|
|
||
|
|
|
О Рекомендациях по расчету и проектированию ограждающих
конструкций с применением монолитного теплоизоляционного полистиролбетона В.В. ГУРЬЕВ, заместитель
директора по научной работе, д-р техн. наук, проф. В.М. ДОРОФЕЕВ, руководитель
отдела мониторинга и комплексного обследования зданий и сооружений, канд. физ.-мат.
наук Ю.Ц. ГОХБЕРГ, зав. сектором теплофизики, канд. техн. наук Особо легкий монолитный полистиролбетон (марки по
средней плотности от D150 до D350) - новый эффективный,
экологически чистый, долговечный и надежный в эксплуатации стеновой материал,
который становится все более востребованным на строительном рынке. Этот вид
полистиролбетона отличается от традиционного, используемого для производства
сборных стеновых изделий (блоки, перемычки), высокопоризованной (объем
воздухововлечения до 30 %) и пластифицированной цементной матрицей. Технология
его изготовления для применения в качестве монолитной теплоизоляции в
ограждающих конструкциях, возводимых с несъемной опалубкой, разработана в
1997-1999 гг. и запатентована НИИЖБ. Состав и технология приготовления
полистиролбетонной смеси благодаря оптимальному сочетанию комплекса химических
добавок и оптимизированному гранулированному составу заполнителя обеспечивают: - перекачиваемость бетононасосами очень легких
высокопоризованных бетонных смесей без расслаивания; - укладку смесей в опалубку без виброуплотнения
экструзионным способом, при этом структура уложенного бетона однородна и
слитна; - высокую жизнеспособность смесей - сохранение
степени ее поризации, подвижности или текучести во времени до укладки ее в
опалубку, что очень важно, если учесть возможные технологические перерывы в
бетонировании. Перечисленные свойства полистиролбетонной смеси в
«деле» достигаются и за счет использования соответствующего технологического
оборудования. Эти смеси приготовляют непосредственно на месте строительства
объекта в малогабаритной мобильной установке (производительность от 1,5 до 6 м3/ч),
транспортируют с помощью бетононасосов этой установки и укладывают с их же
помощью в несъемную опалубку наружных стен или на утепляемые покрытия
(перекрытия). Применение монолитного теплоизоляционного
полистиролбетона с высокопоризованной и пластифицированной матрицей (МПВМ) в
наружных стенах вместо традиционного сборного варианта (для блочной стеновой
кладки) дает возможность: - отказаться от жесткого регламентированиия
прочности бетона, которое необходимо для обеспечения сохранности геометрической
формы блоков и перемычек при их транспортировании на стройплощадку, разгрузке и
возведении стен, и уменьшить требуемую плотность монолитного полистиролбетона
как минимум на 100 кг/м3 (с D300 для блоков до D200 для МПВМ), что
обеспечивает снижение теплопроводности бетона и расчетной толщины стены; - повысить коэффициент теплотехнической
однородности и соответственно увеличить на 30 % и более сопротивление
теплопередаче стены благодаря исключению кладочных швов из
высокотеплопроводного цементно-песчаного раствора; - снизить трудоемкость возведения стены не менее
чем на 15 % и повысить индустриальность строительства. В сравнении с другими видами традиционных
теплоизоляционных бетонов, в частности ячеистых, применяемых в практике
строительства как в монолитном, так и в сборном вариантах, МПВМ имеет ряд преимуществ,
а именно: - минимально возможные марки по плотности D150 и
D200 для малоэтажного строительства, D200-D250 для зданий до 25 этажей, более
чем в 2 раза меньший коэффициент теплопроводности λБ = 0,058...0,085 Вт/(м°·С); - марка по морозостойкости (F) выше в 3-5 раз даже
при меньшей плотности, особенно велика разница по сравнению с наименее
морозостойким видом ячеистого бетона - автоклавным газосиликатом (МПВМ марки
D200-D250 имеет F150-F200, а газосиликат марки D500-F35-F50); - однородность по плотности и прочности выше в
1,5-2 раза; - возможность обеспечить требуемое нормами
твердение бетона при температуре до минус 15 °С, что подтверждается успешным
опытом возведения в зимний период наружных стен и утепления покрытий зданий,
построенных в Москве, Екатеринбурге, Ижевске, Северодвинске, Иркутске. Базовые технические решения наружных стен зданий,
возводимых с использованием МПВМ в несъемной опалубке, были разработаны в
1999-2000 гг. НИИЖБ при участии МНИИТЭП [1].
Эти решения применялись в дальнейшем региональными организациями при
проектировании и возведении ненесущих наружных стен каркасных зданий. Стены
возводились с использованием технических условий на МПВМ и технологического
регламента по изготовлению, разработанных НИИЖБ, сертификата, выданного этим же
институтом, с соответствующими заключениями по результатам испытаний на
огнестойкость НИЦ «Огнестойкость ЦНИИСК» и по экологической безопасности
Главного санитарного врача г. Москвы. Применение МПВМ марок D200-D250 позволяет возводить
практически однослойные стены в несъемной опалубке с жесткой объемной просечной
оцинкованной сеткой при дальнейшем их торкретировании цементно-песчаным
раствором. Требуемая толщина такой стены, определяемая теплотехническим
расчетом для условий Москвы, составляет всего 35 см. Такое техническое решение было реализовано при
строительстве зданий делового комплекса «Царев сад» в Москве [2].
При использовании монолитного ячеистого бетона или стеновых блоков из
газосиликата требуемая толщина стены была бы как минимум в 2 раза больше, а при
применении блоков из недостаточно морозостойкого газосиликата потребовалось бы
и дополнительное утепление стены с наружной стороны. За 1998-2006 гг. на базе использования указанных
документов рекомендательного и нормативно-технического характера были
спроектированы, возведены или утеплены с применением МПВМ ограждающие
конструкции зданий более чем в 20 регионах страны, причем в наибольших объемах
в Карелии, на Урале и в Сибири. Успешный опыт проектирования, строительства и
эксплуатации этих зданий, а также результаты натурных исследований [2]
позволили сделать выводы: - не только о высоких показателях (в первую
очередь, теплотехнических) эксплуатационных качеств МПВМ, но и о высокой
долговечности этого материала; - об эффективности и надежности разработанных
технологий и технологического оборудования, в частности, мобильной установки
для приготовления высокопоризованных, пластифицированных и при этом не
расслаивающихся полистиролбетонных смесей, а также их транспортирования и
укладки с помощью бетононасосов в опалубку конструкции; - о рациональности использования в разработанных
проектах принципиальных технических решений наружных стен с применением МПВМ
исходя из требуемых теплозащитных функций конструкций во время их эксплуатации,
а также минимально возможной трудоемкости и экономической эффективности. Следует заметить, что за рубежом монолитный
полистиролбетон высоко оценивается как один из самых эффективных, надежных в
эксплуатации, экологически чистых и долговечных стеновых теплоизоляционных
материалов. Он успешно применяется в ограждающих конструкциях жилых и офисных
зданий в странах Западной Европы, Скандинавии, в Канаде и США. В последнее
время этот материал начали широко использовать в строительстве жилых зданий
страны Юго-Восточной Азии (Индия, Китай, Япония, Тайвань) [3,
4]. Результаты научно-исследовательских,
технологических и проектно-конструкторских работ, анализ отечественного опыта
проектирования, изготовления, возведения и эксплуатации ограждающих конструкций
зданий с использованием; МПВМ, а также анализ зарубежного опыта послужили
базой, на основе I которой МНИИТЭП и НИИЖБ в 2005-2006 гг. разработали «Рекомендации
по расчету и проектированию ограждающих конструкций с применением монолитного
полистиролбетона с высокопоризованной и пластифицированной матрицей». Рекомендации содержат основные данные и положения,
необходимые для расчета и проектирования, изготовления и возведения ограждающих
конструкций с использованием в качестве монолитной теплоизоляции МПВМ. В разделе «Область применения и общие требования
к ограждающим конструкциям с применением МПВМ» изложены рекомендации по
использованию МПВМ в самонесущих (ненесущих) в пределах этажа наружных стенах
жилых, общественных и административных зданий высотой до 75 м с различными
пространственными конструктивными системами (монолитными, сборно-монолитными,
сборными). Эти конструкции предназначаются для зданий первого класса по степени
ответственности при расчетной зимней температуре наружного воздуха до минус 40
°С и ниже. В этом же разделе сформулированы требования к защите МПВМ в стеновых
конструкциях для обеспечения их класса пожарной безопасности К0
(непожароопасные), даны рекомендации по обеспечению этой защиты. Особое
внимание уделено требованиям по креплению стеновых конструкций к элементам
несущего каркаса, даны рекомендации по обеспечению этих требований. Содержатся
общие требования к прочности, деформативности и трещиностойкости ограждающих
конструкций с применением МПВМ и рекомендации по их обеспечению. В разделе «Показатели МПВМ для расчета и
проектирования конструкций с его применением» приведены основные
физико-механические и теплофизические характеристики МПВМ, необходимые для
прочностных и теплотехнических расчетов при проектировании ограждающих
конструкций. Нормативные и расчетные значения прочностных и деформативных характеристик
даны в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие и марки бетона по
плотности; показатели теплопроводности, теплоусвоения, паропроницаемости,
морозостойкости и конечной усадки - в зависимости от вида вяжущего и марки
бетона по плотности. Показатели огнестойкости характеризуют МПВМ как
трудногорючий и трудновоспламеняемый материал с умеренной дымообразующей
способностью. Применение МПВМ в наружных стенах зданий экологически безопасно. В разделе «Технические решения самонесущих
наружных стен с применением МПВМ с использованием несъемной опалубки и
особенности их расчета» рекомендуются конструктивные решения стен со
средним слоем из МПВМ при использовании в качестве наружных слоев конструкций
несъемной опалубки в различных вариантах: из кирпичной кладки, кладки из мелких
легкобетонных блоков, а также из объемных (сочетания плоских и гофрированных)
просечно-вытяжных оцинкованных металлических сеток системы «Coffor».
Предлагаются расчетные схемы работы элементов конструкций. В технических решениях стен с использованием несъемной опалубки из кирпичной кладки для обеспечения совместной работы теплоизоляционного слоя из МПВМ и наружных слоев предусмотрена установка базальтопластиковых связей, заанкериваемых в затвердевшем цементно-песчаном растворе горизонтальных швов кладки. Необходимость в таких связях обусловлена разницей в коэффициентах теплопроводности и линейного температурного расширения материалов слоев, приводящей к различным деформациям. Предложена конструкция креплений стен к несущим элементам каркаса зданий. При расчете стены ее внутренний слой рассматривается как изгибаемая полистиролбетонная плита, свободно опирающаяся по краям на перекрытия и работающая на пролете, равном высоте этажа в свету. Наружная стена с использованием несъемной опалубки
из объемных жестких просечных металлических сеток с последующим их
торкретированием является, по существу, однослойной. Предложены крепления стен
к элементам несущего каркаса. При расчете стены по предельным состояниям
конструкция разделяется на два условно независимых элемента: вертикальный и
горизонтальный, которые рассчитывают по различным схемам. Раздел «Основные положения по изготовлению МПВМ
и возведению наружных стен с его применением при бетонировании в несъемной
опалубке» посвящен возведению наружных стен при их поэтажном опирании на
перекрытия и креплении к элементам несущего каркаса зданий. Приведены
рекомендации по устройству монолитной теплоизоляции из МПВМ в слоистой стене
непосредственно на строительном объекте и по размещению необходимого для этого
технологического оборудования, изложены требования к технологии приготовления и
составу полистиролбетонной смеси, по контролю качества составляющих ее
материалов. Даны рекомендации по маркам МПВМ в зависимости от этажности
возводимого здания. Для каждого из технических решений наружных стен имеются
указания по технологии их возведения, включая установку связей и арматуры,
порядок установки несъемной опалубки и последовательность возведения наружных
стен с применением МПВМ. В разделе «Технико-экономические показатели
наружных стен, возводимых с применением МПВМ при использовании несъемной
опалубки» приведены результаты сравнения стоимости и трудозатрат
предлагаемых в Рекомендациях технических решений конструкций наружных стен с
конструкциями-аналогами - широко применяемыми трехслойными наружными ненесущими
стенами со средним слоем из плитных утеплителей «Венти-Баттс» и «Стиродур». В
наружном и внутреннем слоях предусмотрена кирпичная кладка в полкирпича (1-й
вариант) или в наружном слое - кирпичная кладка, а во внутреннем - блоки из
ячеистого бетона (2-й вариант). Слои стены объединялись либо оцинкованной
металлической сеткой, либо гибкими связями (базальтопластиковыми или
оцинкованными металлическими). Результаты сопоставления показали, что
разработанные в Рекомендациях конструкции наружных стен с применением МПВМ в
несъемной опалубке различных видов обеспечивают более высокие теплозащитные
функции при эксплуатации, большую надежность и долговечность по сравнению с
конструкциями-аналогами, а также характеризуются меньшей на 10-30 % стоимостью
1 м2 стен и меньшими на 10-25 % трудозатратами на возведение стен. Кроме того, сочетание в разработанных решениях конструкций стен материалов с МПВМ создает более благоприятные условия для влагомассопереноса через стену, что обусловлено близостью значений коэффициентов паропроницаемости этих материалов. МНИИТЭП и НИИЖБ могут оказать научно-техническую
помощь проектным и строительным организациям: - в привязке имеющихся в «Рекомендациях» технических
решений наружных стен с использованием МПВМ к проектам конкретных зданий; - в выдаче технических условий на
полистиролбетонные смеси для устройства монолитной теплоизоляции в слоистых
стенах, технологических регламентов на приготовление смеси на строящемся
объекте, ее транспортирование и укладку в опалубку с помощью бетононасоса; в
авторском надзоре и мониторинге возведения стен с монолитной теплоизоляцией из
МПВМ. ЛИТЕРАТУРА1. Ярмаковский
В.Н., Шапиро Г.И. Монолитный полистиролбетон - надежная теплозащита зданий
// Пром. и гражд. стр-во. 2002. № 9. 2. Чиненков Ю.В.,
Ярмаковский В.Н. Модифицированный полистиролбетон в ограждающих
конструкциях зданий и инженерных сооружений // Строит, материалы и архитектура.
2004. № 2. 3. Perry S.H., Bischoff P.H., Yamura К. Mix detail and material Sehavior of
polysterene aggregate concrete // Magazine of Concrete Research. 1991. March. 4. Properties of lightweight expanded polysterene concrete //
Recommendations of the Department of Civil Engineering, Shanghai University
(China), Texas University (USA) «Cement and Concrete Research». 2004. July. V. 34 (Журнал «Промышленное и гражданское строительство»
№ 5 2007 г.) |
|
