CC BY
150—-----ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 666.973.2
В.М. ГОРИН, канд. техн. наук, генеральный директор, С.А. ТОКАРЕВА, директор, М.К. КАБАНОВА, канд. техн. наук, ЗАО «НИИКерамзит» (Самара)
Стеновые керамзитобетонные конструкции — перспективный материал для индустриального
домостроения
Показано, что керамзит с первых лет индустриального домостроения был главным пористым заполнителем при производстве конструкций панельных домов. Дана характеристика свойств ограждающих керамзито-бетонных конструкций в панельном строительстве прошлых лет. Представлены инновационные разработки для современного строительства энергоэффективных зданий. Показано, что достижения в области материаловедения и технологии позволяют вновь вернуться к однослойным керамзитобетонным ограждениям стен. Для этой цели могут применяться панели, крупные и мелкие блоки с различной отделкой. Керамзи-тобетонные ограждающие конструкции пригодны для каркасной, монолитной, панельной технологий строительства и смешанных архитектурно-строительных систем. Они обеспечивают быстрое возведение жилья, экологическую, пожарную безопасность, долговечность. Приведены примеры предприятий КПД, успешно использующих керамзитобетон.
Ключевые слова: крупнопанельное домостроение, керамзитобетон, керамзитобетонные панели, керамзитобетонные блоки.
Острый жилищный кризис 50-х гг. прошлого века - результат тяжелейших военных и послевоенных лет наша страна преодолела благодаря индустриализации жилищного строительства, а именно крупнопанельному домостроению. В стране была создана мощная база стройиндустрии, включающая керамзитовые заводы, заводы ЖБИ и ДСК практически во всех регионах. В 1990 г. пористые заполнители выпускали 456 предприятий, объем производства достиг 60-75 млн м3. Наибольший прирост мощности произошел в производстве керамзита [1].
Благодаря такому активному наращиванию производственных мощностей с середины 1960-х гг. в СССР началось массовое жилищное строительство. Выпуск керамзита в 1964 г. составлял 5,3 млн м3, а к 1990 г. возрос до 38 млн м3. В результате были достигнуты рекордные показатели: объем вводимого жилья составил в 1988 г. 76 млн м2. При этом 80% общего объема было обеспечено за счет крупнопанельного домостроения с применением ке-рамзитобетона.
Проводились работы по экспериментальной проверке различных вариантов для выбора наилучших решений и оптимизации типовых проектов. В этот период основным направлением было использование керамзита для однослойных ограждающих конструкций [2].
Дальнейшее развитие легкобетонного строительства показало преимущества конструкционного керамзитобето-на: уменьшение материалоемкости и снижение массы здания позволяют значительно снизить затраты на фундаменты и повысить этажность зданий; стоимость строительства снижается на 30-40%. Кроме того, применение керамзито-бетона в несущих конструкциях зданий уменьшает потери тепла через эти конструкции, повышая энергоэффективность здания.
Широкому использованию керамзитобетона в домостроении предшествовал большой объем исследовательских, опытных и опытно-промышленных испытаний. В течение 5 лет проводились натурные испытания на строительных объектах. В табл. 1 представлены показатели наружных панелей из керамзитобетона, полученные в ходе этих работ, причем следует отметить, что они не теоретические, а взяты из строительной практики в Москве [3].
Автор [3] указывает, что крупнопанельные дома с толщиной наружных стен 32 см были проверены начиная с 1957 г. в массовом строительстве; они показали хорошее эксплуатационное качество. По заключению Академии строительства и архитектуры СССР коэффициент теплопроводности таких стен с лицевым фактурным слоем 2 см из цементного раствора составлял 0,3 ккал/мчоС (при наружной температуре -26оС) [3].
В период перестройки мощная производственная база и сама система крупнопанельного индустриального домостроения понесла серьезный урон, в ряде регионов фактически уничтожена. Однако там, где ее удалось сохранить, успешно осуществляется крупнопанельное керамзитобе-тонное строительство. Примером является работа таких крупнейших предприятий, как ООО «Домостроительный комбинат» (г. Новочебоксарск) - один из наиболее мощных домостроительных комбинатов Поволжья, Краснодарский ЗАО «ОБД» (Комбинат объемно-блочного домостроения), ООО «Камэнергостройпром» (г. Нижнекамск) - мощное высокомеханизированное многопрофильное предприятие стройиндустрии РФ, крупнейший производитель стройматериалов, в том числе керамзита и сборного железобетона. Предприятие добилось выпуска высококачественного керамзита плотностью 250-350 кг/м3, что позволяет на его основе получать высокоэффективные одно-
—----ЖМЛИЩНО Е ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Таблица 1
Показатели Жилые дома на Большом Октябрьском поле Дома по типовым проектам 1960 г. Экспериментальный дом 1960-1963 гг.
1957 г. 1958 г. 1959 г.
Средняя плотность керамзитобетона, кг/м3 1200 1000 850 1000 750
Толщина наружной стены, см 40 32 26 32 22
Марка керамзитобетона 50 50 50 50 50
Масса 1 м2 наружной панели, кг 500 350 250 350 200
Масса 1 м2 жилой площади, кг 1700 1521 1310 1521 710
Расход бетона на 1 м2 жилой площади, кг 1,14 0,67 0,61 0,61 0,53
Расход стали на 1 м2 жилой площади, кг 26 25 22 25 15,4
Расход цемента на 1 м2 жилой площади, кг 240 170 150 170 120
слойные ограждающие конструкции толщиной 0,32-0,38 м (панели, блоки).
Новочебоксарский комбинат выпускает керамзит с плотностью от 350 до 800 кг/м3, который применяет для широкой номенклатуры керамзитобетонных изделий. Легкий керамзит используется для изготовления наружных стеновых панелей на новой технологической линии фирмы ELEMATIC. На этой линии можно производить любые серии панельных домов и сборно-монолитные каркасы. В результате увеличена мощность комбината по крупнопанельному строительству. Разработан и освоен проект современного панельного дома и осуществляется строительство серии «Волжская». Тяжелый керамзит используется для изготовления высокопрочного керамзитобетона, пригодного практически для всех конструктивных элементов зданий.
Краснодарский ЗАО «ОБД» осуществляет строительство из укрупненных блоков - секций высокой заводской готовности, которые монтируются на заводской площадке. Предприятие использует керамзитовый гравий высокой прочности фракции 5-10 мм. Объемно-блочное домостроение обеспечивает высокие темпы монтажа жилых домов. Монтаж одной блок-секции 16-этажного жилого дома площадью 4200 м2 в среднем составляет три месяца, а строительства дома «под ключ» - 8-12 месяцев.
За период своей деятельности предприятие ЗАО «ОБД» построило сотни домов в Краснодаре и Краснодарском крае. Квартиры домов из объемных блок-секций имеют гибкую планировку по желанию заказчика. Обычно на одном этаже располагается 4-8 одно-, двух- и трехкомнатных квартир. Заводское производство изделий обеспечивает гарантированно высокое качество и большую скорость возведения домов. Важное значение имеют также доступные цены для широких слоев населения и высокий уровень комфортности.
В настоящее время применение керамзита для ограждающих конструкций резко снизилось. Способствовало этому и массированное внедрение многослойных наружных стен. С 1993-1994 гг. начался процесс входа на российский рынок крупнейших зарубежных производителей волокнистой теплоизоляции, которые не только вели активную маркетинговую и сбытовую политику, но и построили заводы по производству теплоизоляции в разных регионах России. В настоящее время именно зарубежные производители контролируют большую долю рынка строительной теплоизоляции.
Однако многослойные конструкции - это не только усложнение технологии, повышение трудоемкости изготов-
ления - применение в них разнородных материалов приводит к снижению долговечности ограждающих конструкций и ряду серьезных проблем.
Участники II Всероссийской научно-технической конференции «Строительная теплофизика и энергоэффективное проектирование ограждающих конструкций зданий» (декабрь 2009 г.) отмечают: «Однослойные ограждающие конструкции априори долговечнее многослойных... Использование в конструкции материалов с различным сроком службы приводит к необходимости плановых ремонтов с заменой менее долговечного материала» [4].
Не будем останавливаться на свойствах, достоинствах и недостатках волокнистых теплоизоляционных материалов и конструкций на их основе. Отметим лишь, что каждый материал должен иметь обоснованную область применения. Например, в целях обеспечения экологической безопасности Евросоюз принял директиву СЕЕ 852/2004, которая запрещает применение сэндвич-панелей с утеплителем из минераловатных и базальтовых плит в учреждениях здравоохранения, в помещениях и зданиях, где хранятся и перерабатываются пищевые продукты, в том числе в местах скопления людей.
Независимая экспертиза огнестойкости сэндвич-панелей с базальтовым утеплителем в международной испытательной лаборатории BRE (Великобритания) показала, что сэндвич-панели с базальтовым утеплителем относятся к горючим материалам. Применение недолговечных теплоизоляционных материалов для тепловой защиты зданий не обеспечивает нормативный срок их эксплуатации. Утепление фасадов зданий минераловатными и базальтовыми плитами приведет к загрязнению воздушного бассейна населенных пунктов из-за осыпания волокон утеплителей при старении.
В качестве ограждающих конструкций зданий должны применяться долговечные, негорючие, энергоэффективные и экологически чистые строительные материалы. Керамзит и керамзитобетон являются материалами в полной мере соответствующими этим требованиям.
Долговечность керамзитобетона подтверждена многолетней практикой применения в нашей стране (более 50 лет) и еще более длительной эксплуатацией за рубежом (более 80 лет).
В зарубежной практике уже к 1960 г. был накоплен богатый опыт использования заполнителей из обожженных глин и сланцев. В США они применялись для производства мелких стеновых камней и блоков, широко применяемых в жилищном строительстве. В Англии основное направление -
—-----ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
изготовление стеновых камней, а также возведение монолитным способом стен малоэтажных зданий из крупнопористого бетона. Франция применяла легкий заполнитель из обожженной глины для производства мелких стеновых камней, а также для изготовления крупнопористого легкого бетона для утепляющих слоев самонесущих и навесных панелей несущих стен зданий.
В послевоенные годы производство керамзита (во вращающихся печах) и применение керамзитобетона в строительстве получили развитие в Голландии, Дании, Финляндии. Керамзит используют в производстве мелких стеновых камней, а также в качестве теплоизоляционного материала (легкий крупнопористый керамзитобетон) в железобетонных навесных стеновых панелях. Обзор зарубежного опыта дан в работе В.Г. Довжика и Л.А. Кайсера [5].
Исследования и многолетние наблюдения, проводившиеся ЦНИИЭП жилища, подтвердили высокие эксплуатационные качества зданий из керамзитобетона и благоприятный микроклимат помещений, что обусловлено высокой экологичностью этого материала.
Долговечность, а также высокая экологичность и по-жаробезопасность, являются существенным аргументом в пользу керамзита и керамзитобетона. Эти материалы не горят и не выделяют токсичных газов в условиях пожара, а также в течение всего периода эксплуатации зданий. Это обусловлено самой технологией получения - высокотемпературным обжигом. Они обладают биостойкостью, не подвержены гниению. По огнестойкости керамзитобетон значительно превышает пенобетоны и даже конструкции из тяжелых бетонов, поскольку в условиях пожара не разрушается более длительное время.
Долговечность строительных материалов следует признать критерием технико-экономической эффективности. Керамзит и керамзитобетон обеспечивают длительный срок службы без ремонта и ухудшения эксплуатационных характеристик на весь период эксплуатации зданий.
В национальном проекте «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» делается акцент на безопасность и комфортность, большое внимание уделено вопросам экологической и пожарной безопасности.
Пожаробезопасность - важнейшее преимущество керамзита и керамзитобетона, обусловленное высокой огнестойкостью и длительным сохранением конструкционной прочности в условиях пожара, что повышает шансы людей на спасение в экстремальных ситуациях.
Благоприятный микроклимат и комфортные условия в жилых помещениях обеспечиваются также благодаря низкой эксплуатационной влажности керамзитобетона. Средняя установившаяся влажность для нормальных условий эксплуатации составляет для крупнопористого керамзитобетона 3-5%, для плотного керамзитобетона 5-10%.
В последние годы разработаны инновационные технологии, которые позволяют получать высокоэффективные стеновые конструкции на основе керамзита.
Керамзит является материалом, который обладает исключительной технологичностью, он пригоден для различных вариантов ограждающих конструкций, для любой современной строительной технологии: каркасной, монолитной, панельной и для смешанных вариантов - каркасно-панельного, каркасно-монолитного, сборно-монолитного домостроения. Разработанные технические решения обес-
Рис. 1. Стеновые керамзитобетонные блоки «ТермоКомфорт»
печивают энергоэффективность, технологичность и высокое качество однослойных стен из керамзита, как для малоэтажного строительства, так и для зданий с высокой этажностью.
Эффективными стеновыми материалами для современного строительства являются керамзитобетонные блоки нового поколения, например блоки типа «ТермоКомфорт». Высокие теплозащитные свойства керамзитобетонных блоков обусловлены не только пористостью керамзита, но, кроме того, замкнутыми межзерновыми пустотами в структуре блока, а также наличием эффективной щелевой пустотно-сти (рис. 1).
Керамзитобетонные блоки типа «ТермоКомфорт» имеют толщину, соответствующую требуемой расчетной толщине стены, пазогребневую форму боковых поверхностей, что позволяет осуществлять кладку без раствора в вертикальных швах. Точность геометрии блока позволяет кладку при минимальной толщине клеевого состава в горизонтальных швах. Кладку можно осуществлять на обычном цементно-песчаном растворе с воздушной прослойкой в горизонтальном шве, что позволяет предотвратить образование мостиков холода по горизонтальному шву.
Дополнительное снижение теплопотерь достигается при использовании теплого кладочного раствора на керамзитовом песке. Еще большее увеличение термосопротивления получается при использовании теплых штукатурок, что дополнительно увеличивает теплоэффективность такой однослойной керамзитобетонной стены.
В результате таких инновационных решений обеспечиваются высокие теплозащитные свойства однослойной стены из керамзитобетона, экономия цемента, удобство и простота технологии строительства (даже при невысокой квалификации рабочих обеспечивается высокое качество кладки).
ОАО «Завод керамзитового гравия» (г. Новолукомль) проведены испытания трех фрагментов стен в одной климатической камере. Значения теплофизических показателей фрагментов стен приведены в табл. 2.
Полученные данные подтверждаются аналогичными результатами производителей керамзитобетонных блоков в Германии, где выпускается большое количество таких блоков. Результаты испытаний показали хорошее совпадение по средней плотности, прочности и теплотехническим характеристикам.
—----ЖМЛИЩНО Е ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Таблица 2
Наименование образца Плотность, кг/м3 Толщина стены с облицовкой (штукатуркой), мм Приведенное сопротивление теплопередаче И м2оС/Вт Коэффициент теплопроводности X, Вт/(м-°С) Влажность, %
Основной слой Внутренняя штукатурка Наружная штукатурка (облицовка)
Кладка из камней керамзитобетонных стеновых многощелевых серии «ТермоКомфорт» с облицовкой (тип I) 600 495 3,336 0,162 2,3 2,5 3,6
Кладка из камней керам-зитобетонных полнотелых стеновых (тип II) 580 495 3,266 0,177 3,6 2 2,6
В Московском институте материаловедения и эффективных технологий (Московский ИМЭТ) разработана технология крупнопористого бетона с использованием специальных смесителей-капсуляторов, которая получила название «Капсимэт». Заполнитель вместе с вяжущим в течение нескольких минут подвергается интенсивному физическому воздействию в машинах-капсуляторах, где покрывается оболочкой (капсулой) вяжущего вещества.
Технология открывает широкие возможности для изготовления ограждающих конструкций из крупнопористого ке-рамзитобетона, в том числе в условиях строительной площадки, существенно ускоряя и удешевляя возведение стен путем монолитной заливки. Удешевление стоимости такого бетона связано с минимальным расходом вяжущего, что обусловлено распределением его тонким слоем на поверхности зерен заполнителя и обеспечением контакта в точках соприкосновения. Расход портландцемента на омоноличи-вание 1 м3 стены составляет 120-140 кг.
Крупнопористый керамзитобетон «Капсимет» обладает высокими физико-техническими и теплотехническими свойствами: марка по прочности М5-М15, марка по плотности D400-D600, коэффициент теплопроводности 0,12-0,13 Вт/(моС); звукопоглощение 60 дБ.
Технология крупнопористого керамзитобетона успешно применяется для изготовления теплоизоляционных блоков
различных типоразмеров. Показательным является опыт керамзитового завода, г. Октябрьск (Самарская область): на небольших производственных площадях без значительных капитальных затрат организован выпуск теплоизоляционных блоков, которые пользуются большим спросом для коттеджного строительства. С учетом пожеланий заказчиков предприятие изготавливает керамзитобетонные блоки заданного размера. Предлагаются различные варианты отделки фактурного слоя. Крупнопористый бетон хорошо штукатурится с использованием обычных штукатурных составов без применения армирующих сеток; на такой стене хорошо держится фасадная облицовочная плитка и облицовочный камень (рис. 2, 3).
Выполнены большие работы по испытанию стен, изготовленных из этих теплоизоляционных блоков, в том числе натурные испытании на готовых объектах - коттеджных домах, построенных в Самарской области [7].
Проводились обследования наружных стен с целью проверки их теплозащитных характеристик и соответствию нормативным требованиям. Наружные стены выложены из крупнопористых керамзитобетонных блоков толщиной 0,35 м, плотностью 650 кг/м3 и облицованных керамическими плитками толщиной 0,02 м; коэффициент теплопроводности равен для керамзитобетонных блоков 0,16 Вт/(моС); для облицовочной плитки - 0,19 Вт/(моС). Для определения сопротивления теплопередаче наружных стен выполняли тепловизи-онное обследование фасадов. Результаты теплотехнических испытаний показали: сопротивление теплопередаче наружных стен составляет (И0) 2,49 и 2,37 м2-°С/Вт, что выше норма-
Рис. 2. Стеновой блок, созданный по наливной технологии с фактурным и штукатурным слоями
Рис. 3. Фасад дома из керамзитобетонньа блоков с облицовкой из декоративного камня
тивного значения, равного 2 м20С/Вт при реализации потребительского подхода для жилых зданий, строящихся на территории Самарской области (СНиП 23-02-2003).
Предложены прогрессивные решения для совершенствования технологии изготовления панелей, направленные на повышение их теплозащитных свойств, в частности, новый класс железобетонных ограждающих конструкций с монолитной связью слоев [8]. Одним из перспективных вариантов является технология формования двухслойных конструкций методом расслоения специально подобранной ке-рамзитобетонной смеси. В процессе вибрирования растворная составляющая оседает в нижнюю часть формы и, заполняя межзерновые пустоты крупного заполнителя, образует плотный слой легкого бетона. В верхней части изделия образуется крупнопористый керамзитобетон. Путем изменения количественного содержания растворной составляющей, толщины укладываемого слоя и строительного раствора для образования верхнего плотного слоя можно в широких пределах регулировать размеры слоев и теплотехнических свойств панелей.
Основное достоинство таких ограждающих конструкций
- высокое сопротивление теплопередаче при обеспечении совместной работы отдельных слоев под нагрузкой; кроме того, технология не требует изменения традиционных приемов изготовления панелей.
ЗАО «НИИКерамзит» совместно с ООО ПЦЭИ «ИМТОС» (Самара) в настоящее время проводит работы по созданию высокоэффективных ограждающих контсрукций (стеновые блоки, панели) с применением крупнопористого керамзито-бетона. Работы проводятся для вновь строящихся жилых и общественных зданий в Самаре и Санкт-Петербурге.
Интересными представляются также разработки по теплозащите существующего жилого фонда конструкциями из керамзитобетона, что дает не только экономический, но и социальный эффект за счет повышения экономичности и пожаробезопасности.
В настоящее время необходимо уходить от дорогих технологий, от стройматериалов, несущих экологическую угрозу, не обеспечивающих пожаробезопасность, и переориентировать домостроение на технологии и строительные материалы, которые значительно сокращают сроки и стоимость строительства, в дальнейшем позволят экономить на эксплуатации дома, сохраняя жизнь и здоровье людей.
Многолетний практический опыт, исследования и новые разработки последних лет убедительно свидетельствуют в пользу современных керамзитобетонных ограждающих конструкций. Они обеспечивают ряд преимуществ:
- возможность использования индустриальных технологий для быстровозводимого жилья;
- многовариантность технологических решений: пригодны для каркасного, монолитного, панельного домостроения, а также для смешанных строительных систем;
- могут быть успешно использованы также для малоэтажного строительства, не требуют обязательной высокой квалификации рабочих, доступны для самостоятельных индивидуальных застройщиков - это может существенно ускорить сельское домостроение;
- отвечают высоким требованиям экологической и пожарной безопасности, комфортности жилища;
- сохраняют долговечность и теплозащитные свойства на весь период эксплуатации здания, обеспечивая его энергоэффективность.
Следует также отметить простоту и технологичность изготовления однослойных панелей и блоков. Стоимость их
на 20-40% ниже многослойных панелей, а по сравнению со
стенами из кирпича с фасадным утеплителем - на 40-50%.
Список литературы
1. Экономическая информация о работе промышленности пористых заполнителей СССР за 1986-1990 гг. Государственная ассоциация «Союзстройматериалов», Строминноцентр, Государственный научно-исследовательский институт по керамзиту «НИИКерамзит». Самара, 1992. 255 с.
2. Горин В.М, Токарева С.А., Кабанова М.К. Керамзит, опыт и перспективы производства и применения // Строительные материалы. 2004. № 11. С. 32-34.
3. Самодуров В.В. Керамзит. М.: Знание, 1966. 30 с.
4. Пец Т. Как сделать энергосбережение эффективным быстро и без трагических последствий // Строительные материалы. 2010. № 2. С. 10-13.
5. ДовжикВГ,КайсерЛА. Конструктивно-тепло-изоляционный керамзитобетон в крупнопанельном домостроении. Технология и опыт производства. М.: Стройиздат, 1964. 179 с.
6. Бикбау М.Я., Левитэс А.А. Новые технологии утепления ограждающих конструкций. Профессиональное строительство. 2002. № 5 (21). С. 28-29.
7. Горин В.М., Токарева С.А., Вытчиков Ю.С., Беляков И.Г., Шиянов Л.П. Применение стеновых камней из беспесчаного керамзитобетона в жилищном строительстве // Строительные материалы. 2010. № 2. С. 15-18.
8. Баженов Ю.М., Король Е.А., Ерофеев В.Т., Митина Е.А. Ограждающие конструкции с использование бетонов низкой теплопроводности. М.: АСВ, 2008. 320 с.
