APPLICATION OF LIGHT-CONCRETE ENCLOSING STRUCTURES TO INCREASE RESIDENTIAL COMFORT

Cover Page

Abstract


The article is devoted to the justifi cation of the use of light concrete for the production of enclosing structures that create a comfortable microclimate in the premises. Ways to expand the scope of light concrete application by introducing a material of a fused structure without a fi ne aggregate are proposed. The article substantiates the scientifi c hypothesis that the use of various types of air-entrapping surfactants will create a promising material, the numerous advantages of which allow us to consider it a worthy alternative to multilayer structures.

Full Text

Комфортность жилья - это многофакторный критерий. Он подразумевает комфорт внешней и внутренней среды обитания человека. Внешняя среда воздействует на человека через микроклимат зданий и застройки. На комфорт внешних условий проектируемой среды оказывают влияние следующие факторы: природные, антропогенные, градостроительные, эстетические и инженерные системы. Критериями уровня комфортности внутреннего пространства являются: функциональные факторы - объемно-планировочные и конструктивные решения, уровень инженерного благоустройства; санитарно-гигиенические факторы - температурно-влажностный режим, световой и шумовой режимы, экологическая безопасность [1]. Немалую роль в создании комфортного микроклимата жилых помещений играют ограждающие конструкции и материалы, из которых они сделаны. Как известно, ограждающие конструкции, в частности стены, должны совмещать несущие и ограждающие функции. Кроме того, к ним предъявляются противопожарные, тепло- и звукоизоляционные требования, а с точки зрения архитектуры - эстетические требования. Они в значительной степени обеспечивают энергоэффективность здания. От теплоизоляционных качеств стен во многом зависит температурно-влажностный режим помещения, а от материала конструкции - экологическая безопасность жилища. Понятие «экологическая Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 2 58 СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ безопасность» включает в себя химическую и биологическую безопасность жилища. Химическая безопасность подразумевает комфортное для человека состояние воздушной среды, контролируемое по интегральному количеству вредных веществ в воздухе помещений жилища, в том числе и выделяющихся в процессе эксплуатации из строительных материалов. Под биологической безопасностью подразумевается отсутствие биоповреждений материалов и конструкций плесневыми грибками, насекомыми и грызунами. Немаловажным качеством ограждающей конструкции является ее технологичность как на стадии производства, так и на стадии монтажа. Важным экономическим показателем эффективности конструкции является ее стоимость. Примером удачного совмещения всех вышеперечисленных требований, реализованных в конструкции стенового ограждения, являются ограждения из легкого бетона. История развития легких бетонов с учетом их массового применения в строительстве насчитывает всего несколько десятков лет. Между тем отличия легких бетонов от традиционных видов обычного бетона весьма существенны. Это позволяет создавать эффективные композиции для производства конструкционных легких бетонов для стеновых конструкций. В общем объеме возводимых ограждений в жилищном строительстве на долю изделий из легкого бетона приходится до 50 %. В малоэтажном домостроении широко используются блоки из керамзитобетона. При строительстве из таких блоков расходуется вдвое меньше раствора, чем при возведении кирпичных стен. При этом скорость монтажа повышается в несколько раз. Стены из легкобетонных блоков отличаются архитектурной выразительностью и эстетичностью и поэтому не требуют дополнительной отделки (рис. 1). Возрождается интерес заказчиков и производителей к однослойным стеновым панелям, которые отличаются простотой технологии изготовления и невысокой стоимостью. Долговечность легкого бетона доказана на примере зданий и сооружений, которые эксплуатируются многие годы [2-4] (рис. 2). В современных условиях при повышенном внимании к энергоэффективности зданий [5,6] широкое распространение получили многослойные ограждения. Они безусловно обладают хорошими теплоизоляционными свойствами. Но, рассматривая их с точки зрения микроклиматического комфорта помещений, необходимо учитывать особенности их эксплуатации. Однослойные стены из бетона обладают хорошей паропроницаемостью. Конструкция трехслойных стен содержит паронепроницаемый утеплитель. Для создания комфортного для человека микроклимата в помещениях с трехслойным ограждением необходима организация принудительной вентиляции и регулирование влажности воздуха в помещениях. Без этих мероприятий закономерно увеличивается влажность воздуха и конструкций, что может привести к биоповреждениям и появлению у жителей суставных и бронхо-легочных заболеваний, возникновению аллергических реакций. При этом сэкономленное тепло будет уходить через форточки при проветривании помещений. По мнению авторов, существует реальная возможность использования в жилищном строительстве более комфортных однослойных легкобетонных конструкций при условии изыскания эффективных способов повышения их теплоизоляционных качеств. Решением проблемы может стать разработка технологических способов снижения плотности легкого бетона. В связи с вышеизложенным актуальной задачей можно считать разработку технологии, Рис. 1. Стеновые легкобетонные панели Рис. 2. Жилой дом из легкобетонных панелей А. Ю. Жигулина, А. Г. Чикноворьян, С. А. Мизюряев 59 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 2 направленной на изменение структуры бетона, в частности на изготовление легкого поризованого бетона слитной структуры без мелкого заполнителя. Поризацию бетона возможно производить за счет использования различных типов воздухововлекающих добавок и поверхностно-активных веществ. В современных условиях на начальном этапе более правильным следует считать направление на видоизменение и улучшение свойств керамзита как заполнителя для легких бетонов, выпускаемого промышленностью. Одним из путей решения данной проблемы является организация производства особо легкого керамзита с насыпной плотностью около 200 кг/м3. На таком керамзите с применением новых технологических решений по уменьшению теплопроводности бетона возможна организация производства эффективных ограждающих конструкций. Производство особо легкого керамзитового гравия будет иметь ряд технологических особенностей, касающихся его свойств, свойств сырья и технологии производства. Из сырья с высоким содержанием глинистой фракции путем варьирования органических и железистых составляющих можно изготовить особо легкий керамзитовый гравий с насыпной плотностью 180-220 кг/м3 при обязательном соблюдении условий ведения процесса термообработки по оптимальному температурному режиму. Одним из главных факторов получения качественного легкого бетона является использование эффективных пенообразователей, а также высокодисперсных минеральных компонентов. Это касается технологии приготовления беспесчаных керамзитобетонных смесей и изготовления на их основе однослойных наружных панелей с улучшенными теплотехническими характеристиками на базе особо легкого керамзитового гравия с насыпной плотностью 180-220 кг/м3. Эффективность данной технологии обусловлена применением новых устойчивых пенообразователей, например силикатного пенообразователя ПО-6К производства «Салаватнефтеоргсинтез». Для приготовления керамзитопенобетонов возможно использование стандартного оборудования практически без его переделки. Мелкий заполнитель полностью исключается из состава бетона. Применение керамзитобетона позволяет уменьшить толщину однослойных стеновых панелей до 55-60 см. Это делает их конкурентоспособными со стенами из кирпича и трехслойных панелей, отличающихся большей материалоемкостью, трудоемкостью и стоимостью. Высокую эффективность показали составы поризованого легкого бетона слитной структуры без мелкого заполнителя на керамзитовом гравии с насыпной плотностью от 200 до 500 кг/м3. Расход гравия в бетоне составляет 1 м3 (в неуплотненном состоянии) на 1 м3 бетона, а расход цемента М 400 для получения данного вида бетона марок от М 35 до М 100 составляет от 300 до 400 кг/м3. Степень поризации бетона смеси в зависимости от расхода пенообразователя и расхода цемента находится в пределах 8-12 % [7]. Особенностью структуры бетонов с воздухововлекающими добавками является наличие замкнутых пор микроскопических размеров, равномерно наполняющих тело бетона. Проблема увеличения однородности структуры легкого бетона решается выбором способа и временем формирования изделия, а также условиями его твердения. Пористость легкого бетона характеризуется объемом вовлеченного воздуха и однородностью его распределения. Такой бетон обладает главным образом закрытой пористостью со средним диаметром пор около 0,001 м. Именно это структурное изменение позволяет повысить сопротивление теплопередаче материала [8]. Практика применения данного бетона позволила выявить ряд проблем, которые требуют проведения дополнительных исследований: • высокий коэффициент вариации прочности и плотности бетона (до 20-40 %), связанный с высокой неоднородностью легкого заполнителя по плотности (это недостаток всех видов легких бетонов и одна из причин отказа от его использования в конструкционных бетонах); • низкая стабильность вспененной массы во времени (технология эффективна при приготовлении смеси непосредственно на месте укладки), а отсюда неоднородность теплозащитных и прочностных свойств бетона; • интуитивная оценка степени поризации смеси оператором (процесс не поддается контролю непосредственно в смесителе, степень поризации значительно зависит от расхода воды и пенообразователя, т. е. от реологических свойств бетонной смеси, и при этом происходит интенсивное поглощение воды затворения легким заполнителем). Одним из самых эффективных видов активных минеральных добавок для изготовления легких бетонов являются золы сухого удаления от горения углей - отход производства теплоэлектростанций (рис. 3). Это тонкодисперсные вещества с подходящим для создания легких бетонов минералогическим составом, обладающие высокой гидравлической активностью. Возможность применения зол в индустрии строительных матери- Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 2 60 СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ алов зависит от их химического состава, минералогической структуры и физических свойств. Физические и химические свойства зол зависят от свойств и характеристик используемого угля, а также от технологии их сбора на теплоэлектростанциях. Введение зольной добавки не усложняет технологию изготовления бетона: золу вводят в бетоносмеситель в сухом виде через отдельный бункер в количестве до 30 % от веса цемента. Конструкции наружных стен из этого типа легкого бетона с наружным и внутренним отделочными слоями из цементно-песчаного раствора вполне могут обеспечить эффективное и экономное расходование энергетических ресурсов при эксплуатации зданий и обеспечить термическое сопротивление наружных ограждающих конструкций в нормативных пределах. Выводы. Применение легких бетонов слитной структуры без мелкого заполнителя позволит значительно снизить плотность и теплопроводность наружных ограждений. Наружные стены в жилых зданиях из такого бетона обеспечивают стандартное термическое сопротивление и создают комфортные условия для жизни людей. Наиболее востребованными для жилищного строительства могут стать однослойные стеновые панели или блоки из бетона такого типа, так как технология их производства отличается простотой и невысокой стоимостью. Многочисленные преимущества материала дают основания полагать, что изделия из него могут стать достойной альтернативой многослойным конструкциям и быть востребованными в жилищном строительстве.

About the authors

Anna Y. ZHIGULINA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Alexandr G. CHIKNOVORYAN

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Sergey A. MIZURIAEV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

  1. Жигулина А.Ю. Проблематика проектирования комфортного жилья //Градостроительство. 2016. № 3 (43). С. 47-49.
  2. Горин В.М., Вытчиков Ю.С. Современные ограждающие конструкции из керамзитобетона для энергоэффективных зданий // Строительные материалы. 2011. № 3. С. 34-36.
  3. Применение стеновых камней из беспесчаного керамзитобетона в жилищном строительстве / В.М. Горин, С.А. Токарева, Ю.С. Вытчиков, И.Г. Беляков, Л.П. Шиянов // Строительные материалы. 2010. № 2. С. 15-18.
  4. Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г. Керамзитопенобетон - материал для наружных стеновых панелей // Строительные материалы. 1999. № 4. C.15-16.
  5. Жигулина А.Ю., Пономаренко А.М. Энергоэффективность высотных зданий (Energy efficiency of high-rise buildings)//E3S Web of Conferences 33, 02003 (2018) High-Rise Construction 2017 (HRC 2017) https:// doi.org/10.1051/e3sconf/20183302003.
  6. Жигулина А.Ю. Зарубежный и отечественный опыт проектирования энергоэффективных жилых домов // Градостроительство и архитектура. 2011. № 1. С. 29-30. doi: 10.17673/Vestnik.2011.01.6.
  7. Патент РФ. 2059587. Способ приготовления керамзитопенобетонной смеси / Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г. 1996. Бюл. № 3. 5 c.
  8. Hilal А.А., Thom N.A., Dawson A.R. Journal of Advanced Concrete Technology. Failure mechanism of foamed concrete made with/without additives and lightweight aggregate. V.14., Pp. 511-520 (2016).

Statistics

Views

Abstract - 66

PDF (Russian) - 23

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2020 ZHIGULINA A.Y., CHIKNOVORYAN A.G., MIZURIAEV S.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies