Факторы повышения эффективности монолитного строительства

С монолитным строительством, как более рациональным, всегда связывались перспективы снижения материалоемкости и повышения надежности современных зданий, однако неблагоприятные погодные условия и низкий уровень технологии долгое время ограничивали широкое применение его в климатических условиях РБ.


Прошло не одно десятилетие, прежде чем технология монолитного строительства продвинулась вперед настолько, чтобы можно было всерьез говорить о ее преимуществах в экономическом плане перед сборным строительством. Например, в то время, когда строительство полносборного объекта осуществлялось в течение нескольких месяцев (в Краснодаре объемно-блочный 144-квартирный дом строился за 1-1,5 месяца), то при монолитном строительстве для этого нередко требовались годы. Среди особых трудностей фигурировали отсутствие качественной опалубки, сложность по уходу за бетоном в зимнее время, большой расход энергоресурсов.

Надо отметить, что в южных районах России и в Средней Азии (Узбекистан) монолитное строительство успешно конкурировало со сборным. Например, в Сочи, еще в конце семидесятые годов, монолитное строительство 15-этажного здания гостиницы с использованием скользящей опалубки и подачей бетона по схеме "кран-бадья" было завершено за 15 дней (бетонные работы). Строительство такой гостиницы из сборного железобетона потребовало увеличения расхода бетона на 30,7%, металла на 24,5% и соответственно роста стоимости на 20%.

Продвижение монолитного строительства к северу от параллели 50° стало возможным благодаря применению новых технологий. Речь идет об обеспечении возможности протекания реакции гидратации цемента при температурах ниже нуля, прогреве бетона без широкого использования пара, применении эффективной инвентарной опалубки. В частности, для ускорения твердения бетона нашли применение полиметаллические водные концентрации (побочные продукты нефтедобычи), содержащие щелочноземельные металлы (натрий, хлор, кальций, магний), использование цементов, при гидратации которых выделяется большое количество тепловой энергии, а также добавок к ним, до минимума сокращающих потребление воды. Эти и другие новшества позволяют при сравнительно небольшой стоимости обеспечить твердение бетонов при температуре в пределах -15°С. Распалубка конструкций через несколько дней повышает ее оборачиваемость и соответственно снижает материальные затраты с повышением производительности труда.

Еще в 80-е годы прогнозировалось, что благодаря созданию индустриальных типов опалубки и мощных бетононасосов перенос всех работ на строительную площадку позволяет уменьшить единовременные капитальные вложения в производственную базу на 35-40%, расход металлопроката на арматуру - на 10-20%.

Предполагалось, что опалубка будет только инвентарной, а ее высокая оборачиваемость обеспечит быструю окупаемость. Разнообразие материалов и конструктивных решений должны обеспечить экономичность, высокое качество бетона и снижение трудоемкости. С этой целью, по мнению авторов, должна использоваться высокопрочная сталь, сталь совместно с деревом (дерево - преимущественно фанера с водостойким покрытием).

Учитывая особенности в устройстве конструкций, предусматривалось применение пневматической надувной опалубки из прочной водостойкой ткани. В то же время, как отмечают специалисты, сложившийся у нас до недавнего времени уровень опалубки характеризуется низкими техническими и эксплуатационными показателями в сравнении с западными технологиями. Повышению производительности труда способствует мелкощитовая металлическая опалубка, выполненная в рамном каркасе с палубой из стального листа и представленная в основном щитами высотой 1,2 и 1,5 м. Размеры по ширине колеблются от 0,1 до 0,9 м. Палуба из финской фанеры обеспечивает высокое качество лицевых поверхностей. Щиты поставляются высотой на этаж при ширине от 0,3 до 0,6 м. В комплект включаются также металлические щиты других типоразмеров.

Необходимо отметить, что опалубка в монолитном строительстве постоянно совершенствуется.

Наличие высоких достижений в производстве строительных конструкций и изделий в заводских условиях и на строительной площадке делает возможным эффективное совместное применение их при возведении современных зданий и сооружений. Например, вряд ли целесообразно отказываться от производства строительных конструкций в заводских условиях при наличии высококачественных форм, автоматизации технологических процессов (АСУТП), позволяющих максимальное укрупнение, повышение качества, снижение удельной массы, энергоемкости и трудоемкости.

Известно, что при увеличении ширины здания с 12 до 15-16 м удается не только сэкономить материалы, но и на 20-30% снизить расход тепла на отопление (при одинаковых теплотехнических качествах ограждающих конструкций). Решение проблемы пролетов за счет тяжелых железобетонных конструкций не оправдывается как с экономической стороны, так и по соображениям надежности. В то же время металлические конструкции относительно (на единицу площади) легче и прочнее.

По некоторым данным, еще в 80-х годах прогнозировалась крупномасштабная замена железобетонных конструкций на металлические. В результате вместо 87% доля железобетона в общем объеме возводимых конструкций должна была составить всего 9%.

Не менее выгодно наряду со сборными, монолитными и металлическими конструкциями использовать кирпичную кладку. Все это вместе упрощает задачи применения несъемной опалубки и сокращает потребность в сложной и дорогостоящей опалубке. Начало этому положено в сборно-монолитном строительстве, которое в настоящее время успешно внедряется при возведении современных зданий и сооружений. Например, в техническом решении "Новая универсальная каркасная система многоэтажных зданий" несущий каркас состоит из традиционных сборных колонн и многопустотных плит, объединенных в единую пространственную несущую систему монолитными железобетонными несущими и связевыми ригелями. Ригели в ортогональных направлениях пропущены через специально оставленные в колоннах сквозные проемы. Рабочая арматура в этих проемах полностью обнажена.

Дом возводят следующим образом. Выполняют опалубочные и арматурные работы, затем укладывают монолитный бетон требуемой прочности. Монтажную оснастку снимают и переставляют на следующую захватку или перекрытие, а на готовом диске перекрытия устраивают стеновые ограждения, перегородки и выполняют последующие работы. Каркас под нагрузкой работает по рамно-связевой схеме.

Колонны в составе каркаса работают на внецентренное сжатие в плоскости несущей рамы.

Учет распорных усилий, возникающих при изгибе и повороте многопустотных плит в замкнутом контуре из монолитных ригелей, позволяет, по мнению авторов, примерно в два раза сократить расход арматуры в плитах, рационально разместить рабочую арматуру в связевых и несущих ригелях.

Приведенная каркасная система, по мнению авторов, позволяет не только существенно сократить удельную материалоемкость по сравнению с крупнопанельными домами, в два и более раз снизить массу многотоннажных зданий, но и обеспечить эффективную тепловую защиту при их эксплуатации.

Для этого предусматриваются легкие поэтапно опертые или навесные строительные конструкции, возводимые с привлечением легких кладочных материалов, листовых изделий, тонкостенных плит.

Важным шагом в направлении сборно-монолитных железобетонных конструкций, по-видимому, следует считать мероприятия по переходу от систем закрытой сборности (использование сборных элементов только для каждого отдельного проекта здания) к открытой сборности (производство взаимозаменяемых изделий, которые могут найти широкое применение при строительстве зданий различных конструкций).

Как отмечают авторы этой системы, "открытая система жилищного строительства в условиях максимального уровня унификации архитектурно-строительной системы позволяет полнее охватывать малоэтажное строительство (до 5 этажей включительно) на основе легких унифицированных конструкций, деталей и элементов".

Соответственно переход от типовых зданий к типовым унифицированным конструктивным элементам и узлам делает возможной реализацию эффективных систем, например, сборно-монолитных, бескаркасных стеновых систем, в которых внутреннее стены и перекрытия выполняются в монолите, а наружные стены - из панелей, кирпича или мелких блоков. По мнению авторов, эта система эффективна при строительстве многоквартирных домов в случае отсутствия развитой индустриальной базы.

Имеются также сборно-монолитные каркасные системы с плоскими плитами перекрытий, в которых колонны и перекрытия выполняют в монолите, а наружные стены - из различных материалов (панели, блоки, кирпич и др.), в том числе из монолитного бетона (железобетона).

Широкое применение мокрого способа (мокрого фасада) при утеплении практически возвращает к временам господства типового фасада. Решение этой проблемы, по-видимому, связано с сухими методами утепления. Сборно-монолитные конструкции ограждений располагают многими возможностями для решения этой проблемы.

В частности, при креплении утеплителя к стене часть работ может быть совмещена с изготовлением конструкции ограждения. Кроме того, создаются условия для усовершенствования системы крепления утеплителя и облицовки, в том числе по методу "на относе" (разработки автора статьи).

Простота устройства и возможность выполнения работ круглый год является важным моментом в сокращении производственных издержек. Одновременно решается задача уменьшения влагопроницаемости. Например, стыки, возникающие при каменных работах, создают серьезные проблемы защиты от воздухо- и влагопроницаемости. (В частности, в горизонтальные стыки в большей степени проникает влага не столько от идущего дождя, сколько стекающая по поверхности каменных конструкций.) Соответственно требуются дополнительные меры. Среди них - регулирование зазора стыков и устройство фасок с определенной формой и размерами.

Поперечные металлические связи в каменных конструкциях в зимний период создают зоны конденсации водяного пара, подвергаясь коррозии и увлажняя стеновой материал.

Устранение этих недостатков, как известно, осуществляется в слоистых конструкциях стен. Отельные слои соединяются между собой жесткими или гибкими связями. Жесткие связи служат для распределения нагрузки между конструктивными слоями.

Различные показатели слоев по прочности и упругости при совместной работе в ограждении согласно СНиП учитываются путем приведения площади сечения к материалу основного несущего слоя. Эксцентриситеты всех усилий должны определяться по отношению к оси приведенного сечения. Соответственно при гибком соединении слоев каждый слой рассчитывается раздельно на воспринимаемые им нагрузки, при этом если они от покрытий и перекрытий, то должны передаваться только на внутренний слой.

Очевидно, что перенесение изготовления слоистых стен на строительную площадку создает ряд преимуществ по сравнению с заводским, среди них (разработки автора статьи, см. рис. 1 и 2): упрощается изготовление и уменьшается расход дефицитных материалов по усилению конструкции для возможности погрузки, транспортировки, разгрузки, складирования и монтажа в собранном виде; исключаются потери при транспортировке и монтаже; улучшаются эксплуатационные свойства благодаря обеспечению непрерывной изоляционной завесы в ограждении.

Использование эффективных утеплителей при этом позволяет не только снизить массу и объем, улучшить режим эксплуатации в зимнее время, но и увеличить возможности эффективного конструирования. Речь идет как об уменьшении толщины (объема), так и о более последовательном выполнении требований по паро- и воздухопроницаемости в соответствии с уровнем влажности воздуха внутри помещения. Другими словами, при наличии одних и тех же материалов эта проблема решается путем устройства пароизоляционного слоя у теплоизоляционного материала с теплой стороны ограждения.

Наибольшее потребление энергоресурсов в производстве бетонных (железобетонных) изделий приходится на тепловую обработку.

Уход от фондоемких и энергоемких технологий приводит к внедрению методов, основанных на физико-химических процессах и свойствах применяемых материалов. В частности, включение химических модификаторов бетона, например, суперпластификаторов, а также цементов, минералогический состав которых обеспечивает высокий коэффициент тепловыделения при гидратации. В этой связи заслуживает внимания активация воды путем смагничивания ее. Магнитоактивированная вода, согласно опубликованным данном, повышает подвижность бетонной смеси на 60-120%, что позволяет уменьшить потребление омагниченной воды на 15-25%, снизить расход цемента в пределах 20% и сократить продолжительность тепловой обработки изделий на 20-30%.

Как известно, наиболее ответственная роль по уходу за бетоном отведена процессу ускорения его твердения. Важное место в этом направлении занимает электротермообработка. Например, используемое для этой цели устройство типа "труба в трубе", кроме электропрогрева смеси, обеспечивает также воздействие вибрации, избыточное давление пара, магнитных полей и других технологических факторов.

При разогреве бетонной смеси в замкнутом объеме часть свободной воды превращается в пар, создающий избыточное давление. Углублению интенсивности режима гидратации цемента способствует и переменное электрическое поле. Выдерживание отформованных изделий осуществляется по методу "термоса" без подачи пара в формы. Через одни сутки прочность бетона составляет в пределах. 90-100% от проектной.

В то же время при существующих технологиях бетон приходится укрывать и поливать водой. Следует также учитывать, что воздушно-сухой прогрев с использованием утилизированного дымового газа также является существенным резервом по экономии энергоресурсов.

В приведенных случаях безвлажностный уход с применением пленкообразующих составов (водо-дисперсионные пленкообразующие составы) создает реальные возможности не только снизить расход энергоресурсов, но и повысить качество бетонных (железобетонных) изделий.

При нанесении защитной пленки на открытую поверхность (после исчезновения с поверхности свободной воды и водяного блеска) свежеотформованных изделий нет необходимости увлажнять бетон в сухую погоду. При воздействии на бетон источника тепла нагреваются поверхностные зоны конструкции. Теплопроводность свежего бетона обеспечивает беспрепятственную равномерную передачу тепла во внутренние участки бетона и периферийные зоны. При этом не происходит негативных явлений, ухудшающих качество изделий.

Николай МЕЛЬНИКОВ