Новые возможности энергоэффективного керамзитобетона
Владимир Горин, кандидат технических наук, генеральный директор ЗАО «НИИКерамзит», председатель Совета НО «Союз производителей керамзита и керамзитобетона»;
Светлана ТОКАРЕВА, директор ЗАО «НИИКерамзит»;
Марина КАБАНОВА, кандидат технических наук;
Петр УВАРОВ, ведущий конструктор ЗАО «НИИКерамзит», советник Инженерной академии России.
В 60-80-х годах прошлого века пористые заполнители и бетоны на их основе сыграли основную роль в решении жилищной проблемы страны. Крупнопанельное и крупноблочное строительство, преимущественно на основе керамзита, дало возможность в короткие сроки увеличить жилищный фонд более чем вдвое. Благодаря индустриальным методам крупнопанельного домостроения, основой которого служили керамзит и керамзитобетон, в стране был преодолен острый жилищный кризис.
Пик использования керамзитобетона в жилищном строительстве пришелся на 80-е годы. При общем объеме 76 млн. м² жилья, возводимого в Российской Федерации в 1986 году, на долю крупнопанельного домостроения приходилось более 80 процентов. Порядка 70-80 процентов общего объема выпускаемого керамзита в нашей стране использовалось для наружных стеновых конструкций. Особенно эффективны были поризованные керамзитобетонные смеси с воздухововлекающими или порообразующими добавками, поскольку они обеспечивали получение стеновых конструкций с наилучшими теплозащитными свойствами благодаря низкой теплопроводности.
Таким образом, начиная с 60-х годов, в нашей стране преобладала односторонняя направленность в использовании керамзита – преимущественно для крупнопанельного домостроения и в первую очередь для наружных стеновых конструкций. То есть все потенциальные возможности керамзита и керамзитобетона полностью не использовались, тогда как спектр применения керамзитобетона в строительстве очень широк – от теплоизоляционного керамзитобетона для эффективной теплозащиты зданий до конструкционного бетона, используемого для несущих конструкций в каркасном, монолитном и крупнопанельном домостроении.
В связи с актуализацией СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», который начал действовать с 1 июля 2013 года, появляется новая возможность проектирования и строительства жилых и общественных зданий с однослойными стенами с применением крупнопористых керамзитобетонных изделий и конструкций.
Легкий керамзит насыпной плотностью 200-400 кг/м³ обеспечивает получение эффективных ограждающих изделий из керамзитобетона с высокими теплозащитными свойствами (панели, блоки, монолит); более плотный керамзит (600-800 кг/м³) с высокой прочностью 5,5-10 Мпа обеспечивает возможность получения несущих конструкций, что особенно важно для многоэтажных и высотных зданий. Применение легких керамзитобетонных конструкций позволяет снизить нагрузки и затраты на фундамент и повысить этажность объектов.
Мировая практика показывает, что легкие бетоны на пористых заполнителях дают значительное сокращение общей массы зданий и сооружений, снижение материалоемкости и затрат при сохранении необходимой капитальности и долговечности объектов. Таким образом, керамзитобетон обеспечивает высокую технико-экономическую эффективность при использовании в несущих конструкциях.
Железобетонные конструкции из легких бетонов на пористых заполнителях позволяют увеличить пролеты и этажность зданий, укрупнить монтажные элементы, использовать более простые с меньшей грузоподъемностью механизмы для монтажа, повысить производительность труда и качество строительства, добиться его ускорения, снизить стоимость.
Исследования и многолетние наблюдения, проводившиеся в НИИЖБ и ЦНИИЭПжилища, подтвердили высокие эксплуатационные качества зданий из керамзитобетона и благоприятный микроклимат помещений, что обусловлено высокой экологичностью керамзита.
Керамзит является экологически чистым материалом: на протяжении всего периода эксплуатации и даже в условиях пожара полностью отсутствует вредное газовыделение. Это обусловлено самой технологией получения керамзита – высокотемпературным обжигом глинистого сырья. Другое важнейшее преимущество керамзита и керамзитобетона – высокая огнестойкость и длительное сохранение конструкционной прочности в условиях пожара, что обеспечивает безопасность людей в экстремальных ситуациях и повышает их шансы на спасение.
По оценкам специалистов, основные преимущества легкого железобетона в конструкции зданий состоят в существенной экономии на фундаментах, повышенной огнестойкости по сравнению с тяжелыми бетонами, в улучшении теплозащитных свойств здания в целом благодаря снижению теплопотерь через несущие конструкции.
Для изготовления конструкционного керамзитобетона требуется керамзитовый гравий с повышенной прочностью, преимущественно мелких фракций. Он позволяет получить железобетонные конструкции, в том числе предварительно напряженные. Их применение дает снижение объемной массы конструкций на 25-30 процентов и стоимости на 10-20 процентов, экономию арматурной стали на 15 процентов.
Важнейшее технико-экономическое значение имеет многофункциональность керамзита. В зависимости от свойств исходного сырья, используемых добавок и специальных технологических приемов могут быть получены керамзитовый гравий, щебень, песок с различными показателями плотности и прочности для разнообразных сфер применения:
- особо легкий с насыпной плотностью 100-300 кг/м³, прочностью R=0,5 Мпа;
- легкий с насыпной плотностью 300-400 кг/м³, прочностью R=1-2,5 Мпа;
- с повышенной прочностью R=5,5-8 Мпа, при плотности 600-800 кг/м³.
В зависимости от размера зерен керамзитовый заполнитель изготавливают следующих фракций: 5-10 мм; 10-20 мм; 20-40 мм; а также керамзитовый песок от 0-5 мм (дробленый или обжиговый).
Одно из преимуществ легкого керамзитового гравия – низкая теплопроводность. При использовании в качестве засыпки коэффициент теплопроводности равен 0,1-0,11 Вт/м·С.
Отличительной особенностью керамзитобетона от других легких бетонов является широкий спектр его использования в строительных изделиях и конструкциях: теплоизоляционный керамзитобетон плотностью 200-500 к/м³, класс по прочности В0,85-В2; конструкционно-теплоизоляционный – плотностью 600-1600 к/м³, В2,5-В10; конструкционный – 1100-2000 к/м³, В12,5-В40.
Показатели морозостойкости керамзитобетона составляют F100 для конструкционно-теплоизоляционного бетона плотностью 1400 к/м³ и F500 для конструкционного бетона плотностью 1900 к/м³.
Долговечность керамзитобетона весьма высока и характеризуется его способностью сопротивляться воздействию атмосферного воздуха, мороза и воды. В основном долговечность оценивается показателями морозостойкости и водостойкости. Средняя установившаяся влажность плотного керамзитобетона для нормальных условий эксплуатации равна 5-10 процентам, а для газо- и пенобетона она составляет 8-12 процентов, исходная технологическая для пенобетона еще выше (до 35 процентов). Влажность беспесчаного керамзитобетона (крупнопористого) составляет 3-5 процентов. Это обуславливает керамзитобетону преимущество по теплозащитным свойствам в процессе эксплуатации.
Конструктивные и технологические преимущества сборно-монолитного каркаса из модифицированного конструкционного керамзитобетона, изготавливаемого на высокопрочном керамзитовом гравии, и ограждающих конструкций из энергоэффективных керамзитобетонных блоков и панелей обеспечивают высокую сейсмоустойчивость зданий, уменьшение массы зданий до 35 процентов, снижение расхода стальной арматуры до 20 процентов. Комплексное использование легких керамзитобетонных изделий и конструкций в жилищном строительстве дает большой технико-экономический эффект – снижение стоимости строительства 1 м² жилья до 20 процентов.
Керамзит и керамзитобетон также могут широко применяться в сельском хозяйстве – теплицах при выращивании овощей методом гидропоники и при строительстве сельскохозяйственных предприятий – коровников, свинарников, птичников с теплыми полами; керамдор (высокопрочный керамзит) – в дорожном строительстве, в мостостроении, при строительстве гидротехнических сооружений и аэродромов.
Особенность строительных материалов и изделий – они не являются конечной продукцией, предназначенной для потребителя, а проявляют свои свойства в конечной продукции строительства – зданиях и сооружениях.
Поэтому главное требование к материалам и изделиям состоит в том, чтобы они были пригодны для применения в строительстве и обеспечивали при этом возможность выполнения требований безопасности зданий и сооружений.
Чрезвычайно важно в жилищном строительстве использовать строительные материалы и изделия с гарантированной, подтвержденной многолетними исследованиями и практикой применения экологической, химической, биологической и пожарной безопасностью. При этом главной и приоритетной задачей должна быть защита жизни и здоровья человека от неблагоприятных воздействий среды, включая создание необходимых условий для жизнедеятельности и обеспечения безопасности людей в процессе строительства, эксплуатации и ликвидации зданий и сооружений.
Будущее за долговечными, энергоэффективными, пожаробезопасными и экологически чистыми жилыми и общественными зданиями, построенными с применением строительных материалов, изделий и конструкций, отвечающих требованиям безопасности.
Более чем полувековой опыт эксплуатации зданий из керамзитобетона в нашей стране (в США и Канаде он превышает 70-75 лет) подтвердил их долговечность и экологическую безопасность. Повышенная эксплуатационная надежность обусловлена сохранением исходных теплозащитных свойств керамзитобетона на всем протяжении эксплуатации зданий.
В настоящее время в стране работает порядка 160 предприятий, выпускающих керамзит и изготавливающих керамзитобетонные изделия. Но чтобы поднять производство до современного уровня, они нуждаются в государственной поддержке, модернизации оборудования, автоматизации производства и постоянном научно-техническом сопровождении. ЗАО «НИИКерамзит», используя и развивая многолетний опыт, проводит научно-исследовательские, опытно-промышленные и организационные работы и пропагандирует передовой опыт. Создан Союз производителей керамзита и керамзитобетона. Ежегодно на базе ЗАО «НИИКерамзит» проводятся совещания участников Союза производителей керамзита и керамзитобетона, представителей заводов и организаций. На этих совещаниях передовые предприятия, которые, несмотря на трудности, успешно работают и выпускают качественный керамзитовый гравий, обмениваются опытом.
Среди таких предприятий следует отметить Новочебоксарский индустриально-строительный комбинат, освоивший выпуск легкого керамзитового гравия с плотностю 300-350 к/м³ и высокопрочного керамзита с прочностью более 60 кг/см².
Рязанский керамзитовый завод ЗАО «Керамзит» модернизировал оборудование и выпускает в больших объемах легкий керамзит с плотностью 200-400 к/м³, который пользуется большим спросом.
Один из самых крупных керамзитовых заводов в Самарской области ОАО «Керамзит» располагает отличной сырьевой базой и обладает большими возможностями по выпуску керамзита с насыпной плотностью от 250 до 500 к/м³.
«Завод керамзитового гравия» в г. Октябрьске (Самарская область) выпускает мелкий керамзитовый песок для нужд фильтрации и водоочистки, который находит широкое применение на предприятиях во многих регионах.
Отечественные материалы – керамзит и строительные изделия на его основе – являются серьезным фактором для успешного решения жилищной программы в нашей стране.
Строительная газета №34 от 23 августа 2013 г.