ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВОЗВЕДЕНИЯ СТЕН И ПЕРЕГОРОДОК ИЗ ЯЧЕИСТОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ НА ПЕНОПОЛИУРЕТАНОВЫЙ КЛЕЙ

А.С. ГОРШКОВ, канд. техн. наук, доц., ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»,

Е.С. НИКИФОРОВ, доц., ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики»г. Санкт-Петербург

   Кладка стен из ячеистобетонных изделий (газобетонных блоков) автоклавного твердения, выпускаемых по ГОСТ 31360 [1], является в настоящее время одной из наиболее аспространенных технологий домостроения в Российской Федерации.

   Кладка из газобетонных блоков применяется при возведении несущих, самонесущих и ненесущих наружных и внутренних стеновых ограждающих конструкций современных зданий, как высотных многоквартирных, так и малоэтажных частных. Изделия из автоклавного газобетона обладают относительно небольшой теплопроводностью (по сравнению с другими типами конструкционно-теплоизоляционных изделий), что определяет их достаточно высокую эффективность с точки зрения тепловой защиты. Однако при возведении стен из мелкоштучных газобетонных изделий требуется применение цементных (скрепляющих блоки в кладке друг с другом) растворов, в качестве которых обычно используются либо цементно-песчаные растворы, либо тонкослойные цементные клеи.

   Наличие цементных швов в кладке приводит к образованию так называемых «мостиков холода», т. к. теплопроводность растворов, применяемых для склеивания блоков в кладке, значительно выше теплопроводности ячеистого бетона марок по плотности D400-D600. Таким образом, швы кладки обусловливают дополнительные потери тепловой энергии, которые при использовании тонкослойных клеев могут достигать 10 %, а при использовании цементно-песчаных растворов – 30 % дополнительных затрат тепловой энергии по сравнению с массивом из ячеистого бетона [2]. Все эти дополнительные потери энергии приводят к необходимости увеличения расчетной мощности системы отопления и. как следствие, увеличению расхода в здании тепловой энергии на отопление.По этой причине для дальнейшего совершенствования кладки из газобетонных блоков требуется разработка скрепляющих кладку составов, характеризующихся низкими значениями теплопроводности и обеспечивающих при этом требуемую адгезию между блоками и не ухудшающими другие важные показатели ограждающих конструкций, такие как прочность, трещиностойкость, огнестойкость и др.Одним из вариантов улучшения теплоизоляционных свойств кладки из газобетонных блоков является использование в качестве скрепляющих отдельные блоки в кладке составов однокомпонентных полиуретановых клеев.

   Описание эксперимента16.08.2011 г. на территории одного из предприятий по выпуску изделий из автоклавного газобетона был проведен эксперимент по изготовлению фрагмента стены из газобетонных блоков марки по плотности D400 на пенополиуретановый клей (далее по тексту, – ППУ-клей). Цель эксперимента: проверка возможности и технологичности выполнения кладки из газобетонных блоков на полиуретановый клей (вместо цементного клея или цементно-песчаного раствора).

   В целом, несмотря на выявленные недостатки, возможность устранения которых была доказана при проведении последующих технологических испытаний, эксперимент оказался положительным.

   По истечении трех суток с момента возведения экспериментального фрагмента были проведены его контрольные замеры. Существовала вероятность, что после отверждения монтажная пена в швах кладки может увеличиться в размерах, что приведет к деформированию кладки, нарушении ее плоскостности и вертикальности. Результаты контрольных замеров показали, что отклонения линейных размеров фрагмента до и после затвердевания клея не превысили погрешности измерений. Данное обстоятельство свидетельствует о том, что исходная толщина горизонтальных и вертикальных швов после отверждения однокомпонентного пенополиуретанового клея практически не изменилась. Предпринятая в этот же день (спустя трое суток с момента монтажа фрагмента кладки) попытка механического разделения блоков боковыми усилиями не увенчалась успехом.

   Попытки выбить блок из кладки с использованием резинового молотка привели к разрушению газобетонного блока. Фрагмент стены разрушался по телу блоков, но не по швам конструкции, как можно было предположить изначально.На основании проведенного первичного эксперимента был сделан вывод о том, что представленная технология возведения кладки стен из газобетонных блоков на пенополиуретановый клей технологически возможна и экономически целесообразна. Однако, для возможности ее воплощения в реальных проектах требуется проведение серии необходимых испытаний, а именно:- определение прочностных и деформационных показателей кладки;- определение теплофизических параметров кладки (сопротивление теплопередаче);

- определение воздухопроницаемости кладки;

- определение огнестойкости кладки;

- оценка производительности выполнения монтажных работ при возведении данного типа кладки, определение расхода пенополиуретанового клея на возведение 1 м3 кладки.

   Основным преимуществом данного типа кладки является то обстоятельство, что теплопроводность пенополиуретанового клея, применяемого для скрепления газобетонных блоков в кладке стен, значительно ниже теплопроводности самого газобетона. По этой причине теплоизоляционные (теплозащитные) свойства данного типа кладки оказываются существенно выше (лучше) свойств кладки из блоков, выполненной на любом типе цементного клея, а тем более цементно-песчаного раствора со средней толщиной швов в кладке 10 мм (наиболее распространенного при строительстве многоквартирных зданий варианта возведения наружных стен из газобетонных блоков).По результатам проведенного эксперимента был определен перечень необходимых испытаний и разработана программа испытаний, которая была реализована в последующие, с момента проведения первого эксперимента, полтора года.

   Результаты испытанийПроизводительность работ. Рекомендации по расходу ППУ-клея на возведение 1 м3 кладки С целью оценки производительности работ по монтажу фрагментов стен из азобетонных блоков на ППУ-клей (монтажную пену) и проверки технологичности выполнения данного вида монтажных работ были сложены 4 (четыре) экспериментальных фрагмента кладки из блоков различной толщины (100, 200, 300 и 375 мм). Объем каждого испытуемого фрагмента составил не менее 1,4 м3

   Время (продолжительность) выполнения монтажных работ при сборке 4 (четырех) экспериментальных фрагментов стен различной толщины на ППУ-клей составило:

375 мм – 45 мин при монтаже 1 м3кладки;

300 мм – 40 мин при монтаже 1 м3кладки;

200 мм – 40 мин при монтаже 1 м3кладки;

100 мм – 1 час 20 мин при монтаже 1 м3кладки.

   На основании полученных экспериментальных данных были разработаны рекомендуемые значения расхода ППУ-клея при кладе блоков толщин:

375 мм – 1 баллон на 1 м3кладки;

300 мм – 0,8 баллона на 1 м3кладки;

200 мм – 0,75 баллона на 1 м3кладки;

100 мм – 0,75 баллона на 1 м3кладки.

Прочностные испытания

   Прочностные испытания фрагментов стен из газобетонных блоков на ППУ-клее проводились на поверенном оборудовании ЗАО «Испытательный центр ВНИИГС» (192019, г. Санкт-Петербург, ул. Хрустальная, дом 18, офис 113; Аттестат аккредитации № РОСС RU. 0001. 21СЛ 35 действителен до 14.10.2014) под руководством заведующего лабораторией Харченко А.П.

Огнестойкость

   Испытание перегородки из блоков неармированных 625×250×100 мм из ячеистого бетона автоклавного твердения (марки изделий по плотности D400, класса по прочности на сжатие не менее В2, толщиной не менее 100 мм), изготовленных в соответствии с требованиями ГОСТ 31360 [1] и уложенных с использованием клея однокомпонентного пенополиуретанового на огнестойкость (по ГОСТ 30247.0-94 [8], ГОСТ 30247.1-94 [9]), проводились в Испытательном центре ИЦ «Огнестойкость» ЗАО «ЦСИ «Огнестойкость» (109428, г. Москва, ул. 2-я Институтская, д.6, Аттестат аккредитации ТРПБ.RU.ИН27 от 07 октября 2010 г., срок действия – до 07 октября 2015 г.).

   На основании проведенных испытаний были сформулированы следующие выводы:

- предел огнестойкости образца перегородки из блоков неармированных 625×250×100 мм из ячеистого бетона автоклавного твердения (марка изделий по плотности D400, класс по прочности на сжатие не менее В2, толщина не менее 100 мм), изготовленных в соответствии с требованиями ГОСТ 31360 [1], уложенных с использованием клея однокомпонентного пенополиуретанового, определенный как среднеарифметическое результатов испытаний двух образцов (п. 11 в ГОСТ 30247.0-94 [8]) и приведенный к ближайшей меньшей величине из ряда чисел по п.10 в ГОСТ 30247.0-94 [8] , составляет EI 150;

- предел огнестойкости испытанной перегородки EI 150 соответствует требованиям СНиП 21-01 [10], предъявляемым к наружным ненесущим стенам зданий (табл. 4* в СНиП 21-01), а также к противопожарным перегородкам (табл. 1) типа 1 и типа 2.

Воздухопроницаемость

   Исследование воздухопроницаемости фрагмента кладки из газобетонных блоков автоклавного твердения марки по плотности D400 на полиуретановом клее проводилось в Научно-техническом центре по сертификации строительных конструкций ИЦ «БЛОК» (190005, г. Санкт-Петербург, ул. 2-ая Красноармейская, дом 4; Аттестат аккредитации ИЦ № РОСС RU0001.21СЛ96 от 09.03.2010 до 09.03.2015) ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» под руководством директора ИЦ «БЛОК» д.т.н., проф. Дацюк Т.А.

   Фрагмент кладки № 1 складывался из блоков марки по плотности D400 с заполнением горизонтальных и вертикальных швов кладки пенополиуретановым клеем. Фрагмент кладки № 2 складывался из блоков марки по плотности D400 на цементный клей с заполнением пенополиуретановым клеем марки только вертикальных швов кладки.

   По результатам испытаний воздухопроницаемость фрагмента №1 кладки из газобетонных блоков на пенополиуретановом клее при разности давлений 10 Па составила 0,07 кг/м2∙ч.

   Сопротивление испытанного фрагмента №1 кладки воздухопроницанию при разности давлений 10 Па R10, м2∙ч∙Па/кг, составило:R10 = 10/I = 143 м2∙ч∙Па/кг

   По результатам испытаний воздухопроницаемость фрагмента №2 кладки из газобетонных блоков на цементном клее с заполнением вертикальных швов кладки ППУ-клеем при разности давлений 10 Па составила 0,04 кг/м2∙ч.Сопротивление испытанного фрагмента кладки воздухопроницанию при разности давлений 10 Па R10, м2∙ч∙Па/кг, составило:R10 = 10/I = 250 м2∙ч∙Па/кг.

   Выводы по комплексу испытаний

   На основании проведенного комплекса испытаний можно сформулировать следующие основные выводы:

1. Использование пенополиуретанового клея для скрепления газобетонных блоков в кладке стен технически осуществимо и экономически целесообразно.

2. Экономическая целесообразность данного типа кладки обусловлена тремя составляющими:- более высокой производительностью кладки (по предварительным исследованиям кладка на ППУ-клее в два раза более технологична по сравнению с традиционной кладкой на цементных растворах);

- более низкой стоимостью возведения 1 м3кладки при существующем соотношении цен на пенополиуретановый клей и цементные составы;

- значительно более высокими теплоизоляционными свойствами по сравнению с кладкой на цементном растворе или тонкослойном клею, а значит и более низкими потерями тепловой энергии в течение отопительного эксплуатационного периода.

3. Теплотехнические свойства фрагментов стен, выполненных из газобетонных блоков на ППУ-клее толщиной 375 мм, соответствуют нормативным требованиям к уровню теплоизоляции (сопротивлению теплопередаче наружных стен) для большинства

регионов Российской Федерации.

4. Предел огнестойкости испытанной перегородки из газобетонных блоков (толщиной не менее 100 мм) марки по плотности D400 на ППУ-клее составил EI 150, что соответствует требованиям СНиП 21-01 [10], предъявляемым к наружным ненесущим стенам зданий (табл. 4* в СНиП 21-01 [10]), а также к противопожарным перегородкам (табл. 1 в СНиП 21-01 [10]) типа 1 и типа 2.

5. Кладку из газобетонных блоков на пенополиуретановом клее допускается использовать при возведении ненесущих внутренних и наружных стен зданий, в том числе при заполнении наружных проемов каркасно-монолитных зданий с поэтажным опиранием кладки на несущие монолитные перекрытия, при соответствующем расчетном обосновании.

   При проведении испытаний были выявлены некоторые ограничения для предложенной технологии возведения кладки, а именно:

- на основании проведенных прочностных испытаний оказалось, что испытаний, проведенных при центральном сжатии испытываемых фрагментов кладки, недостаточно для рекомендации данного типа кладки при возведении несущих стен зданий;

- кладка на ППУ-клее затруднена при работе на открытой местности в условиях сильных порывов ветра (свыше 5 м/с), т. к. при данных скоростях ветра пена, нанесенная на горизонтальную поверхность блоков в кладке, может скатываться до установки последующего (верхнего) ряда кладки.

   Для получения однозначного вывода о возможности или невозможности использования данного типа кладки при возведении несущих стен зданий требуются дополнительные испытания, в том числе при внецентренном сжатии фрагментов кладки.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 31360-2007. Изделия стеновые неармированные из ячеистого бетона автоклавного твердения. Технические условия. МНТКС, 2008НПК «Современный автоклавный газобетон», май 2013 г.

2. Горшков А.С., Гладких А.А. Влияние растворных швов кладки на параметры теплотехнической однородности стен из газобетона // Инженерно-строительный журнал.2010. №3. С. 39 – 42.

3. СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции. Госстрой России. - М.: ФГУП ЦПП, 2004.

4. СТО 501-52-01-2007. Часть I. Издание второе, дополненное. Проектирование и возведение ограждающих конструкций жилых и общественных зданий с применением ячеистых бетонов в Российской Федерации. М.: 2007

5. ГОСТ 26254-84. Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. М.: Издательство стандартов, 1985

6. ГОСТ 31359-2007. Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия.МНТКС, 2008

7. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий. М.: Госстрой России, 2004

8. ГОСТ 30247.0-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования. МНТКС, 1995

9. ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции. МНТКС, 1996

10. СНИП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений. М.: Госстрой России, 1998