Инновационные стеновые материалы

- потребительские требования для современных конструкций наружных стен;

- конкурентные стеновые материалы (эффективный кирпич, пустотелые блоки, пено- и газобетонные блоки, керамзитобетон и полистиролбетон, сендвич-панели).

Решение проблемы повышения долговечности наружных стен зданий является одним из направлений в реализации национального проекта «Доступное и комфортное жилье — гражданам России». Рост требований по энергосбережению, согласно СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 обусловил повышение теплозащитных качеств наружных стен. Согласно этим нормам оптимальная толщина стены должна теперь быть не менее предела, определяемого статическим и теплотехническим расчетами. Согласно современным нормативным требованиям стены из одинарного кирпича должны теперь возводиться толщиной в 1,5 метра. По существу произошел переход от санитарно-гигиенических критериев тепловой защиты зданий к экономическим, направленным на снижение расходов энергоресурсов на отопление зданий.

После этого в российском домостроении стали экспериментировать в части комбинирования материалов и конструкций наружных стен. Это потребовало радикальной переоценки материалов, применяемых в наружных ограждениях, и в первую очередь существенного изменения конструктивных решений наружных стен. В новом строительстве наружные стены сплошной однородной конструкции из таких традиционных материалов, как легкие бетоны, кирпич и дерево не удовлетворяют теплотехническим и экономическим критериям. Простое увеличение толщины стен с применением традиционных материалов задачу не решает. Расчеты и практика проектирования показали, что эффективной в этом случае может считаться стеновая конструкция с приведенным коэффициентом теплопроводности (так называемый коэффициент — «лямбда») в зависимости от климатических условий региона в диапазоне 0,07–0,14 Вт/(м К) при разумной толщине стены не более 0,4 метра.

Кроме того, одной из четко выраженных тенденций развития отрасли строительных конструкционных материалов является заметное увеличение выпуска материалов, отличающихся сравнительно невысокой массой, легкостью при применении, требуемой прочностью и т. д. В результате снижаются затраты на транспорт, снижается мощность монтажных средств, укрупняются конструкции, снижаются стоимость и трудоемкость строительства. Неслучайно во многих странах мира одним из важных критериев эффективности строительства является масса одного кубометра строительного объема здания, сооружения. Соответствующая величина при использовании современных материалов со сравнительно низкой средней плотностью может составлять 160 кг и менее. Если учесть, что соответствующая величина в нашей стране часто достигает 430 кг и более, то становится очевидно, сколь велики резервы снижения материалоемкости для отечественного дома будущего.

Стеновые блоки

В России назревает идейный бум в части применения стеновых материалов. Конкуренция между ними развернулась нешуточная. Каждый из них обладает теми или иными хорошими и плохими свойствами. Однако, скорее всего, разворот в определенную сторону уже сделан. Похоже, в стране грядет бум увеличения производства более простого, при этом не менее эффективного и потому одного из самых подходящих для массового строительства материала — ячеистого аэрированного бетона. Стена из ячеистого бетона чаще собирается из отдельных блоков (например, с размерами 600×300×200 мм). Ячеистым бетон назвали потому, что традиционная смесь из песка, цемента и воды затвердевает с образованием множества заполненных воздухом пор диаметром 0,5–2 мм. В результате такой строительный материал, оставаясь «несгораемым», более чем в три раза легче обычного бетона. Теплопроводность стены из него в 2–3 раза ниже, чем простой бетонной. Звукоизоляция — на 3 дб лучше, а паро- и воздухопроницаемость сравнимы с показателями деревянной конструкции. Всеми этими преимуществами ячеистый бетон обязан содержащемуся в нем воздуху. Блоки могут иметь точность размеров + (-) 1 мм, что позволяет вести кладку с минимальным зазором и использовать в местах соединений клеящие композиции. Наиболее часто используют три разновидности ячеистого бетона: газобетон, газосиликат и пенобетон, которые различаются по составу и способу образования пор.

Как ни странно, ячеистый аэрированный бетон — не достижение современных супертехнологий, этот материал появился в России уже почти семьдесят лет назад. В 30-е годы прошлого века советский ученый, строитель-экспериментатор Брюшков добавил в цементный раствор мыльный корень — растение, обитающее в Средней Азии и образующее пену. В итоге на свет появился новый строительный материал — пенобетон. Уже позже специалисты начали активно смешивать цемент с химическими добавками — пено- или газообразующими веществами (алюминиевой пудрой, клееканифольным раствором и др.). На основе этих разработок в России стали изготавливать строительные материалы из ячеистого бетона — блоки, перегородки, стеновые панели, которые по своим теплоизоляционным свойствам превышали кирпич и тяжелые бетоны в 3–5 раз.

Газобетон почти всегда содержит в себе известь и изготавливается с плотностью от 350 до 700 кг/куб. м (например, в заводских автоклавах). При плотности ниже 400 кг/куб. м его используют только для теплоизоляции, а при 400 кг/куб. м и более — в виде строительных блоков, армированных плит перекрытий, плит покрытий и перемычек для жилищного строительства. Если извести в исходном составе более 50%, то материал называют газосиликатом. Пенобетонные блоки не содержат извести и привлекательны тем, что могут изготавливаться не только в заводских условиях, но и непосредственно на стройплощадке.

Газобетон в настоящее время наиболее широко применяется в массовом и индивидуальном строительстве, особенно в сочетании с кирпичом, а также при монтаже вентилируемых фасадов. Благодаря точности нарезки и ровным поверхностям газобетонных блоков обеспечивается их плотная стыковка, что позволяет использовать клей вместо соединительного раствора. Это избавляет от необходимости применять дополнительные теплоизоляционные материалы, что в совокупности с уникально низкими теплопроводными свойствами бетона обеспечивает 25–30% экономии на отоплении при эксплуатации зданий. Помимо этого газобетон не горит, не гниет, является звукоизолирующим материалом, что существенно повышает комфортность и безопасность жилища из данного материала. Стоимость одного кубометра такого ячеистого бетона менее 80 долларов, что существенно ниже стоимости кубометра кирпича, кроме того, уменьшается и количество необходимых для строительства материалов, так что суммарная экономия может достигать 150–200% при улучшении потребительских характеристик и долговечности жилья.

Если говорить о многоэтажном домостроении, то с точки зрения заполнения наружных ограждающих конструкций газобетон имеет практически идеальные свойства. На сегодняшний день цена цемента, извести и вяжущих растет и по цементу уже достигает в некоторых местах до 100 евро за тонну. Между тем, если проанализировать удельные нормы расхода на куб изделия в различных стройматериалах того же цемента, то содержание этого связующего в газобетоне минимально. В результате чего еще увеличивается разрыв между структурой себестоимости нашего материала и аналогов, других строительных материалов.

Газобетон негорюч, и в первый час пожара при увеличении температуры на тысячу с лишним градусов его прочность лишь растет. Поэтому на сегодняшний день по всем нормативам МЧС, когда делают экспертизы проектов, шахты лифтов, эвакуационные выходы рекомендуют выполнять из данного материала.

В 45 странах мира (без участия стран СНГ) работает более 200 заводов ячеистого бетона. Наиболее распространенная мощность данных предприятий составляет 160–200 тысяч кубометров изделий в год. Во всем мире совокупный годовой объем производства аэробетона (ААС) составляет 43–45 миллионов кубометров.

Несмотря на явные преимущества нового материала, пенобетон в России поначалу не прижился. Причин тому было несколько: не было качественных пенообразователей, хороших агрегатов для изготовления пены и другого оборудования. По этой причине сегодня у многих строителей может возникнуть противоречивое отношение к газобетону. «Это связано с тем, что на рынке есть как качественный данный материал, так и материал, который выпускается на технологических линиях 60–70-х годов прошлого века. Тем не менее, несмотря на скептицизм, ежегодное увеличение спроса на данный материал составляет до 22–23%. Газобетон широко внедряется в жизнь, в российское домостроение, за счет чего идет вытеснение кирпича и огнеупорного, и силикатного.

Правда, по утверждению специалистов НИИЖБ, у пенобетона есть преимущество по сравнению с газобетоном — оно заключается в улучшении физических свойств со временем. Общий же недостаток всех блоков из ячеистого бетона — повышенная гигроскопичность. Поэтому стены из них лучше снаружи защитить какой-либо дополнительной отделкой, хотя есть примеры домов, простоявших 10 лет и без подобного покрытия.

Нельзя не упомянуть про другие поризованные бетоны и материалы на основе бетона.

Полистиролбетон — это разновидность легких бетонов, имеющих однородную ячеистую структуру. Состоит он из смеси цемента, воды и наполнителя (пенополистирольных гранул, обработанных специальной присадкой). Этот материал долговечен, обладает высокими тепло­, звукоизоляцией и прочностью, экологически безопасен, имеет низкую сорбционную влажность, морозостоек, паропроницаем. В сравнении с другими стеновыми материалами полистиролбетон имеет самый низкий коэффициент теплопроводности.

Полистиролбетон — строительный материал из группы бетонов на легких заполнителях. Керамзитобетон и вермикулитобетон — его ближайшие родственники. Принцип получения теплоэффективных строительных материалов малой плотности — это введение в тяжелый бетон легкого пористого заполнителя. В результате получается конструкция, совмещающая в себе положительные стороны тяжелых бетонов, однако лишенная большинства присущих ему отрицательных свойств. В группе бетонов на легких заполнителях именно в полистиролбетоне наиболее ярко раскрываются возможности пористого заполнителя низкой плотности в цементно-песчаной матрице. Низкая плотность полистиролбетона и совершенно уникальные показатели теплосопротивления делают этот материал необычайно востребованным в современном строительстве. Блок размером 500x300x200 мм весит 14–14,5 кг (в зависимости от плотности смеси (500–550 кг/см³), имеет предел прочности на сжатие не менее 1,3 МПа и сопротивление теплопередаче до 3,6 м²×^оC/Вт. Замковая система на верхней и нижней поверхностях блока исключает появление так называемых «мостиков холода (щелей и т. п.), а точность его размеров позволяет использовать при монтаже стены клеящие композиции.

Конкуренция между стеновыми материалами разыгрывается нешуточная. К примеру, на интернет-сайте производителей полистиролбетона можно прочитать, например, что при равных марках полистиролбетон прочнее пенобетона на 20%, полистиролбетон хорошо работает на растяжение (изгиб), пенобетон же на изгиб вообще не работает в отличие от пенобетона, полистиролбетон стоек к воздействию растворителей, бензина, масел, слабых растворов кислот и щелочей.

Исходным материалом для керамзитобетонных блоков служит керамзит (вспененная и обожженная глина), вода и цемент. Спекшаяся оболочка, покрывающая гранулу керамзита, придает ей высокую прочность. Именно поэтому керамзит, обладающий высокой прочностью и легкостью, является основным видом пористого заполнителя для данного вида блоков. Блоки из-за особенности структуры имеют более высокие, нежели у обычного бетона, звуко- и теплоизоляционные характеристики и обладают более высокой химической стойкостью при воздействии на них таких агрессивных сред, как растворы сульфатов, едких щелочей, углекислоты и т. д., а наличие крупного фракционированного заполнителя приводит к значительному снижению общего веса возводимых конструкций. Керамзитобетон по сравнению с тяжелыми бетонами обладает высокой структурной пористостью, что снижает его физико-механические характеристики, такие как прочность, морозостойкость, плотность. Однако изделия на основе керамзитобетона обладают достаточной хрупкостью по сравнению с обычными бетонами, что приводит к сужению спектра применения таких изделий. Кроме того, керамзитобетонные блоки имеют относительно высокую поверхностную пористость, что приводит к их повышенному влагопоглощению. Тем не менее по способности выводить антропотоксины, по степени паропроницаемости керамзитобетонный блок дает фору даже самому экологически чистому стройматериалу — дереву. Подобные строительные конструкции уже используются в Европе. В Германии, например, до 20% стен возводится из керамзитобетонных блоков.

По своим характеристикам к газобетону приближается поризованный кирпич. Для уменьшения массы кирпича, а также для повышения его теплозащитных свойств в процессе производства в сырьевую массу добавляют опилки, которые, выгорая при обжиге, создают микропоры. Кирпич становится более «теплым» за счет внутренней пористости материала. По сравнению с обычным кирпичом поризованный кирпич обладает более низкой плотностью, благодаря чему у него лучшие показатели по тепло- и звукоизоляции, однако коэффициент теплопроводности у него все равно в два раза выше, чем у газобетона. В то же время с ростом цен на цемент в России, когда даже такой «малоцементоемкий» материал, как газобетон, по цене почти что сопоставим с обычным кирпичом, поризованный кирпич может стать экономным и эффективным решением. Стена, правда, все равно должна быть толще.

Таблица 3. Сравнительные характеристики различных стройматериалов

Типовыми решениями исполнения стены, применяемыми в массовом строительстве, стали многослойные конструкции на гибких связях с минераловатным или пенополистирольным утеплителем с защитой утеплителя облицовочным кирпичом или тонкой фасадной штукатуркой, а также конструкции вентилируемого фасада. Данные конструктивные решения по ряду причин далеко не всегда гарантируют требуемое качество, предъявляемое к наружным ограждающим конструкциям. Одновременное обеспечение повышенных теплозащитных свойств и надежности наружных стен без увеличения их толщины в сочетании с высокой скоростью возведения потребовало применения новых конструктивных систем и технологий строительства.

Если проблема производства традиционных теплоэффективных стеновых материалов (крупноформатные блоки из газобетона, полистиролбетона и поризованной керамики) успешно решена, то в области производства стеновых изделий полной заводской готовности существует очевидный пробел.