Алексеева Л.Л. Инновационные технологии и материалы в строительной индустрии

Подождите немного. Документ загружается.

муют заготовку на гибком поддоне, состоящем из трех жестких листов, соединен-

ных друг с другом гибкими связями. После укладки фибробетонной смеси на

поддон и ее виброуплотнения виброкатком осуществляют подъем бортов поддона

вместе с отформованными стенками лотка в вертикальное положение (рисунок

26).

а – конструкция, б – схема изготовления методом гнутья,

1 – жесткие элементы, 2 – гибкие элементы,

3 – отформованный слой фибробетона, 4 – окаймляющие уголки

Рисунок 26 – Тонкостенный лоток из фибробетона

Применение фибробетона в лотках позволяет снизить более чем в два раза

расход бетона, до 13% стали, вдвое трудозатраты на стройплощадке.

Ответственными и достаточно трудоемкими при бесканальной прокладке

металлических трубопроводов являются работы по изоляции их от внешних воз-

действий. Широко распространенный тип изоляции включает теплозащитный

слой 80…100

мм из пенобетона, который ввиду его малой прочности армируется

пространственными каркасами, гидроизоляцию, состоящую из двух слоев бризола

на резинобитумной мастике, и наружную защитную корку толщиной 15…20 мм

из цементной штукатурки на металлической сетке. В качестве наружной защит-

ной корки для изоляции трубопроводов могут быть эффективно использованы

тонкие сталефибробетонные оболочки в виде незамкнутых

цилиндров. Благодаря

высокому уровню водонепроницаемости они могут выполнять также функции

гидроизоляции (рисунок 27).

1 - гидроизоляция; 2 - сетка; 3 - раствор; 4 - труба; 5 - каркас; 6 - теплоизоляция;

7- лента из гидроизола; 8 - сталефибробетонная оболочка

Рисунок 27 - Изоляция трубопровода для типового решения (а) и

с применением сталефибробетонной оболочки (б)

В данном случае теплоизоляционный слой выполняют из пенобетона, но без

арматурного каркаса. Пенобетон заливают внутрь оболочки и вместе с ней он

проходит автоклавную обработку. Изоляция с применением сталефибробетонных

оболочек позволяет исключить из теплозащитного слоя арматурные каркасы,

от-

падает необходимость в стальных формах для изготовления пенобетонного слоя,

сокращается расход бризола и битума, исключаются трудоемкие работы по креп-

лению стальной сетки по штукатурке.

На многих строительных объектах важной проблемой является забивка свай

до проектной отметки. Применение фибр для армирования голов резко повышает

их ударостойкость, в результате чего сокращается

число недобитых свай, повы-

шается производительность сваебойного оборудования. На рисунке 28 показаны

типы свай с применением сталефибробетона

а — цельная сплошная квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой с головой и наконеч-

ником из сталефибробетона;

б – составная сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой

арматурой с головой, наконечником и элементами сварного стыка из сталефибробетона;

в - цельная сплошного квадратного сечения с напрягаемой арматурой, с головой и наконечни-

ком из стеклофибробетона;

г - сборно-составная из сталефибробетонных элементов

швеллерного сечения;

1 - голова- 2 - железобетонный ствол; 3 - наконечник сплошного сечения- 4 - каркас ствола; 5 -

спираль; 6 - анкерная петля для головы и наконечника; 7 - элемент сварного стыка; 8 - анкерная

петля стыка составной сваи; 9 - уголок; 10 - преднапряженная арматура; 11 - элемент торца (го-

ловы) с пазами (сечение 1-1 в двух вариантах: с пазами внутри и снаружи элемента); 12 - нако

нечник с пазами; 13 - элемент верхнего звена швеллерного сечения; 14 - вертикальный стык

между элементами; 15 — горизонтальный стык между звеньями

Рисунок 28-Типы свай

В качестве примера успешного применения сталефибробетона для изготов-

ления свай можно привести опыт объектов Санкт-Петербурга и Ленинградской

области, где забито более 3000 свай различной конструкции, что обеспечило эко-

номию средств в размере 30%.

Отечественные и зарубежные данные свидетельствуют также о перспектив-

ности использования фибробетона в трубах малых и средних диаметров, особенно

в низконапорных трубах больших диаметров, например для канализационных

коллекторов. Это обусловлено повышенной трещино- и коррозионной стойкостью

фибробетона. Есть положительный опыт изготовления труб диаметром 1,6м с

толщиной стенки 120 мм для коллекторных канализационных тоннелей

с исполь-

зованием технологии навивки свежеотформованной плоской заготовки из стале-

фибробетона на сердечник соответствующего размера

Разработана номенклатура фибробетонных тонкостенных элементов не-

съемной опалубки. Опалубочные листы толщиной 15…20 мм используются при

возведении монолитных фундаментов под колонны. Применение фибробетонной

несъемной опалубки вместо инвентарной щитовой позволяет снизить трудозатра-

ты на площадке примерно на 25%,а

также сократить сроки строительства объек-

тов.

Определенный интерес представляет применение в строительстве фиброар-

мированных конструкций складчатого типа, таврового сечения, плит с ребрами

различной конфигурации. К этим конструкциям относятся, в частности, ребри-

стые плиты покрытий и перекрытий (массового производства) для промышленно-

го строительства. Плиты могут быть с различными уровнями их несущей

способ-

ности. В этих плитах сохранена преднапряженная арматура, размещаемая в про-

дольных ребрах, а также стержневая арматура в поперечных ребрах, вся остальная

арматура (конструктивная и поперечная) заменена на фибровую. Подобные реб-

ристые плиты размером 3×6 (предназначенные под расчетную нагрузку 7,3 кН/м)

по прочности, жесткости, трещиностойкости удовлетворяют требованиям норм.

Толщину полок в плитах

покрытий можно уменьшить с 3 до 2 см, а в плитах пе-

рекрытий с 5 до 4 см, это позволяет сократить расход бетона на 8…10%, трудоем-

кость работ при изготовлении на 20…25%.

В настоящее время широкое распространение получают многослойные кон-

струкции типа «сэндвич» в сочетании с другими материалами: сотопластами, пе-

нопластами, пенобетоном, пеностеклом, фибролитом и др

. Такие «сэндвичи» (ри-

сунок 29) в виде крупноразмерных плит могут быть использованы в качестве ог-

раждающих конструкций (покрытий, подвесных потолков, перегородок, воздухо-

водов и т.д.) в зданиях различного назначения

Рисунок – 29 Многослойные изделия типа «сэндвич» с внешними

стеклоармированными слоями и внутренним слоем из сотопласта,

пеностекла, фибролита, пенопласта

На рисунке 30 показан один из вариантов конструкции ограждения - плита

пролетом 3м с внутренним слоем из сотопласта. Внешние стеклоармированные

слои в подобных плитах при изгибе воспринимают в основном нормальные сжи-

мающие и растягивающие

усилия, внутренний слой - сдвигающие (касательные)

напряжения. Плиты могут быть выполнены с контурным обрамлением и без него.

1, 2 - верхний и нижний стеклоармированные слои;

3 - сотопласт; 4 - контурное обрамление

Рисунок 30 - Конструкция плиты ограждения

В связи с расширением статически неопределимых преднапряженных кон-

струкций и тонкостенных элементов с использованием бетонов повышенной

прочности наблюдаются случаи их взрывоопасного разрушения при пожарах.

Существенный эффект в повышении взрывоустойчивости конструкции могут

обеспечить неметаллические волокна: стеклянные и синтетические. Армирование

бетона подобными волокнами препятствует спонтанному развитию неравновес-

ных трещин под действием сжимающих и растягивающих напряжений, возни-

кающих в материале при огневых воздействиях.

Представляет интерес применение фиброармированных бетонов для изго

товления воздуховодов различного назначения зданий.

Основным материалом для устройства воздуховодов систем вентиляции яв-

ляется металл. Применение фиброармированных материалов для производства

воздуховодов позволяет снизить трудозатраты на строительной площадке и зна-

чительно уменьшить расход листовой стали.

Особое место в строительстве приобретают работы, связанные с устройст-

вом на поверхности различных конструкций и

сооружений (например, на стенах

резервуаров) защитных покрытий, выполняемых в виде торкретных слоев, уплот-

няющих стяжек, обмазочных изоляций, повышающих герметичность и непрони-

цаемость сооружений, защищающих арматуру от коррозии. Резервуары для хра-

нения мазута, воды, а также емкости, входящие в состав очистных сооружений –

аэротенки, метантенки, биофильтры, радиальные первичные и вторичные отстой-

ники, - возводятся

по соответствующим типовым проектам для предприятий пи-

щевой, легкой, текстильной промышленности. Применение армированных волок-

нами цементных растворов в резервуарах вместо обычного торкретирования, по-

зволило значительно улучшить качество изоляционных работ, производить их

быстрее и с меньшими трудозатратами.

Представляет интерес применение стеклоармированных композиций для из-

готовления несъемных опалубочных изделии для монолитных конструкций

со

сложной конфигурацией. Подобные конструкции довольно часто встречаются в

условиях промышленного строительства (конструкции нулевого цикла, спецфун-

даменты для технологического оборудования и др.). Применение несъемной стек-

лоармированной опалубки в данном случае достаточно перспективно, так как по-

зволяет получить экономию пиломатериалов, металла и одновременно сократить

трудозатраты на строительной площадке.

Определенный интерес представляет применение синтетических волокон

для армирования защитных покрытий откосов набережных, полотна железных

дорог, а также для изготовления различного рода экранов, декоративных элемен-

тов, облицовочных плит.

Весьма эффективным может оказаться применение фибробетона в узлах и

конструкциях многоэтажных и высотных зданий, особенно в зданиях и сооруже-

ниях, возводимых в сейсмических

районах. Это объясняется тем, что дисперсное

армирование обеспечивает диссипацию энергии в объеме конструкции, (диссипа-

ция – от лат. dissipatio – рассеяние, разрушение) узла или зоны за счет многократ-

но большей энергии деформирования и разрушения по сравнению с обычным бе-

тоном при дискретном армировании.

В данном разделе рассмотрены лишь некоторые аспекты применения фиб-

робетонов

Очевидно, что применение дисперсно армированных бетонов в строитель-

стве создает предпосылки для значительного сокращения объемов традиционных

арматурных работ, расширяет технологические возможности получения конст-

рукций различного профиля с более высоким уровнем их трещиностойкости, со-

противлением к различным видам силовых воздействий, в том числе к динамиче-

ским.

Применение дисперсно армированных бетонов

может обеспечить во многих

случаях значительный экономический эффект: возможность уменьшения в ряде

случаев сечения конструкций, соответствующее снижение их стоимости, а также

расход бетона и стали.

Наряду с этим сохраняют актуальность вопросы дальнейшего углубления

теоретических представлений в области дисперсно армированных бетонов, со-

вершенствования технологии их изготовления, накопления практического опыта

применения в

различных условиях строительства и эксплуатации. Кроме того,

также актуальны вопросы расширения видов дисперсно армированных бетонов.

В настоящее время достаточно изучены и прошли производственную про-

верку следующие разновидности фибробетонов: бетон, армированный стальными

волокнами различной длины и поперечного сечения (сталефибробетон; легкий бе-

тон на пористых заполнителях, армированный стальными или синтетическими

волокнами; плотный

или поризованный цементно-песчаный бетон, армированный

синтетическими высоко - или низкомодульными волокнами; ячеистый фибробе-

тон, армированный синтетическими волокнами. Проведенные исследования по-

зволили определить области рационального использования названных разновид-

ностей фибробетонов. Поиски в этом направлении продолжаются.

Очевидно, что широкое применение фибробетонов в строительстве может

быть достигнуто только в результате совместного взаимодействия научных и про-

ектных организаций в согласии

с организациями – заказчиками объектов, экс-

плуатирующими их в дальнейшем. Для этого необходимо разработать соответст-

вующую методику оценки экономической эффективности фибробетонных конст-

рукций, учитывая его более высокие физико-механические свойства, долговеч-

ность, технологичность, большой межремонтный ресурс и т.п. по сравнению с

железобетоном.

3 ИННОВАЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.1 Характеристика нанотехнологий

Производство строительных материалов, отвечающих требованиям време-

ни, в условиях жесточайшей конкуренции возможно только на основе современ-

ных технологий с учетом ранее достигнутых результатов.

Когда мы говорим о технологии, то следует помнить, что это не только со-

вокупность методов обработки

и изготовления продукции, это еще и наука, изу-

чающая физико-химические, механические и другие закономерности с целью из-

менения потребительских свойств продукции, поиска наиболее эффективных и

экономичных производственных процессов.

В последние годы не только в специальной научной литературе, но и в по-

пулярной, обращается внимание на развитие и перспективы нанотехнологий в

различных отраслях промышленности в частности, в производстве строительных

материалов, в которых компоненты имеют нанометрические масштабы.

Нанотехнологии в строительстве - это новый виток, новый уровень развития

научных достижений, опирающихся и на достижения прошлых лет.

Сегодня практике нужны материалы и изделия многофункционального на-

значения или такие, которые бы намного превосходили по своим

свойствам уже

известные. Для этого нужны «прорывные» технологии-технологии завтрашнего

дня. На повестку дня поставлены нанотехнологии, позволяющие с меньшими че-

ловеко- и энергозатратами получать материалы и изделия не просто с улучшен-

ными свойствами, а с намного превосходящими существующих, иногда и с не-

предсказуемыми. Сегодняшний девиз: «Получить то, что нужно». Выполнить та

кую задачу можно только с помощью нанотехнологий.

Термин «нанотехнология» - впервые употребил японский ученый Норио

Танигут еще в 1974году.

Термин «НАНО» происходит от греческого слова «nanos», означающего

карлик; нанотехнология - это технология объектов, размеры которых порядка 10

-9

м, т.е размеры атомов и молекул, следовательно, нанотехнология - это технология

работ с отдельными атомами и молекулами и сборка из них чего-то нового.

Нанотехнология – это область прикладной науки, которая занимается соз-

данием принципиально новых инструментов и материалов сверхмалых размеров,

а также изучает свойства различных веществ на атомном и молекулярном уровне.

Говоря о нанотехнологии как таковой, подразумевается такая тонкая техно-

логия, которая позволяет управлять процессами получения материала на атомно-

молекулярном уровне, т.е. с

помощью атомно-молекулярного воздействия. А это

означает, что уже можно говорить о «направленном» материаловедении, в том

числе строительном материаловедении.

Для строителя-технолога, владеющего основами химической технологии,

освоение приемов нанотехнологии не представляет особых трудностей. Получе-

ние наносистем и нанообъектов возможно несколькими способами. Один из таких

способов заключается в целенаправленном ведении того

или иного технологиче-

ского процесса путем управления атомно-молекулярными процессами с целью

получения компонентов системы не только в пределах наночастиц, но и в задан-

ном сочетании их как по объему, так и по массе (числу).

Имеющие достижения в физико-химии, коллоидной химии, знания в облас-

ти высокодисперсных систем и пленок

, поразительных эффектов поверхностно-

активных веществ, механико-химической активации твердых частиц и воды уже

позволяют получать свойства материалов, ранее казалось бы невероятные.

Следует отметить, что нанотехнологии использовались еще в древней Гре-

ции и Египте при создании различных красителей. Ярким и давно известным под-

тверждением эффекта нанотехнологии является получение булата, когда удается

получить сталь, сочетающую высокую твердость, остроту лезвия, вязкость внут-

ренних слоев изделия и высокую упругость. Еще русский изобретатель П.П. Ано-

сов (1797-1851г.г) получил «русский булат» путем точных пропорций, качества

материала и режимов технологических операций. Как он сам отмечал, основные

свойства булатной стали напрямую зависят от химического состава, структуры,

характера обработки, размера и формы кристаллов.

Все эти рекомендации в полной мере применимы в технологии строитель-

ных материалов.