CC BY
32Проектирование и строительство из ячеистого бетона
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 691.327:666.972.54
Г.С. СЛАВЧЕВА, д-р техн. наук (gslavcheva@yandex.ru), К.С. КОТОВА, инженер
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет (394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84)
Повышение эффективности применения неавтоклавных ячеистых бетонов (пенобетонов)
в строительстве
Представлена комплексная оценка свойств конструкционного и конструкционно-теплоизоляционного неавтоклавного ячеистого бетона (пенобетона), полученного на различных видах сырья. Произведена технико-экономическая оценка и показана эффективность его применения в малоэтажном монолитном строительстве. Обозначены проблемные направления исследований, развитие которых является необходимым для более широкого внедрения данных бетонов в строительную практику.
Ключевые слова: энергосбережение, неавтоклавные ячеистые бетоны, монолитное малоэтажное строительство, технико-экономическая оценка.
G.S. SLAVCHEVA, Doctor of Sciences (Engineering) (gslavcheva@yandex.ru), K.S. KOTOVA, Engineer Voronezh State University ofArchitecture and Qvil Engineering(84, 20-letija Oktjabrja Street, 394006, Voronezh, Russian Federation)
Improving the Efficiency of Non-Autoclaved Cellular Concretes (Foam Concretes) in Construction
A comprehensive assessment of properties of structural and structural-heat insulation non-autoclaved cellular concrete (foam concrete) made of various types of raw materials is presented. A techno-economic evaluation of this concrete is made; the efficiency of its use in the low-rise monolithic construction is shown. Problem areas of research, development of which is essential for the wider introduction of these concretes into the building practice, are identified.
Keywords: energy saving, non-autoclaved cellular concretes, monolithic low-rise construction, techno- economic evaluation.
Социально-экономические процессы последних двух десятилетий, проходившие в России, коренным образом затронули архитектурно-строительный комплекс. Объективно были поставлены под сомнение эффективность и конкурентоспособность многих строительных материалов и технологий, длительное время применявшихся в отечественной практике. И в частности, в 1990-е гг. в связи с изменившейся экономической ситуацией произошла необоснованная дискредитация технологии автоклавных ячеистых бетонов и спад их массового заводского производства. Одновременно вновь возник интерес к цементным макропористым бетонам неавтоклавного твердения, опыт первоначального производства и применения которых относится к 1950-1960 гг. Причиной приостановки исследований, отказа от производства и применения неавтоклавных газо- и пе-нобетонов в конце 1960-х - начале 1970-х гг., как известно, послужила неразрешенность проблемы их эксплуатационной усадочности и связанные с этим многочисленные факты недопустимого трещинообразования в эксплуатируемых зданиях.
Возобновление интереса к неавтоклавным ячеистым бетонам в 1990-х гг. было обусловлено следующими причинами:
- определенной ориентацией строительной отрасли на возведение малоэтажных зданий, не только сборных, но и монолитных;
- целесообразностью расширения использования местного природного сырья и материалов, утилизации техногенных отходов;
44| -
- необходимостью радикальных изменений в потреблении энергоресурсов;
- необходимостью применения относительно простых технологических решений, не требующих развитой производственной инфраструктры.
В результате активного развития исследований в период с 1990-х гг. по настоящее время были получены новые модификации (новое поколение) цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения с удовлетворительным уровнем качества [1-10]. Однако, несмотря на большой объем выполненных исследований, в промышленных условиях не удается обеспечить стабильное производство пенобетонов, уровень качества которых по соотношению плотности и прочности (^/р) а главное, величине усадки оказался бы сопоставим с уровнем промышленно производимого газосиликата (табл. 1). Подчеркнем, что в настоящее время во многих случаях при рекламировании технологии неавтоклавных пенобетонов умалчивается об их высокой эксплуатационной усадке, обусловленной не только закономерными процессами структурообразования нормально твердеющего цементного камня, но и запредельно высоким расходом цемента (до 500-600 кг/м3 при плотности бетона D600-D800). Именно поэтому газосиликат сегодня - безусловный лидер на рынке конструкционно-теплоизоляционных материалов. Следует ли сделать вывод, что для цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения отсутствует ниша в строительном комплексе и их ожидает новое забвение? Делать такой вывод представляется преждевременным.
^^^^^^^^^^^^^ 82015
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Design and construction from cellular concrete
Таблица 1
Сопоставительная характеристика уровня качества промышленно производимых автоклавных и неавтоклавных ячеистых бетонов
Вид бетона Марка по средней плотности Класс по прочности Усадка е, мм/м Соотношение _й/рх10-2
Автоклавный силикатный (газосиликат) D400 В1,5; В2,5 0,4-0,5 0,37-0,62
D500 В2,5; В3,5 0,3-0,4 0,5-0,7
D600 В3,5; В5 0,3-0,4 0,58-0,83
D700 В5 0,3-0,4 0,71
Неавтоклавный цементный (пенобетон) D600 В1,5; В2 1,5-3 0,25-0,33
D800 В2; В2,5 0,25-0,31
D900 В2,5; В3,5 0,27-0,38
D1000 В3,5; В5 0,35-0,5
Таблица 2
Показатели свойств конструкционного пенобетона
Показатели свойств Марка поризованного бетона по средней плотности (на кварцевом песке Мц=1,2)
D1600 D1400 D1200
Прочность при сжатии (кубиковая) Я„, МПа 14 11 7,6
Прочность при сжатии (призменная) Яы, МПа 12 10,3 7,5
Прочность при растяжении Яи, МПа 2,3 1,5 0,8
Модуль упругости, МПа 13600 9900 9200
Предельная растяжимость гиы, мм/м 0,15 0,18 0,2
Вязкость разрушения КГс, кН/м3/2 200 110 60
Деформации влажностной усадки е, мм/м 0,8 0,8 0,8
Марка по морозостойкости >35 >35 35
Равновесная влажность, % 3,8 4,1 4,4
Мера ползучести Сх105, МПа-1 17 29,7 44,3
Коэффициент теплопроводности при влажности, Вт/(моС) W=0% 0,38 0,28 0,24
W=4% 0,52 0,44 0,38
Современное жилищное строительство базируется в первую очередь на реализации концепции теплоэффек-тивного дома. Для ограждающих и несущих конструкций такого дома используются материалы и изделия нового поколения, которые со своими функциями адаптированы к перспективным архитектурно-строительным и конструктивным системам зданий. Строительная практика показывает, что для ограждающих конструкций конкурентоспособны и перспективны материалы минимальной плотности, обеспечивающие повышенное термическое сопротивление конструкций при максимально возможном исключении несущих функций. Это и определяет массовое применение ячеистого бетона автоклавного твердения (газобетона и газосиликата) в ограждающих конструкциях. Одновременно с этим для материалов несущих конструктивных элементов обоснованным оказывается предъявление требований снижения плотности как средства уменьшения их теплоемкости. Это позволит сократить потребление теплоты на доведение температуры конструкций до значений, необходимых при создании комфортных условий в помещении из-за изменения в положительную сторону параметров инерционности процесса нагрева-охлаждения материала элементов здания при переходном температурном режиме эксплуатационной среды. Перспективы применения цементных пенобе-тонов целесообразнее всего рассматривать для развития системы малоэтажного монолитного строительства. Это определяется следующим:
8'2015 ^^^^^^^^^^^^^
- возможностью организации процессов твердения данных бетонов непосредственно в возводимой конструкции;
- доступностью и распространенностью вяжущего и наполнителей, использованием последних в их «естественном» состоянии с исключением дополнительных технологических переделов подготовки;
- возможностью реализации технологического процесса получения бетона на мобильных установках без создания сложной производственной инфраструктуры, свойственной производству газосиликата.
Таким образом, эффективность применения цементных пенобетонов нормального твердения предопределяется возможностью обеспечения достаточной простоты технологии их получения, которая позволяет получать эффективные конструкционные и конструкционно-теплоизоляционные материалы в построечных условиях.
В Воронежском ГАСУ коллективом ученых и специалистов под руководством Е.М. Чернышова целенаправленно реализуется комплекс работ, направленных на решение научно-инженерной задачи получения эффективных неавтоклавных ячеистых бетонов именно для монолитного малоэтажного строительства.
Результатом развития работ авторов [11-12] стало решение задачи получения цементных мелкозернистых и микрозернистых бетонов средней плотности 800-1600 кг/м3 на основе разнообразного природного и техногенного сырья регионов РФ, отличающегося по происхождению (при- 45
Проектирование и строительство из ячеистого бетона
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Таблица 3
Показатели свойств конструкционно-теплоизоляционного пенобетона
Показатели свойств Марка поризованного бетона по средней плотности
На молотом песке ¿„=150 м2/кг На золе-уносе ТЭЦ 5уд=300 м2/кг На карбонатной пыли-уносе ¿уд=90 м2/кг
01000 0800 1000 800 01000 0800
Прочность при сжатии Яы, МПа 4,5 3,2 5,9 3,5 3,7 2,6
Прочность при растяжении Кы, МПа 1,2 0,75 1,1 1,85 1,2 0,75
Модуль упругости, МПа 3900 2200 3650 5000 3400 2200
Предельная растяжимость гиы, мм/м 0,36 0,49 0,34 0,28 0,38 0,41
Вязкость разрушения КГс, кН/м3/2 75 45 79 65 85 55
Деформации влажностной усадки е, мм/м 1,5 1,7 2,1 2,2 2,3 2,4
Марка по морозостойкости 35 35 50 50 35 35
Равновесная влажность, % 5,7 5,9 8,3 8,9 7,2 8
Коэффициент теплопроводности при влажности, Вт/(моС) W=0% 0,24 0,16 0,21 0,16 0,22 0,18
W=12% 0,32 0,28 0,34 0,27 0,36 0,3
Таблица 4
Сравнительная технико-экономическая оценка вариантов возведения малоэтажного здания на примере Воронежской обл.
Варианты возведения здания Технико-экономические показатели
Трудоемкость, чел-ч/м2 Трудоемкость, маш-ч/м2 Затраты на материалы, тыс. р/м2 Стоимость, тыс. р/м2
Наружные и внутренние стены - из газосиликатных блоков Фундамент - ленточный, из сборных ж/б блоков Перекрытия - сборные из плит ж/б пустотных 16,12 1,27 11,62 19,54
Наружные стены - монолитные двухслойные из поризованного бетона 01200 + утеплитель Внутренние стены монолитные из поризованного бетона 01200 Фундамент - монолитный из мелкозернистого бетона Перекрытия - монолитные из поризованного бетона 01400 20,02 0,74 14,31 19,15
Наружные стены - монолитные однослойные из поризованного бетона 0700 Внутренние стены - монолитные из поризованного бетона 01200 Фундамент - монолитный из мелкозернистого бетона Перекрытия - монолитные из поризованного бетона 01400 21,41 1,02 16,19 21,54
родное и техногенное), химическому и дисперсному составу. Для задаваемого уровня качества обоснованы решения по параметрам состава и структуры разновидностей конструкционных (1200-1600 кг/м3) и конструкционно-теплоизоляционных (800-1200 кг/м3).
По результатам комплексной оценки свойств полученных на основе рекомендуемых составов разновидностей поризованных бетонов установлено, что уровень их качества не только полностью удовлетворяет нормативным требованиям, но и по ряду показателей выше нормируемых значений (табл. 2, 3). Так, показатели влажностной усадки для конструкционных бетонов не превышают 0,8 мм/м, для конструкционно-теполизоляционных бетонов составляют 1,5-2,2 мм/м при нормируемой ее величине <3 мм/м. Величина равновесного влагосодержания для конструкционных бетонов составляет <4%, для конструкционно-теполизоляционных - 5,7-8,9%, что в 2-4 раза ниже нормируемых значений.
Пониженные значения влажности полученных разновидностей поризованных бетонов создают условия для эффективной реализации их функциональных характеристик при эксплуатации, что в сочетании с пониженной деформа-тивностью и определяет долговечность и надежную работу материала в конструкции.
Произведена сравнительная технико-экономическая оценка (табл. 4) эффективности применения цементных пе-нобетонов в технологии возведения малоэтажных зданий монолитным способом в сопоставлении с традиционным способом их строительства с использованием газосиликата для стен и сборных железобетонных конструкций для фундаментов и перекрытий.
Результаты технико-экономической оценки показывают, что по сравнению с традиционными сопоставимыми конструкциями из газосиликата и сборного железобетона применение монолитного пенобетона позволяет при сопоставимой стоимости сократить затраты на применение машин и механизмов на 30-50%. И это принципиально важно в сельских районах, где отсутствует развитая производственная база. Именно поэтому монолитное малоэтажное строительство оказывается той нишей в строительном комплексе, где применение данных бетонов представляется наиболее эффективным. При этом, говоря о целесообразности их комплексного использования в ограждающих и несущих элементах зданий, рациональным следует признать вариант возведения несущих и самонесущих конструкций зданий (внутренних несущих стен, перекрытий, перегородок) с использованием неавтоклавного ячеистого бетона со средней плотностью 1200-1600 кг/м3, теплопроводность ко-
46
82015
Научно-технический и производственный журнал
Design and construction from cellular concrete
торого ниже, чем у традиционных конструкционных материалов сопоставимой прочности, так как при этом может быть обеспечено не только снижение материалоемкости конструкций, но и их теплоемкости. Для ограждающих конструкций рациональным представляется вариант двухслойного исполнения из бетона плотностью 1000-1200 кг/м3 в сочетании с эффективными утеплителями. Одновременно следует признать, что вариант однослойного исполнения ограждающих конструкций из неавтоклавного ячеистого бетона оказывается менее эффективным по сравнению с использованием в них газосиликата.
Таким образом, применение неавтоклавного ячеистого бетона (пенобетона) представляется наиболее эффективным и перспективным в малоэтажном монолитном строи-
Список литературы
1. Пухаренко Ю.В. Прочность и долговечность ячеистого фибробетона // Строительные материалы. 2004. № 12. С. 40-41.
2. Моргун Л.В. Теоретическое обоснование и экспериментальная разработка технологии высокопрочных фибро-пенобетонов // Строительные материалы. 2005. № 6. С. 59-64.
3. Юдович Б.Э., Зубехин С.А. Субмикрокристаллический пенобетон: новое в основах технологии // Цемент и его применение. 2009. № 1. С. 81-85.
4. Баранов И.М. Пенобетон неавтоклавный на золосили-катном вяжущем // Строительные материалы. 2009. № 8. С. 28-29.
5. Шубин И.Л., Умнякова Н.П., Ярмаковский В.Н. Особо легкие бетоны новых модификаций - для решения задач ресурсоэнергосбережения. В защиту отечественных технологий // Технологии строительства. 2012. № 4. С. 42.
6. Пименова Л.Н., Кудяков А.И. Пенобетон, модифицированный силикагелем // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2013. № 2 (39). С. 229-234.
7. Строкова В.В., Павленко Н.В., Капуста М.Н. Принципы получения ячеистых фибробетонов с применением на-ноструктурированного вяжущего // Academia. Архитектура и строительство. 2013. № 3. С. 114-117.
8. Ухова Т.А., Фискинд Е.С. Комплексное применение неавтоклавных поробетонов и порофибробетонов в возведении малоэтажных жилых домов // Технологии бетонов. 2012. № 5-6. С. 71-72.
9. Крылов Б.А., Кириченко В.В. Энергоэффективная технология производства пенобетонных изделий // Технологии бетонов. 2013. № 12 (89). С. 47-49.
10. Свинарёв А.В., Глушков А.М., Тысячук В.Д., Куприна А.А. Технологический модуль ТМ-25 для производства неавтоклавных фибропенобетонных изделий // Строительные материалы. 2014. № 6. С. 4-7.
11. Чернышов Е.М., Славчева Г.С., Потамошнева Н.Д. По-ризованные бетоны для теплоэффективных жилых домов // Известия вузов. Строительство. № 5. 2002. С. 31-36.
12. Чернышов Е.М., Славчева Г.С., Потамошнева Н.Д. По-ризованные бетоны для теплоэффективных жилых домов. Часть 2 // Известия вузов. Строительство. № 9. 2003. С. 27-34.
82015 ^^^^^^^^^^^^^
тельстве, так как в этом случае все конструктивные элементы здания могут быть возведены из материала различной плотности, полученного на одном и том же сырье и оборудовании. Для широкого внедрения данных бетонов в строительную практику необходимым и актуальным является системное рассмотрение вопросов усадки, морозостойкости, ползучести, релаксации напряжений, длительной прочности, границ трещинообразования и др. Такие проблемные направления развития исследований являются необходимым условием для разработки научнообоснованных рекомендаций по нормированию расчетных характеристик неавтоклавного ячеистого бетона, расчету и проектированию несущих и ограждающих конструкций, прогнозированию их долговечности.
References
1. Pukharenko Yu.V. Prochnost and durability cellular fibrobeton. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2004. No. 12, рр. 40-41. (In Russian).
2. Morgun L.V. Theoretical justification and experimental development of technology of high-strength fibropenobeton. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2005. No. 6, рр. 59-64. (In Russian).
3. Yudovich B.E., Zubekhin S.A. Submikrokristallichesky foam concrete: new in bases technology. Cement i ego primenenie. 2009. No. 1, рр. 81-85. (In Russian).
4. Baranov I.M. rams foam concrete not autoclave on zolosilikatny knitting. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2009. No. 8, рр. 28-29. (In Russian).
5. Choubin I.L., Umnyakova N.P., Yarmakovsky V.N. Osobo light concrete of new modifications - for the solution of problems of energy saving. In protection of domestic technologies. Tekhnologii stroitel'stva. 2012. No. 4, рр. 42. (In Russian).
6. Pimenova L.N., Kudyakov A.I. Penobeton modified by silica gel. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. 2013. No. 2 (39), рр. 229-234. (In Russian).
7. Strokova V.V., Pavlenko N.V., Kapusta M.N. The principles of receiving cellular fibrobeton with application nanostructured knitting. Academia. Arkhitektura i stroitel'stvo. 2013. No. 3, рр. 114-117. (In Russian).
8. Ukhova T.A., Fiskind E.S. Complex application of not autoclave porobeton and porofibrobeton in construction of low inhabited houses. Tekhnologii betonov. 2012. No. 5-6, рр. 71-72. (In Russian).
9. Krylov B.A., Kirichenko V.V. Power effective technology of production of foam-concrete products. Tekhnologii betonov. 2013. No. 12 (89), рр. 47-49. (In Russian).
10. Svinaryov A.V., Glushkov A.M., Tysyachuk V.D., Kuprin A.A. Tekhnologichesky the TM-25 module for production not autoclave the fibrope-nobetonnykh of products. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 6, рр. 4-7. (In Russian).
11. Chernyshov E.M., Slavcheva G.S., Potamoshneva N.D. Porizovannye concrete for heateffective houses. Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. No. 5. 2002, рр. 31-36. (In Russian).
12. Chernyshov E.M., Slavcheva G.S., Potamoshneva N.D. Porizovannye concrete for heateffective houses (part 2). Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. No. 9. 2003, рр. 27-34. (In Russian).
- 47
