Научно-технические предпосылки эффективного использования гипсовых материалов в строительстве Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Материалы и конструкции

Н|Н

I

УДК 624.074.433

В.Ф. КОРОВЯКОВ, д-р техн. наук ([email protected]), А.Ф. БУРЬЯНОВ, д-р техн. наук

Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26)

Научно-технические предпосылки эффективного использования гипсовых материалов в строительстве

Приведены результаты многолетних исследований по модификации гипсовых вяжущих с целью повышения водостойкости, морозостойкости и в целом долговечности изделий на их основе. Полученные композиционные гипсовые вяжущие (КГВ) прошли широкую проверку при изготовлении различных бетонов, которые могут являться эффективной альтернативой цементным бетонам при производстве ряда конструкций для строительства зданий жилищного и социального назначения. Рассмотрены свойства таких изделий, как стеновые материалы штучные, блочные, а также индустриальные панельные. Обзорно представлены результаты обследований зданий и сооружений, построенных в различные годы, которые подтвердили достаточную долговечность конструкций из модифицированных гипсовых бетонов.

Ключевые слова: гипс, модифицированное вяжущее, композиционное вяжущее, бетоны, изделия, конструкции, долговечность.

V.F. KOROVIAKOV, Doctor of Sciences (Engineering) ([email protected]), A.F. BUR'YANOV, Doctor of Sciences (Engineering) Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoye Hwy, 129337, Moscow, Russian Federation)

Scientific and Technical Backgrounds of Efficient Application of Gypsum Materials in Construction

The results of multiyear studies connected with the modification of gypsum binders with the purpose to improve water resistance, frost resistance and durability of products on their base as a whole are presented. Composite gypsum binders (CGB) obtained have passed extensive checking when preparing different concretes which could be an efficient alternative to cement concretes when producing some structures for construction of residential and social buildings. Properties of such materials as single-piece, block and industrial panel wall materials are considered. The results of inspections of buildings and structures constructed in different years which confirmed the sufficient durability of structures made of modified gypsum concretes are reviewed.

Keywords: gypsum, modified binder, composite binder, concretes, structures, durability.

Гипсовые материалы в строительстве известны с давних времен, но применялись в основном для отделочных, декоративных, мелких конструктивных работ внутри сооружений. Перегородки из гипсокартонных листов, подвесные потолки или потолочная лепнина, объемные декоративные элементы интерьеров - вот наиболее известные варианты применения гипсовых изделий в помещениях с относительной влажностью воздуха до 65%. Гипсовые вяжущие входят в состав клеев, шпаклевок, штукатурных растворов, теплоизоляционных ячеистых бетонов (пеногипс, газогипс). Как установлено экспериментами, фосфогипс и вяжущие из него пригодны для устройства оснований автомобильных дорог, в качестве добавок в асфальтобетонные смеси, но применяются здесь весьма незначительно.

Такие области применения обусловлены недостаточной водостойкостью природного и вторичного гипсового камня и изделий из него. Вместе с тем российские ученые постоянно занимались поиском технологий повышения водостойкости и долговечности материалов на основе гипсовых вяжущих с целью обеспечения возможности применения гипсовых изделий в наружных конструкциях зданий. К тому имеются весьма важные технические, экологические и экономические предпосылки: низкая энергоемкость производства, достаточная прочность, гигиеничность, экологическая чистота, распространенность сырья [1, 2].

Ряд авторитетных специалистов из МГСУ, ВНИИСТРОМ им. П.П. Будникова, ННГАСУ, НИИМосстроя и др. в разные годы осуществляли обследование объектов, построенных с применением гипсовых изделий в различных регионах Рос-

зв| —

сии и СНГ, где такие постройки сохранились с 40-60-х гг. ХХ в. [3-6]. Обследование объектов позволило сделать важнейший вывод: гипсовые материалы - надежная альтернатива ряду дорогостоящих и весьма трудоемких в применении материалов, особенно стеновых, для возведения малоэтажных жилых и социальных объектов.

Многолетними исследованиями приверженцев гипсовых технологий номенклатура строительных материалов из гипса значительно увеличена и отражена в справочнике [7].

Более широкому применению этих материалов, в том числе для несущих и наружных конструкций, мешали их некоторые отрицательные свойства: недостаточные водостойкость и морозостойкость, ползучесть при увлажнении, необходимость длительной сушки изделий. Все это вызывало вполне понятные опасения применения бетонов на основе гипсовых вяжущих в капитальном строительстве.

На первом этапе скоординированной совместной работы группа исследователей под руководством А.В. Волжен-ского и А.В. Ферронской установила, что один из эффективных способов повышения водостойкости гипсовых вяжущих основан на введении в них веществ, вступающих в химическое взаимодействие с образованием твердеющих в воде водостойких продуктов. Такими добавками могут быть портландцемент и молотые гранулированные доменные шлаки в сочетании с другими активными минеральными компонентами (гипсоцементно-пуццолановые вяжущие - ГЦПВ) [3].

Создание ГЦПВ позволило значительно расширить области применения гипсовых материалов в строительстве

И|Н

I

за счет использования их в наружных конструкциях и помещениях с повышенной влажностью воздуха. Очень быстро новые относительно недорогие водостойкие гипсовые материалы нашли применение в производстве сантехнических кабин и вентиляционных блоков (Хорошевский завод ЖБИ ДСК-1, Кунцевский и Востряковский заводы ЖБИ в Москве), а также в изготовлении стеновых блоков для одно-двухэтажных домов (Ставропольский и Краснодарский края, Владимирская, Нижегородская, Свердловская, Астраханская области, Башкирия, Литва, Латвия и др. регионы бывшего СССР), производственных сельскохозяйственных зданий в Киргизии и др. [3, 6].

На втором этапе исследований в МГСУ были получены водостойкие материалы нового поколения - композиционные гипсовые вяжущие (КГВ) низкой водопотребности и бетоны на их основе [7, 8].

Технология КГВ открывает немалые возможности утилизации различных техногенных отходов. Для получения КГВ приемлемы любые разновидности гипсовых вяжущих (бета- и альфа-полугидраты сульфата кальция, ангидрит, эстрих-гипс), а также кремнеземистые добавки в виде золы-уноса, метакаолина, керамической пыли, отходов производства кирпича, стеклянного боя, мелкого кварцевого песка, различных шлаков и других инертных и активных минеральных компонентов [8].

Производство КГВ нетрудно наладить на гипсовых заводах в цехах сухих строительных смесей или на специально выделенных участках при реконструкции предприятий, в том числе на заводах ЖБИ.

В результате проведенных исследований существенно расширена номенклатура бетонов:

- тяжелые, классов В7,5-В35; мелкозернистые, в том числе золобетон В5-В35;

- легкие на пористых заполнителях, в том числе особо легких пеностекольных, классов В1,5-В10 при средней плотности от 500 до 1300 кг/м3;

- опилкобетон В1,5-В5 при средней плотности 600-900 кг/м3;

- пенобетон В0,5-В3,5 при средней плотности 300-800 кг/м3. Все эти бетоны пригодны как для монолитного возведения малоэтажных зданий различного назначения, так и для производства стеновых сборных элементов. Стены жилого двухэтажного дома можно отлить за 3-5 дней, после чего производится внутренняя и наружная отделка бы-стротвердеющими гипсовыми смесями. Исследованиями доказана возможность использования бетонов на основе КГВ для изготовления плит перекрытий, наружных стеновых материалов, сухих смесей для наружной штукатурки, конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных материалов и изделий из ячеистого бетона (модифицированные пено- и газогипсы).

Рис. 1. Монтаж пеногипсовых конструкций

12'2015

Одним из важных современных рыночных факторов является достаточно высокий спрос на малоэтажное жилье в общем объеме жилищного строительства, который, по некоторым оценкам, составляет до 40%. Растет спрос на индивидуальное строительство жилых домов усадебного типа и коттеджей. Преимущества применения монолитного гипсобетона для этих целей неоспоримы. Вместе с тем индивидуальное строительство всегда сопряжено с нетиповыми оригинальными архитектурными и планировочными решениями. Для этого необходима достаточная номенклатура удобных оригинальных стеновых изделий.

Универсальные гипсобетонные пазогребневые плиты, изготавливаемые в металлопластиковых кассетных формах отличаются тем, что толщину плит можно варьировать в кассете и получать блоки с термовкладышем для устройства наружных стен. Благодаря высокоточным геометрическим параметрам и красивым внешним поверхностям плит стены здания, сложенные из них, не требуют дополнительной отделки. Кладка плит выполняется на клею.

Цикл изготовления плит в 20-местной кассете очень экономичен и составляет 40 мин. Площадь поверхности изготовленных за одну формовку плит составляет 3,6 м2.

Водостойкий гипсовый кирпич - перспективный материал, предназначен для кладки наружных и внутренних стен малоэтажных зданий и сооружений, а также для их облицовки. Технология аналогична силикатному кирпичу, но отсутствует автоклавная обработка.

Большой интерес представляет технология индустриального строительства малоэтажного жилья с применением модифицированного пеногипса (рис. 1-3). В основу технологии положен проект «Народный дом» - быстровозводи-мая модульная конструкция с использованием технологии сборного домостроения «Преображение». Технические данные здания таковы, что коробка с кровлей может быть установлена за три-четыре дня. Такой дом теоретически сможет позволить себе любая российская семья со средним доходом. Домокомплект производится в заводских условиях. Владелец получает комплект с паспортом эксплуатации.

Технические характеристики ячеистого бетона:

- средняя плотность 400-600 кг/м3;

- низкая теплопроводность, сравнимая с древесиной;

- предел прочности при сжатии 2-3 МПа;

- морозостойкость 35-50 циклов;

- низкая гигроскопичность;

- экологичность;

- высокие показатели теплоемкости.

Конструкции из гипсового ячеистого бетона обладают:

- однородностью материала в конструкции;

- соответствием требованиям капитальности и долговечности;

39

Рис. 2. Объект на стадии строительства Рис. 3. Общий вид дома из пеногипсовых

конструкций

Материалы и конструкции

Н|Н

I

- трещиностойкостью;

- огнестойкостью и пожаробезопасностью. Указанные эксплуатационные характеристики и долговечность конструкций в здании обеспечиваются применением пеногипсобетона, разработанного совместно с компанией «ЭРКЕР» на основе водостойкого композиционного гипсового вяжущего и деревянной арматуры. Весь дом практически выполняется из конструкций на основе модифицированного пеногипса и древесины в качестве арматуры, что обеспечивает экологическую безопасность строений.

Разработку технологии конструкций из пеногипса, армированных древесиной, и их экспериментальную проверку осуществляли с 2010 г. в п. Архангельское Красногорского района Московской области на опытно-экспериментальной площадке компании «ЭРКЕР». За этот период разработаны типы и виды конструкций для строительства малоэтажных зданий, впервые создана уникальная технология изготовления сборных конструктивных элементов, разработана технологическая линия с применением отечественного оборудования, которая выпускает продукцию. Из производимых конструкций возводятся дома (рис. 1, 2, 3).

Значительное распространение в последние годы получили сухие смеси для устройства стяжек под полы, штукатурные и шпатлевочные смеси на основе гипсовых вяжущих [9, 10].

В качестве гипсовых вяжущих в смесях для стяжек применяют высокопрочный гипс (марки Г-10 и выше) либо смесь строительного гипса с высокопрочным. В зарубежной практике применяют еще ангидритовое вяжущее, но в РФ промышленного производства такого вяжущего нет. В нашей стране все большее распространение получают водостойкие композиционные гипсовые вяжущие (ВГВ). Применение ВГВ низкой водопотребности обеспечивает необходимую величину влажности стяжки после укладки и схватывания. Обеспечивается хорошая растекаемость и самовыравнивание. Гипсовые стяжки не дают усадки, отличаются высокой трещиностойкостью.

Стеновые изделия из бетонов на водостойких гипсовых вяжущих значительно дешевле аналогичных на портландцементе или керамических. Стоимость 1 м2 стены из универсальных пазогребневых плит на КГВ составляет 15,7 USD (при толщине стены 500 мм), тогда как стены той же толщины из ячеистых автоклавных блоков - около 36 USD.

Отечественная отраслевая наука в поиске новых решений, и это сегодня один из важнейших факторов укрепления авторитета отечественного строительного комплекса перед лицом массового потребителя строительной продукции.

Список литературы

1. Ферронская А.В., Коровяков В.Ф., Баранов, Бурьянов А.Ф., Лосев Ю.Г., Поплавский В.В., Шишин А.В. Гипс в малоэтажном строительстве. М.: АСВ. 2008. 240 с.

2. Бурьянов А.Ф. Гипс, его исследование и применение от П.П. Будникова до наших дней // Строительные материалы. 2005. № 9. С. 40-43.

3. Ферронская А.В. Долговечность гипсовых материалов, изделий и конструкций. М.: Стройиздат. 1984. 286 с.

4. Марсаев Р.Н., Бабков В.В., Недосеко И.В., Юнусо-ва М.С., Печенкина Т.В., Красногоров М.И. Опыт производства и эксплуатации гипсовых стеновых изделий // Строительные материалы. 2008. № 3. С. 78-80.

4о| -

5. Пустовгар А.П. Опыт применения гипсовых вяжущих при возведении зданий // Строительные материалы. 2008. № 3. С. 81-86.

6. Ферронская А.В. Опыт применения гипсовых материалов и изделий в строительстве (отечественный и зарубежный). Материалы Всероссийского семинара: Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий. Уфа. 2004. С. 190-195.

7. Ферронская А.В. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). М.: АСВ. 2004. 488 с.

8. Коровяков В.Ф. Гипсовые вяжущие и их применение в строительстве // Российский химический журнал. 2003. № 4. Т. XLVII. С. 18-25.

9. Коровяков В.Ф. Перспективы производства и применения в строительстве водостойких гипсовых вяжущих и изделий // Строительные материалы. 2008. № 3. С. 65-67.

10. Гонтарь Ю.В., Чалова А.И., Бурьянов А.Ф. Сухие строительные смеси на основе гипса и ангидрита. М.: Де-Нова. 2010. 214 с.

References

1. Ferronskaya A.V., Korovyakov V.F., Baranov, Bur'yanov A.F., Losev Yu.G., Poplavskii V.V., Shishin A.V. Gips v malojeta-zhnom stroitel'stve [Gypsum in low-rise construction]. Moscow: ASV. 2008. 240 p.

2. Bur'yanov A.F. Gypsum, its research and application of P.P. Budnikova up to Shih-day. Stroitel'nye materialy [Building Materials]. 2005. No. 9, pp. 40-43. (In Russian).

3. Ferronskaya A.V. Dolgovechnost' gipsovyh materialov, izdelii i konstrukcii [The durability of gypsum materials, products and designs]. Moscow: Stroiizdat. 1984. 286 p.

4. Marsaev R.N., Babkov V.V., Nedoseko I.V., Junusova M.S., Pechenkina T.V., Krasnogorov M.I. Experience in the production and operation of gypsum wall products. Stroitel'nye materialy [Building Materials]. 2008. No. 3, pp. 78-80. (In Russian).

5. Pustovgar A.P. Experience of gypsum binders in the construction of buildings. Stroitel'nye materialy [Building Materials]. 2008. No. 3, pp. 81-86. (In Russian).

6. Ferronskaya A.V. Opyt primenenija gipsovyh materialov i izdelii v stroitel'stve (otechestvennyi i zarubezhnyi) [Experience of plaster materials and products in the construction of (domestic and foreign)] Proceedings of the seminar: Increasing effectiveness, efficiency of production and application of plaster materials and products. Ufa. 2004, pp. 190-195. (In Russian).

7. Ferronskaya A.V. Gipsovye materialy i izdeliya (proizvodstvo i primenenie) [Gypsum materials and products (production and use)]. Moscow: ASV. 2004. 488 p.

8. Korovyakov V.F. Gypsum binders and their use in construction. Rossiiskii khimicheskii zhurnal. 2003. No. 4. Vol. XLVII, pp. 18-25. (In Russian).

9. Korovyakov V.F. Prospects for production and use in the construction of water-resistant gypsum binders and products. Stroitel'nye materialy [Building Materials]. 2008. No. 3, pp. 65-67. (In Russian).

10. Gontar' Ju.V., Chalova A.I., Bur'yanov A.F. Suhie stroitel'nye smesi na osnove gipsa i angidrita [Dry building mixtures based on gypsum and anhydrite]. Moscow: De-Nova. 2010. 214 p.