Ограждающие конструкции с монолитной связью слоев и утеплителем из низкотеплопроводных бетонов
В настоящее время трехслойные стеновые панели с теплоизоляционным слоем из низкотеплопроводных бетонов являются экспериментальными в гражданском и промышленном строительстве представляя конкурентоспособный вариант типовым. Опыт их применения ограничен. Сама же идея создания многослойных ограждающих конструкций из бетонов различной прочности, формуемых в едином технологическом цикле, относится к периоду появления бетонов на пористых заполнителях. Они использовались в среднем слое трехслойных конструкций с наружными слоями из тяжелого бетона с целью снижения массы, а также повышения теплозащитных характеристик. Несмотря на то, что большинство этих конструкций на современном этапе не в полной мере удовлетворяют возросшим требованиям по теплоозащите зданий, их разработка и применение послужили основой и открыли перспективное направление для дальнейшего совершенствования нового класса многослойных железобетонных ограждающих конструкций с монолитной связью слоев.
Имеется опыт проектирования трехслойных стеновых панелей горизонтальной разрезки длиной 6 и 12 м для отапливаемых производственных зданий. В наружных слоях таких панелей был использован керамзитобетон классов В15 В22,5 плотностью 1600 1800 кг/м или тяжелый и мелкозернистый бетон классов В22,5 В30, а для среднего теплоизоляционного - крупнопористый керамзитобетон или шлакопемзобетон классов В2,5...В3,5 плотностью 700 1200 кг/м. Из расчета по деформациям толщину панелей назначали 200... 300 мм с наружными слоями 30 40 мм, в которых размещалась рабочая арматура - обычная или предварительно напряженная. Внедрены панели такого типа при строительстве Литовской, Конаковской и Бурштынской ГРЭС, а также ряда других объектов. Для стен сельскохозяйственных зданий применялись несущие и самонесущие многослойные стеновые панели. С использованием в среднем слое крупнопористого керамзитобетона прочностью 0,5-1 МПа и плотностью не более 500 кг/м и фактурного внешнего слоя из цементнопесчаного раствора, а внутреннего - из тяжелого бетона, масса панели 6x3,3x0,25 м не превышает 5 т, что оказывалось на 25...30% меньше типового аналога.
Для стен сельскохозяйственных зданий рекомендованы несущие и самонесущие многослойные стеновые панели с использованием в среднем слое крупнопористого керамзитобетона с прочностью 0,5...10 МПа и плотностью не более 500 кг/м и фактурного внешнего слоя из цементно-песчаного раствора, а внутреннего - из тяжелого бетона.
Для животноводческих помещений предлагается применять вентилируемые трехслойные стеновые панели, в которых в качестве утеплителя применяется крупнопористый бетон. Особенности формования данных конструкций заключаются в следующем. Виброуплотнение уложенных в форму смесей нижнего фактурного и утепляющего слоев производится за один прием. Верхний фактурный слой укладывается без виброуплотнения с выравниванием его поверхности цилиндрическими валиками.
Для жилых зданий применение трехслойных стен с использованием в среднем слое бетона низкой теплопроводности связано в первую очередь с необходимостью повышения существующего уровня теплозащиты применяемых типовых ограждающих конструкций без коренного изменения традиционных технологий. В жилищном строительстве с этой целью наибольшее распространение получил также крупнопористый керамзитобетон, а внедрены такие панели были преимущественно в северных регионах.
Имеется опыт применения трехслойных стеновых панелей с теплоизоляционным слоем из низкотеплопроводных бетонов и в индустриально развитых странах мира. Они используются в Швеции, Финляндии, Германии, Швейцарии, Голландии, Бельгии при строительстве зданий различного назначения: промышленных, животноводческих и птицеводческих объектов, магазинов, школ, детсадов и др. Среди бетонов, выбранных в качестве теплоизоляционного слоя с целью обеспечения повышенного сопротивления теплопередаче стен, наибольшее распространение получили крупнопористый бетон и арболит. Кроме того, имеются нетрадиционные решения применения новых заполнителей и бетонов на их основе. Так, например, в Бельгии разработана технология производства из глин легких вспученных заполнителей в виде пустотелых гранул. Из бетонов на их основе изготавливают трехслойные стеновые панели, используя в наружных слоях заполнитель фракции 1 ..10 мм, а в среднем- 1...30 мм. При этом прочность бетона наружных слоев и среднего составляет соответственно 20...30 МПа и 3...4 МПа, а средняя плотность - 1100...1400 и 550...600 кг/м3.
По сообщению немецкого журнала «Baumarkt», в Германии разработана конструкция панели, в которой теплоизотяционный слой состоит из гранулированных керамических шариков и стеклянной муки, которые связаны с цементом в гомогенную массу. Этот слой не только отличается высокой жесткостью, но и позволяет уменьшите толщину панели с 36,5 до 25 см при том же коэффициенте теплопередачи.
Использование крупнопористого керамзитобетона в качестве теплоизоляционного слоя многослойных панелей послужило началом для совершенствования технологии изготовления таких конструкций. Одним из прогрессивных решений оказалась технология формования двухслойных конструкций методом расслоения специально подобранной легкобетонной смеси В процессе вибрирования растворная составляющая оседает в нижнюю часть формы и, заполняя межзерновые пустоты крупного заполнителя, образует плотный слой легкого бетона. В верхней части изделия образуется крупнопористый бетон.
Коллективом ученых Мордовского государственного университета в течение 10 лет проводятся исследования по разработке технологии изготовления ограждающих конструкций без специальных утеплителей с использованием местных строительных материалов.
Рассматривается возможность использования данных технологий для изготовления трехслойных стеновых панелей, пригодных для возведения зданий и сооружений различного назначения. Основное достоинство таких ограждающих конструкций - высокое термическое сопротивление при обеспечении совместной работы отдельных слоев под нагрузкой. Способ изготовления ограждающих конструкций заключается в изготовлении краиних и промежуточных слоев в несколько стадии в горизонтальном положении с использованием пористых крупных заполнителей и вибрирования.
Трехслойную панель на основе каркасного керамзи обетона готовят следующим образом. Укладывают в форму свежеприготовленную бетонную смесь, производят вибрацию, которая обеспечивает ее расслаивание и образо вание крайнего плотного и внутреннего крупнопористого слоев Затем на поверхность крупнопористого слоя укладывают строительный раствор с подвижностью 1-2 см, который с помощью давления внедряется в межзерновое пространство гранул легкого заполнителя. Для образования нижнего - плотного и среднего - крупнопористого слоя используется мелкий заполнитель с крупностью менее 0,63 мм. В этом случае создаются лучшие условия для расслаивания смеси и образования прочных клеевых прослоек, связывающих гранулы крупного заполнителя в крупнопористый слой. Крупный заполнитель фракции 20-40 мм, обладающий лучшими теплотехническими свойствами, предварительно насыщают водой с целью сохранения большей жизнеспособности смеси. Размеры мелкого заполнителя принимаются менее 2,5 мм, так как только при этом не происходит закупоривания пористой структуры при образовании верхнего плотного слоя. При этом путем изменения количественного содержания растворной составляющей в бетонной смеси, идущей на изготовление нижнего - плотного и среднего - крупнопористого слоя, а также толщины укладываемого слоя из строительного раствора для образования верхнего плотного слоя можно в широких пределах регулировать размеры отдельных слоев трехслойных панелей и их теплотехнические свойства.
Для изготовления наружных слоев трехслойной панели могут быть использованы пенобетоны и газобетоны. Панель с применением газобетонов изготавливают в следующем порядке в форму последовательно укладывают облицовку, свежеприготовленную поризованную легкобетонную смесь, а затем в момент наступления интенсивного вспучивания смеси производят вибрацию, которая обеспечивает расслаивание смеси и образование крайнего плотного и внутреннего крупнопористого слоев, потом на поверхность крупнопористого слоя укладывают строительный раствор с подвижностью 1-2 см, который с помощью давления внедряется в межзерновое пространство гранул легкого заполнителя. Крупный заполнитель фракции 20-40 мм, обладающий лучшими теплотехническими свойствами, предварительно насыщают водой с целью сохранения большей жизнеспособности смеси. Размеры мелкого заполнителя принимаются менее 2,5 мм, чтобы не происходило закупоривания пористой структуры при образовании среднего слоя.
Технология изготовления конструкций с применением пенобетонов включает следующие операции. После установки арматурных каркасов, закладных изделий и монтажных петель свежеприготовленной смесью заполняют форму и осуществляют вибрирование уложенной смеси до образования нижнего плотного и крупнопористого слоев. После окончания вибрирования получается двухслойная конструкция с толщиной крайнего плотного слоя 80 мм и крупнопористого слоя - 30-40 мм. Затем на поверхность последнего укладывают пенобетонную смесь, которая заполняет пустоты крупнопористого бетона. При достижении пенобетоном пластической прочности 0,25 кг/см2 поверхность пенобетона прикатывают катящимся валом диаметром 200 мм до получения прикатанного слоя толщиной 5 см.
Общая тенденция повышения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций нашла отражение в поиске новых видов низкотеплопроводных бетонов для теплоизоляционного слоя Это новое поколение бетонов пониженной средней плотности и прочности, способных обеспечивать связь наружных слоев из конструкционных бетонов без дополнительных элементов, являющихся в большинстве случаев теплопроводными включениями и снижающих эффективность использования утеплителей из материалов, имеющих отличную от бетонов технологию изготовления, к которым относится полистиролбетон.
По технологии изготовления трехслойные панели из легкого бетона с монолитной связью слоев аналогичны однослойным. Используемые в качестве утеплителя легкие бетоны низкой средней плотности несгораемы или трудносгораемы, а их эксплуатационные свойства не ухудшаются во времени Монолитная связь слоев обеспечивается последовательной их укладкой при изготовлении в едином технологическом цикле Отсутствие дополнительных дискретных связей исключает образование теплопроводных включений, подобных другим видам трехслойных конструкций. Такие конструкции воспринимают нагрузки, как и однослойные, полным сечением. Существенным преимуществом их по сравнению с трехслойными с гибкими связями является снижение расхода рабочей арматуры за счет передачи нагрузки не только на внутренний несущий слой, а на сечение в целом.
В настоящей монографии приводятся особенности расчета, оптимизация структуры и составов материалов, исследование свойств, разработка заводской технологии изготовления, применение и технико экономическая эффективность использования трехслойных ограждающих конструкций на основе каркасных бетонов и полистиролбетона.
