Механизация малых производств строительных изделий

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И  НАУКИ  РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ 
 

СИБИРСКИЙ  ФЕДЕРАЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
А. Ю. Никифоров 
 
 
МЕХАНИЗАЦИЯ  МАЛЫХ  ПРОИЗВОДСТВ  
СТРОИТЕЛЬНЫХ  ИЗДЕЛИЙ 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Красноярск 

СФУ 
2015 

 

УДК 691-027.4 
ББК  38.5-5 
Н627 
 
 
Р е ц е н з е н т ы: 
В. А. Лозовой, доктор технических наук, профессор, заведующий 
кафедрой технологии и машин природообустройства Сибирского государственного технологического университета; 
В. Ф. Полетайкин, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии и оборудования лесозаготовок Сибирского 
государственного технологического университета 
 
 
 
 
 
 
 
 
Никифоров, А. Ю. 
Н627 
 
Механизация малых производств строительных изделий: монография / А. Ю. Никифоров. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 
2015. – 146 с. 
ISBN 978-5-7638-3163-4 
 
Рассмотрены вопросы технологического обеспечения и организации 
производства строительных изделий на малых стационарных и передвижных предприятиях, обслуживающих рассредоточенное малоэтажное домостроение. 
Для работников проектных организаций стройиндустрии, магистрантов 
и аспирантов строительно-технологических и машиностроительных специальностей, обучающихся по направлениям 151000.68 «Технологические машины и оборудование» и 270800.68 «Строительство». 
 

Электронный вариант издания см.: 
УДК 691-027.4 

http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 38.5-5 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7638-3163-4 
© Сибирский федеральный 
университет, 2015 

Введение 

3 

ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Развитие малого и среднего бизнеса является одним из важных направлений повышения эффективности строительного производства. Наличие широкого круга местных материалов и техногенных отходов, пригодных для получения строительных изделий, открывает возможности для 
малого предпринимательства на основе создания механизированных производств деталей для малоэтажного домостроения как в пригородных районах, так и в отдаленных территориях. 
Рассредоточенное малоэтажное строительство (РМС) составляет 
значительный по объемам производства комплекс на обширных территориях Сибири и Дальнего Востока. Освоение и развитие этих регионов непосредственно связаны с созданием малоэтажной инфраструктуры нефтегазовых, горнодобывающих и перерабатывающих производственных комплексов, а также в сфере сельского, транспортного, гидротехнического 
и других видов рассредоточенного строительства. Велика роль РМС в восстановительных работах при ликвидации последствий стихийных бедствий 
(наводнений, землетрясений и др.). 
Большие масштабы и значимость РМС позволяют рассматривать 
этот вид строительства как отдельную отрасль по примеру крупнопанельного домостроения (для условий городской застройки). В связи с этим необходима единая политика по ускорению технологической подготовки 
РМС, базирующаяся на разработке научных основ технологии и организации этой отрасли. 
Основным резервом ускорения подготовки производства в РМС является преобразование индустриальной базы по следующим направлениям: 

• повышение мобильности производства для доставки в отдаленные 

пункты строительства полностью технологически готовых средств 
механизации; 

• унификация рабочих органов формовочных машин для изготовле
ния изделий широкой номенклатуры с использованием местных 
материалов; 

• агрегатирование технологических машин с гидрофицированными 

транспортными средствами; 

• разработка навесных формовочных машин и др. 
Сложные условия РМС: труднодоступность, географическая и ведомственная разобщенность, отсутствие надежных транспортных связей, 
суровый климат и неосвоенность территорий обусловливают значительные трудности в обеспечении отдаленных строек материалами и изделиями. 

Введение 

4 

Распространенная практика снабжения рассредоточенного строительства путем завоза материалов и изделий из промышленно развитых 
районов весьма затратна и в основном связана с доставкой изделий и конструкций для возведения промышленных объектов. В этих условиях возрастает потребность в изыскании местных сырьевых ресурсов и возникает 
необходимость поиска технологических и организационных решений собственной производственной базы РМС. 
Одним из наиболее доступных способов малоэтажного домостроения 
является блочное строительство, допускающее возможность использования местного сырья, в том числе различных техногенных минеральных 
и органических отходов. 
Сложные и разнообразные условия строительства обусловливают 
необходимость разработки специальных технологий и наиболее приемлемых форм организации производственной базы РМС. Наряду со стационарными предприятиями (в частности перерабатывающими отходы производства при ТЭС, заводах, леспромхозах и др.) требуется система предприятий, приспособленных как к работе в стационарном режиме, так и к 
перебазированию в новые пункты РМС. Кроме того, в ряде случаев может 
оказаться более рациональной категория мобильных производств, например для обслуживания труднодоступных районов Крайнего Севера. 
Попытки создания динамичной системы предприятий стройиндустрии делались в нашей стране в виде проектов сборно-разборных и плавучих заводов для обеспечения панельной многоэтажной застройки крупных 
населенных пунктов в отдаленных районах. Однако отсутствие спроса на 
такие проекты, а также громоздкость, низкая мобильность и проблемы со 
снабжением вяжущими материалами с «тыловых» цементных заводов не 
позволили реализовать указанное направление. Разработки последних лет 
и массовое внедрение в мировую и отечественную практику системы передвижных цементных мини-заводов годовой мощностью 10–100 тыс. т 
и стоимостью от 1 млн долл. при работе на местных известняках и глине 
позволяют по-новому решать проблему развития динамичной производственной базы, в частности для РМС. Кроме того, многочисленные разработки стеновых материалов с использованием различных видов органического 
и минерального сырья дают возможность получения блочных изделий 
в условиях производственной базы РМС. 
Существенное значение в условиях передвижных производств имеют 
предельная компактность и транспортабельность машин. Если на стационарных предприятиях имеется возможность свободного размещения отдельных технологических переделов в пространстве территорий и цехов, 
то на передвижном производстве целесообразно объединение в комплекс 
таких элементов: подача и дозирование компонентов бетонных смесей; ак

Введение 

5 

тивации вяжущих материалов (местных и цемента после длительного хранения); приготовление бетонных смесей; их транспортирование к посту 
формования; укладка смеси в формы; равномерное и непрерывное движение форм вдоль фронта технологических постов; снятие изделий (с форм 
или поддонов); установка на поток новых форм и поддонов. При этом габариты и масса указанного комплекса должны соответствовать параметрам 
транспортных средств или стандартных 20- и 40-футовых контейнеров для 
перевозки в другие пункты в полной технологической готовности. 
Мировой опыт свидетельствует о широком развитии передвижных 
малых производств, способных к перемещению по региону или по стране 
в места наибольшего спроса на их продукцию, или в пункты с более выгодными условиями эксплуатации (малозатратное сырье, дешевая рабочая 
сила и т. д.) 
Технологические машины для производственной базы РМС должны 
обладать рядом свойств, отличающих их от серийного бетоноформовочного оборудования, предназначаемого обычно для стационарных заводов. 
К числу таких свойств относятся: 

• бесфундаментная схема эксплуатации; 
• ограниченная масса и габариты машин; 
• транспортабельность с возможностью быстрого свертывания и раз
вертывания производств; 

• малое энергопотребление; 
• возможность работы как в помещениях, так и в полевых условиях; 
• возможность получения блочных стеновых и теплоизоляционных 

изделий различных размеров для выпуска комплектов деталей малоэтажных построек; 

• возможность работы как с электроприводом, так и с отбором мощ
ности от гидросистем транспортных средств при дефиците или отсутствии электроснабжения; 

• переналаживаемость на новые виды изделий и сырья с обеспече
нием максимума технологических вариантов при минимуме технических средств; 

• возможность использования различных видов местного сырья; 
• поточность и высокий уровень механизации производства изделий 

с обеспечением высокой производительности и малой трудоемкости, особенно при низкой квалификации персонала в условиях 
вахтового обслуживания. 
Указанные направления технологической подготовки РМС могут 
в значительной мере способствовать сокращению сроков сельского и поселкового домостроения и снижению стоимости строительства на отдаленных территориях. 

1. Стационарные производства по переработке золошлаковых отходов 

6 

1. 
СТАЦИОНАРНЫЕ  ПРОИЗВОДСТВА  
ПО  ПЕРЕРАБОТКЕ  ЗОЛОШЛАКОВЫХ  ОТХОДОВ 
 
 
Вопросы утилизации золошлаковых отходов отражены во многих 
работах ученых и практиков [1-23]. Громадные объемы отвальных отходов 
ТЭС могут быть сырьевой базой малоэтажного домостроения. 
 
 
1.1. Золы ТЭС 
 
Одной из задач настоящей работы является использование в монолитном пенобетоне ценного вторичного сырья, каковым являются золыуносы КАТЭКа. В работах Р. А. Назирова, В. А. Шевченко, Ю. С. Шилова, 
А. С. Шакора и др. [1–16] исследованы основные свойства зол-уноса красноярских ТЭЦ, в результате чего выявлена возможность применения их 
в бетонах, в том числе с проведением ряда мероприятий по активации зол. 
Золы бурых углей Канско-Ачинского бассейна выгодно отличаются 
от других золошлаковых отходов тем, что являются высококальциевыми, 
гидравлически активными и могут применяться как самостоятельное вяжущее. Применение буроугольной золы позволяет экономить до 30–60 % 
цемента [2, 3, 8, 11]. 
Однако до настоящего времени высококальциевые буроугольные золы и шлаки Канско-Ачинского бассейна практически применяются в очень 
малых объемах с большими ограничениями по следующим причинам: 
1. Неоднородность по химическому составу углей, добытых на различных месторождениях одного бассейна. 
2. Неоднородность по химическому составу (особенно СаОсв) зол одного месторождения в различные временные периоды. 
3. Высокое содержание щелочных оксидов Са и Mg, что приводит 
к несоответствию химического состава зол требованиям ГОСТ 25818–91 
«Зола-унос тепловых электростанций для бетона. Технические условия» по 
содержанию свободного оксида кальция и магния. Кроме того, наблюдается высокое содержание серосодержащих соединений. 
4. Наличие в золе в виде малоактивной высокотемпературной формы 
свободной окиси кальция, являющейся труднодоступной для контакта 
с водой. В связи с этим процесс гидратации протекает медленно, при этом 
гидроокись кальция образуется в сроки, когда сформировалась структура 
цементного камня и бетона, что может вызвать неравномерность изменения объема системы, деформацию и разрушение. То же может происходить и с трудногидратирующейся формой оксида магния – периклазом. 

1.1. Золы ТЭС 

7 

5. Колебания в широких пределах сульфата кальция (по некоторым 
данным 1–10 %, по данным других авторов 1–20 %) может приводить 
к повышению начальной прочности при гидратации цементно-зольного 
вяжущего, в более поздние сроки его излишек может вызвать снижение 
прочности. 
Химический состав зол колеблется в широких пределах и, в частности, характеризуется следующим содержанием окислов, %: 
SiO2 – от 34 до 68; 
AlO3 – от 2,2 до 35,5; 
СаО – от 2,6 до 14,5; 
Fe2O3 – от 1,8 до 18,3; 
MgO – от 0,01 до 4,3. 
Столь значительные колебания в химическом составе различных зол 
обусловливают необходимость индивидуального подхода при выборе золы 
с учетом всех ее составляющих и, в первую очередь, кремнезема и свободной окиси кальция. 
Высококальциевые золы твердых топлив являются многофазными 
материалами с вяжущими свойствами. Существует взаимосвязь между химическими свойствами фаз и гидравлической активностью высококальциевых зол. Все фазы, слагающие золы, в зависимости от способности 
к гидратации и твердению можно отнести к двух видам: 
1. Фазы, способные гидратироваться. Это клинкерные материалы 
и воздушные вяжущие вещества. 
2. Фазы, способные гидратироваться и образовывать искусственный 
камень только в присутствии активаторов твердения. Это стекловидная фаза и нерастворимый остаток. 
Содержание гидравлически активных клинкерных минералов колеблется от 2–3 до 20–25 %. В Назаровской золе β – С2S содержится до 10 %, 
СА – до 2 %, С2F – до 20 %, MgO – до З %, CaSO4 – до 10 %. 
Стекловидная фаза гидратируется и твердеет лишь при наличии 
свободной окиси кальция и сульфата кальция. Нерастворимый остаток 
гидратирует и твердеет в результате взаимодействия со свободной окисью 
кальция [6].  
В процессе сжигания окись кальция, образующаяся в результате термического разложения первичных кальцийсодержащих минералов и соединений, подвергается воздействию высоких температур. В пылегазовом 
потоке окись кальция конденсируется на частицах полиминеральной пыли, 
вступает с ними во взаимодействие, давая вторичные соединения. В свою 
очередь, на частицах свободной окиси кальция могут конденсироваться 
другие соединения, например гидроокислы и окислы щелочных металлов 
с частицами чистых кислых окислов. 

1. Стационарные производства по переработке золошлаковых отходов 

8 

Таблица 1.1 
Свойства цементно‐зольного вяжущего  
на основе красноярского цемента М 400 
 
Проба 
золы 
(место 
отбора) 

Состав  
вяжущего, % 
Нормальная 
густота, 
% 

Сроки схватывания, ч-мин 
Прочность при сжатии  
после т. о. МПа, в возрасте 

Цемент 
Зола 
Начало
Конец
1 сут. 
28 сут. 
90 сут. 

ТЭЦ-1 

100 
80 
60 
– 

– 
20 
40 
100 

26,0 
– 
– 
25,75 

4-00 
– 
– 
2-25 

4-55 
– 
– 
3-30 

25,0 
– 
– 
0,74 

43,0 
– 
– 
1,8 

44,7 
– 
– 
6,1 

ТЭЦ-2 
80 
60 
– 

20 
40 
100 

– 
– 
26,75 

– 
– 
0-30 

– 
– 
1-20 

– 
– 
3,4 

– 
– 
6,3 

– 
– 
11,2 

ТЭЦ-3 
80 
60 
– 

20 
40 
100 

26,75 
28,75 
37,5 

4-07 
4-40 
1-10 

5-10 
5-35 
2-45 

19,0 
13,7 
0,8 

32,7 
21,8 
1,5 

– 
– 
4,1 

 
В свободном состоянии количество окиси магния МgО в золе достигает 3,3 %. Она может быть как в активной форме, так и в виде периклаза, 
который взаимодействует с водой очень медленно. Последняя форма 
ухудшает качество вяжущего, так как поздняя гидратация приводит к возникновению трещин в цементном камне. 
Золы ТЭЦ используются в составе цементно-зольных вяжущих 
(табл. 1.1). 
 
 
1.2. Топливный шлак 
 
Шлаки красноярских ТЭЦ изучались Р. А. Назировым и В. А. Шевченко. Золошлаковые смеси, утилизируемые с ТЭС, состоят из зольной составляющей (частицы размером менее 0,315 мм) и шлаковой составляющей, которая включает: 
шлаковый песок – зерна размером от 0,315 до 5 мм; 
шлаковый щебень – зерна размером свыше 5 мм. 
В зависимости от зернового состава золошлаковые смеси и шлак 
подразделяются на три типа: крупно-, средне- и мелкозернистые. 
Смесь, содержащую не более 20 % зерен, проходящих через сито 
№ 0,315, принято считать шлаковым песком, а более 20 % – золошлаковой 
смесью. 
Топливный шлак Красноярской ТЭЦ-2 пяти партий имеет зерновой 
состав, представленный в табл. 1.2. 

1.2. Топливный шлак 

9 

Таблица 1.2 
Зерновой состав топливного шлака ТЭЦ‐2 
 
Номер 
пробы 
Частные остатки на ситах в мм, % 

20 
10 
5 
2,5 
1,25 
0,63 
0,315 
0,14 
< 0,14 

1 
1,0 
0,5 
3,0 
10,0 
22,0 
48,0 
11,0 
2,0 
2,5 

2 
5,0 
3,0 
4,0 
13,0 
25,0 
40,0 
5,5 
1,0 
3,5 

3 
2,0 
4,0 
6,5 
12,0 
25,0 
30,0 
10,0 
8,0 
2,5 

4 
3,0 
2,5 
9,5 
23,5 
26,5 
26,0 
6,0 
1,5 
1,5 

5 
3,5 
3,0 
6,5 
19,5 
25,5 
30,0 
7,0 
3,0 
2,0 

 
Количество зольной и шлаковой составляющей в каждой пробе шлака представлено в табл. 1.3. 
 
Таблица 1.3 
Содержание зольной и шлаковой составляющей в шлаке ТЭЦ‐2 
 
Номер  
пробы 
Количество зольной 
составляющей, % 
Количество шлаковой  
составляющей, % 
Модуль  
крупности Мкр 

1 
4,5 
95,5 
3,06 

2 
4,5 
95,5 
2,97 

3 
10,5 
89,5 
2,78 

4 
3,0 
97,0 
3,15 

5 
5,0 
95,0 
3,06 

Среднее значение 
5,5 
94,5 
3,0 

 
Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что исследуемые золошлаковые отходы ТЭЦ-2 относятся к среднезернистой золошлаковой смеси (ГОСТ 25592), а по содержанию зольной составляющей (не 
более 20 %, как регламентирует ГОСТ 26644) – к шлаковому песку с модулем крупности от 2,78 до 3,0. 
Для использования в бетонах и растворах топливный шлак должен 
характеризоваться химическим составом с ограниченным содержанием отдельных компонентов: 

• сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO3 в шлако
вом щебне и песке не должно превышать 3 % по массе (согласно 
ГОСТ 26644); 

• оксида кальция СаО в свободной форме в зольной составляющей 

должно быть не более 10 % по массе (согласно ГОСТ 25592) и не 
более 1 % в шлаковом щебне и песке (по ГОСТ 26644); 

• потери при прокаливании шлака должны составлять не более 3 %. 
Согласно проведенным исследованиям (В. А. Шевченко) топливный 
шлак ТЭЦ имел химический состав, приведенный в табл. 1.4.