Ресурсоэнергосбережение при производстве элементов конструктивнотехнологических систем зданий, их возведении и эксплуатации Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 693.9:699.841

В.Н. ЯРМАКОВСКИЙ, канд. техн. наук, почетный член РААСН, Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (Москва)

Ресурсоэнергосбережение при производстве элементов конструктивно-технологических систем зданий, их возведении и эксплуатации

Анализ результатов отечественных и зарубежных исследований и практического опыта в области поиска и реализации направлений ресурсоэнергосбережения при строительстве и эксплуатации здания показывает очевидную целесообразность и перспективность развития следующих приоритетных направлений.

Производство по инновационным низкоэнергоемким и экологически чистым технологиям альтернативных традиционным строительных материалов на основе крупнотоннажных вторичных продуктов промышленности (ВПП) [1]. Это связано с тем, что основным строительным материалом конструкционного и конструкционно -теплоизоляционного назначения являются в настоящее время и остаются на обозримую перспективу бетоны. Отсюда следует, что необходимо активно развивать производство низкоэнергоемких материалов, альтернативных основным компонентам этих бетонов, т. е. альтернативных традиционным цементам и заполнителям, производимым на основе природных сырьевых ресурсов.

Развитие индустрии полифункциональных (теплоизоляционного — Т, конструкционно-теплоизоляционного — КТ и конструкционного — К назначения) легких бетонов новых наиболее эффективных модификаций [2], в том числе высокопрочных. Это обусловлено следующими основными факторами.

В легких бетонах наиболее эффективно применение низкоэнергоемких и наиболее экономичных продуктов переработки ВПП. Следовательно, такие бетоны конструкционного назначения менее энергоемки, более долговечны [1, 2] и экономичны в производстве в сравнении с равнопрочными тяжелыми бетонами. Кроме того, применение их позволяет экономить природные сырьевые ресурсы, в частности, горные породы, и способствовать решению «одной из приоритетных задач энергетической политики в строительстве — минимизации техногенного воздействия на окружающую среду при строительстве зданий» [3].

Легкие бетоны Т- и КТ-назначения, особенно последних модификаций [2], существенно менее энергоемки, более долговечны и надежны в эксплуатации в сравнении с традиционными плитными утеплителями и ячеистыми бетонами, особенно в сравнении с автоклавными газобетонами импортных технологий. Применение первых в ограждающих конструкциях здания позволяет снизить минимум на 20—30% себестоимость и энергоемкость 1 м2 оболочечной системы здания.

Применение легких бетонов К-назначения, особенно последних модификаций, в конструкционно-теплоизоляционной системе (КТС) здания взамен рав-

нопрочных тяжелых позволяет снизить нагрузку на КТС и фундаменты здания и соответственно сократить требуемый расход стальной арматуры.

Совершенствование КТС здания, особенно в части стыков его несущих элементов между собой, например колонн с ригелями, позволяет снизить металлоемкость этой системы: металл — самый энергоемкий (1850—2000 кг у.т./т) после полимеров материал в строительстве.

Совершенствование узлов сопряжений несущих элементов с ограждающими конструкциями в КТС здания позволяет повысить уровень его тепловой защиты за счет уменьшения тепловых потерь через эти узлы сопряжений.

Оптимизация технических решений ограждающих конструкций здания с позиции повышения их теплозащитной функции, причем при высокой обеспеченности ее на весь расчетный период эксплуатации здания, позволяет значимо повысить уровень его тепловой защиты. Отсюда возможность соответствующего снижения энергозатрат на отопление здания. Совершенствование технологии изготовления таких конструкций при рациональном использовании составляющих их элементов с минимально возможной энергоемкостью производства позволяет существенно снизить энергоемкость 1 м2 наружной стены.

Совершенствование технологии производства бетонов за счет модифицирования их структуры с помощью современных химических, химико-минеральных, а также активных минеральных добавок позволяет существенно улучшить строительно-технические, в частности тепло-физические, свойства и способствовать экономии цемента.

Совершенствование технологических схем производства несущих и ограждающих конструкций КТС здания с использованием модифицированных бетонов вместе с совершенствованием технологических схем возведения здания позволяет в целом существенно снизить материалоемкость, трудоемкость и энергоемкость строительства.

На базе изложенной концепции можно сформулировать следующие потенциально возможные и некоторые уже реализуемые направления конструктивно-технологического характера по обеспечению энергоресурсосбережения на стадиях проектирования и производства элементов КТС здания, возведения и эксплуатации здания.

На стадиях производства элементов КТС и возведения здания:

— при проектировании и выполнении всех вертикальных (колонны, внутренние несущие стены) и горизонтальных (ригели, плиты покрытий, диски перекрытий) элементов конструктивной системы здания

из легких, в том числе высокопрочных, бетонов классов по прочности на сжатие В15—В50, марок по средней плотности D1200—D1850 масса здания снижается в среднем до 30%. Это позволяет сократить расход стальной арматуры: в горизонтальных элементах на 20—30%; в вертикальных элементах — на 10—15% в несущих стенах, на 30—40% в колоннах; в фундаментах на 15-25%;

— при совершенствовании конструкции стыков сборно-омоноличенного каркаса здания (колонн с колоннами, внутренних стен с колоннами, колонн с ригелями) позволяет существенно снизить металлоемкость КТС зданий при их возведении, а следовательно, и их энергоемкость. Так, в результате соответствующего изменения технологии монтажа каркаса КТС 16-этажного здания ОАО «Томский ДСК» появилась возможность снижения металлоемкости стыков на 30—54% (в зависимости от типа стыка и его исходной и усовершенствованной конструкции). В целом количество сэкономленного металла ДМ (ненапрягаемой стальной арматуры и листовой стали для закладных деталей) в стыках составило 91,84 т. Соответственно снижение энергозатрат (ДЭк) на возведение (монтаж) такого каркаса составило: ДЭк=ДМхДЭм=178 т. у. т.;

— применение в несущем каркасе здания бесстыковых колонн минимум на четыре этажа, отсутствие сварных стыков при сборке каркаса, как при стыковке колонн с ригелями, так и при наращивании колонн, при омоноличивании бетоном арматуры колонн в сопряжениях с арматурными выпусками из перекрытий и ригелей позволяет на 15—20% снизить энергозатраты на монтаж КТС здания;

— изготовление на «длинных» (/=100—120 м) стендах методом безопалубочного формования предварительно напряженных элементов КТС здания, прежде всего, легкобетонных многопустотных перекрытий, с использованием стабилизированных высокопрочных арматурных канатов и высокопрочной проволоки Вр-2 позволяет сократить в 1,5—1,8 раза расход высокоэнергоемкой стальной арматуры за счет отказа от арматурных сеток и каркасов.Применение метода безопалубочного формования элементов конструктивной системы здания на «длинных» стендах позволяет отказаться от дорогостоящих арматурных цехов, от энергозатратных технологических процессов изготовления в них арматурных элементов;

— применение в качестве монолитной теплоизоляции в наружных стенах, возводимых с теплотехнически эффективной несъемной опалубкой, особо легких (марок по плотности D150—D250 в зависимости от этажности здания) бетонов с высокопоризованной и пластифицированной матрицей взамен традиционной стеновой кладки из легкобетонных блоков или ячеи-стобетонных блоков, подвергаемых пропариванию или даже (для ячеистых бетонов) тепловой обработке в автоклавах под давлением, позволяет снизить энергозатраты на 1 м2 возводимой стены соответственно на 25—40% [2, 4];

— применение в легких и ячеистых бетонах стеновых и теплоизоляционных изделий низкоэнергоемких (85—150 кг у. т. на 1 т) композиционных малоклинкерных вяжущих КМВ (расход клинкера — 10—30% от массы вяжущего), изготавливаемых на основе химически взаимосочетаемых продуктов переработки металлургии и тепловой энергетики, взамен традиционных цементов (260—300 кг у. т. на 1 т) позволяет, сократить энергозатраты на производство этих бетонов на 30—45% [1, 4];

— применение в конструкционных, в том числе высокопрочных, легких бетонах безобжиговых пористых заполнителей, например, пористого гравия с остекло-

ванной оболочкой из металлургических шлаков текущего выхода или безобжигового зольного гравия со связующим из бесклинкерного или малоклинкерного композиционного вяжущего, изготовляемых по низкоэнергоемким и экологически чистым технологиям, взамен добываемых в карьерах плотных заполнителей из горных пород позволяет снизить энергозатраты на производство этих бетонов на 20—30% [1, 2]. На стадии эксплуатации здания:

— применение легких бетонов на пористых заполнителях в элементах несущего каркаса, прежде всего перекрытиях и внутренних стенах, выходящих на наружные стены или проходящих через них (на лоджии, балконы), позволяет повысить теплотехническую однородность стены, уменьшить теплопотери в узлах сопряжения с наружными стенами до 20% в сравнении с традиционным вариантом выполнения аналогичных элементов каркаса здания из тяжелого бетона на природных плотных заполнителях. Это обусловлено существенно меньшими (в 2,5—3 раза) значениями коэффициентов теплопроводности легких бетонов [2].

Так, для легких бетонов классов по прочности на сжатие В15—В30 (марок М200—М400), применяемых для перекрытий и внутренних несущих стен зданий, величины коэффициентов теплопроводности их в состоянии равновесной влажности, например для условия эксплуатации ограждения Б по СП 23-101—2004 «Проектирование тепловой защиты зданий», составляют при марках по плотности этих бетонов D1200—D1800 соответственно: ХБ=0,52—0,92 Вт/(м-°С) для керамзито-бетона; ХБ=0,44—0,76 Вт/(м-оС) для бетона на пористом шлаковом гравии.

Величина ХБ для тяжелого бетона составляет 1,85 Вт/(м-оС);

— возведение наружных ненесущих стен с применением монолитной теплоизоляции из особо легких (марок по плотности D150—D250) бетонов при использовании теплотехнически эффективной несъемной опалубки обеспечивает следующие значительные преимущества в сравнении со стеной в виде кладки из легкобетонных блоков (марка по плотности бетонов D300—D500):

— исключаются значительные теплопотери через кладочные швы из цементно-песчаного (на кварцевом песке) раствора, величина коэффициента которого превышает в 3—9 раз аналогичную характеристику легкого или ячеистого бетона стенового блока;

— исключается необходимость регламентировать прочность легкого бетона в случае монолитной теплоизоляции, поэтому плотность, а следовательно, и теплопроводность бетона в ней может быть в 2—3 раза меньше; следовательно, появляется возможность повышения сопротивления теплопередаче стены до 20% при той же ее толщине, что и в блочной кладке, облицованной снаружи кирпичной кладкой (в 1/2 кирпича), а изнутри — штукатуркой по сетке;

— взамен традиционных сборных трехслойных наружных стеновых панелей с так называемыми «эффективными» утеплителями (минплита, пенопласт и др.) и связями между слоями в виде либо дисперсных железобетонных шпонок (ХБ=1,85 Вт/(м-оС)) или гибких металлических связей с X = 50 Вт/(м-оС), которые являются, по существу, «мостиками холода», целесообразно с целью повышения теплозащитной функции стен применять трехслойные стеновые панели с гибкими композитными связями. Теплопроводность материала последних ниже, соответственно, на порядок или на два порядка. Таким образом, практически исключаются так на-

зываемые мостики холода характерные для традиционной трехслойной стеновой панели со шпонками [5].

— для производства стеновых и теплоизоляционных изделий из легких бетонов (стеновых блоков и теплоизоляционных плит), которые не требуют армирования, целесообразно применять малоклинкерные (содержание цементного клинкера от 10 до 30% от массы вяжущего) пластифицированные композиционные вяжущие, изготовливаемые на основе химически взаимосочетаемых активированных продуктов переработки техногенных отходов (МПКВ) [1—4]. Благодаря пониженной величине коэффициента теплопроводности таких вяжущих в затвердевшем состоянии (до 35% относительно портландцементного камня) и пониженной (до 50%) сорбционной влажности легкие бетоны стеновых камней и теплоизоляционных плит марок по плотности соответственно D200-D250 и D300-D500, изготавливаемые на МПКВ, характеризуются пониженным до 30% значением коэффициента теплопроводности в состоянии равновесной влажности (условие Б эксплуатации ограждения). Соответственно можно ожидать повышения сопротивления теплопередаче стеновой кладки из блоков и перемычек, изготовленных из легких бетонов на МПКВ до 25%.

- определенному уменьшению теплопотерь стеновой кладки из легкобетонных и ячеисто-бетонных блоков через ее горизонтальные швы должна способствовать замена укладываемых в эти швы проволочных металлических сеток, связывающих наружную облицовку стены, например, из пустотелого кирпича, со слоем внутренней штукатурки по сетке, на базальтопластико-вые связи с меньшим практически на два порядка коэффициентом теплопроводности (см. выше).

Ключевые слова: ресурсоэнергосбережение, конструктивно-технологические системы, строительство, эксплуатация.

Список литературы

1. Карпенко Н.И., Ярмаковский В.Н., Школьник Я.Ш. Состояние и перспективы использования побочных продуктов техногенных образований в строительной индустрии // Экология и промышленность России. 2012. № 10. С. 50-55.

2. Ярмаковский В.Н., Семенюк П.Н., Родевич В.В., Юдин И.В. Полифункциональные легкие бетоны для ресурсоэнергосберегающего индустриального домостроения // Строительные материалы. 2012. № 4. С. 4-12.

3. Савин В.К. Строительная физика. Энергоперенос. Энергоэффективность. Энергосбережение. Москва: Лазурь, 2005. 426 с.

4. Ярмаковский В.Н., Торпищев Ш.К. О научных основах создания класса низкотеплопроводных композиционных вяжущих // Научные труды РААСН «Фундаментальные исследования РААСН в 2009 году». Москва - Иваново. 2010. С. 193-200.

5. Ярмаковский В.Н., Семенюк П.Н., Родевич В.В., Луговой А.В. К совершенствованию конструктивно-технологических решений трехслойных наружных стеновых панелей крупнопанельных зданий в направлении повышения их теплозащитной функции и надежности в эксплуатации // Материалы IV Академических чтений РААСН «Актуальные вопросы строительной физики - энергосбережение, надежность, экологическая безопасность». Москва, 3-5 июля 2012 г. С. 88-95.

Активатор

измельчение актива]

Лабораторные мельницы «Активатор» для заводских и исследовательских лаборатории.

Мельница «Апивагор-28Ь «Активатора» «Активаторам»

Количество (обьем) барабанов 2 (по 250 мл) 2 (по 250мп} 4(по 1000мл)

Спорость вращения барабанов 0-1500 об/мин 0-2300 об/мин 0-1650 об/мин

Потребляемая мощность 2,2 кВт/ч 2 ло 2,2 кВт/ч 18 кВт/ч

Применение Пробоподготовка Мехакохимичесвие исследования Наработка материала

Кривые распределения частиц по размерам каарц| Р.% помолотого на планетарной шаровой мельнице «Акт

095

_,евого песка, .ктиаатор- 2SL».

150Р,Ц1Л

www.activator.ru »

Машиностроительный Завод «Активатор» Новосибирск, Софийская 18, оф 107 630056, Новосибирск 56, а/я 141 Факс: S (383) 325-18-49 Тел: 8 913 942 94 81

е rai: bs yaevjiactivator.ri.. реклама