Совершенствование технологии монолитного домостроения на основе эффективных антиадгезионных смазок

Актуальность работы.

В современных условиях бетон и железобетон доминируют на отечественных и зарубежных стройках. Монолитные и сборные конструкции из бетона й железобетона являются основными, базовыми конструкциями в жилищном, производственном, гидротехническом, дорожном и других областях строительства.

Ежегодно в мире укладываются и монтируются сотни миллионов кубометров монолитного и сборного бетона и железобетона. В России ежегодный 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.

Анализ литературных источников, а также отечественной и зарубежной строительной практики дает основание утверждать, что роль и значение бетона и железобетона, как основных конструкционных материалов, в обозримом будущем будут неуклонно возрастать.

Анализируя комплексный технологический процесс возведения монолитных железобетоннь1х 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 мЛ опалубки. Ежегодный объем опалубочных работ в Российской Федерации оценивается в 250 — 260 млн. мЛ Более 150 тысяч квалифицированных рабочих занято изготовлением, ремонтом, монтажом и демонтажом опалубки на отечественных стройках.

При столь значительных объемах опалубочных работ снижение затрат на ее 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 и повышения качества лицевых поверхностей железобетонных конструкций, увеличения оборачиваемости опалубки.

Анализ литературных источников, обследование отечественных строек показали, что применяемые опалубки и опалубочные системы далеки от совершенства, опалубочные работы трудоемки и дорогостоящи, а монолитные конструкции, особенно их лицевые поверхности после распалубки, требуют многозатратной послераспалубочной доводки. Значительное количество отечественных опалубок имеют несовершенные малоэффективные формующие поверхности. Применение таких опалубок в сочетании с низкосортными, а потому неэффективными смазками или вообще без смазки, как часто бывает на практике, приводит к отрицательным результатам и большим непроизводительным потерям и затратам.

Смазки, являющиеся неотъемлемым технологическим компонентом, играют важную роль в технологии монолитных железобетонных конструкций. Эффективные смазки облегчают их распалубку, улучшают качество бетонных поверхностей, снижают затраты на их послераспалубочную доводку.

Однако, как показали обследования, на многих стройках опалубка используется или вообще 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% опалубок 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 такой технологической операции, как нанесение смазки на опалубку, причисление ее к разряду второстепенных, а иногда и необязательных приводит к значительным непроизводительным затратам, способствует преждевременному износу опалубочных щитов, в 1,5−2 раза уменьшая их оборачиваемость, снижает 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 является весьма и с" u Т/* и важной и своевременной проблемой. Комплексность и новизна данной проблемы, недостаточная изученность ее теоретических основ, широкий круг заинтересованных в ее решении организаций, размер возможного экономического 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 поверхности монолитных бетонных конструкций за счет разработки и применения эфффективных 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:

Здесь и далее в ценах на 01.01.2002 г.

— значительное сокращение затрат ручного труда при распалубке конструкций из монолитного железобетона;

— полное устранение трудозатрат на очистку опалубочных щитов от налипшего бетона;

— повышение долговечности и оборачиваемости опалубок;

— получение монолитных железобетонных конструкций с высоким качеством лицевых поверхностей.

Поставленной целью определены следующие задачи 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;

— систематизация требований, предъявляемых к смазкам для технологии монолитного домостроения, классификация смазок;

— разработка эффективных антиадгезионных смазок для технологии монолитного домостроения;

— исследование свойств смазок и их влияния на параметры технологии и качества бетонных поверхностей;

— разработка практических рекомендаций и проведение апробации смазок в построечных условиях.

Научная новизна 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;

— в теоретическом обосновании эффективных антиадгезионных смазок для технологии монолитного домостроения;

— В разработке серии эффективных антиадгезионных смазок для технологии монолитного домостроения.

Новизна и полезность предложенных технических решений подтверждена 4 авторскими свидетельствами на изобретения.

Практическая значимость исследований состоит:

— в снижении трудоемкости и стоимости работ, очистке и межоборотном ремонте опалубки за счет эффективных смазок;

— в предотвращении преждевременного износа опалубок, в повышении их долговечности и оборачиваемости;

— в интенсификации возведения монолитных зданий за счет сокращения трудовых и материальных затрат на послераспалубочную доводку бетонных поверхностец монолитных конструкций в результате использования эффективных смазок;

— в утилизации промышленных отходов за счет их использования для изготовления недорогих антиадгезионных смазок.

Реализация результатов исследований.

Разработанные антиадгезионные смазки прошли производственные испытания и широко использовались при возведении зданий и сооружений из монолитного железобетона в г. Н. Новгороде и других регионах России.

Апробация работы.

Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Нижегородского архитектурно-строительного университета (1992;2000Г.Г.).

На защиту выносятся: — установленные закономерности, отражающие влияние сцепления бетона с опалубкой, а также смазок на основные параметры технологии монолитного домостроения;

— результаты исследований и установленные закономерности контактных взаимодействий бетона с опалубкой при наличии и отсутствии смазки в условиях технологии монолитного домостроения- 9.

— теоретическое обоснование эффективных антиадгезионных смазок для различных опалубок, применяемых в технологии монолитного домостроения;

— рецептуры эффективных антиадгезионных смазок, разработанных для опалубок, применяемых в технологии монолитного домостроения;

— 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.

Структура 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 93 наименования, 2 приложения.

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.

2. 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 и технологический уровень отечественных опалубок и опалубочных систем уступают зарубежным и требуют дальнейшего совершенствования.

3. Неотъемлемым и важным элементом 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 и 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 «обрастания» 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 от 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 возведении 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 доводку.

Размер интегрального показателя для смазки ЭСО-ННГАСУ, повышающего эффективность технологии монолитного домостроения в целом, оценивается в 8 — 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.