Ресурсосберегающие технологии при производстве бетона

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.