29 Апреля 2016

Система домостроения для быстровозводимых зданий на основе вспененного эффективного утеплителя для отдалённых районов Российской Федерации

Бобряшов В. М., д. т. н., Батрак В. Е., к. т. н., Бобряшов В. В., инженер ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство»

Отдалённые районы Российской Федерации характеризуются следующими особенностями:

  • отдалённостью большинства территорий от промышленно развитых населённых пунктов;
  • ограниченным количеством дорог с твёрдым покрытием, плохим состоянием покрытия дорог, в результате – трудностью доставки материалов;
  • слабой энерговооруженностью строительных площадок.

Выбор конструктивных решений жилых, гражданских и промышленных зданий для отдалённых районов производится с учетом климата района строительства, наличия или возможностей доставки строительных материалов и изделий, имеющейся базы строительной индустрии и технико-экономических показателей вариантов конструктивных решений с целью снижения приведенных затрат, в том числе затрат на отопление.

Наиболее рациональными для применения в отдалённых районах Российской Федерации являются быстровозводимые здания, отвечающие требованиям прочности, устойчивости и долговечности, не требующие для возведения значительных производственных мощностей и больших энергетических затрат. Большое значение имеет также мобильность и быстрота разворачивания баз для производства строительных конструкций зданий.

В настоящей статье приводятся результаты выполненных в ЦНИИСК им. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» исследований по разработке системы домостроения, отличающейся пониженной трудоемкостью при возведении зданий и являющаяся энергосберегающей, т. к. основана на высокопроизводительном экзотермическом процессе вспенивания пенопласта из заливочных композиций.


Рис. 1. Принципиальная схема термоармопакета

Базовый элемент системы – термоармопакет изготавливается на основе пространственного стального каркаса из проволоки диаметром 3-5 мм (рис. 1). Размер термоармопакета может изменяться в широких пределах, но более экономично изготавливать термоармопакеты размерами, идентичными размерам стеновых панелей и плит перекрытий и покрытий. На основе термоармопакетов в условиях строительной площадки формуются несущие и самонесущие ограждающие конструкции быстровозводимых зданий.


Рис. 2. Лабораторный образец термоармопакета

Для изготовления термоармопакетов внутри арматурного каркаса вспенивается теплоизоляционный слой из заливочной пенопластовой композиции (рис. 2). Теплоизоляционный слой плотно облегает поперечные проволочные стержни арматурного каркаса Плоские наружные арматурные сетки каркаса не охватываются теплоизоляцией и в дальнейшем, после монтажа термоармопакетов, обволакиваются бетоном или раствором, например, методом торкретирования. Имеется возможность встраивания одной из плоских сеток в теплоизоляцию, что важно при использовании термоармопакетов в качестве теплоизоляционных облицовочных слоев, например, при наружном утеплении зданий. Заливка пенопластовой теплоизоляции производится на высокопроизводительном оборудовании. Вспенивание композиции происходит внутри арматурного каркаса.

Предлагаемая система ориентирована на использование теплоизоляции с коэффициентом теплопроводности λ= 0,023 Вт/(м . К), что позволяет максимально уменьшить толщину ограждений и снизить материалоёмкость теплоизоляции зданий.

Система «Термоармопакет» - система монолитного домостроения с применением утепленных арматурных каркасов – термоармопакетов обеспечивает быстрое строительство зданий, в том числе многоэтажных.

Для получения различных компонентов системы термоармопакет непосредственно на строительной площадке покрывается или заливается бетоном. При этом не требуется устройство опалубки. Система позволяет в условиях заготовительного цеха получать также готовые утепленные панели с дальнейшим монтажом панелей в условиях строительной площадки.

Новизна научно-технического решения заключается в создании технологии изготовления базового элемента предлагаемой системы домостроения.


Рис. 3. Армокаркас для термоармопакета

Термоармопакет изготавливается на основе стального каркаса (рис. 3), свариваемого контактной точечной сваркой из проволоки диаметром 3-5 мм. Внутри арматурного каркаса вспенивается теплоизоляционный слой из пенопластовой заливочной композиции (в частности – из пенополиуретана). Теплоизоляционный слой плотно облегает поперечные проволочные стержни арматурного каркаса.

Плоские арматурные сетки с обеих внешних сторон термоармопакетов не охватываются теплоизоляцией и в дальнейшем, после монтажа термоармопакетов, обволакиваются бетоном или раствором.

В настоящее время в ЦНИИСК им. Кучеренко имеется существенный задел по предлагаемой системе домостроения – разработана опытная технология изготовления термоармопакетов. Имеются технические предложения по конструкциям узлов сопряжения выполняемых на основе термоармопакетов панелей стен, покрытий, перекрытий, перегородок и балконов. Ограждающие конструкции за счет защиты трудносгораемой теплоизоляции снаружи растворными или бетонными слоями обладают повышенной огнестойкостью.

В последнее время в России разработаны аналогичные системы домостроения для быстрого возведения зданий. Эти системы также изготавливаются на основе арматурных каркасов со встроенной теплоизоляцией. Но во всех этих системах для теплоизоляции применяются плитные утеплители - плиты из гранулированного пенополистирола и минераловатные плиты. Технология изготовления термоармопакетов на основе плитных утеплителей предусматривает изготовление армокаркаса, состоящего из двух частей. Первая часть включает арматурную сетку с приваренными в поперечном направлении арматурными стержнями, вторая - арматурную сетку. С помощью первой части армокаркаса прокалывается плита утеплителя и после этого первая часть армокаркаса сваривается со второй частью армокаркаса - плоской стальной сеткой.

По сравнению с термоармопакетами на основе заливочного пенополиуретана аналоги на основе готовых плит утеплителя имеют ряд недостатков.

Плиты из гранулированного пенополистирола и минераловатные плиты по сравнению с пенополиуретаном имеют повышенный коэффициент теплопроводности, что обуславливает значительное увеличение толщины ограждений.

При изготовлении термоармопакетов на основе пенополистиролаьных и минераловатных плит приходится пронизывать утеплитель арматурными стержнями. В результате этого в утеплителе вокруг арматурных стержней образуются не заполненные теплоизоляцией отверстия, что приводит к попаданию в эти отверстия бетона и раствора при формовании наружных слоёв, и, как следствие этого, – к снижению теплозащиты ограждающих конструкций за счёт образования мостиков холода.

При использовании готовых теплоизоляционных плит арматурные каркасы ограждений не имеют сцепления с плитами, в результате чего трудно фиксировать толщины наружных слоёв ограждающих конструкций. Из – за отсутствия адгезии к бетону и арматуре пенополистирольные и минераловатные плиты не участвует в обеспечении прочности и устойчивости несущих и самонесущих ограждающих конструкций.

После "прошивки" теплоизоляции поперечными арматурными стержнями армокаркаса неизбежно появление вокруг стержней не заполненных теплоизоляцией отверстий. При дальнейшем формовании наружного бетонного или растворного слоя в эти отверстия попадает раствор и снижает теплозащиту ограждений за счёт образования "мостиков холода".

При сварке двух частей армокаркаса после "прошивки" теплоизоляции арматурными стержнями нарушается антикоррозионное покрытие армокаркаса.

В отличие от технологии изготовления термоармопакетов на основе готовых пенополистирольных плит процесс производства термоармопакетов на основе заливочных вспенивающихся композиций отличается пониженной пожарной опасностью, так как при этом исключается сварка арматуры вблизи горючего материала – пенополистирола.

Предлагаемая технология изготовления термоармопакетов отличается пониженной трудоемкостью и является энергосберегающей, т. к. основана на высокопроизводительном экзотермическом процессе вспенивания пенопласта из заливочных композиций.

Предлагаемая система имеет следующие особенности.

Система «Термоармопакет» - система монолитного домостроения с применением утепленных арматурных каркасов, обеспечивает быстрое строительство зданий, в том числе многоэтажных, что особенно актуально для отдалённых районов России.

Система комплектуется на основе базового элемента, которым является заранее изготовленный термоармопакет, состоящий из пространственного стального проволочного каркаса (рис. 3) с встроенным слоем из пенопласта (рис. 4).


Рис. 4. Опытный образец термоармопакета

Для получения различных элементов системы домостроения, основная панель или несколько основных панелей из термоармопакетов непосредственно на строительной площадке покрываются или заливаются бетоном. Система позволяет в условиях заготовительного цеха получать также утепленные готовые панели с их дальнейшим монтажом в условиях строительной площадки.


Рис. 5. Конструктивная схема здания на основе термоармопакетов

Основные элементы системы следующие (рис.5):

  • а) вертикальные несущие и самонесущие элементы (стены, перегородки, облицовки);
  • б) горизонтальные несущие элементы (перекрытия, покрытия);
  • в) отделочные элементы.

Вертикальные несущие элементы могут состоять из панелей двух типов:

Тип А: предназначен для строительства одноэтажных зданий в несейсмических и сейсмических районах и для строительства двухэтажных зданий в несейсмических районах; вертикальные несущие элементы изготавливаются путем нанесения на базовый термоармопакет, состоящий из сварочного проволочного каркаса с встроенным слоем из пенопласта, двух слоев торкретбетона.

Таким путем получается панель с двумя внешними слоями армированного бетона, толщиной примерно 4 см каждый, соединенными друг с другом горизонтальными соединительными стержнями. Общая толщина элемента составляет ~ 4 + 7 (теплоизоляция) + 4 = 15 см и зависит от района строительства.

Тип В: предназначен для строительства многоэтажных зданий. Вертикальный несущий элемент изготавливается путем установки двойного ряда «базовых» соединённых между собой термоармопакетов и заполнения пространства между ними бетоном соответствующей прочности. Затем вертикальный несущий элемент покрывается с двух сторон облицовкой из набрызгиваемого бетона, таким же образом, как и для элемента типа А.

Вертикальные самонесущие элементы на основе термоармопакетов могут использоваться для устройства перегородок, заполнения каркасных стен зданий, а также для устройства утепляющих облицовок существующих зданий с целью увеличения термического сопротивления стен и снижения затрат на отопление зданий.

Имеется возможность изготовления двухслойных термоармопакетов - несущий + теплоизоляционный слой с внешней отделкой (из отделочных листовых или тканевых материалов).

Горизонтальные несущие элементы на основе термоармопакетов предлагается использовать для устройства плит перекрытий и покрытий. В этом случае «базовая» панель на основе термоармопакета дополняется арматурной сеткой, блоками утеплителя и, в необходимых случаях, сварным пространственным балочным каркасом для увеличения несущей способности горизонтального элемента.

Соединение вертикальных и горизонтальных термоармопакетов осуществляют стальными прутками, с дальнейшем омоноличиванием бетоном или раствором, за счёт чего

обеспечивается высокая жесткость зданий.

Для одно - двухэтажных зданий система домостоения на основе термоармопакетов позволяет производить быстрый монтаж и обетонирование ограждающих конструкций в условиях строительной площадки без использования грузоподъёмного оборудования.

Для устройства зданий на основе термоармпакетов предварительно устраивается ленточный фундамент, при этом наиболее эффективным фундаментом является монолитный фундамент на основе пространственных термоармопакетов, заливаемый непосредственно на месте строительства.

Установку термоармопакетов внешних стен, перегородок, перекрытий и покрытий можно производить вручную без применения грузоподъемных механизмов, т. к. вес одного термоармопакета составляет примерно 35 – 50 кг.

Первоначально монтируются подвальные (цокольные) перекрытия. Затем устанавливаются каркасы стен и перегородок, а по ним – каркасы междуэтажных и чердачных перекрытий. Плоскостность перекрытий и вертикальность стен и перегородок обеспечивается регулировочными кондукторами. Скрепление термоармопакетов осуществляется при помощи скоб из проволоки. На внутренних слоях каркасов проводят необходимые коммуникации. На обе поверхности термоармопакета наносятся слои бетона или раствора требуемой марки. Завершение отделки производится традиционными методами.

При использовании термоармопакетов для изоляции существующих зданий термоармопакеты крепятся к зданиям с помощью специальных крепежных элементов, каркасы соединяются между собой с помощью проволочных скоб. Внешние слои заполняются бетоном, гипсовым раствором или остаются незаполненными.

Изготовление термоармопакетов можно производить в условиях отдельного цеха площадью 300 кв. м. Технологический процесс по производству термоармопакетов состоит из двух основных стадий.

На первой стадии производится изготовление (сварка) арматурных проволочных пространственных каркасов.

На второй стадии процесса производится формование среднего теплоизоляционного слоя внутри армокаркасов из заливочных пенопластов.

Цех по изготовлению термоармопакетов проектируется из двух основных технологических участков: из участка по изготовлению пространственных арматурных проволочных каркасов и из участка заливки и формования встроенного в армокаркас пенопластового утеплителя (рис. 6).


Рис. 6. Схема цеха по производству термоармопакетов

На участке по изготовлению термоармопакетов проектируется следующее оборудование:

  • а) оборудование для размотки, правки и рубки арматурной проволоки и проволочных сеток;
  • б) сварочные машины точечной сварки;
  • в) рольганг для перемещения арматурных каркасов.
  • Участок заливки и формования встроенного в армокаркас пенопластового утеплителя предлагается обеспечить следующим оборудованием:
  • а) заливочной машиной высокого давления;
  • б) формами заливочными;
  • в) оборудованием для подъема и перемещения термоармопакетов.

Для изготовления базовых элементов предлагаемой системы домостроения достаточен цех площадью 300 кв.м.

Отделочные слои наносятся на смонтированные термоармопакеты в условиях строительной площадки. Для внешнего отделочного слоя используется бетон, для внутреннего – бетон, цементный, цементно-известковый или гипсовый раствор.

Для механизированного приготовления бетонов на мелком заполнителе и отделочных растворов или для перемешивания бетонов и растворов, подаваемых в готовом виде, предлагается использовать механизированные штукатурные агрегаты и установки.

Система домостроения на основе термоармопакетов позволяет изготавливать в заводских условиях базовые панели с нанесенными отделочными слоями. В этом случае монтаж панелей производятся в условиях строительной площадки с применением грузоподъемных механизмов.

Предлагаемая система домостроения отличается быстротой возведения, малыми энергозатратами при изготовлении, компактностью исходных материалов за счёт использования вспенивающихся при изготовлении и увеличивающих объём при вспенивании в 40 – 50 раз заливочных композиций.

За счет омоноличивания стыков термоармопакетов здания и сооружения на их основе отличаются повышенной жесткостью, что особенно значимо в условиях строительства в северной климатической зоне, характеризующейся значительной разностью осадок и пучения грунтов в пределах одного здания.

Наибольший эффект от применения системы домостоения на основе термоармопакетов можно получить для труднодоступных и отдалённых районов Российской Федерации.

Бобряшов Виктор Михайлович

Заведующий лабораторией, член-корр. РИА, д. т. н.,

Почетный строитель России

+7 (499) 174-73-28

bobryashoff@yandex.ru

Батрак Владимир Евгеньевич

Заместитель заведующего лабораторией, к. т. н.,

Почетный строитель России

+7 (499) 174-73-42

vbatrak@cstroy.ru

Бобряшов Виктор Викторович

Ведущий научный сотрудник, инженер

+7 (499) 174-73-42

bobryashoff@yandex.ru