Легкие бетоны нового поколения в современном - Весь

Легкие бетоны нового поколения в современном строительстве
Аннотация
Легкие бетоны - как средство решения проблемы энергоресурсосбережения при строительстве и
эксплуатации зданий, а также повышения их надежности и безопасности.
Номер издания: 16 (203)/2005
Текст
Легкие бетоны - как средство решения проблемы энергоресурсосбережения при строительстве
и эксплуатации зданий, а также повышения их надежности и безопасности.
Анализ современных тенденций в мировой практике строительства показывает, что при
проектировании и возведении зданий нового поколения в ближайшие десятилетия специалисты
будут стремиться к тому, чтобы собственный вес здания был минимальным. Это особенно актуально
для городов-мегаполисов, где существует острый дефицит земельных площадей, и строители
вынуждены возводить здания большой этажности; основания же од ними зачастую ослаблены
различными инженерными коммуникациями.
Целесообразно снижение веса сооружения и при строительстве в сейсмически опасных регионах:
здесь степень вибрационного воздействия на каркас здания напрямую связана с его массой. Важно
максимально снизить вес здания и в регионах с подрабатываемыми различными горными
выработками территориями (например, угольными шахтами), а также в регионах с деградирующей
печной мерзлотой. Практически в любых условиях строительства снижение веса проектируемого
здания позволяет экономить арматуру и бетон за счет снижения нагрузок на фундаменты и несущие
конструкции.
Уровень тепловой защиты здания должен быть максимально возможным, а уровень
энергопотребления - соответственно, минимальным. Нормируемые параметры тепловой защиты
зданий и их энергетическая эффективность установлены в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита
зданий». Здесь дана классификация зданий по степени отклонения расчетных или измеренных
нормализованных значений удельных расходов тепловой энергии на их отопление от нормируемого
значения: классы А и В энергетической эффективности зданий - соответственно очень высокий и
высокий, С - нормальный. Классы А и В устанавливают для вновь возводимых и реконструируемых
зданий на стадии разработки проекта и впоследствии их уточняют по результатам эксплуатации. При
выявлении объектов классов А и В органам местного самоуправления или инвесторам рекомендуется
принимать меры для экономического стимулирования участников проектирования и строительства.
Так, например, распоряжением первого заместителя мэра в правительстве г. Москвы В.И. Ресина №
46 от 12.05.2005 г. утверждено «Положение о стимулировании проектирования и строительства
энергоэффективных зданий и выпуска для них энергосберегающей продукции». Немаловажна в
дополнение к требованиям СНиП 23-02-2003 надежность обеспечения уровня тепловой защиты
здания на весь период расчетного срока его эксплуатации.
Должны быть обеспечены требуемые современными нормами высокие предел огнестойкости
конструкций и пожаробезопасность здания.
В конструкциях зданий должны применяться экологически безопасные, низко энергоемкие
строительные материалы, изготавливаемые по малозатратным технологиям на базе
преимущественного использования продуктов переработки техногенных отходов и/или местных
природных сырьевых ресурсов.
Конструкции должны быть максимально экономичными: несущие конструкции - по сечениям,
расходу арматуры и цемента, а ограждающие конструкции - по толщине в целом и по расходу
дорогостоящих утеплителей. Кроме того, конструкции должны обладать высокой долговечностью и
быть ремонтопригодными.
Анализ многочисленных результатов отечественных и зарубежных исследований, а также
практический опыт строительства последних лет показывают, что проблема проектирования и
строительства энергоэффективных зданий нового поколения, конструктивная часть которых
соответствует комплексу перечисленных выше требований, может быть в значительной степени
решена путем использования во всех строительных конструкциях зданий (и в ограждающих, и в
несущих) таких универсальных по своей природе и основным строительно-техническим свойствам
материалов, как модифицированные легкие бетоны на пористых заполнителях.
Такие бетоны различных видов и назначения (от особо легких теплоизоляционных до
конструкционных высокопрочных, в том числе высокой морозостойкости, водонепроницаемости,
огнестойкости или жаростойкости) разработаны в последнее время и всесторонне исследованы в
НИИЖБ с участием НИИСФ. Наиболее изученные и эффективные их виды успешно применяются в
настоящее время проектировщиками и строителями в большинстве регионов России.
К числу современных высокоэффективных легких бетонов относится модифицированный
полистиролбетон (МПСБ) на различных вяжущих, в том числе на низкотеплопроводных и
низкосорбционноактивных малоклинкерных. Последние разработаны НИИЖБ как новый класс
низкоэнергоемких композиционных вяжущих, в частности, на базе продуктов переработки
металлургических шлаков и шламов различных видов.
Однослойные ненесущие стены в виде кладки из блоков и армированных перемычек, изготовленные
из МПСБ, применимы для зданий, строящихся в регионах, имеющих до 8000 градусосуток
отопительного периода (т.е., для подавляющего большинства регионов России) при толщине блока
30-40 см.
В сравнении с применяемыми в настоящее время в России для производства стеновых блоков
традиционными ячеистыми бетонами (безавтоклавный пенобетон с γ0 -600-700 кг/м3, автоклавный
газосиликат - 450-550 кг/м3) МЛСБ стеновой системы «Теплолит» имеет следующие основные
преимущества:



минимально возможная плотность при требуемой достаточной для блоков самонесущих стен
прочности меньше по сравнению с пенобетоном в 2,0-2,4 раза, а по сравнению с
газосиликатом -в 1,6-1,8 раза;
сорбционная (равновесная влажность) меньше в 2,0-3,4 раза, величина коэффициента
теплопроводности для условия «Б» по СНиП 23-02-2003 (λg) - в 2,5-2,8 раза; усадка меньше в
2,0-2,5 раза, морозостойкость выше в 2-3 раза;
стоимость 1 м3 стеновой кладки из МПСБ за счет выигрыша в теплофизических
характеристиках меньше на 30-50% (в зависимости от вида применяемого вяжущего).
Еще более теплотехнически эффективен для применения в наружных стенах монолитный
патстиролбетон с высокопоризованной и пластифицированной матрицей (МПВМ). Это обусловлено:


меньшей возможной плотностью МПВМ (марки D150-D250 против D300-D350 у МПСБ
стеновых элементов), т.к. в данном случае не требуется регламентирование прочности
монолитной теплоизоляции;
отсутствием швов из относительно высокотеплопроводного (λБ = 0,87-0,93 Вт/м°С) цементнопесчаного раствора в стеновой кладке, которые уменьшают до 35% (в зависимости от
толщины шва) сопротивление теплопередаче стены.
МПВМ успешно применяется не только для самонесущих наружных стен каркасных зданий. Весьма
эффективен этот материал для утепления Плит покрытий, чердачных перекрытий и перекрытий над
техподпольями.
Возводимые в несъемной опалубке с применением монолитного полистиролбетона тpexслойные
стены представляются значительно более эффективными по сравнению с традиционными
трехслойными железобетонными стеновыми панелями с плитным утеплителем из пенополистирола
или минеральной ваты и межслоевыми связями различных видов. Обусловлены эти преимущества
главным образом тем, что в сравнении с указанными традиционными утеплителями МПВМ при
достаточно близких значениях теплопроводности (с учетом фактора срока эксплуатации) отличается:




повышенной в 2,0-3,0 раза долговечностью и надежностью в эксплуатации;
повышенной на 30-50 % обеспеченностью теплофизических свойств во времени (расчетный
срок 100 лет);
повышенной огнестойкостью и экологической чистотой;
существенно более низкой (в 2,0-2,5 раза) стоимостью.
К этому следует добавить, что трехслойные стены с использованием МПВМ обладают
существенными преимуществами по теплоустойчивости; более благоприятные условия
влагомассопереноса через конструкцию исключают накопление влаги между слоями и обеспечивают
более комфортные условия внутри помещения. Стены с таким решением применимы для любого
климатического района России при приемлемых толщинах (от 30 до 60 см с учетом несъемной
опалубки).
Разработаны и успешно апробированы в практике современного строительства и конструкционные
легкие бетоны со структурой, модифицированной комплексом различных химических и
минеральных добавок. Такие бетоны изготовляются, в том числе, на низкоэнергоемких заполнителях
с аморфизированной структурой на базе продуктов переработки техногенных отходов по
экологически чистым технологиям. При достаточно высокой для элементов монолитных несущих
каркасов прочности (до 50 МПа включительно при γo 1800-1900 кг/м3, в зависимости от вида
заполнителя), при высокоподвижных (ОК= 20-25 см), практически самоуплотняющихся смесях они
характеризуются меньшим в 2,0-2,5 раза коэффициентом теплопроводности, чем равнопрочный
тяжелый бетон на природных плотных заполнителях.
В связи с изложенным представляется перспективной следующая конструктивно-технологическая
система энергоэффективного здания: несущий каркас выполняется монолитным или сборномонолитным из высокопрочных легких бетонов классов до В50 включительно на базе
низкоэнергоемких и низкотеплопроводных и в то же время достаточно прочных пористых
заполнителей, а наружные стены - самонесущими в пределах этажа из особо легких бетонов
преимущественно на низкоэнергоемких композиционных вяжущих (монолитные в несъемной
опалубке или в виде кладки из блоков и армированных перемычек).
Расчеты (прочностные в комплексе с теплотехническими) показывают, что, заменяя тяжелый бетон в
несущих конструкциях, выходящих за «теплые стены» зданий, на равнопрочный и низко
теплопроводный легкий, можно существенно выиграть не только в снижении массы здания (до 30%),
но и в повышении теплотехнической однородности ограждения. Последнее способствует либо
сокращению расчетной толщины наружной стены от 10 до 20%, либо при сохранении толщины снижению энергозатрат на отопление здании, т.е. повышению его энергоэффективности. Снижение
же массы здания позволяет сократить на 10-15% расход арматуры и бетона в его несущих
конструкциях.
Примерами зданий, в которых достигнут - при
значительном снижении массы и минимальных
материальных затратах на строительство - высокий
уровень тепловой защиты, являются строящиеся в
последние 2-3 года каркасные жилые здания в
Воронеже (объекты ООО «Воронежстроймонолита,
см. рис. 1). Здесь наружные стены возводятся
трехслойными с монолитной теплоизоляцией из полистиролбетона марки D200 в несъемной
опалубке различных видов, а элементы монолитного несущего каркаса выполняются из легких
бетонов классов по прочности на сжатие до В40 включительно. В данном случае применены
высокоподвижные смеси на пористом шлаковом гравии (ПШГ) Новолипецкого металлургического
комбината. ПШГ со стекловидной оболочкой, технология производства которого разработана
НИИЖБ и Уральским институтом черных металлов, характеризуется на порядок меньшими
энергозатратами на производство и меньшей в 3-5 раз себестоимостью по сравнению с лучшими
видами керамзита, в т.ч. высокопрочного, и при этом не уступает им по основным строительнотехническим свойствам.
Рис. 1. Строительство жилого здания с
монолитным несущим каркасом из легких
бетонов на портстом шлаковом гравии
НЛМК и наружными стенами с монолитной
теплоизоляцией из полистиролбетона (г.
Воронеж, 2004)
Следует отметить, что при замене тяжелого бетона в несущих конструкциях на равнопрочный легкий
существенно повышается огнестойкость конструкций. Это показывают результаты исследований,
выполненных во многих странах. Обусловлен данный эффект прежде всего существенно меньшей
разницей в коэффициентах линейного температурного расширения (КЛТР) основных компонентов
легкого бетона (заполнителя и цементного камня) по сравнению с разницей в величинах КЛТР
компонентов тяжелого бетона и, кроме того, существенно меньшей теплопроводностью первого.
Весьма характерно, что проектировщики в зарубежных странах при выборе легкого бетона для
несущих конструкций во многом руководствуются не только снижением массы конструкций, но и
вопросами безопасности при пожаре. В последнее время при строительстве высотных зданий за
рубежом все большее применение в несущих конструкциях находят легкие бетоны, в том числе
высокопрочные.
Характерным примером возведения высотного здания с несущими конструкциями из легких бетонов
является построенное в 1992 г. 66-этажное здание Национального банка в США, штат Северная
Каролина. Здесь монолитные перекрытия выполнены из легкого бетона на пористых заполнителях из
вспученных сланцев (Solite LWA) прочностью на сжатие 47 МПа при γ0 — 1890 кг/м3. Применялись
специальные не расслаивающиеся при технологических переделах высокоподвижные легкобетонные
смеси, подаваемые бетононасосами на высоту 252 м.
Следует отметить, что конструкционный легкий бетон становится объектом широкого
международного сотрудничества. Свидетельство тому - разработка целевой группой TG 8.1
Международной федерации по бетону и железобетону (fib) при участии НИИЖБ нормативного
документа по конструкционному легкому бетону - "Lightweight Aggregate Concrete. Codes and Standarts», Lausanne, Switzerland, 1999. В этом документе нормируются прочностные и деформативные
характеристики легкого бетона класса по прочности на сжатие до BS0 включительно.
Вышеизложенная концепция формирования конструктивной системы зданий нового поколения, в
том числе высокоэнергоэффсктивных, и принципиальные технологические основы се реализации,
разработанные НИИЖБ при участии НИИСФ, ФГУП КБ им. А.А. Якушева и МНИИТЭП, были
доложены и одобрены 26 ноября 2003 г. на заседании секции «Научные исследования» Научнотехнического совета Госстроя России. В решении отмечена целесообразность разработки
вышеназванными организациями рекомендаций, но проектированию энергосберегающих
многоэтажных жилых и общественных зданий с комплексным использованием легких бетонов в
несущих и ограждающих конструкциях. Такие рекомендации частично вошли в приложение 6.3 к
разделу «Конструкции надземной части» проекта МГСН 4.19-05 «Многофункциональные высотные
здания и комплексы».
А.И. Звездов, д.т.н., президент ассоциации "Железобетон"
В.Н. Ярмаковский, к.т.н., зав. лабораторией НИИЖБ
Дата публикации:
Наименование издания:
Рубрика #1:
Рубрика #2:
06.09.2005
Газета "Строительный эксперт" »
Концепция инновационной деятельности »
Материалы »