ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВНЕДРЕНИЯ БЕСПРОПАРОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

УДК 625.142.4:006.354

Петрова Т.М., Серенко А.Ф., Лейкин А.П.
Петербургский государственный университет путей сообщения

За длительный период применения конструкций из предварительно напряженного железобетона, в России накоплен большой опыт по их производству и эксплуатации. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВНЕДРЕНИЯ БЕСПРОПАРОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙВместе с тем, технология производства преднапряженных железобетонных конструкций практически не изменилась, что на фоне быстро развивающихся научных достижений в области направленного формирования структуры и свойств бетонов является препятствием как в повышении долговечности и качества изделий, так и в снижении энергоемкости и себестоимости производства. Около 85% объема сборного железобетона в России производится с применением паропрогрева. Выбор такой технологии производства был совершенно обоснован в свое время, так как позволил обеспечить быстрый набор передаточной прочности бетона и высокую оборачиваемость форм. Вместе с тем, названная технология имеет ряд недостатков:

— бетон, подвергнутый тепловлажностной обработке, имеет более низкие показатели свойств (прочности, морозостойкости, трещиностойкости);
— ослабляется контактная зона цементного камня с преднапряженной арматурой, что может являться одной из причин появления отколов бетона при передаче преднапряжения;
— закладные элементы на основе полимеров имеют различные с бетоном коэффициенты температурного расширения, что также ослабляет сцепление цементного камня с дюбелем при термовлажностной обработке и может приводить к браку при установке креплений;
— тепловлажностная обработка требует большого расхода энергии, что удорожает производство шпал, особенно в условиях постоянно растущих цен на энергоносители. Затраты на тепловую обработку 1 куб. м бетона достигают 600 МКал тепловой энергии и более. В то же время, даже снижение температуры тепловлажностной обработки с 80 до 00С позволяет снизить энергозатраты в 2,7 раза [1].

Развитие в последние десятилетия научных представлений о бетоне, особенно в части применения модификаторов его структуры, позволяет сегодня обеспечить высокую раннюю прочность при беспропарочной или малопрогревной технологии [2]. Появление добавок — суперпластификаторов, а в последнее десятилетие и гиперпластификаторов, произвело революцию в науке о бетоне, позволило ввести термин «модифицированный бетон» [3].Снижая до 30-35% расход воды при обеспечении равной подвижности бетонной смеси, они существенно увеличивают класс бетона по прочности или позволяют экономить 15-20 % цемента.

К сожалению, все пластифицирующие добавки увеличивают индукционный период твердения портландцемента, то есть замедляют набор прочности портландцемента в ранний период. Только комплексные добавки полифункционального действия, способствующие снижению водоцементного отношения и не увеличивающие индукционный период твердения, способны решать задачу достижения высокой прочности бетона в раннем возрасте без применения ТВО. К такому же выводу пришло большинство производителей суперпластификаторов в нашей стране и начали выпуск комплексных добавок, включающих в свой состав, кроме пластифицирующих компонентов, органические и неорганические добавки — ускорители твердения.

На кафедре «Строительные материалы и технологии» Петербургского государственного университета путей сообщения разработана комплексная добавка «Петролафс», предназначенная для внедрения беспропарочных и малопрогревных технологий производства бетона. Сравнительные испытания бетонов с комплексными добавками различных производителей, твердевших в пропарочной камере при температуре 300С, приведены в таблице 1.

Эффективность влияния комплексных добавок на раннюю прочность бетона (температура твердения 30 градусов)

Очевидно, что в условиях рыночной экономики непременным условием внедрения новых технологий должно быть получение экономического эффекта. Экономическая эффективность при внедрении беспропарочных технологий производства сборного железобетона будет складываться из следующих составляющих.

1. Снижение затрат на энергоносители. При стоимости 1 гикаллории 578 рублей  (с НДС) затраты на энергоносители на 1 кубический метр бетона в среднем составляют 0,4*578=231,2 рублей. Эта расчетная величина хорошо согласуется с фактическими затратами на пропарку Санкт-Петербургского ДСК.

2. Экономия цемента. Так как большинство комплексных добавок-модификаторов содержит эффективный пластификатор, то при их использовании проявляется пластифицирующий или водоредуцирующий эффекты. Поэтому появляется возможность увеличить подвижность бетонной смеси либо снизить водоцементное отношение и увеличить прочность бетона или уменьшить расход цемента. Действующие линии по производству сборного железобетона имеют отлаженную технологию по выпуску бетона заданных классов по прочности, следовательно, не нуждаются в увеличении подвижности бетонной смеси или повышении прочностных показателей бетона. Таким образом, основным направлением реализации водоредуцирующего эффекта при использовании комплексных добавок-модификаторов является уменьшение расхода цемента. Это направление становится особенно актуальным при выраженном росте стоимости портландцемента в настоящее время. Ожидаемая стоимость портландцемента марки ПЦ 500 Д0 в 2007 году составляет 3200 рублей за тонну и выше.

Рассмотрим возможную экономию затрат на вяжущее на примере бетона класс В40 по прочности. При расходе цемента 480 килограмм на кубометр и снижении количества вяжущего на 15 % за счет водоредуцирующего эффекта комплексных добавок удается сэкономить 72 килограмма цемента. В стоимостном выражении это составит 0,072 * 3200 = 230,4 рублей на кубометр бетона.

3. Повышение производительности труда. Достигается за счет снижения трудозатрат на обслуживание и ремонт пропарочных камер и паропроводов, в том числе, трудозатрат операторов пропарочных камер. При наличии своей котельной уменьшаются затраты на ее содержание, увеличиваются межремонтные сроки, возможно полное отключение котельной на летний период. Дополнительным источником средств может послужить реализация высвободившихся энергоносителей другим организациям и населению.

В стоимостном выражении эту составляющую можно рассчитать только для конкретного предприятия с учетом особенностей его функционирования.

4. Улучшение условий труда. В цехах с пропарочными камерами, особенно в летний период, температура воздуха часто превышает 300С, что создает некомфортные условия и противоречит требованиям охраны труда. Внедрение беспропарочных технологий полностью снимает данную проблему.

5. Повышение качества и долговечности продукции. Внедрение беспропарочных технологий позволяет отказаться от тепловлажностной обработки бетона и железобетона, а, значит, от присущих ей недостатков, указанных выше. Как следствие, повышается качество и долговечность бетонных и железобетонных изделий. Хотя в стоимостном выражение эту составляющую оценить трудно, повышение качества и долговечности продукции является мощным аргументом в пользу внедрения беспропарочных технологий.

6. Затраты на комплексные добавки-модификаторы. Приобретение добавок является единственной затратной составляющей беспропарочных технологий производства бетонных и железобетонных конструкций. В настоящее время стоимость суперпластификаторов и комплексных добавок на их основе составляет около 35 рублей за килограмм. При введении добавки в количестве 1,25 % от массы вяжущего и расходе цемента 480 килограмм, на кубометр бетона потребуется 6 килограмм добавки. В стоимостном выражении затраты на добавку составят 6 * 35 = 210 рублей на кубометр бетона.

Исходя из приведенных выше предпосылок, нами был произведен ориентировочный расчет экономической эффективности внедрения беспропарочных технологий для бетонов класса В40 без учета экономии за счет повышения производительности труда, улучшения условий труда и повышения качества и долговечности продукции. Расчет выполнен для линии с мощностью 100 тысяч кубометров бетона в год (таблица 2).

Ориентировочная экономическая эффективность внедрения беспропарочной технологии

Расчетный экономический эффект, даже без учета ряда компонентов, для линии мощностью 100 тысяч кубометров бетона и железобетона в год составляет 25,1 миллионов рублей, что доказывает экономическую привлекательность  внедрения беспропарочных технологий.

Следует учитывать, что отказ от тепловлажностной обработки накладывает дополнительные требования к портландцементу и его совместимости с добавками поверхностно-активных веществ. На кафедре «Строительные материалы и технологии» Петербургского государственного университета путей сообщения разработан методологический подход к внедрению беспрогревных технологий [4], который позволяет выбрать подходящий цемент, оценить его совместимость с добавками и определить оптимальный состав бетона по критериям требуемых свойств.

Библиографический список

1. Демьянова В.С. Методологические и технологические основы производства высокопрочных бетонов с высокой ранней прочностью для беспрогревных и малопрогревных технологий. Автореф. дисс. на соискание ученой степени докт. техн. наук. 05.23.05. Пенза: 2002 – 42 с.
2. Petrova T.M., Dshaschi N.A., Zelner M.E., Iwanova E.W., Kisslenko A.I. Moderne komplexe zusatzmittel in der fertigungs-technologie von schwer-und zellenbeton// 15. Internacionale Baustofftagung. Weimar, 2003, s. 1-0913 – 1-0916.
3. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. –М.: Стройиздат, 1998 – 768 с.
4. Петрова Т.М., Серенко А.Ф., Егоров В.Н. Энергосберегающие технологии при изготовлении шпал //Путь и путевое хозяйство.- 2006. – № 9.- С. 2-3.