Книги, научные публикации
с
На правах рукописи
Смирнов Вячеслав Анатольевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ МОНОЛИТНОГО
ДОМОСТРОЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТИВНЫХ АНТИАДГЕЗИОННЫХ СМАЗОК 05.23.08 -Технология и организация строительства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Нижний Новгород - 2002 РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В НИЖЕГОРОДСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНОМ УИИВВ'С ИТЕТЁ Научный руководитель доктор технических наук, профессор А.Ф. Мацкевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Г,М. Бадьин, кандидат технических наук, доцент К.А. Огай Ведущая организация Институт НижегородгражданНИИ проект
Защита состоится л26 апреля 2002г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.162.03 в Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете по адресу:
603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, корпус 5, аудитория 202.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.
Автореферат разослан л 25>> 2002 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент ИМ. Плотников
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
А к т у а л ь н о с т ь работы В современных условиях бетон и железобетон доминируют на отечественных и зарубежных стройках. Монолитные и сборные конструкции из бетона и железобетона являются основными, базовыми конструкциями в жилищном, производственном, гидротехническом, дорожном и других областях строительства.
Ежегодно в России объем возводимых монолитных железобетонных конструкций оценивается в 50-55 млн. м. Со второй половины 1999 года в Российской Федерации начался медленный, но стабильный рост объема монолитного строительства. В 2001 году он оценивался специалистами в 6-7% по отношению к соответствующему периоду 2000 года.
Можно утверждать, что роль и значение бетона и железобетона как основных конструкционных материалов в обозримом будущем будут неуклонно возрастать.
Анализируя комплексный технологический процесс возведения монолитных железобетонных конструкций, следует отметить, что наиболее значимым и трудоемким технологическим переделом в нем являются опалубочные работы. Их трудоемкость колеблется от 40 до 55% от общей трудоемкости возведения монолитных конструкций, а стоимость оценивается соответственно в 30-45%. На каждый кубометр монолитных конструкций приходится устанавливать и снимать от 3,0 до 8,0, а в тонкостенных конструкциях до 12,0 м" опалубки. Ежегодный объем опалубочных работ в Российской Федерации оценивается в 250 - 260 млн. м2. На отечественных стройках более 150 тысяч квалифицированных рабочих занято изготовлением, ремонтом, монтажом и демонтажем опалубки.
При столь значительных объемах опалубочных работ снижение затрат на опалубку, её установку и разборку является весьма актуальным.
В комплексе опалубочных работ важной технологической операцией является нанесение смазки на формующие поверхности опалубок с целью облегчения распалубки, снижения износа опалубочных щитов, повышения качества л^цёЖос"Т1бв^Шотггей-^гетгеггабетоннь1Х конструкций и увеличения Однако, как показали обследования, на многих стройках опалубка используется или без смазки или с применением низкосортных смазочных материалов.
Значительное сцепление между бетоном и плохо смазанной или несмазанной опалубкой примерно на 70-100% увеличивает трудоемкость распалубки. Из-за малоэффективной смазки обрастание опалубочных щитов цементной коркой требует дополнительной их очистки. Из-за высокого сцепления, больших распалубочных усилий и механического воздействия на опалубку при ее очистке от налипшего бетона около 70% опалубочных щитов преждевременно выходит из строя.
В результате употребления недостаточно эффективных смазок или нерационального их использования на поверхности монолитных конструкций появляются излишняя шероховатость и пористость, масляные пятна, трещины и вырывы бетона, что требует дополнительных затрат на их исправление и на послераспалубочную доводку.
Недооценка важности технологической операции нанесения смазки на опалубку, причисление ее к разряду второстепенных, а иногда и необязательных приводят к значительным непроизводительным затратам, способствуют преждевременному износу опалубочных щитов, в 1,5-2 раза уменьшая их оборачиваемость, снижают качество поверхностей монолитных железобетонных конструкций. Так, только на стройках г. Н. Новгорода ежегодно на послераспалубочную доводку монолитных железобетонных конструкций затрачивается 2,0-2,5 млн. рублей* и 20-25 тыс. чел.-дней тяжелого ручного труда.
Повышение качества монолитных железобетонных конструкций и снижение непроизводительных затрат при их возведении являются весьма важной и своевременной проблемой. Комплексность данной проблемы, недостаточная изученность ее теоретических основ, широкий круг заинтересованных в ее решении организаций, размер возможного экономи ческого эффекта придают ей важное научное и практическое значение. Поэтому актуальность данной работы, соориентированной на интенсификацию методов производства бетонных работ и ресурсосберегающих технологий со снижением трудовых и материальных затрат через повышение качества *3десь и далее в ценах на 01.01.2002г.
поверхности монолитных бетонных конструкций за счет разработки и применения эффективных антиадгезионных смазок, не должна вызывать сомнений и определяет ее высокую значимость.
Цель диссертационной работы состоит в совершенствовании технологии монолитного домостроения на основе применения эффективных антиадгезионных опалубочных смазок, обеспечивающих одновременно:
- значительное сокращение затрат ручного труда при распалубке конструкций из монолитного железобетона;
- полное устранение трудозатрат на очистку опалубочных щитов от бетонной пленки (корки);
- повышение долговечности и оборачиваемости опалубок;
- возведение монолитных железобетонных конструкций с высоким качеством лицевых поверхностей, не требующих их послераспалубочной доводки.
Поставленной целью определены следующие з а д а ч и исследования:
- изучение влияния сцепления между бетоном и опалубкой на основные параметры технологии, в том числе на трудоемкость и стоимость опалубочных работ;
- исследование факторов, влияющих на сцепление бетона с опалубкой и параметры технологии;
- теоретическое обоснование эффективности антиадгезионных смазок для технологии монолитного домостроения;
- разработка эффективных антиадгезионных смазок для технологии монолитного домостроения;
- исследование свойств смазок и их влияния на параметры технологии и качества бетонных поверхностей;
л разработка практических рекомендаций и проведение апробации смазок в построечных условиях.
Н а у ч н а я н о в и з н а работы заключается:
- в установлении закономерностей, отражающих влияние сцепления бетона с опалубкой и смазок на трудоемкость и стоимость опалубочных работ, а также общие затраты в технологии монолитного домостроения;
- в установлении закономерностей контактных взаимодействий между бетоном и опалубкой при наличии и отсутствии смазки в условиях технологии монолитного домостроения;
tKHHSodioowob1 oiOHXHiroHON ишсшонхэх a XNN3BH3WHdu 'модХшзио BUTT XMHHEXogEdEBd 'МОЕВИЭ ХИННОИЕЭЛ/ВИХНВ хиннихяэффе ndXxuatiad !BHH3odx3owotf ojoHxmroHON иило1гонхэх a XHwaBHawHdii 'Mog/dreuo ХПНЬШГЕЗД!
BlTtf MOEBN3 ХПННОИЭЛ1ГВИХНВ ХМНЯИХМЭффС ЭИНВНОНЭОдО 3OM33hHX3dO3X teHHsodxsowotf OJOHXHITOHOW ишсшонхэх хкияотоХ а ИМЕВИЭ иияхэх/Сэю и ииьитен Hdu иоядХггвио о внохэд иинхэиэйоишвга хпнхмвхном HXDOHdswoHOXBE ШОНХИ1ГОНОЮ ИИЛО1ГОНХЭХ I4dX3lNTBdBU Э1ЧНЯОНЭО BH MOEBW3 ЭЖМВХ В 'ИОМд/dfBUO Э внохэд кинэ1гиэпэ эинви!га эи^пoreжБdxo 'HxsoHdswoHOMBE эгшнэгаонвхэК : к э х в э о н н я ХХИШВЕ -oмэdoэээфodu xвиПнэdэфнoз^ хихээкинхэх-оньХвн ен HHHB8olf3i;
33H i4XBX4irXe3d и винэжошзи эиняонэо "иизэо^ xBHOHJsd X H j X t r и atfodojfloj^'H 'J я внохэдоеэьгаж олонхи[гонои ЕЙ иинэж/Cdooo и иинвЯЕ иинэ1Гэяоя Hdu чэи1гвяоЧ1гоиэи oxodnm и винвхниэи ИМЕВИЭ эннноиэа1?вихнв siHHHBxogBdtEj 3i4HH3HX3ffoflHodu Hirmodu ИИНВЯО>ГЭ1ГЭЭИ 8 O X B X 4 l f X E 3 d ВИПЕЕШПЗЭ^ ХMOEBW3 хнняихмэффе винвяоЕЧ1гоиэи 3iBx4irXE3d я XNHXHITOHOW H3i3OHxd3flou хгчннохэд Xxtfcmotf cw/(Hhogy(irBUOBd3irooii BH iBdxBE xi4H4ifBHd3XBW и XHaotfKdx BHHsmBdMos хэьэ BE ИИНВРЕ ХИНХИ1ГОНОИ кинэ1?эяоя иипвмифиэнэхни я хи иинэптяоц я 'Mog/CifBuo ВЭОНЕИ cxioHHSwsdflsC^odu HHH3tnEdHxotf3du я !MOBW3 хмняихмэффе хэьэ BE имдЛгвио sxHOtvad ^voнxodogoжэи и эххэиьо 'эмд/CirBUOBd ou xoged ихсхшиохэ и ихэохмэой'Хё! иинэжинэ я :хиохэоэ HHHBHoJTairsoH Ч Х Э О И И Ь В Н Е BBMoahHXMBu ХBHH3X3dgOEH BH ИИВЯХЭЧГГЭХЭК'ИЯЭ HNIOlDdoXHB fr BHStnKdaHXITou иинэтэй химээьинхэх xrчннэжoIrtэdц чхэонЕэиои и ВНЕИЯОН иило1гонхэх Birtf МОЕВИЭ ХИННОИЕЭЛ№ИХНВ хинаихмэффе HHdso sxxogBdEBd я tBHH3Odx3OWOl/ OJOHXHITOHOW ИИЛО1ГОНХЭХ BirE MOEBWO хинноиЕэл1?вихнв хинаихяэффс иинвяонэодо woMShHxsdosx я - технология приготовления эффективных антиадгезионных смазок, методика их технико-экономической оценки и рекомендации по их применению в различных условиях производства.
Публикации По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ. Техническая новизна защищена 4 авторскими свидетельствами на изобретения.
С т р у к т у р а и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка источников и приложений общим объемом 179 страниц, в число которых входит: 138 страниц машинописного текста, 44 рисунка, 18 таблиц, библиографический список источников на 8 страницах, включающий наименования, 2 приложения.
СОДЕРЖЕНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, определены научная новизна и практическая значимость работы.
В первой главе на основании литературных источников и производственного опыта рассмотрен и проанализирован современный уровень технологии монолитного домостроения как одного из направлений технического прогресса в строительстве. Представлен обзор используемых в отечественной и зарубежной практике опалубок и опалубочных систем, выполнен анализ применяемых при бетонировании монолитных железобетонных конструкций антиадгезионных смазок.
В России конструкции из монолитного бетона и железобетона до недавнего времени применялись прежде всего в промышленном и гидротехническом строительстве. В последние годы во многих городах страны значительно возрастают объемы монолитного домостроения, имеются примеры возведения монолитных жилых домов, гостиниц, санаториев, банков, офисных помещений и т.п.
Анализ зарубежного опыта показывает, что во многих странах (Германии, Польше, Болгарии, Румынии, США, Франции, Швеции и др.) удельные объемы монолитного домостроения составляют от 25 до 50 %. В Российской Федерации этот показатель оценивается в 15-20%, а в Москве до 30% жилых домов строится в монолитном исполнении. Невысокие объемы монолитного HJigXifBuo xcHKHswHdu SModngHooaopf 'adewsQ M-J g 'лBMof nwd^ иомэнвж1эл BxgXimuo вэхэХЕчихшэи aidXgdsxajj-;
} atfodoj g 'лdoHHX^ нш1иф вмдХюшо ВВНЧ1ГЭННОХ вв5^эЛhнвdф 'лэиэхоиэ вионгу BMgAifBiio BBMDITBHBM вохэХЧ(гоиэи 'Ч1гвтпвц 'лмэдэно!чх 'лfHHd мгёиф XHMOHBwdaa имдАгвио вэкнвнэкийи намэорм XBMHodiD вн 'ж!иф xинжэ9XdвE гчмэхэио SHHhogXifBiio и иядХ1гвио КЭ1СН/СЕЧ1ГОЦЭИ онаихяв xBMHodio хиннэяхээьэхо вн и wffoi aHHl/airaoii g Хэинэьэиээдо эомоэьило!гонхэх aoHdaxoiquwoN вэхияонвхэ Ndифoни хилонш Kirtr WBiraxHgadxou иядХгшио моавхэои мэияогоХ имнчхгэхвЕвдо 'woaxoffado иимээьилоггонхзх иишиэнжва эшя имвнгемэ ииинчк^иПэиэ оо имдХтеио иояэ хшв1гавхэои 'oirnaBdii мвн 'IЧ^^Idиф aremKagXdBE охь 'чхихэихо хзХ1Гэ1гэ Х(BHtTHBiriroj) чтаэмод - нва - ogdg ^(BHdEliHaarn ) HBwda^ 'лнохэдч!гу '(BHHBwdaj ) мэдэннснчх 'лохиэх 'ЗОН -(киПНБС^ф) BduwH3 'лwaxffl иwdиф xoiBHawHdii имдХтеио эняохиШониХсЬ! эннаи-шэффс оньохвхэо^ Хdlf и HXHdswv 'вмохэод олзнжшгд 'ииЕу 'rauodag XBHBdxo хшони оа BoxcHBHSWHdn и он 'HHHBwdsj xcHijodxa вн омя!гох эн вэхснХЕЧ1гоиэи wd^ XHXG HxgXirBLio '^С1 и BMoJ/ KBMDHHdxoaB'л3i9g3HCM4x 'лчггвтвц 'лfHHd Iч^vdиф anHOHBwdaj и1глихэо1Г MogXireuo мчняихмаффс ихэв!гдо а яохэиэХ Х1чнч1гэхиьвн 'xogBd xwHhogXirBUo и модХтеио HXOBirgo a ODsdJodu иотчггод хХалихооР вихэ1гихкээ1Г aHHffairoou a иoжэgлd В ХИШО1ГОНХЭ иохнэноииох WIЧнжвя хвжХггэ sHdoxos 'МОЕВИЭ Х1чнаихмэффе 3HH3H3wHdu эжмвх в 'xogBd хгчньодХ1гвио и мод/drBUo aHHBaoaxoHamdaaoo вэхошгак BHHSodxooNOir OJOHXHIIOHOW HHJOtroHxsx BHHBaoaxoHsrndsaoD дэхЛл ЕЙ WHHUQ ХИНХИ1ГОНОИ вахээьвм эинэтиаои и ихэоииохэ эинэжинэ 'Hxoo 3HHam4H3wX мвм 'BHHBaoaxoH3mdi3BO3 шэ HhBffBt: эихвх HBITII вн xsBJHBtfraa eHHSodxaowotT OJOHXHITOHOW аоиэч.до шинэьииэаХ м вийн Хчхэонаихмэффс и BaxosmXwHsdii энняв aodouo ХСНВЯМЕНЯ эн 'KHH3H3WHdu сиз B^Bdjogj BoxaedHmaed 'xXxoBd он 'оннэтгэи и вхох '<Х1Э имэядо 'XnodoxD oiXmnXir я вэхэвнэи aHBdxo иэтвн я ojHHSodxoowoI? XWOHXHITOHOW м эинэгаонхо wtfoj эин1Гэ1гэои д ХЯО1ГОХЭИ химээьилошэнхэх и xoged xi4H4if3XHOdxo HHnBEHHBjdo wanaodX л(имоэмяэн 'HHUBI/E винэРзяЕса KifS имхэвноо и BHHBaob'Xdoo ионьохвхэо1Гэн иоахэзьи1гом ииньохвхэоРэн и снчхэоннэьХЕИ OJ3 иодв!гэ 'олээа эtfжэdu 'вэхсмвновчдо HHODOJ a BHHaodxaowoi/ германских фирм PERJ и Хьюнебек, а в г. Н. Новгороде Ч опалубку Пашаль.
Развивающийся российский рынок переходит к новым формам сотрудничества с зарубежными партнерами, в том числе и к организации представительств инофирм, работающих в области опалубочных работ (Дока - г. С.- Петербург, PERJ- г. Самара). Намечается совместное производство эффективных зарубежных опалубок на российских предприятиях, передача зарубежными фирмами нашим строителям опалубки в лизинг, аренду и т.д.
За последние 30 лет в России также выполнены крупные научно исследовательские и опытно - конструкторские работы в области опалубок и опалубочных систем для монолитного строительства. Разработаны и внедряются достаточно эффективные мелкощитовые отечественные опалубки Монолитстрой и Мосспецстройпроект, крупнощитовые опалубки 1ДНИИОМТОП и Гражданстроя, стеновая опалубка МСК и др.
Разработаны и внедряются сложные опалубочные системы специально для монолитного домостроения, в том числе блочно-щитовая опалубка (г.
Чебоксары), объемно-переставная опалубка (г.г. Н. Новгород, Ростов- на Дону). Представляют интерес отечественные несъемные опалубки, в разработке которых российские специалисты занимают лидирующее положение. В г. Н.
Новгороде разработана пластмассовая (стеклопластиковая) опалубка с эффективными формующими поверхностями и рядом других преимуществ.
Важным и обнадеживающим фактором является то, что начато промышленное производство отечественных опалубок в г.г. С.- Петербурге, Калуге, Новочебоксарске и др.
Достигнутые успехи в совершенствовании опалубок для монолитного строительства связаны с большой работой ряда научно-исследовательских, проектных и производственных организаций: ЦНИИОМТП, Главзапстроя, ЦНИЭПЖилища, Монолитстроя, Мосспецпроекта и др.
Значительный вклад в исследования, конструирование и разработку опалубок и опалубочных систем внесли российские ученые и специалисты:
Бизяев А.И., Вавилов В.М., Гахов Н.И., Глущенко Ю.А., Данилов Н.Н., Евдокимов Н.И., Ермолаев В.В., Калмыков П. В., Лукницкий Н.Н., Мацкевич А.Ф., Овсянников В.И., Отрепьев В.А., Петраков Б.И., Рыбин А.С., Серов В.М., Сынгаевский Л.И., Совалов И.Г., Топчий В.Д., УсенкоВ.М.и др. ;
В комплексе опалубочных работ одной из важных технологических операций является нанесение смазки на формующие поверхности опалубки.
На российских стройках при возведении монолитных конструкций в подавляющем большинстве своем опалубка смазывается, в лучшем случае, малоэффективными смазочными материалами или применяется вообще без предварительной смазки.
Несмазанная опалубка или опалубка с нанесенным на нее слоем малоэффективных смазок имеют высокое сцепление с бетоном, что значительно увеличивает трудоемкость при распалубке, резко снижает ее оборачиваемость. На опалубочных щитах образуется цементная корка, что требует дополнительной их очистки. На поверхности конструкций появляются дефекты, снижается качество монолитного железобетона.
Крупные исследования в разработке составов антиадгезионных композиций, т.е. смазок, выполнили российские ученые и специалисты: Белькевич П.Н., Войтович В.А., Довжик О.И., Линьков И.И., Манжак О.М., Мацкевич А.Ф., Ратинов В.Б., Соломатов В.Н., Соколов В.А., Швидко Я.И., Хряпченкова И.Н., Яковлев Н.Х, и др.
Однако большинство разработанных нашими учеными и специалистами смазок включают в себя труднодоступные, дорогостоящие материалы, имеют сложную технологию приготовления и предназначены для нанесения на формы при изготовлении сборных железобетонных изделий. И неоправданно мало разработок и рекомендаций по применению смазок для опалубки при возведении монолитных конструкций, где специфика технологии (разрыв между нанесением смазки и бетонированием, низкие температуры, атмосферные осадки, солнечная радиация и т.п.) предъявляют к смазкам совсем иные требования, чем в заводских условиях. Поэтому нанесение на поверхность инвентарной опалубки для монолитного бетона смазочных материалов, даже весьма совершенных, но предназначенных для использования на заводах сборного железобетона, будет далеко не всегда эффективно и оправданно.
На российских стройках технический уровень средств и методов нейтрализации сцепления между опалубкой и бетоном не отвечает современным требованиям, хотя положительные сдвиги в этом направлении несомненны. Ежегодно на отечественных объектах используется от 110 до тысяч тонн смазок, стоимость которых оценивается в 500 - 640 млн. рублей.
Трудозатраты на приготовление и нанесение смазок составляют примерно 300 320 тысяч чел,- дней в год. Несмотря на столь значительные затраты, эффективность отечественных смазок и технологий, основанных на них, в целом уступает зарубежным и не удовлетворяют современным требованиям.
При таком уровне технологии, как правило, не удается снизить трудозатраты при распалубке, получать монолитные конструкции, лицевые поверхности которых не требуют послераспалубочной доводки и отделки. По этой причине только на устранение дефектов бетонирования ежегодно затрачивается до 450 470 тысяч чел.-дней.
Таким образом, проблема совершенствования технологии монолитного домостроения на основе применения смазок сегодня далека от своего разрешения. Более того, эта проблема, по-видимому, будет обостряться в связи со значительным ростом объемов монолитного строительства.
Трудности, имеющиеся при решении данной проблемы, обусловлены несколькими причинами:
- во-первых, слабо изучены, недостаточно освещены и поэтому непонятны многим практическим работникам физико-химические процессы и явления на границе бетон-опалубка, а также особенности поведения смазок в тонких поверхностных слоях при различных условиях бетонирования;
- во-вторых, отсутствует единая научная и техническая политика, касающаяся применения смазок. Нет не только единых технических условий на смазки, но и единой методики по их лабораторным испытаниям и качественной оценке;
- в-третьих, неоправданно мало исследований, посвященных смазкам для монолитного железобетона.
С учётом того, что начался хоть и медленный, но стабильный рост объемов монолитного домостроения, принимая во внимание то, что уровень опалубочных смазок не соответствует современным требованиям, научные исследования, направленные на устранение этой производсвенно гехнологической диспропорции, являются своевременными, актуальными и имеют важное научное и хозяйственное значение.
Во второй главе представлены теоретические основы контактных взаимодействий между бетоном и опалубкой, кинетики антиадгезионных Общая теория адгезии применительно к классическим клеям разработана достаточно глубоко. Исследованию данного вопроса посвящены работы российских ученых: Дерягина Б.В. и его школы, Воюцкого С.С., Зимона А.Д., Кротовой Н.А., Мацкевича А.Ф., Микульского В.Г., Ратинова В.Б., Ребиндера Г.А.,.Смилги В.П., Фрейдина А.С. и др., а также зарубежных специалистов: Ван-дер-Ваальса, Мак-Ларена, Ставермана и др.
Рассматривая учение об адгезии в историческом аспекте, можно выделить несколько основных теоретических направлений: адсорбционное, химическое, диффузионное и электрическое.
Анализируя эти теории, можно сделать вывод о их взаимном обогащении и сближении. При этом одностороннее рассмотрение явления адгезии при контактировании двух тел может значительно исказить его сущность.
В реальных условиях контактной пары бетон-опалубка в основе адгезионного взаимодействия лежат адсорбционные, химическая, диффузионная и электростатическая компоненты, между которыми существуют весьма сложные и недостаточно изученные взаимодействия.
Основываясь на классических теориях и учитывая наличие тесной взаимосвязи между этими компонентами, можно представить упрощенную математическую модель адгезии в следующем виде:
(1) A=t(ak;
xk;
dt;
3J, где ak - адсорбционная компонента адгезии;
xk - то же, хемосорбционная;
dk - то же, диффузионная;
Э4 - то же, электростатическая.
Если подходить к адгезии как к межмолекулярной связи в условиях контактной пары бетон - опалубка, диффузию следует рассматривать не как межмолекулярный процесс, а как механический, который интенсифицирует адсорбционные, химические и электростатические адгезионные связи.
Тогда математическая модель адгезии принимает вид:
(2) A={(ak-d,,xk-dk,3k-dk).
Адгезия лежит в основе сцепления, однако отождествлять эти понятия при рассмотрении контактной пары бетон - опалубка не следует. Сцепление проявляется на технологическом уровне и может рассматриваться как конечный результат адгезии, когезии и усадки. Математическая модель сцепления имеет вид:
Важным для сцепления является оплошность контакта бетона с опалубкой, зависящая от смачиваемости и шероховатости опалубочных поверхностей. Чем больше шероховатость контактирующей поверхности опалубки, тем выше сцепление ее с бетоном. Причем, на сцепление влияют не только размеры, но и форма шероховатости (рис.1)..
Рис. 1. Виды шероховатости опалубочных поверхностей:
а,6- плавная шероховатость;
в - то же, крючкообразная;
1 - бетон;
2 - опалубка;
3 - поверхность контакта При рассмотрении шероховатости поверхностей опалубки следует учитывать их смачиваемость. У гидрофильных поверхностей шероховатость улучшает смачивание, а значит, сцепление бетона с опалубкой увеличивается, а у гидрофобных - наоборот.
Установлено, что одной из важных особенностей сцепления бетона с опалубкой является его непрерывная изменяемость во времени, в течение которого значение его, увеличивается или уменьшается в зависимости от соотношения позитивных и негативных, факторов в данный " момент.
Опережающий рост адгезии над когезией в начальный период свидетельствует о том, что новообразования в бетоне появляются и более интенсивно формируются на твердой формующей опалубочной поверхности по сравнению с бетоном. На последней стадии структурообразования на адгезию, когезию и, целом, на'.сцепление существенное влияние оказывает влажно;
стная.усадка,,.
снижающая сцепление.
Основное назначение опалубочных антиадгезионных смазок заключается в том, чтобы наилучшим образом препятствовать всем видам адгезионного взаимодействия между бетоном и поверхностью опалубки, быть своеобразным технологическим барьером. Осуществление этих функций связано со способностью смазки образовывать на опалубочной поверхности смазочную пленку наименьшей толщины. Сплошность смазочной пленки определяется по формуле о ^:* (4) где F* - фактическая площадь смазочной пленки на на опалубочной поверхности F^, Технологический процесс бетонирования монолитных конструкций, с точки зрения оценки смазки, целесообразно разделить на четыре разных по важности и продолжительности стадии:
Ч первая (наименьшая по времени) - нанесение смазки на опалубочную поверхность;
- вторая - в период времени от завершения смазывания до бетонирования;
- третья - охватывает укладку бетонной смеси и ее уплотнение;
-четвертая стадия - работа смазки на границе между материалом опалубки и бетоном до момента распалубки.
Подробно рассмотрены и проанализированы физико Ч химические и механические преобразования, возникающие в слое смазки и в значительной степени влияющие на сплошность ее пленки в каждой из этих четырех стадий технологического процесса бетонирования монолитных конструкций.
К моменту распалубки сплошность смазочной пленки будет равна где Sa - сплошность смазочной пленки в момент завершения смазывания опалубки;
Л$(", &S'", &S'a - изменение сплошности смазочной пленки в течение второй, третьей и четвертой стадий.
Предложена классификация антиадгезионных смазок в зависимости от состава, физико-химических свойств и по технологическим признакам, подробно рассмотрено влияние каждого вида смазок на качество поверхностей монолитных конструкций.
В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований контактных взаимодействий между бетоном и опалубкой.
Использована методика измерения нормального сцепление бетона с опалубкой с помощью специально сконструированных приборов МА-2, МА-2М.
При этом нормальное сцепление определялось из выражения = Р<п-Роб <6> л "7Ч где Рот - усилие отрыва бетонного образца от опалубки, кг;
Роб - масса бетонного образца, кг;
Рц0~ площадь контакта бетона со стальным диском, моделирующим опалубку, см.
Для сокращения объёма экспериментальных исследований было использовано математическое планирование эксперимента. Анализ результатов экспериментов производился в системе MATLAB 6.0, являющейся интерактивной математической системой для выполнения инженерных и научных расчётов, ориентированной на работу с массивами данных.
Обработка полученных экспериментальных данных производилась путём регрессии их степенным полиномом, методом наименьших квадратов.
Коэффициенты линии регрессии получены путём вычисления матрицы Вандермонда и последующим решением переопределённой системы линейных уравнений. Одновременно осуществлялось построение графика аппроксимирующего полинома с наложением на него узловых точек, полученных экспериментальным путём.
Выполнены экспериментальные исследования влияния производственно технологических факторов на сцепление бетона с опалубкой при наличии и отсутствии смазки на опалубочных поверхностях.
Все технологические факторы, влияющие на сцепление бетона с опалубкой, можно разделить на три группы:
1. Характеристики бетонной смеси и бетона (класс и вид бетона, его возраст, водоцементное отношение) 2.Факторы, определяющие условия твердения (влажность, температура).
З.Факторы, характеризующие опалубку и условия разъединения (материал опалубки, степень обработки её поверхности, ориентация опалубки.
При проведении экспериментальных исследований устанавливалось и сопоставлялось влияние на сцепление различных смазок как традиционных, нашедших наибольшее применение на отечественных стройках, так и разработанных автором. Из зарубежных композиций исследовалась смазка "Аклю5-1гор1к"(Германия).
В результате проведения экспериментальных исследований установлена закономерность роста нормального сцепление бетона с различными опалубочными материалами без смазки при увеличении возраста бетона и цикла бетонирования.
Увеличение сцепления в значительной степени влияет на "обрастание" опалубочной поверхности цементной коркой. "Обрастание" же, в свою очередь, также оказывает влияние на величину сцепления. Эти параметры тесно взаимосвязаны. Результатом исследований стало построение графиков зависимости степени обрастания опалубочных поверхностей бетонной коркой от нормального сцепления при бетонировании в опалубке из различных материалов с разной степенью их обработки.
.Трудоёмкость распалубочных работ при различной степени обрастания поверхности представлена в таблице.
Затраты труда на распалубку железобетонных конструкций(чел.-ч) Степень обрастания опалубки, % Виды опалубки "~0 Г~25"П50 1 75Г~ 0,22 0,40 0,69 0,88 1, Стальная, без обработки 0,20 0,38 0,60 0,80 0, Стальная, шлифованная, Деревянная, из 0,27 0,52 0,82 1,04 1, нестроганых досок Деревянная, из.0,25 0,45 0,68 0,97 1, строганых досок Фанерная 0,25 0,54 0,72 0,98 1, По данным хрономегражных наблюдений и экспериментов построены номограммы, которые можно использовать для прогнозирования основных параметров технологии монолитного домостроения, а именно трудозатрат и стоимости на различных этапах (распалубка, межцикловая очистка щитов, их ремонт, послераспалубочная доводка лицевых бетонных поверхностей) (рис.2) Четвертая глава посвящена разработке составов эффективных антиадгезионных смазок и исследованию их технологических свойств.
Систематизированы требования, предъявленные к смазкам, используемым в технологии монолитного домостроения: технологические, санитарно гигиенические и экономические.
Разработана специальная методика испытаний опалубочных смазок, которая предлагает контролировать их по восьми параметрам: внешнему виду (цвету), стабильности, то есть способности смазок не расслаиваться, вязкости, температуре, удерживающей способности на вертикальных опалубочных поверхностях, эффективности, показателю РН и морозоустойчивости.
С учётом специфики "работы" смазок на строительной площадке разработана методика определения удерживающей способности смазок и сконструирован прибор УСМ-2 для её оценки. На этом приборе удерживающую способность смазок можно определить в условиях четырех режимов, в которых опалубка, а вместе с ней и смазочная плёнка, находятся при бетонировании конструкций:
- без вибрации при нормальной температуре окружающей среды t<30 С;
- без вибрации при повышенной температуре окружающей среды t>30C;
- с учетом вибрации при нормальной температуре окружающей среды;
- с учетом вибрации и нагрева.
30С - граничная температура резкого изменения вязкости большинства эмульсионных смазок.
Наиболее важным свойством смазок является их эффективность, то есть способность снижать или полностью устранять прилипание бетона к поверхности опалубки. Оценка эффективности испытываемой смазки проводится по эффективности Кэс, определенной из уравнения К= Х100%, (7) где От, Gm - нормальное сцепление соответственно для смазанных и контрольных (несмазанных) образцов.
Смазку следует считать эффективной при Кэс > 90%л Рис.2. Номограмма для определения трудозатрат и заработной платы на распалубку 1 м2 опалубочной поверхности без смазки:
1 - стальной;
2 - деревянной из строганых досок;
3 - фанерной * По данным на 01.01.2002г. для строек Г.Н.Новгорода.
С учётом технологии бетонирования конструкций и ситуаций, возникающих на строительной площадке при производстве работ, разработана серия из 15 антиадгезионных смазок, получивших общий шифр ЭСО ННГАСУ, которые можно условно разделить на три группы:
1. Смазки, используемые при положительных температурах наружного воздуха при продолжительности второй стадии (от завершения смазывания опалубки до бетонирования) t"< 6ч.
2. Смазки, используемые при положительных температурах наружного п воздуха при продолжительности второй стадии 1 >6ч.
3. Смазки, используемые при отрицательных температурах наружного воздуха.
По своему составу смазки ЭСО-ННГАСУ представляют собой, в основном, обратные эмульсии. По производственно - технологическому эффекту они относятся к смазкам комбинированного действия. При нанесении на опалубку они образуют на рабочих (контактирующих) поверхностях щитов равномерную сплошную гидрофобную пленку, которая практически не разрушается при укладке и виброуплотнении бетонной смеси, что предотвращает возникновение адгезионных связей в зоне контакта бетона с опалубкой, устраняет сцепление между ними и облегчает распалубку конструкций. В состав смазок ЭСО ННГАСУ входят легирующие добавки, придающие смазкам специальные свойства и расширяющие их технологические возможности. Так, наличие в составе смазок эффективных пластификаторов обеспечивает снижение поверхностной пористости бетона, улучшая его качество. По этому признаку смазки ЭСО-ННГАСУ не имеют аналогов в отечественной и зарубежной практике.
из Для каждой предложенных смазок разработан регламент по приготовлению и нанесению, указана область рационального применения.
Проведены исследования технологических свойств смазок ЭСО-ННГАСУ в сравнении с традиционными отечественными композициями и зарубежным аналогом - германской смазкой "Akmos-tropik" по методике, изложенной выше.
По каждой группе разработанных смазок ЭСО-ННГАСУ в сравнении с отечественными и зарубежными аналогами проведены лабораторно производственные испытания, по результаты которых построены номограммы, позволяющие определять ожидаемые удельные материальные и трудовые затраты при распалубке опалубочных поверхностей с нанесенными смазками (рис.3) Разработана серия смесителей и смесительных установок, которые могут успешно применяться на стройках для приготовления эффективных антиадгезионных смазок.
Многокомпонентные эмульсионные смазки рекомендуется приготавливать в смесителях типа УГДС и смонтированных на их базе смесительных установках, в которых использован принцип комбинированного перемешивания компонентов, сочетающий механические и ультразвуковые (акустические) воздействия на них.
Смазки с легко смешиваемыми компонентами рекомендуется приготавливать в компактных смесителях - барботерах, специально разработанных для условий стройки.
Пятая глава посвящена оценке эффективности применения разработанных антиадгезиационных смазок ЭСО-ННГАСУ в монолитном домостроении.
Эффективность разработанных антиадгезионных смазок определялась в сравнении с традиционными в процессе их использования на стройках Г.Н.Новгорода и Нижегородской области.
При этом оценивалось качество поверхностей монолитных железобетонных конструкций после распалубки, определялись затраты труда и стоимость технологических переделов, связанных с применением опалубочных смазок и изменяющихся в зависимости от их качества:
трудоемкость и стоимость приготовления и нанесения смазок;
трудоемкость и стоимость работ по распалубке и очистке опалубочных щитов;
качество поверхностей монолитных железобетонных конструкций после распалубки;
трудоемкость и стоимость работ по послераспалубочной доводке бетонных поверхностей монолитных конструкций.
Антиадгезионные смазки ЭСО-ННГАСУ использовались на объектах, возводимых ООО ИСК "Наш дом" в Г.Н.Новгороде.
За счёт применения этих смазок при возведении в объемно-переставной опалубке одного, 10-этажного жилого дома на 78 квартир (2800 м3 монолитных конструкций) экономический эффект в ценах на 01.01.2002 год составил 70500р. при сокращении трудозатрат на 315чел.- дн. В расчете на 1 м монолитных конструкций экономический эффект-25.2 р.
Затраты труда, чел.-ч.
Рис. 3. Номограмма для определения трудозатрат и заработной платы на распалубку в расчёте на 1м2 стальной опалубки с различными смазками при Г>6ч:
1 - ЭСО-ННГАСУ;
2 - Akmos-tropik;
3 - эмульсией ОЭ- * По данным на 01.01.2002 г. для строек г. Нижнего Новгорода.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Обследования российских строек и анализ полученных данных позволил установить тот факт, что в последние годы (после 1998 года) объемы монолитного домостроения в стране медленно, но неуклонно возрастают, расширяется его география, определены и стали общепризнанными преимущества монолитных зданий, отрабатывается технология их возведения.
".. В комплексном процессе возведения монолитных зданий важнейшим технологическим переделом являются опалубочные работы. Их трудоемкость колеблется от 40 до 55% от общей трудоемкости возведения монолитных конструкций, а стоимость соответственно достигает 30-45%. Расценивая опалубку как важнейшее средство и один из главных компонентов технологии монолитного домостроения, следует констатировать, что состояние технологический, уровень отечественных опалубок и опалубочных систем уступают зарубежным и требуют дальнейшего совершенствования.
3. Неотъемлемым и важным компонентом технологии опалубочных работ, а следовательно, и технологии монолитного домостроения в целом, следует считать смазки, нейтрализующие сцепление между бетоном и опалубкой, и на этой основе снижающие затраты на распалубку, исключающие преждевременный износ опалубки, улучшающие качество поверхностей монолитных конструкций. Ежегодно на стройках России расходуется от 110 до 130 тыс. тонн смазок стоимостью 500-640 млн. рублей. Исследования показали, однако, что состояние и технический уровень смазок не обеспечивают потребностей производства, из-за чего снижается уровень технологии монолитного домостроения в целом. В этой связи научное обоснование и разработка эффективных отечественных смазок и на их основе совершенствование технологии монолитного домостроения представляются весьма важными, своевременными и актуальными.
4. На основе фундаментальных научных положений об адгезии L.
взаимодействиях классических контактных пар сформулированы теоретические основы контактных взаимодействий и сцепления реальной технологической пары бетон-опалубка. Установлены закономерности деструктивного влияния сцепления бетона с опалубкой на основные параметры технологии, в том числе на степень лобрастания палубы бетонной коркой, трудоемкость и стоимость распалубки монолитных конструкций.
5. В рамках научного обоснования эффективных смазок на основе фундаментальных положений о поверхностных явлениях и взаимодействиях классических контактных пар разработаны теоретические основы кинетики смазочной пленки в зоне контакта бетона с опалубкой для условий монолитных технологий, систематизированы требования, предъявляемые к смазкам в условиях реальных технологий, предложена оригинальная методика для оценки смазок по восьми показателям.
6. Установленные закономерности и номограммы, построенные на их основе, позволяют прогнозировать размеры непроизводительных затрат, возникающих в результате применения малоэффективных опалубок и низкосортных смазок, размер общего ущерба, нанесенного технологии в целом.
7. Разработана серия оригинальных антиадгезионных смазок, получивших общий шифр ЭСО-ННГАСУ и предназначенных для применения в условиях технологии монолитного домостроения. По своей структуре они представляют собой обратные эмульсии, в состав которых введены специальные легирующие добавки. Выполнены комплексные исследования основных параметров смазок серии ЭСО-ННГАСУ в сопоставлении с отечественными и зарубежными аналогами. Результаты исследований показали, что смазки серии ЭСО ННГАСУ по основным технологическим параметрам превосходят отечественные и находятся на уровне зарубежных аналогов.
8. Использование смазок ЭСО-ННГАСУ при возведениии монолитных конструкций обеспечивает:
полную нейтрализацию сцепления между бетоном и опалубкой;
снижение на 20% затрат на распалубку;
снижение на 43-45% затрат на очистку палубы щитов от цементной (бетонной) корки;
уменьшение на 5-10% износа и повышение оборачиваемости опалубочных щитов;
повышение качества лицевых поверхностей монолитных конструкций и полное устранение затрат на их послераспалубочную ловодку.
Размер интегрального показателя для разработанных смазок ЭСО ННГАСУ, повышающего эффективность технологии монолитного домостроения в целом, оценивается в 8 Ч 12,5%. ^Это дает основание утверждать, что разработанные смазки ЭСО-ННГАСУ являются недорогим, но достаточно эффективным средством для совершенствования технологии монолитного домостроения.
9. Смазки ЭСО-ННГАСУ прошли производственную проверку и подтвердили свою эффективность на строительных объектах Г.Н.Новгорода и других регионов России. Это позволило включить результаты исследований, а также составы разработанных смазок, технологии их приготовления и нанесения в нормативные документы (ТУ, СНиП), справочные пособия и учебную литературу.
Основные положения диссертации изложены в печатных работах:
1. Смазка для металлических форм: А.С.524691 СССР / Мацкевич А.Ф., Смирнов В.А. и др. - Опубл. в Б.И., 1976. - № 30.
2. Смазка для металлических форм: А.С.570487 СССР / Мацкевич А.Ф., Смирнов В.А. и др. - Опубл. в Б.И., 1977. - № 32.
3. Смазка для форм и опалубок: А.С.833448 СССР / Мацкевич А.Ф., Смирнов В.А. и др. - Опубл. в Б.И. 1981.
4. Смазка для опалубок и форм: А.С. 1722844 СССР / Мацкевич А.Ф., Смирнов В.А. и др. - Опубл. в Б.И. 1991.
5. Смирнов В.А. Смеситель для приготовления смазок / В.А. Смирнов // Горьковский ЦНТИ. Информ. листок № 552-75. - Горький, 1975. Зс.
6. Смирнов В.А. Эффективная смазка для форм / А.Ф. Мацкевич, В.А.
Смирнов, Ф.М. Кабаев // Реф. информ. ВНИИЭСМ. Сер. Промышленность сборного железобетона. - М., 1976. - Вып. 10.- С. 17-21.
7. Смирнов В.А. Роль смазок для опалубки монолитного железобетона / В.А. Смирнов // Институт новаторов- строителей - творческий поиск и результаты: Тез. докл. обл. науч. конф. - Горький, 1980. - С.54-55.
8. Смирнов В.А. Эффективные смазки для опалубки / В.А. Смирнов //Тез.
докл. науч. конф. молодых ученых Горьковской обл. - Горький, 1981. С.62.
9. Смирнов В.А. Эффективные смазки для форм и опалубок / А.Ф.
Мацкевич, В.А. Смирнов // Кн. Интенсификация строительства. - Горький, 1982.-С.138-140.
10. Смирнов В.А. Смеситель УГБ-40 для приготовления опалубочных смазок / В.А. Смирнов,. К.Н. Туваев, Н.А. Зотова // - Горьковский ЦНТН. Информ.
листок № 479-83. - Горький, 1983;
Зс.
11. Смирнов В.А. Механизированное приготовление смазок для опалубок / В.А. Смирнов, К.Н. Туваев, Н.А. Зотова // Строительный комплекс: Тез. докл.
отчета, техн. конф. - Горький, 1984. С.31-33.
12. Смирнов В.А. Малогабаритная установка для приготовления эмульсионных опалубочных смазок /В.А. Смирнов, К.Н. Туваев, 3.3. Бодрова // Передовой опыт в строительстве: экспресс информация ОНТИ ПТИОМЭС Минстроя СССР. Сер. технология и орг. производства строит, констр. Ярославль, 1986. - Вып.5. - С. 13-14.
13. Смирнов В.А. Эффективные смазки в монолитном домостроении / А.Ф.
Мацкевич, В.А. Смирнов // Интенсивный путь развития строительства : Тез.
докл. обл. научи.,конф. - Горький, 1987. - С.110-112.
14. Смирнов В.А. Эффективная полимерная смазка для опалубки монолитного железобетона / А.Ф. Мацкевич, В.А. Смирнов // Радикальная эконом, реформа в строительстве и промышленности стр. материалов, изделий и конструкций: Тез. докл. Обл. науч. конф - Горький, 1990. - С.77-79.
15. Смирнов В.А. Смеситель компонентов смазок для опалубки / В.А.
Смирнов, К.Н. Туваев // Тез. докл. Науч. техн. конф. препод. состава и студентов ГИСИ. - Горький, 1990. - С.127-128.
16. Смирнов В.А. Установка для приготовления многокомпонентных эмульсионных смазок. / В.А. Смирнов, А.Я. Гужавин, К.Н. Туваев// Науч. техн.
конф. профессорско- препод. состава, аспирантов и студентов: Тез. докл. Н.Новгород, 1992.Ч.4.-С.7.
17.Смирнов В.А. Эмульсионные смазки ЭСО-ГИСИ / В.А. Смирнов, И.Н.
Хряпченкова // Науч. техн. конф. профессорско- препод. состава, аспирантов и студентов: Тез. докл. - Н.Новгород, 1992.4.4. - С. 15.
18.Смирнов В.А. Эффективные смазки в монолитном домостроении / В.А.
Смирнов, И.Н. Хряпченкова // Строительный комплекс- 96: Тез. докл. науч.
конф. - Н.Новгород, 1996. 4.4. - С.42.
19. Смирнов В.А. Влияние антиадгезионных смазок на качество монолитных железобетонных конструкций / В.А. Смирнов, И.Н. Хряпченкова // Строительный комплекс-96: Тез. докл. научи, конф. - Н.Новгород, 1996. Ч.4. С.50.
20. Смирнов В.А. Смазки для опалубки монолитного железобетона / В.А.
Смирнов // Архитектура и строительство - 2000: Тез. докл. научи, техн. конф. Н. Новгород, 2000. Ч.5.С.62 - 63.
21. Смирнов В.А. Экономическая эффективность смазок в монолитном домостроении / ч А.Ф. Мацкевич, В.А. Смирнов // Вестник отделения строительных наук. - М.: 2001. - Вып.5. - С.124-125.
Подписано в печать Формат 60x90'/i Бумага газетная. Печать трафаретная. Объём 1 печ.л.
Тираж 1 ООэкз. Заказ № Полифафический центр Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета, 603950, Н.Новгород, Ильинская,65.