Новые стеновые строительные изделия и энергоэффективная технология их ускоренного получения Автор: ассистент ФГБОУ ВПО Национальный исследовательский университет «МГСУ», к.т.н.

Преимущества малоэтажного строительства: Меньшие расходы на строительство и инженерную инфраструктуру; Короткие сроки возведения зданий; Упрощенный процесс строительства.

разработка новых эффективных строительных изделий для малоэтажного строительства, получаемых в короткие сроки и при минимальных материальных затратах Актуальная на сегодня задача - разработка новых эффективных строительных изделий для малоэтажного строительства, получаемых в короткие сроки и при минимальных материальных затратах

Используемые сегодня изделия: Используемые сегодня изделия: 1. Изделия с полистирольным плитным утеплителем (рис.1); 2. Трёхслойные изделия со средним слоем из полистиролбетона (рис.2).

Рис. 1. Изделия с полистирольным плитным утеплителем

Недостатки изделий с полистирольным плитным утеплителем: - длительное время технологического цикла производства; - повышенный расход энергоресурсов на тепловую обработку; - быстрая деструкция утеплителя; - наличие металлических связей, снижающих теплозащитные свойства конструкции и требующие дополнительные затраты на защиту их от коррозии.

Рис. 2. Трёхслойные изделия со средним слоем из полистиролбетона

Недостатки изделий с утеплителем из полистиролбетона: - длительное время технологического цикла производства; - повышенный расход энергоресурсов на тепловую обработку; - образование температурных напряжений на границе соседних слоев из-за различных значений их коэффициентов линейного температурного расширения.

Цель научно-исследовательской работы – создание энергоэффективной технологии ускоренного производства современных многослойных стеновых изделий с улучшенными свойствами

Для достижения поставленной цели были проведены исследования, результатом которых стала разработка многослойных стеновых блоков с нанодисперсной переходной зоной между слоями(рис.3) и технологии их производства методом объемного прессования, суть которой заключается в следующем:

В перфорированную форму (рис.4,5) заливается керамзитобетон (внутренний слой), а затем слой полистиролбетона с предварительно подвспененными зёрнами полистирола и сверху снова заливается наружный плотный слой. Форма закрывается крышкой, устанавливается в наклонное положение и масса подвергается электропрогреву в течении 25 мин. через металлические электроды, расположенные на противоположных сторонах формы. При температуре выше 80 о С полистирол окончательно вспенивается, увеличиваясь в объёме, создавая при этом внутреннее избыточное давление и самоуплотняя массу по всему объему изнутри(объемное прессование).

В процессе объемного прессования происходит: взаимное проникновение слоев; отжатие свободной влаги до значений, близких к теоретически необходимым для гидратации вяжущего; создание более прочной структуры бетона; ускорение тепловой обработки.

Рис.3 Многослойные стеновые блоки получаемые методом объёмного прессования

Рис.4 Жесткая перфорированная форма для производства многослойных изделий методом объемного прессования(лабораторная)

Рис.5 Коллективная форма для изготовления многослойных изделий(промышленная)

При уплотнении на стыке двух слоёв создаётся переменное поле давлений(рис.6), образующееся из-за различия степени вспенивания различных фракций полистирола. Это обстоятельство позволяет создать развитую удельную поверхность контакта слоев, способствующую прочному сцеплению и хорошей совместной работе монолита. При этом происходит взаимное проникновение слоев(образуется нанодисперсная переходная зона).

Рис.6 Переменное поле давлений на стыке двух слоев

В процессе объемного прессования происходит активное теплосиловое воздействие, которое приводит к диспергированию зерен цемента и увеличивает скорость возникновения зародышей новых фаз. Механические колебания в растворе способствуют возникновению центров кристаллизации. При достижении критического напряжения происходит перекристаллизация, происходящая многократно. Итогом комплексного воздействия кристаллизации и внутриобъемного избыточного давления при высокой температуре является увеличение прочности.

За один технологический прием происходит: Тепловая обработка; Поризация; Уплотнение; Создание переходного слоя.

Использование разработанной технологии позволяет: Отказаться от вибрирования; свежеуложенной смеси; Использовать подвижные смеси; Получать изделия пазогребневой конструкции; Производить изделия любой конфигурации и объема.

В процессе объемного прессования формируется структура с двойным каркасом – минеральным(цементная матрица) и полимерным(омоноличенные зерна полистирола)

Для выработки параметров технологии была разработана математическая модель с возможностью решения прямой и обратной задач. Структурная блок-схема технологии (рис.7) многослойных изделий включает переделы приготовления полистиролбетонной смеси, её формования, совмещенного с электропрогревом и выдерживанием и тепловлажностной обработки изделий.

Рис.7 Структурная блок-схема технологии

Расход вяжущего на 1 м 3 х1х1 Время тепловой обработких 15 Расход уплотняющего компонента х2х2 Время выдержких 16 Расход водых3х3 Объем отжимаемой влагих 17 Активность вяжущегох4х4 Прочность сырцах 18 Активность уплотняющего компонента х5х5 Влажность сырцах 19 Вид смесительного устройствах6х6 Средняя плотность сырцах 20 Частота вращения смесительного органа х7х7 Способ тепловлажностной обработки (ТВО) х 21 Время перемешиваниях8х8 Температура теплоносителях 22 Влажность смеси (абсолютная)х9х9 Время ТВОх 23 Средняя плотность смесих 10 Влажность изделий после ТВОх 24 Однородность смесих 11 Прочность изделий после ТВОх 25 Способ тепловой обработких 12 Средняя плотность изделийх 26 Электрическое напряжениех 13 Теплопроводность изделийх 27 Расстояние между электродамих 14 Основные варьируемые параметры модели

Преимущества предлагаемых изделий: Значительное сокращение расхода энергии на производство; Резкое снижение времени технологического цикла; Образование усиленной нанодисперсной переходной зоны; Отказ от использования виброуплотнения; Повышение прочности на 30% по сравнению с известными аналогами.

Время технологического цикла производства изделий, ч Трёхслойные изделия с плитным полистиролом 10 Трёхслойные изделия с полистиролбетоном 13 Трехслойные изделия объемного прессования 7

Расход энергоресурсов на производство 1 м 3 продукции, кВт/ч

Сравнение свойств разработанных изделий с известными аналогами Свойства Технология объемного прессования Литьевая технология Средняя плотность, кг/ м 3 Теплоизоляционного слоя Плотных слоёв – – 2500 Предел прочности при сжатии, МПа Теплоизоляционного слоя Плотных слоёв 0,85 – 1,29 25,3 – 35,5 0,64 – 1,0 21,1 – 29,6 Теплопроводность, Вт/м о С Теплоизоляционного слоя Плотных слоёв 0,086 – 0,134 1,88 – 1, 92 0,082 – 0,131 1,85 – 1,9 Расход энергии на 1 м 3 изделий, кг пара75150 Время технологического цикла, ч715

Расчет окупаемости капитальных затрат при годовом выпуске 3600 м. куб. (250 стандартных двухэтажных домов) продукции Расходы на производство 1 м 3 продукции XIII. Окупаемость капитальных затрат Капитальные затраты – тыс. руб. Прибыль от реализации куб. м блоков в год составит: П = 341 р. х куб. м = р. Срок окупаемости затрат составит: Т = : р. = 2,73 года или 2 года 8 мес.

Результаты проведенных работ: - - Разработана технология многослойных стеновых изделий с нанодисперсной переходной зоной; - - Разработаны составы монолитно-слоистых изделий средней плотностью всего блока кг/м 3, термическим сопротивлением 3,15- 5,6 м. 2 о С/Вт и прочностью на сжатие несущего слоя 8,5 – 15 МПа; - - Изучен процесс структурообразования цементного камня под действие избыточного давлении в замкнутой форме;

- - С помощью электронной микроскопии изучена взаимосвязь слоев между собой за счет увеличения поверхности контакта и нанодисперсная переходная зона; - - Разработана модель, выражающая в математической форме связь между основными параметрами технологического процесса и конечными свойствами монолитно- слоистых изделий; - - Изучен температурно-влажностный режим; - - Получен патент РФ на изобретение

Авторы: Соков В.Н., Бегляров А.Э.

Таким образом, в результате выполнения научно-исследовательской работы разработан новые стеновые изделия повышенной прочности с нанодисперсной переходной зоной и энергоэффективная технология их ускоренного получения методом объёмного прессования, позволяющая снизить себестоимость производства изделий на 40% при улучшении ряда свойств готовой продукции.

Спасибо за внимание.