CC BY
24УДК 69.056.52
Л.В. МОРГУН, д-р техн. наук, Ростовский государственный строительный университет; В.Н. МОРГУН, Е.В. ПИМЕНОВА, кандидаты техн. наук, Институт архитектуры и искусств Южного федерального университета; П.В. СМИРНОВА, Я.С. НАБОКОВА, инженеры, Ростовский государственный строительный университет (Ростов-на-Дону)
Возможность применения неавтоклавного фибропенобетона в крупнопанельном домостроении
XX век — период цивилизации, который характеризуется резким ускорением научно-технического прогресса во всех областях человеческой деятельности. Урбанизация (исторический процесс повышения роли городов в развитии общества, который охватывает социально-профессиональную, демографическую структуру населения и его образ жизни) потребовала интенсификации строительных процессов при осуществлении массовой застройки быстро растущих городов.
В 1925 г. на Всемирной выставке в Париже Ле Корбюзье впервые показал новый тип дома, построенного из бетона, который стал прообразом современного крупнопанельного строительства в архитектуре и философии жилья [1]. Идея, представленная на этой выставке, получила динамичное развитие в европейских городах сразу после окончания Второй мировой войны. СССР, приняв курс на индустриализацию жилищного строительства, двинулась в том же направлении. В период с 1956 по 1965 г. в таких регионах, как Краснодарский край, вводилось до 2 млн м2 жилья в год. Для удовлетворения спроса на строительные материалы в эти годы в стране были введены в строй крупные предприятия по производству цемента, керамзита, железобетонных изделий, крупнопанельного домостроения (КПД), автоклавных бетонов плотной и ячеистой структур. Все построенные предприятия опирались на последние достижения науки того времени.
Рыночные преобразования, начавшиеся после кризиса 1991 г., показали, что современная стройинду-стрия РФ находится на уровне недостаточном для успешной работы строительного комплекса. Вступили в действие новые теплотехнические требования к ограждающим конструкциям зданий, и большинство выпускаемых материалов перестало соответствовать новым требованиям. Переориентация строительного
комплекса на новый уровень сопротивления ограждающих конструкций теплопередаче способствовала повышению потребности в эффективных теплоизоляционных материалах. Казалось бы, чего уж проще, правильно применяй их и достигай высокой эффективности. Однако практика показывает, что именно с правильностью применения и возникают проблемы.
Широко рекламируют и применяют на практике технологии крупнопанельного деревянного домостроения, позволяющие быстро возводить дома из сэндвич-панелей, в качестве теплоизоляционного слоя в которых заложены либо минеральные волокнистые материалы, либо вспененный полистирол (ППС). В качестве наружного и внутреннего слоев используют листовой металл, хризотилцементные листы листы, цементно-стружечные плиты, гипсо-волокнистые листы и т. п. Такие панели изготавливают в заводских условиях, они имеют точные размеры и быстро собираются в готовый объект на строительной площадке. Достоинства такого способа очевидны и всегда проявляются в зданиях мобильного типа, то есть таких в которых возможна замена теплоизоляционного слоя в случае утраты им эксплуатационных свойств. А недостатки проявляются не в момент сдачи объекта приемочной комиссии, а позже, после 3—8 лет эксплуатации.
К применению в качестве утеплителя ППС, следует подходить осторожно и ответственно. Помнить, что использование низкокачественного материала из неизвестного сырья, применение нерациональных конструктивных и технических решений может привести к повышению содержания в воздухе вредных веществ. Негативный опыт применения ППС в строительстве имеется. Еще в 1984 г. постановлением Минздрава СССР было запрещено применение ППС в ограждающих конструкциях зданий потому, что пары этого полимера привели к осложнениям беременно-
сти у женщин, проживающих в таких зданиях, а также к повышению уровня сердечно-сосудистых заболеваний.
При эксплуатации домов, построенных по этим технологиям, пар, всегда диффундирующий от теплого к холодному через воздухо- и паропро-ницаемый гипсоволокнистый лист, будет проникать в утеплитель, и накапливаться в виде конденсата. Цементно-стружечная плита, практически паро- и воздухонепроницаемая, не позволит сконденсированной влаге испариться. Влага, скопившаяся во внутреннем теплоизоляционном слое стеновой конструкции, в ходе ее эксплуатации вызовет: утрату первоначально достигнутого уровня теплоизоляции [2]; развитие неравномерных усадочных деформаций в теплоизоляционном и ограждающих слоях [3]; ухудшение эстетических свойств ограждающих поверхностей [2, 3].
Приведенные недостатки вовсе не исключают применения данной технологии в строительстве. Надо лишь учитывать, что она годится для возведения зданий мобильного и временного типа, поскольку в таких зданиях предусматривается периодическая замена теплоизоляционного слоя.
Технология строительства с использованием таких панелей не должна применяться при строительстве капитальных зданий, предназначенных для длительной эксплуатации.
Аналогичные претензии можно предъявить практически к любым видам трехслойных панелей потому, что пар из плотного материала в пористый диффундирует всегда, а наоборот не перемещается.
Статистика чрезвычайных ситуаций последних 10 лет отражает тот факт, что растет число пожаров с большим количеством жертв, причиной которых является применение некачественных материалов или их неправильное применение.
Напрашивается вывод, что изменение свойств пенополистирола от воздействия неконтролируемых слу-
г: Л1/-Ы:
научно-технический и производственный журнал
Рис. 1. Конструктивные особенности стеновых изделий из ФПБ
чайных факторов потенциально опасно. Для использования в капитальном строительстве необходимы такие материалы, свойства которых удовлетворяют комплексным требованиям по экологичности, теплоэф-фективности, пожаро- и взрывобе-зопасности, комфортности и долговечности, надежности и ремонтопригодности, предъявляемым к ним не только на момент возведения, но и в ходе всего периода эксплуатации зданий.
Привлекательным стеновым теплоизоляционным материалом является ячеистый бетон. Эффективность его применения в строительстве признана во всем мире и не имеет себе равных. Однако следует хорошо ориентироваться в разновидностях этого материала, с тем чтобы не только правильно его применять, но и обеспечивать возведенный объект наивысшим уровнем теплоэффективности, комфортности, долговечности, надежности и ремонтопригодности.
Ячеистые бетоны автоклавного и естественного твердения существенно различаются по таким эксплуатационным свойствам, как прочность при сжатии и влажность после термообработки. Формально у автоклавных бетонов эти качества лучше, то есть прочность выше, а влажность ниже. Однако мало кто учитывает тот фактор, что конкретная величина прочности при сжатии назначается не потому, что конструкция получит соответствующие сжимающие нагрузки при монтаже или эксплуатации, а потому, что прочность при растяжении у каменных материалов редко превышает 10% от прочности при сжатии! Для успешного монтажа конструкций из такого материала прочности при растяжении должна быть не менее 1 МПа. У автоклавных ячеистых материалов это соотношение снижается до 6—8%. То есть даже если конструкция изготовлена из автоклавного бетона средней плотности
1000 кг/м3, при классе по прочности В10 величина прочности при растяжении не достигает требуемого уровня.
Автоклавные материалы способны наращивать прочность при сжатии, не увеличивая ее при растяжении. Такие материалы после завершения тепловой обработки достигают максимума своей прочности. А материалы, отвердевавшие без применения тепловой обработки, через год после изготовления, как правило, удваивают величину, достигнутую к 28 дням твердения [4, 6].
Если оценивать технико-экономическую привлекательность ячеистых бетонов, то нужно отметить, что для получения неавтоклавных ячеистых бетонов необходимо незначительное количество энергии, а рост стоимости энергоресурсов носит лавинообразный характер. Поэтому с экономической точки зрения технология ячеистых бетонов естественного (неавтоклавного) твердения чрезвычайно привлекательна. Однако традиционные пено- и газобетоны естественного (неавтоклавного) твердения обладают таким важным недостатком, как высокая усадка при твердении, продолжительность проявления кото-
рой может превышать 180 дней с момента изготовления изделия [4].
Учитывая экономическую привлекательность ячеистых бетонов неавтоклавного твердения, очень важен поиск технологических приемов, способных обеспечивать как повышение их прочности при растяжении, так и существенное снижение либо исключение усадочной дефор-мативности [5]. Одним из технологических приемов, обеспечивающим устранение вышеперечисленных недостатков, является дисперсное армирование пенобетонов синтетическими волокнами, которое способствует повышению их прочности при растяжении в 5—10 раз [6, 7], что влечет за собой довольно значительный перечень преимуществ, проявление которых чрезвычайно важно при изготовлении крупноразмерных изделий, их транспортировании, монтаже и эксплуатации законченных строительных объектов. Дисперсно армированный пенобетон неавтоклавного твердения называют фи-бропенобетоном (ФПБ).
Мелкоштучные и погонажные изделия из ФПБ в ЮФО промышленным способом изготавливаются с июля 2002 г. по настоящее время. Освоена следующая номенклатура изделий: блоки стеновые и теплоизоляционные плотностью от 250 до 900 кг/м3, галтели плотностью 400 и 500 кг/м3, перемычки брусковые и арочные, карнизные изделия.
ФПБ отличается от существующих видов ячеистых бетонов повышенными прочностью при растяжении и вязкостью разрушения, пониженными теплопроводностью и усадочной деформативностью.
Такое изменение свойств материала дает возможность получения высокоточных изделий сложной формы. Такую форму (рис. 1) изделия могут иметь только благодаря достаточной прочности при растяжении. Пазовая конструкция стенового
Рис. 2. Межкомнатная перегородка из блоков пазошпоночной формы после выполнения кладочных работ
Рис. 3. Интерьер после проведения электротехнических работ, крепления отопительного оборудования и шпатлевания стен
научно-технический и производственный журнал rj - , г : .,. . г
"20 март 2011 фЦВДМШШ®
Рис. 4. Карнизные элементы офисного здания «Купеческий двор» на этапе строительства
Рис 5. «Купеческий двор» после ввода в эксплуатацию
блока в сочетании со 2-м классом точности размеров предопределяет пониженные требования к уровню квалификации рабочих, осуществляющих кладку, и делает такую продукцию привлекательной для частных застройщиков и тех регионов страны, в которых ощущается дефицит квалифицированных строителей.
Технология производства кладочных работ из таких изделий предусматривает, что укладка первого ряда стены осуществляется традиционно, что позволяет строго отрегулировать вертикальность будущей конструкции. А вот дальнейшая кладка может осуществляться практически вслепую, так как высокая точность геометрических размеров в сочетании с пазошпоночной конструкцией изделия позволяет применять в строительстве принцип паз-шпонка (рис. 2). Реализация этого принципа, обусловленная прочностью материала при растяжении, исключает образование выколов и трещин от воздействия случайных ударных нагрузок, позволяет отказываться от оштукатуривания поверхности стен, выполненных из таких изделий, потому что степень шероховатости не превышает 2 мм. То есть, для получения гладкой поверхности стены вполне достаточно шпатлевания (рис. 3).
Сравнение показателей тепло -проводности равноплотных газо-, пено- и ФПБ (см. таблицу) показывает, что последние выгодно (на 15—20%) отличаются в лучшую сторону, при этом паропроницаемость ФПБ меньше. По нашим данным [9] паропроницаемость ФПБ средней плотностью 700 кг/м3 соответствует кирпичной кладке на цементно-песчаном растворе, средняя плотность которой составляет не менее 1800 кг/м3.
В зданиях нагрузки на оконные блоки компенсируются перемычками. Железобетонные перемычки —
это мостики холода, которые ухудшают теплотехнические свойства ограждающих конструкций, поэтому над оконным проемом часто устанавливают не одну перемычку по толщине стены, а несколько тонких, между которыми прокладывают минераловатные теплоизоляционные материалы, поэтому на момент сдачи объекта в эксплуатацию все «прекрасно». А вот на вопрос о том, как осуществить замену теплоизоляционных слоев после их слеживания, строители пока не дают ответа. Если железобетонные перемычки заменить теплоэффективны-ми брускового или арочного типа из фибропеножелезобетона, то можно исключить потребность в дополнительной теплоизоляции этого элемента стеновых конструкций.
При возведении зданий внутри существующей застройки, возникает ряд сложных организационных и технологических проблем, к числу
которых относятся: жесткое ограничение границ стройплощадки; сложность обслуживания строящегося объекта крановым оборудованием; отсутствие площадей для складирования изделий из сборного железобетона и др.
Применение изделий из фибро-пеножелезобетона позволяет успешно решать такие проблемы потому, что монтаж даже крупноразмерных элементов не всегда требует применения мощного кранового оборудования. Именно такие проблемы были успешно решены при возведении офисного центра «Купеческий двор» в историческом центре Ростова-на-Дону (рис. 4, 5). Здание возводилось в стесненных условиях, поэтому башенный кран мог обслуживать только часть объекта. Карнизные изделия, украшающие фасад, должны были сочетать малую массу с требуемыми геометрическими размерами и атмосферостойко-
Рис. 6. Оценка несущей способности плиты из фибропеножелезобетона
Г* - -: .■.. ■: I . . ; | - научно-технический и производственный журнал
Физико-механические свойства фибропенобетонов
Плотность, кг/м3 Прочность, МПа Морозостойкость, циклы Паро-проницаемость, мг Теплопроводность, Вт/(м-°С) Теплоусвоение (при периоде 24 часа) s, Вт/(м2-оС)
сухого для условий эксплуатации
при сжатии при растяжении при изгибе (м. ч.Па) А Б А Б
ФПБ 300 0,5-0,7 0,1-0,3 25 0,23 0,069 0,09 0,11 1,37 1,68
ФПБ 400 0,7-1,5 0,2-1 50 0,21 0,078 0,1 0,13 1,53 1,99
ФПБ 500 1-2,5 0,5-1,8 75 0,18 0,088 0,13 0,16 1,99 2,44
ФПБ 600 1,5-3,5 0,7-2,5 100 0,15 0,113 0,17 0,21 2,6 3,21
ФПБ 700 2,5-5 1-2,8 100 0,13 0,142 0,21 0,24 3,21 3,67
ФПБ 800 3,5-7,5 1,5-4 Более 100 0,1 0,171 0,24 0,27 3,67 4,12
АГБ 400 1-2 Не норм. Не норм. 0,23 0,1 0,13 0,16 1,53 1,99
АГБ 600 2-3 Не норм. До 75 0,17 0,14 0,17 0,2 2,6 3,21
ПБ 400 0,5-1 Не норм. Не норм. 0,23 0,1 0,13 0,16 1,53 1,99
ПБ 600 1,5-2,5 Не норм. До 35 0,17 0,14 0,17 0,2 2,6 3,21
Примечания: ФПБ - неавтоклавный фибропенобетон; АГБ - автоклавный газобетон; ПБ - неавтоклавный пенобетон.
стью. Для этого были изготовлены фибропеножелезобетонные изделия сложной геометрической формы, способные эксплуатироваться без специальной защиты от атмосферных воздействий.
В течение 2010 г. инициативная группа специалистов (Я.С. Набокова, Е.Р. Чумакин) изготовила и испытала под действием длительно действующей нагрузке плиту перекрытия (900x300x4800 мм) из фибропенобетона средней плотностью 800 кг/м3, армированную объемными металлическими каркасами (рис. 6). Как показали испытания, достижение допустимого прогиба (6,85 мм) имело место после превышения нагрузки в 730 кг/ м2, т. е. в 2,4 раза выше нормативной для плит, предназначенных для жилья. При удельной нагрузке 2,2 т/м2 прогиб плиты в средней части пролета достиг примерно 35 мм, однако видимых трещин в растянутой зоне изделия обнаружено не было. Плита не получила местного смятия и в местах опирания. При дальнейшем нагружении плиты до 8,9 т кинетика прогибов не регистрировалась. Вес брутто испытанной плиты составил 1,2 т, что как минимум на 15% легче пустотной железобетонной плиты такой же площади.
Анализ опыта применения мелкоразмерных изделий из фибропе-нобетона и результатов испытаний крупноразмерного изделия из фи-бропеножелезобетонна показывает, что этот материал может успешно применяться в крупнопанельном
домостроении потому, что его свойства обеспечивают необходимые прочностные показатели достижение высокой теплоэффективности в сочетании, с возможностью получения гладких лицевых поверхностей любой конфигурации.
Перечисленные технологические и физико-механические свойства обеспечивают надежное соблюдение проектных механических, теплотехнических и акустических свойств зданий. Кроме того, универсальные формообразующие свойства фибропенобетонных смесей дают возможность разнообразить архитектурный облик интерьеров и фасадов. Свойства материала исключают возможность появления на его поверхности выколов и трещин в процессе транспортирования строительных конструкций. Высокая прочность при растяжении позволяет крепить к ним навесное оборудование, что невозможно при использовании любых других видов ячеистых бетонов. Поэтому они могут и должны применяться в технологиях крупнопанельного домостроения для того, чтобы программа «Комфортное и доступное жилье — гражданам России» была успешно реализована.
Список литературы
1. Коэн Ж.Л. Ле Корбюзье. Арт-родник, 2008. 96 с.
2. Новиков А.В. Новый подход к управлению качеством при выполнении фасадных работ // Стройпрофиль, 2004. № 3. С. 32-34.
3. Алехин С.В., Новиков А.В. Типология дефектов систем теплоизоляции мокрого типа // Стройпрофиль, 2004. № 6. С. 44-48.
4. Застава М.М. К оценке усадки и ползучести ячеистых бетонов // Сб.тр.: Ячеистые бетоны. Вып. 2. Л.: Стройиздат. 1972. С. 21-29.
5. Моргун В.Н. Теоретическое обос-нование закономерностей кон-струирования структуры пенобетонов // М-лы международного конгресса «Наука и инновации в строительстве SIB-2008». Том 1. Современные проблемы строительного материаловедения и технологии. Книга 1. Воронежский ГАСА, 2008. 333337.
6. Моргун Л.В., Богатина А.Ю. Смирнова П.В. Моргун В.Н., Набокова Я.С. О ячеистом бетоне пониженной сейсмоуязвимости // Строит. материалы». 2010, № 3. С. 73-76.
7. Моргун Л.В., Смирнова П.В. Моргун
B.Н. Регулирование прочностных свойств пенобетонов с помощью температуры // Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве. Сб. тр., Севастополь, 2007.
C. 199-202.
8. Моргун Л.В. Механизм формирования пониженной проницаемости в фибробетонах слитной и ячеистой структур// Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, 2003. № 4. С. 84-88.
22
научно-технический и производственный журнал
март 2011
ftj'r'iurj'ijkir]^ üi- Г^^/Ь.®
