Применение изделий из автоклавного газобетона

   В настоящее время в Республике Беларусь для успешного выполнения Государственной программы жилищного строительства идет поиск путей повышения производительности труда строителей. Это особенно важно для энергоэффективных домов, которые должны строиться повсеместно в Беларуси. Первый энергоэффективный дом с применением ячеистобетонных изделий спроектирован институтом "Гродногражданпроект" и построен в г. Гродно. При этом достигнут удельный расход тепловой энергии на отопление здания 40 кВт/(м в год).

   При нехватке рабочих строительных специальностей и в условиях жесткой экономии энергоресурсов необходимо снизить трудоемкость строительства и увеличить теплозащиту оболочки зданий. При этом возможны следующие пути: замена наружных стен из мелких ячеистобетонных блоков на крупноразмерные стеновые панели; индустриализация строительства перегородок путем выпуска на заводах армированных панелей высотой на комнату; внедрение плит перекрытия и покрытия из ячеистого бетона с омоноличенными ригелями; широкое внедрение сборного или сборно-монолитного каркаса в строительстве жилья.

   В 1991 г. в СССР было выпущено 5,7 млн. м ячеистого бетона, в том числе 1,6 млн. м3 армированных изделий. Одним из лидеров производства была Республика Беларусь, где было выпущено 1,7 млн. м3 ячеистого бетона, в том числе 0,34 млн. м3 армированных панелей для жилых, промышленных и общественных зданий [1]. В ряде городов СССР (Санкт-Петербург, Екатеринбург, Гродно, Таллинн и др.) были построены целые микрорайоны жилых домов и административные здания различного назначения из армированных ячеистобетонных панелей, в т. ч. здания высотой до 25 этажей. Панели размером на одну и две комнаты полной заводской готовности с различными вариантами защитно-декоративных покрытий, в т. ч. вентилируемые фасады.

   Однако после распада СССР производство ячеистого бетона резко сократилось, а производство армированных изделий практически было приостановлено.

   В последние годы началось бурное развитие производства ячеистого бетона. В России практически достигнут годовой объем производства ячеистого бетона 6 млн. м3, а установленная мощность приближается к 16 млн. м3.

   В Республике Беларусь в 2012 году было выпущено 3,2 млн. м3 ячеистого бетона. Практически весь объем производства в России и Белоруссии составляют мелкие ячеистобетонные блоки, а доля армированных изделий ничтожно мала. Следует отметить, что развитие производства ячеистого бетона в 30-е годы прошлого столетия начиналось с изготовления армированных плит небольших размеров. Например, первые изгибаемые конструкции из автоклавных ячеистых бетонов, выпуск которых начался в СССР в 1938 г., представляли малогабаритные плоские плиты типа ПА для бесчердачных покрытий с прогонами [3]. Ширина этих плит 0,5 м, длина 1,5 и 3,0 м.

   В Республике Беларусь происходит переориентация на индивидуальное домостроение. На предприятиях строительной индустрии осуществляется модернизация технологического оборудования и наращивание мощностей по выпуску освоенных ранее и вновь разрабатываемых конструктивно-технологических схем жилых зданий.

   ОАО "Управляющая компания холдинга "Забудова" и ОАО "Сморгоньсиликатобетон" развернули работы по освоению производства сборного железобетонного каркаса и армированных ячеистобетонных изделий, в том числе крупноразмерных ячеистобетонных панелей [4].

   Исходные элементы для крупноразмерных ячеистобетонных панелей (максимальные размеры 6000*600*400^500 мм) изготовляют по литьевой технологии на технологических линиях фирмы "Кселла" ("Хебель") на заводе ОАО "Управляющая компания холдинга "Забудова" и фирмы "Маза-Хенке" по ударной технологии на заводе ОАО "Сморгоньсиликатобетон". В первом случае массив разрезается вертикально на изделия заданных разделов, а во втором горизонтально. Не останавливаясь на способах изготовления и разрезки ячеистобетонных массивов, следует отметить, что оба способа имеют положительные и отрицательные моменты. Однако в обоих случаях обеспечивается высокое качество бетона и геометрическая точность изделий, позволяющая вести их монтаж на клею.

   С целью ориентации на производство профилированных армированных изделий, в том числе и на тонкостенные конструкции, в 2012 г. ОАО "Управляющая компания холдинга "Забудова" на заводе строительных конструкций (ЗСК) совместно с голландской фирмой «AIRCRETE Europe B.V.» провела модернизацию резательного комплекса "Хебель".

   Эффективность нового процесса производства армированных изделий из ячеистого бетона заложена уже на стадии разработки номенклатуры изделий. При этом учитывались технологические возможности производства и в первую очередь схема разрезки ячеистобетонного массива. Номенклатура изделий обеспечивает максимальное использование массива или иначе минимальное количество отходов сырца при разрезке массива на изделия заданных размеров.

   На модернизированной резательной машине разрезка ячеистобетонного сырца массива на армированные изделия заданных размеров производится по толщине с кратностью 25 мм и по длине - 5 мм.

   Исходные элементы панелей изготавливаются из ячеистого бетона плотностью 400­3 3 500 кг/м и классом по прочности соответственно В1,5 и В2,5. При плотности бетона 400 кг/м и толщине панели 400 мм и плотности 500 кг/м и толщине 500 мм обеспечивается нормативное сопротивление теплопередаче, равное 3,2 м2 оС/Вт.

   При производстве армированных изделий технологические переделы (помол сырьевых материалов, дозирование, перемешивание и автоклавная обработка) практически аналогичны производству неармированных блоков. Ниже кратко описана технология производства армированных изделий на заводе строительных конструкций (ЗСК) ОАО "Управляющая компания холдинга "Забудова".

   Гладкая стальная арматура складируется в зоне установки для протягивания (холодного волочения) арматуры. С помощью этой установки проволочная заготовка превращается в проволоку с диаметрами, необходимыми для изготовления арматуры. При этом с арматуры удаляются окалина, коррозия и другие загрязнения, наличие которых снижает качество антикоррозийного покрытия. За счет протягивания арматуры через фильеры повышается предел текучести и прочность стали на разрыв. Для армирования возможно также применение арматуры с периодическим профилем. Испытания армированных изделий с гладким и периодическим профилем арматуры показали, что при прочих равных условиях в последнем случае возможно уменьшение расхода арматуры на 20-25 %.

   Затем арматуру подвергают правке и резке на заготовки необходимой длины. Заготовки арматуры переносятся на рабочий стол агрегата для сварки плоских каркасов. Здесь они укладываются в соответствии с типом каркаса в устройства транспортировки продольных прутков арматуры. Продольные и поперечные стержни соединяются электрической контактной сваркой в плоские каркасы (рис.1).

Плоский арматурный каркас

Рис. 1. Плоский арматурный каркас

   Другими полуфабрикатами при изготовлении арматурных каркасов являются распорки, которые соединяют два плоских каркаса в объемный каркас. Две U-образных заготовки проволоки накладываются друг на друга и свариваются (рис. 2), благодаря чему возникает отверстие, которое позже вставляется в металлический стержень для фиксации объемных каркасов в форме.

Распорка для сборки и фиксации объемных армированных каркасов

Рис. 2. Распорка для сборки и фиксации объемных армированных каркасов

     Из этих полуфабрикатов (арматурных каркасов и распорок) на специализированных стендах посредством контактной сварки собирают объемные арматурные каркасы (рис. 3). Такой каркас состоит из двух плоских каркасов, которые фиксируются рядом друг с другом на расстоянии в соответствии с величиной защитного слоя арматуры и толщиной ячеистобетонного изделия.

Сборка объемных армированных каркасов

Рис. 3. Сборка объемных армированных каркасов

   Из объемных арматурных каркасов формируют пакеты арматуры, подлежащие установке в форму перед её заполнением смесью. Собранные арматурные пакеты краном окунаются в бассейн, заполненный антикоррозионным средством (рис. 4). При этом обеспечивается толщина покрытия на арматурном стержне 0,3-0,4 мм.

Подача (окунание) пакетов каркасов

Рис. 4. Подача (окунание) пакетов каркасов

  После окунания пакет направляют в сушильную камеру. После сушки — устанавливается в заранее очищенную и смазанную форму (рис. 5), которая подается далее под смеситель для заливки ячеистобетонной смеси (рис. 6).

Установка пакета каркасов в форму

Рис. 5. Установка пакета каркасов в форму

 

Форма в сборе с установленным пакетом арматурных каркасов

Рис. 6. Форма в сборе с установленным пакетом арматурных каркасов

   После вспучивания и набора пластической прочности массив подается на линию резки. Резательная установка состоит из поперечной и продольной резательных машин, вакуум- щита для снятия «горбушки», устройств для транспортировки обрезков сырца массива и подготовки возвратного шлама (рис. 7).

Общий вид резательной машины

Рис. 7. Общий вид резательной машины

   Продольные и поперечные обрезки массива подаются в установку переработки отходов в виде возвратного шлама плотностью 1,4-1,5 кг/л.

   Важной возможностью при резке является нарезание пазов или гребней на торцевых сторонах блоков или на прилегающих друг к другу сторонах армированных изделий. Нарезание происходит одновременно с процессом продольной резки. В этом случае горизонтальная режущая проволока заменяется профильными ножами. Нижняя сторона массива отрезается с помощью пазовых ножей.

   Автоклавная обработка массивов включает: вакуумирование автоклавного пространства в течение 45 минут (вакуум - 0,25 бара); подачи пара в автоклав (3 часа) до достижения в автоклаве требуемого рабочего давления (1,1 МПа); экзотермическая выдержка (12 ч) и сброс давления (3 ч).

   Возникающий при процессе автоклавной обработки горячий конденсат подается сначала для охлаждения в теплообменник, где используется принцип противохода. Горячая вода используется для подогрева воды в технологических целях, а остальная часть конденсата — в качестве воды затворения при приготовлении ячеистобетонной смеси.

   Дополнительная обработка армированных изделий

   При строительстве с использованием армированных или неармированных деталей из ячеистого бетона архитекторы часто требуют дополнительной обработки изготовленных при разрезке массива стандартных изделий. Армированные стеновые панели должны быть, например, уменьшены по длине и ширине или обрезаны для использования в качестве фронтонных плит. Для этого изделия подвергаются дополнительной обработке - распиловке и др. Установка для дополнительного распиливания армированных изделий выполнена в виде продольно и поперечно движущейся мостовой плиты. Изделия укладываются на план-шайбу установки, полотно пилы движется по встроенному в установку лазерному лучу, указывающему направления распиливания; таким образом, производят требуемый распил армированного изделия, в том числе и брусковых перемычек.

   После замены плиты на дисковую фрезу установка может использоваться для фрезерования поверхностей стеновых плит, фрезерования пазов различной ширины и с различными интервалами друг от друга для оформления различных архитектурных поверхностей стен.

   На специальной фрезерной установке производится изготовление U-образных (лотковых) блоков.

   Следует отметить, что завод строительных конструкций ОАО "Управляющая компания холдинга "Забудова" с 1997 г. выпускает самую широкую в СНГ номенклатуру изделий из ячеистого бетона: стеновые мелкие и крупные блоки, армированные стеновые панели наружных и внутренних стен, плиты покрытия и перекрытия, брусковые и армированные перемычки, лотковые блоки для несущих перемычек и лестничные ступени.

   На заводе внедрена система менеджмента качества в соответствии с требованием EN ISO 9001:2000 и его национальный аналог СТБ ИСО 9001:2001. Продукция завода сертифицирована в Республике Беларусь, Российской Федерации, Украине, Литве, Латвии и др. странах. Получен ЕС сертификат системы контроля производства на блоки I-й категории.

   Применение армированных ячеистобетонных изделий

   Прежде чем перейти к детальному рассмотрению преимуществ, которые предоставляет применение армированных ячеистобетонных изделий, следует остановиться на специфических свойствах автоклавного ячеистого бетона. Именно эти свойства позволяют использовать данный бетон для самых разнообразных целей.

   Свойства автоклавного ячеистого бетона

   Прочность, плотность и теплопроводность

   Следует особо подчеркнуть, что указанные характеристики применительно к ячеистому бетону находятся в функциональной зависимости друг от друга. При этом технологические особенности производства данного материала позволяют варьировать в определенных пределах деформационно-прочностные показатели независимо от плотности и теплопроводности. Это дает возможность выбирать оптимальное сочетание показателей физико-технических характеристик автоклавного ячеистого бетона с учетом функционального назначения армированных изделий.

   Как правило, для изготовления армированных изделий используют конструкционно- теплоизоляционный автоклавный ячеистый бетон со средней прочностью в пределах 2-10 МПа и плотностью в сухом состоянии в диапазоне 500-800 кг/м . Теплопроводность такого бетона в сухом состоянии согласно [5] составляет 0,12-0,25 Вт/(м-°С), а при эксплуатационной влажности (5% при плотности 500-700 кг/м и 7 % при плотности 800 кг/м ) - 0,16­0,33 Вт/(м-°С). Необходимо отметить, что ячеистый бетон, как любой пористый материал с большим суммарным объемом макро- и микропор (70 % и более) и воздухопроницаемыми стенками твердой фазы (за счет развитой сети капилляров), в теплотехническом отношении весьма чувствителен к изменению его влажности. Этот фактор в обязательном порядке должен учитываться при расчете тепловых потерь помещений с наружными ограждающими конструкциями из ячеистого бетона в начальный период эксплуатации зданий.

   Звукоизолирующие свойства

   Сопротивление ячеистобетонных конструкций распространению прямого шума зависит от их массы и возрастает с увеличением плотности бетона и толщины элемента. Повышению звукоизолирующей способности также способствуют защитно-декоративные слои и отделочные слои.

   Огнестойкость

   Автоклавный ячеистый бетон относится к группе негорючих материалов. Это качество обеспечивают ячеистобетонным изделиям и конструкциям класс пожарной опасности К0 по классификации [7] и высокие показатели огнестойкости. Так, например, согласно данным натурных огневых испытаний плиты перекрытий из бетона класса по прочности на сжатие В3,5 и средней плотности D700 по серии Б1.043.1-2.08 имеют предел огнестойкости REI 90, что позволяет их применять в зданиях всех степеней огнестойкости согласно классификации [7].

   По данным зарубежных исследований огнестойкости конструкций из автоклавного ячеистого бетона, обобщенных в [8] и нашедших отражение в руководствах и пособиях (например, [9, 10-12]), предел огнестойкости может достигать 4 часов.

   Анализируя свойства ячеистого бетона, необходимо остановиться на таком известном в среде специалистов, но, тем не менее, крайне редко используемом показателе, как «коэффициент конструктивного качества», представляющим собой отношение прочности материала при сжатии к его относительной плотности. Относительная плотность материала является безразмерной величиной и в свою очередь определяется как отношение плотности материала к плотности воды (приблизительно 1000 кг/м3 при температуре 20 °С). Исходя из приведенных определений, коэффициент конструктивного качества автоклавного ячеистого бетона в рассмотренных выше диапазонах прочности и плотности изменяется в пределах от 4,0 до 12,5 МПа (по показателю средней прочности). Для сравнения: у тяжелого бетона прочностью 30-50 МПа этот параметр составляет 13,3-22,2 МПа, у дерева - 33-55 МПа.

   На первый взгляд может показаться, что автоклавный ячеистый бетон является менее эффективным по сравнению с тяжелым бетоном и древесиной, однако, при этом следует принять во внимание в первую очередь огнестойкость, а также теплоизолирующие свойства ячеистого бетона. Безусловно, ячеистобетонные конструкции не могут конкурировать с конструкциями из других материалов во всех областях строительства, однако в ряде случаев они заметно превосходят своих конкурентов именно за счет сочетания прочностных и теплотехнических показателей, а также стойкости в условиях пожара.

   Преимущества применения армированных ячеистобетонных изделий

   Использование армированных ячеистобетонных изделий при строительстве зданий создает ряд преимуществ, обусловленных свойствами ячеистого бетона.

   В зданиях малой и средней (до 5 этажей включительно) этажности комплексное применение армированных и неармированных (в виде мелких и крупных блоков) изделий позволяет уменьшить собственный вес несущего остова объекта и за счет этого сократить затраты нулевого цикла. Использование ячеистого бетона в элементах наружных стен исключает образование теплопроводных включений, повышает теплотехническую однородность ограждений и способствует обеспечению требуемого микроклимата помещений. При этом в силу конструктивных особенностей зданий с несущими стенами из ячеистобетонных изделий (блоков или панелей) расход монолитного железобетона и теплоизоляционных материалов, как правило, минимален.

   Следует подчеркнуть, что комплексное применение ячеистобетонных изделий, включая армированные, позволяет упростить процесс организации строительства за счет комплектации материалами на одном предприятии и поставки их на строительную площадку по согласованному графику.

   В каркасных зданиях армированные ячеистобетонные элементы также позволяют уменьшить собственную массу стен, перегородок, перекрытий и покрытий, обеспечить требуемые теплотехнические и противопожарные показатели без применения теплоизоляционных материалов. При этом следует отметить, что навесные стены из панелей в отличие от поэтажно опертых стен позволяют максимально использовать внутреннее пространство здания, ограничиваемое внешним контуром перекрытий, и являются однородной в теплотехническом отношении ограждающей конструкцией, не требующей дополнительного утепления в местах расположения колонн и перекрытий.

   В заключение отметим, что производство и применение армированных ячеистобетонных изделий в Республике Беларусь регламентируется следующими основными Техническими нормативно-правовыми актами (ТНПА):

-     СТБ 1570-2005 «Бетоны ячеистые. Технические условия»;

-      СТБ 1185-99 «Панели стеновые наружные бетонные и железобетонные для зданий и сооружений. Технические условия»;

-       СТБ 1989-2009 «Плиты перекрытий и покрытий, панели для внутренних стен и перегородок из автоклавного ячеистого бетона. Технические условия»;

-        СТБ 1332-2002 «Блоки лотковые и перемычки из ячеистого бетона. Технические условия»;

-     СТБ 1330-2002 «Ступени лестничные из ячеистого бетона. Технические условия»;

-     ТКП 45-5.03-137-2009 «Изделия из ячеистого бетона. Правила изготовления»;

-      СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции» (в части конструкций из ячеистых бетонов).

   Кроме того, в 2013 г. на территории Республики Беларусь будет введен в действие СТБ EN 12602 [13]. Этот норматив, включающий положения по расчету и конструированию армированных изделий, в сочетании с действующими на территории Республики Беларусь европейскими нормативными документами (СТБ EN) позволит использовать в отечественном строительстве результаты зарубежных научных исследований и практический опыт, повысить эксплуатационную надежность и долговечность объектов строительства.

   Технология производства армированных изделий, номенклатура и физико-механические свойства продукции, а также деформационно-прочностные и теплотехнические показатели конструкций и опыт их применения в гражданском строительстве подробно изложены в книгах [1,14].

ЛИТЕРАТУРА

1       Производство ячеистобетонных изделий. Теория и практика. Н.П. Сажнев, Н.Н. Сажнев, Н.Н. Сажнева, Н.М. Голубев. Минск: Стринко, 2010. 458 с.

2        Левченко В.Н. Ассоциация производителей автоклавного газобетона: объединение для решения проблем отрасли». Буд1вельш матер1алы, в1роб1 та саштарна техшка. Таварыство «Знання», Украша.

3        Жлдзишский И.Л., Макарычев В.В. Крупнопанельные панели покрытий из ячеистых бетонов. М., Издательство литературы по строительству.1967. 12 с.

4        Наружные ограждающие конструкции зданий из крупноразмерных ячеистобетонных изделий. // Н.П. Сажнев, С.Б. Беланович, Д.П. Бухта [и др]. Строительные материалы. 2011. №2. С. 2-8.

5        ТКП 45-2.04-43-2006. Строительная теплотехника. Минск, 2007

6        ISO 10456-2007. Building materials and products - Hygrothermal proper ties - Tabulated design values and procedures for determining declared and design thermal values.

7        СНБ 2.02.01-98. Пожарно-техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов. Минск, 2001

8        Aroni, S. Autoclaved Aerated Concrete - Properties, Testing and Design. RILEM Recommended Practice / S. Aroni, G.J. de Groot, M.J. Robinson, G. Svanholm, F.H. Wittman

-     Abingdon, Taylor&Francis Group, 1993. - 404 pp.

9        AAC Design Handbook / MHE International LLC, 2005. - 234 pp.

10    CSR Hebel Technical Manual. January 2006. - 334 pp.

11   E-Crete Technical Design Manual. 2005. - 116 pp.

12   Part IV. Fire Resistance / MHE Structural Manual Handbook. // MHE International LLC, 2009.

-      16 pp.

13    СТБ EN 12602 (проект). Изделия железобетонные заводского изготовления из автоклавного ячеистого бетона.

14    Галкин С.Л., Сажнев Н.П., Соколовский Л.В. Применение ячеистобетонных изделий. Теория и практика. Минск: Стринко, 2006. 446 с.