Керамзитобетонные панели

Введение

Преимущественное производство однослойных керамзитобетонных стеновых панелей в нашей стране в последние десятилетия было обусловлено простотой и технологичностью их конструктивного решения, низкой трудоемкостью производства, малым расходом металла. Распространению этой конструкции в определенной степени способствовал ограниченный объем производства высокоэффективных теплоизоляционных материалов.  
Развитие рыночных отношений в экономике страны вызвало резкий рост цен на энергоносители. В связи с этим встала задача экономии энергоресурсов, в том числе и снижения энергозатрат при эксплуатации зданий. Для ее решения в России введены в действие Изменения № 3 к СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника", которыми нормативное сопротивление теплопередаче стен с 2000 г. увеличивается примерно в 3,3-3,4 раза с целью довести нормы требования к теплозащите стен до уровня норм стран Северной Европы. Планируемая экономия тепла от этих мероприятий должна составить 20-35 %.  
Преимущественное производство однослойных керамзитобетонных стеновых панелей в нашей стране в последние десятилетия было обусловлено простотой и технологичностью их конструктивного решения, низкой трудоемкостью производства, малым расходом металла. Распространению этой конструкции в определенной степени способствовал ограниченный объем производства высокоэффективных теплоизоляционных материалов.

 

 

 

 

 

 

 

1.Керамзитбетон представляет собой легкий бетон, в котором заполнителем является керамзит — ячеистый материал в виде гранул. Керамзит производится на крупных предприятиях и занимает ведущее место в применении твердых пористых заполнителей. Керамзитобетон приобрел распространение в Казахстане более 60 лет назад и уже успел пройти проверку временем в наших климатических условиях. Изделия из керамзитобетона используются в качестве несущих конструкций в жилищном и промышленном строительстве. Керамзит, кроме того, используют как заполнитель и теплоизоляционный материал.

Объемный вес керамзитобетона  высоких марок примерно в 1,5 раза меньше, чем тяжелого. Таким образом, применение керамзитобетона позволяет снизить вес зданий и конструкций до 30%. У керамзитобетона принципиально выше показатели по морозостойкости, прочности и долговечности по сравнению с другими ячеистыми бетонами. При этом несколько хуже показатели по теплопроводности. Этот недостаток зарубежные строители восполняют применением многослойных технологий при возведении стеновых панелей. Керамзитобетон по сравнению с тяжелыми бетонами обладает высокой пористостью, его нельзя разрезать пилой. Этот, по мнению строителей малоэтажных домов, «недостаток» превращается в преимущество уже при эксплуатации зданий: всевозможный крепеж в таких стенах держится прочнее. Керамзитобетон пользуется большой популярностью в Германии, Голландии, Финляндии, Норвегии, Чехии. Причем блоки керамзитобетона называют «биоблоками», поскольку в качестве исходного сырья используются только природные компоненты (суглинки, вспученная и обожженная глина).

1.1.Характеристика выпускаемой продукции

Наружные стеновые панели применяются как ограждающие конструкции в жилых домах, строящихся по методам крупнопанельного и объёмно-блочного домостроении.

Панели классифицируют по следующим признакам, характеризующим  их типы:

1. Назначению в здании;

2. Конструктивному решению;

3. Числу основных слоев.

По назначению в здании панели подразделяют на панели для:

-  надземных этажей;

-  цокольного этажа  или технического подполья;

-  чердака.

По конструктивному  решению панели подразделяют на:

-  цельные;

-  составные.

По числу основных слоев панели подразделяют на:

-  однослойные;

-  слоистые (двух- и  трехслойные).

Слоистые панели могут  быть сплошными (без воздушных прослоек) и с воздушными прослойками. Двух- и трехслойные панели с воздушной  прослойкой, расположенной за наружным слоем, в дальнейшем именуются двух- и трехслойными панелями с экраном, также могут выпускаться сплошные и с оконным проёмом.

Наружные стеновые панели изготавливаются в соответствии с требованиями ГОСТ 11024.

Требования к бетону и раствору для изготовления наружных стеновых панелей приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 - Требования к бетону и раствору

Нормируемые требования	Нормируемые величины
Вид бетона	Керамзитобетон
Марка бетона по прочности на сжатие, не ниже	М50
Класс бетона по прочности на сжатие, не ниже	В3,5
Коэффициент вариации прочности бетона по сжатию в партии, не более:	10%
Нормируемая отпускная прочность  бетона и раствора от класса или  марки по прочности на сжатие, не менее:	80%
Марка по морозостойкости, не ниже:	F15
Средняя плотность бетона от марки  по средней плотности может превышать не более	5%
Максимальная марка по средней  плотности	Пл 900
Теплопроводность (коэффициент теплопроводности) бетона в сухом (высушенном до постоянной массы) состоянии, Вт/(м·°С)	0,27

 

Легкий бетон, материалы  для его изготовления и смеси должны удовлетворять требованиям ГОСТ 25820.

Арматурная сталь должна удовлетворять требованиям ГОСТ 5781.

В однослойных наружных панелях из лёгкого бетона предусмотрен фактурный и штукатурный слои из цементно-песчаного раствора марки  М100.

1.2.Структура

По структуре (степени  пористости) бетона различают плотный, крупнопористый (беспесчаный) и поризованный керамзитобетон.

Для повышения прочности  и модуля упругости керамзитобетона  в керамзитобетонную, смесь добавляют  кварцевый песок.

В ряде случаев в последнее время изготовляют керамзитобетон из керамзитного крупного заполнителя (гравия) и кварцевого песка без добавок керамзитового песка.

В качестве вяжущего в  керамзитобетоне применяется преимущественно  портландцемент марки не ниже 400 с  наименьшим количеством пуццоланизирующих добавок, без пластификаторов. Возможность применения пуццолановых и шлакопортландцементов, должна устанавливаться опытным путем для каждого материала в связи с тем, что в дробленом керамзите содержится значительное количество пыли, повышенное содержание которой как гидравлической добавки может снизить воздухостойкость и водостойкость, бетона.

Увеличение расхода  цемента в керамзитобетоне приводит к повышению прочности, но одновременно к увеличению объемного веса керамзитобетона. Таким образом, сокращение (до определенных пределов) расхода цемента для керамзитобетона является средством снижения его объемного веса. Это определяет необходимость применения для керамзитобетона портландцемента марки не ниже 400.

Пластифицированный ССБ  цемент использовать не следует, так как при этом снижается прочность бетона в раннем возрасте. Целесообразно применять гидрофобный цемент, снижающий водопоглощение бетона. В керамзитобетонах, подвергающихся тепловой обработке, желательно применять алитовые цементы (содержащие трехкальциевого силиката не менее 45%) с содержанием трехкальциевого алюмината 10—12%.

Марка бетона и объемный вес не полностью характеризуют  свойства керамзитобетона. В зависимости  от зернового состава, его структуры  изменяются свойства 'бетона: керамзитобетон может быть крупнопористый, с межзерновой пористостью, умеренно плотный и плотный.

Керамзитобетон с межзерновой  пустотностью (М/М + К=0,2) имеет меньшую  прочность при растяжении, чем  крупнозернистый бетон, из-за меньшего расхода цемента по сравнению с крупнозернистым бетоном при наличии большой межзерновой пустотности.

Увеличение объема растворной части бетона приводит к повышению его пластичности, при растяжении, от чего увеличивается отношение RpM/Rp.

Исключение межзерновой  пустотности при минимальных расходах керамзитового песка и цемента (М/М + К—Q,3) обеспечивает максимальную прочность при растяжении на изгиб.

Дальнейшее увеличение показателя М/М + + К приводит к уменьшению прочности как при осевом растяжении, так и при изгибе.

Объемный вес керамзитобетона в зависимости от изменения содержания керамзитового песка имеет минимум при полном заполнении межзернового пространства гравия растворной частью.

Мелкозернистый керамзитобетон имеет такое же значение коэффициента теплопроводности, что и крупнозернистый, несмотря на то, что объемный вес его больше на 24%.

Обеспечивая на производстве целенаправленную и однородную структуру  керамзитобетона, можно резко повысить эксплуатационные качества ограждающих  конструкций и снизить их стоимость.

Необходимость снижения веса керамзитобетонных конструкций требует назначения минимально допустимых прочностных показателей. Поэтому на производстве должно уделяться серьезное внимание соблюдению всех требуемых параметров керамзитобетона.

Принципы подбора состава и основные правила приготовления керамзитобетона аналогичны изложенным выше общим положениям по легким бетонам.

При назначении объемного  веса керамзитобетона надо учитывать, что влажность его в производственных условиях 12%, а равновесная эксплуатационная влажность 5—7% (ГОСТ 11024-64).

Бетонная смесь должна иметь требуемую удобоукладываемость  при минимальном расходе воды. Для уменьшения расхода воды, улучшения  формовочных свойств бетонной смеси (повышения связности и начальной  структурной прочности), а также комплексного улучшения свойств затвердевшего бетона (уменьшения усадки, повышения водостойкости,

морозостойкости, трещиностойкости и др.) рекомендуется вводить с  водой затворения в небольших  количествах добавки (0,1—0,2%) от вeca цемента  гидрофобизующих кремнийорганических жидкостей.

1.3 Свойства

Самым важным свойством  бетона является его прочность, т. е. способность сопротивляться внешним  силам не разрушаясь, поэтому за критерий прочности керамзитобетона  строители приняли предел прочности  керамзитобетона при сжатии. Чтобы определить прочность керамзитобетона, из него изготовляют Эталонный кубик с ребром 200 мм, если разрушился при нагрузке 80 тонн, то предел прочности при сжатии будет равен 20 МПа.

В зависимости от прочности  на сжатие керамзитобетон делится на марки. Марку керамзитобетона строители определяют по пределу прочности эталонного кубика с ребром 200 мм. Так, в Казахстане в строительстве применяют следующие марки керамзитобетона: «200», «150», «100» и ниже. Выбор марки зависит от тех условий, в которых будет работать керамзитобетон.

Прочность керамзитобетона  зависит от прочности керамзитового  заполнителя (керамзита) и от качества растворенного в воде цемента: бетон  будет тем прочнее, чем прочнее  керамзитные заполнители и чем  лучше они будут скреплены цементным клеем. Прочность природного керамзита не изменяется со временем, а вот прочность керамзитобетона со временем растет.

Другим важным свойством  керамзитобетона является плотность  – отношение массы материала  к его объему. Плотность керамзитобетона всегда меньше 100%.

Плотность сильно влияет на качество керамзитобетона, в том  числе и на его прочность: чем  выше плотность керамзитобетона, тем  он прочнее. Поры в керамзитобетоне, как правило, появляются при его  изготовлении: в результате испарения излишней воды, не вступившей в химическую реакцию с цементом при его твердении, при недостатке цемента.

С плотностью связано  и обратное свойство керамзитобетона  – пористость – отношение объема пор к общему объему материала. Пористость как бы дополняет плотность керамзитобетона до 100%. Как бы ни был плотен керамзитобетон, в нем всегда есть поры!

Водостойкость – свойство керамзитобетона противостоять действию воды, не разрушаясь. Чтобы определить водостойкость керамзитобетона, изготовляют два образца: один в сухом виде раздавливают на прессе и определяют его нормальную прочность. Другой образец предварительно погружают в воду, а после насыщения водой также разрушают на прессе. Из-за ослабления связей между частицами прочность образца уменьшается. Отношение прочности насыщенного водой образца к прочности образца в сухом виде коэффициентом размягчения материала. Для керамзитобетона он больше 0,8.

Теплопроводность характеризует  способность керамзитобетона передавать через свою толщину тепловой поток, возникающий из-за разности температур на поверхностях керамзитобетона. Теплопроводность керамзитобетона почти в 250 раз меньше, чем у стали, но зато выше, чем у строительного кирпича.

Сравнительно невысокая  теплопроводность обеспечивает керамзитобетону  высокую огнестойкость – способность материала выдерживать действие высоких температур. Керамзитобетон может выдержать в течение длительного времени температуру выше 1000° С. При этом он не разрушается и не трескается.

Все знают, что если в  поры камней проникает вода, то, замерзая, она расширяется и тем самым разрушает даже самые крепкие горные породы. Керамзитобетон же при насыщении водой может выдерживать многократное замораживание и оттаивание. При этом он не разрушается и почти не снижает своей прочности. Это свойство называется морозостойкостью.

А вот еще одно свойство керамзитобетона – объемная масса. Она зависит от заполнителей, которые  используются в керамзитобетоне. По этому признаку керамзитобетоны  делятся на три вида: тяжелый, легкий и особо легкий. Эта классификация зависит от массы заполнителя, применяемого при изготовлении керамзитобетона. Так, например, керамзитобетон на естественных заполнителях из керамзита имеет объемную массу 1200 – 1400 кг/м2, а прочность его достигает 25 МПа (или 250 кгс/см2). Такой керамзитобетон называют тяжелым керамзитобетоном. А вот бетон на керамзите из легких пород имеет меньшую объемную массу – обычно 1000 – 800 кг/м2 и называется легким керамзитобетоном. Если керамзитобетон изготовить на искусственных легких пористых заполнителях из обожженных до спекания глиняных материалов, как, например, керамзит, аглопорит, шлаковая пемза, зольный гравий и т. п., то можно получить целую гамму легких керамзитобетонов разной объемной массы – от 600 до 1800 кг/м2. Их прочность колеблется от 7,5 до 40 МПа (75 до 400 кгс/см2).

 

1.4 Процесс изготовления  керамзитобетонной смеси

Керамзитобетонная смесь  приготовляется в смесителях принудительного  перемешивания, не допускающих разрушения зерен керамзита и изменения  их гранулометрического состава.

Длительность перемешивания зависит от виброукладываемости смеси и колеблется от 3 до 6 мин. Поскольку керамзитобетонная смесь быстро теряет удобоукладываемость, допускается выдерживание ее в форме после приготовления керамзитобетонной смеси до начала виброуплотнения не более 30 сек. При более длительном выдерживании увеличивается показатель виброукладываемости, а прочность керамзитобетона снижается.

Дозировать керамзит для приготовления керамзитобетонной  смеси нужно объемными дозаторами, при которых обеспечивается соблюдение гранулометрического состава.

Наиболее легкими по весу получаются бетоны, предельно  уплотненные на виброплощадках с  пригрузом, когда достигается наилучшее  сближение частиц заполнителя и  наибольшая прочность при минимальном  расходе цемента. Увеличение частоты колебаний виброплощадки не оказывает существенного влияния на скорость уплотнения керамзитобетона.

Установлено, что оптимальной  для уплотнения керамзитобетона  является амплитуда 0,75 мм, а длительность вибрирования не более 180 сек.

При формовании изделий в вертикальных: формах применяются пластичные смеси (виброукладываемость до 15 сек). Однако применение керамзитобетона в формах типа кассет нежелательно из-за расслоения смеси и осаждения цементного теста в нижней части формы. Для более эффективного уплотнения керамзитобетонной смеси в последнее время рекомендованы резонансные виброплощадки с нелинейными горизонтальными колебаниями, при которых почти в 5 раз уменьшается расслаиваемость керамзитобетонной смеси, прочность оказывается значительно вышепроектной марки.

 

 

2. Сырье для изготовления керамзитобетонной смеси

Для изготовления керамзитобетонной  смеси применяют следующие основные материалы.

-  вяжущее (цемент);

-  мелкий заполнитель (керамзитовый песок);

-  крупный заполнитель (керамзитовый гравий);

-  вода.

Требования к цементу:

К цементу, предъявляются  требования в соответствии с ГОСТ 10178-85:

-  массовая доля оксида магния (MgO) в клинкере не должна быть более 5%;

-  содержание хлор-иона не более 0,1%;

-  содержание оксида серы должно быть не менее 1,0 и не более 4,0% массы цемента;

-  начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 минут;

-  тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании пробы цемента сквозь сито с сеткой № 008 по ГОСТ 6613 проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы;

Портландцемент также  должен равномерно изменяться в объеме, что контролируется специальными испытаниями. Неравномерность изменения объема цемента может привести к появлению  микротрещин в растворе и бетоне и понижению их прочности и долговечности.

Качественные цементы  должны обладать повышенной стабильностью  прочностных свойств, значения коэффициента вариации активности не должны превышать 4%.

Перевозят и хранят цемент так, чтобы он был предохранен  от увлажнения, распыления и других потерь. Следует учитывать, что при хранении даже в закрытых складах активность цемента, особенно тонкомолотого, постепенно падает, так как он поглощает из воздуха влагу и углекислый газ. Как показали опыты, обычный цемент при нормальных условиях хранения через 1 мес. теряет 8 – 15 % своей активности, через 3 мес. теряет прочность до 20 %, через 6 мес. - до 30 %, через год – до 40 %. Таким образом всего через пол года хранения цементы марок от М600 до М400 превращаются в М200 и ниже.

При указании применяющегося цемента необходимо обязательно контролировать его производителя. Отечественные изготовители, как правило, гарантируют соответствие цемента требованиям стандарта в момент получения цемента, но не более чем через месяц после отгрузки. В паспорте помимо вида и марки цемента и названия завода-изготовителя указывается нормальная густота цементного теста и средняя активность цемента при пропаривании по режиму 3+6+2 ч, температуре изотермического прогрева 85±5°С и испытании через сутки с момента изготовления.

Таблица 2.1

Таблица 2.1 - Требования к цементу по ГОСТ 10178

Наименование показателя	Норма
Щелочность цементного теста не менее, %	12
Содержание щелочей (Nа2О, К20) в 1 л раствора цемента не менее , мг	75
Содержание хрома не более, %	0,1
Марка цемента	400,500
Содержание, % К2О Na2O С3S С3А	<0,8 <0,2 50…65 5-8

 

Требование к керамзитовому  песку:

К песку, предъявляются  требования в соответствии с ГОСТ 9757:

Зерновой состав песка  должен соответствовать указанному в таблице 2.2

 

Таблица 2.2 - Зерновой состав

Размер отверстий сит, мм	5	1,25	0,315	0,16	Менее 0,16
Полные остатки на ситах, %	0	20-60	45-80	70-90	10-30

 

В песке применяемого в качестве заполнителей для армированных бетонов, содержание водорастворимых  сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO₃ не должно превышать 1% по массе.

Песок, предназначенный  для приготовления теплоизоляционных  и конструкционно-теплоизоляционных  легких бетонов, должны подвергаться периодическим  испытаниям на теплопроводность.

Требования к керамзитовому  гравию:

Крупный заполнитель  – керамзитовый гравий, марка керамзитового  гравия по насыпной плотности – 500, марка по прочности П125, плотность  зёрен в цементном тесте γ_з.к. фракции 5-10 мм – 1,25 кг/л, фракции 10-20 мм – 1,19 кг/л.

Требования к керамзитовому  гравию представлено в таблице 2.3:

  Таблица 2. 3 - Требования к керамзитовому гравию

Наименование показателя	Норма
Прочность	По марке по прочности  П125
Насыпная плотность	По марке насыпной плотности 500
Плотность зёрен	Фр. 5-10 мм – 1,25 кг/л; Фр. 10-20 мм – 1,19 кг/л.
Содержание пылевидных и глинистых частиц	Не более 2% по массе
Содержание глин в  комках – 0,5%;	Не более 0,5%;
Влажность	ГОСТ 8736-85 и ГОСТ 10218-85

 

 

Требования к воде:

Вода для приготовления  бетонов должна удовлетворять требованиям  ГОСТ 23732.

Для приготовления бетонной смеси используют водопроводную  питьевую, а также любую воду, имеющую водородный показатель рН не менее 4 (т. е. некислую, не окрашивающую лакмусовую бумагу в красный цвет).

Требования к воде указаны в таблице 2.4:

Таблица 2.4

Требования к воде по ГОСТ 23732

Наименование показателя	Норма
Содержание ПАВ не более, мг	10
Содержание сахаров  и фенолов не более, мг	10
Содержание окрашивающих примесей, жиров и масел	Не допустимо
Показатель рН, не менее	4
Содержание сульфатов, более	2700 мг/л
Содержание всех солей, более	5000 мг/л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчёт состава бетонной смеси

Исходные данные для расчёта:

Цемент марки: ПЦ400-Д20. Жесткость  керамзитобетонной смеси: 5-10 с. Отношение  фракций керамзитового гравия 5-10 и 10-20: 40/60%. Плотность фракции 5-10: 1,25 кг/л; 10-20: 1,19 кг/л. Мелкий заполнитель: керамзитовый песок, плотностью 0,7 кг/л.

По таблице расход цемента составляет Ц₁ = 260 кг/м³, поправочные коэффициенты по таблице на цемент М500 равен 0,9 и при жёсткости 10 с – 0,9, по наибольшей крупности заполнителя 0,9.

Окончательный расход цемента:

Ц = 260 · 0,9 · 0,9 · 0,9 = 190 кг/м³ принимаем 200 кг/

Начальный расход воды по таблице составит В_о = 160 л/м³. Далее по таблице находим объёмную концентрацию керамзита: φ = 0,35. Расход керамзита определяем по формуле:

, кг/м³.

где γ_з.к. – плотность зёрен крупного заполнителя в цементом тесте, кг/л.

, кг/л. 

, кг/л

, кг/м³.

Определяем расход песка по формуле:

, кг/м³.

где γ_б – плотность бетона, кг/м³.

, кг/м³.

Общий расход воды определяем с учётом поправок на расходы крупного пористого заполнителя (керамзита) и цемента и на водопотребность песка:

, л 

где В₁ – поправка на водопотребность плотного песка.

, л 

, л

В₃ – поправка на объёмную концентрацию керамзита.

, л

, л

, л

Итак, получили следующий  расход компонентов для получения  керамзитобетона класса В3,5 на 1 м³.

Таблица 3

Расход компонентов  на 1 м³

№ п\п	Компоненты	Расход
1	Портландцемент М400, кг/м3:	200
2	Гравий керамзитовый, кг/м3: фракция 5-10: фракция 10-20:	170,8 256,2
3	Керамзитовый песок, кг/м3	224,4
4	Вода, л:	50 (166,8)
Всего		920

 

Данная плотность превышает  марочную Пл 900, но не превышает 5% погрешность, поэтому применяем среднюю плотность 920 кг/м³.

 

 

 

 4.Технологическая часть

4.1 Обоснование технологической схемы производства

Рассмотрим две технологические  линии по производству стеновых панелей  конвейерную.

Конвейерное производство – усовершенствованный поточно-агрегатный способ формования наружных стеновых панелей. При конвейерном способе  технологический процесс расчленяется на элементные процессы, которые выполняются одновременно на отдельных рабочих постах.

При конвейерном способе, формы с изделиями перемещаются от одного поста к другому специальными транспортными устройствами, каждое рабочее место обслуживается закреплённым за ним звеном. Для конвейера характерен принудительный режим работы, т.е. одновременное перемещение всех форм по замкнутому технологическому кольцу с заданной скоростью. Весь процесс изготовления стеновых панелей разделяется на технологические операции, причём одна или несколько из них выполняются на определённом посту.

Тепловые агрегаты являются частью конвейерного кольца и работают в его системе также в принудительном режиме (ритме). Это обуславливает  одинаковые или кратные расстояния между технологическими постами (шаг конвейера), одинаковые габариты форм и развёрнутую длину тепловых агрегатов.

Оборудование конвейеров рассчитано на изготовление определённого  вида изделий.

Конвейерный способ обеспечивает высокую степень механизации и автоматизации производства, эффективное использование производственных площадей.