Гранулированные стены

Керамзитобетон — один из наиболее распространенных видов бетонов, применяющихся в современном строительстве. Популярность этого материала обусловлена его высокими физико-техническими показателями и эксплуатационными качествами — прочностью, жесткостью, огнестойкостью, не подверженностью биологической коррозии, хорошими теплоизоляционными свойствами.

В европейских странах, например Германии, Голландии, Чехии, а также в скандинавских странах доля строительства с применением керамзитобетона в виде бетонных смесей и изделий заводского изготовления составляет около 40 % от общего объема.

В последнее время набирает популярность производство камней из крупнопористого керамзитобетона, включающую процесс фрезерования одной из плашковых поверхностей (калибровки) камней. Выпускаемые таким образом камни отличаются более точными геометрическими размерами и позволяют выполнять кладку из них на тонкослойном («клеевом») растворе, повышая при этом термическую однородность наружных стен и увеличивая их сопротивление теплопередаче до 15 % по сравнению со стенами, кладка которых выполняется на обычных растворах (толщиной 10.12 мм).

Застройщики, особенно частные, охотно применяют новый материал для возведения зданий. Однако использование щелевых камней из крупнопористого керамзитобетона в строительстве является новым решением и требует детального знания и учета деформационно-прочностных и теплофизических характеристик, как материала камней, так и кладки из них в целом.

Исходным сырьем для производства материала является экологически чистый продукт — керамзит. Обожженная специальным образом подготовленная глиняная масса имеет структуру застывшей пены, а спекшаяся оболочка, которая покрывает образовавшуюся гранулу, придает ей высокую прочность, что делает керамзит основным видом пористого заполнителя. Керамзитобетон относится к «дышащим» материалам, обладающим относительно высокой паропроницаемостью, превышающей паропроницаемость тяжелого бетона от трех до десяти раз. Это позволяет с меньшими затратами регулировать влажность воздуха в помещении и обеспечивать требуемые параметры микроклимата.

Удельный вес керамзитобетонных камней в два с лишним раза ниже, чем кирпича. Кроме того, при ведении кладки из вибропрессованных керамзитобетонных камней сокращается расход кладочного раствора. По размерам один керамзитобетонный блок заменяет до пятнадцати кирпичей. Выработка каменщиков возрастает — квалифицированный каменщик укладывает за смену из блоков объем стены в три раза больший, чем при кирпичной кладке.

Опыт строительства показывает, что использование керамзитобетонных блоков вместо кирпича на малоэтажном строительстве снижает себестоимость работ на 30-40 %. Крупнопористый керамзитобетон — материал, получаемый по принципиально иной технологии по сравнению с традиционным керамзитобетоном и отличающийся от него структурой и физико-техническими показателями. Стеновые камни из крупнопористого керамзитобетона изготавливают, как правило, щелевыми, используя метод вибропрессования бетонной смеси с последующей тепловой обработкой.

Бетонная смесь в данном случае представляет собой гранулы керамзитобетона, покрытые тонким (толщиной в доли миллиметра) слоем цементного теста. При этом матрица, заполняющая пространство между зернами керамзита в традиционном легком бетоне, отсутствует. При уплотнении такой смеси зерна оказываются плотно прижатыми друг к другу и склеенными цементным тестом, при этом межзерновое пространство оказывается незаполненным. Размер расположенных между зернами пустот, или пор, а также их открытость зависят от фракционного состава керамзитового гравия, используемого для приготовления бетонной смеси.

Как правило, для получения крупнопористого керамзитобетона применяют фракцию 5.8 мм, иногда 4.10 мм, в отдельных случаях с мелкой фракцией 0.4 мм или гравий фракции 10.20 мм. Такая технология производства позволяет получать керамзитобетон в твердой фазе изделия с плотностью в пределах 650.750 кг/м3 при достаточно однородной структуре материала.

Камни из крупнопористого керамзитобетона в целях экономии материала и повышения их теплозащитных свойств изготавливают, как правило, щелевыми. Размеры щелей и их количество назначают таким образом, чтобы получить наилучшие теплотехнические показатели. На конструкцию камня оказывают также влияние гранулометрический состав керамзитобетона и технологические режимы формования изделий.

Номенклатура камней, производимых различными предприятиями включает изделия, предназначенные для устройства наружных и внутренних стен различной толщины, перегородок, а также лотковые камни для изготовления сборно-монолитных перемычек в построечных условиях.

Деформационно-прочностные показатели камней из этого материала определяются структурой так называемой твердой фазы, или скелета, и качества сцепления (склеивания) зерен. Предельная деформативность крупнопористого керамзитобетона значительно (в несколько раз) ниже, чем остальных видов бетонов, в том числе керамзитобетона с плотной или поризованной матрицей. Эта особенность объясняется тем, что зерна керамзита плотно примыкают друг к другу, а их собственная жесткость достаточно высокая. Возможность смещения зерен без разрушения структурных связей между ними отсутствует, что и обеспечивает высокую жесткость материала. При этом крупнопористый керамзитобетон в полной мере можно отнести к хрупким материалам, у которых нарушение структурных связей приводит к практически мгновенному разрушению.

Исследования показали, что кладка из крупнопористых керамзитобетонных камней обладает деформационно-прочностными и физико-техническими показателями, позволяющими использовать этот материал для возведения следующих видов конструкций:
— наружных и внутренних несущих стен домов малой этажности;
— наружных поэтажно опертых стен каркасных зданий;
— стен цоколя и подвала;
— межквартирных и межкомнатных перегородок;
— перегородок санузлов и технических помещений.

Возможность такого широкого спектра применения обусловлена достаточными деформационно-прочностными, теплотехническими и звукоизолирующими показателями, а также высокой огнестойкостью. В качестве дополнительной, или резервной, области применения камней из крупнопористого керамзитобетона следует считать сборно-монолитные перекрытия зданий малой этажности. Вместе с тем, такое использование керамзитобетонных камней следует считать перспективным, особенно в связи с динамично развивающейся в последнее время технологией монолитного домостроения с применением новых видов бетонных смесей (самоуплотняющихся, быстротвердеющих и т. п.).

При проектировании зданий с несущими стенами из камней из крупнопористого керамзитобетона наружные стены следует проектировать преимущественно однослойными, принимая их толщину из условий обеспечения нормативного сопротивления теплопередаче в соответствии с требованиями, а также несущей способности при действии вертикальных, а в некоторых случаях и горизонтальных нагрузок. Толщину внутренних стен необходимо назначать из условий обеспечения прочности каменной кладки и нормируемого индекса изоляции воздушного шума.

При устройстве поэтажно опертых стен основным критерием, определяющим конструкцию стены, являются ветровые нагрузки. При этом толщину, как и в случае с несущими стенами, назначают из условий обеспечения теплотехнических показателей. Кладку перегородок выполняют традиционным образом — встык к ранее возведенным стенам или элементам каркаса. Проектируя конструкции из крупнопористого керамзитобетона, необходимо учитывать его склонность к хрупкому разрушению, предусматривая конструктивные мероприятия для исключения передачи локальных нагрузок и усилий, вызывающих растягивающие напряжения, на элементы кладки.

Для зданий со стеновой конструктивной системой необходимо устройство обвязочных монолитных железобетонных поясов по контуру ячеек здания, равномерно распределяющих нагрузку на стены из керамзитобетонных камней, которые хотя и удорожают строительство, но являются целесообразными из следующих соображений:
— повышение пространственной жесткости здания;
— восприятие усилий, возникающих в результате неравномерных осадок основания;
— перераспределение усилий, вызванных неравномерной нагрузкой на стены;
— восприятие растягивающих усилий, вызванных температурными деформациями;
— обеспечение целостности здания в случае локальных разрушений, например взрыва.

При проектировании и строительстве зданий с использованием камней из крупнопористого керамзитобетона необходимо также учитывать еще одну из особенностей этого материала, заключающуюся в его очень низком водопоглощении.

При ведении кладки из керамзитобетонных камней на обычных кладочных растворах сроки схватывания растворной смеси увеличиваются, а свежая кладка приобретает повышенную подвижность, что следует учитывать при возведении относительно гибких конструкций (например, перегородок). Поэтому для возможности ведения кладки с требуемой скоростью растворные смеси должны отвечать определенным требованиям, в частности обладать соответствующей жесткостью, удобоукладываемостью, скоростью схватывания. Этого, как правило, добиваются модификацией растворных смесей различными полимерминеральными добавками, например доломитовой мукой, или пластификаторами.

По этой же причине соответствующие модифицирующие добавки должны содержаться и в смесях, используемых для оштукатуривания поверхностей кладки из крупнопористого керамзитобетона. В связи с вышесказанным необходимо предостеречь строителей от такого нередко встречающегося в последнее время ошибочного решения, при котором соседние ячейки поэтажно опертых стен возводимых каркасных зданий наряду с кладкой из керамзитобетонных камней заполняют кладкой из ячеистобетонных блоков с последующей отделкой фасадных поверхностей одним и тем же штукатурным составом.

Учитывая, что по отношению к поглощению воды эти материалы являются антиподами, составы для их отделки должны быть модифицированы также различными добавками (для керамзитобетона — повышающими адгезию, для ячеистого бетона — водоудерживающими).

В то же время невысокая сорбционная влажность крупнопористого керамзитобетона (для условий эксплуатации «Б» составляет WБ = 6,0 %) делает изделия из него незаменимыми для возведения стен и перегородок в помещениях с высокой влажностью (бани, сауны, бассейны, овощехранилища и т. п.). В теплотехническом отношении крупнопористый керамзитобетон также имеет отличия от своих аналогов. В связи с этим при проектировании наружных стен из щелевых камней из крупнопористого керамзитобетона необходимо учитывать следующие обстоятельства.

Наиболее уязвимым местом в кладке наружных стен из керамзитобетонных блоков являются откосы проемов окон и дверей балконов. Так, при установке в проемы оконных блоков из ПВХ-профиля при температуре наружного воздуха tн = -24 °С, на внутренней поверхности откосов проемов возможна конденсация водяного пара внутреннего воздуха помещений. При установке оконных блоков с толщиной коробки менее 140 мм обязательно необходимо выполнять расчеты температурных полей участков сопряжений окон с наружными стенами с определением температур на внутренней поверхности откосов проемов и разработкой конструктивных решений для каждого конкретного случая. Кроме того, в материале с открытой пористой структурой и относительно крупными порами, сопоставимыми по размеру с зернами керамзита, на теплопроводность изделия заметное влияние оказывает воздухопроницаемость. Повышению воздухопроницаемости может также способствовать стыкование вертикальных ложковых швов между камнями насухо (без раствора), так как керамзитобетонные камни изготавливают с применением пазогребневой системы и укладывают встык друг к другу.

В связи с указанными обстоятельствами конструкции наружных стен, выполненных кладкой из камней из крупнопористого керамзитобетона, обязательно должны быть оштукатурены плотным (с объемным весом не менее 1500 кг/м3) раствором толщиной не менее 10 мм как с внутренней, так и с наружной стороны, даже при выполнении наружной облицовки стен штучными материалами, а в особенности — при устройстве систем утепления в виде навесных вентилируемых фасадов.

В результате проведения комплексных лабораторных исследований по определению коэффициентов теплопроводности, паропроницаемости и изотерм сорбции крупнопористого керамзитобетона, и выполненных с учетом полученных характеристик расчетов, были определены теплотехнические параметры кладки (табл. 1), которые могут быть использованы при расчетах сопротивления теплопередаче наружных стен зданий различного назначения. Следует отметить, что керамзитобетонные крупнопористые камни являются относительно новым материалом для устройства ограждающих конструкций и поэтому в настоящее время используются в ограниченном объеме. Это связано, с одной стороны, с ограниченностью объемов выпуска изделий, а с другой — с отсутствием необходимых технических нормативных и правовых актов по их применению.

Надеемся, что разработанные в настоящее время нормативно-технические документы, регламентирующие проектирование и применение конструкций из крупнопористого керамзитобетона, а также составов для их кладки и оштукатуривания, будут способствовать массовому применению этого достаточно эффективного, как показали проведенные исследования, строительного материала.

ЮЛИЯ РЫХЛЕНОК, заведующий лабораторией ограждающих конструкций «Института БелНИИС»
АНТОН КРУТИЛИН, научный сотрудник «Института БелНИИС»