Материалы для современного строительства

На протяжении длительного времени промышленность стройматериалов существовала и развивалась как самостоятельная отрасль. Импорт готовой продукции, как правило, не практиковался. В проекты закладывались только те виды материалов, качественные характеристики которых были хорошо известны. Когда же на рынок стройматериалов стали поступать изделия зарубежных фирм, качество которых нередко превосходило продукцию отечественных производителей, многие архитекторы и проектировщики стали охотно предлагать использование их в строительном производстве. Однако более высокие цены импортируемых товаров сдерживало их широкое приобретение.


Рис. 1. Основные обозначения: 1—элементы кладки; 2—бетонная шпонка.

В этих условиях импортозамещение за счет перевода отечественных предприятий на выпуск строительных материалов, соответствующих мировым стандартам, устраивает как строителей, так и застройщиков. С другой стороны, без тесной связи производства с запросами архитекторов и проектировщиков вряд ли возможен ожидаемый эффект, поскольку в современном строительстве все более отходят от типового проектирования, вследствие чего решение задач улучшения архитектурно-планировочных решений каждого отдельно взятого здания (сооружения) требует применения адекватных строительных материалов и конструкций.

Очевидно, что переломный момент в этом направлении еще не наступил. Многие предприятия испытывают трудности со сбытом своей продукции, а архитекторы и проектировщики откладывают свои лучшие решения на более отдаленное время из-за отсутствия недорогих эффективных материалов. В этой связи заслуживают внимания традиционные материалы, которые хорошо зарекомендовали себя ранее. К ним в полной мере можно отнести строительный кирпич (камни, блоки). На протяжении многих столетий этот материал считался надежным и долговечным. И сегодня можно слышать, что наличие мелкоштучных стеновых материалов сложит гарантом устойчивости строительного производства.

За многие годы приобретен большой опыт работы с кирпичом. Разработаны эффективные виды и способы кладки стен, колонн (столбов, арок), позволяющие создавать конструкции с высокими эксплуатационными свойствами, архитектурной выразительностью и долговечностью. В частности, во время возведения стен выполняются проемы и выступающие элементы, пилястры, подчеркивающие границы отдельных участков ограждения и решающие задачи архитектурной выразительности. Качественное заполнение горизонтальных и вертикальных швов раствором, равномерное уплотнение и одинаковая толщина их, правильная перевязка обеспечивают конструкции высокую прочность. Затвердевший строительный раствор связывает между собой отдельные кирпичи, образуя новый монолитный материал - кладку, в которой происходит передача усилий с одних кирпичей на другие по всей площади - более равномерно, чем при их простом соприкосновении.

Получившее широкое распространение многоэтажное строительство усложнило возможности эффективного применения этого материала в несущих конструкциях. Объясняется это тем, что повысилась вероятность воздействия на отдельно взятый кирпич напряжений от перепада температур, усадки, осадок, а также большего нагружения самой кладки.

Как известно, строительный кирпич, изготовленный из минерального сырья, имеет низкие прочностные показатели при работе на растяжение. Появление первых трещин может наступить, когда несущая способность его использована лишь на 15-25%.

Действующие стандарты по испытанию на механическую прочность ограничиваются качественными характеристиками при одноосном напряженном состоянии.

Неравномерная плотность раствора в швах кладки, нагрузки от перекрытий (перемычек), температурные напряжения, неравномерные нагрузки вследствие усадки и осадок, как правило, приводят к сложным напряженным состояниям в каждом отдельно взятом кирпиче (изгиб-кручение, сжатие-изгиб-срез, сжатие-поперечное растяжение).

Пришедший на смену полнотелому пустотелый (эффективный) кирпич (камни, блоки) хорошо зарекомендовал себя в конструкциях, где толщина ограждения определялась по теплофизическим свойствам кладки, поскольку запас прочности был достаточным. В этих условиях чем больше процент пустотности, тем более эффективно ограждение.

Действительно, сухой воздух, заключенный в пустотах кирпича при отсутствии конвективного теплообмена, обеспечивает кладке повышение теплосопротивления с одновременным снижением ее массы. В результате уменьшается расход материалов, топлива, теплоэнергии. Но при повышении нагрузок пустотелый кирпич, ослабленный пустотами, в частности, в горизонтальной плоскости, менее устойчив при концентрации напряжений растяжения и изгиба, а также при одновременном сочетании растяжения и сжатия по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Стремление добиться повышения пустотности в камнях малых размеров вызывает уменьшение толщины и снижения прочности стеночек между пустотами. В несущих конструкциях они подвержены перегрузкам и разрушениям.

Несмотря на указанные трудности, использование мелкоштучных строительных материалов в современном строительстве всегда находит место, поэтому повышение их эффективности устраивает как застройщиков, так и строителей.

В настоящее время для повышения прочностных показателей каменной кладки используют стальную арматуру. В горизонтальные швы укладываются сварные или вязаные сетки, способные увеличить прочность кладки почти в два раза. Вертикальное армирование способствует увеличению несущей способности каменных конструкций при изгибе, растяжении и внецентренном сжатии. По существующим нормам продольная арматура устанавливается внутри кладки в вертикальных швах между кирпичами (камнями) или снаружи в толще строительного раствора на поверхности конструкции. С целью обеспечения совместной работы продольной арматуры с кладкой используют хомуты, охватывающие сжатые стержни снаружи кладки.

Необходимо отметить, что выполнение продольного армирования в том виде, как это приведено выше, не всегда эффективно из-за высокой трудоемкости и неполного использования ее прочностных свойств. В частности, когда арматура работает совместно с материалом при наличии хорошего сцепления с ним, как это имеет место с арматурой периодического профиля в бетоне, достигается перераспределение внутренних усилий в соответствии с упругопластическими и физическими свойствами материала и стали. Кроме того, при продольном армировании более эффективна арматура диаметром 12-40 мм (менее гибкие стержни).

В связи с большими нелинейными пластическими деформациями кладки использование дорогостоящей арматуры в большом количестве экономически нецелесообразно. С другой стороны, применение камней с технологическими пустотами, расположенными в центре каждой их половинки, образующими в кладке вертикальные каналы, заполняемые, например, бетоном, выполняющим функции шпонки, по необходимости усиленной арматурой, позволяет более полно использовать прочностные показатели материалов кладки на сжатие и повысить ее устойчивость. Отсутствие раствора в швах в каменном ограждении толщиной в полкирпича и применение бетонных шпонок позволяет повысить несущую способность и одновременно уменьшить теплопроводность. Объясняется это уменьшением количества швов и отсутствием более теплопроводного строительного раствора (см. рис. 1).

Использование такого типа кладки при изготовлении стен облегченной конструкции с гибкими связями позволяет уменьшить толщину несущей части с 380 до 300 мм или же расширить область применения при З80 мм. Очевидно, что усиленная конструкция стены из мелкоштучных материалов является эффективной и в конструкционно-теплотехническом отношении, поскольку обеспечиваются различные варианты крепления снаружи эффективного утеплителя и защитно-декоративного фасадного слоя (стена "в шубе") с доведением термического сопротивления ограждения до 4,5 м 2 оС/Вт.

По мнению ряда специалистов, будущее принадлежит тем штучным материалам, которые используются без строительного раствора и обладают высокой прочностью. Как показывает зарубежным опыт, эти камни изготавливаются из мелкозернистого бетона методом полусухого вибропрессования. Наличие сменных матриц позволяет создавать различные поверхности, например, под колотый гранит с разнообразной цветовой гаммой. Изделия отличаются высокой прочностью, что позволяет использовать их при устройстве перекрытий.

Теплозащита ограждения создается несколькими рядами продольных сквозных воздушных полостей, исключающих "мостики холода" и по необходимости заполняемых эффективным утеплителем, например, пенополистиролом. Фиксация камней в кладке осуществляется посредством прилегания друг к другу взаимосвязанных пазов и выступов (так называемый сухой стык). Полученная конструкция ограждения оценивается как слоистая.

В экономике, подчиняющейся рыночным законам, всегда находится место решениям, при которых можно более эффективно использовать имеющийся научно-технический потенциал и уже созданную материально-техническую базу.

По мнению специалистов-рыночников, наиболее важными показателями конкурентоспособности предприятий стройкомплекса в нынешних условиях являются следующие: состояние и эффективность использования основного капитала, фондоемкость, издержки производства (потребление материальных и энергетических ресурсов), применение новых конструктивных решений и технологий. С помощью этих показателей предлагается выявить оптимальный уровень использования производственных мощностей на каждом предприятии с целью обеспечения рентабельности производства и дальнейшее развитие осуществлять только на базе имеющегося спроса, ориентированного в равной степени на внутренний и внешний рынки. В соответствии с этим капвложения в реконструкцию, техническое перевооружение, внедрение гибких и быстро переоснащаемых технологий, а также возможное перепрофилирование следует осуществлять при тесной увязке с окупаемостью в кратчайшие сроки. Естественно, такой подход нуждается в оценке (классификации) действующего оборудования по технологическим уровням (укладам), чтобы выявить реальные возможности конкурентоспособности на внешнем рынке и повышения эффективности капвложений. Согласно опубликованным данным, технологический уровень оборудования на средних российских предприятиях стройматериалов имеет показатель 3, западных фирм - от 4 до 5. Разумеется, при прочих равных условиях предприятия, имеющие более высокий технологический уровень производственного оборудования, располагают лучшими возможностями поставки на рынок высококачественной недорогой продукции.

Необходимо отметить, что в строительном производстве в отличие от других сфер деятельности качественную продукцию можно получить разными способами. Имеется в виду использование различных видов строительства, среди них - монолитное, сборное, сборно-монолитное, каменная кладка. Большой опыт прогнозирования (планирования), накопленный в СССР, позволяет эффективно решать задачи снижения материальных и трудовых затрат благодаря правильному выбору приоритетных направлений, соответствующих наличию имеющейся материально-технической базы и местных сырьевых ресурсов. Например, имеет ли смысл организовывать широкомасштабное производство крупных пустотелых блоков с пустотами, заполняемыми теплоизоляционными материалами, если уже имеется технологическое оборудование на заводах ЖБИ, где по типовой агрегатно-поточной технологии возможно изготовление опалубочных форм из бетона (железобетона), заполняемых в заводских условиях теплоизоляционными материалами с меньшими затратами и с лучшим качеством. При этом могут быть использованы вспенивающиеся утеплители, арболит, керамзитобетон.

Многие годы промышленность стройматериалов относится к отраслям тяжелой промышленности. Борьба с лишним весом материалов и строительных конструкций всегда находилась в поле зрения технологов, конструкторов и проектировщиков. И это не случайно. Чем больше плотность, тем больше теплопроводность, приводящая к перерасходу топливно-энергетических ресурсов в холодную пору года.

В настоящее время нет такой страны, где бы вопросу утепления отапливаемых зданий и сооружений не уделялось внимания. Секрета в этом нет. Речь идет об экономии топливно-энергетических ресурсов. Во многих европейских странах, где климат схож с белорусским, показатель теплосопротивления ограждения в 3-4 раза выше, чем в неутепленных домах и административных зданиях РБ.

Схема подбора материалов для наружного ограждения в современном строительстве учитывает не только теплоизоляционные свойства, но и вероятность конденсации водяного пара, идущего в отопительный период из помещения наружу, в материалах, из которых ограждение состоит. Проблема здесь не только в увеличении теплопроводности за счет увлажнения, но и в активизации процесса коррозии, снижающей срок службы строительных конструкций. Очевидно, что чем больше паропроницаемость и толщина наружных стен, тем большая вероятность накопления в них влаги в отопительный период. В большинстве разработанных систем конструкций ограждения это негативное явление в большей или меньшей степени устраняется.

Рассмотрим одну из них. "Каждый последующий от основания материал имеет более высокие показатели паропроницаемости и гидрофобности". Из этого следует, что внутренняя часть (как правило, несущая) должна быть выполнена из плотного материала (бетон, керамика), а наружная - из теплоизоляционного, с низкой сорбционной влажностью, защищенного от отрицательных атмосферных воздействий (дождя, ветра, солнечной радиации). Поскольку теплопроводность плотного материала относительно велика, то при расчете сопротивления теплопередачи им можно пренебречь.

Итак, основную роль здесь играет утеплитель. Если воспользоваться минераловатными или пенополистирольными плитами, то их толщина может достигать 12-16 см. Разумеется, чем больше толщина теплоизоляционного слоя и его масса, тем больше проблем с его креплением к основанию, да и прочность последнего должна быть более высокой.

В отношении широкого применения теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях примечателен зарубежный опыт. Появление пенополистирола с более высокими механическими и строительно-физическими свойствами позволило использовать его в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала при изготовлении наружных стен. Действительно, пенополистирол легко подвергается обработке. Рифление поверхности делает его более приемлемым для оштукатуривания. Выгодно отличает его и возможность утилизации для повторного использования в качестве сырья. Соединение "выступ-паз" обеспечивает более прочную связь плит и способствует нейтрализации "мостиков холода". Конструкция из пенополистирола обладает высокой устойчивостью к воздействию влаги, растворов солей, щелочей и кислот. Согласно имеющейся информации, использование пенополистирола в строительстве жилого дома в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала позволило обеспечить уровень теплосопротивления ограждения, превышающий почти в 5 раз теплосопротивление существующих каменных неутепленных домов.

В построенном доме стены являются несущими благодаря выполнению внутреннего слоя ограждения из плотного (монолитного бетона) материала. Пенонолистирольные плиты находятся по обе стороны от него или служат в качестве несъемной опалубки для монолитного бетона. После оштукатуривания стены такого дома ничем не отличаются от других Успешное использование пепополистирола в нежилых помещениях, например, при изготовлении киосков, складов в виде объемно-пространственных блоков, в том числе сборно-разборных, является шагом вперед в современном строительстве.

Николай МЕЛЬНИКОВ