Вы здесь

Новые материалы и технологии для строительства зданий из легких энергоэффективных конструкций

Версия для печати

Задача увеличения объемов строительства жилья к концу пятилетки до 10 млн м2 в год наряду с развитием традиционных методов строительства требует разработки и применения новых материалов, конструкций и технологий. Постоянно возрастающий спрос порождает не только дефицит газосиликата, кирпича, железобетонных изделий, но и их удорожание, а также повышение стоимости выполнения работ.

Одной из важнейших проблем, стоящей перед строительной отраслью, является энергоэффективность ограждающих конструкций. На сегодняшний день они проектируются с сопротивлением теплопередаче от 2 до 2,5 м2•°С/Вт
для стен и 3 м2•°С/Вт для покрытий. В целях экономии топливно-энергетических ресурсов научно-технический совет Минстройархитектуры Республики Беларусь признал целесообразным повышение значений нормативного значения сопротивления ограждающих конструкций зданий в зависимости от назначения до величин, приведенных в таблице.

Здания и помещения

Нормативные сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций, м2•°С/Вт

стен

покрытий

надподвальных

перекрытий

светопрозрачных

конструкций

Жилые высотные, повышенной этажности, многоэтажные и средней этажности

3,2

4,2

2,5

0,6

Жилые малоэтажные, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы и интернаты (до 4 этажей включительно)

3,2

6,0

2,5

0,6

Малоэтажные жилые дома в сельской местности с наружными стенами из деревянного бруса

3,2

6,0

2,5

0,6

Общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом

2,5

4,2

2,5

0,6

Производственные с сухим и нормальным режимом

2,0

3,0

2,0

0,6

Разумеется, в условиях роста стоимости энергоресурсов на передний план выдвигается необходимость разработки новых энергоэффективных конкурентоспособных высокотехнологичных конструктивно-технологических решений зданий.

Они должны отвечать трем основным требованиям и обеспечивать:

1. Возможность практически неограниченного увеличения сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций при минимальном увеличении их стоимости.

2. Низкую трудоемкость, высокую сборность и минимальные сроки возведения зданий и надстроек, сокращение инвестиционного цикла.

3. Максимальную экономическую эффективность строительства и реконструкции, низкую себестоимость вновь возводимых зданий, максимальную дополнительную площадь надстроек.

В настоящее время за рубежом нашли широкое применение ограждающие конструкции зданий, выполняемые на основе деревянных или стальных каркасов с облицовкой наружной стороны сайдингами, внутренней – гипсовыми листами. Заполнение каркасов, как правило, осуществляется минераловатными плитами, требования по воздухо- и паронепроницаемости обеспечиваются использованием специальных диффузионных и пароизоляционных пленок.

Среди преимуществ данной технологии – относительная простота, небольшая трудоемкость, отсутствие мокрых процессов, малый вес конструктивных элементов, сравнительно низкая стоимость. Применяемые материалы общедоступны и свободно продаются во всех регионах Беларуси.

Значительную привлекательность данной технологии придает возможность практически неограниченного увеличения сопротивления теплопередаче конструкций, т.к. они по всей толщине заполнены эффективным утеплителем.

Все это дает основания предполагать, что в ближайшее время технология может получить широкое применение в стране и оказать значительное влияние на выполнение директивных планов строительства жилья.

В настоящее время в Государственном предприятии “Институт НИПТИС им. Атаева С.С.” разработаны конструктивные решения легких энергоэффективных стен и покрытий зданий с сопротивлением теплопередаче более 2,5 м2•°С/Вт, а также перекрытий с собственным весом менее 200 кг/м2 [1].
Такие характеристики конструкций позволяют возводить энергоэффективные здания различной этажности и надстройки существующих домов, в которых основными несущими элементами служат традиционно применяемые каркасы из стальных горячекатаных профилей с конструкционной огнезащитой.

Стены представляют собой каркас из стальных тонкостенных термопрофилей (швеллеры с просечками в стенке, толщина металла 1–2 мм), заполненный минераловатными плитами и облицованный листовыми материалами. Стены могут быть выполнены как с вентилируемой воздушной прослойкой (рис. 1), так и без нее (рис. 2). В настоящее время стены делаются ненесущими и крепятся к перекрытиям поэтажно.

Конструктивные решения покрытий, основными несущими элементами которых служат термопрофили с высотой сечения более 200 мм, представлены на рис. 3. Снизу к ним крепятся облицовочные листы, сверху выполняется кровельное покрытие. Пространство между термопрофилями заполняется минеральной ватой необходимой толщины.

Перекрытия проектируются с применением стальных профилированных листов, заполненных легкими бетонами (рис. 4), или железобетона с вкладышами из легкого бетона (рис. 5).

Сборка энергоэффективных облегченных зданий может производиться как из отдельных элементов на строительной площадке, так и из крупноразмерных панелей и плит, изготавливаемых на заводе или специально организованном приобъектном стенде, обеспечивая минимальные сроки монтажа, что позволяет сократить затраты на организацию строительства и срок окупаемости инвестиций.

Несмотря на возможность изготовления легких энергоэффективных конструкций непосредственно на строительной площадке, наиболее эффективными являются индустриальные методы возведения зданий с производством элементов стальных каркасов и настилов перекрытий, стеновых панелей и кровельных плит в заводских условиях. Их монтаж, окончательная наружная и внутренняя отделка выполняются на объекте.

Для изготовления стеновых панелей нарезаются необходимых размеров направляющие и стоечные термопрофили. Сборка каркасов с установкой элементов для крепления радиаторов, петель и т.п. производится при помощи оцинкованных самонарезающих винтов. С внутренней стороны панели к каркасу крепится первый слой гипсокартона, к нему скобами – пароизоляционная пленка, затем второй слой гипсокартона, после чего панель переворачивают. В каркас панели укладываются минераловатные плиты с тщательным заполнением пространства между профилями и перекрытием стыков плит. С наружной стороны к профилям крепится ветрозащитная плита, через которую к элементам каркаса – металлические перфорированные рейки (“решетина”), образующие вентилируемую воздушную прослойку. К рейкам “решетины” при помощи самонарезающих винтов прикрепляются листы наружной облицовки. В случае если проектом предусмотрена установка кровельных плит непосредственно на стеновые панели верхнего этажа, для их изготовления используются усиленные термопрофили и усиленные верхние направляющие. Порядок изготовления стеновых панелей приведен на рис. 6. Как правило, установка стеклопакетов в оконные проемы выполняется также в заводских условиях.

Для настилов перекрытий нарезаются профилированные стальные листы требуемых проектных размеров. Чтобы обеспечить высокую технологичность при устройстве перекрытий, целесообразно предварительно изготовить листовые элементы для сборных стяжек. Данные изделия монтируются посредством соединения (склеивания) двух специальных гипсоволокнистых листов с образованием “пазогребневого” стыка (рис. 7).

Кровельные плиты в зависимости от пролета могут быть изготовлены в заводских условиях с использованием балок из тонкостенных термопрофилей высотой от 300 до 500 мм.

Термопрофили представляют собой стальные тонкостенные элементы (толщина стали от 1 до 2 мм) с поперечным сечением, близким к швеллеру. Они имеют в стенке прорези, предназначенные для повышения сопротивления теплопередаче конструкции, и соединяются друг с другом металлическими связями (также тонкостенными термопрофилями меньшей высоты сечения). К нижним полкам балок при помощи самонарезающих винтов крепятся огнезащитные панели. Далее укладывается пароизоляционная пленка и 2 слоя минераловатного утеплителя с тщательной заделкой и перекрытием стыков между отдельными плитами, по поверхности утеплителя в случае необходимости – ветрозащитная пленка. К верхним полкам балок болтами крепятся элементы обрешетки и в зависимости от типа применяемого гидроизоляционного покрытия гидроизоляционные или антиконденсатные пленки либо листовые подкровельные материалы. При необходимости в конструкции кровельных плит также в заводских условиях устанавливаются карнизные элементы. Порядок изготовления кровельных плит приведен на рис. 8.

Непосредственно перед монтажом на боковые грани кровельных плит при помощи пластмассовых анкерных устройств устанавливаются упругие специальные прокладки.

Анализ технологических переделов заводского изготовления легких энергоэффективных конструкций показал, что для их производства не требуется значительных энергоресурсов, площадей и сложного специального оборудования, равно как и для их монтажа.

Применяемые конструктивно-технологические решения постоянно совершенствуются. В настоящее время ведутся работы по сокращению металлоемкости конструкций путем использования стальных тонкостенных профилей в качестве несущих элементов зданий. Вместе с тем практика применения данных конструкций показывает, что значительное снижение их стоимости может быть достигнуто заменой дорогостоящих импортных облицовок и термопрофилей отечественными аналогами.

В результате предварительных исследований специалистами НИПТИС разработаны сортаменты и методики расчета стальных конструкций с толщиной металла менее 2 мм. Исследования показывают возможность проектирования зданий до 4 этажей с использованием стальных тонкостенных профилей в качестве несущих элементов стен, перекрытий и покрытий. Это позволяет отказаться от применения массивных каркасов, несущих стен из мелкоштучных материалов, значительно снизить материалоемкость зданий и трудозатраты при их возведении.

Специалистами института НИПТИС и Белорусского национального технического университета в настоящее время начаты работы по созданию новых облицовочных материалов, а также утеплителей и конструкционных материалов на основе пенобетона.

На рисунках показаны образцы новых листовых материалов, изготовленных на основе керамзитоцементных композиций (рис. 9) и поризованного бетона (рис. 10). Их толщина может составлять от 8 до 20 мм, размеры листов – 1000х2000 мм, 1000х2500 мм, 1000х3000 мм. Необходимая прочность листов обеспечивается использованием цемента и армированием с двух сторон стеклосеткой.

Керамзитоцементные листы могут применяться для наружной облицовки стен с каркасами из тонкостенных профилей, внутренней облицовки влажных помещений, изготовления сухих стяжек, облицовок для вентфасадов, в качестве несъемной опалубки. Листы из поризованного бетона предназначены в основном для внутренней облицовки, а также противопожарной защиты стальных конструкций, что связано с их строением. В основе такого листа отсутствуют компоненты, подверженные деструкции под действием высоких температур, в отличие от керамзитоцементных листов, содержащих в своем составе керамзитовый песок.

Предварительные испытания показали, что прочность на изгиб полученных образцов составляет 18 МПа – значительно выше, чем у зарубежных аналогов (например, листовой материал “Аквапанель” производства КНАУФ имеет прочность на изгиб 5 МПа). Водопоглощение не превысило 5% (Аквапанель – 8%), а испытаниями на морозостойкость установлено, что после 75 циклов снижение прочности на изгиб составило порядка 55% от контрольных образцов.

Необходимо отметить, что при изготовлении керамзитоцементных листов и листов из поризованного бетона используются отечественные компоненты (керамзитовый песок Новолукомльского завода керамзитового гравия и стеклосетка ОАО “ПолоцкСтеклоВолокно”). Таким образом, данный материал согласуется с программой импортозамещения, действующей на территории Республики Беларусь, и является более экономичным по сравнению с зарубежными аналогами.

Значительный интерес представляет технология, предусматривающая замену в рассматриваемых конструкциях минераловатной теплоизоляции утеплителями из материалов на основе пенобетона монолитной укладки и использование новых листовых материалов в качестве несъемной опалубки. В результате могут быть получены практически цельнокаменные легкие энергоэффективные конструкции высокой долговечности. При этом в них гарантированно исключаются щели, отпадает необходимость применения комплектов пленочных материалов и устройства вентилируемых воздушных прослоек. При использовании конструкционных разновидностей пенобетонов стены могут выполняться несущими.

В Белорусском национальном техническом университете проведен анализ, касающийся применения пенобетона при возведении ограждающих конструкций (значительный вклад в это направление в Российской Федерации сделан компанией “Совби” из Санкт-Петербурга). Так, при возведении ограждающих конструкций из монолитного пенобетона 14-этажного дома в Брянске выявлен ряд существенных недостатков:

– во-первых, водотвердое отношение (В/Т) в пенобетонах при включении водной составляющей пенообразователя – 0,55–0,6, т.е. влажность такого материала при затвердевании будет равна 55–60% и превысит значение нормируемой отпускной влажности в 2 раза;

– во-вторых, при этой технологии в качестве несъемной опалубки, как правило, устраивается кладка из керамического облицовочного кирпича, являющаяся наружной поверхностью стены (внутренняя поверхность – из водостойкого гипсового листа (ГВЛ), закрепленного на стальном каркасе). В такую опалубку послойно заливается пенобетон с высотой одного слоя не более 400 мм. В результате высокой влажности вода пенобетона проникает через кирпичную кладку, вымывая соли из кирпича, а также известь цемента. Как результат, на лицевой поверхности фасада образуются высолы, в значительной мере ухудшающие внешний вид здания;

– в-третьих, послойная укладка пенобетона в стену повышает трудоемкость работ, увеличивает продолжительность устройства ограждающих конструкций.

С целью устранить данные недостатки принято решение ввести в состав пенобетона керамзитовый гравий. Это позволило получить материал со средней плотностью 500 кг/м3 и отпускной влажностью не более 25%. Прирост его прочности по сравнению с исходным пенобетоном составил 20%.

Результаты предварительных исследований показывают возможность устройства ограждающих конструкций как в построечных условиях (монолитное строительство), так и при изготовлении навесных панелей на заводах. Внешний вид образца нового материала – керамзитопенобетона приведен на рис. 11.

Результаты научных исследований показывают перспективность и возможность дальнейшего развития новых конструктивно-технологических решений, предложенных ГП “Институт НИПТИС им. Атаева С.С.”, с выполнением ряда научно-исследовательских и проектно-внедренческих работ.

Для организации промышленного производства новых строительных материалов необходимо:

  • доработать рецептуру, необходимую для промышленного производства материалов с физико-техническими свойствами, не уступающими лучшим зарубежным образцам по эксплуатационным и технологическим характеристикам;
  • провести комплекс лабораторных работ и сертификационных испытаний материалов;
  • разработать, изготовить и запустить технологическую линию для изготовления новых листовых материалов, доработать установку и технологию укладки материалов на основе монолитного пенобетона.

Внедрение новых технологий в строительство потребует:

  • исследования и разработки конструктивных решений зданий на основе новых строительных материалов и конструкций (профилей, утеплителей листовых и конструкционных материалов монолитной укладки), создания опытных образцов конструкций;
  • выполнения комплекса исследований, включая прочностные, пожарные, теплотехнические, акустические и прочие испытания конструкций с определением необходимых технических показателей;
  • разработки технологии выполнения работ, в том числе технологии поэлементной сборки легких энергоэффективных конструкций на строительной площадке, индустриального строительства из конструктивных элементов, изготовленных в заводских условиях, возведения зданий из материалов монолитной укладки с использованием листовых материалов для несъемной опалубки и стальных профилей в качестве несущих и технологических элементов конструкций.

Для внедрения новых материалов и технологических решений в практику массового строительства необходимо разработать комплекс нормативно-технических документов на их производство, проектирование и возведение зданий.

По прогнозам авторов, внедрение результатов исследований строительных технологий, основанных на использовании стальных тонкостенных профилей, плоских цементно-керамзитовых листов, армированных стеклосеткой, керамзитопенобетона и других новых материалов, позволит значительно увеличить скорость возведения ограждающих конструкций (до 20–30%), смягчить острую проблему нехватки каменщиков, снизить (на 20%) потребность в блоках из ячеистого бетона. При этом будет обеспечена возможность дальнейшего повышения сопротивления наружных ограждающих конструкций зданий (3,2–3,5 м2•°С/Вт и более).

Научно-исследовательские и внедренческие работы проводятся сегодня специалистами ГП “Институт НИПТИС им. Атаева С.С.”, Белорусского национального технического университета при содействии фирм Гидроизолстрой, Парок, Техностройбетон и других организаций Республики Беларусь. Начало производства новых материалов и внедрения новых технологий в массовое строительство планируется в 2009–2010 гг.

Литература

1. Пилипенко, В.М. Эффективные конструктивно-технологические решения при реконструкции и возведении зданий / В.М. Пилипенко, Р.В. Кузьмичев // Строительная наука и техника. – 2007. – № 4.
С. 26–32.


comments powered by HyperComments
Читайте также
23.07.2003 / просмотров: 6 097
Геннадий Штейнман XVIII съезд Белорусского союза архитекторов завершил свою работу. Еще долго мы будем обсуждать его решения, осмысляя свои и чужие...
02.09.2003 / просмотров: 8 820
Центр Хабитат является органом, осуществляющим информационно-аналитическое обеспечение работ Минстройархитектуры по устойчивому развитию населенных...
02.09.2003 / просмотров: 17 576
Беларусь всегда была на передовых позициях в вопросах ценообразования в строительстве в бывшем СССР. Однако еще в конце 1980-х годов, когда страна...