Стеновые материалы, применяемые для их возведении

В зависимости от расположения над фундаментом вертикальных и горизонтальных несущих конструкций применяют каркасную, бескаркасную и смешанную схему зданий и сооружений.

Основные элементы каркасной схемы представляют собой систему наружных и внутренних вертикальных и горизонтальных опор, на которые укладывают или навешивают крупноразмерные плиты. Наиболее применяемые в этом случае железобетонные колонны класса В 20…40, армированные пространственным каркасом, а также ригели и балки из бетонов класса В 30…40 с обычной и преднапряженной арматурой при длине более 6 м. Наружные стены каркасных зданий представляют собой лишь ограждающие конструкции, поэтому их выполняют самонесущими, сохраняющими прочность, жесткость и устойчивость при действии нагрузок от ветра, собственной массы и вышестоящей стены, или навесными, предназначенными только для защиты помещений от атмосферных воздействий и создания комфортных условий. В этом случае стены передают нагрузку (ветровую и от собственной массы) в пределах одной панели на элементы несущего каркаса здания. Такую схему применяют для строительства разных по этажности промышленных и гражданских зданий, которые могут быть как одно-, так и многопролетными.

По бескаркасной схеме прочность, жесткость и устойчивость здания обеспечивают продольные или поперечные вертикальные несущие стены. Горизонтальными конструктивными элементами являются балки и фермы, выполненные из обычного или преднапряженного железобетона класса В и уложенные по ним плиты ограждения – перекрытия или покрытия. Эту схему чаще применяют в многоэтажном гражданском строительстве и в промышленном с небольшими пролетами (до 12 м) и при отсутствии тяжелого оборудования.

В некоторых зданиях используют комбинированную схему, например, бескаркасную при выполнении наружных стен из кирпича и каркасную во внутреннем объеме – колонны с самонесущими или трансформируемыми (передвижными) перегородками.

В зависимости от применяемых стеновых материалов, изделий и конструкций используют несколько вариантов возведения многоэтажных зданий: крупнопанельные, из монолитного бетона, мелкоштучных изделий, крупноблочных и объемных блоков.

Каждое из направлений имеет свои положительные и отрицательные стороны.

Так панельное строительство, используя готовые заводские крупноразмерные конструкции на комнату, позволяет значительно сократить сроки возведения здания, причем процесс сборки фактически не зависит от климатических условий. Не требуется и дополнительный уход за бетоном до набора им нормируемой прочности. В то же время для сборного железобетона характерны высокие материалоемкость и энергоемкость как при получении конструкций, так и при эксплуатации зданий, которые, как правило, не обладают архитектурной выразительностью. К недостаткам можно также отнести высокую стоимость и громоздкость перевозок крупноразмерных элементов, сложность монтажа и обеспечения водонепроницаемости и теплоизоляции стыковых соединений. Типы крупноразмерных панелей представлены в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Основные типы наружных стеновых панелей

 

Типы панелей	Используемые материалы
Однослойные	Керамзитобетон, аглопоритобетон, ячеистый конструкционный бетон
Двухслойные	Внутренний несущий слой – тяжелый или легкий бетон на пористых заполнителях. Наружный слой – плитный утеплитель с защитным отделочным слоем (минвата, ячеистый бетон, поропласты)
Трехслойные: самонесущие     навесные	Внутренний слой – тяжелый бетон. Средний слой – плитный теплоизоляционный материал Наружный слой – легкий бетон на пористых заполнителях. Жесткие обоймы– скорлупы (внутренняя и наружная) из металлических листов с защитным покрытием. Теплоизоляционный плитный сердечник из минваты или поропласта

 

Возведение зданий из монолитного бетона с использованием скользящей или переставной опалубки составляет как в России, так и в Беларуси не более 2 % общего объема. Преимущества этой технологии заключаются в высоком темпе производства строительных работ. Проектирование несущих конструкций в данном случае выполняют с учетом реально действующих нагрузок, что позволяет дифференцировать армирование и класс бетона по высоте здания. Не требуются закладные детали и подъемные петли для монтажа конструкций. Это позволяет снизить материалоемкость строительства, в частности, сократить расход бетона на 12 %, металла на
20 %. Вследствие сокращения, а иногда и ликвидации рабочих деформативных швов повышается монолитность сооружения. Применение монолитного бетона дает больше возможностей в разнообразии архитектурных решений строящихся объектов. Приготовление бетонной смеси непосредственно на строительной площадке снижает транспортные расходы до минимума. Немаловажен и тот факт, что монолитное строительство не требует больших площадей для складирования крупноразмерных конструкций и ограничивается пределами стройплощадки. В то же время для непрерывной подачи и укладки бетонной смеси необходима точность, высокая квалификация работающих и культура производства. Жесткие требования предъявляют к бетонным смесям, которые должны быть, с одной стороны, легко формуемыми, а с другой – обладать достаточно быстрой фиксацией структуры для ритмичного подъема герметичной, легкой и мобильной опалубки. Сроки возведения таких конструкций ограничены температурно-влажностными условиями окружающей среды, марка используемого бетона, как правило, значительно ниже заводской в силу меньших возможностей усовершенствования технологии производства.

В Беларуси монолитное домостроение получило свое начало со второй половины 70-х годов прошлого века. Первым был построен 16-этаж
ный монолитный жилой дом в скользящей опалубке в г. Минске. За прошедшие годы аналогичные многоэтажные дома возвели в Бресте, Гомеле. Кроме отдельно стоящих, построены секционные дома средней этажности с мансардами. Совершенствуются виды опалубок, позволяющих значительно разнообразить архитектуру фасадов. Большое внимание уделяется подбору состава бетона, обеспечивающего высокий темп строительства.

Все большее распространение получает комплексная технология возведения зданий, когда монолитный железобетон используют для несущих конструкций, воспринимающих рабочую нагрузку (каркас, перекрытия), а ненесущие (перегородки) и ограждающие выполняют из легких сборных элементов. К разновидностям монолитного домостроения относится также технология, использующая в качестве несъемной, оставляемой опалубки плиты или полые блоки с послойным заполнением пространства легким или тяжелым бетоном. В качестве первых используют, например, плиты «Зидарит» российского производства, получаемые прессованием смеси, состоящей на 90 % из древесины хвойных пород, цемента и жидкого стекла. Материал обладает водо- и биостойкостью, морозостойкостью до F75, легко обрабатывается и отделывается. Для обеспечения ограждающей стеновой конструкции заданных тепло- и звукоизоляции все шире применяют специальный строительный пенополистирол в виде полых, заливаемых бетоном блоков размером 100(150)х25х25 см или термовкладышей, вставляемых в опалубку на этаж и заливаемых с двух сторон бетоном.

Одним из распространенных примеров бескаркасного строительства является технология возведения с выполнением несущих стен из мелкоштучных материалов: кирпича, камней и мелких блоков.

Применяемые материалы:

- кирпичи керамические и силикатные полнотелые и пустотелые;

- камни керамические и силикатные, легкобетонные ячеистые (цементные, силикатные) и на пористых заполнителях, а также из горных пород определенной плотности;

- мелкие блоки из естественного пористого камня (туфа, известняка-ракушечника), легкобетонные (шлаковые, керамзитовые, ячеистые силикатные и цементные) и пустотелые керамические.

Для получения цельной конструкции изделия в определенном порядке укладывают на специальные кладочные растворы или при высокой точности размеров – на строительный клей. Этот класс материалов целесообразен при строительстве небольших, отдельно стоящих зданий с большим количеством дверей и окон.

Кирпичные стены выполняют в 2,5; 2 и 1,5 кирпича сплошными или для малоэтажных зданий – с использованием облегченной колодцевой кладки. В этом случае наружную и внутреннюю часть стены выкладывают в полкирпича с заполнением промежутка теплоизоляционным материалом: засыпочным (кирпичный бой, керамзит, аглопорит, перлит, шлак), монолитным легким бетоном, плитным поропластом. Такой тип кладки позволяет не только обеспечить заданную теплопроводность, но и уменьшить толщину ограждающей конструкции и, следовательно, нагрузку на фундамент.

Необходимо учитывать, что теплоизоляционные качества стен, выполненных из мелкоштучных материалов (кирпич, камень, мелкие блоки), зависят не только от их коэффициента теплопроводности, но и кладочного раствора. В сухом состоянии этот показатель для кирпича и раствора примерно одинаков. При эксплуатации во влажных условиях вследствие значительно большей сорбционной способности кладочного раствора его коэффициент теплопроводности увеличивается на 50 %, в то время как кирпича, контактирующего с воздухом, только на 20 – 30 %. Причем установлено, что чем больше общая пористость и средний размер пор, тем меньше его суммарная влажность. Это объясняется высокой влагоотдачей неорганических пористых материалов. Следовательно, значительно повысить эффективность наружных стен, выполненных из мелкоштучных материалов, можно за счет использования изделий большего формата, выполненных из поризованного или многопустотного материала, укладываемых на теплоизоляционные кладочные растворы. Высокую степень поризации обеспечивают введением в процессе подготовки формовочной массы комплекса выгорающих, пено- или газообразующих добавок.

Примерами реализации этих направлений могут служить следующие разработки, внедренные в строительное производство. Так, заслуженное признание строителей получили прессованные блоки из конструкционно-теплоизоляционного ячеистого бетона плотностью 400 – 600 кг/м³, выпускаемые такими предприятиями, как ЗАО «Победа» (Россия), ОАО «Забудова» и Минский комбинат силикатных изделий (Беларусь). За счет поризации, изменения формы и расположения пустот коэффициент теплопроводности изделий составляет 0,12 – 0,18 Вт/мК при прочности на сжатие 2,5 – 5,0 МПа, что позволяет отказаться от дополнительного использования утеплителей. Монолитность стеновой конструкции достигается вследствие высокой точности размеров изделий укладкой блоков на клеевой цементный раствор, толщина которого составляет 1 мм.

Эффективно применение такого изделия, как «кирпич-термос» Челябинского зольного завода. Для его получения в качестве основного сырья использованы золошлаковые отходы. Специальное расположение прямоугольных вытянутых пустот в шахматном порядке обеспечило силикатному кирпичу марку по прочности до 150, морозостойкости F 25 и теплопроводность 0,34 Вт/мК, что позволило на 20 % уменьшить толщину стены.

НПО «Керамика» (г. Санкт-Петербург) методом пластического формования из смеси голубой кембрийской глины и отощающих добавок получают кирпич с квадратными пустотами, составляющими 30 – 36 %, плотностью 1100 – 1150 кг/м³. Марки кирпича по прочности 100, 125, 150, по морозостойкости F 25…35. Общая пустотность с учетом пористости керамического черепка, как в лучших зарубежных аналогах, составляет 43 –45 %.

В Перми в качестве стенового материала используют газобетонные блоки размером 300х188х575 мм массой до 20 кг, заменяющие в ограждающих конструкциях при толщине стены 64 см 28 кирпичей, общий вес которых составил бы 120 кг. За счет увеличения размера процесс кладки можно ускорить в 4 раза, расход раствора сократить в 5 – 7 раз.

Перспективно использование блоков из легкого бетона с вкладышами из пенополистирола, позволяющее значительно уменьшить толщину стен.

Крупноразмерные блоки массой до трех тонн выполняют гипсобетонными с вертикальными пустотами, плотностью 1200 – 1700 кг/м³, многослойными из керамических кирпичей и камней с теплоизоляционным слоем (двух- и трехслойные) плотностью не более 400 кг/м³ и бетонные. В зависимости от назначения бетонные блоки подразделяют на наружные – одно- и двухслойные и внутренние – однослойные.

Для их выполнения используют крупнопористый бетон, легкий бетон на пористых заполнителях плотной и поризованной структуры, ячеистые цементные и силикатные бетоны, а также пористый природный камень.

Типы бетонных блоков представлены в таблице 7.2.

Таблица 7.2

Типы бетонных блоков

Тип блока	Применяемые материалы
Наружный: однослойный	Легкий бетон на пористых заполнителях класса В3,5…12,5 ячеистый класса В2,5…7,5
двухслойный	Внутренний слой – тяжелый бетон класса В3,5…7,5 Наружный слой – легкий бетон класса В2,5…7,5
Внутренний однослойный	Легкий или тяжелый бетон класса В5…12,5

 

В гражданском строительстве используют еще одну схему – объемно-блочную. При этой технологии дома возводят с использованием объемных элементов – коробчатых блок-комнат, которые изготовляют на заводе из отдельных железобетонных панелей, полученных кассетным или вибропрокатным способами, или в монолитном варианте – цельноформованные типа «лежащий стакан» или «колпак», в которых боковая стена или перекрытие – съемные.

Объемные элементы для жилых зданий выпускают на одну или две комнаты. Наиболее распространены в строительстве конструкции для санитарных кабин и шахт лифтов. Стены блоков, образующие наружную стену дома, для обеспечения заданной теплопроводности выполняют многослойными или из легкого бетона. Внутренние стены и перекрытия делают однослойными из тяжелого бетона класса В или конструкционного керамзитобетона класса В. Блоки соединяют, как и панели, путем сварки закладных деталей. Несмотря на прогрессивность этого индустриального метода жилищного строительства блоки не нашли широкого распространения в связи со сложностью выполнения, трудностями при транспортировке и монтаже этой массивной, громоздкой конструкции. Все вышеперечисленные технологические схемы жестко ограничивают планировку квартир.

Проблемам многоэтажного жилищного строительства посвящаются многочисленные международные конференции, на которых ученые и практики обсуждают и вырабатывают рациональные направления в строительстве, позволяющие создавать дома, которые бы отвечали требованиям жилища ХХI века.

Всестороннее рассмотрение вопроса на международной научно-практической конференции «Жилище ХХI века», состоявшейся в апреле 1999 г., позволило наметить два направления в строительстве:

- строительство массового социального жилья. Сюда входит как возведение новых многоквартирных домов, сочетающих пониженную стоимость с улучшенным качеством и расширением потребительских услуг, так и реконструирование имеющихся пятиэтажных домов за счет увеличения этажности при имеющихся фундаменте и стенах, обеспечивающих заданную несущую способность;

- коммерческое строительство повышенной стоимости и комфортности по желанию заказчика.

В настоящее время в Минске ведется строительство трех экспериментальных многоквартирных домов массовой застройки с использованием перспективной облегченной каркасной схемы, использующей в качестве несущих конструкций колонны и плоские сборно-монолитные диски перекрытий. Такая система позволяет использовать для возведения наружных стен многослойные облегченные навесные панели или легкие бетонные блоки с теплозащитой.

Внутренние стены выполняют из двойных гипсокартонных плит на металлическом каркасе, которые легко трансформировать, изменяя планировку квартир как в период строительства, так и эксплуатации. Используемый гипс обеспечивает улучшенные стабильные условия проживания в связи с тем, что этот «дышащий» экологически чистый высокопористый материал способен легко отдавать и забирать влагу из воздуха, регулируя тем самым влажность помещения.

Общая масса строительных конструкций каркасных зданий такого типа уменьшается на 50 – 60 % по сравнению с крупнопанельными.

Ограждающая стеновая конструкция современного здания должна быть прочной, жесткой, с одной стороны, с другой – защищать внутреннее пространство от дождя, жары, холода, т.е. по своим свойствам должна обладать низкой теплопроводностью, быть водостойкой, морозостойкой и прочной. Суммарно обеспечить эти свойства можно, применив композицию, как минимум, из двух материалов. Один должен обеспечивать прочность, а другой – теплозащиту.

Современные композиционные ограждающие конструкции или как их еще называют теплоизоляционные системы (ТИС) могут быть использованы как при строительстве новых, так и тепловой реабилитации старых зданий, наружные стены которых уже не обеспечивают нормируемую теплоизоляцию.

По конструктивным особенностям, технологии выполнения и применяемым материалам их можно разделить на многослойные сплошные конструкции и вентилируемые системы с облицовкой на относе от теплоизоляционного слоя. Первые с обязательным паропроницаемым наружным слоем могут быть представлены следующими схемами и материалами:

1. Устройство монолитной полистиролбетонной теплоизоляции стены методом торкретирования. С этой целью используют бетонную смесь плотностью 500 – 600 кг/м³ с заполнителем из гранулированного пенополистирола, составляющего 3 % по массе. Полученную смесь наносят под давлением на механически закрепленную к основанию стены армирующую металлическую сетку слоем до 120 мм или объемный каркас при увеличении толщины. После семи суток выдерживания выполняют защитное покрытие из декоративного цементно-песчаного раствора или дополнительную окраску водостойкими составами.

2. Защита несущей стены блоками «теплоэффект» из ячеистого газобетона которые укладывают на клеевой раствор и крепят к стене при помощи дюбелей. Низкие плотность – 400 кг/м³ и коэффициент теплопроводности – 0,13 Вт/мК позволяют увеличить сопротивление теплопередачи стеновой конструкции в 2,4 раза. Для защиты от увлажнения и придания декоративности отделку кладки проводят с использованием декоративных растворов на основе тонкодисперсных сухих смесей ОАО «Забудова» (Беларусь).

3. Выполнение дополнительного слоя засыпной теплоизоляции с защитно-декоративной стенкой толщиной 120 мм из керамического или силикатного (за исключением цоколя) лицевого кирпича или камня на известково-цементном кладочном растворе. Оставляемый зазор между фасадом и защитной стенкой шириной до 15 мм заполняют аглопоритом, шлаковой пемзой или керамзитом. Кирпичная кладка армируется и крепится к основанию стены стальными оцинкованными анкерами.

4. При новом строительстве целесообразно применение эффективных навесных панелей, представляющих собой жесткий каркас из дерева или стального профиля с ограждением из листовых элементов (асбоцементные, алюминиевые или стальные листы с защитным покрытием) с заполнением межкаркасного пространства плитными теплоизоляционными материалами (минераловатные, из ячеистого стекла, пенополистирольные, пенополиуретановые).

5. Трехслойные стеновые панели, состоящие из несущего слоя тяжелого бетона, конструкционно-изоляционного легкого бетона и теплоизоляционного плитного материала, расположенного посередине.

6. Двухслойные ограждающие стеновые конструкции с защитой теплоизоляционного слоя «дышащим» тонкослойным (3 – 8 мм) или толстослойным (15 – 30 мм) штукатурным составом, обладающим паропроницающей способностью.

В технологии строительства Беларуси преобладает следующая последовательность слоев (ПСЛ). Каменную кладку капитальной стены выполняют из кирпича, ячеистых или керамических блоков. На поверхности стены механическим путем с помощью анкеров или дюбелей при использовании минераловатных, стекловатных жестких плит плотностью 145 кг/м³ или путем приклеивания сверхлегких пенополистирольных плит (П) плотностью 45 кг/м³ создают теплозащитный слой. Плиты армируют стеклосеткой (С) по клеящему составу с последующим нанесением тонкого штукатурного защитно-декоративного лицевого (Л) слоя.

Теплоизоляционные толстослойные штукатурки (до 30 мм), в состав которых в качестве заполнителя входят такие гранулированные высокопористые материалы, как пеностекло, перлит, пенополистирол, подают методом торкретирования на сетку из оцинкованной проволоки, которая крепится к основанию стены только механическим путем. С целью разнообразия фасадов зданий возможна наружная отделка по штукатурке с использованием атмосферостойких красочных составов.

При использовании таких теплоизоляционных систем предъявляют жесткие требования к долговечности теплоизоляционных материалов. Их свойства должны быть стабильными на протяжении всего периода эксплуатации здания согласно нормативным требованиям. В связи с этим применяют стекловатные плиты с покрытием из алюминиевой фольги, крафт-бумаги, пропитанной дегтем, или стеклохолста. Слои в стене соединяют специальными гибкими связями (стальными или стеклопластиковыми).

При использовании многослойных стеновых конструкций для обеспечения комфортных условий проживания людей необходимо выполнять следующие требования:

- для предотвращения увлажнения стены от конденсации внутренних паров воды каждый последующий слой от основания должен обладать меньшей теплопроводностью и большей паропроницаемостью;

- каждый последующий слой должен обладать меньшей прочностью, чем предыдущий;

- каждый последующий слой от основания должен иметь бόльшую водостойкость и гидрофобность;

- все применяемые материалы должны обладать одинаковой долговечностью и быть химически совместимыми.

Все чаще при возведении каркасных зданий в случае поэтажно опертых стен (самонесущих) применяют многослойные вентилируемые системы с воздушной прослойкой. Последняя способствует лучшей циркуляции воздуха и повышению теплозащитных свойств ограждающих конструкций.

Приведем примеры (рис. 7.1). Несущую способность обеспечивают кирпичная кладка, лицевая кирпичная в сочетании с ячеистобетонными блоками или только кладка из ячеистобетонных блоков. Для обеспечения надежной теплоизоляции применяют эффективный теплоизоляционный плитный материал, например, пенополистирольный или минераловатный. Воздушная вентиляционная прослойка всегда располагается между относительно плотным лицевым защитным слоем (в данном случае кирпичным) или облицовочным плитным и теплоизоляционным материалом. Отсутствие вентилируемого пространства возможно только при паропроницаемом наружном слое. Облицовка на относе из листов или плит крепится на деревянный каркас, который связан со стеной анкерами на расстоянии не менее 20 мм.

В качестве облицовочного материала наряду с традиционными – асбоцементными, металлическими, пластиковыми эффективно используются различные модификации уральских фасадных плит Фасст. Так, Фасст-М представляет собой фиброцементную основу с минеральным армирующим волокном и защитным слоем из эпоксидной смолы с каменной крошкой (гранит, мрамор, доломит, змеевик, яшма) фракции 1 – 3 мм, 3 – 5 мм; Фасст-Ф – листы размером 1535х1535 мм и 2440х1220 мм, толщиной 6, 8, 10 мм на основе погодоустойчивой клееной трехслойной фанеры с аналогичным защитным слоем; Фасст-Ц – цементно-стружечная плита с декоративным защитным покрытием. Для повышения долговечности в формовочную массу при изготовлении вводят комплексную добавку, включающую силикатное жидкое стекло и сернокислый алюминий. В плите
Фасст-А основой является асбоцементная плита с традиционным покрытием.

 

 

К разновидностям фасадных облицовочных материалов относятся также плиты и профильные листы, полученные горячим прессованием смеси измельченной древесины и полимерной смолы с защитным акриловым покрытием. Материал плотностью 800 – 900 кг/м³ долговечен, экологически безопасен, устойчив к действию ультрафиолетовых лучей, легко обрабатывается механическими инструментами. В Германии с этой целью используют вспененный плиточный материал из поливинилхлорида с защитным покрытием из каменных высевок с полимерным связующим.

Теплоизоляционные системы, устанавливаемые с внутренней стороны ограждающих конструкций, используют только с целью повышения их теплозащитных свойств во время эксплуатации здания.

Наиболее применяемыми вариантами в строительной практике являются следующие:

- нанесение по закрепленной сетке теплоизоляционного штукатурного раствора с последующей декоративной отделкой поверхности;

- крепление теплоизоляционных плит на деревянный каркас или непосредственным приклеиванием к стене.