Електростатичний армований бетон
2006-11-01 10:45:24
Армований бетон продовжує займати міцні позиції в ряду найважливіших будівельних матеріалів. Цьому сприяє постійна робота, спрямована на поліпшення службових і технологічних властивостей, а також техніко-економічних показників цього матеріалу. У спеціальній літературі, присвяченій промисловим електрофільтру, можна знайти зауваження про порушення нормального режиму роботи цих пристроїв [1]. Так, в електрофільтрах цементних заводів на дротяних електродах іноді утворюється не пухкий осад з цементного пилу, а міцні циліндричні бетонні стрижні з сердечником у вигляді дротяного електрода. Таке явище спостерігається в тому випадку, коли вологість проходять через електрофільтр газів, що містять цементний пил, перевищує певну величину. Такий же ефект має місце в електрофільтрах електростанцій, що спалюють вугілля. Тут щільні стрижні утворюються з золи-винесення при підвищеній вологості газів, що відходять. Ці відхилення від норми в роботі електрофільтрів стали фізико-технічною основою для розробки нового перспективного способу формування виробів з бетону [2, 3 |. З метою економії цементу вміст води в бетонній суміші прагнуть зменшити до мінімуму. Зазвичай для досягнення максимальної міцності бетону кількість води в суміші має бути від 12 до 20% від маси в'яжучого. Однак ця вимога на практиці не досягається, оскільки бетонна суміш з малим вмістом води дуже жорстка. Тому для зручності укладання бетону водоцементное ставлення (В / Ц) збільшують до 0,45-0,6. Це знижує міцність бетону. Негативний вплив надлишкової кількості води на міцність бетону загальновідомо. Для збереження міцності бетону при великому В / Ц збільшують питома витрата цементу. Якщо все ж застосовують мале В / Ц, то жорсткість бетонної суміші зменшують за допомогою різних пластифікаторів. Укладання жорстких бетонних сумішей в форму проводять з використанням інтенсивного вібрування та інших методів. Таким чином, широко застосовуються бетонні суміші на основі звичайних портландцементів рідко мають В / Ц менше 0,35-0,4. Принцип зменшення маси виробів із залізобетону за рахунок застосування ребер жорсткості і оптимальної форми поперечного перерізу деталі обмежується технологічними труднощами. Для виготовлення таких деталей необхідне застосування форм складної геометрії. Такі форми, та ще з арматурою, важко заповнювати жорсткої бетонної сумішшю. Новий метод формування тонкостінних виробів з армованого бетону з величиною В / Ц, близькою до теоретичної, заснований на використанні електростатичних ефектів і капілярних явищ. У новій технології для виготовлення тонкостінних виробів і оболонок використовують електростатичне нанесення сухих компонентів бетонної суміші на арматурно-сітковий каркас виробу. В перелік обладнання для електростатичного нанесення компонентів бетону на сітковий каркас входять: джерело високої напруги на 50-100 кВ, пістолет-розпилювач або рампа з декількома великими розпилювачами, високовольтний кабель, підключений до розпилювача, шланги, повітряний насос для пневматичної подачі до пістолета сухих компонентів бетонної суміші, ємності для цементу, піску і зміцнюючих волокон, а також насоси та форсунки для тонкого розпиленні води. Сітковий каркас виробі і один з полюсів джерела струму заземлюють. Другий полюс джерела підключають до центрального електроду пістолета-розпилювача. Таким чином, між каркасом і розпилювачем створюють електростатичне поле. Частинки сухого цементу, тонкого піску і волокон подаються на сітковий каркас вироби по шлангу повітряним потоком. При цьому порошки і волокна проходять через канал електростатичного пістолета. Тут частинки отримують електричний заряд. Під дією електричного поля і повітряного потоку заряджені частинки цементу і піску летять до заземленого сіткового каркаса і осідають на ньому, утворюючи шар сухої бетонної суміші. Відома особливість електростатичного осадження полягає в тому, що порошок покриває і тильну сторону металевої сітки. З тильного боку сітки шар порошку має меншу товщину. Електричний опір частинок цементу й кварцового піску добре відповідає електростатичної технології. Це підтверджується тим, що частинки цементу ефективно затримуються в електрофільтрах цементного заводу, осідаючи на дротяних електродах фільтра. Осадження сухої бетонної суміші відбувається до тих пір, поки провідність шару ще достатня для стікання заряду на заземлений каркас. Змочування нанесеного шару розпорошеною водою відновлює електропровідність системи і дозволяє багаторазово повторювати процес з метою нарощування шару бетону на каркасі до необхідної товщини. В одному циклі осадження товщина шару суміші може бути дорівнює кільком міліметрів. Нанесені шари сухої суміші зволожують тонкорозпиленою водою. Дозоване зволоження бетонної суміші роблять періодично або безперервно. Однак у кожному разі зволоження проводять з затримкою в декілька секунд після проходження розпилювача з сухими компонентами. Процес багаторазово повторюють. При зволоженні сухого цементу відбувається зменшення його обсягу. Це відоме явище контрактації. В результаті зменшення обсягу у вологому шарі можуть з'явитися тріщини. Тому товщину кожного шару регулюють так, щоб виключити утворення тріщин. При великих перервах між циклами нанесення бетонної суміші необхідно зволожити старий шар бетону водою. Вологий бетон має хорошу іонну електропровідність, що сприятливо для ведення електростатичного процесу. Нова технологія складається з таких процесів: - виготовлення формотворного арматурно-сіткового каркаса виробу або споруди з електропровідного матеріалу; при цьому арматурно-сітковий каркас може бути попередньо напружений; - електростатичне нанесення на сітковий каркас декількох шарів із суміші сухого цементу, піску, зміцнюючих волокон і інших матеріалів, склад і властивості кожного шару бетону можна змінювати відповідно до призначення виробу; - періодичне або безперервне дозоване зволоження компонентів бетону, що наносяться на каркас виробу, тонкорозпиленою водою або вологим паром; вода може містити спеціальні добавки; - цикли нанесення на сітковий каркас сухої бетонної суміші і води повторюють з метою досягнення необхідної товщини шару бетону на каркасі. Вода змочує частинки цементу і заповнює простір між ними. При появі тонких плівок води між частинками утворюються викривлені поверхні рідини - меніски. На меніски діють капілярні сили, які прагнуть зблизити частинки. В результаті частки бетонної суміші знаходяться під рівномірним стискає тиском капілярних сил. У капілярах діаметром кілька мікрометрів тиск, сближающее частинки, може досягати 0,5-1 МПа. В результаті відбувається ущільнення часток бетонної суміші. При стікання електричного заряду і частковому випарі води ущільнення консолідованих мінеральних часток не порушується, тому що цьому перешкоджають сили адгезії і процес утворення цементного каменю. Основна перевага нового методу формування виробів з бетону - відносна кількість води в бетоні можна точно регулювати відповідно до маркою цементу і призначенням споруди. Друга перевага - навіть для виробів складної геометрії процес ведуть без застосування опалубки або форми. При цьому процес осадження відбувається спокійно, без ударів і динамічних навантажень на сітковий каркас, як це буває при торкретуванні. Третє істотна відмінність - можна отримувати бетон, що складається з декількох шарів різного складу. При цьому кожен шар може мати задані властивості. Наприклад, шар, близьке до арматури, роблять такого складу, щоб забезпечити максимальну величину рН. Це необхідно для гарного захисту сталевої сітки від корозії. Спеціальний шар бетону може містити вуглецеві волокна. Такий шар здатний виділяти тепло при пропущенні через нього електричного струму низької напруги і, наприклад, нагрівати підлогу і стіни приміщення. Зовнішній шар бетону роблять високої щільності для зниження його водопроникності. Для отримання водонепроникного шару бетону можна також додавати в розпорошувати воду розчинні полімерні добавки. При необхідності тонкий зовнішній шар може бути зроблений з бетону білого або іншого кольору. Таким чином, в технології бетону з'явилася можливість замінити труднощі роботи з жорсткою бетонною сумішшю на більш просту задачу. Вона полягає в точному дозуванні оптимальної кількості води для обраної марки цементу. Далі потрібно ввести цю кількість води в розпиленому вигляді в суху бетонну суміш при електростатичному формовании вироби. При цьому роблять поправку на ту кількість води, яка буде втрачено при розпилюванні і випаровуванні. Вищеописані вироби з бетону для простоти умовно будемо називати електростатичним бетоном. Як формотворною основи для виготовлення виробу або споруди використовують металевий сітковий каркас заданої конфігурації. Основою сіткового каркаса є сталева арматура. Для виготовлення сітки можуть бути використані різні матеріали: сталевий дріт, металізовані базальтові волокна, волокна з лугостійкою скла з електропровідним покриттям, вуглецеві волокна та ін При серійному виготовленні з бетону тонкостінних деталей складної форми як каркаса може бути використана сталева сітка або перфорована тонколистова сталь . Такі каркаси для серійного виробництва раціонально робити штампуванням. Технологія електростатичного бетону може бути досить продуктивною. Для цього використовують джерела струму високої напруги відповідної потужності та пневматичні пристрої для подачі великої кількості сухої бетонної суміші до спорудження. При будівництві великих оболонок з армованого бетону використовують рампу з кількома електростатичними розпилювачами великої продуктивності. Рампу переміщує телескопічна рука, що встановлюється на автомобільне шасі. Застосування нового способу особливо вигідно при виготовленні великих тонкостінних конструкцій складної форми з армованого бетону. Це можуть бути оболонки і перекриття різної форми, тонкостінні резервуари, опори ліній електропередачі, водоводні труби великого діаметра, перфоровані багатошарові звукопоглинальні панелі для огородження автомобільних доріг, а також різні об'єкти малої архітектури - зупинки міського транспорту, криті автостоянки, торгові павільйони і т. д . Можлива область застосування технології електростатичного бетону - це виготовлення бетонних мембран подвійної кривизни з попередньо напруженим арматурно-сітковим каркасом. Площа таких мембран може перевищувати 100 м2. Способи натягу мембран подвійної кривизни перевірені практикою при будівництві архітектурних об'єктів різного призначення з використанням сучасних технічних тканин і конструкційних полімерних плівок в Німеччині, Англії, США, країнах Близького Сходу | 4]. З метою виготовлення мембран з електростатичного бетону використовують натягнуту металеву сітку. За допомогою системи щогл і канатів сітку навантажують так, щоб отримати мембрану потрібної геометричної форми. На натягнуту сітку наносять електростатичний бетон необхідної товщини. Після набору бетоном заданої міцності мембрану розвантажують. Один комплект стійок, блоків і натяжних систем використовують для виготовлення великої кількості однотипних мембран з армобетонних. З таких мембран можна споруджувати перекриття великої площі. Поєднання мембран з електростатичного бетону і прозорих або напівпрозорих сучасних технічних тканин і полімерних плівок відкриває нові можливості для сучасної архітектури. Зазначені матеріали мають гарну світлостійкістю, міцністю і пожежною безпекою. Термін їх служби досягає 25-30 років [5]. Виготовлення великої кількості однотипних виробів з електростатичного армованого бетону може проводитися на заводській лінії, що складається з ряду однотипних технологічних камер. У камерах проводять послідовно електростатичне нанесення сухої бетонної суміші на каркас, зволоження суміші розпорошеною водою або парою. Далі наносять наступні шари і виробляють витримку виробів. Технологія електростатичного бетону нагадує торкретування. Однак нова технологія має принципові відмінності. При електростатичному процесі осадження сухої суміші на формотворний каркас відбувається без удару, спокійно і рівномірно. Тому в новій технології опалубка не потрібна. Це дозволяє використовувати для електростатичного бетону тонкий сітчастий каркас або просторову модель з тонкого електропровідного матеріалу. Як зазначено вище, електростатичний бетон може мати мінімальну величину В / Ц, що при торкретуванні отримати складно. Проте в деяких випадках торкретування може застосовуватися разом з технологією електростатичного бетону. Для цього спочатку споруджують тонку оболонку за допомогою електростатичної технології. Далі після набору бетоном необхідної міцності товщину оболонки збільшують методом торкретування. Представляє інтерес дослідження можливості застосування технології електростатичного бетону для зовнішньої обробки та ремонту стін будівель. Таке покриття можливо з застосуванням армуючої електропровідної сітки або без неї. Тут залучаємо 'можливість наносити на стіни будівлі рівний тонкий шар бетону або штукатурної суміші заданого складу. Перевага способу полягає в тому, що електростатичне покриття може точно копіювати рельєф стіни, що важливо при ремонті та реставрації старовинних будівель з багатим рельєфним декором. Товщина покриття з електростатичного бетону для таких випадків може бути від 2 до 20 мм. Реалізація технології електростатичного бетону дає можливість отримати наступний техніко-економічний ефект: – знизити, питома витрата цементу в виробах і спорудах з армованого бетону за рахунок застосування мінімального В / Ц, так як технологія дозволяє впритул наблизити величину В / Ц бетону до "теоретичної межі; – виготовляти полегшені вироби з армованого бетону з тонкими стінками і розвиненими ребрами жорсткості; – електростатичний бетон може бути багатошаровим, при цьому кожен шар бетону може мати задані службові властивості; – нова технологія не вимагає застосування опалубки і форм, тому вона економічно особливо ефективна при будівництві великих оболонок складної форми; – електростатична технологія бетону може дати істотний позитивний екологічний ефект в будівництві в результаті зниження витрати цементу, металу і енергії на їх виробництво. Автори будуть вдячні за пропозиції, спрямовані на виконання спільних досліджень технології і властивостей електростатичного бетону.
ДЖЕРЕЛО: Будівельні матеріали