Ячеистый бетон - эффективный строительный материал
advertisement
Ячеистый бетон - эффективный строительный материал http://www.stromtrading.ru/publish/002_1.html Ячеистый бетон представляет собой искусственный камневидный поризованный материал, состоящий из вяжущего (цемента, извести), кремнеземистого компонента, порообразователя и воды. В ряде случаев в состав ячеистых бетонов вводят химические добавки и модификаторы. Воздушные поры (ячейки) диаметром 0,1-3,0 мм равномерно распределяются по объему бетона, обеспечивая изменение его плотности в широком диапазоне от 1ООО-12ОО до 15О-2ОО кг/мЗ. В соответствии с этим изменяется суммарный объем ячеек (пор) в бетоне. Например, при плотности бетона 500 кг/м3 (плотность древесины) в нем содержится около 75% пустот. В зависимости от способа порообразования ячеистые бетоны классифицируют как газо- и пенобетоны. Газобетоны производят путем введения газообразователя в виде алюминиевой пудры или пасты совместно с добавкой поверхностно-активных веществ. Вспучивание приготовленной и залитой в форму смеси должно завершаться до начала схватывания вяжущего. Пенобетоны получают путем смешивания приготовленной бетонной смеси с устойчивой пеной. В качестве пенообразователя применяют алюмосульфонафтеновые, канифольное мыло, животный клей, раствор сапонина и др.. В последнее время получены более эффективные пенообразователи, составы которых являются коммерческой тайной фирм-разработчиков. По способу тепловой обработки ячеистые бетоны делят на автоклавные и неавтоклавные. В первом случае бетоны подвергают запариванию в течение 11-16 часов в автоклавах диаметром 2-3,6 м при температуре 170-180°С и давлении 0,8-1,2 МПа. Во втором - бетоны либо выдерживают в естественных условиях при положительной (более 10-12°С) температуре, либо подвергают тепловлажностной обработке в тепловых агрегатах (ямных и напольных камерах, туннельных камерах и др.) или термоформах. Физико-механические характеристики автоклавного и неавтоклавного бетонов могут существенно различаться, т.к. автоклавная обработка меняет минера-логический состав бетона. По виду применяемого вяжущего ячеистые бетоны разделяют на цементные (портландцемент), силикатные (смесь извести и тонкомолотого кварцевого песка) и шлаковые (смесь извести и тонкомолотого доменного гранулированного шлака). При изготовлении простых по геометрии и не армированных изделий (блоки, камни и т.п.) применяют так называемую "резательную" технологию, при которой залитый в форму ячеистобетонный массив, набравший необходимую пластическую прочность, распалубливают и разрезают на отдельные изделия. Высота массива составляет, как правило, 600-900 мм. Современные технологии позволяют осуществлять разрезку массивов с образованием рельефной (декоративной) поверхности, устройство карманов и выемок. Наиболее совершенные современные технологии и оборудование позволяют получать по резательной технологии изделия с максимальным отклонением от заданных размеров не более 1-1,5 мм. Армированные изделия и изделия со сложной геометрией изготовляют путем заливки в индивидуальные одноили многоместные формы. Совершенствование свойств и способов производства ячеистых бетонов продолжается у нас в стране и за рубежом. В НИИЖБе под руководством к.т.н. Т.Д.Уховой разработана новая разновидность ячеистого бетона, которому авторы дали название неавтоклавный поробетон. Отличительными особенностями этого бетона являются введение в его состав, помимо цемента и пенообразователя, немолотого кварцевого песка и модифицирующих химических добавок, позволяющих путем одностадийного интенсивного перемешивания получать структуру материала с равномерно распределенными воздушными порами диаметром 0,1-1,0 мм, занимающими 20-90% объема бетона. При этом достигается снижение технологической влажности, не превышающей по массе 10% и, что особенно важно для пенобетонов, снижение в 1,5-2 раза усадочных деформаций. Физикомеханические показатели поробетона, по данным разработчиков, не уступают аналогичным показателям автоклавных газобетонов. Ведутся и другие разработки, например, строительная компания "В'И'П'О'- строй" предлагает так называемый W'O'B'-бетон, являющийся, по-существу, безавтоклавным газобетоном. По данным компании, этот бетон обладает высокими физикомеханическими качествами: меняя соотношение компонентов, плотность можно изменять в диапазоне от 400 до 1600 кг/м3. При плотности 400-600 кг/м3 прочность, по данным разработчиков, находится в пределах 3,0-6,0 МПа, коэффициент Iо = 0,1-0,17 Вт/мЧК (в сухом состоянии), морозостойкость свыше 75 циклов. В настоящее время он, в основном, используется для тепло- звукоизоляции полов, крыш, покрытий. Россия значительно отстает по выпуску ячеистого бетона от развитых стран Запада. В 1991 г. в СССР было выпущено 5,7 млн.кубометров конструкций и изделий из ячеистого бетона. Намечалось довести выпуск ячеистого бетона в 1995 году до 40 млн.кубометров. В связи с распадом СССР намеченные программы были свернуты, и к 2000 г. производство ячеистого бетона в Российской Федерации не превышало 4,5 млн. кубометров. В последние годы наметился некоторый перелом в развитии этого эффективного материала. Запущены современные заводы с передовой технологией в г. Липецке, г. Сертолово Ленинградской области и других городах страны. Значительные усилия в развитии производства ячеистого бетона предпринимает корпорация "Стройматериалы". Наибольшие успехи в производстве ячеистого бетона среди республик бывшего Советского Союза имеются в республике Беларусь. Производство этого материала на душу населения в республике в 12 раз превышает аналогичный показатель в среднем по странам СНГ. Следует отметить, что рост объемов производства ячеистого бетона в республике сопровождается существенным повышением качества выпускаемых изделий и конструкций. Флагманом среди заводов ячеистобетонных изделий в Белоруссии по культуре производства и качеству выпускаемой продукции является предприятие ОАО "Забудова" (п.Чисть, Минская обл.). Это предприятие производительностью 200 тыс. кубометров в год выпускает комплект ячеистобетонных изделий, в том числе стеновые блоки и блоки перегородок, армированные перемычки плиты перекрытий и покрытий, стеновые панели и другие изделия с плотностью ячеистого бетона 400-700 кг/м3. Важнейшими физико-механическими показателями ячеистых бетонов являются прочность, плотность, морозостойкость, теплопроводность, усадка и водопоглощение. По этим показателям ячеистые бетоны в зависимости от исходных материалов, составов и способов производства отличаются друг от друга в очень широком диапазоне. В таблице 1 представлены характеристики автоклавных газобетонов, стабильно выпускаемых в массовом порядке передовыми заводами ячеистых бетонов. Характеристики приведены применительно к наиболее распространенной продукции - блокам стен и перегородок. Данные таблицы 1 показывают, что в настоящее время в массовом производстве изделий из ячеистого бетона на передовых предприятиях страны достигнуты показатели, соответствующие мировому уровню. Следует сказать, что для стеновых блоков плотность ячеистого бетона 400 кг/м3 является критической, поскольку при меньшей плотности хоть и достигается меньшая теплопроводность материала, но в то же время существенно снижается прочность, и, что особенно важно, морозостойкость. Как показала практика проектирования, оптимальное соотношение между плотностью ячеистого бетона, с одной стороны, и его прочностью и морозостойкостью - с другой, находится в диапазоне 400-600 кг/м3. В этом случае ячеистобетонные блоки можно применять в несущих наружных стенах домов малой и средней (до 4-5) этажности, а также в ненесущих наружных стенах многоэтажных зданий при соблюдении приемлемой по конструктивным и экономическим соображениям толщины стен. В ряде случаев ячеистый бетон в конструкции наружных стен может удачно сочетаться с кирпичной облицовкой и эффективным утеплителем. Следует сказать, что, как это будет показано далее, однослойные ячеистобетонные стены являются наиболее экономически целесообразными по приведенным затратам. Необходимо также отметить тот факт, что увеличение плотности ячеистого бетона, в случае нарушения заводской технологии, не гарантирует соответствующего роста морозостойкости, особенно в диапазоне плотностей 400-550 кг/м3. В последние годы в связи с созданием эффективных пенообразователей все большее распространение получают неавтоклавные пенобетоны, что обусловлено стремлением упростить изготовление этого материала, сократить энергозатраты на производство и иметь возможность применять его в условиях строительной площадки. Пенобетоны автоклавной обработки обладают практически теми же физико-механическими показателями, что и газобетоны, кроме усадки, обусловленной недостаточной стабильностью пены. Пенобетоны же неавтоклавной обработки в массовом производстве пока еще не достигли качества автоклавных газобетонов, хотя на уровне опытного или ограниченного производства они, по данным некоторых разработчиков, уже соответствуют газобетонам. В таблице 2 приведены, по данным разработчиков, некоторые физико-механические характеристики неавтоклавных пенобетонов. На большинстве заводов и предприятий по выпуску изделий из неавтоклавного пенобетона пока еще не достигнут указанный в таблице 2 уровень показателей, в частности, средняя плотность производимого пенобетона составляет 650-800 кг/м3. Одним из наиболее важных показателей, определяющих эффективность применения ячеистого бетона, является расчетный коэффициент теплопроводности Iо, зависящий от эксплуатационной влажности этого материала. Если в сравнении коэффициентов теплопроводности ячеистых бетонов в сухом состоянии между нашими нормами, регламентированными в приложении 3 СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника", и зарубежными аналогами практически нет расхождений, то указанные в упомянутом документе значения расчетных коэффициентов теплопроводности очень существенно отличаются от принятых в зарубежной практике. Это расхождение обусловлено тем, что в соответствии с нашими нормами расчетные значения коэффициентов теплопроводности установлены для условий А при 8% влажности ячеистого бетона, а для условий Б - при 12%. При этом Iо по сравнению с теплопроводностью сухого материала возрастает для условий А в 1,5 раза, а для условий Б - в два и более раза. Соответственно этому возрастает требуемая толщина стены, что резко снижает эффективность применения ячеистого бетона в наружных стенах. Между тем, реальное положение дел совершенно не соответствует принятым в упомянутом СНиП положениям. Многочисленные замеры эксплуатационной влажности ячеистого бетона, выполненные НИИЖБом, ЦНИИЭП жилища, ЛенЗНИИЭПом и другими организациями во многих городах страны, показали, что фактическая средняя равновесная влажность ячеистого бетона в наружных стенах через 3 года устанавливается даже в условиях Санкт-Петербурга на уровне 5%, а в Москве в домах со стеновыми панелями из газобетона Люберецкого завода -4,2%. В соответствии с фактическим положением, зарубежные нормы устанавливают значения расчетной теплопроводности ячеистых бетонов при 4-6% влажности (см., например, сборник строительных правил Финляндии). Республика Беларусь после приобретения самостоятельности и в связи со значительным развитием производства ячеистого бетона пересмотрела существовавшие союзные нормативы и установила значение расчетных теплопроводностей, соответствующих влажности материала 4% для условий А и 5% для условий Б. К сожалению, Госстрой России, несмотря на неоднократные обращения, не считает нужным пересмотреть установленные в середине 60-х годов прошлого столетия нормативы, что сдерживает развитие производства ячеистого бетона в стране. Ведущими институтами и организациями (ЦНИИЭП жилища, НИИЖБ, Корпорация стройматериалов и др.) была только достигнута с Управлением технормирования Госстроя России устная договоренность, не закрепленная документально, что аккредитованные испытательные лаборатории имеют право устанавливать для тех или иных производств после проведения соответствующих исследований расчетные значения Iо. В связи с принятием в 1995 году новых теплотехнических нормативов ЦНИИЭП жилища выполнил комплекс научно-практических разработок, связанных с повышением теплоэффективности жилых и общественных зданий, в частности, наружных стен. В условиях повышения требований по теплозащите зданий в 3,2-3,4 раза, пришлось пересмотреть целесообразность применения в наружных стенах ряда традиционных материалов и конструкций. Проведенные разработки показали, что новым теплотехническим нормативам удовлетворяют только слоистые конструкции наружных стен, в которых применен эффективный утеплитель, расчетный коэффициент теплопроводности которого не превышает 0,08 Вт/(мЧК). Исключение составляют однослойные стены из ячеистого бетона, плотность которого не превышает 600 кг/м3. При этом, с учетом фактической эксплуатационной влажности ячеистого бетона, о чем сказано выше, толщина наружных стен в центральных регионах России составляет 600-650 мм, а при плотности ячеистого бетона 500 кг/м3 соответственно 450-550 мм, что вполне приемлемо по конструктивным и экономическим соображениям. Особенно целесообразно применение ячеистого бетона в малоэтажном строительстве, где он может выполнять не только теплоизоляционные, но и несущие функции. В этом случае, как показывает практика работы ряда заводов и предприятий, ячеистый бетон может применяться комплексно в конструкциях наружных и внутренних стен, перегородок, перекрытий, покрытий, перемычек и даже лестничных ступеней. Делались попытки использования ячеистого бетона в конструкциях фундаментов и стен подвалов, однако их обоснованность требует дополнительной проверки на долговечность и надежность этих конструкций. Стены из ячеистого бетона в малоэтажных зданиях делают, как правило, однослойными из мелкоразмерных блоков. Реже применяют крупноразмерные блоки, т.к. они требуют грузоподъемных механизмов, и монолитные конструкции стен. Практика работы ЗСК "Забудова" показала, что при прочности бетона 3,5-5,0 МПа ячеистобетонные стены можно выполнять несущими даже для 4х-5тиэтажных зданий. Хорошая паропроницаемость ячеистого бетона обеспечивает комфортный микроклимат в помещении, а достаточная морозостойкость позволяет ограничиваться покраской при отделке фасадов. Следует отметить, что многими заводами для фасадной отделки ячеистобетонных стен разработаны и предлагаются сухие смеси и специальные составы, обеспечивающие разнообразную фактуру и окраску стен. Кроме того, ряд заводов, выпускающих стеновые блоки высокой точности (Липецкий завод изделий домострое-ния, ЗСК "Забудова" и др.), производят клеющие составы для кладки стен вместо растворов, что обеспечивает повышение теплозащитных качеств стены за счет уменьшения толщины швов с 12-15 мм до 3-4 мм и 4-6-кратное снижение кладочного материала. К достоинствам ячеистобетонных стен следует отнести хорошую обрабатываемость и гвоздимость. Применение ячеистого бетона в перекрытиях и покрытиях имеет свои особенности. Для изготовления плит перекрытия используют ячеистый бетон класса В 2,5-3,5 и плотностью 600-700 кг/м3. Выпуск таких плит налажен на ЗСК "Забудова". Максимальная длина плит составляет 5980 мм, при этом они способны воспринимать полезную нагрузку 2,0 кН/м2. При длине плит 5380 мм и 4780 мм их несущая способность соответственно возрастает до 4,0 и 6,0 кН/м2 полезной нагрузки. Конструкция и монтаж ячеистобетонных плит перекрытия имеет некоторую специфику. На рис.1 показан план междуэтажного перекрытия одноквартирного жилого дома. Как видно из рисунка, плиты перекрытия в местах опирания на стены объединяются железобетонным обвязочным контуром, армирование которого осуществляют сварными плоскими каркасами. Опирание плит на стены показано на рис.3 На несущие стены торцы плит перекрытия должны заходить на глубину 100-150 мм, а боковые грани плит - на 20-25 мм. Швы между плитами выполняют замоноличенными с конструктивным армированием одиночными стержнями Ж 6-8 мм из стали АIII с отгибами по концам (рис.4) Для установки плит перекрытия и покрытия используют специальные траверсы, поскольку монтажные петли в этих изделиях не применяют. В целях предотвращения коррозии арматуры в ячеистобетонных изделиях арматурные каркасы в специальных ваннах способом двойного окунания покрывают составом, содержащим цемент, латекс, козеин, борогептомат натрия и другие компоненты. Внешняя отделка наружных стен может быть разнообразной в зависимости от применяемых материалов. При кладке из высококачественных ячеистобетонных блоков возможно использование открытой фактуры кладки, в том числе с покраской или без таковой. В остальных случаях могут применяться выпускаемые заводами сухие смеси, поризованная или цементно-перлитовая штукатурка с покраской или цветная декоративная штукатурка, в том числе с использованием специальных технологических приемов, позволяющих получить различные виды декоративной фактуры, например, под травертин и др. Внутренняя поверхность наружных стен, независимо от материала кладки, должна быть оштукатурена цементно-песчаным раствором. Внутренние стены также оштукатуриваются или подвергаются затирке. Оштукатуренные или затертые поверхности подлежат окраске или оклейке обоями. Для оформления фасадов предусмотрено также применение различных декоративных и функционально-декоративных элементов - рустов, наличников, сандриков, пилястр, поясков и т.п. деталей. Такие элементы могут быть выполнены как в процессе кладки из кирпича или мелких блоков, так и накладными из различных материалов, например, экструзионного ПСБ, стеклофибробетона, а также ячеистого бетона с декоративным покрытием. Вариабельность архитектурного образа дома создается также такими элементами фасада, как оконные переплеты и ограждения веранды и балконов, фактурой и цветом скатной кровли с использованием металлической черепицы, профилированного металлического листа, окрашенного асбестоцементного листа, ондулина и других материалов, а также такими малыми формами, как крыльцо, дымовая труба и другие элементы фасада. Возможно также использование деревянных декоративных элементов - декоративных выпусков стропил, резных балясин на балконе, резных наличников, ставен и других деталей. Совместное использование разнообразных объемно-пространственных решений и всех перечисленных приемов - фактуры, цвета, декоративных деталей и малых форм, в том числе с применением деревянной резьбы, позволяет получить широкий диапазон стилистических решений архитектурного образа дома. В многоэтажных зданиях ячеистый бетон применяется для устройства ненесущих наружных стен и перегородок. Конструктивные варианты ячеистобетонных стен представлены на рис.5 Следует сказать, что в этом случае при применении однослойных наружных стен необходимо во избежание загружения перекрытия значительными нагрузками использовать ячеистый бетон плотностью 350-450 кг/м3. Чтобы не выполнять снаружи с лесов или подмостей мокрые работы по оштукатуриванию фасадов, в практике московского строительства применяют их облицовку кирпичом (рис.5а) При этом соответственно возрастает нагрузка на перекрытие. Поэтому более широкое распространение получил вариант 5б, при котором существенное снижение веса наружной стены достигается за счет применения трехслойной конструкции со средним утепляющим слоем из эффективного утеплителя. Чаще всего в этом случае применяют наиболее дешевый плитный пенополистирол. Для того чтобы максимально снизить нагрузку на перекрытие, применяются наружные стены по варианту 5в, что, как сказано выше, связано с устройством наружных лесов и выполнением штукатурных работ при температуре не ниже +5°С. Наружные работы с лесов приходится выполнять и при применении вентилируемых фасадов (рис.6) Для закрепления кронштейнов и других крепежных элементов несущей части системы вентилируемого фасада к стене следует применять специальные дюбели, предназначенные для ячеистого бетона. Такими же дюбелями закрепляют в ячеистобетонных стенах окна и двери. Дюбели должны иметь разрешение на применение, выданное органами строительного надзора, например Центром сертификации Госстроя России. Кроме того, при сверлении отверстий под дюбели нельзя использовать ударные дрели. Для наружного оштукатуривания ячеистобетонных стен разработаны и выпускаются свыше десятка разных составов сухих смесей, обеспечивающих разные фактуры ("под шубу", "под затирку", "коревидная" и др.) и цветовые решения фасадов. Например, ОАО "Забудова" производит по технологии и на оборудовании финской фирмы "Партек" семь разных модифицированных полимерными компонентами сухих смесей для наружной штукатурки и три - для внутренней. Одним из наиболее важных требований к наружной штукатурке является необходимая паропроницаемость, поскольку стены из ячеистого бетона обладают достаточно высокой паропроницаемостью. Кроме того, эти штукатурки должны иметь более низкий модуль упругости по сравнению с аналогичным показателем у ячеистого бетона или каких-либо промежуточных оштукатуриваемых слоев, хорошую адгезию к основанию, малую усадку во избежание трещинообразования, малое водопоглощение и хорошую гидрофобность, а также способность к самовысыханию после увлажнения. Оштукатуривание фасадов следует вести при температуре основания в диапазоне от +5 до +30°С, причем, если основание нагрето свыше 20°С, необходимо выполнять его предварительное увлажнение. Свеженанесенная наружная штукатурка нуждается в защите от атмосферных осадков и высыхания вследствие перегрева под воздействием солнечной радиации. Эти требования предопределяют сезонный характер работ по оштукатуриванию фасадов. Следует также отметить, что работы с ячеистобетонными изделиями следует вести со специализированным инструментом: кельмами разных размеров, ножовками, набором шпателей, венчиками для сухих смесей, уголками для обрезки блоков и других изделий и т.п. В заключение следует сказать, что по заданию Госстроя России ЦНИИЭП жилища совместно с НИИ строительной физики провел исследования по определению экономически целесообразного значения сопротивления теплопередаче наружных стен разной конструкции, в том числе трехслойных панелей с гибкими связями, слоистых и утепленных снаружи кирпичных стен и стен из ячеистого бетона. В качестве критерия экономической эффективности были приняты приведенные затраты. Расчетный период учета эксплуатационных затрат был принят равным 30 годам в соответствии с рекомендациями Правительства Москвы (постановление № 1036 от 31 декабря 1966 г., п.З). Стоимость тепловой энергии была принята 30 у.е. за 1 МВтЧч (постановление Правительства г.Москвы № 959 РП от 10.10.1996 г.). Коэффициент теплопроводности ячеистого бетона был принят 0,17 Вт/(мЧК), что соответствует плотности ячеистого бетона 600 кг/м3 при фактической эксплуатационной влажности 6% для условий Б. Было установлено, что для ячеистобетонных наружных стен экономически целесообразное сопротивление теплопередаче по сравнению с другими конструкциями наружных стен является минимальным (таблица 3) Это говорит, во-первых, о том, что для ячеистобетонных стен нормируемые приведенные сопротивления могут быть установлены на 22-30% ниже регламентированных СНиП II-3-79* для соответствующих регионов, а во-вторых, о том, что такие стены имеют наименьший период окупаемости по сравнению с другими конструкциями. Трехслойные панели с гибкими связями имеют наихудшие показатели экономически целесообразного R по критерию приведенных затрат, превышая нормируемое значение на 17-35%. Слоистые кирпичные кладки также имеют превышение экономически целесообразного R над нормируемым в диапазоне 6,5-21%. У кирпичной стены, утепленной снаружи, нормируемые и экономически целесообразные сопротивления теплопередаче практически совпадают, т.е. нормативные требования для этой конструкции стены являются оптимальными. Таким образом, однослойные ячеистобетонные стены по критерию приведенных затрат обладают существенными преимуществами в сравнении с наиболее распространенными конструкциями наружных стен. Ю.Г. Граник, директор по научной деятельности ОАО ЦНИИЭП жилища, доктор технических наук
