НАРУЖНАЯ ТЕПЛОСБЕРЕГАЮЩАЯ ПОЖАРОБЕЗОПАСНАЯ ОБОЛОЧКА ЗДАНИЯ ИЗ ПОЛИСТИРОЛБЕТОННЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
EXTERNAL HEAT-SAVING FIREPROOF SHELL OF A BUILDING MADE OF POLYSTYRENE CONCRETE ENCLOSING STRUCTURES

Изобретение относится к области строительства и касается наружных ограждающих конструкций зданий с применением особо легкого экологически чистого полистиролбетона.
Задачей изобретения является создание наружной оболочки здания из полистиролбетонных ограждающих конструкций с улучшенными пожарозащитными, теплосберегающими и технико-экономическими характеристиками.
Известно изобретение [1], в котором даны комплексные решения по заводской технологии производства экологически чистого полистиролбетона и изделий из него в виде стеновых блоков, теплоизоляционных плит и надпроемных перемычек для возведения из них теплоэффективных ограждающих конструкций зданий по системе «Юникон». При этом согласно стандарту на полистирол-бетон [2] его марки по средней плотности нормированы в пределах D150-D600.
Известна полезная модель строительной системы зданий, основанная на применении особо легкого полистиролбетона [3], содержащая несущие внутренние стены, или колонны, или пилоны, панели перекрытий и покрытий и наружные стены с фасадными облицовочными слоями из кирпичной кладки или штукатурки или в виде вентилируемых навесных конструкций, характеризующаяся тем, что применяют особо легкий экологически чистый полистиролбетон в виде сборных панелей, блоков, плит и надпроемных перемычек или в монолитном или сборно-монолитном вариантах, размещаемых во всех ограждающих конструкциях: наружных ненесущих, или самонесущих, или несущих стенах, в покрытиях и перекрытиях, в том числе чердачных, над холодными подвалами, или проездами, или подпольями, при этом наружные стены состоят из однослойной блочной кладки или монолита и имеют облицовочные слои из негорючих материалов, в т.ч. внутренний слой, например, из цементно-песчаного бетона или гипсоволокнистых листов (ГВЛ) толщиной 20-30 мм, и наружный слой, например, из цементно-песчаной облицовки полистиролбетонных блоков или из огнезащитных покрытий полистиролбетонных поверхностей для стен с навесными фасадами, образуя совместно с утепляемыми полистиролбетоном покрытиями и перекрытиями замкнутую тепло- и звукоизолирующую, морозостойкую, пожаробезопасную и сейсмопригодную оболочку.
Технические решения сборных полистиролбетонных ограждающих конструкций отражены в Своде правил [4], которые приняты в качестве ближайших аналогов для предлагаемой к патентованию полезной модели. В указанном Своде правил приведены технические решения ограждающих конструкций из сборного полистиролбетона, в частности наружные стены состоят из однослойной кладки из полистиролбетонных блоков, облицованных негорючими материалами (армированная штукатурка, кирпич, ГВЛ), а железобетонные покрытие, чердачное и нижнее перекрытия утеплены полистиролбетонными плитами или монолитом, защищенными негорючим цементно-песчаным слоем. При этом стеновые элементы ограждающих конструкций из полистиролбетона соединены между собой теплоэффективным клеем или клеевой композицией [4, 5] в кладке из полистиролбетонных блоков и надпроемных перемычек, а также механическими соединениями, например, в виде стальных проволок, сеток или полос между полистиролбетонными частями ограждающих конструкций и негорючими облицовками, а также железобетонными несущими конструкциями. При этом в состав вышеуказанного клея или клеевой композиции [5] входят вяжущие на основе портландцемента и активированных технических отходов алюмосиликатного состава, а также мелкозернистые горючие (пенополистирольные гранулы или отходы пиления полистиролбетона) и негорючие (стеклогранулы, керамзитовый гравий, перлитовый песок) компоненты крупностью не более 3-х мм.
Приведенные выше конструктивно-технические решения [1, 3 и 4] имеют следующие недостатки:
- полистиролбетон в наружных стеновых ограждающих конструкциях в обязательном порядке должен иметь облицовочные слои из негорючих материалов (кирпичной кладки, цементно-песчаной штукатурки, гипосволокнистых листов или специальных огнезащитных покрытий), что удорожает на 10-15% стоимость и трудоемкость монтажа наружных стен, а также уменьшает полезные площади зданий на одинаковом «пятне» застройки;
- для полистиролбетона, применяемого в ограждающих конструкциях, не конкретизированы ограничения по его плотности и прочности. В частности, не отражена возможность применения изготавливаемых по спецтехнологии сборных изделий из полистиролбетона с улучшенными свойствами для марок по средней плотности D150-D350 [6], что может уменьшить толщину утепляющего полистиролбетонного слоя и повысить технико-экономические показатели наружных стен, покрытий и перекрытий здания.
- состав негорючей теплоэффективной клеевой композиции требует уточнения, а ее толщина в швах стеновой кладки не увязана с крупностью мелкозернистых компонентов.
Необходимость защиты негорючими материалами полистиролбетона в ограждающих конструкциях зданий, объясняется тем, что полистиролбетон, изготавливаемый по обычной технологии для сборных изделий, является слабогорючим материалом, имеющим группу горючести Г1 [2].
В то же время ВНИИжелезобетоном установлена возможность получения негорючего (группы НГ) полистиролбетона марок по средней плотности D300 и более [7].
Развитие системы «Юникон» предусматривает применение полистиролбетона с повышенными строительно-техническими свойствами (система «Юникон-2»), изготавливаемого по спецтехнологии [6, 8], и использование негорючего полистиролбетона (система «Юникон-3»), изготавливаемого по инновационной спецтехнологии («спецтехнология-2») [7].
ц
Способ заводского изготовления полистиролбетона повышенного качества по спецтехнологии [6] предусматривает получение изделий с повышенной на одну ступень прочностью для заданных марок по средней плотности материала в диапазоне D150-D350 за счет комплекса технологических приемов, предусматривающих: применение в качестве вяжущего портландцемента активностью (R) не менее 45 МПа; использование полистиролбетонной (ПСБ) смеси оптимизированного состава с относительным объемным содержанием заполнителя - полистирола вспененного гранулированного (ПВГ) - ϕ в пределах 0,38-0,55 (в долях от 1); приготовление ПСБ смеси в герметичных бетоносмесителях типов «Юникон-1500» или «Юникон-1200», перемешивающих смесь под давлением сжатого воздуха не менее 3 ати; обеспечение при дозировании и перемешивании ПСБ смеси автоматического контроля и коррекции по компьютерной программе содержания компонентов с отклонением от заданных расходов в пределах ±5% по весу; использование для формования ПСБ изделий смесей подвижностью П2-П4, подаваемых из бетоносмесителя в формы сжатым воздухом по гибкому шлангу; твердение распалубленных изделий без принудительной тепловой обработки под полиэтиленовой пленкой.
Решение поставленной задачи предлагается реализовать для энергоэффективного здания с применением ограждающих конструкций из сборного или монолитного полистиролбетона системы «Юникон», образующих замкнутую теплоизолирующую пожаробезопасную оболочку из основных составных частей: наружных стен (ненесущих, самонесущих и несущих) и утепленных железобетонных покрытий и перекрытий, отличающуюся тем, что наружные стены выполнены из негорючих (группы НГ) сборных полистиролбетонных изделий -панелей, блоков и надпроемных перемычек плотностью D300-D600 или монолита плотностью D400-D600 без их облицовки негорючими материалами, а для утепления железобетонных покрытий и перекрытий применяют плиты из слабогорючего (группы Г1) полистиролбетона плотностью D150-D225 повышенной прочности (марок до М2,5-М7) с устройством огнезащитного слоя из неармированной или армированной цементно-песчаной стяжки толщиной 5-40 мм.
При этом слабогорючие полистиролбетонные плиты плотностью D150-D225, утепляющие железобетонные покрытия и перекрытия, изготавливают по спецтехнологии [6], обеспечивающей повышение их прочности, а сборные стеновые изделия (стеновые блоки, панели и надпроемные перемычки) плотностью D300-D350 изготавливают по инновационной спецтехнологии («спецтехнология-2») [7], основанной на использовании ПВГ пониженной горючести с уменьшенным его содержанием в полистиролбетоне, и применении воздухововлекающей добавки с антипиреновыми свойствами. Также для негорючего полистиролбетона плотностью D300-D600 отношение содержания по массе горючего органического компонента - ПВГ к содержанию негорючего портландцемента (ПЦ) должно составлять не более 1,9%.
Необходимость изготовления негорючего полистиролбетона плотностью D300-D350 по «спецтехнологии-2» связана с эффективностью его применения для необлицованных негорючими материалами стен энергосберегающих зданий.
3
При этом стеновые полистиролбетонные сборные изделия, как составные части (элементы) ограждающих конструкций здания, надежно соединены между собой негорючей теплоэффективной клеевой композицией [4, 5] плотностью в затвердевшем состоянии 600-800 кг/м, представляющей собой смесь комплексного вяжущего из портландцемента и активированных техногенных отходов алюмосиликатного состава и легкого заполнителя из мелкозернистых (крупностью не более 2-х мм) минеральных негорючих компонентов (стеклогранул, керамического, керамзитового и перлитового гравия и песка). При этом ее толщина в стеновой кладке не превышает 3-х мм, что также способствует теплосбережению.
Предлагаемое изобретение предусматривает отказ от дорогостоящей двухсторонней облицовки полистиролбетонных наружных стен негорючими материалами. При этом обеспечивается образование более экономичной в сравнении с указанной в [3] замкнутой тепло- и звукоизолирующей пожаробезопасной, морозостойкой, сейсмопригодной, и экологически безопасной оболочки здания, что дает повышенную общую безопасность и комфортность внутренних помещений при дополнительном увеличении полезных площадей.
При реализации указанного изобретения здание может иметь несущие конструкции: вертикальные внутренние стены, колонны или пилоны из железобетона, кирпича или стального профиля и горизонтальные железобетонные покрытия, перекрытия и ригели, а фасады зданий иметь окрашенную поверхность или навесные вентилируемые конструкции. При этом для наружных стен из негорючих полистиролбетонных изделий допускается выравнивающая затирка толщиной до 3-4 мм цементно-песчаным раствором на мелком песке.
Ниже приведены примеры реализации предлагаемого изобретения в сравнении с техническими решениями ограждающих конструкций, нормированных в СП 434.1325800.2018 [4], в которых используются защищенные негорючими материалами сборные полистиролбетонные изделия, изготовленные, как правило по обычной технологии.
Пример 1. Многоэтажное жилое здание с железобетонными покрытиями и перекрытиями, ненесущими наружными стенами из однослойной полистиролбетонной блочной кладки и перемычек. Здание имеет невентилируемый фасад и отапливаемые подвальное и чердачное помещения.
3
Для здания-аналога наружные стены утеплены слабогорючими (соотношение по массе ПВГ и ПЦ - 2,05%) полистиролбетонными блоками плотностью D350 класса по прочности В1, изготовленными по обычной технологии. Блоки соединены между собой теплоэффективной горючей (с включением мелких пенополистирольных гранул) клеевой композицией плотностью 800 кг/м с толщиной кладочных швов до 5 мм. Блоки облицованы внутренней и наружной армированной цементно-песчаной штукатуркой толщиной 25 мм. Железобетонное покрытие здания утеплено тремя слоями слабогорючих полистиролбетонных плит толщиной по 100 мм плотностью D175 марки по прочности М2,5, изготовленных по обычной технологии. Над плитами предусмотрено устройство огнезащитной цементно-песчаной стяжки толщиной 30 мм.
При реализации предложенного изобретения:
- для наружных стен применяют блоки из негорючего (соотношение по массе ПВГ и ПЦ - 1,85%) полистиролбетона той же плотности D350 и класса по прочности В1, изготовленные по инновационной «спецтехнологии-2», для наружных и внутренних поверхностей которых не используется специальная облицовка негорючими материалами, а допускается устройство цементно-песчаного затирочного (выравнивающего) слоя толщиной 3-4 мм;
3
- полистиролбетонные блоки в стеновой кладке соединены между собой негорючей (на основе минеральных мелкозернистых компонентов) теплоэффективной клеевой композицией плотностью 600 кг/м с толщиной кладочных швов не более 3-х мм;
- для утепляемого покрытия здания используются 2 (вместо 3-х) слоя слабогорючих полистиролбетонных плит толщиной по 100 мм плотностью D150 повышенной прочности марки М2,5, изготовленных по спецтехнологии.
При сравнении с аналогом экономический эффект по стоимости и трудоемкости возведения конструкций при реализации предлагаемого изобретения составляет: для наружных стен - 10-12% (за счет отказа от армированной штукатурки) и для покрытий - 25-30% (за счет уменьшения в 1,5 раза толщины теплоизоляционного слоя).
В целом стоимость и трудоемкость возведения ограждающих конструкций снижается на 18-20% по сравнению с аналогом.
Пример. 2. Многоэтажное жилое здание с вентилируемым фасадом, в котором остальные технические решения приняты как в примере 1.
В этом случае при реализации изобретения для наружных стен используется затирочный (выравнивающий) слой из цементно-песчаного раствора толщиной 3-4 мм только на внутренней поверхности кладки из негорючих полистиролбетонных блоков и по сравнению с аналогом снижение стоимости и трудоемкости возведения наружных стен составит 12-15%, и в целом по зданию - 20-22%.
Пример 3. Малоэтажное жилое здание (коттедж) с окрашенным фасадом и неотапливаемыми подвальным и чердачным помещениями.
3
Несущие конструкции - железобетонные колонны, ригели и межэтажные перекрытия. Для здания-аналога наружные стены выполнены из слабогорючих (соотношение по массе ПВГ и ПЦ - 2,0%) полистиролбетонных блоков плотностью D450 класса по прочности В 1,5 толщиной 450 мм, облицованных снаружи армированной штукатуркой толщиной 25 мм и изнутри ГВЛ - толщиной 20 мм. Толщина швов блочной кладки из горючей теплоэффективной клеевой композиции плотностью 800 кг/м - не более 5 мм. Чердачное перекрытие утеплено изготовленными по обычной технологии слабогорючеми полистиролбетонными плитами плотностью D200 марки по прочности М3,5 в 3 слоя по 100 мм, а перекрытие над холодным подвалом утеплено полистиролбетонными плитами плотностью D225 марки по прочности М5 в 3 слоя по 100 мм. Над плитами чердачного перекрытия предусмотрено устройство огнезащитной неармированной цементно-песчаной стяжки толщиной 10-15 мм, а над плитами подвального перекрытия - огнезащитной армированной цементно-песчаной стяжки толщиной 40 мм.
При реализации предлагаемого изобретения:
- для наружных стен применяют полистиролбетонные блоки той же плотностью D450 и класса по прочности В 1,5 из негорючего (соотношение по массе ПВГ и ПЦ - 1,4%) полистиролбетона, для облицовки которых не используется армированная штукатурка и ГВЛ, а допускается выравнивающая затирка толщиной 3-4 мм цементно-песчаным раствором на мелком песке;
3
- полистиролбетонные блоки в стеновой кладке соединены между собой негорючей (на основе минеральных мелкозернистых компонентов) теплоэффективной клевой композицией плотностью 600 кг/м с толщиной кладочных швов не более 3-х мм;
- для утепления чердачного перекрытия используются полистиролбетонные плиты плотностью D175 повышенной прочности марки М3,5 толщиной в 2 слоя (вместо 3-х) по 100 мм, изготовленные по спецтехнологии;
- для утепления нижнего перекрытия над холодным подвалом применяются изготовленные по спецтехнологии полистиролбетонные плиты плотностью D200 повышенной прочности марки М5, укладываемые в два слоя (вместо 3-х).
При сравнении с аналогами экономический эффект по стоимости и трудозатратам при возведении конструкций по предложенному изобретению составляет: для наружных стен - 10-12% (за счет отказа от армированной штукатурки и ГВЛ) и для утепляемых перекрытий - 25-30% (за счет уменьшения в 1,5 раза толщины утепляющего слоя). В целом стоимость и трудоемкость возведения ограждающих конструкций снижается на 30-35% по сравнению с аналогами.
Как видно из приведенных примеров, поставленная задача реализуется с высокой технико-экономической эффективностью при обеспечении пожарной безопасности, прочностных и теплосберегающих характеристик ограждающих конструкций зданий с увеличением их полезных площадей.
Источники информации
1. Патент на изобретение RU 2230717 «Конструкционно-теплоизоляционный, экологически чистый полистиролбетон, способ изготовления из него изделий и способ возведения из них теплоэффективных зданий по системе «Юникон». Приоритет 10.11.2002 г.
2. ГОСТ Р 51263-2012 «Полистиролбетон. Технические условия».
3. Патент на полезную модель RU 99032 «Строительная система зданий». Приоритет 26.04.2010 г.
4. СП 434.1325800.2018 «Конструкции ограждающие из полистиролбетона. Правила проектирования».
5. Патент на изобретение RU 2495002 «Теплоэффективный клей». Приоритет 14.10.2010 г.
6. Патент на изобретение RU 2688329 «Способ заводского изготовления изделий из полистиролбетона повышенного качества по спецтехнологии». Приоритет 28.11.2016 г.
7. В.А. Рахманов, В.И. Мелихов, Г.И. Капаев, А.И. Козловский «Инновационная спецтехнология получения полистиролбетона нового поколения». Промышленное и гражданское строительство. 2017 г. №2.
8. В.А. Рахманов «Полистиролбетон системы «Юникон» - энергоэффективный материал XXI века». Издательство «Золотое сечение». М. 2017 г. Стр. 169, 173.