CC BY
26- - .... илачти - -
Материалы ^Ф®|$ГТОТ I Научно-технический
и конструкции '' и производственный журнал
УДК 691.328.34
С.Л. ГАЛКИН, зав. отделом, ООО «БЭСТинжиниринг» (Минск, Республика Беларусь)
Перспективы применения автоклавного ячеистого бетона в современном жилищно-гражданском строительстве
Рассмотрены вопросы применения в гражданском строительстве изделий из автоклавного ячеистого бетона, в том числе армированных - стеновых панелей, плит перекрытий, а также неармированных крупных блоков; обоснована необходимость и отмечены преимущества комплексного применения ячеистого бетона в современном строительстве.
Ключевые слова: ячеистый бетон, армированные изделия, крупные блоки, стеновые панели, плиты перекрытий, строительство.
Современное строительство в рыночных условиях характеризуется возрастающими темпами возведения зданий. Сокращение трудозатрат в коммерческом строительстве является одним из основных критериев при оценке эффективности инвестиций и ожидаемой прибыли. Однако этот фактор не менее важен и для объектов, возводимых за счет бюджетных средств. В середине прошлого века быстрыми темпами начало развиваться производство сборного железобетона, который и сегодня находит достаточно широкое применение при строительстве объектов как промышленного, так и гражданского назначения. Массовость применения изделий заводского изготовления обусловлена в числе прочих причин стабильностью деформационно-прочностных показателей, а также высокой технологичностью монтажа на строительной площадке. При этом следует отметить устойчивую тенденцию к укрупнению монтажных элементов, что обеспечивает высокие темпы строительно-монтажных работ.
В последние полтора десятилетия автоклавный ячеистый бетон, обладающий специфическими физико-механическими свойствами, получил широкое применение в строительном комплексе как Беларуси, так и России и Украины. Это обусловлено, в частности, богатой сырьевой и разви-
тие. 1. Многоэтажный жилой дом (фото П.П. Ткачика)
той производственной базой для получения данного материала. Годовой объем производства ячеистого бетона автоклавного твердения постоянно увеличивается. Однако номенклатура выпускаемых изделий по-прежнему крайне ограничена, поскольку практически весь объем составляют мелкие блоки, изготавливаемые по национальным стандартам [1, 4]. Укрупненные блоки типа Jumbo, широко применяющиеся в странах Западной Европы и Северной Америки, у нас до сих пор не получили распространения. Доля армированных изделий также крайне мала (в Беларуси она составляет не более 2% от всего объема автоклавного ячеистого бетона). Аналогичная ситуация сложилась и у наших соседей по СНГ.
Такое положение вещей в определенной степени обусловлено растущими год от года объемами строительства монолитных и сборно-монолитных каркасных зданий с поэтажно опертыми наружными стенами и перегородками (рис. 1). Сложная архитектура, большое наличие фасадных поверхностей с криволинейными в плане очертаниями, а также набирающие популярность перегородки со скругленными углами способствуют увеличению производства мелких блоков. Тем не менее, как показывает зарубежная практика, укрупненные стеновые изделия в виде блоков и пане-
Рие. 2. Строительство 5-этажного жилого дома с неполным каркасом и комплексным применением автоклавного ячеистого бетона (Смоленск, РФ)
леи горизонтальном и вертикальном разрезки, а также плит перекрытий, брусковых перемычек, ступеней находят самое широкое применение не только при строительстве зданий малой и средней этажности с несущими стенами, но и на объектах повышенной этажности с несущим каркасом.
Комплексное применение ячеистого бетона в современных условиях целесообразно для устройства несущих и ограждающих конструкций зданий малой и средней этажности. Это обусловлено необходимостью повышения тепловой защиты объектов и оптимизации их теплопотерь при минимальном расходе других теплоизоляционных материалов.
Говоря о перспективах комплексного применения автоклавного ячеистого бетона в жилищно-гражданском строительстве, в том числе крупноразмерных изделий, необходимо заметить, что данный материал в полном смысле слова является универсальным не только по своим характеристикам, но и по технологическим возможностям. С позиций сопротивления теплопередаче конкуренцию ячеистому бетону среди изделий для каменных конструкций составляют камни из крупнопористого керамзитобетона и поризованной керамики (последняя - в сочетании с высокой пустотностью камней). Однако технология получения этих стеновых материалов рассчитана на производство в основном мелкоштучной продукции, что ограничивает возможности применения самих камней. Здания с комплексным применением ячеистого бетона эффективны не только с позиций сокращения энергозатрат на отопление. Они имеют очевидные преимущества по многим показателям, включая процесс подготовки строительного производства, когда комплектация объекта полностью или с относительно высокой долей происходит с одного предприятия.
Физико-технические свойства автоклавного ячеистого бетона достаточно глубоко изучены, хорошо известны и могут при необходимости регулироваться для достижения требуемых проектных параметров конструкций. Рассматривая альтернативу в виде упомянутых выше стеновых материалов, обладающих достаточной механической прочностью, высокой огнестойкостью, низкой теплопроводностью при небольшой средней плотности, необходимо отметить, что автоклавный ячеистый бетон по сравнению с ними имеет более высокую морозостойкость. Об этом сви-
детельствуют результаты многочисленных лабораторных и натурных исследований, обобщенные в [5].
Применение автоклавного ячеистого бетона в армированных перемычках [6] позволяет не только значительно уменьшить концентрацию напряжений в местах опирания этих элементов (в случае выполнения их из тяжелого или легкого бетона) на кладку стен, но и выровнять температурное поле в наружных стеновых конструкциях без применения дополнительной теплоизоляции и получить однородное в физическом и химическом плане основание для нанесения защитно-декоративных тонкослойных покрытий (толщиной до 10 мм включительно). При этом особо следует отметить, что при современных технологиях производства стеновых изделий за счет высокоточной резки, а также па-зогребневой формы боковых граней, фиксирующих проектное положение блоков, отделываемая поверхность требует минимальных затрат на подготовку к оштукатуриванию.
Говоря об отделке наружных стен из ячеистого бетона, нельзя не упомянуть и о возможности крепления к нему несущих систем навесных фасадов. Несмотря на относительно небольшую механическую прочность, ячеистый бетон стеновых изделий за счет его сплошной структуры обладает хорошей анкерующей способностью, позволяющей воспринимать циклические знакопеременные сдвиговые и выдергивающие усилия. При этом благодаря теплотехническим характеристикам ячеистого бетона теплопроводные включения в виде анкеров оказывают незначительное влияние на теплотехническую однородность наружного ограждения.
Перекрытия из ячеисто-бетонных плит [7], как показали не только зарубежные, но и отечественные исследования, проведенные автором в БелНИИС в 1996-2006 гг. [8], обладают необходимыми деформационно-прочностными показателями, позволяющими воспринимать проектные нагрузки, характерные для большинства типов гражданских зданий. Причем несущая способность и жесткость конструкций перекрытий могут быть заметно повышены за счет включения в работу обвязочного контура [9, 10]. Такие перекрытия могут применяться также в конструктивных системах зданий с неполным каркасом (рис. 2). При этом в отличие от сборно-монолитных перекрытий с заполнением из блоков конструкция на основе армированных плит обладает гораз-
Рис. 3. Крупные ячеисто-бетонные блоки типа Jumbo (а) и их механизированный монтаж на строительной площадке (б)
а
до более высокими теплоизолирующими качествами, что важно не только с позиций опасности огневого воздействия при пожаре, но также и при устройстве поквартирного отопления с раздельной регулировкой расхода теплоносителя. Дополнительные преимущества дает применение ячеисто-бетонных плит в качестве несущей конструкции покрытий. В этом случае техническое решение кровли максимально упрощается с одновременным уменьшением толщины дополнительной теплоизоляции, требуемой для обеспечения нормативных показателей по сопротивлению теплопередаче.
Как следует из вышесказанного, дома с несущими стенами и перекрытиями из ячеистого бетона обладают рядом преимуществ по сравнению с аналогами из других традиционных строительных материалов - тяжелого и легкого бетона, керамического и силикатного кирпича. При этом не только наружные, но и более нагруженные внутренние несущие стены в зданиях до 5 этажей включительно могут быть выполнены из ячеисто-бетонных блоков. Указанное ограничение этажности обусловлено главным образом деформационно-прочностными показателями кладки как отечественными [2], так и введенными на территории Республики Беларусь европейскими [3] нормами. Необходимо заметить, что применение мелких ячеисто-бетонных блоков в качестве стенового материала лимитирует не только этажность, но и вариабельность объемно-планировочных решений.
Тем не менее сформировавшаяся область применения ячеистого бетона в гражданском строительстве может быть существенно расширена за счет применения крупноразмерных стеновых элементов в виде крупных блоков, а также армированных панелей вертикальной и горизонтальной разрезки.
Крупные стеновые блоки типа Jumbo изготавливают не-армированными длиной до 1500 мм, высотой до 750 мм и толщиной, соответствующей поперечному размеру стены (рис. 3, а). Монтаж таких элементов производят только с помощью средств малой механизации или обычных грузоподъемных машин и механизмов (рис. 3, б). Однако дополнительные затраты на монтаже компенсируются темпами
4
Рис. 4. Пример наружных стен из панелей вертикальной разрезки: 1 — вертикальные стеновые панели; 2 — несущая перемычка над дверным проемом; 3 — несущая перемычка над оконным проемом; 4 — сборно-монолитное перекрытие; 5 — кладка из ячеисто-бе-тонных блоков в уровне перекрытия
работ по устройству стен, производительность которых в этом случае возрастает в несколько раз. Одним из основных преимуществ применения блоков с указанными размерами для устройства несущих стен является повышение конструктивной и теплотехнической однородности за счет сокращения протяженности вертикальных и горизонтальных швов, что положительным образом отражается как на деформационно-прочностных показателях кладки, так и на ее теплоизолирующей способности.
Прочность неармированной кладки [2] по мере увеличения размера стеновых элементов приближается к прочности бетона, из которого эти элементы изготовлены. Поэтому дальнейшее увеличение несущей способности стен возможно уже только за счет применения качественных конструкций, а именно армированных панелей, преимущественно вертикальной разрезки (рис. 4). Резательная технология производства ячеисто-бетонных изделий позволяет изготавливать панели любых размеров по высоте с учетом габаритов проемов, в том числе высотой на этаж. Пазогребневая форма боковых граней обеспечивает взаимную фиксацию смежных элементов, исключает смещение из плоскости стены и повышает сопротивление наружных стен воздухопроницанию и теплопередаче. При необходимости сопротивление стен горизонтальным нагрузкам, действующим перпендикулярно плоскости конструкции, с обеспечением совместной работы смежных элементов и перераспределения усилий между ними может быть повышено путем замоноличивания межпанельных армированных швов по аналогии с конструкцией междуэтажных перекрытий. Такая конструкция одновременно повышает сопротивление и горизонтальным нагрузкам, действующих в плоскости стен.
Стеновые панели горизонтальной разрезки традиционно используют для устройства навесных ненесущих стен каркасных зданий. По сравнению с панелями трехслойной конструкции однослойные ячеисто-бетонные панели имеют ряд преимуществ, среди которых в первую очередь следует отметить меньший вес, простоту конструкции, долговечность (в том числе устойчивость к размораживанию), пожа-робезопасность и огнестойкость. Навесные панели могут применяться в зданиях различного назначения. Особо следует подчеркнуть возможность достаточно простого устройства выходов на балконы и лоджии с минимальным использованием кладки из блоков. Этому в значительной мере способствует возможность изготовления изделий требуемой высоты до 750 мм, а также легкая обрабатываемость материала с помощью ручного или механизированного режущего инструмента.
Одним из факторов, ограничивающих массовое применение в жилищном строительстве навесных стеновых панелей, заключается ограничение длины разрезаемого массива величиной 6 м. Причем это ограничение носит в значительной степени технологический характер, связанный с образованием усадочных трещин. Тем не менее ячеисто-бетонные навесные панели в зарубежной практике каркасного строительства получили широкое применение.
Говоря о перспективах комплексного применения автоклавного ячеистого бетона на объектах гражданского строительства, особо следует отметить, что с 1 июля 2010 г. в Беларуси вступает в действие Изменение № 1 ТКП 45-2.0443-2006 «Строительная теплотехника». Согласно новому пункту 5.15 упомянутого документа «при проектировании
наружных ограждающих конструкций вновь строящихся жилых и общественных зданий должен быть обеспечен годовой удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию многоэтажных зданий и зданий средней этажности не более 60 кВт ч/м2 при естественной вентиляции и не более 40 кВт ч/м2 при приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением и рекуперацией тепла вентиляционных выбросов; малоэтажных зданий и коттеджей соответственно не более 110 и 90 кВтч/м2. Эти показатели должны быть обеспечены за счет увеличения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций помещений с двумя и более наружными ограждениями (угловые помещения, помещения первого и последнего этажей)». Вполне очевидно, что указанные требования потребуют соответствующих технических решений наружных стен (и не только), реализовать которые можно будет лишь с помощью таких эффективных в теплотехническом отношении и долговечных материалов, к которым в полной мере относится автоклавный ячеистый бетон.
На основании изложенного можно сделать следующие выводы.
1. С учетом возрастающих объемов производства автоклавного ячеистого бетона и его специфических свойств область применения этого материала может быть существенно расширена за счет увеличения и разнообразия номенклатуры выпускаемых изделий, в том числе крупноразмерных и армированных.
2. Крупноразмерные ячеисто-бетонные изделия, в первую очередь стеновые элементы для кладки, несмотря на дополнительные затраты на монтаж механизированным способом, позволяют в несколько раз повысить производительность труда и соответственно темпы строительно-монтажных работ за счет значительного сокращения трудозатрат по устройству стен. При этом уменьшение количества стыковых соединений и протяженности швов способствует повышению эксплуатационных качеств несущих и ограждающих конструкций.
3. По предварительной оценке крупноразмерные блоки и панели вертикальной разрезки, способствующие повышению несущей способности стен, позволяют возводить здания высотой до 7 этажей включительно при соответствующем решении узлов сопряжений несущих конструктивных элементов. При этом применение армированных панелей вертикальной разрезки за счет более высокой несущей способности по сравнению с кладкой расширяет область применения ячеистого бетона с позиций объемно-планировочных решений зданий различного назначения.
4. Применение ячеисто-бетонных перемычек, как уже было отмечено, обеспечивает теплотехническую и конструктивную однородность стен и максимально уменьшает концентрацию напряжений в местах опирания перемычек на кладку при силовых и температурных воздействиях.
5. Использование ячеисто-бетонных плит перекрытий и покрытий позволяет применять современные системы теплоснабжения зданий с поквартирным регулированием расхода теплоносителя без дополнительного применения теплоизоляционных материалов. При этом устройство напольного отопления также не требует специальных мероприятий за счет хороших теплоизолирующих качеств ячеистого бетона. Ячеисто-бетонные плиты могут применяться как в зданиях с несущими стенами, так и каркасных зданиях с несущим остовом из различных материалов. Эф-
фективность их применения в составе сборно-монолитных конструкций подтверждена не только лабораторными и натурными исследованиями, но и опытом строительства [11].
6. Панели горизонтальной ленточной разрезки имеют самые широкие перспективы применения в современных каркасных зданиях, в том числе за счет увеличения полезной площади внутреннего пространства, неизбежно съедаемой поэтажно опертыми стенами.
В заключение необходимо также отметить, что для развития производства и применения крупноразмерных ячеис-то-бетонных элементов, широко используемых в зарубежном строительстве, в Республике Беларусь имеется необходимая нормативная база, гармонизированная с европейскими нормами и учитывающая особенности современных технологий производства ячеистого бетона и его свойства, а также наработаны технические решения эффективных несущих и ограждающих конструкций, основанные на результатах отечественных исследований в конце прошлого и начале текущего столетий.
Список литературы
1. ГОСТ 21520-89. Блоки из ячеистых бетонов стеновые мелкие / НИИЖБ Госстроя СССР. М.: Стройиздат, 1989. 6 с.
2. СНиП II-22-81*. Каменные и армокаменные конструкции / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1983. 40 с.
3. СТБ EN 1996-1-1-2008. Еврокод 6. Проектирование каменных конструкций: Часть 1-1. Общие правила для армированных и неармированных каменных конструкций. EN 1996-1-1:2005(D), IDT. Введ. 2009-07-01. Минск: Минстройархитектуры РБ, 2009. 85 с.
4. СТБ 1117-98. Блоки из ячеистых бетонов стеновые. Технические условия. Введ. 1999-04-01. Минск: Минстройархитектуры РБ, 1999. 29 с.
5. Autoclaved Aerated Concrete: Properties, Testing and Design. RILEM Recommended Practice / RILEM Technical Committees 78-MCA and 51-ALC, E & FN Spon - London, 1993. 404 р.
6. СТБ 1332-2002. Блоки лотковые и перемычки из ячеистого бетона. Технические условия. Введ. 2003-01-01. Минск: Минстройархитектуры РБ, 2002. 7 с.
7. СТБ (проект). Плиты перекрытий и покрытий, панели для внутренних стен и перегородок из автоклавного ячеистого бетона. Технические условия. Оконч. ред. Минск: РУП «Стройтехнорм», 2009. 18 с.
8. Галкин СЛ. Применение ячеисто-бетонных изделий. Теория и практика Минск: Стринко, 2006. 448 с.
9. Галкин С.Л. Исследования работы плит из ячеистого бетона в составе сборно-монолитных дисков перекрытий / Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке кадров Республики Беларусь: Сб. тр. VII международного научно-методического семинара / Под ред. Н.П.Блещика, А.А.Борисевича, Т.М. Пецольда Брест: БГТУ, 2001.
10. Галкин СЛ., Мордич А.И. Экспериментальные исследования работы перекрытий с плитами из автоклавного ячеистого бетона при вертикальной нагрузке // Строительная наука и техника. 2007. № 5. С. 99-107.
11. Галкин С.Л. Автоклавный газобетон в строительстве Беларуси // Строительные материалы. 2004. № 4 / Архитектура. С. 10-13.
