Ресурсосберегающие технологии при производстве сборного железобетона

Проблема экономии энергоресурсов возникла во второй половине нашего столетия. В последние годы к ее решению начали подхо­дить на научной основе - комплексно и всеобъемлюще. Бездумное расходование природных ресурсов: угля, нефти, газа, вырубка ле­сов (испозование древисины как сырье для промышленности), постоян­но возрастающее потребление энергии - все это население планеты расходует на свои бытовые нужды, а бурно развивающаяся промышлен­ность - на технические.

Обострению этой проблемы способствовало поднятие цен на нефть и газ международными нефтяными концернами, что позволило им резко увеличить свои прибыли. Разразился так называемый энергети­ческий кризис. Сегодня как никогда встает вопрос об экономии энергоресурсов и рациональном их использовании во всех областях человеческой жизни.

В отечественной промышленности одним из значительных потре­бителей топлива и энергии является строительство, а среди его от­раслей - предприятия сборного железобетона, которых в стране нес­колько тысяч. Анализ работы этих предприятий показал, что потреб­ление ими энергии может быть существенно уменьшено. Почти в любом производстве имеются реальные резервы экономии энергии. Если выя­вить эти резервы и более рационально организовать технологичес­кие процессы, то потребление энергии можно сократить, по крайней мере, в 1,5 раза. Это даст народному хозяйству страны огромный экономический эффект.

Бетон, обладая многими замечательными качествами, в то же время относится к весьма энергоемким материалам. По данным ЦСУ, на производство 1 куб. м. сборного железобетона в среднем расходуется 470 тыс. ккал; на производство отдельных конструкций на полиго­нах, а также при несовершенных технологических процессах этот расход возрастает до 1 млн. ккал и более. Если учесть, что годовая потребность в энергоресурсах промышленности сборного железобето­на составляет примерно 12 млн. т условного топлива, то становится ясно, что даже небольшой процент его экономии высвободит большое количество топлива для других целей народного хозяйства. Потреб­ность в энергоресурсах для производства 1 куб. м сборных железо­бетонных изделий не учитывает  расхода энергии, необходимой для производства составляющих бетона (цемента, заполнителей) и арма­туры, отличающихся еще большей энергоемкостью.

Рассматривая проблему рационального расходования энергии при производстве сборного железобетона с позиций народного хозяйс­тва, необходимо учитывать затраты энергии, расходуемой на произ­водство цемента и арматуры. Это наиболее дорогостоящие, дефицитные и энергоемкие материалы, и грамотное их использование, исключающее перерасход топлива, приведет к экономии энергоресурсов.

Экономия цемента - это одна из самых острых проблем совре­менного отечественного строительства. Существуют реальные пути уменьшения потребления цемента строителями.

Наибольший перерасход цемента наблюдается в бетонах, приго­товленных на некачественных заполнителях. Так, использование песчано-гравийных смесей влечет за собой увеличение расхода цемента до 100 кг/куб. м. Это делается только для того, чтобы получить бе­тонную смесь необходимой пластичности и обеспечить нужную марку бетона по прочности. Долговечность же его (в частности, морозос­тойкость), как правило, низкая, и бетонные конструкции при перемен­ном замораживании и оттаивании разрушаются довольно быстро При­готовление же бетона на чистых и фракционных заполнителях требу­ет наименьшего количества цемента и обеспечивает высокое качест­во конструкций.

Значительной экономии цемента можно достигнуть путем пра­вильного проектирования состава бетона, не завышая его марку, для того, чтобы бетон как можно скорее достиг требуемой прочнос­ти. Можно также существенно сократить расход цемента благодаря введению в бетонную смесь высокоэффективных пластифицирующих до­бавок (суперпластификаторов). Промышленность начала их выпускать специально для изготовления бетонов. К таким добавкам относится С-3,разработанная в НИИЖБе совместно с другими организация­ми. Благодаря разжижающему действию добавки С-3 становится воз­можным уменьшить расход цемента на 20% без ухудшения основных физико-механических характеристик  бетона. Если учесть что при введении добавки сокращение расхода цемента на каждый кубометр сборных изделий в среднем составит 50-60 кг, то благодаря этому расход топлива значительно уменьшится.

На заводах имеют место заметные потери согласно расчетам на нагрев 1 куб. м бетона в стальной форме до 80 градусов (температура изотермического выдерживания) требу­ется примерно 60 тыс. ккал. Поскольку нагрев происходит постепен­но - со скоростью не более 20 градусов в час, то этот процесс не­минуемо сопровождается значительным выделением тепла в окружаю­щую среду. При исправном оборудовании, необходимом для термообра­ботки изделий, эти потери достигают 150 тыс. ккал, что в 2-2,5раза больше полезно затраченного тепла. При неисправном или небрежно эксплуатируемом оборудовании, а также при неоправданно завышенной длительности термообработки к потерям обязательным (планируе­мым)добавляются потери, непроизводительные Они колеблются в весь­ма широких пределах и на некоторых заводах достигают почти 200 тыс. ккал на куб. м бетона. Таким образом, суммарные теплопотери в несколько раз превышают количество тепла, затраченного на нагрев бетона с формой.

Сократить теплопотери при термообработке изделий можно не допуская неисправности в работе оборудования. Пропарочные ямные камеры очень часто работают с неисправны­ми крышками - не действуют или плохо действуют водяные затворы, в результате чего наблюдается перекос крышек, это приводит к боль­шим потерям пара. В цехе для работающих создаются неблагоприятные гигиенические условия, высокая влажность способствует быстрому корродированию металлических конструкций, оборудования. Избежать больших потерь тепла можно путем своевременного ремонта и профи­лактического осмотра камер.

Исследования, проведенные сотрудниками НИИЖелезобетона пока­зали, что суммарные потери тепла в ямных камерах в процессе обра­ботки изделий доходят до 70% от общего расхода тепла на термооб­работку изделий. Причина такого положения - устройство стенок и днища камер из тяжелого бетона, отличающегося высокой теплопрово­димостью. Положение это можно исправить только совершенствованием конструктивного решения камер. Такие решения разработаны ВНИИЖе­лезобетона.

Одно из таких решений заключается в замене тяжелого бетона керамзитобетоном. В этом случае можно снизить теплопотери пример­но на 50%.Если ограждения ямных камер делать из такого бетона, но с внутренними пароизоляцией и теплоизоляцией, то теплопотери мож­но снизить в 3 раза. Аналогичного эффекта можно добиться при уст­ройстве стен камер из тяжелого бетона с несколькими воздушными прослойками.

Серьезного внимания заслуживает стендовая технология изго­товления сборных плоских железобетонных плит. По этой технологии в виде пакета изготовляется сразу несколько изделий, разделенных тонкими прокладками из стального листа или пластика с вмонтиро­ванными в него электронагревателями. Расположенные между изделия­ми электронагреватели практически все тепло отдают в обе сторо­ны, т.е. изделиям, так что теплопотери в окружающую среду происхо­дят только через торцы, поверхность которых невелика.

Применение пакетного метода изготовления и термообработки плоских железобетонных изделий оказало большое влияние на орга­низацию всего технологического процесса производства сборного железобетона. Вместо обычных форм начали использовать формы с си­ловыми бортами и плоским дном, которые значительно менее металло­емки. Изменились и многие технологические операции. Все это спо­собствовало увеличению продукции на тех же производственных пло­щадях в 1,5-2 раза, уменьшению металлоемкости оборудования на 30-35%,повышению производительности труда на 10-15%.Но главное ­появилась возможность резко снизить энергопотребление на тепловую обработку изделий. Есть все основания полагать, что пакетный спо­соб термообработки сборных железобетонных изделий по достоинству будет оценен производственниками и получит широкое применение на заводах ЖБИ.

В настоящее время разработан целый ряд методов электротермо­обработки бетона при изготовлении сборных железобетонных изделий на заводах. Одним из наиболее экономичных (с точки зрения затрат энергии) способов электротермообработки бетона является способ электропрогрева или электродного прогрева, т.е. включение бетона в электрическую цепь как бы в качестве проводника. При этом электрическая энергия превращается в тепловую непосредственно в самом бетоне,что сводит к минимуму всякого рода потери. В зависи­мости от мощности электрического тока можно нагреть бетон до температуры 100 градусов, причем за любой промежуток времени - от нескольких минут до нескольких часов. Таким образом, появились ши­рокие возможности выбирать оптимальные режимы термообработки из­делий и благодаря этому обеспечить высокую производительность технологических линий.

В последние годы за рубежом широко рекламируется метод предварительного разогрева бетонных смесей непосредственно в смесителях с помощью пара: в смеситель загружаются заполнители и цемент и в процессе их перемешивания подается пар. Нагревая бе­тонную смесь, пар охлаждается и конденсируется. Количество поедаемого пара рассчитывается таким образом, чтобы после его полной конденсации водоцементное соотношение бетона соответствовало проектному. В смесителе бетонная смесь нагревается до температуры не более 60 градусов, после чего подается к месту формования из­делий.

ТЕХНОЛОГИИ ЭКОНОМИИ ЦЕМЕНТА

Цемент - один из наиболее широко применяемых, важных и дефи­цитных строительных материалов, и хотя в нашей стране ежегодно выпускается достаточное количество цемента, его нехватка постоян­но ощущается. Причина не только в том, что масштабы строительства огромны - в большей степени дефицит цемента зависит от его из­лишнего расхода при приготовление бетонов и растворов, от сверх­нормативных его потерь при транспортировке и хранении.

Одна из главных причин перерасхода цемента - необеспечен­ность высококачественными заполнителями и потеря им активности при неудовлетворительном хранении. Высокоактивные цементы при хранении в открытом виде (не в герметичной таре) быстро вступают в реакцию с содержащейся в воздухе влагой, в результате чего их марка снижается..

Неудовлетворенно обстоит дело и с транспортированием цемен­та. Перевозка цемента в крытых вагонах, навалом приводит при его разгрузке и перегрузке к значительным потерям. К тому време­ни, когда цемент дойдет до смесителя, потери его превышают норма­тивные (равные 1%)в несколько раз.

Специалисты считают, что можно сократить расход цемента (и при этом повысить качество и долговечность конструкций), если приготовлять бетон из чистых фракционированных заполнителей. Ор­ганизация производства таких заполнителей потребует значительных капиталовложений, но для народного хозяйства это значительно вы­годнее по сравнению с затратами на ремонты и замену железобетон­ных конструкций, часто выходящих из строя значительно раньше сро­ков, на которые рассчитана их эксплуатация. В зарубежной строительной практике ни одна фирма не производит бетон на заполните­лях одной фракции 5-20 мм. Например, в Финляндии он готовится на четырех фракциях чистого крупного заполнителя и двух фракциях ­мелкого. При этом однородность выпускаемого бетона настолько вы­сока, что его прочность определяется по испытанию одного образ­ца: фирма, производящая бетон, гарантирует его марочную прочность.

       Мощным средством экономии цемента являются химические добавки, и в первую очередь пластификаторы. До недавнего времени в нашей стране в качестве пластифицирующих добавок применялись разного рода отходя  промышленности. Как правило, эффект от дейс­твия таких добавок был невысок, их химический состав часто не стабилен. Отечественная промышленность специально для бетонов на­чала выпускать эффективную пластифицирующую добавку - суперплас­тификатор С-3,котороая по своему действию не уступает лучшим за­рубежным образцам аналогичного класса, а по стоимости в 5-6 раз дешевле. При введении в бетон этой добавки можно сэкономить до 20% цемента (при неизменной пластичности бетонной смеси). Не сни­жая расход цемента и не увеличивая пластичности бетонной смеси, но, снизив ее водоцементное соотношение, можно повысить проч­ность бетона на 20-25%.

Эффективность цемента можно повысить (а, следовательно, сни­зить его расход), увеличив тонкость его помола. На предприятиях сборного железобетона для того, чтобы бетон как можно скорее дос­тиг распалубочной прочности, часто идут на завышение марки бетона путем увеличения расхода цемента. Можно избежать этого, если ис­пользовать вяжущее более тонкого помола: на таком вяжущем тверде­ние бетона в раннем возрасте производит быстрее. Можно сэкономить цемент и другим путем: ввести в цемент песок, известняк или ка­кой-либо другой наполнитель и с ним осуществить помол цемента. Од­нако, как показывают исследования, при этом марка вяжущего снижа­ется, хотя и не совсем в прямой пропорции от количества введенно­го заполнителя. Для получения бетона марок до 200 и даже выше та­кое вяжущее вполне приемлемо. В зависимости от количества введен­ного заполнителя (30-50%)можно сэкономить до 50% цемента. Эффект может еще большим если применить суперпластификаторы.

Определенные резервы уменьшения расхода цемента имеются в раздельной технологии приготовления бетонной смеси. Хотя этот ме­тод давно известен, однако до сих пор не нашел применения в тех­нологии бетона. Для получения желаемого эффекта прежде всего, не­обходимы высокоскоростные смесители емкостью, соответствующей ко­личеству раствора, необходимого на один замес бетонной смеси в обычном смесителе.

В Японии раздельный метод приготовления бетона применяется с успехом. Компактный турбулентный смеситель, необходимый для тако­го метода, смонтирован там непосредственно на основном бетоносме­сителе, и их производительность полностью увязана между собой.

Отмечается, что один из больных вопросов проблемы экономии цемента - его потери при транспортировании хранении, значительно превышающие нормативные. Нельзя допускать доставку цемента в ва­гонах навалом, разгружать его вручную, хранить навалом под навеса­ми и в сараях, транспортировать с большим количеством перегрузок с одного вида транспорта на другой. Особенно велики потери цемен­та при доставке в районы, где нет железных дорог и его приходится перегружать с железнодорожного транспорта на речной, а затем на автотранспорт. Этого можно избежать, если в такие районы достав­лять не цемент, а цементный клинкер, качество которого не теряется при транспортировании и хранении. На месте его можно помолоть и всегда иметь свежий цемент высокой активности.

Имеются и другие пути экономии цемента - применение высоко­качественных форм для контрольных образцов, учет последующего на­растания прочности бетона рациональные подборы составов бетонов и растворов, применение автоматических устройств по дозированию составляющих и т.д. Если все это внедрить в производство и пра­вильно использовать, проблема дефицита цемента была бы снята, так как это дало бы дополнительно не менее 30% цемента от производи­мого его объема.