Механизированная технология штукатурных работ при отделке помещений растворами на основе сухих смесей

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МЕХАНИЗИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ШТУКАТУРНЫХ РАБОТ ПРИ ОТДЕЛКЕ ПОМЕЩЕНИЙ РАСТВОРАМИ НА ОСНОВЕ СУХИХ СМЕСЕЙ

Специальность 05.23.08 - Технология и организация строительства

Тишкин Дмитрий Дмитриевич

Санкт-Петербург - 2011

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Актуальность работы. В рамках приоритетного национального проекта «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» Правительством Российской Федерации поставлена задача увеличения темпов жилищного строительства с обеспечением доступным жильем молодежи, а также выполнения обязательств перед льготными категориями населения, ветеранами и инвалидами. Мировой экономический кризис отрицательно отразился на росте темпов развития строительного комплекса РФ, в связи с этим строительные организации были вынуждены пересматривать свои стратегии развития с тем, чтобы выполнить обязательства по возведению объектов строительства. Для повышения конкурентоспособности на строительном рынке подрядные организации стали снижать производственные издержки путем использования экономичных материалов, а также энергоэффективных технологий и рациональных высокопроизводительных методов производства работ.

В объеме строительных работ важное место занимают отделочные работы, в составе которых значительный удельный вес падает на работы по оштукатуриванию стен помещений. Достижение высоких технико-экономических показателей этого вида работ возможно за счет высокой степени их механизации.

Для механизации штукатурных работ существует спектр машин, которые позволяют выполнять отдельные процессы без применения ручного труда. Использование мобильных штукатурных станций, растворонасосов значительно снижает трудоемкость процесса оштукатуривания, исключает из разряда ручных операций перемешивание компонентов смеси, затворение сухой смеси водой, подачу ее в рабочую зону, нанесение на поверхности оштукатуриваемой конструкции, однако финишные процессы разравнивания, затирания и заглаживания имеют низкую степень механизации, и выполняются вручную.

Существуют способы и устройства, которые позволяют механизировать процессы разравнивания и заглаживания поверхности штукатурного слоя. Эти устройства имеют вид опалубочных систем и формируют штукатурный слой путем нагнетания в зазор между стеной и опалубкой растворной смеси через напорный шланг. Однако внедрение в производство предложенных решений не стало возможным ввиду их технологического несовершенства и громоздкости применяемого оборудования.

Таким образом, существует потребность в разработке более совершенных технологических решений с применением средств комплексной механизации и наиболее рациональных в данном случае сухих строительных смесей, обеспечивающих высокую производительность, снижение стоимости оштукатуривания стен, уменьшение трудоемкости работ при высоком качестве поверхности и структуры штукатурного слоя.

На основании вышесказанного можно заключить, что задача разработки рациональной по целому ряду рассмотренных показателей комплексно-механизированной технологии оштукатуривания стен с применением растворов на основе сухих смесей является актуальной.

Основополагающими для настоящего диссертационного исследования явились работы Атаева С.С., Бадьина Г.М., Баулина Я.Н., Беликова Н.А., Белоусова Е.Д., Верстова В.В., Егоровой С.П., Завражина Н.Н., Левинского А.М., Ловецкого Л.В., Мещанинова А.В. , Марчукова Н.С., Онищенко А.Г., Панарина С.Н., Паперного М.А., Петракова Б.И., Рейхеля О.М., Семенова А.Я., Тамбиева Х.М., Тимощука О.А., Хайковича Д.М. и др.

Целью диссертационной работы является проведение исследований, направленных на совершенствование и отработку конструктивных и технологических решений устройства монолитных штукатурных покрытий стен при отделке помещений механизированным способом с применением унифицированной переставной полимерной штукатурной опалубки и растворов на основе сухих гипсовых смесей при рациональных параметрах технологического процесса.

В соответствии с определенной целью были сформулированы следующие задачи исследования:

- выполнить сравнительный анализ существующих технологий устройства монолитных штукатурных покрытий с использованием средств механизации, комплексно-механизированных технологий, а также методов оштукатуривания, актуальных для современного строительства;

- разработать более совершенные технологические решения производства штукатурных работ с применением средств комплексной механизации и предложенной в ходе исследований унифицированной переставной полимерной штукатурной опалубки;

- разработать усовершенствованный способ подачи штукатурного раствора в зазор между стеной и опалубкой, отвечающий критерию минимально возможного давления, оказываемого на поверхность опалубки;

- рассмотреть теоретическую и физическую модели происходящих процессов;

- провести экспериментальные исследования предложенных решений при этом определить рациональные режимы подачи раствора в полость, образованную поверхностями стены и опалубки, исходя из минимального давления раствора, действующего на опалубочный щит, с обеспечением высокого качества поверхности, однородности и прочности полученного штукатурного слоя;

- обосновать эффективность новых технологических решений устройства монолитного штукатурного покрытия, подтвердить целесообразность их применения на практике и определить технико-экономический эффект от их применения;

- разработать технологический регламент по реализации новой технологии производства штукатурных работ при отделке помещений зданий.

Объект исследований - строительные технологические процессы устройства монолитных штукатурных покрытий при отделке помещений комплексно-механизированным способом.

Предмет исследований - параметры технологических процессов устройства монолитного штукатурного покрытия стен при комплексной механизации работ с использованием мобильных штукатурных станций, унифицированной переставной полимерной опалубки и растворов на основе сухих гипсовых смесей.

Методика исследований:

- выявление основных изучаемых факторов строительных процессов, установление влияния параметров предложенной технологии, в основу которой положен метод «восходящего потока», на эффективность выполнения штукатурных работ в производственных условиях;

- теоретическое описание исследуемых процессов на основе принятой физической модели;

- математическое планирование эксперимента;

- проведение стендовых экспериментальных исследований по устройству монолитного штукатурного покрытия стен с дальнейшим определением прочности, геометрической точности слоя и шероховатости его поверхности;

- статистическая обработка полученных экспериментальных данных и установление аналитических зависимостей, характеризующих изменение параметров изучаемых строительных процессов;

- определение в ходе теоретических, экспериментальных стендовых исследований, а также опытно-производственной апробации эффективных параметров протекания технологических процессов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана новая комплексно-механизированная технология производства штукатурных работ с применением унифицированной переставной полимерной опалубки и сухих смесей с подачей раствора в штукатурную полость щадящим методом «восходящего потока», обеспечивающим эффективное уплотнение растворной смеси с достижением требуемой прочности;

- обоснованы математическая и физическая модели зависимости характера распространения раствора в штукатурной полости от параметров подачи и свойств растворной смеси при производстве работ методом «восходящего потока»;

- определены закономерности влияния подвижности растворной смеси и толщины штукатурной полости между стеной и опалубкой на: величину давления смеси в зоне ее выхода из рабочего шланга и на любом расстоянии от точки подачи; величину давления смеси в напорном шланге; прочность штукатурного камня;

- экспериментально подтверждены рациональные технологические параметры режимов заполнения штукатурным раствором формовочной полости методом «восходящего потока», обеспечивающие плоскостность, высокое качество поверхности (класс шероховатости 4-III) и прочность штукатурного слоя не менее 13,5 кг/см² при минимальных материальных, трудовых и энерго затратах.

На защиту выносятся следующие результаты:

- сравнительный анализ эффективности существующих технологий производства штукатурных работ комплексно-механизированным способом;

- новая эффективная технология производства штукатурных работ комплексно-механизированным способом с применением подачи раствора методом «восходящего потока», унифицированной полимерной опалубки и сухих гипсовых смесей;

- математическая и физическая модели для описания процессов распределения давления раствора на опалубочный щит при производстве работ методом «восходящего потока»;

- результаты экспериментальных исследований по определению рациональных по технико-экономическим критериям технологических параметров устройства монолитного штукатурного покрытия внутренних стен зданий;

- параметры комплексно-механизированной технологии производства штукатурных работ с требуемыми показателями качества штукатурного слоя по геометрической точности, прочности, шероховатости лицевой поверхности при минимальных энерго- и трудозатратах;

- зависимости: распределения давления растворной смеси по поверхности опалубочного щита от реологических свойств смеси и толщины штукатурной полости; изменения давления растворной смеси в зоне ее выхода из устья рабочего шланга от глубины его погружения в раствор; величины давления растворной смеси в напорном шланге от ее подвижности;

- технологический регламент по производству штукатурных работ по разработанной усовершенствованной комплексно-механизированной технологии, содержащий расчет производительности труда при внедрении технологии и других технико-экономических показателей.

Практическое значение и реализация работы состоят в следующем:

- разработана эффективная комплексно-механизированная технология производства штукатурных работ методом «восходящего потока» с использованием унифицированной полимерной опалубки и определена область рациональных технологических параметров происходящих процессов;

- применение новой технологии позволяет при производстве штукатурных работ снизить трудозатраты на 50,1%, уменьшить стоимость работ на 36,7% при обеспечении высокого качества штукатурного слоя;

- созданы научно-технические предпосылки для последующей доработки конструктивных и технологических решений разработанной технологии путем использования листов сухой штукатурки в качестве несъемной опалубки, ограничивающей пространство штукатурной полости;

- по результатам выполненных исследований разработан технологический регламент по производству штукатурных работ по новой комплексно-механизированной технологии, утвержденный СПб филиалом ООО «КНАУФ-Маркетинг Санкт-Петербург»;

Достоверность результатов исследований подтверждается использованием метода математического планирования экспериментов и проведением экспериментальных исследований с использованием поверенных приборов; сходимостью результатов теоретически полученных и экспериментальных данных; выполнением статистической обработки полученных экспериментальных данных и установление аналитических зависимостей для расчета параметров строительных процессов. Для обработки данных использовалось современное программное обеспечение: Microsoft Excel, Curve Expert 1.3.

Апробация и публикация работы.

Основные результаты исследований доложены на 64, 65, 66, 67-й Международных научно-технических конференциях молодых ученых, аспирантов и докторантов (СПбГАСУ, 2007-2010 г.); 64, 65, 66, 67, 68-й научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета (СПбГАСУ, 2007-2011 г.); IV научно-технической конференции «Бетон в современном строительстве» (СПб., 2010 г.); межвузовском научно-практическом семинаре «Современные направления технологии, организации и экономики строительства» (ВИТИ, СПб., 2010 г.); международном семинаре-конкурсе молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей (Экспоцентр, Москва, 2010 г.), на котором автор был награжден Дипломом, а работа получила премию компании «КНАУФ».

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 14 печатных работах, в том числе 3 работы в изданиях, включенных в перечень ВАК.

По теме диссертации соискателем (соавторы В. В. Верстов и Б. А. Буданов) получен патент РФ №2377375 приоритет от 17 марта 2008 г. на изобретение «Способ нанесения штукатурной смеси на стены здания и устройство для его осуществления» // Бюллетень изобретений №36, 2009 г.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи и методика исследований, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе дается анализ существующих ручных и механизированных способов производства штукатурных работ, обзор технологической оснастки и типов штукатурных машин, а также представлены нормативные требования к качеству лицевой поверхности отделочного слоя.

На основе выполненного сравнительного анализа известные комплексно-механизированные технологии оштукатуривания стен помещений можно разделить на три группы:

- передвижные рамные системы с рабочим органом, соединенным с напорным раствороводом насосной станции (нанесение раствора под давлением через щелевидные насадки);

- передвижные рамные системы с рабочим органом в виде скользящей опалубки;

- переставные сборно-разборные опалубочные системы с раскреплением в распор между полом и потолком помещения или с закреплением на оштукатуриваемую стеновую конструкцию.

Анализ показал, что наиболее эффективными являются переставные штукатурные опалубочные системы, основными преимуществами которых являются:

- высокое качество лицевой поверхности штукатурного слоя;

- минимальные потери раствора;

- отсутствие необходимости установки штукатурных маяков;

- высокая производительность при минимальных затратах ручного труда;

- процесс производства работ не зависит от времени схватывания раствора.

Установлены пути повышения эффективности комплексно-механизированной технологии устройства монолитной штукатурки при отделке помещений зданий:

- создание и адаптация новых рациональных конструктивно-технологических решений комплексно-механизированных способов производства работ с тем, чтобы их использование было эффективно для выполнения штукатурных работ среднего и большого объема;

- применение щадящих методов подачи растворной смеси в пространство между опалубочным щитом и стеной без создания чрезмерной величины избыточного давления;

- разработка составов сухих смесей, отвечающих критерию наименьшей плотности штукатурного камня при обеспечении требуемой прочности;

- обеспечение стабильно высокого качества лицевой поверхности штукатурного слоя за счет применения высокоподвижных растворных смесей;

- уменьшение трудоемкости монтажа и демонтажа, а также перемещения технологической оснастки за счет упрощения ее конструкции, повышения технологичности и использования легких конструкционных материалов.

Вторая глава посвящена технологическим и теоретическим основам разработки новой технологии.

В результате сравнительного анализа существующих решений автором предложена усовершенствованная конструктивно-технологическая схема комплексно-механизированной технологии производства штукатурных работ, которая не имеет вышеназванных недостатков и обеспечивает высокое качество отделочной поверхности.

По предложенной технологии (рис. 1) устройство монолитного штукатурного покрытия осуществляется при помощи опалубочной системы, в основе которой лежит унифицированная полимерная мелкощитовая опалубка и распорные телескопические стойки. Новая технология позволяет не только формовать штукатурный слой, но и придавать его лицевой поверхности заданные параметры геометрической точности и шероховатости.

Рис. 2. Общая схема осуществления предложенной технологии оштукатуривания стен помещений: 1 - опалубочный щит; 2 - телескопическая стойка с элементами крепления и регулировки опалубочного щита; 3 - штукатурная станция; 4 - материальный шланг; 5 - разветвитель; 6 - рабочие шланги; 7 - штукатурный слой; 8 - сухая штукатурная смесь

Конструктивная схема устройства опалубочного щита представлена на рис. 2. Особенностью опалубочной системы являются опорные конструкции щита в виде телескопических стоек и хомутов с регулируемыми упорами (рис. 1).

Рис. 2. Конструктивная схема устройства опалубочной системы для производства штукатурных работ по новой технологии: а - общий вид опалубочной системы; б - вид опалубочной системы сбоку (разрез); в - вид опалубочной системы в плане (разрез); 1 - регулируемый упор; 2 - хомут; 3 - направляющий профиль; 4 - формовочная полость; 5 - резиновая стяжка; 6 - телескопическая стойка; 7 - щит полимерной опалубки; 8 - крепежный элемент

Способ по устройству монолитного штукатурного покрытия по новой технологии реализуется следующим образом. Подбор рабочего комплекта щитов ведется из их стандартного набора типоразмеров, исходя из конфигурации и высоты помещения. Перед монтажом щитов на поверхность пола и потолка с использованием лазерного нивелира (или с помощью «отвеса») делают метки на расстоянии примерно 25-30 см от стены. По этим меткам устанавливают распорные телескопические стойки, упирая их концы в пол и потолок помещения. Затем стойки раскрепляют, входящими в их состав винтовыми домкратами. Далее за стойки заводят щиты опалубки и соединяют между собой крепежными элементами. После этого в образовавшуюся формовочную полость между стеной и опалубочным щитом до ее основания опускают с определенным шагом рабочие шланги.

Рис. 3. Опорная телескопическая стойка: 1 - телескопическая стойка; 2 - направляющий профиль; 3 - хомут; 4 - винтовые стяжки; 5 - регулируемый упор; 6 - винтовой домкрат

Затем на стойках закрепляют на равном расстоянии между собой хомуты с регулируемыми упорами, которые ввинчивают в направляющий профиль. Далее профиль выставляют в вертикальное положение. Регулируемые упоры зажимают стяжками на хомутах. Дополнительно вертикальность установки щита контролируют уровнем или отвесом. По краям формовочной полости между опалубкой и поверхностью стен устанавливают герметичные уплотнители (нащельники) для предотвращения вытекания раствора.

Посредством быстроразъемных соединений рабочие шланги подсоединяют к разветвителю, оснащенному шаровыми кранами на каждом выходе и соединенному с напорным шлангом растворонасоса. После опускания рабочих шлангов приступают к подаче штукатурного раствора методом «восходящего потока».

Выбор автором такого технологического решения обоснован тем, что при использовании этого метода возникает возможность избежать возникновения в штукатурной полости избыточных величин давления, которые могли бы привести к негативным последствиям с точки зрения деформации опалубочного щита (его выхода из плоскости). На стадии монтажных работ концы рабочих шлангов опускают в полость до ее основания. Далее приступают к подаче растворной смеси, в процессе которой шланги приподнимают в соответствии с ростом уровня штукатурного слоя, постоянно оставляя нижние участки шлангов заглубленными в раствор на определенное расстояние, рациональная величина которого автором определена в ходе экспериментальных исследований. При достижении раствором верхнего торца опалубочного щита подачу прекращают и извлекают концы шлангов из формовочной полости. После твердения штукатурного слоя ослабляют стяжки на хомутах и поочередно демонтируют телескопические стойки и опалубочные щиты.

Для уменьшения водопоглощения оштукатуриваемую плоскость перед монтажом опалубочной системы покрывают грунтовочным составом, а рабочую поверхность щитов разделительной опалубочной смазкой.

При выполнении исследований в качестве теоретических обоснований разработанных научных положений в части изучения движения вязких несжимаемых жидкостей использовались труды Агроскина И.И., Басниева К.С., Ивянского Г.Б., С., Головачева И.М., Дмитриева Н.М., Евстифеева В.Н., Желтова Ю.П., Кибеля И.А., Кочина Н.Е., Лойцянского Л.Г., Рауза Х., Рейнера М., Розе Н.В., Розенберга Г.Д., Слезкина Н.А. и др., а в части технологии нагнетания бетонной смеси в кассетные полости Блещика Н.П., Паныша К.Ф., Головачева И.М., Хайковича Д.М.

Для изучения процессов, происходящих при заполнении штукатурной полости раствором автором была построена физическая модель с учетом действия вязких, инерционных, гравитационных сил и сил трения в процессе распространения раствора в зазоре между стеной и опалубочным щитом (рис. 4).

Рис. 4. Физическая модель процесса распространения раствора в штукатурной полости: Р - давление, создаваемое растворонасосом; Р₁ - сила противодавления; h - высота заглубления нижнего торца рабочего шланга в раствор; r - радиус растекания раствора от одной точки заливки; д - толщина формовочной полости; 1 - область сформированного штукатурного слоя; 2 - область истечения штукатурной смеси по типу затопленной струи в однородной среде; 3 - зона движения «восходящего» потока раствора; 0-0 - граница условного разделения областей 1 и 3

В соответствии с предложенной моделью для осуществления подачи раствора в штукатурную полость необходимо, чтобы давление P, создаваемое растворонасосом, было больше, чем давление P₁, равное сумме сил противодействующих распространению раствора в полости, т.е.

(1)

где ф_ст - сила трения раствора по поверхности стены; ф_щит - сила трения раствора по поверхности опалубочного щита; ф_{бок.пов} - сила трения раствора по боковым поверхностям полости; ф_внутр. - сила внутреннего трения раствора; г - объемный вес столба жидкости выше отметки устья рабочего шланга.

Процесс заполнения полости штукатурным раствором предложенным методом «восходящего потока» по своим физическим данным сопоставим процессу укладки бетонной смеси под водой по методу вертикально перемещаемых труб (ВПТ) и методу «восходящего раствора», широко применяемым в гидротехническом строительстве (рис. 5).

Рис. 5. Фрагмент физической модели горизонтального распространения раствора в штукатурной полости на определенном этапе ее заполнения: 1 - рабочие шланги; 2 - уложенный раствор; 3 - «восходящие» слои раствора; i - уклон свободной поверхности штукатурного слоя

Раствор, выходящий из устья рабочего шланга, приподнятого на некоторое расстояние от дна полости, вначале вытекает свободно до тех пор, пока не образуется конус (холмик), закрывающий устье шланга. Далее подъем слоя раствора происходит сплошной массой, ограниченной криволинейной поверхностью, радиус кривизны которой зависит от подвижности раствора и давления в рабочем шланге.

После образования конуса, закрывающего устье шланга, вначале раствор, испытывая меньшее сопротивление, стремится подниматься в вертикальном направлении. Когда масса столба жидкости над устьем шланга превысит критическое значение, происходит перераспределение давления и раствор распространяется в горизонтальном направлении. Причем, чем больше высота заглубления шланга в раствор, тем меньше будет угол уклона свободной поверхности штукатурного слоя. Это объясняется тем, что при достижении слоем раствора над устьем шланга критической массы сила внутреннего трения уже уложенного раствора становится меньше силы тяжести верхних слоев, что побуждает раствор к движению горизонтальными потоками по длине опалубочного щита.

Расчет величины давления ведется для 1 и 3 зон (см. рис. 5), а также по длине опалубочного щита по линии 0-0 по следующим формулам, представленным в работе Головачева И. М. и адаптированным нами к разработанной физической модели:

– для зоны восходящих слоев раствора:

(2)

где ; г - объемный вес растворной смеси; ф₀ - предельное напряжение сдвигу растворной смеси; R_и - радиус условной кривой свободной поверхности растворной смеси; д - толщина штукатурной полости; r - расстояние да расчетной точки; И - угол между осью рабочего шланга и линией направления до расчетной точки.

– по линии 0-0:

(3)

– для зоны уложенных слоев раствора:

(4)

где h - высота от устья рабочего шланга до расчетной точки.

В случае расчетного определения величины давления, создаваемого растворонасосом на выходе из рабочего шланга, имеется возможность ответить на следующие вопросы: каково напряженное состояние штукатурного раствора и установить расчетные нагрузки, действующие на опалубочный щит.

В третьей главе приводятся методика и результаты исследований, выполненных в лабораторных условиях.

Экспериментальные исследования проводились на специальном стенде, который представлял собой опалубочный щит размером 1200Ч1800Ч100 мм, состоящий из трех отдельных блоков унифицированной полимерной опалубки размерами 1200Ч600Ч100, а также двух телескопических стоек с элементами регулировки положения опалубочного щита (рис. 6).

Для затворения сухой смеси водой и подачи штукатурного раствора в зону работы использовался растворосмесительный насос «PFT G5 Super», с установленной шнековой парой TWISTER D 6-3 Р, обеспечивающей подачу раствора с расходом около 22 л/мин, и трубопроводная обвязка, состоящая из материального растворовода диаметром 25 мм, трехходового разветвителя с шаровыми кранами на каждом выходе и рабочих шлангов диаметром 16 мм. Все элементы трубопроводной обвязки стыковались между собой при помощи быстроразъемных соединений.

В качестве исходного продукта для получения штукатурной растворной смеси была использована сухая смесь фирмы «КНАУФ» марки МР-75 на основе гипсового вяжущего с добавками, предназначенная для оштукатуривания стен и потолков зданий механизированным способом.

Перед каждым опытом поверхность стены покрывалась грунтовкой КНАУФ-Грундермиттель, а рабочая поверхность опалубочного щита обрабатывалась опалубочной разделительной смазкой на основе минеральных масел отечественного производства - ЛМБ-2.

Основными вариационными параметрами при проведении экспериментов являлись: подвижность штукатурного раствора, которая менялась путем изменения расхода воды затворения в растворосмесительном насосе (700 - 810 л/час), ширина штукатурного зазора (16 - 30 мм), высота заглубления рабочего шланга в раствор (30 - 70 см).

Рис. 6. Общий вид экспериментального стенда: 1 - штукатурная машина PFT G5 Super; 2 - материальный шланг от растворонасоса; 3 - манометр; 4 - разветвитель; 5 - рабочие шланги; 6 - опалубочный щит; 7 - опорная телескопическая стойка; 8 - нащельник; 9 - пьезометры

При математическом планировании экспериментов по определению зависимости распределения давления раствора на опалубочный щит от расстояния подачи обосновывалась достоверность исследований с помощью доверительной вероятности и было установлено, что необходимо провести N = 11 экспериментов, чтобы заданному интервалу с д=1,37 соответствовала доверительная вероятность Р = 0,95.

В ходе экспериментов исследовались следующие параметры: давление раствора на опалубку; угол уклона свободной поверхности слоя; давление в напорном шланге; глубина погружения устья рабочего шланга в раствор; прочность штукатурного слоя; шероховатость лицевой поверхности.

В качестве измерительных средств использовали: пьезометры, секундомер, металлическую рулетку, ротационный вискозиметр. Давление раствора на щиты измерялось при помощи шести пьезометров, оснащенных мембранными разделителями сред. Величину давления в напорном шланге растворонасоса измеряли при помощи манометра, смонтированного между шлангом и разветвителем (см. рис. 6).

За процессом распространения раствора в полости и скоростью подъема штукатурного слоя наблюдали через боковой нащельник с прозрачными секциями из поликарбоната. Процесс заполнения штукатурной полости раствором фиксировался на «цифровую» фотокамеру с интервалами 2 - 4 секунды.

После твердения раствора и определения параметров геометрической точности и шероховатости лицевой поверхности отделочного покрытия по всей его площади производился отбор проб из штукатурного слоя в виде кернов цилиндрической коронкой. Керны использовались для определения прочностных характеристик штукатурного камня.

На основе данных экспериментов по определению давления растворной смеси по длине опалубочного щита в горизонтальном направлении для каждого опыта были построены графические зависимости величины давления от расстояния удаления от точки подачи раствора (рис. 7). Кривые зависимостей были аппроксимированы в программной среде «Curve Expert 1.3» формулой:

(5)

где P - пьезометрическое давление; r - расстояние от точки подачи растворной смеси; a, b, c - коэффициенты, полученные в результате математической обработки экспериментальных данных.

Рис. 7. Графики изменения давления раствора на опалубочный щит в горизонтальном направлении при расходе воды затворения 740 л/час и 760 л/час: P - давление; L - расстояние от точки подачи раствора

Анализ графических зависимостей показывает, что с увеличением толщины штукатурной полости интенсивность падения давление снижается от точки подачи к границам штукатурной полости. Падение величины давления происходит интенсивнее в пределах 40 см от точки подачи. Такое явление объясняется наличием вокруг устья рабочего шланга при выходе из него растворной смеси зоны затопленной струи, когда движение выходящей из шланга смеси сопровождается вовлечением смежных со струей слоев уложенного раствора. При толщинах полости до 20 мм интенсивность падения давления в зоне выхода раствора из шланга выше, так как при уменьшении толщины зазора возрастает влияние сил трения по поверхностям стены и опалубочного щита, оказывающих сопротивление движению смеси.

Анализ полученных экспериментальных данных темпа возрастания величины давления раствора на опалубочный щит в области выхода смеси из шланга от глубины его погружения в раствор (рис. 8) показывает, что характер зависимости является волнообразным и подтверждает представленную выше физическую модель. Кривая аппроксимирована нами зависимостью:

(6)

Рис. 8. График изменения давления раствора на опалубочный щит в зоне выхода раствора из шланга от высоты заглубления его устья: 1 - кривая, построенная по экспериментальным данным; 2 - аппроксимирующая кривая; P - пьезометрическое давление; h - высота заглубления устья шланга в раствор

где P - пьезометрическое давление; h - высота заглубления устья рабочего шланга в раствор; a, b - коэффициенты, полученные в результате математической обработки экспериментальных данных, которые соответственно равны a = 121,932, b = 44,22.

В результате анализа полученных экспериментальных данных построен график зависимости давления в напорном шланге от расхода воды затворения в растворосмесительном насосе (рис. 9). Кривая зависимости аппроксимирована выражением:

(7)

где P - давление в напорном шланге; q - расход воды затворения; a, b - коэффициенты, полученные в результате математической обработки экспериментальных данных, которые соответственно равны a = 16901338, b = 0,0203.

Рис. 9. График зависимости давления в напорном шланге растворонасоса от расхода воды затворения

Из анализа графика представленной зависимости следует, что давление в напорном шланге снижается более чем в 5 раз при увеличении расхода воды затворения на 6,8% (с 700 до 780 л/час). Также было установлено, что изменение глубины погружения устья рабочего шланга в раствор не оказывает существенного влияния на величину давления в шланге. Таким образом подача раствора методом «восходящего потока» позволяет уменьшить потери давления по длине напорного шланга без уменьшения дальности подачи, снизить затраты энергии на привод электродвигателя растворосмесительной машины, что сокращает энергозатраты на процесс оштукатуривания и увеличивает срок службы штукатурной машины.

При анализе полученных значений средней прочности кернов и контрольных образцов-кубиков, отобранных из массива штукатурного слоя и с помощью стандартной формы соответственно, были построены графики зависимости прочности штукатурного слоя G от начальной подвижности g растворных смесей (рис. 10). Установлено, что при производстве работ по новой технологии методом «восходящего потока» растворными смесями подвижностью до 16 см обеспечивается прочность штукатурных покрытий не менее 12 кг/см².

Рис. 10. Зависимости прочности штукатурных слоев из смесей MP-75 от начальной подвижности растворов: 1- под данным испытаний контрольных образцов кубиков; 2 - по данным испытания кернов

Анализ данных по качеству лицевой поверхности полученных штукатурных покрытий показывает, что при производстве работ по предложенной технологии растворными смесями с подвижностью 11-16 см возможно получение штукатурной поверхности готовой под оклейку обоями и окраску. Причем в опытах при подвижности смеси от 13,5 до 16 см качество лицевой поверхности слоя соответствует классу шероховатости 4-III и может быть использована отделка окрашиванием, тогда как во всех остальных случаях поверхность пригодна под оклейку обоями.

Оценка адекватности принятой математической модели реальным физическим процессам, происходящим при заполнении штукатурной полости растворной смесью показала, что средняя относительная погрешность расчетных данных по математической модели не превышает 4,5% от экспериментальных.

В четвертой главе рассмотрены данные практической апробации результатов исследований и оценены технико-экономические показатели их практического использования. Определены технологические параметры и режимы производства работ по новой технологии для реальных условий.

Апробация предложенной технологии была произведена в полупроизводственных условиях на базе «Учебного центра КНАУФ Северо-Запад» при ремонте одного из учебных помещений. Было осуществлено оштукатуривание 4,3 м² поверхности стен в две захватки.

Анализируя данные апробации установлены эффективные параметры технологического процесса устройства монолитных штукатурных покрытий по разработанной комплексно-механизированной технологии с учетом требований предъявляемых к качеству их лицевых поверхностей под финишную отделку (табл. 1).

Учитывая, что расстояние установки между направляющими профилями не более 120 см с расположением их напротив каждого вертикального стыка щитов опалубки, а также полученную зависимость распределения давления растворной смеси по длине опалубочного щита назначаем радиус действия рабочего шланга 1,2 м, а расстояние между двумя смежными шлангами не более 2,4 м, что обеспечивает невозможность выхода их плоскости щитов опалубки, так как при указанных параметрах наибольшие величины давлений растворной смеси на опалубочный щит будут восприниматься опорными конструкциями.

Таблица 1 Эффективные технологические параметры производства работ по новой технологии

Выполнен расчет технико-экономического эффекта предложенного конструктивно-технологического решения в сравнении с известными способами производства штукатурных работ. Установлено, что по сравнению с механизированной технологией комплектом машин новая технология уменьшает трудозатраты на 50,1 %, а общую сметную стоимость работ на 36,7% при обеспечении высокого качества поверхности по всей площади оштукатуренной стены. При этом разработанное автором решение по отношению к механизированной технологии с нагнетанием растворной смеси имеет меньшие на 13,1% трудоемкость и на 5,8% общую сметную стоимость работ. Причем увеличение толщины штукатурки, в отличие от рассмотренных способов, не сказывается на трудоемкости работ, а стоимость единицы площади покрытия увеличивается только за счет увеличения расхода сухой смеси.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований, а также результатов апробации была определена область рациональных параметров (табл. 2) производства работ по новой комплексно-механизированной технологии, при которых обеспечивается высокое качество монолитного штукатурного покрытия (класс шероховатости не менее 4-III), прочность штукатурки не менее 13,5 кг/см² при минимальных затратах труда и высоких темпах работ.

Разработан «Технологический регламент по устройству монолитных штукатурных покрытий комплексно-механизированным способом методом «восходящего потока»», содержащий расчет производительности труда при внедрении технологии, который утвержден ООО «КНАУФ МАРКЕТИНГ САНКТ-ПЕТЕРБУРГ» и принят к внедрению этой организацией.

Таблица 2 Установленные автором рациональные параметры производства штукатурных работ по комплексно-механизированной технологии

стена штукатурный гипсовый опалубка

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Анализ существующих методов производства штукатурных работ с применением средств механизации показал, что в современной практике строительства применяется механизированная технология комплектом машин с ручным разравниванием и приданием геометрической точности штукатурному слою. Установлены пути повышения эффективности существующих комплексно-механизированных технологий производства штукатурных работ с использованием растворов на основе сухих смесей.

2. Предложено новое рациональное конструктивно-технологическое решение производства штукатурных работ комплексно-механизированным способом, основанное на использовании эффекта восходящего потока раствора, позволяющего осуществлять процесс подачи смеси в штукатурную полость с созданием в ней щадящих величин давления смеси на щиты опалубки. Разработана новая конструктивная схема опалубочной системы, в основе которой лежит мелкощитовая переставная полимерная штукатурная опалубка и крепежные конструкции в виде распорных телескопических стоек, обеспечивающие точность монтажа опалубочного щита.

3. Предложена физическая модель распространения растворной смеси в штукатурной полости, а также адекватная ей математическая модель расчета величины давления растворной смеси на опалубочный щит при ее подаче методом «восходящего потока». При известном значении величины давления в зоне выхода растворной смеси из устья рабочего шланга расчет напряженных состояний всех слоев раствора можно вести в соответствии с разработанными математической и физической моделями процесса.

4. В ходе анализа и обработки экспериментальных данных определены закономерности влияния исходных параметров технологического процесса (расход воды затворения, подвижность смеси, толщина штукатурной полости) на конечные качественные показатели получаемого монолитного штукатурного покрытия.

5. Получена экспериментальная зависимость изменения величины давления растворной смеси в зоне ее выхода из рабочего шланга от высоты столба раствора над устьем шланга, которая дает основание считать правомерными представление о распространении растворной смеси в направлении от точки подачи к периферии и движении восходящих слоев раствора. Анализ вида свободной поверхности восходящих слоев раствора позволил установить существенную разницу в силах трения по поверхностям стены и опалубочного щита.

6. Произведена оценка качества штукатурного слоя по показателям прочности штукатурного камня, геометрической точности и шероховатости лицевой поверхности слоя, определены рациональные области применения технологических параметров процессов устройства монолитных штукатурных покрытий в зависимости от вида финишной отделки.

7. Технико-экономическое сравнение разработанной технологии штукатурных работ с ручным, механизированным и механизированным с нагнетанием раствора показало, что новое конструктивно-технологическое решение позволяет снизить трудозатраты на 50,1 %, а общую сметную стоимость работ на 36,7% при обеспечении высокого качества штукатурного слоя.

8. Разработан «Технологический регламент по устройству методом «восходящего потока» монолитных штукатурных покрытий комплексно-механизированным способом», который утвержден ООО «КНАУФ МАРКЕТИНГ САНКТ-ПЕТЕРБУРГ» и принят им к практическому применению.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Тишкин Д.Д. Исследование процесса устройства монолитного штукатурного покрытия стен при отделке помещений гипсовыми смесями / В.В. Верстов, Д.Д. Тишкин // Вестник гражданских инженеров. - 2010. - № 2 (23). - С. 109-114. Из перечня ВАК.

2. Тишкин Д.Д. Анализ экспериментальных данных и результатов апробации механизированной технологии оштукатуривания стен помещений / Д.Д. Тишкин // Вестник гражданских инженеров. - 2011. - № 1 (26). - С. 91-97. Из перечня ВАК.

3. Способ нанесения штукатурной смеси на стены здания и устройство для его осуществления: пат РФ №2377375 Российская Федерация / В.В. Верстов, Д.Д. Тишкин, Б.А. Буданов - приоритет 17 марта 2008 г., Бюл. №36. - 2009. Издание, отнесенное к перечню ВАК.

4. Тишкин Д.Д. Основные пути совершенствования комплексно-механизированного способа производства штукатурных работ с помощью сухих смесей / В.В. Верстов, Д.М. Хайкович, Д.Д. Тишкин // Сб. докл. 64-й научн. конф. профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета / СПбГАСУ. - СПб., 2007. - С. 134-136.

5. Тишкин Д.Д. Вариантные конструктивно-технологические решения производства штукатурных работ с применением средств механизации / Д. Д. Тишкин // Сб. докл. 60-й Международной научно-технической конф. молодых ученых / СПбГАСУ. - СПб., 2007. - С. 210-211.

6. Тишкин, Д.Д. Пути совершенствования технологии механизированного оштукатуривания стен в монолитном домостроении / В. В. Верстов, Д. Д. Тишкин // Сб. докл. 65-й научн. конф. профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета / СПбГАСУ. - СПб., 2008. - С. 183-185.

7. Тишкин Д.Д. Результаты анализа характеристик смеси с учетом обеспечения высокой эффективности образования штукатурного слоя при механизированном способе укладки / Д. Д. Тишкин // Сб. докл. 61-й Международной научно-технической конф. молодых ученых / СПбГАСУ. - СПб., 2008. - С. 177-179.

8. Тишкин Д.Д. Разработка методики исследований технологии штукатурных работ с применением переставной опалубки / Д.Д. Тишкин // Сб. докл. 66-й научн. конф. профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета / СПбГАСУ. - СПб., 2009. - С. 123-125.

9. Тишкин Д.Д. Некоторые экспериментальные данные исследований механизированной технологии штукатурных работ с применением унифицированной полимерной опалубки / Д.Д. Тишкин // Сб. докл. 62-й Международной научно-технической конф. молодых ученых / СПбГАСУ. - СПб., 2009. - С. 224-225.

10. Тишкин Д.Д. Некоторые результаты исследований новой технологии устройства монолитного штукатурного слоя методом восходящего потока с применением переставной полимерной опалубки / Д.Д. Тишкин // Сб. докл. 67-й научн. конф. профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета / СПбГАСУ. - СПб., 2010. - С. 246-249.

11. Тишкин Д.Д. Обоснование физической модели процесса устройства штукатурного слоя методом восходящего потока / Д. Д. Тишкин // Сб. докл. 63-й Международной научно-технической конф. молодых ученых / СПбГАСУ. - СПб., 2010. - С. 214-217.

12. Тишкин Д.Д. Современная механизированная технология производства штукатурных работ с применением сухих смесей / Д.Д. Тишкин // Популярное бетоноведение. - 2010. - № 1 (33). - С. 80-81.

13. Тишкин Д.Д. Обоснование целесообразности производства штукатурных работ комплексно-механизированным способом по упрощенной схеме / Д.Д. Тишкин // Сб. статей и тезисов докладов 13-го межвузовского научно-практического семинара «Современные направления технологии, организации и экономики строительства» / ВИТИ. - СПб., 2010. - С. 256-259.

14. Тишкин Д.Д. Исследование процесса устройства монолитного штукатурного покрытия стен при отделке помещений гипсовыми смесями / Д.Д. Тишкин // Сборник докладов международного семинар-конкурса молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей / Экспоцентр. - М., 2010. - С. 117-121.

Размещено на Allbest.ru