CC BY
116
УДК 692.232
Г. С. Оганджанян
канд. техн. наук, генеральный директор, ООО «ЛАД Системс», г. Москва
Д.Г. Оганджанян
студент,
кафедра «Материаловедение и технология обработки материалов», ФГБОУ ВПО «МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского», г. Москва
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАРУЖНЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ КИРПИЧНЫХ СТЕН
С ПЛИТОЧНЫМ ЭФФЕКТИВНЫМ УТЕПЛИТЕЛЕМ В МАССОВОМ БЮДЖЕТНОМ ЖИЛИЩНОМ ДОМОСТРОЕНИИ РФ И ИННОВАЦИОННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИХ РЕШЕНИЯ
Аннотация. В статье обобщены основные конструктивные проблемы наружных многослойных стен с кирпичной облицовкой и эффективным утеплителем в бюджетном мало- и многоэтажном домостроении РФ, обоснована разработка научно-технической платформы по производству инновационных стеновых пенатермоб-локов и конструированию многослойных наружных стен из них. Использование жесткого пенаполиуретана в качестве эффективного утеплителя и блокообразующего материала позволит производить инновационные композитные стеновые блоки и устроить из них долговечные бюджетные фасады зданий наименьшей толщины и веса c высокими теплотехническими, пароизоляционными и прочностными характеристиками.
Ключевые слова: многослойная стена, эффективный утеплитель, жесткий полиуретан, высокоадгезионные свойства, композитный пенатермоблок.
G.S. Ogandzhanian, CEO LLC "LAD Systems", Moscow
D.G. Ogandzhanian, MATI - Russian State Technological University named after K.E.Tsiolkovsky»,
Moscow
THE MAIN PROBLEMS OF MULTILAYER OUTER BRICK WALLS WITH TILE EFFICIENT INSULATION IN
MASS HOUSING CONSTRUCTION IN RUSSIA AND THEIR INNOVATIVE SOLUTIONS
Abstract. The article summarizes the main structural problems of multi-layer outer brick-clad walls with efficient insulation in low budget low / high-rise residential buildings in Russia, provides rationalization for developing scientific and technological basis for production of innovative wall foam thermoblock systems and using them when constructing multilayer outer walls. Rigid polyurethane foam, being used as high performance insulation material as well as material to form blocks, allows to make long-life building facades with the modest thicknesses and weigh with high ther-motechnical, insulating and strength characteristics.
Keywords: multi-layer wall, efficient insulant, rigid polyurethane, high adhesive property, composite foam thermoblock.
Требование по энергосбережению зданий и сооружений напрямую имеет отношение к стеновым ограждающим конструкциям, через которые происходит до 40% теплопотерь. При всем разнообразии конструкций наружных стен на сегодняшний день для строительного сообщества РФ, выбор бюджетных, востребованных рынком жилья и технологичных конструкций наружных стен не велик.
В настоящее время порядка 25% из общего объема возводимых конструкций фасадов многоэтажных и малоэтажных жилых зданий в РФ имеют многослойные наружные стены из ко-лодцевой кладки (лицевой кирпич + утеплитель + железобетон, легкобетонный или керамический блок и т.п.). Несмотря на то, что за последние годы проведено большое количество исследований подобных конструкций, отсутствует, должным образом оформленная, научно-правовая платформа по их пригодности. В основном, это обусловлено появлением инновационных строительных материалов (конструкционных и эффективных утеплителей и т.п.), конструктивных решений зданий и прогрессивных технологий ведения строительных работ (монолитные
технологии и т.п.) за последние десятилетия и отставанием их комплексных исследований.
Нормативно-правовым основанием для применения инновационных конструктивных решений или материалов в строительной сфере в РФ является «Техническое свидетельство о пригодности новой продукции для применения в строительстве на территории Российской Федерации» (ТС), выданное на основании заключения Федерального автономного учреждения «Федеральный центр оценки продукции в строительстве» (ФАУ «ФЦС»), которое включает в полном объеме необходимый комплекс научно-технических исследований. Нормативно-правовые платформы, разработанные для сборного крупнопанельного домостроения, получившего бурное развитие с середины прошлого столетия, а также для зданий с каменными (кирпичными) стенами, с появлением новых конструктивных решений зданий и оптимизацией норм энергопотребления жилым фондом не коррелируются с требованиями современных строительных технологий. Тем не менее, объемы строительства жилых мало- и многоэтажных домов с подобной конструкцией стен с кирпичной облицовкой, ввиду востребованности на рынке жилья и относительной дешевизны, с конца 90-х годов неуклонно росли во всех регионах Российской Федерации.
Ежегодно в Российской Федерации строится порядка 80 млн кв. м. при общей потребности на ближайшие десятилетия в 2 млрд кв. м. Ужесточение норм энергопотребления жилым фондом [5] приводит к непременному использованию эффективных утеплителей в конструктивных слоях наружных стен. Применение в наружных стенах эффективного утеплителя позволяет существенно снизить теплопотери, с уменьшением толщины стены в целом. Так, если наружная стена из кирпича без эффективного утеплителя в районах ЦФАО РФ по требованиям теплосбережения должна иметь толщину более 2000 мм, то с применением эффективного утеплителя - и 200 мм достаточно.
Именно этим и был обусловлен выбор проектировщиками многослойных конструктивных решений наружных стен зданий, с применением эффективного плиточного утеплителя и облицовочного кирпича, возведенных в массовом порядке за последние два десятилетия. Так называемая «слоистая» [7] или «колодцевая кладка», в частности, как вариант - трехслойная, основана на использовании в качестве среднего, между лицевым самонесущим слоем (декоративно-защитным, из кирпича или иного мелкоштучного материала) и внутренним несущим слоем стены, теплосберегающего слоя из эффективного плиточного утеплителя.
Начиная с 2005 года, проектирование стеновых конструкций в монолитном домостроении стало осуществляться по альбому «Здания с монолитными железобетонными несущими конструкциями. Наружные стены из легкобетонных блоков с облицовкой кирпичом. Технические решения», разработанному ЦНИИЭП жилища совместно с ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко на основе действующих норм. Однако, в последние годы на объектах, возведенных с использованием конструкций трехслойных наружных стен, стали происходить обрушения стен, вследствие раскола и выпадения различных по площади фрагментов кирпичной облицовки (рис. 1) [6]. При безусловной очевидности преимуществ многослойных конструктивных решений наружных стен с эффективным утеплителем над однослойными, отсутствие необходимой научно-технической платформы оставляет нерешенными основные проблемы по их применению.
Отсутствие должной пароизоляции между эффективным плиточным утеплителем и слоями стены, что характерно для таких конструкций стен, непременно предполагает расположение «точки росы» в наружном слое стены из лицевого кирпича, что приводит к замерзанию влаги накопленной в «теле» кирпича лицевой кладки, который подвержен неоднократному промерзанию и оттаиванию в течение года. Если принять во внимание тот факт, что лицевой кирпич достаточно долговечный материал, то его разрушение в наружной стене во многом объясняется «соседством» и взаимодействием с эффективным утеплителем [1; 3; 4]. Следовательно, физико-механические, химические и др. характеристики эффективного плиточного утеплителя и условия его взаимодействия с "соседствующими" материалами предопределяют качество на-
ружных стен. Это требует научно-экспериментальных исследований и разработок новых технологических решений, направленных на внедрение в массовом домостроении инновационных высокоэффективных (энергосберегающих и долговечных) материалов в конструкциях наружных стен (фасадов) зданий.
Рисунок 1 - Иллюстрация проблем многослойных кирпичных фасадов [6]
К основным недостаткам многослойных наружных стен с кирпичной облицовкой и эффективным плиточным утеплителем еще следует отнести: 1 - пониженный коэффициент теп-
лотехнической однородности стены, обусловленный наличием теплопроводных включений в виде строительных элементов из бетона и других материалов (металлические связи); 2 - теп-лопотери через междуэтажные диски перекрытий могут составлять до 50% от общих теплопо-терь стены; 3 - раздельная деформация слоев: температурные деформации внутреннего железобетонного каркаса и наружной кирпичной кладки будут существенно различаться (железобетонные конструкции будут всегда работать только при положительных температурах, поскольку весь каркас закрыт средним теплоизоляционным слоем, а лицевой кладке придется работать зимой практически при отрицательной температуре); 4 - данные системы обладают ограниченными возможностями для выравнивания фасадов при отступлении от проектных отметок (если каркас выполнен с отступлением от проектных отметок по вертикали, то выровнять его при помощи кладки очень сложно); 5 - высокая трудоемкость возведения; 6 - большой объем скрытых видов работ; 7 - трудность соблюдения в процессе кладки предусмотренных проектом размеров горизонтального шва между верхним рядом кладки и перекрытием; 8 - практически неремонтопригодные (даже при небольшом объеме ремонтно-восстановительных работ потребуется полный демонтаж системы); 9 - допуски при возведении железобетонных конструкций не соответствуют требованиям, например, часть перекрытий выступает, а часть - «утоплена», поэтому опирания облицовки во многих случаях составляют 2-3 см, вместо требуемых 10-12 см.
К преимуществам многослойных кладок следует отнести: 1 - сравнительно небольшую толщину и вес наружных стен и, следовательно, их небольшую стоимость; 2 - высокое сопротивление теплопередаче наружных стен; 3 - низкую материалоемкость; 4 - высокую огнестойкость (стены с облицовкой из кирпича можно применять в зданиях любой степени огнестойкости); 5 - привлекательный и востребованный рынком жилья внешний вид; 6 - простой набор материалов; 7 - привычный способ монтажа конструкций; 8 - возможность вести строительно-монтажные работы круглый год.
С сожалением можно констатировать, что на сегодняшний день отсутствие бюджетных, востребованных рынком и обеспеченных необходимой нормативно-правовой платформой, конструктивных решений многослойных стен с применением эффективного утеплителя для климатических условий РФ является существенной проблемой для строительного сообщества. Более того, продолжающиеся деструктивные проявления в этих конструкциях привели к тому, что они были буквально запрещены [2].
В связи с вышеизложенным, с 2014 года в лаборатории ООО «ЛАД Системс» на стадии опытного производства разработана и исследуется инновационная система композитных стеновых блоков - пенатермоблоков - для устройства наружных стен, включающих все конструкционные слои стены - эффективный утеплитель, кирпичную облицовку и внутренний слой (рис. 2). В основе производства систем композитных конструкционных стеновых пенатермоблоков лежит использование исключительных высокоодгезионных свойств жесткого пенополиуретана к разным материалам в процессе пенообразования при заливке в межконструкционное пространство состава полиуретана. Применение жесткого пенополиуретана в качестве утеплителя и связующего материала для получения в специальных пресс-формах (матрицах) геометрически безупречных стеновых блоков с наименьшим весом, высокими теплотехническими и прочностными характеристиками и большим коэффициентом конструктивного качества способствует снятию многих проблем, возникающих в наружных стенах.
Инновационная особенность композитных стеновых пенатермоблоков заключается в использовании оригинального сочетания теплоизоляционных (коэффициент теплопроводности Л = 0,025 Вт/м°С), пароизоляционных (коэффициент паропроницаниемости у = 0,018 мг/мчПа), и высокоадгезионных свойств жесткого пенополиуретана к разным материалам для получения композитных стеновых блоков, обеспечивающих востребованный фасад стен из лицевого кирпича при минимальной их толщине.
Планируемые исследования проводятся с целью разработки алгоритмов теплотехнического и прочностного расчета конструкций стен и, в целом, на основе научно-технической платформы по внедрению инновационного продукта, с обоснованием следующих основных технических параметров: принципа универсальности систем пенатермоблоков; оптимизации геометрических форматов систем пенатермоблоков для разных климатических районов и исходя из прочностных и теплосберегающих требований; разработки пилотного проекта здания с наружными стенами из систем пенатермоблоков; в рамках сотрудничества со стратегическими партнерами при строительстве пилотного жилого дома с наружными стенами из пенатермоблоков, внедрения и дальнейшего увеличения объемов внедрения в строительстве мало- и многоэтажного жилья.
п=4
Рисунок 2 - Пенатермоблок ООО «ЛАД Системс» (вариант толщиной 250 мм) (п - количество кирпичей в блоке; А - толщина наружного слоя из облицовочного кирпича; В - толщина внутреннего слоя из керамического камня, силиката, бетона или иного материала; С - толщина слоя из наливного эффективного утеплителя из жесткого пенополиуретана; 88 (65) - высота в мм типового облицовочного кирпича в РФ; 10 - толщина вертикального кладочного шва, в мм)
При этом к ключевым прогнозируемым конкурентным преимуществам разрабатываемого инновационного продукта можно отнести следующие: наличие нормативно-правовой базы (ТС) и научно-технической платформы по производству и внедрению инновационных стеновых энергоэффективных пенатермоблоков, что позволит нормативно обеспечить конструирование
наружных стен с необходимыми эксплуатационными качествами; обеспечение требуемой долговечности; малая толщина наружных стен, что, в целом, увеличит полезную площадь здания; малый вес наружных стен как следствие минимализации толщин, что позволяет снять нагрузки на несущие конструкции здания; низкая стоимость (бюджетность), которая обеспечивается малой материалоемкостью и высокой технологичностью изготовления пенатермоблоков и ведения кладочных работ (по предварительным расчетам, внедрение пенатермоблоков снизит себестоимость фасадов зданий до 170%); высокая технологичность производства работ и, как следствие, высокая производительность труда по устройству наружных стен, что обеспечивается малой материалоемкостью конструкций и переносом части низко-производительных кладочных работ в цеховые условия, с применением укрупненных форматов пенатермоблоков.
Список литературы:
1. Ищук М.К., Зуев А.В. Исследование напряженно-деформированного состояния лицевого слоя из кирпичной кладки при температурно-влажностных воздействиях // Промышленное и гражданское строительство. 2007. № 3. С. 40-43.
2. Кузнецова Г.И. Слоистые кладки в каркасно-монолитном домостроении // Технологии строительства. 2009. № 1. С. 10-13.
3. Новиков А.В. Дефекты в облегченной кирпичной кладке // Кровля. Фасады. Изоляция. 2007. № 6. С. 11-14.
4. Новиков А.В. Причины возникновения дефектов в облегченной кладке // Технологии строительства. 2007. № 4 (52). С. 10-12.
5. Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
6. Каталог статей о строительстве и проектировании. ики Мр://раг1Иепоп-Ьоизе.ги/сотеп^агИс!е8/^ех.рЬр?8ЕСТ!ОМ_Ю=265 (дата обращения: 03.02.2014).
7. Еноткина С. Эксплуатация многослойных ограждающих конструкций [Текст] / С. Енот-кина // Молодой ученый. 2011. № 6, т. 1. С. 49-52.
