Бетон, как стеновой материал. Ретроспектива и перспектива

Рассматриваютсяособенности применения ячеистых бетонов в качестве стеновых материалов.

Долгоевремя распространённой в жилищном строительстве была стена толщиной 51 или 64 см, выполненная изсплошного глиняного кирпича (в 2 или 2,5 кирпича). Её термическое сопротивление— около 1 м2•°C/Вт — особыхпретензий не вызывало. Однако в 1995 г. вводится изменение № 3 СНиП «Строительная теплотехника»,согласно которому требуемые теплозащитные характеристики ограждающих элементов,в том числе и стен, увеличены примерно в 3 раза. Вследствие чего расчётнаятолщина кирпичной стены резко увеличилась, стена стала неприемлемой и дляархитектурно-планировочных решений, и по транспортным расходам, и потрудоёмкости возведения, и по имеющейся производительности кирпичных заводов.

Позднеевыяснилось, что стена здания является не единственной, а зачастую и не главной,причиной теплопотерь и с директивой об утроенной толщине стены слегкапогорячились. Но на проблему обратили внимание.

Надосказать, что указанная толщина традиционной кирпичной стены характерна и длядругих стран с тем же климатом. Чем же она обусловлена? В первую очередь —экономическими соображениями: независимо от вида используемого строительногоматериала, чем стена толще, тем она дороже, но тем меньше расход энергоресурсовна отопление здания. Соотношением этих двух статей затрат и обусловлена толщинастены. Причиной принятия непопулярного решения об увеличении требуемойтеплозащиты могло быть повышение цен на энергоресурсы.

Имеющиесяна Земле энергоресурсы — уголь, нефть, газ — можно считать невосполняемыми, иэто допускает возможность дальнейшего повышения цен на энергию. Аследовательно, независимо от того, как мы расцениваем изменение № 3, следуетподумать об альтернативе кирпичной стене, которая пока ещё является весьмараспространённой.

Теплозащитнаяхарактеристика любой однородной (однослойной) стены определяется, в первуюочередь, её термическим сопротивлением RТ

RТ = /, (1)

где — толщина стены,

 —коэффициент теплопроводности.

Из формулы 1следует, что повысить термическое сопротивление можно не только за счётувеличения толщины стены , но и путёмуменьшения коэффициента теплопроводности , который является степенной функцией плотностиматериала 

=T•, (2)

где Т —коэффициент пропорциональности,

v > 1.

Из формулы 2видно, что уменьшить коэффициент теплопроводности  можно за счёт снижения плотности .

Плотность — определяющий фактор теплопроводностилюбого материала. Для кладки из сплошного глиняного кирпича нацементно-песчаном кладочном растворе плотность составляет 1800 кг/м3(для сравнения: плотность обычного тяжёлого бетона — 2400 кг/м3, чтоделает его совершенно непригодным для однослойных стен отапливаемых зданий).

Но существуют лёгкие и ячеистые бетоны. Например,подавляющая масса современных конструкционно-теплоизоляционных ячеистобетонныхизделий (стеновые блоки и панели, плиты покрытий и перекрытий) имеют плотность600–700 кг/м3. Такую же плотность могут иметь и некоторые видылёгких бетонов на пористых заполнителях. Это говорит о большей перспективноститаких материалов по сравнению с кирпичной кладкой. Следует добавить, что кромеухудшения теплозащитных характеристик высокая плотность материала приводит кповышенному расходу сырья, т. е. увеличивает затраты на его добычу,транспортировку и переработку, повышает не только материальные, но и трудовые иэнергетические затраты, причём как при изготовлении, так и при монтажеограждающих элементов.

подавляющая масса современныхконструкционно-теплоизоляционных ячеистобетонных изделий имеют плотность600–700 кг/м3

Опытным путём было установлено, что для самонесущихстен вполне достаточна прочность материала 25–35 кг/см2. С этогомомента бетон (лёгкий и ячеистый) потеснил кирпич, и вся страна покрылась лесом«хрущёвок», которые хоть ныне и ругают (в основном заархитектурно-планировочные решения), но в свое время это было большим благомдля народа.

Если термическое сопротивление традиционной,испытанной веками, кирпичной стены (толщина 64 см;  = 0,7 Вт/м•°C) принять за эталон, то стена с такой же степеньютеплозащиты, выполненная из керамзитобетона (плотность — 1000 кг/м3;  = 0,33Вт/м•°C) будет иметь толщину 30 см, а из ячеистого бетона(плотность — 600 и 400 кг/м3;  = 0,22 и 0,14 Вт/м•°C) 20 и 13 см соответственно. Но если бы попытались применить длястены тяжёлый бетон, то её расчётная толщина была бы 160 см. Попытка утроитьтермическое сопротивление кирпичной стены приводит к увеличению её толщины до 180 см (а керамзитобетонной— до 90 см).В то же время, толщина ячеисто-бетонной стены плотностью 600 и 400 кг/м3вполне приемлема — 60 и 40 смсоответственно.

Стеновые панели из ячеистого бетона плотностью 600кг/м3 широко применяются и успешно эксплуатируются уже несколькодесятилетий.

Может возникнуть вопрос об использования ячеистогобетона плотностью 400 кг/м3. За рубежом такие стены давноиспользуют, а у нас — опасаются. Действительно — такую стену можно расковырятьотвёрткой, она сильнее намокает от дождя, в зоне сильных ветров можетвозникнуть эффект продуваемости.

Однако против всего этого давно найдено противоядие,это — вариатропия. Созданопромышленное оборудование и отработана заводская технология создания на поверхностиячеистобетонных изделий защитного слоя переменной плотности, заданной толщины ис другими регламентированными свойствами, включая гидрофобность,атмосферостойкость и др. При средней плотности бетона в изделии 400 кг/м3плотность фибрового слоя может иметь любую заданную величину в пределах600–1300 кг/м3 и прочность до 100 кг/см2. При этомрешаются проблемы и поверхностной твердости, и водопоглощения, и продуваемости.В крайнем случае, для стен первого этажа может быть применена обкладкакирпичом.

при средней плотности бетона визделии 400 кг/м3 плотность фибрового слоя может иметь любуюзаданную величину в пределах 600–1300 кг/м3 и прочность до 100 кг/см2

Современные нормативные документы относятотечественные ячеистые бетоны плотностью 400 кг/м3 ктеплоизоляционным, но не к конструкционно-теплоизоляционным материалам, т. е.не допускают их применения для изделий, воспринимающих расчётную нагрузку. Этопредставляется не вполне правильным. Особенно на фоне зарубежной практики,которая даже не предусматривает возможностей вариатропии.

Директивное повышение требований к термическомусопротивлению может быть оспорено, отменено или скорректировано другойдирективой. Но, независимо от этого, перспективный стеновой материал — вовсе некирпич, а бетон, особенно ячеистый (газобетон и пенобетон). Кроме повышенныхтеплозащитных свойств и связанной с этим минимальной материалоёмкости, этибетоны обладают и другими важными преимуществами: они, как и древесина,«дышат», что имеет особое значение, когда речь заходит о лёгочных, суставных исердечно-сосудистых заболеваниях; но, в отличие от древесины, бетоны не гниют ине горят. В Швеции, например, из этого материала возводится до 80 % всехзданий.

Промышленное производство ячеистых бетонов в значимыхмасштабах началось в нашей стране в начале 60-х годов прошлого столетия. Дляконструкционно-теплоизоляционных изделий (в том числе для стеновых панелейразмером «на комнату») использовали ячеистый бетон плотностью 800, 900, 1000,1100, 1200, 1300 и 1400 кг/м3. Но уже в 70-х годах диапазонплотностей уменьшился (официально утверждены марки по плотности, от D600 до D1200, с той жеградацией — через 100 кг/м3). Сегодня, почти повсеместно, диапазонуменьшился до 600–700, иногда конструкционно-теплоизоляционный ячеистый бетон делаютплотностью 500 кг/м3. Ячеистые бетоны подразделяются на рядфиксированных классов по прочности на сжатие (МПа): 2,5; 3,5; 5 и др.

Эти материалы имеют своеобразный, пока ещё неиспользуемый, резерв, позволяющий существенно повысить эффективность их использованияв стенах отапливаемых зданий. Технология ячеистых бетонов располагает приёмами,позволяющими на некоторую величину повысить их прочность. Это — и различныедобавки, и активация ингредиентов, и корректировка режимных параметров и др.Чаще всего это полумеры, которые не дают возможности перевести бетон в болеевысокий класс по прочности на сжатие или снизить его плотность на целую марку,а потому указанными возможностями частенько пренебрегают или, в лучшем случае,используют их для экономии цемента.

Между тем, любой ячеистый бетон обладает темзамечательным свойством, что сколь угодно малый резерв его прочности (т. е.превышение фактической прочности над регламентированной) позволяет на известнуювеличину снизить его плотность, поскольку прочность является функциейплотности. Снижение же плотности, даже на 5–10 %, независимо ни от чего, даётмассу преимуществ:

1. Сокращается объём добываемых (приобретаемых)сырьевых материалов, включая транспортирование, контроль качества и первичнуюпереработку.

2. Сокращаются трудовые и энергетические затраты наформование изделий и технологический транспорт.

3. Сокращаются затраты тепла на гидротермальнуюобработку изделий, поскольку расход энергии на автоклавирование и пропаркусвязан не с физико-химическими процессами твердения бетона, а только с еготеплоёмкостью, зависящей от плотности изделий.

4. Сокращаются трудовые и энергетические затраты натранспортирование и монтаж готовых изделий.

5. Появляется возможность сокращения затрат тепла наотопление зданий.

6. Появляется возможность уменьшения толщиныограждающих элементов при сохранении их теплозащитных характеристик, аследовательно — уменьшения площади застройки и площади приобъектных складов,повышения загрузки транспортных средств.

Чтобы реализовать перечисленные возможности, не нужностроить новые заводы и приобретать дополнительное оборудование — достаточноучитывать возможные экономические потери.

Использованию такого резерва серьёзно помогло быдирективное изменение принятой градации плотностей ячеистого бетона.Целесообразно для конструкционно-теплоизоляционного ячеистого бетона ввестиследующие марки по плотности: D400, D450, D500, D550, D600, D650 и D700. Неисключается целесообразность введения и более мелких градаций.