СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ИНДУСТРИАЛЬНОГО ДОМОСТРОЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
, Технический университет Молдовы
Для строительной отрасли экономики в качестве особо актуальных для нашего времени определились недостатки используемых методов повышения энергоэффективности объектов строительства, большие расходы пресной воды на приготовление строительных смесей, недоиспользование потенциальных прочностных характеристик минеральных вяжущих веществ, отсутствие оптимальных технических решений по основным материалам, значительные трудовые затраты и др. Всё это существенно сказывается на итоговых экономических показателях.
Для решения упомянутых проблем строительная отрасль будет вынуждена осваивать новые технологии, материалы и оборудование. В этом плане наиболее апробированными и перспективными являются индустриальные методы.
Идея индустриального строительства предусматривает два пути реализации: машин и механизмов в сочетании с поточными методами организации работ на стройплощадке; перенос на заводе большей части построечных работ. При бесспорной правомерности обоих путей, второй даёт наибольшие возможности развития.
Акт переноса стройработ в заводские условия позволяет применить новые материалы, технологии, технику, конструктивные решения, то есть выйти на более высокий качественный уровень. Доминирующее значение второго пути ни в коей мере на исключает совершенствование организации работ непосредственно на стройплощадке.
Индустриализация строительства в высокой степени воплощена в полносборных вариантах – крупноблочном (КБД), крупнопанельном (КПД), объёмно-блочном (ОБД) видах домостроения. Отдельные крупные сборные элементы, включая объёмные блоки, успешно используются в традиционных формах домостроения.
ОБД имеет свою специфику и принципиальные отличия от всех других методов. Сущность различия заключается в том, что здесь основной монтажной единицей является изготовляемый в заводских условиях элемент объёма здания, а не его плоскости.
Однако опыт серийного ОБД показал, что у этого метода худшие технико-экономические показатели, нежели у более упрощённого КПД. Оказалось, что наиболее трудные проблемы индустриального домостроения и, прежде всего, ОБД находятся в сфере заводского производства, где используется медленно твердеющий портландцементный бетон, а также в сложных методах перевозки и монтажа изделий.
Отсюда следует, что многие проблемы индустриального домостроения могут быть решены при разработке технологии заводского производства элементов с разумным применением быстротвердеющих материалов и совершенствовании методов их перевозки и монтажа. Для обновления технологической основы индустриального домостроения потребовалось создать и научно обосновать методы определения и систематизации его проблем, а также разработки вариантов решений с переходом к усовершенствованным формам производства изделий и строительства с их применением.
При определяющей инженерной направленности настоящей разработки, автору и его коллегам потребовалось провести теоретические исследования по ряду научных дисциплин, создавая обоснование методов совершенствования инновационных технологий в области индустриального домостроения. В качестве базовой методологии выявления, анализа и выбора альтернатив решения проблем в избранном направлении в настоящей работе принят системный анализ. С целью использования системных методов нами были проведены соответствующие исследования и внесены использованные в данной работе предложения.
Начиная с 70-ых годов, были опубликованы наши предложения по системному анализу в технологических разработках, применительно к индустриальному строительству. Была предложена новая технологическая система - генеральная технология, развиты идеи системно-морфологического анализа проблем маркетинга и реинжиниринга.
Мощное развитие инновационных технологий в конце прошлого – начале нынешнего веков, рывок ряда передовых отраслей экономики и отставание других – громоздких, сложных, консервативных, но абсолютно необходимых для общества, включая строительство, потребовали иного подхода к содержанию и определению важнейших методов системного анализа проблемных ситуаций. Помимо расширения представления о системах до уровня технологий, нами предложена методика ранжирования проблем и декомпозиции главной (ключевой) проблемы, разработана обновлённая методика выбора альтернатив решения проблем, включая превентивный поиск противоречий в системе и нанесения по ним упреждающего удара, позволяющего в различной степени ликвидировать их, устранив образование ключевой проблемы.
В развитие теории системного анализа проблемных ситуаций, была отработана конструкция системы, порождающей варианты решения проблем применительно к индустриальному домостроению. Анализ показал, что известные методы решения подобных проблем не дают существенных результатов. Потребовалось найти нетрадиционные технологические решения, то есть установить направления их создания на уровне изобретений – это определил системный анализ к решению назревших проблем индустриального домостроения.
Системно рассматривая организационно-технологические аспекты производства и транспортирования индустриальных изделий, была разработана концепция оценки и выбора технологий. Она включает группы критериев различного уровня значимости – стратегические обязательные и дополнительные основные, региональные. Сформированные в систему и оцененные количественно они позволят научно обоснованно установить обобщённую значимость конкретной технологии.
На основе разработанной методики, позволяющей обработать и выбрать варианты решения проблем, в том числе для ОБД как основного объекта исследования были определены основные проблемы и предложены альтернативы их решения. Причём подтвердилось первоначальное мнение – наиболее весомыми в качественно-количественном представлении являются проблемы заводского производства, обусловленные естественным свойством медленного твердения портландцементного бетона.
Технологический парадокс здесь заключается в том, что чем больше устройств для ускоренного твердения такого бетона используется в производстве, тем скромнее экономический результат. У технологов пока не получилось преодолевать естественное свойство портландцементного бетона – твердеть медленно – и быстро достичь распалубочной прочности, дабы освободить громоздкие и весьма дорогие формы изделий.
Что же делать? Ответ напрашивается сам собой – необходимо подобрать материалы, которые схватываются и твердеют быстро потому, что это их естественное свойство. В качестве наиболее приемлемых материалов нами рассматривались гипсоцементно-пуццолановые (ГЦПВ) и композитные гипсовые (КГВ) вяжущие. Кроме того, проведены работы по совместному использованию в изделиях вышеупомянутых вяжущих и полуфабрикатов из базальтового сверхтонкого волокна (БСТВ).
Изложенное не означает, что, не корректируя конструкции индустриальных изделий, можно просто заменить портландцементный бетон на гипсосодержащие материалы. Отнюдь нет, пришлось пересматривать всё, оставив основную идею. Исходили из того, что в индустриальном домостроении, которое фактически остановилось в развитии, достигнув уровня КПД, образовался своеобразный организационно-технологический барьер, для преодоления которого стереотипные методы неприемлемы.
Применительно к ОБД, где наиболее сложным и ресурсоёмким изделием является объёмный блок, в пространственный элемент из быстротвердеющих гипсосодержащих материалов логично объединить потолок, стены и перегородки (тип «колпак»). Плиту пола – своеобразное «шасси» объёмного блока – можно отформовать из железобетона. Кроме того, блок необходимо дополнить несущими элементами, которые станут составляющей частью каркаса здания (металл, железобетон).
Совершенно необходимым было признано направление на создание принципиально новых смесительных устройств. Как известно, обычные устройства такого рода малоэффективны – значительный расход энергии, а - логично большой расход качественной пресной воды, которую потом приходится выпаривать и т. д.
Смесительные реакторы, разработанные нами в последние годы, основаны на принципе кавитационно-струйного смешивания гипсосодержащих и других минеральных вяжущих с водой, в том числе водой с повышенным содержанием минеральный солей, включая морскую. При этом в смесительном реакторе происходит физико-химическая активация материала на наноуровне. Активированная смесь по ходу процесса поризуется до заданного уровня, а при необходимости в отдельном агрегате часть её или весь объём смешивается с заполнителями, включая фибру. Таким образом можно одновременно производить формовочные смеси различных составов, изготовляя изделия необходимой плотности и прочности.
При больших объёмах производства конструкция представленных объёмных блоков появляется возможность собирать их конвейерным способом. Мы сознаём, что индустриальное домостроение, прежде всего, необходимо для массового, особенно социального строительства, а оно нужно будет всегда, при любых формах общественного устройства государств, тем более для такой страны как Россия.
Однако изготовить эффективные строительные изделия – это часть общего дела. Их надо доставить на строящиеся объекты, смонтировать и т. д. Отсюда вытекает исключительно значимая проблема бездефектного транспортирования и монтажа индустриальных изделий. Этому вопросу в нашей разработке уделялось значительное внимание. В составе общесоюзной программы «Термоплан», где разрабатывалась генеральная технология суперблочного строительства на основе ГЦПВ и специальные транспортно-монтажные аэростатические летательные аппараты, совместно с МИСИ (МГСУ) и лично , мы отрабатывали технологии суперблоков, а также совместно с МАИ облик и принципиальные конструктивные решения воздушных транспортёров. Первый опытный образец машины-диск диаметром 40 м и высотой по центру 12 м – был изготовлен в Ульяновске в 1991 году.
А ещё раньше, в октябре 1961 года в Кишинёве была впервые разработана и запущена опытно-промышленная линия объёмных блоков санузлов и инженерных коммуникаций на ГЦПВ при консультации коллег из МИСИ (МГСУ) и личной поддержке . В 1972 году в НИИСК (Киев), с участием МИСИ (МГСУ), других организаций, включая наше участие, были изготовлены и успешно испытаны объёмные блоки размерами на комнату из керамзитобетона на ГЦПВ.
В конце 80-ых годов руководство Молдавии по нашему предложению приняло принципиальное решение о создании предприятия ОБД на основе ГЦПВ. Очень жаль, что эта идея по известным причинам не была реализована. В 90-ых годах мы смогли построить в Москве технологическую линию, где был успешно реализован пионерный проект кавитационно-струйного смешивания ГЦПВ с водой и изготовлялись стеновые блоки и плиты.
Технико-экономические показатели некоторых предлагаемых изделий на гипсосодержащих материалах в сравнении с аналогами, применительно к условиям Молдовы, приведены в таблице. Мы оставляем без комментариев эти данные, они и так достаточно красноречивы.
Сопоставление предложенных изделий с аналогами | ||||||||
№ п/п |
| Ед. изм. | ГЦПВ (КГВ) по предложению | Пильный известняк (котелец) | Кирпич керамический пустотелый | Пенобетон | Гипс (для внутренних элементов) | Керамические пустотельые блоки |
Показатели | ||||||||
Стеновые блоки | ||||||||
1. | Плотность | кг/м3 | 800 | 1800 | 1400 | 800-900 | 1000 | 1000 (без пустот) |
2. | Прочность на сжатие | МПа | 12,0-14,0 | 3,5 | 10,0 | 2,5-3,0 | 4,5 | 11,0-12,0 |
3. | Толщина наружных стен из изделий (для Молдовы) | мм | 400 | 400-100 (тепло-изол.) | 250-100 (тепло-изол.) | 400 (штукатурка) | - | 400-100 (тепло-изол.) |
4. | Масса 1 м2 наружной стены | кг | 220 | 450 | 310 | 280 | - | 450 |
5. | Стоимость (с отделкой) | %/м2 | 100 | 160 | 155 | 145 | - | 600 |
Панели несъёмной опалубки | ||||||||
6. | Стоимость | %/м2 | 100 | - | - | - | - | 140 |
Плиты перегородок | ||||||||
7. | Толщина | мм | 80 | - | - | 800-100 | 80 | - |
8. | Стоимость | %/м2 | 100 | - | - | 170-180 | 190 | - |
Материал для изделийЛитература
По теме доклада автор индивидуально и совместно с коллегами опубликовал более 130 основных научно-инженерных трудов, включая 3 монографии, более 40 патентных документов и сертификатов на интеллектуальную собственность и др. в СССР, России, Молдове, США и т. д.
Разработки представлялись на специализированных выставках и конференциях в СССР, России, Молдове. Венгрии.
