Будущее ячеистых бетонов в России
В статье рассматриваются свойства ячеистых бетонов, производство ячеистых бетонов и область их применения. Анализируется технология применения ячеистых бетонов в ограждающих конструкциях.
Одним из основных условий успешной реализации национальной программы “Доступное и комфортное жилье – гражданам России”, предусматривающей увеличение объема строительства жилья к 2010 году до 80 млн. м2, является значительное увеличение производства строительных материалов, и в первую очередь материалов для возведения наружных ограждающих конструкций зданий, объем которых составляет 50–60 % от всего объема здания.
Материалы для ограждающих конструкций должны обладать достаточной прочностью и морозостойкостью, высокими теплозащитными свойствами, высокой огнестойкостью и долговечностью, экологической безопасностью как с точки зрения безопасности людей, проживающих в домах с ограждающими конструкциями из этих материалов, так и с точки зрения безопасности материалов для окружающей среды.
Ячеистый бетон - газобетон и пенобетон, как видно из данных, приведенных в таблице 1, удовлетворяет этим требованиям в значительно большей степени, чем другие строительные материалы, поэтому ячеистый бетон: завод по его производству является вполне логичным решением данной проблемы. Также ячеистые бетоны обладают и другими уникальными свойствами, например, экологичностью, огнестойкостью, технологичностью при применении и т.д.
Таблица 1
Физико-технические свойства различных стеновых материалов
№№ пп | Физико-технические свойства | Единица измере-ния | Наименование стеновых материалов | |||||||
| дерево | кирпич | пенобетон неавтоклавный | газобетон автоклавный | |||||||
| 1. | Средняя плотность | кг/м3 | D500 – D 600 | D 1400-D 1850 | D500 | D600 | D700 | D350 | D400 | D500 |
| 2. | Прочность при сжатии | МПа | 2,5–25 | 1,5–2 | 2,5–3 | 2,5-3,5 | 1-1,5 | 1,5-2 | 2,5-3 | |
| 3. | Коэффициент тепло-проводности | Вт/м С | 0,14 – 0,16 | 0,45– 0,7 | 0,12 | 0,14 | 0,16 | 0,09 | 0,11 | 0,12 |
| 4. | Морозо-стойкость | цикл | 35- 50 | 25 | 25 | 35 | 15 | 25 | 35 | |
| 5. | Звуко-изоляция 150–450 мм | Дб | 54 | 65 | 65 | 50 | 55 | 58 | ||
| 6. | Огнестойкость при толщине 175 мм | час | – | 3–4 | 4–5 | 4,0 | 4-5 | 4-5 | 4-5 | 5-6 |
| 7. | Эколо-гичность при производстве и применении | 1 | 9–11 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| 8. | Стоимость | руб.( $/м3) | 3200(120) | 2980(112) | 1850(76) | 1800(75) | 2000(80) | 2000(80) | 2200(85) | 2250(90) |
| 9. | Толщина стены при одинаковом сопротив-лении тепло-передаче(R= 2,5 м2 (К/Вл) | м | 0,4– 0,5 | 1,2–2,0 | 0,45 | 0,55 | 0,65 | 0,35 | 0,4 | 0,45 |
| 10. | Вес 1м2 стены | кг | 220–250 | 900–1800 | 300 | 350 | 450 | 145 | 180 | 240 |
При этом необходимо отметить, что долговечность ячеистых бетонов проверена многолетней практикой эксплуатации многочисленных объектов России, Республики Беларусь, а также многих зарубежных стран - ячеистый бетон: оборудование, в частности, оборудование для производства пенобетона приобретает все большую популярность среди производителей.
В современных условиях, когда требования к теплозащитным свойствам ограждающих конструкций зданий повышены более, чем в 3 раза, одним из немногих строительных материалов, пригодных для возведения однослойных наружных стен приемлемой толщины (менее 50 см), является ячеистый бетон.
Однослойные ограждающие конструкции имеют в 1,3–1,5 раза большую теплотехническую однородность, чем применяемые в настоящее время многослойные, что обусловлено структурной неоднородностью последних, наличием мостиков холода и конденсацией водяных паров на них.
Кроме того, слоистые стены (например, стены из кирпича, бетона или блоков и слоя эффективного утеплителя) наряду с несомненными преимуществами, такими, как сравнительно небольшая толщина и, соответственно, вес, большая тепловая эффективность, имеют и ряд недостатков: малая воздухопроницаемость, довольно большая трудоемкость их возведения, а также недостаточно изученный и проверенный вопрос долговечности различных типов утеплителей [см. Сахаров Г. П., Стрельбицкий В. П., Воронин В. А. Ограждающие конструкции зданий и проблема энергосбережения. // Жилищное строительство. – 1999. – №6].
Конструктивные решения однослойных наружных стен, которые создают пазогребневые блоки ячеистобетонного типа марок по средней плотности D400 и D500, обеспечивающие реализацию современных норм по теплозащите для региона Москвы с одновременным снижением трудозатрат и стоимости строительства, разработаны ОАО “ЦНИИЭП жилища” [см. Технические решения наружных стен из облегченных ячеистобетонных блоков. – ОАО ХК Главстройпром. – М. – 1998].
Для обеспечения возможности возведения стен, обладающих существенными преимуществами (более низкой себестоимостью и особенно – трудоемкостью при возведении), является организация массового выпуска изделий из ячеистого бетона марок по средней плотности D400 – D500, класса по прочности при сжатии – не менее В 1,5, с коэффициентом теплопроводности – не более 0,10 Вт/м С.
Вторым необходимым условием создания теплоэффективных стен жилых домов является организация выпуска изделий из ячеистых бетонов с размерами высокой точности (до 1,5 мм), обеспечивающими возможность осуществления кладки стен с применением специальных клеевых составов с толщиной шва не более 2 мм. Теплопроводность стеновых конструкций, изготовленных из ячеистобетонных изделий с размерами повышенной точности, и уложенных на клею, в 1,2–1,25 раза ниже, чем уложенных на растворе [см. Галкин С. Л. Применение изделий и конструкций в жилищно-гражданском строительстве. // Строительный рынок. – Минск. – 2006. – №9–10].
В настоящее время такие изделия из ячеистого бетона автоклавного твердения выпускают более 15 предприятий: в г. Липецке (ЛЗИД и НЛМК), в п. Сертолово Ленинградской обл., работающие по технологии германской фирмы “Хебель” и в городах Самара и Новосибирск, работающие по технологии германской фирмы “Итонг”, в С.-Петербург (ООО “Аэрок СПб”), в гг. Березовский и Рефтинск Свердловской области (ООО “Рефтинское объединение “Теплит”), а также в г. Ярославле (ООО “Эко”) и в г. Воскресенске Московской области, работающие по технологии фирмы “Верхан”.
В НИИЖБе были проведены испытания физико-механических и строительно-технических свойств ячеистых бетонов марок по средней плотности D400 и D500 и изделий из них, изготовленных на заводах России, выпускающих изделия и на оборудовании различных немецких заводов.
В таблице 2 приведены показатели физико-механических свойств автоклавных ячеистых бетонов, выпускаемых серийно передовыми предприятиями страны.
Таблица 2
Физико-технические свойства выпускаемых серийно автоклавных ячеистых бетонов и изделий из них
| №№пп | Наименование предприятий, (фирма- производитель оборудования) | Показатели физико-технические свойства | ||||
| Средняя плотность, кг/м3 | Прочность, МПа | Коэффи-циент теплопро-водности в сухом состоянии, Вт(мС) | Коэффи-циент морозо-стойкости, F | Предель-ное отклонение размеров изделий, мм | ||
| 1. | ОАО “Липецкий завод домостроения” (“Хебель”) | 400–500 | 2–3,5 | 0,10–1,12 | 25–35 | ± 1 ÷1,5 |
| 600–700 | 5,0 | 0,14–0,17 | 35–40 | ± 1 ÷1,5 | ||
| 2. | 211 комбинат ЖБИ п. Сертолово (“Хебель”) | 400–500 | 2,5–3 ,0 | 0,10–0,12 | 25–35 | ± 1 ÷1,5 |
| 3. | ООО “Рефтинское объединение “Теплит” (“Верхан”) | 400–500 | 3,0–4,5 | 0,09–0,115 | 35–75 | ± 1 ÷1,5 |
| 4. | ОАО “Аэрок СПб” (“Верхан”) | 350 400 500 | 2,5 3,5 4,5 | 0,093 0,10 0,12 | 25 35 35 | ± 1 ÷ 1,5 |
Данные, приведенные в таблице 2, показывают, что в настоящее время при серийном производстве изделий из автоклавных ячеистых бетонов на передовых предприятиях, в т.ч. на заводах, работающих по технологии фирмы “Верхан”, достигнуты показатели, значительно превышающие требования российских стандартов и соответствующие мировому уровню, – удовлетворяющие требованиям общеевропейского стандарта № EN 771-4-2003 .
Ячеистые бетоны неавтоклавного твердения в настоящее время в серийном производстве не достигли качества автоклавных газобетонов, хотя на уровне опытных и отдельных производств приближаются к качеству автоклавных газобетонов.
В НИИЖБ разработана энергосберегающая технология изготовления изделий из неавтоклавного ячеистого бетона, характеризующегося повышенными физико-техническими, в первую очередь – теплозащитными свойствами [см. Ухова Т. А. Энергосбережение при производстве и применении изделий из неавтоклавного поробетона. Критические технологии в строительстве. Труды конференции. / МГСУ им. В. В. Куйбышева. – М., 1998; Ухова Т. А. Опыт производства и применения неавтоклавного поробетона. // Промышленное и гражданское строительство. – 2002. – №9]. Разработана технология изготовления изделий из неавтоклавного ячеистого бетона марок по средней плотности D400 – D600. В таблице 3 приведены показатели физико-технических свойств неавтоклавных ячеистых бетонов.
Таблица 3
Показатели физико-технических свойств | При плотности бетона: | ||
| D400 | D500 | D600 | |
| Прочность при сжатии в 28-ми суточном возрасте, МПа | 2,0 | 2,6 | 3,2 |
| Теплопроводность в сухом состоянии, Вт/м С | 0,09 | 0,125 | 0,16 |
| Морозостойкость, цикл., не менее | 25 | 35 | 50 |
| Усадка при высыхании, мм/м | 1,7 | 1,7 | 1,8 |
Неавтоклавный ячеистый бетон, характеризующийся такими высокими показателями физико-технических свойств, был получен благодаря:
- рациональному выбору сырьевых компонентов и оптимизации соотношений между ними;
- введению в состав ячеистобетонных смесей волокнистых добавок;
- механохимической активизации компонентов сырьевой смеси;
- комплексному применению пластифицирующих добавок и добавок, регулирующих процессы структурообразования и начального твердения;
- оптимизации параметров макро- и микропористостых структур ячеистого бетона, которая была достигнута путем оптимизации технологических параметров приготовления ячеистобетонных смесей и температурных режимов твердения бетона.
Отработка технологических параметров изготовления изделий в производственных условиях показала, что изделия из неавтоклавного ячеистого бетона можно изготовить не только в индивидуальных формах, но и по резательной технологии благодаря применению эффективных ускорителей твердения и режимов выдерживания массивов, позволяющих уже через 2–3,5 часа после изготовления произвести распалубку массивов и резку их на изделия заданных размеров.
Резательный комплекс СМУ-95 входит в состав конвейерной линии по производству мелких стеновых блоков, характеризующихся повышенной точностью размеров (до 2,0 мм/м). Производительность этой линии составляет 90–100 м3 в день.
В настоящее время ООО “СМУ-95” изготовил 7 технологических линий по производству изделий из неавтоклавного поробетона по резательной технологии. Первая из этих линий успешно работает уже более 4-х лет.
К числу основных показателей, определяющих эффективность применения ячеистого бетона, относится расчетный коэффициент теплопроводности, зависящий от влажности материала в период эксплуатации.
Как уже было отмечено ранее (см. таблицу 2), основные физико-технические свойства автоклавных ячеистых бетонов практически не отличаются от свойств ячеистых бетонов, произведенных за рубежом, а значения расчетных коэффициентов теплопроводности, установленных сначала в СНиП II-3-79*, а затем в СНиП 23-02-2003, отличаются от принятых в зарубежной практике очень значительно: превышают их в 1,2–1,45 раза.
В соответствии с этим и повышается требуемая толщина стены, что резко снижает эффективность применения ячеистых бетонов в наружных стенах.
На основании обобщения результатов натурных обследований [см. Семченков А. С., Ухова Т. А. О корректировке равновесной влажности и теплопроводности ячеистого бетона (поз. 198-205). Приложения “Д”/СП-23-101-2004. Проектирование тепловой защиты. // Строительные материалы. – 2006 – N 6] ограждающих конструкций из разных ячеистых бетонов, эксплуатировавшихся от 1 года до 40 лет, проводившихся ЛенЗНИИЭПом, Уралпромстройниипроектом, НИИСФом, НИИЖБом и другими организациями, по предложению ЦНИИЭПжилища, НИИЖБа и Корпорации стройматериалов это необоснованное положение в последней редакции СНиП 23-02-2003 было отменено [см. Граник Ю. Г. Применение ячеистого бетона в строительстве Российской Федерации. // Строительный рынок. –Минск. – 2006. – №9–10].
Для того или иного вида ячеистого бетона его эксплуатационная расчетная теплопроводность может определяться аккредитованной лабораторией, что позволит более эффективно применять ячеистые бетоны.
ОАО “ЦНИИЭПжилища” совместно с НИИСФ провел также исследования по определению экономически целесообразного значения сопротивления теплопередачи наружных стен разной конструкции, в т.ч. трехслойных панелей с гибкими связями, слоистых и утепленных снаружи кирпичных стен и стен из ячеистых бетонов [см. Граник Ю. Г. Применение ячеистого бетона в строительстве Российской Федерации. // Строительный рынок. – Минск. – 2006.– №9–10]. В качестве экономической эффективности были приняты приведенные затраты. Было установлено, что для ячеистобетонных наружных стен экономически целесообразное сопротивление теплопередаче по сравнению с другими конструкциями является минимальным.
Поэтому, по мнению Ю. Г. Граника, для ячеистобетонных стен нормируемые приведенные сопротивления теплопередаче могут быть установлены на 22–30 % ниже регламентируемых СНИП 23-02-2003.
Технико-экономическая оценка предлагаемых конструкций наружных стен и сопоставление ее с другими конструктивными решениями подтверждает рациональность стены из ячеистобетонных блоков марок бетона по средней плотности D400 – D500 как с точки зрения стоимости материалов, так и с точки зрения трудозатрат.
Вышеперечисленные преимущества предлагаемых конструкций стен позволили ОАО “ЦНИИЭПжилища” рекомендовать такие конструкции для массового применения в г. Москве [см. Проектирование и возведение ограждающих конструкций жилых и общественных зданий с применением ячеистых бетонов в С.-Петербурге. РДМ 52-01. – СПб.: 2006].
ОАО “ЦНИИЭПжилища” разработал также рекомендации по применению изделия из ячеистых бетонов автоклавного твердения в ряде своих проектов, в т.ч. серии 222, 111 (С.-Петербург, ДСК-3).
Особенно целесообразно применение ячеистых бетонов в малоэтажном строительстве, где он может выполнять одновременно теплоизолирующие и несущие функции: может комплексно применяться в конструкциях наружных и внутренних стен, перегородок, перекрытий, покрытий и перемычек.
ОАО “ЦНИИЭПжилища” разработал проекты 1–4 и 2–5 комнатных “растущих” домов с комплексным применением ячеистых бетонов. Наружные стены в этих домах выполняются однослойными из мелкоразмерных блоков.
Многочисленные экспериментальные исследования огнестойкости конструкции из ячеистого бетона, проведенные за рубежом, а также в СССР и позднее в Российской Федерации и Республике Беларусь [см. Галкин С. Л. Применение изделий и конструкций в жилищно-гражданском строительстве. // Строительный рынок. – Минск. – 2006. – №9–10], показали, что ячеистый бетон обладает высокими теплоизолирующими качествами в условиях пожара.
Результаты испытаний, проведенных ВНИИПО РФ, показали возможность применения кладки из ячеистобетонных блоков для устройства противопожарных стен в виде преград 1-го класса – противопожарных стен в зданиях любой огнестойкости, а также несущих стен широкого класса зданий.
Высокая огнестойкость ячеистого бетона делает этот материал незаменимым при реконструкции жилых домов, в т.ч. путем надстройки этажей, сопровождающейся, как правило, повышением степени огнестойкости здания.
Получило также широкое применение ячеистобетонных изделий для утепления эксплуатируемых зданий. Объекты разработанных систем утепления зданий на основе изделий из ячеистого бетона растут ежегодно.
Необходимо отметить технологичность изделий из ячеистого бетона, которая превосходит все существующие строительные материалы:
- легкость изделий из ячеистого бетона позволяет вести кладку без каких-либо технических приспособлений;
- есть возможность обрабатывать ячеистобетонные изделия непосредственно на стройплощадке: пилить, фрезеровать, шлифовать, штробить и т.д.
В заключении необходимо отметить, что ячеистый бетон прошел проверку временем в сложных природно-климатических условиях России.
Жилые дома общей площадью 15 млн. м2 со стенами (наружными и внутренними) из автоклавного ячеистого бетона эксплуатируются в С.-Петербурге с 1960 г. без каких-либо разрушений, а жилые помещения характеризуются более комфортными условиями для проживающих людей по сравнению с домами, наружные стены которых выполнены из других материалов.
C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка цемента и газобетона можно познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок цемента в России» и «Рынок газобетона автоклавного и неавтоклавного способов твердения в России».
Т. А. Ухова, канд. техн. наук, филиал НИИЖБ ФГУП “НИЦ “Строительство”