еще и при экономически обоснованных сроках ввода в эксплуатацию сооружения.

Учитывая зарубежный опыт такого строительства и прежде всего сравнительно небольшие объемы застройки, а также локальность («точечность») ее расположения, можно отчасти приветствовать решение по индустриализации монолитного многоэтажного строительства. Однако огромные территории развитых или развиваемых районов России и ее суровые климатические условия требуют тщательной проработки всего технологического комплекса и прежде всего создания «равновесных» условий для выполнения всех переделов: объемов укладываемого железобетона, единовременного потребного количества приготавливаемой бетонной смеси, ее транспортирования, порционной укладки в опалубку и осуществления режима прогрева. Все они должны быть последовательно непрерывны, идентичны и главное — технически контролируемы на протяжении всего технологического цикла.

Более того, в динамике монолитного строительства чрезвычайно важен симбиоз уровня роста индустриализации возведения сооружения с уровнем качества возводимых конструкций под  дальнейшую отделку, конкурентосоизмеримый с изделиями повышенной заводской готовности.

Сегодня для удовлетворения потребностей монолитного строительства уже характерно появление новых добровольных содружеств  производителей бетона, объединяющих добывающий сектор (рудники, карьеры), перерабатывающие заводы и комбинаты строительных деталей и материалов с производством бетонных смесей, железобетонных изделий и конструкций, сухих строительных смесей различного назначения, тепло- и звукоизоляционных материалов и даже научно-исследовательские учреждения. Но это главным образом материалоемкие предприятия с постоянно размещенными складами сырья. А строительные объекты, как правило, всегда равноудалены от мест расположения таких предприятий. И это обстоятельство требует тесной совместной работы производителей работ на строительстве и технологов лабораторий на бетоносмесительных заводах. Но у нас и сегодня, в рыночных условиях, не все «гладко» в силу различных программ обучения и разной ведомственной ориентации. Здесь уместно уточнить, что бетоносмесительный завод — это промышленный комплекс с питающим, накопительным (с элементами нагрева), дозирующим, смесительным и раздаточным оборудованием (тележки, конвейеры, бетононасосы). Бетоносмесительные установки (на транспортной платформе), как правило, не имеют дозирующего оборудования, за исключением дозатора для воды и добавок.

Анализ литературных данных последнего времени показал, что перенос малоскоростных (монтаж, демонтаж опалубки, ее смазка и армирование) и «мокрых» процессов непосредственно в условиях стройки с ее затратами на множество факторов (дополнительную энергию для ускорения твердения бетонов, подготовку, подсушку отделываемых поверхностей, социальные услуги, оплату труда, последствие дефицита на эффективные теплоизоляционные материалы) привел к возрастанию стоимости затрат до 80% от общей стоимости материальных ресурсов, потребляемых в строительстве (в сравнении с 25–45% при возведении домов полной или частично заводской готовности). А главное все перечисленное заканчивается задержкой сдачи строительных объектов в эксплуатацию и тем самым ведет к неэффективным оборотом капитальных вложений, а при сопутствии инфляции — к значительному дефициту бюджета. Стоимость построенных при таких условиях объектов остается высокой, что подтверждается ежегодно растущими (на 30–40%) ценами на жилье.

Обследование монолитных перекрытий, фундаментов производственных зданий московских жирового комбината, маргаринового завода и др. промышленных предприятий, построенных в 60–70-х гг., выявило характерные дефекты в виде нарушений геометрических размеров монолитных конструкций, плохого качества поверхности из-за неудовлетворительной жесткости опалубки в сочетании с неоднородностью и расслоением бетонной смеси при укладке (особенно в монолитных колоннах перекрытий), смещений арматурных стержней (в плане и по вертикали), наличия пустот под стержнями арматурных каркасов и даже отсутствия сцепления арматуры с бетоном на отдельных участках, огромного разброса прочности бетона (достигающего 45%) по монолиту конструкции здания и отслоений верхнего слоя бетона у монолитных железобетонных фундаментов в результате преждевременного замораживания.

Главные эксплутационные требования к монолитным конструкциям — однородность, долговечность, обеспечиваемые надлежащим выбором бетона с необходимыми прочностными и упруго-деформативными характеристиками. Уже разработаны специальные нормативные требования к подвижности литых бетонных смесей на основе сильных суперпластификаторов и гиперпластификаторов. Определены технологические параметры длительности их перевозки, электрообогрева и др. При положительной температуре без затрат на обогрев их применение вполне удовлетворительное.

Однако на значительной части территории России климат суровый с переходом температуры через 0 0С в течение полугода. Поэтому огромное внимание технологов уделяется криологии зимнего бетона, формированию его структуры и деформативности при температурах, близких к 0 0С. В молекулярной физике вода — система молекул, находящихся в зависимости от температуры в колебательном, трансляционном и вращательном движениях. С понижением температуры уменьшается внутренняя энергия, замедляется самодиффузия молекул и увеличивается веро­ятность возникновения центров кристаллизации в виде ажурной структуры льда. При замерзании объем воды увеличивается примерно на 9%. Плотность льда у чистой воды равна 0,917, а у минерализованной — выше. Образующиеся тончайшие ледяные прослойки на круп­ном заполнителе и арматуре нарушают их контакт с цементным раствором. Многократное замораживание и оттаивание физических объемов бетона (поздней осенью и ранней весной) способствует также их многократному расширению и усадке, приводя к нарушению сцепления между составляющими материалами и тем самым к потере прочности бетона. Однако нарушения поверхностной и внутренней структуры бетона не одинаковы. При низкой температуре образуется больше мелких кристаллов льда, и, как следствие этого, после оттаивания наблюдается множество мелких пор. При быстром замораживании вода, не успевая мигрировать к фронту охлаждения, образует крупные иглы и линзы льда, превращающиеся после оттаивания в крупные капилляры — поры внутри бетона.

Однако при формировании прочной кристаллизационной структуры до замораживания цементный камень приобретает способность сопротивляться возникающему давлению при расширении льда.

Исследованиям физических изменений макроструктуры твердеющего бетона (точнее, реально уложенных объемов) при температурных воздействиях посвящено значительно меньше работ, чем исследованиям микроструктуры цементного камня. Сегодня крупными производителями химических добавок настойчиво предлагаемая замена недорогих неорганических солей дорогими органическими суперпластификаторами, в том числе в виде различных комплексов. Но это не гарантирует полноценной сохранности свойств бетонной смеси во время ее доставки и надлежащего темпа твердения после укладки в условиях пониженных температур и рассчитано на немедленный и менее эффективный дорогостоящий (не менее 2-х суток) электрообогрев бетона через греющий провод, располагаемый на арматурном каркасе и способствующий локальному перегреву и даже вспучиванию пластичного цементного теста.

Кафедрой строительных материалов и изделий МГОУ было проведено исследование температурной области твердения бетона марки 400 с добавкой суперпластификатора С-3 + формиата натрия, уложенного в монолитное перекрытие 20-этажного жилого дома и подвергнутого электрообогреву греющим проводом. Бетонные смеси с осадкой конуса 12–15 см доставлялись автобетоновозами емкостью по 5–8 куб. м бетона при температуре наружного воздуха -5–(-10) 0С. Количество противоморозного компонента (формиата натрия) добавки гарантировало набор начальной прочности до 30% от марочной. Смеси разгружались в промежуточные бадьи, последовательно поднимались высотным краном для укладки литой смесью опалубки перекрытия. Норма бетонирования составляла около100 куб. м в сутки. После укладки объема бетона на «захватку» (4 куб. м бетона) включался электрообогрев. Перед укладкой поверхность опалубки перекрытия прогревали теплыми воздушными «пушками» снизу (с нижнего, предыдущего этажа), а внутренние поверхности стеновой опалубки и каркас — сквозящей струей теплого воздуха при температуре 5 –10 0С. Однако арматурные каркасы перекрытия практически не нагревались. При его бетонировании наблюдалось «зависание комков» бетона на каркасе арматуры (из-за примерзания пластичной бетонной смеси), и каркас вибрировали гибкими глубинными вибраторами. Т. е. виброэффект в смеси достигался через каркас в приграничной зоне арматуры лишь с целью отрыва прилипаемой (примерзающей) смеси. Температура смеси в указанных условиях быстро понижалась (ниже 0 0С), и электробогрев осуществляли одновременно с укладкой бетона.

Анализ состояния бетонной смеси и условий ее сохранения до укладки показал, что после непрерывного перемешивания в течение продолжительной перевозки, достигавшей из-за транспортных пробок 1,5–2 час., и промежуточной технологической перегрузки в бадьи, то есть с еще дополнительным выдерживанием бетона в течение 1–1,5 час. в холодной емкости, смесь теряла исходную температуру приготовления бетона на заводе и, вовлекая при долгом перемешивании много воздуха, значительно понижала показатель подвижности смеси, «комкуясь» при выгрузке из бадьи, особенно при наружной отрицательной температуре ниже -10 0С. Более того, гидратация цемента в не уложенном бетоне достигала 30–35%, т. е. цемент использован не эффективно, поскольку малая гранулометрия его зерен (0,14 мкм), определяющая начальную прочность бетона, вполне достаточную для снятия опалубки, осуществляется длительным мощным перемешиванием и детонацией миксера во время движения автотранспорта, требуя своего восполнения за счет ускорения реакций гидратации более крупных фракций путем прогрева, дополнительного расхода энергии и удлинения сроков твердения, да еще с неоднородной структурой.

Вышеприведенные причины обусловили установление фактического температурного поля в забетонированном фрагменте конструкции. Температура бетонной смеси, доставленной автобетоновозом при температуре наружного воздуха -5 – (-10) 0С, редко превышала значения +5…+7 0С. На фрагменте перекрытия размером 15×12×0,25 м замеряли температуру с расположением точек замера в центре квадратов (3×3 м) на глубину бетона 120–125 мм. В результате установлено, что после перегрузки и укладки в опалубку температура в центральных квадратах составляла 3–4 0С, а расположенных по контуру на пограничной плоскости — 0–2 0С. В центре эксперимента (по линии 7,5×6 м) она была чуть выше, на 3 0С (6–7 0С). При этом сразу после заливки смеси места обнажения арматуры стального каркаса и поверхности опалубки покрывались наледью толщиной до 0,5 мм. Электрообогрев осуществляли сначала при температуре изотермического прогрева 60–70 0С в течение 7 час. и в другом случае при 40–45 0С в течение 48 ч.

Прочность после прогрева при температуре 70 0С составила около 55–67% от требуемой через 28 суток. Бетон характеризовался локальными вспучиваниями и дальнейшим медленным ростом прочности, значительными трещинами по границе раздела с ранее уложенным бетоном. Поэтому условия твердения смягчили понижением температуры до 40–45 0С и назначением длительности прогрева до 48 ч., не превышая проектного расхода энергии, т. е. использовали те же градусо-часы. Это снижение температуры обусловлено еще и влиянием суперпластификатора, который, способствуя интенсивному переходу потенциальной энергии цементного зерна в поверхностную, сохраняет цементное тесто долгое время пластичным, увеличивая этим продолжительность индукционного периода до формирования твердеющей структуры цементного камня. Кроме того, необходимость подачи тепла в «бетон» фактически сразу после укладки нарушает классическую технологию соблюдения стадий режима, принятого при тепловой обработке бетона на заводах сборного железобетона. Практика понижения температуры до 40 0С оправдала себя в летний период, когда, понизив распалубочную прочность до 50–55%, ее на следующие сутки благодаря интенсивному росту прочности «зреющего» бетона повышали еще на 10 — 15%.

В зимний период прочность бетона после 48 час. прогрева не превышала 37–43%, а через 28 сут. составляла около 80–85%, поднявшись ближе к требуемой в трех-, четырехмесячном возрасте. Таким образом, бетонирование конструкций из литых смесей зимой требует, помимо необходимой подготовки к монтажу и предварительного прогрева опалубки, еще и достаточно быстрой их укладки, и условий спокойного предварительного выдерживания при обычной температуре для завершения индукционного периода гидратации портландцемента, и мягкого, но вполне затратного по расходу электроэнергии, режима.

Итак, при бетонировании монолитных железобетонных конструкций из обычного бетона возможно появление следующих недостатков: расслоение бетонной смеси при длительном транспортировании, расслаиваемость смеси от сбрасывания с большой высоты и большими порциями, смещение арматурных стержней и потеря сцепления арматуры с бетоном в результате недостаточной жесткости и дефектов монтажа опалубки, невозможность непрерывной укладки бетонной смеси и зависание бетона на арматурных стержнях, образование пустот под стержнями арматуры при уплотнении, влияние наружной температуры на снижение роста прочности бетона, невозможность контроля прочности бетона при укладке, недостаточная связь между объемами бетона, уложенного в разное время.

Другой проблемой, решаемой сегодня достаточно «кустарно», является устройство монолитных ограждающих стеновых конструкций, выполняемое в ряде случаев из мелкоштучных блоков пенобетона, укрепляемых растворами при «мокрых» процессах. А монолитный внутренний железобетонный каркас — несущая основа высокоэтажной конструкции — с позиции конструкционного материаловедения требует и монолитной «одежды» — ограждения без дефектов (растворной сшивки).

Решение этой проблемы возможно за счет создания непрерывного технологического процесса — начиная от переделов приготовления и завершая созданием условий для оптимального сцепления старого и нового бетонов как в обычном, так и в ячеистом бетоне.

Ведь уже через 3 мин. после затворения цемента водой реагирует до 20% его минералов, и очень важно, чтобы продукты гидратации были уложены в конструкцию как можно раньше после этого контакта.

Это возможно, если небольшие бетоносмесительные заводы будут расположены рядом со стройками, как это всегда делалось при строительстве плотин наших гидростанций, крупных промышленных районов с необходимой инфраструктурой. Или еще интересней опыт возведения в Москве храма Христа Спасителя, когда бетон готовили и подвозили по установленному графику пять заводов ЖБИ. Наконец, в Москве представители зарубежной компании «Болгарстрой» при застройке микрорайона Жулебино всегда приготавливали смеси на месте, используя, когда необходимо, и полуфабрикаты — сухие смеси. Еще более простой способ известен авторам из наглядного примера, увиденного в Финляндии, когда на заводе ЖБИ загружают миксер автобетоновоза просто сухими отдозированными компонентами бетонной смеси, а отдельную специально на нем смонтированную емкость заполняют отдозированным водным раствором добавки в бетон, который одновременно является и водой затворения для бетонной смеси. Окончательное перемешивание осуществляет водитель путем автоматического введения водного раствора в смесь по команде диспетчера строительства при непосредственном подъезде автобетоносмесителя к строительному объекту.

Однако более тонкой технологией является приготовление пенобетонной смеси и ее подача по бетоноводу непосредственно в опалубку. Основная задача здесь — выбор пенообразующих добавок с надежными стабилизаторами поровой оболочки. Наиболее устойчивыми зарекомендовали себя стабилизаторы иностранного производства.

Например, используется установка, позволяющая подавать пенобетоны по вертикали на 5 м, по горизонтали — до 20 м и укладывать их непосредственно в конструкцию. Пеногенератор может работать под давлением и размещаться на небольшой площади.

Изучая материалы выставок и публикаций, нетрудно отметить появление новых мини-установок для производства активированных или модифицированных бетонов и добавок.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:
1. Для повышения эффективности использования потенциальных свойств цемента необходимо изменить практику долгих перевозок готовых смесей к объекту строительства. Необходимо организовать перемешивание смесей за 5–10 мин. до подъезда автобетоносмесителя к строительному объекту, так, как это делается за рубежом;
2. Организация производства пенобетона на месте строительства поможет решить не только проблему эффективной теплоизоляции, но и строить сооружения с большим сроком долговечности и архитектурной выразительности за счет цветных пигментов;
3. В практике подготовки арматурных каркасов перед укладкой бетона в зимний период обязательным условием должен быть прогрев (даже за счет токов Фуко);
4. Производителям бетоносмесительного оборудования необходимо настойчивее наполнять рынок мини-заводами на передвижной платформе, оборудованными складывающимися бетоноводами.

Литература
1. Крылов Б. А. «Методы производства бетонных работ с применением прогрева и обогрева конструкций». Второй международный симпозиум по зимнему бетонированию. — М.: «Стройиздат», 1978 г.
2. Миронов С. А. «Теория и методы зимнего бетонирования». — М.: «Стройиздат»,1975 г.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!