Керамзитопенобетон – эффективный материал для ограждающих конструкций с учетом современных требований по теплозащите

  Преимущественное производство однослойных керамзитобетонных стеновых панелей в нашей стране в последние десятилетия было обусловлено простотой и технологичностью их конструктивного решения, низкой трудоемкостью производства, малым расходом металла. Распространению этой конструкции в определенной степени способствовал ограниченный объем производства высокоэффективных теплоизоляционных материалов.
   Развитие рыночных отношений в экономике страны вызвало резкий рост цен на энергоносители. В связи с этим встала задача экономии энергоресурсов, в том числе и снижения энергозатрат при эксплуатации зданий. Для ее решения в России введены в действие Изменения № 3 к СНиП II-3-79* “Строительная теплотехника”, которыми нормативное сопротивление теплопередаче стен с 2000 г. увеличивается примерно в 3,3–3,4 раза с целью довести нормы требования к теплозащите стен до уровня норм стран Северной Европы. Планируемая экономия тепла от этих мероприятий должна составить 20–35 %.
   Преимущественное производство однослойных керамзитобетонных стеновых панелей в нашей стране в по-следние десятилетия было обусловлено простотой и технологичностью их конструктивного решения, низкой трудоемкостью производства, малым расходом металла. Распространению этой конструкции в определенной степени способствовал ограниченный объем производства высокоэффективных теплоизоляционных материалов. Однако в новых условиях производство однослойных панелей в прежнем виде (из легкого бетона с высокой средней плотностью, так как при его производстве использовался тяжелый керамзит и песок) не представляется возможным.
   Одним из путей решения данной проблемы является переход на выпуск трехслойных железобетонных панелей. В них утепляющим слоем обычно являются минераловатные, стекловолокнистые или полимерные органические теплоизоляционные материалы. Вместе с тем конструкция данных панелей предполагает их высокую теплотехническую неоднородность, составляющую 0,5–0,7. Это обусловлено значительными теплопотерями в зоне стыков, связей, шпонок и ребер жесткости. Трехслойные железобетонные панели с гибкими связями имеют наилучшие показатели теплотехнической однородности, но для их производства требуются дорогостоящие связи из нержавеющей стали или устройство на связях специальных защитных покрытий.
   Использование отечественных теплоизоляторов в качестве среднего слоя в трехслойных панелях является весьма проблематичным. Так, минераловатные и стекловолокнистые материалы обладают высокой гигроскопичностью и при увлажнении значительно снижают свое термическое сопротивление. Удалить же влагу в случае ее попадания во внутреннюю полость панели практически невозможно.
   Отечественные полимерные теплоизоляторы являются пожароопасными и при горении выделяют вредные для здоровья человека вещества, что вызывает необходимость использования в панелях специальных несгораемых вкладышей. Это же относится и к изделиям на основе минеральных волокон, когда для их изготовления в качестве связующего применяют феноло-спирты, составы на основе битума и других органических материалов.
   Кроме того, в процессе эксплуатации неизбежно происходят старение и деструкция полимера с выделением вредных для здоровья компонентов, а оценить состояние находящейся внутри изделия теплоизоляции невозможно. В теплоизоляции (особенно минераловатной), уложенной в средний слой панели, происходят систематическое конденсационное увлажнение, диффузия водяных паров, а вопросы вентилирования панелей не решены. Это приводит к постепенному расшатыванию структуры утеплителя и разложению в щелочной среде волокон плиты в поверхностном слое и в конечном счете к полному разрушению утеплителя. К этому надо добавить действие на утеплитель таких атмосферных климатических факторов, как замораживание и оттаивание, температурные колебания, проникающая солнечная радиация, увлажнение и высушивание, карбонизация, что приводит к изменению эксплуатационных свойств утеплителя.
   Производство этого типа панелей осуществляется с более высокими затратами труда и расходом арматурной стали по сравнению с однослойными, продолжая оставаться многооперационным, что обусловливает повышенные стоимостные и трудовые затраты, приводит к увеличению расхода металла на 25–30% и повышению марки бетона наружных слоев панели.
   При организации производства трехслойных стеновых панелей следует учитывать, что переход на такие панели связан с серьезной перестройкой технологического процесса, а также с необходимостью обеспечения производства высокоэффективными дефицитными и дорогостоящими теплоизоляционными материалами (в основном импортными) и соответствующими сортами арматурной стали.
   Не решены вопросы эксплуатации и ремонтопригодности трехслойных панелей (например, замена теплоизоляционного слоя). В литературе (кроме ссылок на зарубежный опыт) почти
   не приводится каких-либо результатов грамотного обследования эксплуатируемых зданий с определением изменений свойств системы утепления в процессе эксплуатации, а также долговечности конструкции в целом. Средний срок службы теплоизоляционных материалов при таких условиях эксплуатации не превышает 8–10 лет.
   Необходимо отметить еще одну особенность эксплуатации зданий с многослойными ограждающими конструкциями. Однослойные стены являются паропроницаемыми. Трехслойные же стены содержат в среднем слое паронепроницаемый утеплитель. Поэтому создание здорового для человека микроклимата в помещениях немыслимо без принудительной вентиляции и регулирования влажности воздуха в здании, например путем кондиционирования. В противном случае ухудшается микроклимат, увеличивается влажность воздуха и конструкций, что ведет к росту заболеваний органов кровообращения и дыхания, подавлению иммунной системы, возникновению аллергических реакций, а сэкономленное тепло уходит через форточки при проветривании помещений.
   Таким образом, реализации перехода на выпуск трехслойных панелей в стране мешает отсутствие отечественного производства доступных по стоимости и недефицитных современных негорючих и долговечных утеплителей, а также коррозионно-стойких связей. Переход на паро- и воздухонепроницаемые многослойные ограждающие конструкции должен дополнительно сопровождаться кондиционированием воздуха в помещениях.
   Аналогичные проблемы возникают при строительстве трехслойных наружных стен зданий из блоков, кирпича и камней.
   С другой стороны, повышение теплотехнических показателей требует изыскания эффективных технологических способов снижения плотности самого легкого бетона в панелях наружных стен. Решением этой проблемы является применение беспесчаного легкого, с растворной частью, поризованной технической пеной, бетона.
   Нами на кафедре “Производство строительных материалов, изделий и конструкций” Самарской государственной архитектурно-строительной академии были предприняты исследования в направлении снижения средней плотности керамзитобетона. Исследования, выполненные при подборе составов керамзитопенобетона на керамзитовых гравиях с насыпной плотностью 200, 250 и 300 кг/м3, показали, что на керамзитовом гравии марки 200 можно получать беспесчаный керамзитопенобетон слитной поризованной структуры на добавке ПО-6К со следующими характеристиками: средняя плотность сухого бетона – 60–650 кг/м3 и прочность после пропаривания 62–68 кг/см2, что соответствует марке бетона М75. При этом расход материалов на 1 м3 бетона составлял: цемента – 250–300 кг/м3; керамзита – 1100–1200 л/м3; воды – 140–160 л/м3, добавки ПО-6К – 1,5–2% от массы цемента. Используемый пенообразователь ПО-6К серийно выпускается промышленностью как средство пожаротушения и является экологически безопасным.
   В настоящее время производство особо легкого керамзитового гравия с насыпной плотностью 200–250 кг/м3, который пригоден для производства керамзитопенобетона с улучшенными теплотехническими характеристиками, серийно освоено на Безымянском опытном керамзитовом заводе в г. Самаре. Разработано достаточно много технологий (различные способы подготовки сырья, введение специальных добавок и др.), позволяющих производить облегченный керамзит и в других регионах страны из хорошо- и средневспучивающегося глинистого сырья.
   Максимальное насыщение беспесчаного керамзитобетона, поризованного пеной, крупным пористым заполнителем при использовании особо стойких технических пенообразователей, обеспечивает слитность его структуры, минимальные плотность и коэффициент теплопроводности. Благодаря пластифицирующему действию технической пены расход воды затворения снижается до 150 л/м3 и менее, а производственная влажность изделия – до 13% по объему и менее.
   Расчеты однослойной стеновой панели (коэффициент теплотехнической однородности 0,9) на предлагаемом эффективном беспесчаном керамзитопенобетоне со средней плотностью 650–700 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности: 0,13–0,14 Вт/(мЧ°С) – в сухом состоянии и 0,16–0,17 Вт/(мЧ°С) – при эксплуатации в зоне “Б” показали, что при толщине 60 см (с учетом наружного и внутреннего фактурных слоев) ее термическое сопротивление составит не менее 3,23 (м2Ч°C)/Вт, что вполне достаточно для климатических условий Самарской области. Такие стены могут быть использованы при сборном строительстве и возведении зданий и сооружений из монолитного бетона. Наш опыт применения этого бетона при вертикальном формовании наружных стеновых панелей на Тольяттинском заводе коттеджей и возведении монолитных жилых зданий в АО “Ювира” (г. Самара) и в АО “Монолитспецстрой” (г. Йошкар-Ола) показал его высокие строительно-технологические свойства: хорошую удобоукладываемость, связность смеси, транспортабельность, воздухоудерживающую способность, отсутствие признаков расслоения и т. д.
   С целью уменьшить толщину стеновых конструкций, авторы как один из возможных вариантов предлагают решение керамзитопенобетонной панели с термовкладышами.