Журнал "Технологии бетонов"

Журнал "Технологии бетонов" #2/2007 21.03.2007
Ячеистый бетон в современном строительстве
Легкий и теплый строительный материал - ячеистый бетон, почти 70 лет применяющийся в России и более 100 лет - за рубежом, может и должен помочь в успешной реализации жилищной проблемы страны. Ведь из 1 м3 минерального сырья за счет вовлечения воздуха можно получать до 3-4 м3 стенового материала. В статье анализируются современные достижения в отечественной и зарубежной практике строительства с применением ячеистого бетона.

Реализация национального проекта «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» наталкивается на ряд тормозящих факторов, в том числе - на дефицит качественных строительных материалов и конструкций. Упомянутым проектом предусматривается доведение ежегодных объемов жилищного строительства к 2010 г. до . 80 млн. м2. Учитывая, что в 2004 г. было построено около 41 млн. м2, в 2005 г. - 43,6, а за 2006 г. - 50,2 млн. м2, становится несколько тревожно за своевременное достижение плановых показателей.

С учетом современного зарубежного опыта для планомерного обновления жилого фонда и удовлетворения потребностей населения требуется возводить ежегодно порядка 1 м2 на одного человека, то есть довести в сравнительно недалеком будущем строительство жилья в нашей стране до 140-50 млн. м2 в год. Причем структура возводимого жилья также должна быть пересмотрена. В настоящее время на долю малоэтажного строительства в среднем по стране приходится около 40%, что, по мнению Д.А. Медведева, курирующего выполнение национальных проектов, весьма мало. К 2010 году эта доля должна составлять не менее 55-60%!

Совершенно естественно, что выполнение такой программы потребует изготовления огромного количества ограждающих конструкций, в том числе для стен и крыш жилых зданий. Среди наиболее эффективных для этих целей материалов, специалисты, как отечественные, так и зарубежные, выделяют ячеистые бетоны, относящиеся к группе легких бетонов и отличающиеся рядом уникальных свойств, в том числе замечательной звуко- и теплоизоляцией, а так же пожаростойкостью.

Последнее обстоятельство привлекает особое внимание европейских строителей.

В принятой европейским союзом директиве по строительным изделиям пожаростойкость является одним из важнейших критериев при оценке пригодности зданий и сооружений к эксплуатации. Результатами многочисленных испытаний установлено, что конструкции из ячеистого бетона не горят и не поддерживают горение, не содержат горючих компонентов, при горении не выделяют токсичных веществ, обладают высокими теплоизолирующими качествами, в том числе в условиях пожара, сохраняя в течение длительного времени целостность и несущую способность. Имеется опыт успешного использования ячеистого бетона и в конструкциях противопожарных преград и стен (брандмауэров).

Появление ячеистого бетона условно может быть отнесено к концу XIX века, когда в Германии были запатентованы способы ускорения твердения цементно-песчанных растворов в условиях повышенной температуры и давления, а также способы образования пор в цементно-гипсовых растворах, в том числе с применением металлических порошков (алюминия и цинка). В 1924 г. в Швеции был разработан и запатентован способ изготовления легкобетонных блоков из автоклавного ячеистого бетона, получивший фирменное название Durox, а затем в 1929 г. появился несколько видоизмененный материал под названием Ytong. Несколько позже, там же, в Швеции началось производство ячеистого газобетона под фирменным названием Siporex. По окончании Второй мировой войны в Германии, на предприятии «Hebel» началось производство крупноразмерных ячеистобетонных армированных стеновых панелей, которые должны были помочь быстро и экономично восстановить разрушенные промышленность и жилье. Панели составлялись из ячеистобетонных блоков с размерами 0,5x1,5x2,5 м, которые соединялись между собой металлическими тяжами.

Расширение географии производства ячеистых бетонов привело к созданию в конце 1960 годов в рамках «Европейского Комитета по Бетону» («ЕКБ») рабочей группы по ячеистым бетонам, которая уже на международном уровне приступила (кстати, с участием представителей от НИИЖБ) к разработке норм и стандартов в этой области.

В 1978 г. был опубликован первый международный документ «Autoclaved Aerated Concrete», представляющий собой руководство по проектированию зданий и технологии изготовления. В нём содержится подробная информация по способам производства и характеристикам автоклавного ячеистого бетона, расчетные и проектные соображения, а также технико-экономические расчеты и оценки. Документ содержит также многочисленные примеры возведения и эксплуатации зданий из этого материала.

В том же 1978 г. в рамках «Международного союза лабораторий по испытанию материалов» (RILEM) были созданы два комитета - 51ALC («Методы испытаний ячеистого бетона») и 78-МСА («Образцовые нормы по проектированию ячеистого бетона на основе методов испытаний RILEM»). По результатам многолетней работы упомянутых комитетов в 1993 г. были опубликованы рекомендации RILEM «Autoclaved Aerated Concrete» («Свойства, испытания, проектирование»), состоящие из трех больших разделов:

Рекомендуемая практика, включая нормируемые характеристики материала, расчет и проектирование конструкций, технологические особенности производства.
Методики определения свойств материала.
Экономические аспекты применения ячеистого бетона, перспективы его развития и примеры расчета типовых армированных и неармированных конструкций и изделий.
Интересно отметить, что в данных рекомендациях специальная глава посвящена расчету конструкций с учетом сейсмических воздействий. Опыт многолетнего применения зданий из ячеистого бетона в сейсмоо-пасных районах, например в Мексике, подтверждает его эффективность, как в малоэтажном, так и в высотном строительстве. Существенное снижение веса зданий и некоторые другие характеристики материала делают его применение достаточно привлекательным также и в сейсмоопасных регионах.

Нельзя не отметить также прекрасную обрабатываемость изделий из ячеистого бетона, причем всё это легко выполняется прямо на стройплощадке. Его пилят, сверлят и штробят, так же, как и изделия из дерева и ДСП. Для жильцов таких зданий определенный интерес представляет легкая возможность устройства анкерных креплений в стенах для различных хозяйственных нужд.

В Германии для этих целей используется целый набор устройств, с помощью которых к стене можно прикрепить элементы подвесной мебели и т.д. В журнале «BFT» № 1,2005 г. приведено описание 5 групп таких наиболее часто применяемых анкерных устройств.

Особо выделены те устройства, которые устанавливаются с фасадной стороны стен для фиксации элементов вентилируемых фасадов. В последнем случае внимание должно быть уделено защите анкеров от коррозии, обеспечению их достаточной прочности и долговечности. В статье приведены принципы подбора и способы определения прочности анкерных устройств, их взаиморасположение, способы устранения дефектов и повреждений и т.д.

В связи с малыми значениями модуля упругости ячеистого бетона и повышенной ползучестью под нагрузкой, его применение в плитах перекрытий стандартного размера не предусмотрено. Учитывая указанные обстоятельства и то, что ширина изготавливаемых по резательной технологии ячеистобетонных плит не превышает 75 см, специалисты из строительного института в Веймаре (Германия) изготовили и испытали экспериментальные композитные плиты перекрытий размером 2,5x6,0 м из обычного бетона с вкладышами из ячеистого бетона («BFT» № 12,2006). Результаты кратковременных испытаний подтвердили правильность расчетных предпосылок, выявили технико-экономическую целесообразность разработанной конструкции, а также возможность их применения в консольном варианте для устройства возможного балкона. Несколько опытных плит поставлено на длительные испытания.

Применение сборных, в том числе армированных элементов из ячеистого бетона, регулируется в Германии новым стандартом DIN 4223:2003-12, который создан с расчетом послужить одновременно и основой для разрабатываемого общеевропейского стандарта prEN 12 602. Стандарт DIN 4223 включает 5 частей, которыми регулируются вопросы производства, свойства материала, расчетные положения по проектированию, в том числе вопросы безопасности. Также даны рекомендации по оценке соответствия. В соответствии со стандартом армированные изделия маркируются буквенным знаком Р и дифференцируются по следующим классам прочности бетона: Р2,2; Р3,3; Р4,4 и Р6,6. Плотность бетона маркируется по классам от 0,40 до 0,80 шагом 0,05. Неармированные изделия маркируются знаком РР и дифференцируются по следующим классам прочности бетона: РР2, РР4, РР6 и РР8. Плотность бетона при этом маркируется по классам от 0,35 и 1,0.

Германия сегодня лидирует в производстве и применении ячеистого бетона в Европе. В 2004 г. 28 немецких предприятий произвели 3,4 млн. м3 неармированных и 250тыс. м3 армированных изделий. А всего в Европе более чем на 100 предприятиях ежегодно производится порядка 18 млн. м3 изделий.

В 1988 г. производители ячеистого бетона в Европе объединились в Ассоциацию, одной из основных целей которой было и остается участие в разработке европейских стандартов для отрасли.

Наиболее крупным объединением предприятий ячеистого бетона в Германии является группа «Xella International», объединившая компании «Ytong», «Hebel», «Silka» и некоторые другие. Группа «Xella» известна своим прекрасно оборудованным исследовательским Центром в Бранденбурге, где ведутся работы по совершенствованию процессов производства ячеистого бетона, дальнейшему улучшению его качеств и, что самое главное, по совершенствованию конструкций и изделий, способам их соединения, отделки, в том числе, по улучшению их поведения при действии различного рода нагрузок: монтажных, ветровых и сейсмических. В Центре ведется также работа по подготовке и совершенствованию кадров для промышленности.

Некоторые компании по производству ячеистого бетона выступают в качестве поставщиков аналогичного оборудования. Но существуют и компании, которые специализируются только на изготовлении, поставке и обслуживании такого оборудования. Так, например, фирма «Hess AAC Systems B.V.», (Нидерланды) изготавливает и поставляет' оборудование во многие страны мира, в том числе в США, Японию, Корею и др. При этом фирма занимается и реконструкцией устаревших предприятий. Сегодня, например, она занимается реконструкцией завода «Elpreco Craiova» в Румынии, где часть вышедшего из строя оборудования замещается, а часть - восстанавливается.

Компания «Masa Henke GmbH» из Германии реализует контракт по поставке высокоавтоматизированного завода по производству ячеистобетонных блоков в Абу Даби. Производительность завода, который будет запущен в конце 2007 г., составляет 1200 м3 блоков в день, полная стоимость контракта - около 22 млн. евро, включая пуск завода и обучение персонала.

Возвращаясь к состоянию дел в России, хочется отметить весьма знаменательное для отрасли событие. 30 января 2007 г. в НИИЖБ - филиале НИЦ «Строительство» после многолетнего перерыва состоялось обсуждение разрабатываемых отечественных стандартов «Бетоны ячеистые автоклавного твердения» и «Изделия из автоклавного ячеистого бетона». Присутствовавшие на обсуждении специалисты с сожалением отмечали тот факт, что практика в стране существенно опередила науку. В конце 50-х годов из Польши в СССР было поставлено несколько предприятий по производству ячеистого бетона производительностью 200 тыс. м3 каждый. Для создания норм по проектированию и разработке соответствующих стандартов в НИИЖБ, а также в С-Петербурге и Екатеринбурге были созданы специальные лаборатории, которые вели активную работу в этом направлении. Были созданы документы по проектированию, стандарты на испытания, рекомендации по технологии изготовления, монтажу конструкций, отделке, эксплуатации и т.д. Объемы ежегодного изготовления превысили 3 млн. м3, причем наибольшее распространение получили крупноразмерные конструкции, в том числе размером с комнату. Однако в 90-е годы производство ячеистого бетона в стране существенно сократилось, большинство лабораторий закрылось, а наука перешла на самообслуживание. Наметившееся в последние годы оживление на строительном рынке не замедлило сказаться и на этой отрасли. Вошли в действие и строятся новые современные заводы общей производительностью свыше 3,5 млн. м3, где применяются передовые зарубежные и отечественные технологии, обеспечивающие получение бетонов с высокими технико-экономическими показателями.

Проводимые сертификационные испытания этих бетонов в соответствии с отечественными стандартами 1970-80-х гг. выявили несоответствие характеристик современных отечественных бетонов требованиям этих стандартов, что является определенным тормозом в их широком применении. Лабораторией ячеистых бетонов НИИЖБ (Т.А. Ухова) при технической и финансовой поддержке и участии указанных заводов подготовлены проекты стандартов и организовано их обсуждение на секции НТС НИИЖБ. Проекты одобрены в качестве основы и работа над ними будет продолжена с учетом замечаний рецензентов. К сожалению, указанные стандарты не охватывают ячеистые бетоны неавтоклавного твердения, использующиеся и в монолитном исполнении, и по которым в последнее время имеются значительные достижения как в технологии, так и в изготовлении соответствующего оборудования.

Совершенно естественно, что ячеистые бетоны, как и другие строительные материалы, наряду с замечательными свойствами обладают и некоторыми отрицательными, в том числе повышенной отпускной влажностью, что должно учитываться при проектировании и эксплуатации зданий. Поэтому на повестку дня настойчиво просятся для соответствующей проработки, наряду со стандартами по неавтоклавным бетонам, также и рекомендации по монтажу и эксплуатации зданий из ячеистого бетона.

В.П. Трамбовецкий, к.т.н., НИЦ «Строительство»