Обоснование эффективности ограждающих конструкций из ячеистого бетона Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 621.1:666.97

А.Ф. КОСАЧ, И.Н. КУЗНЕЦОВА, В.В. НАБИТОВСКИЙ

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (г. Омск)

ТОО "Эльбрус ЛТД" (г. Экибастуэ)

ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА

В статье, на основе теоретического анализа эксплуатационных свойств ячеистого бетона предлагается комплексный расчетный метод по теплозащитным свойствам и технико-экономическим показателям, который позволит сделать выбор оптимальной ограждающей конструкции из ячеистого бетона.

В настоящее время наиболее перспективным и эффективным материалом для строительства малоэтажных зданий является ячеистый бетон, который отвечает современным требованиям по физико-техническим и теплозащитным свойствам. Для оценки конкурентоспособности стеновых материалов в современных условиях необходимо учесть увеличение стоимости теплоносителей и удорожание строительства.

Ячеистый бетон наряду с традиционными материалами остается одним из эффективнейших материалов ддя ограждающих конструкций в виде мелких стеновых блоков и панелей, а также создания технологий монолитного и сборного строительства. Его активно используют в жилищном строительстве во многих странах с различными климатическими условиями, например в Швеции, ФРГ, Финляндии, Норвегии, Польше и других странах. Плотность такого бетона составляет 400-600 кг/м1 при толщине стены от 250 до 600 мм и прочности бетона на сжатие от 1,7 до 5,0 мПа, коэффициент теплопроводности (1) в сухом состоянии колеблетсяот0,098 до0,141 Вт/мК [8].

Экономичность применения ячеистого бетона обусловлена его себестоимостью, которая в 2-3 раза ниже себестоимости строительного кирпича, а точные размеры и ровная поверхность блоков из ячеистого бетона дают значительную экономию отделочных материалов.

Взамен СНиП 11-3-79" «Строительная теплотехника» введен СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», что дает широкие возможности проектировщикам и строителям в выборе конструктивных решений наружных ограждающих конструкций стен проектируемых и строящихся зданий. Новые строительные нормы позволяют варьировать величиной теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий при выполнении условия энергетической эффективности здания — удельный расход тепловой энергии на отопление здания за отопительный период не должен превышать нормируемого значения. Расчетная величина удельного расхода тепловой энергии на отопление здания может быть снижена не только за счет повышения термического сопротивления наружных ограждающих конструк-

ций, но и за счет оптимизации объемно-планировочного решения здания, применения современных приборов отопления и вентиляции, и более рационального их расположения. Согласно новым нормативным требованиям [1,2] приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций для города Омска составляет по санитарно-гигиеническим условиям Я,'= 1,638 м2К/Вт, по условиям энергосбережения К0""!'"= 3,597 м2 К/Вт, что привело к увеличению стоимости затрат на ограждающие конструкции. Использование ячеистого бетона, позволит обеспечит экономичность стеновой конструкции по единовременным и эксплуатационным затратам, также позволит понизить теплопроводность и сократить ежегодные затраты на отопление.

Данная работа повещена определению перспектив использования ячеистого бетона в ограждающих конструкциях, расчетным методом, по следующим параметрам: средней плотности (г), коэффициенту теплопроводности (Л), экономически целесообразному сопротивлению теплопередачи (Л"), эксплуатационным затратам (Сы), общим теплопотерям через конструкцию стены за отопительный период (С?,, „).

В качестве примера в таблице 1 приведен анализ теплопроводности наружных конструкций стен (1м2) из блоков газобетона, пенобетона, пеногазобетона с облицовкой из кирпича толщиной 5 = 120мм и цемен-тно-песчанного раствора толщиной 8 = 20мм. Данные блоки удовлетворяют требованиям ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. ТУ» [4]. Пористость ячеистых бетонов может осуществляется химическим, физическим, механическим и механохимическим [5].

Химический способ поризации заключается в организации процесса газовыделения в формовочной массе за счет химического взаимодействия исходных компонентов. Механический способ поризации включает в себя процесс автономного приготовления кремнеземвяжущей растворной смеси и технической пены с их последующим совместном перемешиванием. Механохимический способ комплексный, при котором формовочная смесь на первом этапе поризуется за счет введения в ее структуру пены, а затем в поризованную массу добавляют газообразователь с помощью которого создаются

более крупные ячеистые поры [6]. Технологическая схема пенобетона приведена на рис. 1.

Расчет приведенной теплопроводности X, каждой конструкции стены без облицовки произведен по формуле Некрасова В.П. Физико-технические показатели данных конструкций стен приведены в табл. 1.

Толщина стены с облицовочным слоем из кирпича (к) и цементно-песчанного раствора (цпр), определялись по санитарно-гигиеническим условиям и условиям энергосбережения:

к(Ч»р)

сс, а..

к(цпр)

(1)

л

где — - термическое сопротивление

облицовочного слоя конструкции стены выполненной из кирпича 6 = 120мм и цементно-песчанного раствора толщиной 5 = 20мм; ар — = 23Вт/(м2К) — коэффициент теплоотдачи наружней поверхности ограждающих конструкций таб. 6 [ 1 ].

Для расчета приведенной теплопроводности каждой конструкции стены необходимо произвести подбор экономического целесообразного сопротивления теплопередачи, К", м2 К/Вт для одного метра квадратного, и ее толщины, 8, м:

Я'" =

С

л' К„к„

(2)

ружная средняя температура отопительного периода, принимаемая по таб. 1. [1];СЛ — стоимость тепловой энергии, руб/ГДж; Кта1 — коэффициент пересчета годовых затрат на компенсацию теплопотерь через 1 м2 рассматриваемой ограждающей конструкции в текущих ценах и суммарных будущих затрат за расчетный срок её эксплуатации в прогнозируемых ценах, приведенных к уровню текущих цен. (приложение [3])

Стоимость материалов использованных в данных конструкциях стен приняты по «Стройка. Омский выпуск» № 40(40) - 2005г. и определена сметная стоимость вариантов рассматриваемой ограждающей конструкции соответственно с Л,/*"" и Л,/*9'уровнями теплозащиты. Сметная стоимость ограждающей конструкции Си руб/м2с учетом сопротивления теплопередаче определена по формуле:

С.. =

С,

-С

к"

(3)

где8,64-105 — коэффициент согласования размерностей (24-3600/10''); гш — продолжительность отопительного периода, сут., принимаемые по таб. 4.1 [3];

— расчетная температура внутреннего воздуха помещений, принимаемая по таб. 4.2 [3]; — на-

-К*' '

где й/""", Я,,"*"'-расчетные значения сопротивления теплопередачи м2К/Вт, вариантов рассматриваемой ограждающей конструкции, подобранных исходя из условия энергосбережения, санитарно-гигиенических и комфортных условий, устанавливаемых согласно СНиП[1]; ^д;«" и ^-д;-*' - сметная стоимость, руб/м2, вариантов рассматриваемой ограждающей конструкции соответственно с Л,и Я™'' уровнями теплозащиты, определенная в текущих ценах по действующим сметным нормам.

В табл. 2 приведена оценка эффективности данных конструкций стен, рассмотрены эксплуатационные затраты, которые принимались, как суммарные будущие затраты в прогнозируемых ценах на компенсацию теплопотерь через 1 м2 сравниваемых вариантов ограждающих конструкций за расчетный срок их эксплуатации, приведенные к текущему уровню цен Сы, определяемых по формуле:

Со склада

1 сз

п п СП СП

Из водопровода | (водонагреватель)

Вода

. 1?

Пенообразователь

Рис. 1

Технологическая схема пенобетонной смеси.

I-транспортер, 2-поворотная воронка, 3- расходные бункера заполнителя, 4-фильтры, 5-циклон

6-расходные бункера цемента,

7-шнековый питатель,

8-доэатор цемента, 9-переходная воронка, 10-дозатор заполнителя,

II-загрузочная воронка, 12-емкость для воды, 13-емкость для пенообразователя, М-шаровая мельница, 15-дозатор воды.

16-дозатор пенообразователя,

17-пеногенератор,

18-бетоносмесители принудительного действия,

19-воронки для выдачи бетона,

20-бункер-накопитель.

21-раздаточный бункер.

ОГО

8,64-10-Ч/ш,-С УчгСк-Ктеп.

я:

(4)

С(| — принимаем в качестве расчетного значения текущей стоимости тепловой энергии тариф, на 13.10.05 г. решением правления РЭК Омской области: С„ = 344,16/4,1868 = 82,201 руб/ГДж.

Общие теплопотери 01ш через конструкции стен определены по методике [3] при экономическом сопротивление теплопередачи, Я":

а?=£[о,оозб^ •О+Е/О^'К'* -О. (5)

где — площадь ограждающей конструкции, м2; пш= 1 — коэффициент, принимаемый в зависимости от положения поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху (по таб. 3[1]); (1 +ГР„) = 1 — добавочные потери теплоты; Я,,"

— экономически целесообразное сопротивление теплопередачи, м2-К/Вт; 0,0036 — коэффициент согласования размерностей.

Общие теплопотери через наружные стены за отопительный период определяли по формуле:

(6)

где /Э^ =6276 К сут — градусо-сутки отопительного периода; (й1( — расчетная температура внутреннего воздуха помещений, принимаемая по таб. 4.2 [3];

— наружная средняя температура отопительного периода, принимаемая по табл. 1. [ 1 ].

/(с-и.

водности ячеистого бетона позволяют эффективно применять этот материал в наружных стенах, который отвечает основным требованиям к современным строительным материалам по теплозащитным свойствам и технико-экономическим показателям. Его применение при строительстве малоэтажных зданий, позволит обеспечить экономичность стеновой конструкции по единовременным и эксплуатационным затратам. Понизить теплопроводность и сократить ежегодные затраты на тепловую энергию примерно до 30%, а также обосновать эффективность ограждающей конструкции стены из ячеистого бетона(пенобетона, газобетона, пеногазобетона), использовать его для реализации программы ускоренного жилищного строительства в стране, обеспечивая строительный комплекс отечественными эффективными и долговечными материалами для возведения комфортного и безопасного жилья.

Между филиалом инженерно-строительного института при Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии и заводами сборного железобетона Омской области в настоящее время продолжается активное сотрудничество, направленное на решение широкого спектра вопросов, связанных с организацией технологических процессов по использованию новых видов сырья и добавок с целью улучшения качества ячеистого бетона, расширения его ассортимента и повышения эффективности производства.

Таблица 1

Физико-технические показатели конструкций стен из ячеистого бетона

Вид ячеистого бетона Коэффициент теплопроводности бетона Л, Вт/мК Средняя плотность А кг/м'1 Толщина конструкции стены из ячеистого бетона 8, м Сметная стоимость конструкции стены с облицовкой (с учетом До'и ЯЛ") Экономически целесообразное сопротивление теплопередаче Я", Толщина конструкции стены с облицовкой (при Я") «и,

при Яд м2К/Вт =1,638 при Л0™«"-3,597 мгК/Вт Си руб/ 2 М м2К/Вт

Для облицовки нз ЦПР* 3 * •8 3 II Для облицовки из ЦПР Для облицовки из ОК ЦПР а о С облицовкой ЦПР С облицовкой ОК ЦПР 8

Газобетон 0,289 820 0,42 0,38 0,98 0,94 247,7 250,7 1,879 1,868 0,49 0,44

0,101 440 0,15 0,14 0,36 0,34 52.6 89,9 3,073 3,119 0,30 0,29

Пенобетон 0,250 742 0,36 0,33 0,84 0,82 228,6 234,1 1.956 1,933 0,44 0,40

0,099 430 0,14 0,13 0,33 0,32 89,0 93,0 3.135 3,066 0,29 0.27

Пеногазобетон 0,092 414 0,13 0,12 0,31 0,29 92,6 87,1 3,072 3.17 0,27 0,26

0,081 385 0,12 0,10 0,28 0,26 84,5 79,9 3,217 3,308 0.24 0,24

*ЦПР — цементно-песчанный рас

Переведем теплопотери в руб/год, для этого умножим на тариф тепловой энергии С„ = 82,201 руб/ ГДжитогда 1 руб/ГДж = Ы03МДж/ч:

й.=е*.-с*.-1оэ. (?)

Расчет технико-экономических показателей (Табл. 2) показал, что пеногазобетон с величиной средней плотности р = 400 кг/м3, экономически целесообразен к сопротивлению теплопередачи К" = (3,072-3,308) м2-°К/Вт, и теплопроводности X = 0,086 Вт/м К, по сравнению с газобетоном и пенобетом является экономичным материалом, так как общие теплопотери составляют в среднем 14 руб/год, а эксплуатационные затраты 274 руб/м2, при наименьшем сроке окупаемости данной конструкции.

Уточненные значения приведенной теплопро-

"ОК - облицовочный кирпич;

Таблица 2

Технико-экономические показатели конструкций стен из ячеистого бетона

Вид ячеистого бетона Толщина конструкции стены с облицовкой (при Л") е. ы. Эксплуатационные затраты С„, руб/м' Приведенные затраты Р, руб/м1 Общие теплопотери червя конструкцию стены за отопительный период Оы, руб/год

цпр * О ЦПР * О ЦПР 8 1 О

Газо- 0.49 0,44 465,5 468,3 1369,7 1623,4 23,7 23,9

бетон 0,30 0,29 284,6 280,4 651,4 910,1 14,5 14,3

Пенно- 0,44 0,40 447,1 452,5 1289.6 1553,2 22,8 23.1

бетон 0,29 0,27 279,0 285,3 643,1 925,3 14,2 14,5

Пеногазо- 0.27 0,26 2В4.6 275.9 655,4 903,7 14,5 14,1

бетон 0,24 0,24 271,8 264,4 608,1 861,5 13,9 13.5

Библиографический список

1. Изменения №3 СНиП II -3 79". «Строительнаятеплотехника».//Госстрой РФ. - ГУПЦПП, 1998.

2. СНиП 23-02-2003. «Тепловая защита зданий» // Госстрой РФ. - ГУПЦПП.2003.

3.ТСН23-338-2002. Омской области «Энергосбережение в гражданских зданиях. Нормативы по теплопотреблению и теплозащите». // Омск Госстрой РФ, 2002 г,

4. ГОСТ 25485-89. Бетоны ячеистые. Технические условия. М., 1989 г.

5. Завадский В.Ф., Косач А.Ф. Производство стеновых материалов и изделий//Уч. пос. Новосибирск: НГАСУ 2001. 168с.

6. Завадский В.Ф., Косач А.Ф., Дерябин П.П. Технология полученияпеногазобетона/ В.Ф. Завадский, А.Ф. Косач.- 2003. №6. С. 1-3.

7. Табунщиков Ю.А., Хромец Д.Ю, Матросов Ю.А. Тепловая защита ограждающих конструкций зданий и сооружений/

Ю.А. Табунщиков, Д.Ю. Хромец, Ю.А. Матросов. - М.: Строй-издат, 1986. - 380 с.

8. Auloclaved Aerated Concrete (СЕВ Manual ol Desing and Technology). Lancaster—London—New York, 1978.

КОСАЧ Анатолий Федорович, кандидат технических наук, доцент каферды «Производство строительных материалов, изделий, конструкций». КУЗНЕЦОВА Ирина Николаевна, аспирант Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии города Омска.

НАБИТОВСКИЙ Владислав Валерьевич, генеральный директор ТОО «Эльбрус ЛТД» города Экибастуз.

Дата поступления статьи в редакцию: 14.06.2006 г. © Косач А.Ф., Кузнецова И.Н., Набитовский В.В.

(i *

Г

Новые научные разработки

Технология повышения хладостойкости отливок из среднеуглеродистых сталей

Коллективом кафедры «Машины и технология литейного производства» и сотрудниками ООО НПФ «ЛиКОМ» разработана технология изготовления отливок из среднеуглеродистых сталей с повышенной хладостойкостью.

7* Повышение надежности машин и механизмов, работающих в условиях Крайнего Севера может V быть достигнуто лишь применением материалов, обладающих достаточной хладостойкостью, опреде-I* ляемой по величине ударной вязкости при отрицательных температурах. Известно, что среднеуглеро-дистые стали типа 20-30Л, обладающие хорошими литейными, технологическими свойствами, могут ^ быть использованы лишь в средах не ниже -40 "С.

к} Было установлено, что при формировании отливок со структурой зернистого перлита с мелкими глобулярными неметаллическими включениями, равномерно распределенными в микрозернах, можно снизить порог хладноломкости стали 20-30 Л до -60 "С. Данная структура может быть достигнута за счет ^ комплексного воздействия на процесс формирования окончательной микроструктуры отливок путем „ обработки расплава модифицирующими добавками и специальной термообработкой.

Модифицирующие добавки, режимы термообработки защищены патентами Российской Федерации. ^ Технология успешно используется на ОАО «ИКАР» (г. Курган) при производстве запорной арматуры, эксплуатируемой в условиях Крайнего Севера.

Достигнутые результаты иллюстрируются приведенными ниже графиками.

и

РАЗРАБОТЧИК: кафедра МиТЛП ОмГТУ; 644050, г. Омск, пр.Мира, 11; тел. 65-26-89