Теплоизоляционный пеногипс в малоэтажном строительстве

УДК 691.327.333: 691-405.8

И.В. БЕССОНОВ1, канд. техн. наук; Р.И. ШИГАПОВ2, инженер; В.В. БАБКОВ3, д-р техн. наук

1 Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН

2 ООО «Уфимская гипсовая компания»

3 Уфимский государственный нефтяной технический университет

Теплоизоляционный пеногипс в малоэтажном строительстве

Рассмотрены технические и технологические аспекты получения и применения теплоизоляционного пеногипса в конструкциях наружных стен. Приведен опыт строительства и эксплуатации малоэтажных жилых домов с наружными стенами из пеногипса. Исследованы физико-механические характеристики пеногипса, полученного на установке ЭТС-0,5. Представлены результаты экспериментальных определений теплотехнических показателей пеногипсового теплоизоляционного материала. Приведены результаты натурных исследований динамики естественной сушки теплоизоляционного слоя из пеногипса в наружных стенах жилых домов. Разработаны предложения по совершенствованию технологии монолитного малоэтажного домостроения с применением пеногипса.

Ключевые слова: пеногипс, несъемная опалубка, теплоизоляционный слой, наружные стены, малоэтажные здания.

I.V. BESSONOV1, Candidate of Sciences

1 Research Institute of Building Physics of RAACS

2 OOO «Ufimskaya gipsovaya kompaniya»

3 Ufa State Petroleum Technological University

Heat-Insulating Foamed Gypsum in Low-Rise Construction

Technical and technological aspects of receiving and application of heat-insulating foamed gypsum in designs of external walls are considered. An experience in construction and operation of low-rise houses with external walls from foamed gypsum is given. Physical and mechanical characteristics of the foamed gypsum received at the ETS-0.5 plant are investigated. Results of experimental definitions of thermo-technical indicators of foamed gypsum heat-insulating material are presented. Results of the full-scale study of dynamics of natural drying of a heat-insulation layer from foamed gypsum in external walls of houses are given. Suggestions about improvement of technology of monolithic low-rise housing construction with foamed gypsum application are developed.

Keywords: foamed gypsum, permanent formwork, heat-insulation layer, external walls, low-rise buildings.

Одним из основных направлений развития строительного комплекса как в России в целом, так и регионов является строительство жилых зданий малой и средней этажности. Гипсовые материалы обладают важными преимуществами, такими как повсеместная распространенность сырья, простота и дешевизна технологического процесса получения гипсовых вяжущих, экологическая чистота и высокие теплозащитные свойства. За последние годы произошли значительные положительные изменения в развитии отечественной гипсовой промышленности, в частности многократно возросло производство гипсовых сухих смесей для внутренней отделки, гипсокартона и пазогребневых перегородочных плит. Однако изготовление наиболее востребованных строительством стеновых конструкций на гипсовой основе пока не нашло широкого распространения в строительном комплексе России [1—3].

Между тем почти вековой положительный опыт производства и применения гипсовых мелкоштучных изделий в Башкортостане, Самарской и Свердловской областях, Казахстане и др., где до сих пор успешно эксплуатируются поселки малоэтажных жилых домов (1—3 этажа) с несущими стенами из гипсовых или гип-сошлаковых блоков, подтверждает целесообразность и эффективность использования гипса для данных целей [4, 5].

Для решения задачи снижения удельного расхода гипсового вяжущего весьма перспективным является использование монолитного пеногипса в наружных стеновых ограждениях. В последние годы НИИСФ РААСН, МГСУ, УГНТУ, КГАСУ, ООО «Вефт», ООО «Уфимская гипсовая компания» и др. организации занимаются разработкой технологии строительства малоэтажных каркасных зданий с использованием монолитного пеногипса в несъемной опалубке в качестве теплоизоляционного материала наружных стен [6, 7].

ООО «Уфимская гипсовая компания» активно набирает опыт возведения наружных стен малоэтажных каркасных жилых домов с применением монолитного пеногипса. За период 2011—2014 гг. в п. Ново-Иглино (Республика Башкортостан) построено семь одноквартирных жилых домов площадью по 107 м2 и восемь двухквартирных жилых домов площадью по 120 м2 с применением технологии залива пеногипса в несъемную опалубку каркасных наружных стен.

Технология возведения стен из пеногипса в несъемной опалубке заключается в следующем: наружные стены с деревянным каркасом, состоящим из унифицированного бруса 50x100x3000 мм, связанного с перемычками с двух сторон и обшитого фибролитовыми плитами толщиной 25 мм. Общая толщина стены составляет всего 40 см (рис. 1) [6]. Процесс сборки каркаса дома сила-

Таблица 1

Варианты объектов натурного исследования кинетики удаления избыточной влаги при естественной сушке пеногипса в несъемной опалубке наружных каркасных стен жилых домов

№ варианта Конструктивные отличия стен Условия эксплуатации дома

1 Монолитный пеногипс с установкой по центру стены с шагом 600 мм по всей высоте стены дренажной вставки квадратного сечения размером 100x200 мм из фибролита низкой плотности (р0=250-300 кг/м3) Не отапливается

2 Монолитный пеногипс без дренажной вставки Отапливается

3 Монолитный пеногипс без дренажной вставки Не отапливается

Рис. 1. Процесс сборки деревянного каркаса и обшивка листами фибролита

Рис. 2. Процесс заливки пеногипса в конструкции наружной стены

ми одной бригады, состоящей из четырех человек, занимает 8—10 дней.

Заливку теплоизоляционного пеногипса (рис. 2) в собранный каркас, обшитый фибролитовыми плитами, осуществляют механизированным способом с использованием модифицированной установки ЭТС-0,5 [8]. Продолжительность монолитных работ для одноэтажного дома площадью 120 м2 составляет два рабочих дня при объеме заливаемого пеногипса 45 м3. При суммарной толщине пеногипсового слоя 35 см распорного воздействия на опалубку не происходит, поскольку заливка производится послойно и нижний слой к моменту нанесения последующего уже затвердевает.

Физико-механические и эксплуатационные свойства пеногипса в значительной степени зависят от его влажности. В связи с этим проведены исследования кинетики удаления избыточной влаги при естественной сушке пеногипса в несъемной опалубке наружных каркасных стен жилых домов (табл. 1, рис. 3). В качестве объектов исследования выбраны три варианта наружных стен одноэтажных домов, отличающихся конструктивными особенностями ограждений и условиями эксплуатации помещений.

Пеногипс высыхает до влажности 10—12% по массе за 5—6 мес. при использовании дренажной вставки. Для лучшего эффекта осушения необходимо заливку пеногипса производить весной или в начале лета. Дом в процессе возведения должен стоять под навесом во избежание дополнительного увлажнения в период высыхания стен. Можно также использовать принудительное осу-

шение инфракрасными излучателями или тепловыми пушками.

Натурными исследованиями определено, что процесс высыхания стен с двусторонней обшивкой фибролитовыми плитами довольно длительный и занимает более 6 мес. Это приводит к увеличению сроков сдачи объектов, так как сдвигает во времени момент начала выполнения внутренних отделочных работ.

Для ускорения высыхания стен было предложено применить в качестве внутренней несъемной опалубки пазогребневые гипсовые плиты (ПГП) толщиной 80 мм (рис. 4). Гипсовые плиты, как и пеногипс, обладают повышенными значениями влагопроводности и скорости

Время , мес.

Рис. 3. Кинетика естественной сушки теплоизоляционного слоя из пеногипса в несъемной опалубке наружных каркасных стен жилых домов при различных конструктивных особенностях стен и условиях эксплуатации домов: 1 - вариант № 1; 2 - вариант № 2; 3 - вариант № 3

10

июль 2014

Таблица 2

Основные эксплуатационные параметры пеногипса

Наименование показателя Метод испытания Единицы измерения Средние значения

Плотность, среднее значение ГОСТ 17177 ГОСТ Р ЕН 1602 кг/м3 400

Теплопроводность в сухом состоянии при t=25оС ГОСТ 7076 Вт/(м-°С) 0,12

Сорбция при 40% при 60% при 80% при 90% при 97% ГОСТ 24816 % 1,45 2,54 4,9 12,8 14,15

Водопоглощение при полном погружении на 2 ч ГОСТ 17177 и ГОСТ 23789 мас. % 135

Приращение теплопроводности на 1% влажности ГОСТ 7076 Вт/(м-°С-%) 0,01

Расчетные характеристики теплопроводности при условиях эксплуатации конструкций А при условиях эксплуатации конструкций Б ГОСТ 7076, СП 23-101-2004 Вт/(м-°С) 0,17 0,26

Паропроницаемость ГОСТ 25898 мг/(м-ч-Па) 0,264

Предел прочности при сжатии ГОСТ 10180 МПа 0,8

Коэффициент размягчения ГОСТ 10180 - 0,31

Коэффициент теплоусвоения при условиях эксплуатации А при условиях эксплуатации Б СП50.13330.2012 Вт/(м2-°С) 2,28 3,33

капиллярного всасывания [9]. Основной задачей ПГП является перенос избыточной влаги из массива пеногипса и передача на проветриваемую поверхность стены.

Для натурных исследований высыхания различных видов стен весной 2014 г. построен двухквартирный дом с различными конструктивными решениями внутренней несъемной опалубки. В первой половине дома использовали технологию с плитами из фибролита, во второй в качестве внутренней несъемной опалубки использовали пазогребневые гипсовые плиты. На рис. 5 представлены результаты натурных исследований изменения влажности пеногипса в различных вариантах стены.

В конструкции стены с внутренней опалубкой из ПГП происходит интенсивное осушение пеногипса в первые две недели, влажность опускается до 10—12 мас. %. Параллельно наблюдается естественное увеличение влажности самих ПГП с 5—8 % до 20—22%. Установлено, что ПГП во время процесса перераспределения влаги не деформируются, не изменяют геометрических параметров и внешнего вида. Таким образом, внутренние отделочные работы можно начинать через месяц после заливки пеногипса, не дожидаясь полного высыхания стен. Исследования показали, что стена из пеногипса с внутренней несъемной опалубкой из пазогребневых гипсовых плит является наиболее оптимальным вариантом по сравнению с другими.

В лаборатории НИИСФ РААСН проведены исследования влажностных и теплофизических характеристик пеногипса производства ООО «Уфимская гипсовая компания». В табл. 2 представлены основные эксплуатационные параметры пеногипса.

Проведенные исследования показали перспективность применения технологии заливочного пеногипса в ограждающих конструкциях с несъемной или съемной

Рис. 4. Стена из пеногипса с внутренней несъемной опалубкой из пазогребневых гипсовых плит

-Внутренняя несъемная опалубка из ПГП

Внутренняя несъемная опалубка из фибролита

Рис. 5. Кинетика естественной сушки теплоизоляционного слоя из пеногипса в несъемной опалубке наружных каркасных стен жилых домов при различных конструктивных особенностях

опалубкой. При этом необходимо отметить следующие факты.

Пеногипс, как и большинство теплоизоляционных материалов, не предназначен для эксплуатации во влажной среде. Однако в исключительных случаях возможно периодическое замораживание и оттаивание (свежая заливка, протечка атмосферной влаги и др.) влажного пеногипса. Для исследования морозостойкости увлажненного пеногипса проведены циклы знакопеременного воздействия. Установлено, что при оттаивании в воде после замораживания на образцах после третьего цикла образовались крупные глубокие трещи-

ны. При оттаивании над водой снижение прочности образцов пеногипса после 15 циклов составило 8,5%, снижение прочности после 25 циклов — 30%, снижение прочности после 35 циклов — 47% от значений прочности контрольных образцов. Таким образом, катастрофического разрушения образцов не установлено, однако процесс заливки пеногипса в конструкции целесообразно завершать за две-три недели до первых заморозков.

Испытания воздухопроницаемости пеногипса показали, что значение ;=103х 5,64 кг/(м.ч.Па) сопоставимо с этим показателем для аналогичных пористых материалов. В зимний период через открытые поверхности пеногипса возможна инфильтрация воздуха и соответственно определенные теплопотери. Рекомендуется не оставлять открытые поверхности пеногипса, а закрывать их паропроницаемыми, но воздухонепроницаемыми материалами.

Теплотехнические, физико-механические показатели, а также результаты натурного исследования эксплуатационных характеристик, полученные в работе, позволят совершенствовать технологию монолитного мало-этажного домостроения с применением пеногипса. Дальнейшие усилия по развитию технологии получения пеногипса, в частности гипсового вяжущего, композиционных составов и др. целесообразно направить на снижение абсорбционных и адсорбционных свойств материала по отношению к воде, а также на снижение показателя зависимости теплопроводности от влажности.

Список литературы

1. Бабков В.В., Латыпов В.М., Ломакина Л.Н., Шигапов Р.И. Модифицированные гипсовые вяжущие повышенной водостойкости и гипсокерамзито-бетонные стеновые блоки для малоэтажного жилищного строительства на их основе // Строительные материалы. 2012. № 7. С. 4—7.

2. Рахимов Р.З., Халиуллин М.И. Состояние и тенденции развития промышленности гипсовых строительных материалов // Строительные материалы. 2010. № 12. С. 44-46.

3. Шигапов Р.И., Бабков В.В., Юрпик В.А. Материалы из модифицированных гипсовых вяжущих для наружных стен малоэтажных жилых домов. Материалы VI Международной научно-практической конференции «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий». Пермь. 2012. С. 208-212.

4. Ферронская А.В., Корвяков В.Ф., Баранов И.М., Бурьянов А.Ф., Лосев Ю.Г., Поплавский В.В., Шишин А.В. Гипс в малоэтажном строительстве. М.: АСВ, 2008. 240 с.

5. Мирсаев Р.Н., Бабков В.В., Недосека И.В., Печенкина Т.В. Опыт производства и эксплуатации гипсовых стеновых изделий // Строительные материалы. 2008. № 3. С. 78-80.

6. Шигапов Р.И., Бабков В.В., Халиуллин М.И. Использование пеногипса в малоэтажном строительстве // Известия КГАСУ. 2014. № 2. С.45-50.

7. Пустовгар А.П., Гагулаев А.В. Теплофизические характеристики ограждающих конструкции из модифицированного гипсопоробетона // Строительные материалы. 2008. № 7. С. 34-35.

8. Патент РФ 2373049. Поризационный смеситель для приготовления ячеистых смесей / Ефимов П.А.; Заявл. 04.05.2008. Опубл. 20.11.2009. Бюл. № 32.

9. Бессонов И.В. Характеристики влагопереноса пеногипса // Строительные материалы. 2012. № 7. С. 34-37.

References

1. Babkov V.V., Latypov V.M., Lomakina L.N. Shigapov R.I. Modified gypsum binders of high water resistance and gyp-sum-claydite-concrete wall blocks for low-rise housing construction on their basis. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 7, pp. 4-7. (In Russian).

2. Rakhimov R.Z., Haliullin M.I. State and tendencies of development of the gypsum building materials industry. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 12, pp. 44-46. (In Russian).

3. Shigapov R.I., Babkov V.V., Yurpik V.A. Materials from the modified plaster low houses knitting for external walls. Materials VI of the International scientific and practical conference "Increase of Production Efficiency and Application of Plaster Materials and Products". Perm. 2012, pp. 208-212. (In Russian).

4. Ferronskaya A.V., Korvyakov V.F., Baranov I.M., Buryanov A.F., Losev Yu.G. Poplavsky V.V., Shishin A.V. Gips v maloetazhnom stroitel'stve [Plaster in low construction]. Moscow: ASV. 2008. 240 p.

5. Mirsayev R.N., Babkov V.V., Nedoseka I.V., Pechenkina T.V. Experience of production and operation of plaster wall products. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2008. No. 3, pp. 78-80. (In Russian).

6. Shigapov R.I., Babkov V.V., Haliullin M.I. Foamed gypsum use in low construction. Izvestiya KGASU. 2014. No. 2, pp. 45-50. (In Russian).

7. Pustovgar A.P., Gagulayev A.V. Heat physical characteristics designs from modified gypsum-cell concret. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2008. No. 7, pp. 34-35. (In Russian).

8. Patent RF 2373049. Porizatsionnyi smesitel'dlyaprigotov-leniya yacheistykh smesei [The Mixer for porization for preparation of cellular mixes]. Yefimov P.A. declared 04.05.2008. Published 20.11.2009. Bulletin No. 32. (In Russian).

9. Bessonov I.V. Characteristics of moisture transfer of foamed gypsum. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012 . No. 7, pp. 34-37. (In Russian).

научно-технический и производственный журнал

12 июль 2014

iA