Применение крупноразмерных ячеистобетонных изделий в жилищно-гражданском строительстве

Современное строительство в рыночных условиях характеризуется возрастающими темпами возведения зданий. Сокращение трудозатрат в коммерческом строительстве является одним из основных критериев при оценке эффективности инвестиций и ожидаемой прибыли.

Современное строительство в рыночных условиях характеризуется возрастающими темпами возведения зданий. Сокращение трудозатрат в коммерческом строительстве является одним из основных критериев при оценке эффективности инвестиций и ожидаемой прибыли. Однако этот фактор не менее важен и для объектов, возводимых за счет бюджетных средств.

В  СССР и в передовых европейских странах в середине прошлого века быстрыми темпами начало развиваться производство сборного железобетона, который и сегодня во всем мире находит достаточно широкое применение при строительстве зданий промышленного и гражданского назначения. Такая распространенность изделий заводского изготовления обусловлена прежде всего стабильностью деформационно-­прочностных показателей, а также высокой технологичностью монтажа на строительной площадке. Также следует отметить устойчивую тенденцию к укрупнению монтажных элементов, что позволяет увеличить производительность строительно-монтажных работ в удельных и абсолютных показателях.

Автоклавный ячеистый бетон в строительном комплексе Республики Беларусь прочно занял место одного из основных строительных материалов, что обусловлено как достаточной сырьевой и производственной базой, так и специфическими физико-механическими свойствами. Отечественный годовой объем производства ячеистого бетона автоклавного твердения достиг 3 млн м3, или около 300 м3 на душу населения, что соответствует уровню мировых лидеров по производству этого материала.

Несмотря на достигнутые валовые показатели, номенклатура выпускаемых в Беларуси изделий весьма ограничена, поскольку практически весь объем составляют мелкие блоки, выпускаемые по СТБ 1117. Укрупненные блоки типа Jumbo, широко используемые в странах Западной Европы и Северной Америки, у нас до сих пор не получили распространения. Доля армированных изделий крайне мала и составляет не более 2 % от всего объема автоклавного ячеистого бетона, производимого отечественными предприятиями.

Сложившееся положение вещей в определенной степени обусловлено растущими год от года объемами строительства монолитных и сборно-монолитных каркасных зданий с поэтажно опертыми наружными стенами и перегородками. Сложная архитектура, большое наличие фасадных поверхностей с криволинейными в плане очертаниями, а также набирающие популярность перегородки со скругленными углами способствуют увеличению производства мелких блоков.

Тем не менее, как показывает зарубежная практика, в первую очередь, у наших европейских соседей находят самое широкое применение укрупненные стеновые изделия в виде блоков и панелей горизонтальной и вертикальной разрезки, а также плит перекрытий, брусковых перемычек, ступеней не только при строительстве зданий малой и средней этажности с несущими стенами, а также на объектах повышенной этажности с несущим каркасом.

В связи с этим следует отметить, что комплексное применение ячеистого бетона в несущих и ограждающих конструкциях в малоэтажных зданиях обусловлено повышением их тепловой защиты и оптимизацией теплопотерь при минимальном расходе других теплоизоляционных материалов, таких, как минераловатные изделия или пенопласты. В качестве примера можно привести немецкий опыт предложения на рынке трех типов индивидуальных жилых домов, отличающихся удельным потреблением энергоресурсов на отопление в холодный период года и, соответственно, стоимостью.

Наиболее дешевый вариант имел самые высокие (из трех) показатели энергопотребления, которые в конечном итоге с учетом стоимости энергоносителей побуждали владельца к проведению тепловой модернизации в процессе эксплуатации дома. В свою очередь, наиболее дорогой (с позиций единовременных затрат) аналогичный по объемно-планировочному решению дом имел наилучшие из трех показатели удельного энергопотребления, которые обеспечивали наибольшую экономию энергоресурсов на отопление. При этом во всех трех вариантах, отвечающих санитарно-гигиеническим требованиям и европейскому уровню комфортности, независимо от начальной степени тепловой защиты в качестве материала стен и перекрытий использовался автоклавный ячеистый бетон.

Примечательно, что данный материал является универсальным не только по своим характеристикам, но и технологическим возможностям. С позиций сопротивления теплопередаче конкуренцию ячеистому бетону составляют крупнопористый керамзитобетон и поризованная керамика (последняя – в виде стеновых камней высокой пустотности). Однако технология получения изделий из указанных альтернативных стеновых материалов рассчитана на производство только мелкоштучной продукции, что ограничивает возможности применения самих камней, а также изготовления в едином технологическом цикле более крупных элементов, в том числе армированных изделий.

Здания с комплексным применением ячеистого бетона эффективны не только с позиций энергозатрат на отопление. Они имеют очевидные преимущества по многим показателям, включая процесс подготовки строительного производства, когда комплектация объекта полностью или с высокой относительной долей происходит на одном предприятии.

Физико-технические свойства автоклавного ячеистого бетона достаточно глубоко изучены, хорошо известны и могут при необходимости регулироваться для достижения заданных параметров конструкций. Рассматривая альтернативу в виде упомянутых выше стеновых материалов, обладающих достаточной механической прочностью, высокой огнестойкостью, низкой теплопроводностью при небольшом удельном весе, необходимо отметить, что по сравнению с ними автоклавный ячеистый бетон имеет гораздо более высокую морозостойкость. Об этом также свидетельствует и практическое отсутствие в технической литературе описаний признаков размораживания ячеистого бетона и вызвавших этот процесс причин.

Более того, известен опыт эксплуатации в течение нескольких десятилетий жилых домов, построенных в СССР на островах в Балтийском море, в настоящее время являющихся территорией Эстонской Республики. По истечении почти 40 лет наружные стены, выполненные изначально без наружного защитно-декоративного покрытия, не имеют признаков деструкции материала, несмотря на периодическое воздействие отрицательных температур в сочетании с высокой относительной влажностью наружного воздуха и наличия в нем агрессивных солевых компонентов морской воды.

Применение автоклавного ячеистого бетона в армированных перемычках позволяет не только исключить концентрацию напряжений в местах опоры этих элементов на кладку стен, но и выровнять температурное поле в наружных стеновых конструкциях без применения дополнительной теплоизоляции. В сочетании с кладкой из ячеистобетонных блоков любой размерности это дает возможность получить однородное в физическом и химическом плане основание для нанесения защитно-­декоративных тонкослойных покрытий (толщиной до 10 мм включительно). Особо следует отметить, что при современных технологиях получения стеновых изделий за счет высокоточной резки, фиксирующей положение блоков пазогребневой формы тычков, отделываемая поверхность требует минимальных затрат на подготовку к оштукатуриванию.

Говоря об отделке наружных стен из ячеистого бетона, нельзя не упомянуть и о возможности крепления к нему несущих систем навесных фасадов. Несмотря на относительно небольшую механическую прочность, ячеистый бетон стеновых изделий за счет их сплошной структуры обладает достаточной анкерующей способностью, позволяющей удерживать не только комплексные и химические, но и механические распорные анкеры, воспринимающие циклические знакопеременные сдвиговые и выдергивающие усилия. При этом благодаря теплотехническим характеристикам ячеистого бетона теплопроводные включения в виде анкеров создают незначительное влияние на теплотехническую однородность наружного ограждения.

Перекрытия из ячеистобетонных плит, как показали не только зарубежные, но и отечественные исследования, проведенные в БелНИИС в 1996–2006 годах, обладают необходимыми деформационно-прочностными показателями, позволяющими воспринимать проектные нагрузки, характерные для большинства типов гражданских зданий. Причем несущая способность и жесткость конструкций перекрытий могут быть заметно повышены за счет включения в работу обвязочного контура. При этом в отличие от сборно-монолитных перекрытий с заполнением из блоков конструкции на основе армированных плит обладают гораздо более высокими теплоизолирующими качествами, что важно не только с позиций опасности огневого воздействия при пожаре, но также и при устройстве поквартирного отопления с раздельной регулировкой расхода теплоносителя.

Аналогичные преимущества дает применение ячеистобетонных плит в качестве несущей конструкции покрытий. В этом случае техническое решение кровли максимально упрощается с одновременным уменьшением толщины дополнительной теплоизоляции, требуемой для обеспечения нормативных показателей по сопротивлению теплопередаче.

Как следует из вышесказанного, дома с несущими стенами и перекрытиями из ячеистого бетона обладают рядом очевидных преимуществ по сравнению с аналогами из других традиционных строительных материалов – тяжелого и легкого бетона, керамического и силикатного кирпича. При этом не только наружные, но и более нагруженные внутренние несущие стены в зданиях до пяти этажей включительно могут быть выполнены из ячеистобетонных блоков. Указанное ограничение этажности обусловлено, главным образом, деформационно-прочностными показателями кладки по отечественным и введенным на территории Республики Беларусь европейским нормам. Необходимо заметить, что применение мелких ячеистобетонных блоков в качестве стенового материала лимитирует не только этажность, но и вариабельность объемно-планировочных решений по указанным выше причинам.

Сформировавшаяся область применения ячеистого бетона в гражданском строительстве может быть существенно расширена за счет применения крупноразмерных стеновых элементов в виде крупных блоков, а также армированных панелей вертикальной и горизонтальной разрезки.

Крупные стеновые блоки типа Jumbo изготавливают неармированными длиной до 1500 мм, высотой до 750 мм и толщиной, соответствующей поперечному размеру стены.

Монтаж таких элементов производят только с помощью средств малой механизации или обычных грузоподъемных машин и механизмов. Дополнительные затраты на монтаже компенсируются темпами работ по устройству стен, производительность которых в этом случае возрастает в несколько раз. Кроме того, одним из основных преимуществ применения блоков с указанными размерами для устройства несущих стен является повышение конструктивной и теплотехнической однородности за счет сокращения протяженности вертикальных и горизонтальных швов, что положительно отражается на деформационно-прочностных показателях кладки и ее теплоизолирующей способности. Повышение конструкционной однородности кладки приближает ее прочность при сжатии к прочности бетона, из которого изготовлены крупные блоки.

Прочность неармированной кладки по мере увеличения размера стеновых элементов приближается к прочности бетона, из которого эти элементы изготовлены. Поэтому дальнейшее увеличение несущей способности стен возможно уже только за счет применения качественно иных конструкций, а именно – армированных панелей, преимущественно вертикальной разрезки.

Резательная технология производства ячеистобетонных изделий позволяет изготавливать панели любых размеров по высоте с учетом габаритов проемов, в том числе высотой на этаж. Пазогребневая форма боковых граней обеспечивает взаимную фиксацию смежных элементов от смещения из плоскости стены и повышает сопротивление наружных стен воздухопроницанию и теплопередаче. При необходимости сопротивление стен горизонтальным нагрузкам, действующим перпендикулярно плоскости конструкции с обеспечением совместной работы смежных элементов и перераспределения усилий между ними, может быть повышено путем замоноличивания межпанельных армированных швов по аналогии с конструкцией междуэтажных перекрытий. Такая конструкция одновременно повышает сопротивление и горизонтальным нагрузкам, действующим в плоскости стен.

Стеновые панели горизонтальной разрезки традиционно используют для устройства навесных ненесущих стен каркасных зданий. По сравнению с панелями трехслойной конструкции однослойные ячеистобетонные панели имеют ряд преимуществ, среди которых, в первую очередь, следует отметить меньший вес, простоту конструкции, долговечность (в том числе устойчивость к размораживанию), пожаробезопасность и огнестойкость. Навесные панели могут применяться в зданиях различного назначения. Особо следует подчеркнуть возможность достаточно простого устройства выходов на балконы и лоджии с минимальным использованием кладки из блоков. Этому в значительной мере способствует возможность изготовления изделий требуемой высоты (по фасаду) до 750 мм, а также легкая обрабатываемость материала с помощью ручного или механизированного режущего инструмента.

Необходимо заметить, что номинальная длина разрезаемого массива на современных заводах не превышает 6 м, что некоторым образом ограничивает возможности архитекторов при выборе объемно-планировочных решений зданий. Тем не менее ячеистобетонные навесные панели получили широкое применение в зарубежной практике каркасного строительства.

Говоря о возможностях и перспективах применения крупноразмерных элементов из автоклавного ячеистого бетона, следует напомнить, что в связи с увеличением нормируемого показателя сопротивления теплопередаче наружных стен до 3,2 м2•°C/Вт этот материал остается по сути единственным, который позволяет устраивать однослойные конструкции технически целесообразной толщины не более 500 мм без применения дополнительной теплоизоляции по полю стены.

Таким образом, с учетом возрастающих объемов производства автоклавного ячеистого бетона и его специфических свойств область применения этого материала может быть существенно расширена за счет увеличения разнообразия номенклатуры выпускаемых изделий, в том числе крупноразмерных и армированных.

Крупноразмерные ячеистобетонные изделия, прежде всего стеновые элементы для кладки, несмотря на дополнительные затраты на монтаж механизированным способом, позволяют в несколько раз повысить производительность труда и, соответственно, темпы строительно-монтажных работ за счет значительного сокращения трудозатрат по устройству стен. При этом уменьшение количества стыковых соединений и протяженности швов способствует повышению эксплуатационных качеств несущих и ограждающих конструкций.

По предварительной оценке крупноразмерные блоки и панели вертикальной разрезки, способствующие повышению несущей способности стен, позволяют возводить здания высотой до семи этажей включительно при соответствующем решении узлов сопряжений несущих конструктивных элементов.

Применение армированных панелей вертикальной разрезки за счет более высокой несущей способности по сравнению с кладкой расширяет область употребления ячеистого бетона с позиций объемно-планировочных решений зданий различного назначения.

Как уже было отмечено, применение ячеистобетонных перемычек обеспечивает теплотехническую и конструктивную однородность стен и максимально уменьшает концентрацию напряжений в местах опоры перемычек на кладку при силовых и температурных воздействиях.

Использование ячеистобетонных плит перекрытий и покрытий позволяет применять современные системы теплоснабжения зданий с поквартирным регулированием расхода теплоносителя без дополнительного использования теплоизоляционных материалов. При этом устройство напольного отопления также не требует специальных мероприятий за счет хороших теплоизолирующих качеств ячеистого бетона. Ячеистобетонные плиты могут применяться как в зданиях с несущими стенами, так и в каркасных домах с несущим остовом из различных материалов. Эффективность их использования в составе сборно-монолитных конструкций подтверждена не только лабораторными и натурными исследованиями, но и опытом строительства.

Панели горизонтальной ленточной разрезки имеют самые широкие перспективы применения в современных каркасных зданиях, в том числе за счет увеличения полезной площади внутреннего пространства, неизбежно «съедаемой» поэтажно опертыми стенами.

В заключение необходимо также отметить, что для развития производства и применения крупноразмерных ячеистобетонных элементов, широко используемых в зарубежном строительстве, в Республике Беларусь имеется необходимая нормативная база, гармонизированная с европейскими нормами и учитывающая особенности современных технологий производства ячеистого бетона и его свойства. В республике также наработаны технические решения эффективных несущих и ограждающих конструкций, основанные на результатах отечественных исследований в конце прошлого и начале текущего столетий.

По материалам доклада С. Л. Галкина, специалиста ООО «БЭСТ инжиниринг»