Производство и применение монолитного теплоизоляционного пенобетона в строительстве

Главная / Полезные материалы про пенобетон

Существенным, но не всегда оправданным, ужесточением нормативных документов по теплозащите ограждающих конструкций в Российской Федерации был спровоцирован выход на строительный рынок новых теплоизоляционных материалов и возрождение интереса к старым. После введения в действие изменений № 2 СНиПII-3-79* «Строительная теплотехника» прошло 10 лет, по прошествии которых, стало возможным дать первые оценки результатов практической реализации изменений системы нормативной документации в строительстве.

Маркетинговый анализ строительного рынка показывает, что основным, на сегодняшний день, теплоизоляционным материалом в строительной индустрии остаются изделия из полистирольного пенопласта. Следующим, по объему применения в строительном деле, теплоизолятором являются минераловатные плиты. Решение об использовании именно этих «эффективных» утеплителей принимается проектными организациями, чаще всего, на основании указанных производителем данных по теплопроводности. Стандартными стеновыми конструкциями с применением пенополистирольных и минераловатных плит для Белгородских проектных организаций являются разного рода слоистые стеновые конструкции. При теплоизоляции ограждающих конструкций описанным выше способом возникают следующие проблемы: монтаж утеплителя в теле слоистой стеновой конструкции должен проводиться с обязательным приклеиванием слоя теплоизолирующего материала к одной из стен, для ограничения конвективного теплообмена через швы между изделиями. На самом деле, рабочие каменщики, ведущие монтаж утеплителя, ограничиваются более или менее равномерным размещением плит минеральной ваты и пенополистирола в готовой пазухе слоистой кладки, поскольку и внутренняя и наружная стена возводятся одновременно, что приводит к возникновению теплопроводных включений (рис. 1). Так, уже на стадии возведения ограждающих конструкций, реальные теплофизические характеристики слоистой кладки не соответствуют заявленным в проекте. Далее, по мере эксплуатации, изменяются теплозащитные самих материалов: идет окислительная температурная деструкция полистирола, неустойчивый температурный режим слоистых конструкций предопределяет уплотнение, увлажнение, деформации, биологические повреждения теплоизоляционных материалов (как полимерных, так и волокнистых). Кроме того, прогнозируемый срок службы полимерных и волокнистых утеплителей составляет 20…30 лет, в то время как все остальные стеновые материалы (керамический и силикатный кирпич, бетон) имеют минимальный срок эксплуатации 50 лет. Особенно неудачным следует признать использование при строительстве капитальных сооружений таких материалов, как пеноизол (карбамидо-формальдегидный пенопласт) и мягкие минераловатные изделия. К сожалению, последствия подобной порочной практики утепления с трудом поддаются строгому численному анализу, что в свою очередь порождает безнаказанность использования в строительстве описанных выше материалов и конструкций.

Рис. 1. Теплоизоляция ограждающих конструкций изделиями из пенополистирола. Видны разрывы сплошности теплоизоляционного слоя.

Цементные пенобетоны естественного твердения уже сейчас составляют конкуренцию существующим теплоизоляционным материалам. Но, нормативная документация, регламентирующая производство пенобетонов в России не отвечает современным возможностям этой технологии. В частности, минимально возможная плотность неавтоклавного пенобетона, получить которую возможно согласно ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия» составляет 400 кг/м³ . Современное развитие техники и технологии производства неавтоклавного пенобетона позволяет с уверенностью говорить о возможности стабильного получения пенобетона более низких плотностей, чем указано в ГОСТ 25485-89. Такое несоответствие теории и практики порождает следующие проблемы: конструкционный и конструкционно-теплоизоляционный пенобетон плотностью 500…1200 кг/м³ находит широкое поле применения при строительстве самых разнообразных объектов. Если речь идет об индустриальном строительстве, то по большей части мелкоштучные изделия пенобетона плотностью 500…600 кг/м³ используются в качестве самонесущих ограждающих конструкций в каркасном домостроении. Изделия из конструкционного пенобетона плотностью 700…800 кг/м³ используются строительной индустрией для возведения несущих стен малоэтажных зданий. В то же время теплоизоляционный пенобетон плотностью ниже 400 кг/м³ практически не применяется. Широкому распространению особо легких пенобетонов в строительстве мешает не только отсутствие нормативной документации, но и наличие отлично подготовленной нормативно-правовой базы для использования в строительстве пенополистирольных пенопластов и минераловатных плит. Однако если во время подготовки этой документации широкомасштабное применение описанных «эффективных» утеплителей в жилищном строительстве сдерживалось пониженными нормами по теплозащите зданий, то сейчас это ограничение снято. Соответственно, строительные организации и частные застройщики поставлены в условия, когда применение органических утеплителей и волокнистых утеплителей оказывается едва ли не единственным экономически оправданным решением.

Таким образом, кроме технологических проблем с производством особо легких пенобетонов, при его использовании возникают неразрешенные на сегодняшний день нормативно-правовые вопросы. Каждое предприятие, решившееся на выпуск пенобетона, плотностью ниже 400 кг/м³ должно отдавать себе отчет в том, что согласование применения такого материала в местных разрешительных организациях целиком ляжет на ИТР предприятия. Здравая логика подсказывает, что для создания нормативной базы применения пенобетона в строительстве на федеральном уровне в ближайшее время потребуются согласованные усилия всех заинтересованных организаций. Авторы предлагают провести первый этап этого мероприятия на базе Белгородского Государственного Технологического Университета, с привлечением ресурсов других высших учебных заведений.

Возрождение технологии неавтоклавных пенобетонов в Российской Федерации началось мелкими и средними предприятиями, имеющими ограниченное количество материальных ресурсов. Подавляющее большинство этих организаций наладило выпуск мелкоштучных изделий из пенобетона в кассетной опалубке. Уровень изготовления опалубки не позволял достичь геометрии блоков, достаточных для удовлетворения требований ГОСТ 21520-89 «Блоки из ячеистых бетонов стеновые мелкие». Проблема достижения геометрии пенобетонного блока, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 21520-89 для кладки на клею актуальна и сегодня. Некоторого прогресса удалось добиться использованием резательной технологии получения стеновых блоков из пенобетона. Но в целом надо отметить, что появление резательного оборудования для производства пенобетона на момент написания статьи не столько решило проблемы неудовлетворительной геометрии изделий из пенобетона, сколько поставило новые. Так, в основном, на рынке строительной техники представлено оборудование для резки массивов пенобетона в пластичном состоянии. Это оборудование предусматривает жесткие требования по организации рабочего процесса на предприятии, по соблюдению технологического регламента производства. Не решена проблема ядрового перегрева массива. Кроме того, отклонения в размерах изделий из пенобетона, из-за наличия так называемого «драконового зуба» на поверхности блока, в лучшем случае соответствуют требованиям ГОСТ 21520-89 для блоков, укладка которых ведется на растворе.

Применяя монолитный пенобетон, уже сегодня возможно производить строительные конструкции, соответствующие всем требованиям имеющихся нормативных документов, а в некоторых случаях – превосходящие их. Все, описанные выше трудности, с которыми сталкивается производство мелкоштучных изделий из пенобетона, при монолитном изготовлении конструкций сведены до минимума. Причем в этом случае, полностью используются основные достоинства технологии производства пенобетона: некритичность к температуре окружающей среды, точности дозирования сырьевых компонентов; вариативность свойств вяжущего и заполнителей. Средняя плотность пенобетона, определяющая основные характеристики получаемого материала, поддается несложной корректировке в процессе производства. Материальные затраты на организацию производства монолитного пенобетона несопоставимы с инвестициями в изготовление мелкоштучных изделий из пенобетона (отсутствует необходимость в опалубке, резательном комплексе, камерах тепловой обработки и наконец производственных помещениях). Себестоимость монолитного пенобетона ниже себестоимости мелкоштучных изделий, поскольку выработка рабочего, производящего монолитный пенобетон, выше выработки рабочего в цехе, минимизируется энергопотребление, нет внутрицеховых и внутризаводских расходов. Качество получаемого материала выше: нет теплопроводных включений в теле конструкции в виде растворных швов.

Оборудование для производства монолитного пенобетона должно отвечать следующим требованиям:

•  мобильность, а значит и простота оборудования, возможность минимизации подъемно-транспортных операций;
•  минимальная площадь размещения оборудования (рис. 2, рис. 3);
•  минимально возможное количество технологических переделов при производстве пенобетона (см. рис. 3, рис. 4);
•  возможность легкой корректировки состава (особенно необходимо при работе на «давальческих» сырьевых компонентах);
•  использование отечественных сырьевых компонентов

Рис. 2 Рабочее место по производству монолитного пенобетона по одностадийной технологии. Показан процесс загрузки пенобетоносмесителя.

Всем этим требованиям отвечает приготовление пенобетона методом аэрации водного раствора сырьевых компонентов под избыточном давлением. В самом деле, для этой технологии требуется минимум оборудования: смеситель, компрессор, рукава подачи воздуха в смеситель и выгрузки готовой пенобетонной смеси. Не требуются достаточно трудоемкие технологические переделы приготовления рабочего раствора пенообразователя и самой пены (см. рис. 4). Малая масса и малое количество оборудования позволяет значительно сократить время работы подъемно-транспортных механизмов. Надежность работы самого смесителя легко достижима конструктивными особенностями смесителя.

Рис. 3 Технологическая схема одностадийного производства
монолитного пенобетона.

Рис. 4 Технологическая схема двухстадийного производства
монолитного пенобетона

В ближайшее время можно прогнозировать резкое увеличение количества участков по производству монолитного пенобетона, как в виде самостоятельных организаций, так и виде структур, входящих в состав крупных строительных корпораций. В состав участка должен входить оператор пенобетоносмесителя и один - два рабочих подсобника, что при технически верно подобранном оборудовании и грамотной организации технологического позволяет производить 30…70 м³ пенобетонной смеси в день. Некоторое препятствие широкому распространению такого рода организаций могут составить указанные выше нормативно-правовые проблемы производства пенобетона, но пути их решения известны и, скорее всего, в ближайшее время они будут преодолены.

Обобщая информацию, изложенную выше, можно отметить, что пенобетон, в особенности пенобетон низких плотностей (ниже 400 кг/м³) в ближайшее время должен стать альтернативой штучным изделиям из пенопластов и волокнистых теплоизоляционных материалов и именно в аспекте его монолитного производства по одностадийной технологии. Для форсирования этого процесса потребуется консолидация усилий большинства производителей строительного оборудования для получения пенобетона, заинтересованных строительных организаций и, несомненно, научного потенциала соответствующих ВУЗов.