USE OF MONOLITHIC FOAM CONCRETE IN ENCLOSING STRUCTURES OF BUILDINGS AND STRUCTURES WITH VARIABLE THERMAL CONDITIONS

Full Text

Возможности строительства в наши дни зависят от современных экономических условий. Кризисные явления последних лет диктуют новые условия в промышленном и гражданском строительстве. Рост цен на строительные материалы заставляет заказчиков и исполнителей проектов искать материалы, отвечающие главным условиям экономической целесообразности: окупаемости и экологичности. Устаревшие технологии строительства и использование строительных материалов, соответствующие ГОСТам и стандартам СССР, ведут к удорожанию проектов, а развитие современного строительства подразумевает переход от однослойных конструкций к многослойным, где на конструктивные слои разделяются их теплозащитные и несущие функции. Иными словами, для строительства зданий индивидуальной застройки необходим универсальный материал, отвечающий критериям долговечности, высокой теплоизоляционной способности, пожаробезопасности и прочности. Ю. С. Вытчиков, М. Е. Сапарёв, В. А. Голиков 11 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 4 С 30-х гг. XX в. в нашей стране начинается рост производства ячеистого бетона автоклавного и неавтоклавного твердения. Большая распространенность различных видов ячеистых бетонов открыла большой спектр использования этого материала. Рассмотрев модельный ряд, можно выделить наиболее эффективного представителя ячеистых бетонов - монолитный пенобетон. Монолитный пенобетон представляет собой смесь с равномерно распределенными и скрепленными между собой замкнутыми пузырьками, что обеспечивает снижение плотности бетона. Благодаря варьированию его плотности от 200 до 1600 кг/м3, монолитный пенобетон может использоваться не только как конструктивный, но и теплозвукоизоляционный материал [1]. Коэффициент его теплопроводности колеблется в пределах от 0,065 до 0,27 Вт/(м·°С) в зависимости от плотности, а звукоизолирующая способность в 1,5-2 раза выше, чем в кирпичных стенах. Кроме того, монолитный пенобетон обладает довольно низкой водопоглотительной способностью. Следует также упомянуть об экологических характеристиках данного материала. Монолитный пенобетон обладает I степенью огнестойкости и надежно защищает от распространения пожара [2, 3]. Малая плотность и легкость этого бетона позволяет сократить время транспортировки и кладки. Использование менее энергозатратной безавтоклавной технологии позволяет производить пенобетон как в стационарных условиях, так и непосредственно на строительной площадке, что позволяет исключить затраты на бой, разгрузку-погрузку и транспортировку. Диапазон применения монолитного пенобетона обширен, что делает его прекрасным материалом для строительства зданий и сооружений, где необходимы быстрая скорость возведения и небольшая толщина ограждающей конструкции [4]. Наибольший интерес данный материал представляет для сооружений, в которых присутствует прерывистая подача тепла [5-7]. К таким зданиям относятся загородные коттеджи, лыжные базы, прорабские будки и т. д. Методика теплотехнического расчета Тепловой режим таких объектов нестационарен, так как основная тепловая нагрузка приходится на поддержание санитарно-гигиенических норм. Пик тепловой нагрузки приходится на выходные или праздничные дни, когда температуру необходимо поддерживать в пределах 18-26 С в зависимости от региона строительства. В работах [8, 9] представлены результаты исследования теплового режима помещений, отапливаемых периодически. Методика определения времени нагрева строительных конструкций описана в работе [10]. Следует отметить, что конструкции для таких зданий должны отвечать двум важным критериям: R0 пр [1]R0 тр, (1) где R0 пр - приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, (м2·°С)/Вт; R0 тр - требуемое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий, (м2·°С)/Вт; н [1]тр, (2) где н - время нагрева наружной стены, с; тр - требуемое время нагрева ограждающей конструкции, с. Методика расчета многослойных конструкций представлена в работе [9]. Результаты теплотехнического расчета фрагмента наружной стены В качестве примера выполним теплофизический расчет наружной стены утепленным монолитным пенобетоном. Ограждающая конструкция выполнена в виде кладки из силикатного кирпича толщиной   120 мм, плотностью   1800 кг/м3; монолитного пенобетона, характеристики которого варьируются в зависимости от плотности; гипсокартона толщиной  12,5 мм, плотностью  800 кг/м3. Подробная схема ограждающей конструкции представлена на рис. 1. Результаты расчеты были сведены в сводную таблицу. В результате расчетов были получены зависимости, показывающие минимальные и максимальные величины толщины ограждающей конструкции в зависимости от плотности теплоизоляции (рис. 2-4). Рис. 1. Конструкция кирпичной кладки, утепленной изнутри монолитным пенобетоном: 1 - гипсокартон; 1 0,0125 м; 1 800 кг/м3; 1 0,19 Вт/(м·С); с1 0,84 кДж/(кг·С); 2 - теплоизоляционный слой из монолитного пенобетона; 3 - кладка из силикатного кирпича 3 0,12 м; 3 1800 кг/м3; 3 0,76 Вт/(м·С); с3 0,8 кДж/(кг·С) Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 4 12 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Таблица 1 Результаты теплотехнического расчета ограждающей конструкции П лотность , кг/м3 Толщина изоляционного слоя, м Требуемое сопротивление теплопередаче R0 минимальная  пр, (м2·°С)/Вт min максимальная max 100 0,082 0,160 1,5 150 0,085 0,160 1,5 200 0,087 0,160 1,5 300 0,105 0,180 1,5 400 0,130 0,210 1,5 500 0,195 0,270 1,5 600 0,214 0,290 1,5 700 0,245 0,320 1,5 800 0,256 0,330 1,5 1000 0,278 0,350 1,5 Рис. 2. Зависимость времени нагрева ограждающей конструкции от толщины теплоизоляции при плотностях пенобетона, кг/м3: 1 - 100; 2 - 150; 3 - 200; 4 - 300; 5 - 400; 6 - 500; 7 - 600; 8 - 700; 9 - 800; 10 - 1000 Расчеты показали, что монолитный пенобетон плотностью от 100 до 300 кг/м3 обладает наименьшим временем нагрева ограждающей конструкции. Кроме того, применение пенобетона с такой плотностью из-за небольшой теплопроводности материала позволяет уменьшить толщину конструкции и удельные энергозатраты на ее прогрев. Однако полностью отказаться от применения кирпича в качестве материала для возведения подобных ограждающих конструкций не представляется возможным из-за сравнительно небольшой механической прочности пенобетона. Применение такого материала в качестве эффективной теплоизоляции наиболее целесообразно в совокупности Ю. С. Вытчиков, М. Е. Сапарёв, В. А. Голиков 13 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 4 Рис. 3. Зависимость времени нагрева ограждающей конструкции от приведенного сопротивления теплопередачи при плотностях пенобетона, кг/м3: 1 - 100; 2 - 150; 3 - 200; 4 - 300; 5 - 400; 6 - 500; 7 - 600; 8 - 700; 9 - 800; 10 - 1000 Рис. 4. Зависимость удельных энергозатрат от времени нагрева ограждающей конструкции при плотностях пенобетона, кг/м3: 1 - 100; 2 - 150; 3 - 200; 4 - 300; 5 - 400; 6 - 500; 7 - 600; 8 - 700; 9 - 800; 10 - 1000 с прочными конструкционными строительными материалами. Выводы. Выполненный теплотехнический расчет различных вариантов исполнений наружных стен, утепленных с помощью монолитного пенобетона, позволил выделить наиболее полезный диапазон плотностей (от 100 до 300 кг/м3) этого материала с точки зрения энергосбережения. Данный расчет также показал целесообразность применения пенобетона в качестве утеплителя с внутренней стороны наружной стены.

About the authors

Yury S. VYTCHIKOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Mikhail Ye. SAPAREV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Vladislav A. GOLIKOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files