CC BY
62УДК 691.421
DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-8-13
О.И. РУБЦОВ1, канд. техн. наук, Е.Ю. БОБРОВА1, канд. экон. наук;
А.Д. ЖУКОВ2 ([email protected]), канд. техн. наук, Е.А. ЗИНОВЬЕВА2, студент
1 Высшая школа экономики (101000, г. Москва, ул. Мясницкая, 20)
2 Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
Керамический кирпич, камни и полнокирпичные стены
Приведены результаты сравнительного анализа несущих стен, выполненных с применением различных систем. Изложены особенности стеновых систем, выполняемых из керамического кирпича, керамических камней, со штукатурным слоем и с внешней кладкой из лицевого кирпича, а также композитных систем с утеплением. Установлено, чем больше в конструкции используется отдельных элементов и материалов, тем больше вероятность наступления критического (ремонтного) состояния. Это обусловлено тем, что деградация свойств каждого материала во времени (т. е. постепенное понижение уровня эксплуатационных характеристик материалов и процесс их изменения в сторону ухудшения относительно проектных значений) ведет к деградации свойств конструкции в целом, вплоть до ее разрушения или внепланового капитального ремонта. Показаны преимущества кирпичных стен: высокая надежность; долговечность, определяющая длительные сроки эксплуатации без капитального ремонта, более длительные сроки между косметическими ремонтами; комфортность; экологичность и огнестойкость. Осуществлена оценка приведенных затрат на строительство и эксплуатацию различных стеновых систем.
Ключевые слова: энергосбережение, ресурсосбережение, керамический кирпич, крупноформатные камни, композиционные системы, теплоизоляция, комфорт, надежность.
Для цитирования: Рубцов О.И., Боброва Е.Ю., Жуков А.Д., Зиновьева Е.А. Керамический кирпич, камни и полнокирпичные стены // Строительные материалы. 2019. № 9. С. 8-13. 00!: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-8-13
O.I. RUBTSOV1, Candidate of Sciences (Engineering), E.Yu. BOBROVA1, Candidate of Sciences (Economics); A.D. ZHUKOV2, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]), E.A. ZINOV'EVA2, Student
1 Higher School of Economics (20, Myasnitskaya Street, Moscow, 101000, Russian Federation)
2 National Research Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoe Highway, Moscow, 129337, Russian Federation)
Ceramic Brick, Stones and the Full Brick Walls
The article presents the results of a comparative analysis of load-bearing walls made using various systems. Outlined the features of wall systems. Carried out from ceramic bricks, ceramic stones with a plaster layer and with external brickwork from facing bricks, composite systems with heat insulation. It has been established that the more complex the design (the more individual elements and materials are used in this construction), the more the probability of a critical (repair) state will increase. The degradation of the properties of each material over time (that is, a gradual decrease in the level of operational characteristics of materials and the process of their change towards deterioration relative to design values) leads to degradation of the properties of the structure as a whole, up to its destruction or unscheduled major repairs. The advantages of brick walls is a high degree of reliability, which implies a long service life without a major overhaul, a longer time between cosmetic repairs, comfort, environmental friendliness and fire resistance. Cost estimate for constructing and exploitation of different building construction was carried out.
Keywords: ceramic brick, large format stones, composite systems, heat insulation, comfort, energy saving, reliability.
For citation: Rubtsov O.I., Bobrova E.Yu., Zhukov A.D., Zinov'eva. Ceramic brick, stones and the full brick walls. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 9, pp. 8-13. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-8-13
Современный этап технологического развития строительной отрасли предъявляет дополнительные требования к энергоэффективности, комфортности, экологичности и надежности, в том числе долговечности строительных конструкций. Энергетическая эффективность и энергосбережение являются одной из приоритетных программ развития отечественной индустрии и строительной науки в том числе [1—4].
В современном строительстве долгое время существуют два направления — это применение однородных массивных стен, в частности полнокирпичных, и применение систем, объединяющих различные материалы с целью снижения массы и улучшения теплотехнических показателей конструкций. В рамках реализации второго направления определяющими векторами развития являются создание эффективных изоляционных материалов, современных систем их применения, а также продвижение знаний о грамотном использовании этих систем [5—7].
Строительные системы (СФТК, СВФ и др.) широко применяются в отечественном строительстве. Их достоинством и их недостатком одновременно является их многослойность, т. е. использование материалов различного функционального назначения, связанных между собой определенными механическими элементами (гибкие связи, подконструкции, системы крепления и др.). Отказ любого элемента такой системы ведет к разрушению системы в целом. Особенно это проявляется в случае чрезвычайных ситуаций, например пожаров или землетрясений. В случае нарушения технологии монтажа фасадная система может разрушиться даже при сильном ветре. Этих недостатков лишены массивные стены, выполненные из материалов близких по свойствам.
В отечественном строительстве многослойные ограждающие конструкции начали реализовываться с начала 1990-х гг. прошлого века, т. е. большинству построек нет еще и тридцати лет. Долговечность
8
сентябрь 2019
j\jj ®
Рис. 1. Керамический кирпич: кладка и клейма производителей
Рис. 2. Примеры массовой застройки конца XIX - начала XX в. в наши дни
многослойной конструкции определяется слоем с самым коротким сроком эксплуатации. Для эффективных утеплителей он составляет 50 лет согласно декларируемым фирмами-производителями срокам эксплуатации. Возникает вопрос: а что потом? Видимо, речь идет о разборке фасадной системы, утилизации отходов, санации несущих стен и монтаже новой композиционной системы.
Долговечность полнокирпичных стен доказана столетиями. Характерным является пример массового строительства, которое развернулось в России в конце XIX — начале XX в. В обеих столицах и в большинстве губернских центров строились сотни домов: доходных, личных, административных, торговых. Основным стеновым материалов был керамический кирпич, изготовленный на отечественных фабриках. Известны коллекции старинного кирпича в Санкт-Петербурге, Ростове-на-Дону, Омске, экспонаты которых не только представляют историческую ценность, но также являются предметом научных исследований с целью определения взаимосвязи состава сырья, технологии производства, свойств и структуры обожженного кирпича (рис. 1). Финансирование застройки осуществлялось и из бюджета, и из частных средств промышленников,
купцов, аристократов. Основными архитектурными стилями были романтизм, неоклассицизм, модерн, эклектика (рис. 2).
В настоящее время такие здания и сооружения, которым посчастливилось пережить две революции и две мировые войны, сохранились и продолжают эксплуатироваться. В конце XIX — начале XX в. улицы Пречистенка, Поварская, Большая Никитская, Спиридоновка, Малая Никитская, Мясницкая, Лубянка, Варварка, Никольская, Тверская в Москве застраивались кирпичными зданиями, как правило с оштукатуриванием, реже с облицовкой плиткой или мозаикой.
Большинство этих зданий сохранилось, правда, в значительно измененном виде. Практически во всех зданиях был проведен (в некоторых и не раз) капитальный ремонт: деревянные перекрытия заменялись на стальные или железобетонные, реконструировалась крыша, заменялось оконное оформление; многие здания надстраивались двумя, тремя и даже четырьмя этажами. Неизменными остались кирпичные несущие стены и их штукатурные покрытия, обновляемые в процессе плановых текущих ремонтов. Практически во всех городах России можно найти множество аналогичных примеров.
Рис. 3. Поризованные пустотные керамические камни
Следовательно, массово выпускаемый кирпич многими десятками лет эксплуатации зарекомендовал себя как надежный строительный материал, имеющий высшую степень надежности и долговечности.
Расчеты и натурные испытания показывают, что при применении массивных стен из полнотелого и пустотного кирпича невозможно достичь термического сопротивления наружных конструкций, удовлетворяющих современным теплотехническим нормам по энергосбережению. При этом такие конструкции в современном исполнении имеют удовлетворительные теплотехнические показатели по комфортности. Обеспечение комфортных условий полностью (и по тепловлажностному режиму, и по акустическим показателям, и по отсутствию вредных выделений) стало возможным с момента изобретения пустотно-поризованной «теплой» керамики (рис. 3).
В конце 1970-х гг. энергетический кризис заставил большинство строительных компаний начать поиски новых строительных материалов, которые позволяли бы сохранить тепло внутри помещений и при этом могли обеспечить комфортные условия в
Рис. 4. Сельский дом из керамических камней
них. К началу 1980-х гг. можно отнести появление первых поризованных керамических блоков. Именно в это время в Испании и Италии была разработана технология производства новой «теплой» керамики: поризованных керамических блоков
Пустотно-поризованные керамические блоки — это экологически чистые строительные материалы, производимые из глины и выгорающих добавок. В отличие от обычных кирпичей поризованные блоки имеют меньшую плотность и соответственно более низкую теплопроводность.
В настоящее время существует довольно большое количество видов и форматов поризованных керамических блоков, среди них наиболее популярны 2,1НФ; 4,5НФ; 10,8НФ и 14,5НФ. Коэффициенты при НФ обозначают, во сколько раз поризованный керамический блок (камень) больше по объему кирпича нормального формата 250x120x65 мм.
Отечественные заводы выпускают продукцию, соответствующую ГОСТ 530—2012 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия». Форматы кирпича — от 2,1 НФ до 14,9 (15,6 — для шлифованных камней) НФ. Толщину изделий выбирают кратной толщине одинарного (стандартного) кирпи-
Таблица 1
Показатели качества стеновых систем
Показатели качества
Система Трудоемкость в монтаже Долговечность Комфортность Экологич-ность Огнестойкость Стойкость в агрессивных средах
Цельнокирпичная стена 7 10 10 10 10 10
Кладка из керамических камней с облицовкой кирпичом 6-8 10 10 10 10 10
Кладка из керамических камней с утеплением и облицовкой кирпичом 8 9 10 10 10 10
Системы фасадные теплоизоляционные композиционные 9 8 10 9 9 9
Системы вентилируемых фасадов с утеплением (СВФ) 10 7 10 9 4-8* 7-9*
Слоистая стена** 8 8 10 9 8 10
Колодцевая кладка 9 10 9 9 9 10
Стена из ячеисто-бетонных блоков 8 7 8 8 9 6
Каркасные стены с утеплением 8 6 10 8 1-4* 3-6*
* В зависимости от типа облицовки. ** Слоистая стена включает несущую версту (стену из кирпича или бетона), теплоизоляционный слой и внешнюю версту (из лицевого кирпича).
Таблица 2
Общая стоимость 1 м2 стен различной конструкции с учетом затрат на ремонт при расчетном сроке эксплуатации 100 лет
Тип конструкции Стоимость монтажа, р. Затраты на ремонт, р. Итого затраты на монтаж и ремонт, р.
Цельнокирпичная стена 6728 4037 10765
Кладка из керамических камней с облицовкой кирпичом 4522 6331 10853
Кладка из керамических камней с утеплением и облицовкой кирпичом 4502 7203 11705
СФТК на несущей стене 5418 13849 19267
СВФ на несущей стене 6097 10975 17072
Слоистая стена 4528 8149 12677
Колодцевая кладка 5544 7762 13306
Стена из ячеисто-бетонных блоков 4860 12366 17226
Рис. 6. Кладка из керамических камней с фасадной облицовкой кирпичом
Рис. 5. Кладка из керамических камней
ча плюс 12 мм — постельный шов. Теплопроводность таких изделий находится в интервале от 0,2 до 0,24 Вт/(мК), что позволяет отнести их по теплотехническим характеристикам в группы повышенной эффективности.
Основное применение поризованные керамические камни (крупноформатные, в том числе и с пазо-ребневыми гранями) нашли в строительстве малоэтажных и многоэтажных зданий, где они используются в качестве основных несущих (самонесущих) стен и перегородок.
Из керамических камней возводят несущие стены с последующим оштукатуриванием (рис. 4, 5) (морозостойкость керамических камней нормируется от F25, а этого недостаточно для центральных областей России и далее к Северу и на Восток) или устраивают стены с облицовкой лицевым атмосферостойким пустотелым кирпичом нормального формата (рис. 6).
Строительство зданий из поризованных керамических блоков позволяет обеспечить во всех помещениях хороший, здоровый микроклимат, теплотехническую эффективность и высокую звукоизоляцию. В связи с этим непосредственный и инженерный интерес представляло сравнение свойств и особенностей различных фасадных систем. Сравнительный анализ проводился по экономическим критериям (стоимость материалов и работ), а также по трудоемкости в монтаже, долговечности, комфортности,
экологичности, огнестойкости, стойкости в агрессивных средах. Значения показателей качества различных систем были получены методом экспертных оценок по 10-балльной шкале. Максимальное значение принималось за 10 баллов. Результаты представлены в табл. 1.
Особенностью кирпичной кладки является недостаточное по теплотехническим нормам термическое сопротивление и массивность, а значит, толщина стен и нагрузка на фундамент. Тем не менее кирпичные дома с оштукатуренными фасадами, как уже отмечалось, составляют основу исторической застройки многих городов более 100 лет. Стены и фундаменты этих домов сохранились практически в безремонтном состоянии.
Скрепленная система теплоизоляции (СФТК) может содержать горючие компоненты, например пенополистирольные плиты, которые постоянно становятся причиной тяжелых последствий пожаров. К недостаткам данной системы относят необходимость строгого соблюдения определенных погодных условий при монтажных работах. Так, температура окружающей среды не должна быть ниже +5оС. Влажность должна быть умеренной или низкой. Выпадение осадков во время проведения работ крайне нежелательно.
Качественные характеристики вентилируемого фасада зависят от типа облицовочного материала, систе-
научно-технический и производственный журнал
мы несущей подконструкции, вида теплоизоляции и способа ее ветрозащиты. Основной причиной возгорания подобных систем являются горючие облицовочные материалы и горючая ветрозащита. Долговечность системы в целом определяется типом и материалом подконструкции. Применяют базальтопластиковые системы, системы на основе оцинкованной стали, нержавеющей стали, алюминия. Горячеоцинкованная сталь, как наименее дорогая, находит предпочтительное применение. При этом любое повреждение защитного покрытия приводит к коррозии и впоследствии к разрушению несущих элементов.
Колодцевая кирпичная кладка в настоящее время применяется относительно редко, но соответствующие проектные решения позволяют возводить стены, отвечающие теплотехническим нормам. Выполнение работ по возведению внешней и внутренней версты, закреплению связей между ними и укладке утеплителя предполагает высокую квалификацию рабочих. Термическое сопротивление системы определяется типом утеплителя. В целом система практически неремонтопригодна. Например, замена теплоизоляции предполагает разборку стены и пр.
Кладка из ячеисто-бетонных блоков отличается высокой сорбционной способностью, вследствие чего снижается теплозащита ограждающих конструкций. Следовательно, она требует дополнительного облицовочного слоя для защиты от атмосферных воздействий. Кроме того, ячеистые бетоны обладают достаточно высокой усадочной деформацией, что создает предпосылки к трещино-образованию.
Композиционные системы являются, по сути, дополнением к несущим стенам или каркасу: вначале возводят несущую или ограждающую стену (из кирпича или камня, ячеисто-бетонных блоков, монолитного бетона), а затем на нее монтируют фасадную систему, в состав которой включена теплоизоляционная оболочка. Это обусловливает, во-первых, сложность проектирования (особенно специальных узлов) и монтажа, а во-вторых, необходимость качественного изготовления и монтажа каждого элемента (или даже детали) композитной конструкции. Отказ любого элемента такой конструкции может привести к разрушению системы в целом.
В результате оценки экономических показателей (в ценах 2018 г.) установлено, что при расчет-
Список литературы
1. Теличенко В.И., Орешкин Д.В. Материаловед-ческие аспекты геоэкологической и экологической безопасности в строительстве // Экология урбанизированных территорий. 2015. №. 2. С. 31-33.
2. Жук П.М., Жуков А.Д. Нормативная правовая база экологической оценки строительных материалов: перспективы совершенствования // Экология и промышленность России. 2018. № 4. С. 52-57.
ном сроке эксплуатации 100 лет затраты на монтаж и ремонт стены из кирпичной кладки составят 10765 р.; кладки из керамических камней с облицовкой кирпичом — 10853 р. и кладки из керамических камней с утеплением и облицовкой кирпичом — 11705 р. на 1 м2 поверхности стены, что значительно меньше затрат по системам СФТК (19267 р./м2) и СВФ (17072 р./м2). Это объясняется большими сроками безремонтной эксплуатации стен с применением керамического кирпича и керамических камней.
Преимуществами кирпичных стен является высокая степень надежности, что предполагает длительные сроки эксплуатации без капитального ремонта, более длительные сроки между косметическими ремонтами, комфортность, экологичность и огнестойкость.
Необходимо отметить, что в настоящее время промышленность строительной керамики переживает непростые времена. По данным, озвученным на XVI Международной научно-практической конференции «Развитие керамической промышленности России: КЕРАМТЭКС-2018» (май 2018, Тула), за последние 15 лет прекратили существование 186 предприятий — производителей керамического кирпича, из них за период 2016—2017 гг. в России было закрыто 37 предприятий, в основном они производили рядовой керамический кирпич. Всего в 2017 г. по сравнению с 2016 г. производство керамического кирпича снизилось на 3,6%, его потребление в строительстве снизилось на 3,8%; загрузка мощностей предприятий составила в среднем 65,8% [8, 9].
При этом Стратегия развития промышленности строительных материалов до 2020 г. и дальнейшую перспективудо2030г., утвержденнаяРаспоряжением Правительства Российской Федерации от 10 мая 2016 г. № 868-р, предусматривает 26 проектов модернизации и строительства новых производств в кирпичной промышленности суммарной мощностью около 2 млрд усл. кирпича в год с объемом инвестиций более 42 млрд р. Предпочтения, видимо, будут отданы современным эффективным керамическим изделиям. В том числе и крупноформатным керамическим изделиям, а также высокоэффективному и атмосферостойкому лицевому кирпичу.
References
1. Telichenko V.I., Oreshkin D.V. Materials science aspects of geo-ecological and environmental safety in construction. Ekologiya urbanizirovannyh territorij. 2015. No. 2, pp. 31-33. (In Russian).
2. Zhuk P.M., Zhukov A.D. Regulatory legal framework for environmental assessment of construction materials: prospects for improvement. Ekologiya i pro-myshlennost' Rossii. 2018. No. 4, pp. 52-57. (In Russian).
3. Федюк Р.С., Мочалов А.В., Симонов В.А. Тенденции развития норм по тепловой защите зданий в России // Вестник инженерный школы ДВФУ. 2012. № 2 (11). С. 39-44.
4. Роговой М.И. Технология искусственных пористых заполнителей и керамики. М.: Эколит, 2016. 320 с.
5. Жуков А.Д., Орлова А.М., Наумова Т.А., Никуш-кина Т.П., Майорова А.А. Экологические аспекты формирования изоляционной оболочки зданий // Научное обозрение. 2015. № 7. С. 209-212.
6. Жуков А.Д., Наумова Н.В., Мустафаев Р.М., Майорова Н.А. Моделирование свойств высокопористых материалов комбинированной структуры // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 7. С. 48-51.
7. Ищук М.К., Гогуа О.К., Фролова И.Г. Особенности работы гибких связей в стенах с лицевым слоем из каменной кладки // Строительные материалы. 2018. № 7. С. 40-44. DOI: https://doi. org/10.31659/0585-430X-2018-761-7-40-44
8. Семёнов А.А. Тенденции развития кирпичной промышленности и кирпичного домостроения в России // Строительные материалы. 2018. № 8. С. 49-51. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-762-8-49-51
9. Развитие керамической промышленности России (Информация) // Строительные материалы. 2018. № 8. С. 44-47.
3. Fedyuk R.S., Mochalov A.V., Simonov V.A. Trends in the development of standards for the thermal protection of buildings in Russia. Vestnik inzhenernyi shkoly DVFU. 2012. No. 2 (11), pp. 39-44. (In Russian).
4. Horny M.I. Tekhnologiya iskusstvennyh poristyh za-polnitelej i keramiki [Technology of artificial porous aggregates and ceramics]. Moscow: Ecolit. 2016. 320 p.
5. Zhukov A.D., Orlova A.M., Naumova T.A., Nikushkina, T.P., Mayorova A.A. Ecological aspects of the formation of an insulating shell of buildings. Nauchnoe obozrenie. 2015. No. 7, pp. 209-212. (In Russian).
6. Zhukov A.D., Naumova N.V., Mustafayev R.M., Mayorova N.A Modeling the properties of highly porous materials of the combined structure. Promyshlennoe i grazh-danskoestroitel'stvo. 2014. No. 7, pp. 48-51. (In Russian).
7. Ischuk M.K., Gogua OK, Frolova I.G. Features of the work of flexible connections in walls with a face layer of masonry. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 7, pp. 40-44. (In Russian). DOI: https://doi. org/10.31659/0585-430X-2018-761-7-40-44
8. Semenov A.A. Trends in the development of the brick industry and brick housing construction in Russia. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 8, pp. 49-51. (In Russian). DOI: https://doi. org/10.31659/0585-430X-2018-762-8-49-51
9. Development of the ceramic industry of Russia (Information). Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 8, pp. 44-47. (In Russian).
Национальный исследовательский Томский политехнический университет пн на базе кафедры «Технология силикатов и наноматериалов»
с 28 октября по 2 ноября 2019 г.
УНИВЕРСИТЕТ
ТОМСКИЙ
гюлит-хньпрг ий проводит курсы повышения квалификации по программе
«Современные строительные керамические материалы»
для работников предприятий по производству керамического кирпича, камня и крупноформатных керамических блоков, клинкерного кирпича, керамзита, а также специалистов испытательных лабораторий, специализирующихся на оценке качества строительных керамических материалов и изделий.
Тематические разделы программы:
1. Сырьевая база для производства стеновых керамических материалов.
2. Процессы экструзионного формования в технологии строительной керамики.
3. Процессы сушки и обжига в технологии строительной керамики.
4. Высолы и способы их предотвращения. Декорирование изделий.
5. Бережливое производство. Наилучшие доступные технологии.
В ходе проведения 3 предыдущих курсов квалификацию повысили свыше 60 работников 28 предприятий из России, Казахстана, Узбекистана.
Техническую поддержку при реализации программы оказывает изготовитель износостойкой формовочной оснастки компания «Томские фильеры» (ООО «Компонент»).
Контакты: [email protected]; [email protected]
Ц научно-технический и производственный журнал
® сентябрь 2019 13~
