Инновационные технологии в индустриальном домостроении с использованием конструкционных легких бетонов

УДК 624:666.972.6

И.В. ЮДИН, зам. генерального директора, Новочебоксарский ДСК

Инновационные технологии в индустриальном домостроении с использованием конструкционных легких бетонов

В последние 10—15 лет выполнен комплекс научных исследований, накоплен значительный потенциал конструкторско-технологических и проектных разработок, реализация которых обеспечивает возрождение и реновацию мощностей индустриального домостроения (КПД, ДСК) в стране на новом, более качественном уровне. Имеются весьма убедительные, подтверждающие этот тезис примеры. Одним из них является опыт развития домостроительного комбината (ДСК) в г. Но-вочебоксарск.

Это предприятие начинает свою историю в 1964 г., в то время, когда быстро растущему городу было необходимо резкое увеличение темпов жилищного строительства. Именно в те годы были возведены первые полносборные пятиэтажные дома по 486 и 121 сериям. Ежегодно предприятие вводило в строй до 280 тыс. м2 жилья, а также до 40 тыс. м2 школ и детских садов. Комбинат активно развивался, и вскоре мощностей предприятия стало достаточно не только для удовлетворения в жилье Чувашской Республики, но также и для строительства в соседних регионах — Нижегородской, Ульяновской, Московской, Ярославской областях, республиках Татарстан и Марий Эл.

Учитывая перспективность конструкционного легкого бетона [1, 2], его качественный потенциал, а также возрастающую востребованность продукции ДСК, на предприятии были построены корпуса по производству высокопрочного керамзитового гравия. В настоящее время действуют три вращающиеся печи по обжигу сырцовых гранул. Общая производительность 210 тыс. м3 керамзитового гравия (марок по прочности П300-П350 по ГОСТ 9757-90) в год.

Экономические перемены в стране в 90-е гг. заставили задуматься домостроительные комбинаты России, в т. ч. и ДСК Поволжья, о необходимости внедрения новых, наиболее прогрессивных технологий, обеспечива-

ющих выпуск высококонкурентоспособной продукции, обеспечивающей снижение материалоемкости, стоимости строительства и требуемое энергосбережение при эксплуатации зданий.

Так, в 1993 г. Новочебоксарским ДСК была закуплена во Франции технологическая линия по производству железобетонных элементов каркаса типа Saret. Применение в жилых зданиях такого каркаса открывало широкие просторы для архитектурно-планировочных решений как самого дома в целом, так и отдельно взятых квартир. Каркас имеет смешанную конструктивную схему, в частности сборно-монолитную, с продольными и поперечными ригелями, и предназначен для применения в строительстве многоэтажных жилых, общественных и вспомогательных зданий промышленных предприятий.

Сборно-монолитный каркас (СМК) состоит из трех основных железобетонных элементов: колонн, ригелей и плит несъемной опалубки для монолитной несущей части перекрытий. Дополнительно в него могут включаться диафрагмы жесткости. Возможен вариант выполнения перекрытий сборными в виде многопустотных предварительно напряженных плит.

Колонны выполняются секционными. Длина секции колонны ограничивается технологическими возможностями транспортировки и монтажа ^ = 17 м). Характерно уменьшение площади сечения колонн по мере роста этажа. Секции колонн стыкуются между собой специальным разъемом штепсельного типа без применения сварки. В каркасе малоэтажных (до 5 этажей) зданий устанавливаются бесстыковые колонны.

Сопряжение колонн с ригелями и перекрытиями производится с помощью соединительных элементов без применения сварочных работ. Для этого в месте сопряжения плиты перекрытия и ригеля арматурный каркас колонны не бетонируется. Это позволяет в про-

Рис. 1. Общий вид пролета цеха Новочебоксарского ДСК с длинными (! = 104 м) стендами безопалубочного формования предварительно напряженных плит пустотного настила из керамзитобетона класса по прочности В30, марки по плотности D1800

Рис. 2. Формующие агрегаты двух технологических линий (длинных стендов) для формования конструкций из керамзитобетона с пред-напрягаемой арматурой

Рис. 3. Отформованные на длинном стенде пазогребневые многопустотные стеновые перегородки из керамзитобетона класса В7,5, марки D1400

Су .  научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru

Я! :  январь 2010 15

цессе сборки каркаса пропускать арматуру сквозь колонну по выступающим хомутам ригеля. При омоноли-чивании сопряжения образуется жесткий узел, обеспечивающий достаточную устойчивость каркаса.

Ригели изготавливаются с предварительно напряженной арматурой. Сборно-монолитные перекрытия состоят из сборных железобетонных предварительно напряженных плит толщиной 60 мм, служащих несъемной опалубкой для устройства несущей части плиты перекрытия. Толщина последней устанавливается в зависимости от пролета и нагрузки, а в теле плиты устанавливается дополнительная арматура, обеспечивающая при омоноличивании неразрезность диска перекрытия.

Преимущества каркаса в сравнении с традиционными несущими каркасами зданий серии ИИ-02 и ИИ-04 следующие:

— возможность реализации любого планировочного решения по архитектурному замыслу декоративного оформления зданий при использовании сборно-монолитного каркаса и ненесущих наружных стен, опирающихся на междуэтажные перекрытия;

— возможность планировки квартиры как в период проектирования, так и в процессе строительства и эксплуатации зданий; при этом электрические, канализационные, водопроводные и газовые сети до границы квартиры остаются неизменными;

— возможность изготовления всех элементов каркаса (колонн, ригелей) различной длины, ширины и высоты в одной и той же опалубке;

— возможность свободной планировки конструктивной системы здания;

— отсутствие сварных стыков при сборке каркаса как при стыковке колонн с ригелями, так и при наращивании колонн;

— высокая сейсмоустойчивость зданий;

— монтаж одного этажа одноподъездного дома по технологии СМК осуществляется всего за одну смену бригадой из 5 человек.

Следует отметить, что домостроители не стали ограничиваться простым заимствованием зарубежной технологии по сборно-монолитному каркасу. Так, начиная с 2003 г. по заказу комбината НИИЖБ начал выполнение комплекса научно-исследовательских работ, конечной целью которых являлось определение технической возможности и технико-экономической эффективности замены элементов сборно-монолитного каркаса из тяжелого бетона на плотных (привозных с Урала) природных заполнителях на равнопрочные

Рис. 4. Возведение несущего каркаса типа Saret из сборных керамзи-тобетонных элементов

конструкционные легкие бетоны, изготовляемые на высокопрочном керамзитовом гравии собственного производства.

В результате проведенных исследований были разработаны конструкционные керамзитобетоны классов по прочности на сжатие В25—В35, марок по плотности D1750—D1850, характеризующиеся следующими основными преимуществами по сравнению с равнопрочными тяжелыми бетонами:

— меньшая плотность (в среднем на 25%);

— более высокий (на 0,05—0,13Япр, или на 12—23%) уровень нижней границы области микротрещино-образования бетона Я^; соответственно выше граница перехода линейной ползучести в нелинейную; отсюда большая эффективность использования в конструкциях предварительного напряжения арматуры;

— более высокий (на 0,08—0,16 Япр, или на 16—25%) уровень верхней границы области микротрещинооб-разования бетона Я^; соответственно выше предел длительной прочности бетона;

— выше на 2—5 марок морозостойкость бетона;

— ниже в 2,5—4 раза коэффициент теплопроводности бетона;

— выше на 30—50% предел огнестойкости бетона;

— выше на 17—25% коэффициент динамического упрочнения и на 15—26% больше предельная дефор-мативность в режиме ударного нагружения, что особенно важно для забивных свай фундаментного ростверка здания.

Кроме перечисленных выше преимуществ в свойствах керамзитобетона, которые были определены количественно, весьма важно отметить и следующее: в бетоне на керамзитовом гравии вообще и на керамзите комбината в частности практически исключено развитие такого опасного для тяжелого бетона вида внутренней коррозии, как щелочная, вызываемая взаимодействием щелочных оксидов Я20 цемента с реакционно-способным (аморфным) кремнеземом крупного заполнителя; последний практически отсутствует в керамзитовом гравии в отличие от природных плотных заполнителей.

Учитывая вышеизложенное, необходимо в дополнение к вышеуказанным преимуществам сборно-монолитного каркаса типа Заге! отметить, что выполнение его в легкобетонном варианте позволяет обеспечить:

— уменьшение массы здания до 25%, что дает возможность: снизить расход стальной арматуры на 10—12% в

Рис. 5. Строительство 16-этажного жилого дома в Нижнем Новгороде, р-н Верхние Печоры, с несущим каркасом Saret из сборных керамзито-бетонных элементов

www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал

16 январь 2010 *

нижележащих конструкциях и фундаментах; снизить расходы на устройство фундаментов и расходы на возведение здания в целом; уменьшить или даже исключить необходимые затраты на укрепление оснований под зданиями при слабых (просадочных) грунтах; все это особенно эффективно для развивающегося строительства высотных зданий в мегаполисах;

— снижение теплоотдачи здания или повышение до 15—20% уровня его тепловой защиты за счет соответствующего повышения в целом теплотехнической однородности наружных стен, контактирующих с элементами несущего каркаса из существенно менее теплопроводных в сравнении с тяжелыми бетонами конструкционных легких бетонов; отсюда повышение энергоэффективности здания за счет снижения энергозатрат на его отопление;

— повышение пожаробезопасности здания за счет более высокой огнестойкости легкого бетона в сравнении с равнопрочным тяжелым;

— повышение надежности эксплуатации конструктивной системы здания за счет исключения возможности внутренней коррозии бетона, в частности наиболее реальной и опасной — щелочной;

— повышение сейсмостойкости здания, обусловленное вышеуказанным снижением массы его конструктивной системы и соответственно уменьшением сейсмического воздействия на фундамент.

В настоящее время Новочебоксарский ДСК производит не только элементы каркаса из бетона классов по прочности на сжатие В25—В35 на высокопрочном керамзите, но и сваи из керамзитобетона классов В25—В30, марки по морозостойкости Б300. Соответствующие рекомендации и заключения выданы специалистами НИИЖБ и НИИОСП. Такие сваи, как показывает опыт, имеют следующие основные преимущества в сравнении с их аналогами из тяжелого бетона: они более технологичны при устройстве ростверка фундамента здания (за счет большей ударной вязкости легкого бетона) и более долговечны в эксплуатации (за счет большей морозостойкости легкого бетона).

Учитывая установленную таким образом перспективность выполнения элементов конструктивных систем зданий в легкобетонном варианте, комбинат стал расширять область их применения в городах Чувашии и по регионам РФ. Так, в 2005—2007 гг. были возведены здания с каркасом типа Saret, выполненным в варианте из бетона на керамзитовом гравии комбината в городах Нижнем Новгороде, Екатеринбурге, Казани, Московской области.

Добившись определенных положительных результатов в области развития крупнопанельного домостроения, на комбинате в 2007—2008 гг. производилась очередная реконструкция и модернизация производства. В эти годы была закуплена и установлена технологическая линия фирмы Екшайс (Финляндия) по изготовлению на длинном ^ = 105 м) стенде методом непрерывного (безопалубочного) формования с применением керам-зитобетона: предварительно напряженных многопустотных панелей перекрытий; перегородок высотой на этаж (толщиной 68 и 90 мм); наружных стеновых панелей. Далее на этом стенде освоено безопалубочное формование выполняемых также из керамзитобетона забивных свай и ригелей.

Следует отметить, что при выполнении методом безопалубочного формования панелей перекрытий, армируемых напрягаемой прядевой арматурой или высокопрочной проволокой ВР-2 взамен стержневой арматуры Ф12—Ф14 в традиционных аналогах панелей такого назначения, получена экономия арматуры более 25%.

Установка нового бетоносмесительного узла на комбинате и адресная подача бетона позволили значи-

тельно увеличить мощность предприятия по панельному домостроению (на 200 тыс. м2 жилой площади в год) и довести ее до уровня 360 тыс. м2 в год. После модернизации и установки новых опалубочных форм с магнитным креплением бортов появилась возможность выпускать как наружные, так и внутренние стеновые панели новых типоразмеров.

На комбинате помимо индустриального строительства многоэтажных зданий созданы все условия для развития малоэтажного домостроения. На технологических линиях ДСК производятся керамзитобетонные блоки и перемычки для наружных стен малоэтажных домов, а также широкий спектр следующих изделий и конструкций: плиты перекрытий, лестничные балки, площадки, марши, кольца и крышки колодцев, фундаментные блоки и т. д.

Подводя итог, можно сказать, что в настоящее время Новочебоксарский ДСК владеет многими прогрессивными технологиями, необходимыми для индустриального строительства жилья. Волжская 121-я серия является прекрасным решением для социально доступного и комфортного жилья. Сборно-монолитный каркас в этой серии позволяет воплотить в жизнь разнообразные объемно-планировочные решения как здания в целом, так и квартир, а выполнение его элементов из конструкционных легких бетонов открывает широкие возможности для возведения высокоэнергоэффективных (классов А и В по СНиП 2-23—2003), надежных в эксплуатации зданий при снижении материалоемкости и стоимости строительства.

Использование опыта Новочебоксарского ДСК во внедрении инновационных технологий в индустриальном домостроении при преимущественном использовании конструкционных легких бетонов может стать одним из рациональных вариантов одновременного решения вопросов увеличения темпов и качества строительства при выполнении требований по энергоресурсосбережению как на стадии строительства, так и на стадии эксплуатации зданий, а также требований по снижению материалоемкости и стоимости строительства при одновременном удовлетворении требований по разнообразию архитектурно-планировочных решений зданий.

Ключевые слова: индустриальное домостроение, керамзит, легкий бетон.

Список литературы

1. Железобетон в XXI веке. Состояние и перспективы развития бетона и железобетона в России: Монография (коллектив авторов) / Под ред. К.В. Михайлова). М.: НИИЖБ, 2001. С. 390.

2. Ярмаковский В.Н., Бремнер Т.У. Легкий бетон: настоящее и будущее // Строительный эксперт. 2005. № 20. С. 5—7. № 21. С. 5—7.

ПОДПИСКА

и О О /IС V Т о п и и и 1.Г1 О С О Г111.Г1 мм ли.ии ......ли >_и_||_И1и

журнала «Строительные материалы»

_—--^яЕя' " _ иь*.-

http://ejournal.rifsm.ru/

научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru

январь 2010 17