Эффективные материалы для наружных стенотапливаемых помещений

В условиях стабилизации экономики и развития рыночных отношений остро встал вопрос о конкурентоспособности производимой продукции в строительном комплексе Республики Беларусь.

Комплексный подход в этом направлении нуждается в эффективных проектных решениях и в привлечении местных ресурсов.
Наиболее проблемным вопросом, как известно, является снижение расхода топливно-энергетических ресурсов для отапливаемых помещений. По имеющимся данным, наибольшие потери тепла происходят через наружные стены (до 50 и более процентов).
Местными строительными материалами, служащими для утепления зданий и сооружений, являются: минераловатные изделия, пенопласт полистирольный, торфяные теплоизоляционные плиты, льнокостричные плиты, соломит (плиты из соломы), керамзит, аглопорит, шлак, ячеистый бетон, пеностекло и др. По некоторым оценкам специалистов, по показателю теплопроводности к эффективным утеплителям можно отнести те из них, которые имеют коэффициент теплопроводности менее 0,09 Вт/мК.

Согласно этим требованиям, к эффективным теплоизоляционным материалам можно отнести приведенные органические утеплители и некоторые неорганические, среди них — минераловатные изделия, пеностекло и ячеистый бетон низкой плотности (легковесный). А если руководствоваться показателем огнестойкости, то подходят только неорганические теплоизоляционные материалы.
Например, широко применяемый в строительстве пенопласт полистирольный согласно ГОСТ 30244-94 относится к материалам повышенной пожарной опасности и не рекомендуется к использованию в многоэтажных зданиях повышенной огнестойкости.
Если подходить объективно, то не существует таких теплоизоляционных материалов, в которых бы одновременно сочетались огнестойкость, высокое сопротивление теплопередаче, экологическая чистота, долговечность, низкая стоимость.
В конкуренции пеностекла и ячеистого бетона, выпускаемых в республике, по-видимому, верх взял ячеистый бетон, хотя пеностеклу (завод “Гомельстекло”) прочили хорошие перспективы благодаря его высокой пористости (80-95%), коэффициенту теплопроводности в пределах 0,08-0,12 Вт/мК, водостойкости, морозостойкости, хорошей звукоизоляции и возможности использования в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала.
Однако развитие производства тех или иных видов теплоизоляционных материалов без реального учета потребности, т.е. без маркетинговой деятельности по выявлению потенциального спроса, ставит под угрозу эффективность капитальных вложений.
В этой связи целесообразно ознакомится с опытом, где строительное дело находится на должном уровне.
Использование стеновых штучных материалов в крупных объемах имеет место во всех странах.
Разнообразие их видов и типов связывается с воплощением конкретных строительных проектов. Тем не менее, в них просматривается тенденция использования стеновых материалов с высокой прочностью (маркой) для ответственных зданий и сооружений, с длительным проектным сроком эксплуатации.

В Великобритании для этих целей используется керамический кирпич с прочностью на сжатие не менее 69 МПа МПа (класс А) и 48,5 МПа (класс Б) с водопоглощением соответственно не более 4,5% и 7% при кипячении образцов в воде в течение 5 часов. У силикатного кирпича прочность колеблется в пределах 17€48,5 МПа.
С целью повышения прочности бетонных камней и снижения их усадки они изготовляются из смеси негашеной извести, песка и воды.
Гашение извести происходит в течение 4-х часов, после чего из смеси на прессе изготавливаются полуфабрикаты, которые далее подвергаются тепловой обработке в автоклавах при давлении 0,8-1,6 МПа.
Прочность полученных бетонных камней на сжатие составляет 15-25 МПа.
Зарубежные проектировщики учитывают большее количество факторов, способных снизить эксплуатационные свойства ограждения. Участившиеся аномальные природные явления, проявляющиеся в наводнениях, ураганных ветрах (и т.п.) оправдывают такой подход.
С другой стороны, использование для производства стройматериалов техногенного и природного сырья, всевозможных добавок и различных технологий производства повышают вероятность разброса данных по соотношению упругих и пластических деформаций по истечении определенного времени эксплуатации.
Эффективность использования теплоизоляционных материалов во многом зависит от того, как удастся успешно использовать их в существующих конструкциях ограждений. Зарубежный опыт показывает, что теплоизоляционные материалы могут найти эффективное применение как в виде вкладышей, так и в качестве слоя теплоизоляции по схеме стена + слой теплоизоляции + слой отделки.
Например, применение пенополистирольных вкладышей в продольных сквозных щелях высокопрочных камней (блоков) обеспечивает сопротивление теплопередаче ограждения до 4 м 2к/Вт.
Подобная конструкция камней (блоков) нашла применение в России и получила название “пенополистиролбетон”. В этом штучном стеновом материале пенополистирольные вкладыши устанавливаются до затвердения бетона.
С аналогичным названием у нас производятся теплоизоляционные плиты (пенополистирольные), в качестве заполнителя в которых используется полистирол в виде вспененных гранул.

Не вызывает сомнения, что при применении указанных полистиролбетонов в наружном ограждении более экономичным будет полистиролбетон в виде блока с пенополистирольным вкладышем, если обеспечивается требуемая пожарная безопасность.
Серьезную конкуренцию пенополистиролу в части огнестойкости составляет не только каменная вата (фасадные минераловатные плиты), но и легковесный ячеистый бетон плотностью до 350 кг/м 3, если его теплопроводность в эксплуатационных условиях будет меньше 0,09 Вт/мК.
Фасадные минераловатные плиты выдерживают температуру до 1100°С и имеют предел огнестойкости в течение 120 мин.
Максимальное водопоглощение после 2-х часов полного погружения в воду — 4,5%. Сорбционная влажность — 1%.
Легковесный ячеистый бетон выдерживает температуру 700°С без потери прочности. Предел огнестойкости — 70 мин., максимальное водопоглощение — 60% и сорбционная влажность — 5%.
Из приведенных данных следует, что значительное отставание ячеистого бетона от каменной ваты по показателям максимальной и сорбционной влажности снижает теплосопротивление ячеистого бетона. Например, повышение влажности ячеистого бетона плотностью 600 кг/м 3 на 20% увеличивает его теплопроводность вдвое.

Одним из вариантов улучшения положения является выполнение объемной гидрофобизации легковесного ячеистого бетона.
Необходимо отметить, что отрицательное влияние влажности сказывается не только в увеличении коэффициента теплопроводности, но и в снижении механической прочности в зависимости от степени водонасыщения, а также в разрушении межпоровых перегородок, приводящем к росту усадки бетона.
Если ячеистый бетон расположен снаружи ограждающей конструкции, то на него кроме влаги оказывают негативное воздействие аэрозоли, а также газы, содержащиеся в воздухе (сернистый, углекислый и др.).
Например, сернистый газ при температуре воздуха 17-22°С и влажности 80% растворяется в воде в порах бетона с образованием серной кислоты, которая вступает в химическую реакцию с компонентами бетона в наружном слое с получением новообразований, приводящих к шелушению бетона.
В силу специфических особенностей своей структуры ячеистые бетоны имеют сравнительно высокую гигроскопичность и воздухопроницаемость.
Эти условия были главными при выборе стенового материала для обеспечения комфортных условий в жилищном строительстве.
В дополнение к ним — способность быстро отдавать влагу с помощью обыкновенной пилы и т.п. (гвоздимость, разделка блоков с помощью обыкновенной пилы и т.п.), сравнительно невысокая стоимость.
Организации производства ячеистобетонных изделий несколько десятилетий назад предшествовал технико-экономический анализ, согласно которому стеновые блоки из ячеистого бетона более эффективны, чем строительный кирпич, так как при одинаковых требованиях по теплопроводности толщина и масса стен из ячеистобетонных блоков гораздо меньше.
По мнению специалистов Беларуси, технология производства ячеистобетонных изделий (из газобетона) имеет резервы, позволяющие повышать качество продукции в соответствии с предъявляемыми требованиями.

Действительно, свойства ячеистого автоклавного газобетона можно изменять на всех стадиях технологического процесса.
При приготовлении бетонной смеси решается вопрос о его плотности, теплопроводности, пористости и некоторых других свойствах.
При формировании ячеистобетонного массива выбирается тот или иной способ производства (литьевой, вибрационный, ударный) в зависимости от номенклатуры выпускаемой продукции. Если требуется динамическое воздействие при вспучивании ячеистобетонной смеси, то применяется ударный или вибрационный способы производства. Наиболее эффективным при прочих равных условиях считается ударный способ.
На стадии автоклавной обработки изменяется минералогический состав, и одновременно, посредством регулирования температуры, продолжительности изотермической выдержки и величины давления можно изменять прочность изделий на сжатие и растяжение, водостойкость, усадку, карбонизационную стойкость, трещиностойкость.
В то же время зарубежные специалисты (Россия) отмечают, что автоклавное производство ячеистого бетона выглядит сложным, насыщенным разным дорогостоящим оборудованием.
Производство продукции сопровождается высокой загазованностью и запыленностью и является малопривлекательным для работающих. Альтернативой ему, считают они, являются прогрессивные технологии безавтоклавного производства, разработанные в МГСУ НИИЖБе. Получаемый по их технологии ячеистый бетон имеет улучшенные прочностные свойства во времени (увеличивается жесткость, снижаются усадка, сорбционная влажность, воздухопроницаемость, улучшается звукоизоляционная способность (не менее 50дб)).
Плотность такого бетона — 450-500 кг/м 3, при этом арматура лучше защищена от коррозии.

В качестве примера одной из безавтоклавных технологий производства приводится мобильная установка по производству пенобетонных ячеистых блоков плотностью 300-500, 600-800, 800-1200 кг/м 3. Годовая производственная мощность 10 — млн. шт. условного кирпича. По мнению разработчиков, такая установка может быть установлена на действующем предприятии без обязательных строительных работ или на автомобиле с прицепом (КАМАЗ).
Характерной особенностью технологии производства является использование в качестве вяжущего только цемента.
Чтобы подтвердить или опровергнуть эту информацию и убедиться, что это не рекламный трюк, следует проверить эту информацию на месте, но это отдельный вопрос.
Исходя из приведенного, обращает на себя внимание отсутствие извести в сырьевой смеси, поскольку она играет весьма важную роль в современном производстве ячеистого бетона. Цемент же используется в основном для компенсации низкого качества извести и для уменьшения времени созревания ячеистобетонного сырца.
При плотности бетона 450-500 кг/м 3 на его долю приходится не более 6-12%.
Известь, кроме того, что играет важную роль в технологическом процессе, придает ячеистым блокам белый цвет, что играет не последнюю роль в привлекательности внешнего вида фасадов.
Однако с точки зрения технических эксплуатационных свойств, известь в смеси с молотым песком после кристаллизации в автоклаве подвергается активному воздействию (агрессии) со стороны углекислого газа (углекислоты), содержащегося в воздухе. В результате химической реакции (карбонизация) ячеистый бетон утрачивает первоначальные свойства устойчивости, например, изменяется напряженное состояние материала в связи с объемной деформацией.

Одним из эффективных способов борьбы с этим явлением является введение в смесь 20 и более процентов цемента (от веса вяжущего). Однако как утверждают технологи, увеличение содержания цемента более чем на 10% вызывает ухудшение качества гидросиликатной связки бетона.
До тех пор, пока к наружным стенам не предъявлялись высокие требования по теплосопротивлению, их толщина в 250-300 мм (из ячеистых блоков) вполне устраивала проектировщиков, поскольку высокая паропроницаемость позволяла естественно регулировать влажность воздуха внутри отапливаемого помещения, что важно для здоровья людей и принадлежащего им имущества.
С ужесточением требований по теплосопротивлению, когда коэффициент сопротивления теплопередаче рекомендуется в размере 3,5-5 м 2К/Вт, толщина стен из ячеистого бетона при плотности бетона 600 кг/м 3 и сорбционной влажности 5% увеличивается до 550 мм.
Но не только увеличение массивности ограждения способствует большему накоплению влаги в нем. Неодинаковая скорость отдачи влаги бетоном происходит под влиянием атмосферного воздействия, эксплуатационных факторов и т.п., например:
— ветровой напор препятствует диффузии водяного пара. А если он сопровождается проливным дождем, то при избыточном давлении на пористой поверхности вода проникает вглубь больше, чем это происходит при лабораторных испытаниях. Замерзание ее при температуре не выше -5°С (мягкий режим) ускоряет образование крупных скоплений льда, вызывающих разрушение поверхностного слоя;
— в результате жизнедеятельности человека и проживания в квартирах большего количества людей, чем это предусмотрено санитарными нормами, влажность воздуха находится на уровне 80-90%, что заметно превышает нормируемый показатель;
— скорость отдачи влаги бетоном уменьшается в 4-5 раз при выполнении наружного слоя из плотного бетона и т.п.
Долгое пребывание влаги в стене не только увеличивает теплопроводность, но и создает условия для размножения различных грибков и бактерий.
Очевидно, что для улучшения эксплуатационных свойств наружных стен для расчетов в ряде случаев лучше использовать показатель общее влагосодержание Wi согласно уровню влажности ячеистобетонных изделий в отопительный период как наиболее характерный для выявления теплопотерь, связанных с влажностью материала.

Ячеистый бетон благодаря своим теплоизоляционным свойствам в современном строительстве находит применение в виде строительных блоков, теплоизоляционных плит и стеновых панелей и др.
Преимущество ограждения из стеновых панелей по сравнению с кладкой из мелких блоков состоит в отсутствии большого количества швов, вызывающих дополнительные теплопотери. Кроме того, экономия затрат ручного труда способствует снижению стоимости работ.
Применение теплоизоляционных плит в слоистых стенах без доступа к ним воздуха замедляет скорость влагоотдачи до наступления равновесного влагосодержания ячеистого бетона.
То же можно сказать и об использовании ячеистобетонных теплоизоляционных плит в трехслойных панелях.
Известны 2-слойные панели, в которых внутренний слой выполнен из плотного бетона, а наружный — из ячеистого бетона, нанесенного в заводских условиях.
По-видимому, хорошо отлаженное производство ячеистобетонных однослойных панелей по существующей технологии обойдется дешевле, если внутренний слой будет иметь плотность в пределах 600-500 кг/м3, а наружный — не более 200 кг/м 3.
Получение ячеистобетонных блоков со смешанной плотностью можно осуществить известным способом путем склеивания, например, немелких блоков плотностью 600 кг/м 3 с легковесными ячеистыми блоками плотностью 200 и менее кг/м3.
По-видимому, менее трудоемким способом будет формование ячеистобетонного массива с неоднородной плотностью 600€150 кг/м3.
На рис. 1 и 2 приведены поперечные сечения фрагментов панелей (блоков) в прямоугольной проекции со смешанной (неоднородной) плотностью, получаемые путем склеивания (рис. 1) и при формовании ячеистобетонного массива (рис. 2).
Основные обозначения: 1. Слой бетона плотностью 600 кг/м3; 2. Слой клея; 3. Слой бетона плотностью не более 200 кг/м3; 4. Слой бетона плотностью 600-200 кг/м3.

Подготовил Николай МЕЛЬНИКОВ