Материал: Технико-экономическое обоснование создания предприятия по производству бетона в городе Красноярске

Уход оказывает значительное влияние на качество бетона. Предпочтение следует отдавать влажностной обработке. В условиях высоких требований к непроницаемости и долговечности элементов конструкции продолжительность ухода должна составлять не менее трех дней.

Чтобы избежать ошибок при производстве, укладке и уходе за бетоном, необходимо составить план контроля качества (ср. DIN 10452 [1], приложение H), который включает:

контроль со стороны производителя бетона (выработка требований к исходным материалам, техническому оборудованию, характеристикам бетонной смеси и затвердевшего бетона; разработка заданных параметров и допустимых отклонений);

контроль со стороны потребителя бетона;

действия в случае недопустимых отклонений от требований (например, отказ от приема бетона);

определение ответственных лиц.

Процесс затвердевания бетона, аутогенная усадка

Благодаря относительно высокому содержанию цемента, использованию микрокремнезема и низкому водоцементному отношению высокопрочные бетоны при затвердевании развивают следующие качества (в сравнении с традиционными бетонами):

более быстрое нарастание температуры в строительной конструкции;

повышенная скорость потребления и связывания воды в процессе гидратации;

ускоренное нарастание прочности в первые дни.

Недостатком подобных бетонов по сравнению с традиционными бетонами является их более интенсивная аутогенная усадка. Понятием «аутогенная усадка» мы обозначаем изменение объема, которое под влиянием изотермических условий происходит в бетонном образце, помещенном в герметичное пространство. Она является результатом химической усадки и, в общих чертах, ассоциируется с «внутренним высыханием» цементного камня (при отношении В/Ц ниже 0,4 содержание воды недостаточно для обеспечения полноценной гидратации цемента). Аутогенная усадка уже впервые дни после бетонирования может привести к возникновению сильного напряжения на растяжение и, следовательно, к трещинообразованию. В отличие от сухой усадки аутогенную усадку невозможно уменьшить путем внешнего ухода за бетоном.

Наиболее эффективным средством борьбы с трещинообразованием в высокопрочных бетонах, вызванным аутогенной усадкой, является внутренний уход путем введения равномерно распределенных по всему объему бетона микровключений, содержащих свободную воду. Перспективным представляется использование полимеров (SAP), обладающих высокой абсорбирующей способностью и играющих роль накопителей. Полимеры SAP добавляются в бетон в виде порошка и в процессе перемешивания поглощают воду, образуя, таким образом, микроскопические водяные поры.

Впервые полимеры SAP были применены для внутреннего ухода в 2006 г. при возведении павильона FIFA к чемпионату мира в Кайзерслаутерне. Сооружение представляет собой филигранную конструкцию из самоуплотняющегося армированного фиброй бетона с прочностью на сжатие цилиндра 145 [6]. На рисунке 3 показаны графические изображения аутогенных усадочных деформаций с момента окончательного схватывания бетона с добавлением SAP и без него. Внутренний уход позволил значительно сократить аутогенную усадку, не оказав при этом негативного воздействия на удобоукладываемость бетона (осадка конуса - 780 мм), а также его прочность на сжатие и на изгиб.

Механические свойства

Высокопрочные бетоны значительно быстрее набирают прочность, чем традиционные бетоны. Причиной этому служит низкое водоцементное отношение, а также более активное выделение тепла вследствие быстрой гидратации и высокого содержания цемента. Нарастание прочности на растяжение и модуля упругости по времени происходит еще быстрее, чем рост прочности на сжатие. Соответственно повышению класса прочности бетона на сжатие уменьшается прирост прочности бетона на растяжение.

Высокопрочные бетоны отличаются большей хрупкостью по сравнению с традиционными бетонами [7], что обусловлено их более гомогенной структурой в отличие от бетонов обычной прочности. Трещины быстро распространяются по всей структуре, что приводит к образованию плоскостных изломов и к растрескиванию зерен заполнителя.

Процессы, которые с течением времени вызывают деформации бетонов обычной прочности, как правило, также характерны для высокопрочных бетонов, однако с некоторыми отличиями:

уменьшение деформации ползучести;

уменьшение влияния толщины строительной конструкции и относительной влажности воздуха окружающей среды;

сокращение сухой усадки (за счет выделения влаги в окружающую среду);

увеличение аутогенной усадки вследствие внутреннего высыхания.

В опубликованном докладе Международной федерации по бетону fib освещается текущее положение дел в области исследований механических характеристик высокопрочного бетона.

Долговечность

Благодаря малому объему капиллярных пор скорость проникновения жидких и газообразных веществ в высокопрочный бетон значительно ниже аналогичных показателей бетонов обычной прочности. Следовательно, от подобных бетонов мы можем ожидать как значительно более низких темпов проникновения агрессивных сред (что является преимуществом с точки зрения коррозионной защиты арматуры), так и более высокой устойчивости к химическому воздействию, среди прочего, антигололедных реагентов (технической соли), а также при износе.

При оценке долговечности высокопрочных бетонов прогнозирование образования трещин, возникающих на поверхности бетона или в матрице вследствие, например, аутогенной усадки, до сих пор представляется проблематичным.

Судить о подобных трещинах мы можем, например, по измерениям проницаемости кромочных зон бетона. При определении глубины карбонизации высокопрочных бетонов максимальный уровень карбонизации также зафиксирован в зонах трещинообразования.

При пожаре высокопрочные бетоны в отличие от бетонов обычной прочности значительно теряют в прочности уже при температуре ниже 300 0C. Если конструкции из высокопрочного бетона усилены стальной арматурой, период огнестойкости определяется, в основном, началом откалывания бетонного слоя поверх арматуры.

С увеличением плотности цементной матрицы затрудняется процесс выхода водяного пара, возникшего в результате нагревания. Из-за высокого внутреннего давления увеличивается опасность взрывоподобного скалывания бетонного слоя. Данную проблему можно решить путем добавления полипропиленовой фибры, которая при температурах около 150-170 0C начинает плавиться, образуя каналы, благодаря которым давление пара понижается.

Сверхпрочные бетоны

Интересной разработкой является так называемый сверхэффективный бетон (UHPC = Ultra High Performance Concrete), прочность которого колеблется в пределах 150 МПа и 250 МПа.

Данный бетон позволяет создавать конструкции и сооружения, отличающиеся одновременно как высокой несущей способностью, так и тонкостью контуров и долговечностью. Помимо правил производства высокопрочных бетонов для изготовления UHPC были разработаны следующие технологические требования:

дальнейшее сокращение водоцементного отношения до В/Ц = 0,2;

непременное использование микрокремнезема и пластификатора;

оптимизация плотности упаковки зерен заполнителя вплоть до нановеличин;

ограничение максимального размера крупнейших зерен до 8 мм, как правило, до 2 мм;

использование заполнителей из горных пород повышенной прочности;

в некоторых случаях затвердевание в условиях повышенного давления (примерно до 500 бар) и повышенной температуры (до 250 0C).

С целью сокращения взрывоопасного скалывания материала и повышения его прочности на растяжение или на изгиб добавляют, как правило, от 1,5 до 2,5% от объема мелкой стальной фибры.

Сферы применения

Применение высокопрочных бетонов предлагает следующие преимущества:

уменьшение габаритов опалубки для колонн, балок и стеновых элементов;

уменьшение строительной толщины или увеличение несущей способности конструкций, работающих на изгиб;

создание более изящных контуров при увеличении длины пролетов конструкций, работающих на изгиб (большепролетные мосты);

одинаковые размеры опалубки в условиях заводского производства колонн, рассчитанных на различную нагрузку, или для производства колонн для всех этажей при монолитном строительстве (высокопрочный бетон на нижних этажах);

сокращение расхода бетона и арматуры и, соответственно, транспортировочной и монтажной массы, более высокая начальная прочность, более ранняя распалубка и предварительное обжатие, что обеспечивает возможность более ранней эксплуатации элемента;

более высокая плотность, водо- и газонепроницаемость за счет низкого содержания капиллярных пор;

более высокая износостойкость;

повышенная коррозионная защита арматуры за счет чрезвычайно медленного распространения карбонизации;

повышенная стойкость к химически активным веществам.

В повышении прочности межпоровых перегородок теплоэффективных строительных материалов основную роль играет активность цемента. Активность цемента зависит от множества факторов. Сроки изготовления цемента, условия хранения цемента оказывают заметное влияние на его активность. Однако основным фактором, влияющим на активность цемента, являются показатели его удельной поверхности. Чем выше показатели удельной поверхности, тем выше активность цемента. Способ активации цемента методом дополнительного помола основан именно на этом принципе. Увеличение удельной поверхности цемента всего на 2.8 % (с 283м2 /кг до 291м2 /кг) увеличивает его активность на 5 %. Увеличение активности цемента на 5% позволяет получать строительные растворы и бетоны, прочность которых в первые сутки нормального твердения увеличивается на 45% от прочности контрольных образцов. Таким образом, относительно небольшое увеличение активности цемента дает ощутимый прирост прочности готового материала. В производстве пенобетона либо полистиролбетона рекомендуется применять именно легкое доизмельчение цемента, как наиболее экономически выгодное.

Для активации цемента на 3-5% возможно применение доступных агрегатов-измельчителей-дезинтеграторов, для которых характерны низкая энергонагруженность, высокая производительность и, что немаловажно, небольшая себестоимость активации цемента. Так, расход электроэнергии, затрачиваемой на 5% активацию одной тонны цемента измельчителем-дезинтегратором, не превышает 4.3 кВт, при установленной мощности агрегата около 15кВт. Применение измельчителя- дезинтегратора для помола цемента в производстве пенобетона позволяет получать строительные материалы повышенной прочности при сокращении сроков выдержки материала в формах. Активация цемента на 5% в измельчителе-дезинтеграторе происходит за один прогон, при повторном прогоне активность цемента возрастает. Особая ценность методики активации цемента в производстве теплоэффективных материалов - это возможность применения лежалого цемента и цемента невысокого качества без ухудшения технических характеристик выпускаемого материала.

Применение активированных компонентов смеси в производстве пенобетона позволяет получать материал стабильно высокого качества. Наиболее впечатляющие результаты увеличения прочности межпоровых стенок в пенобетоне низких плотностей (менее 700 кг/м3) достигаются при организации совместного помола цемента и песка. При этом измельчитель-дезинтегратор играет роль не только агрегата измельчителя, но и выполняет функцию смесителя сыпучих материалов. Применение метода совместного помола сухих составляющих пенобетона и полистиролбетона позволяет получить совершенно однородную цементно-песчаную смесь на основе активированного цемента и песка заданного гранулометрического состава. Как результат, увеличение прочности материала, как в первые сутки твердения, так и на 28 сутки, сокращение времени выдержки материала в формах, снижение расхода цемента и возможность применения цемента невысокого качества.

Турбосмесители - активаторы в производстве теплоэффективных строительных материалов. Итак, получена активированная цементно-песчаная смесь заданных характеристик, пригодная для производства активированного пенобетона или полистиролбетона. Следующим шагом на пути получения качественных теплоэффективных строительных материалов будет выбор смесительного оборудования. Дело в том, что производство стеновых блоков, панелей и плит на основе пенобетона возможно лишь с применением литьевой технологии формовки. Подвижные растворы загружаются в формы, имеющие разделительные перегородки для формования стеновых блоков, либо не имеющих таких перегородок при формовании массива для последующей резки на резательных машинах. После набора материалом распалубочной прочности, формы разбираются, а отформованный материал укладывается на технологические поддоны. Для приготовления подвижных растворов с одновременной дополнительной активацией компонентов идеально подходят турбулентные бетоносмесители, имеющие скоростные активаторы и бортовые лопатки определенной конфигурации. Большинство применяемых в производстве пенобетона одностадийных смесителей - это смесители турбулентного типа.

Положительные стороны смесительного оборудования турбулентного типа это:

отличное качество смешивания при высокой производительности;

низкая энергонагруженность смесительного оборудования;

активация компонентов раствора при смешивании.

Таким образом, функциональная схема бетонной установки будет иметь вид, представленный на рис. 3.

Рисунок 3 - Функциональная схема бетонной установки

Площадка для хранения песка; 2 Ленточный транспортер песка; 3 Бункер для песка со шнековым дозатором; 4 Бункер для цемента со шнековым дозатором; 5 Установка для приготовления пенобетона; 6 Генератор; 7 Металлоформа (узел формования пенобетонных изделий).

Выбранная технология позволяет изготавливать конструкционно-теплоизоляционные изделия плотностью 500-1200 кг/м3 и теплоизоляционные изделия плотностью менее 500 кг/м3.

Основными конкурентами предприятия по производству пенобетона и пенобетонных блоков будут являться: ОАО «Железобетон», ОАО «Пенобетон», ОАО ПК «СтройДом», ОАО «Сибтеплобетон», ОАО «Пилот», но данные предприятия не представляют особой конкуренции для нового предприятия в отличие от ОАО «Стройиндустрия» - крупного производителя бетона, кладочных и известковых растворов, пенобетонных и пенополистиролбетонных блоков, бетонных и железобетонных, арматурных и кованых изделий, металлоконструкций, а также разработчик качественно новых строительных материалов.

Для расчета инвестиционного проекта возьмем основные виды изделий - пенобетонную смесь и пенобетонные изделия, имеющие наиболее высокий спрос в г. Красноярске и Красноярском крае. Длительность горизонта планирования возьмем равным семи годам, т.к. за этот промежуток будут полностью памортизированы практически все основные средства.

В расчетах по планированию производственной программы принимаем товарную продукцию равную реализованной. План производства и реализации продукции в натуральном выражении представлен в табл. 14.

Таблица 14 - План производства и реализации продукции в натуральном выражении