Качественный керамзит и керамзитобетон для стройкомплекса Якутии

Петр Петрович Уваров,

академик МАРЭ, заслуженный работник народного хозяйства РС(Я), генеральный директор ОАО «Якутагропромпроект», почетный строитель России и корпорации «Росагропром-строй».

Владимир Михайлович Горин,

академик РАПК, к.т.н., генеральный директор ЗАО «НИИКерамзит».

г

Ь п

Светлана Александровна Токарева,

член-корреспондент РАПК, директор ЗАО «НИИКерамзит».

КАЧЕСТВЕННЫЙ КЕРАМЗИТ И КЕРАМЗИТОБЕТОН ДЛЯ СТРОЙКОМПЛЕКСА ЯКУТИИ

П. П. Уваров, В. М. Горин, С. А. Токарева, М. К. Кабанова

Марина Константиновна Кабанова,

к.т.н., ведущий научный сотрудник ЗАО «НИИКерамзит».

Общенациональный проект «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» предусматривает значительное увеличение объемов жилищного строительства и модернизацию коммунальной инфраструктуры. Это ставит перед строительным комплексом страны приоритетные задачи интенсификации жилищного строительства, обеспечения его доступными и качественными строительными материалами.

Особую значимость эти вопросы имеют для Республики Саха (Якутия) в связи с программами быстрейшего освоения природных богатств этого края. Нельзя не учитывать также суровые природные условия: вечную мерзлоту, низкие температуры в зимний период и резкие годовые температурные колебания с амплитудой в 105 градусов.

Для решения поставленных задач необходимо максимально использовать потенциальные возможности действующих отечественных предприятий, способных выпускать качественные строительные материалы. Важнейшее значение приобретает использование строительных материалов с высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками, позволяющих возводить комфортное и долговечное жилье с высоким уровнем безопасности, доступное рядовому россиянину. Такими материалами, благодаря высокой долговечности, экологической безопасности и эксплуатационной надежности, по праву являются керамзит и керамзитобетон.

Керамзит послужил основой для решения жилищной проблемы в стране в 60-70-е годы прошлого века. Его широкое использование обеспечило ускорение сроков строительства, быстрое возведение жилых, общественных и промышленных зданий, снижение трудозатрат, повышение механизации строительных работ. В результате за относительно короткие

сроки была снята напряженность по важнейшему социальному вопросу -жилищному. В 1988 г. объем вводимого жилья в РФ составлял 76 млн. м2, из них 80% приходилось на крупнопанельное домостроение на основе керамзитобетона [1,2].

Керамзитобетон является уникальным материалом, спектр применения которого в строительстве очень широк-от теплоизоляционного материала для эффективной теплозащиты зданий - до конструкционного бетона, используемого для несущих и ограждающих конструкций в монолитном, каркасном и крупнопанельном домостроении.

Длительный опыт эксплуатации зданий из керамзитобетона (50 лет - у нас в стране и более 70 лет - в США и Канаде) подтвердил их высокую долговечность, экологическую безопасность и эксплуатационную надежность [3]. Повышенная эксплуатационная надежность обусловлена сохранением исходных теплозащитных свойств на всем протяжении эксплуатации здания (без каких-либо ремонтных работ), низкой эксплуатационной влажностью, высокой морозостойкостью. Он не горюч, не выделяет токсичных газов при пожаре и в процессе долговременной эксплуатации. Пожа-ростойкость его выше, чем у тяжелых и легких бетонов с органическими заполнителями [4]. Эти факторы дают серьезные преимущества керамзито-бетону перед пенобетоном и многослойными конструкциями наружных стен с теплозащитой из полимерных материалов.

В настоящее время Республика Саха (Якутия) испытывает дефицит качественных стеновых материалов для жилищного и гражданского строительства. Для возведения жилых, промышленных зданий и сооружений в республике в больших объемах используются дорогостоящие привозные материалы. Целесообразным является налаживание выпуска эф-

Совещание представителей ОАО «Якутагропромпроект» и ЗАО «НИИКерамзит» (нижний ряд, слева направо): директор ЗАО «НИИКерамзит» С.А. Токарева, генеральный директор ОАО «Якутагропромпроект» П.П. Уваров, М.К. Кабанова, Т.А. Рябинчук; (верхний ряд, слева направо): В.Д. Авакова, П.Ф. Нехаев, Т.Г. Вавилина.

время имеются все предпосылки для налаживания выпуска качественного керамзита и керамзитобетона.

По инициативе одной из ведущих проектных организаций республики - ОАО «Якутагропромпроект» с участием ЗАО «НИИКерамзит» (г Самара) проведены поисковые исследования и установлена возможность получения заполнителей с использованием цеолитов месторождения «Хонгуруу». «НИИКерамзит» выполнил работы по испытаниям двух проб глинистого сырья Сытыганского месторождения. Были изучены химико-минералогический состав и физико-механические свойства глин. Работы проводились для оптимизации технологического процесса производства керамзита и реконструкции технологической линии на Бестяхском керамзитовом заводе. В процессе исследований был определен гранулометрический состав, пластичность, засоренность и огнеупорность глин. По минерало-

Производство керамзигпобетонных блоков

Керамзито бе тони ы н блок имеет три типоразлгера

(L * В * Н. мм): 120 у- 425 * 190; 245 * 425 * 190;,370<М5 * 190 и следующие технические характеристики: •объёмная плотность, кг/м3 - 500. 600, 700; коэффициент теплопроводности, Вт'мК- 0,13;

•приведённое сопрот ивление met mot иредаче I фрагмента стены толщиной 425 мм с учетом растворных швов из це/лентно-песчаяого ¡.¡стеора толщиной 10 мм, мгК/Вт - 3,056; •прочность на сжатие, кгс/смг - 30, •морозостойкость ~ F 50; •звукопоглощение - до 53 дБ; 'огнестойкость - ISO минут при t = J ООО с(йИ

фективных теплоизоляционных материалов, изделий и конструкций на их основе из недефицитного местного сырья. В Якутии для этого есть мощная сырьевая база. Разведано 17 месторождений глинистого сырья, что открывает широкие перспективы для развития керамзитового производства.

Для обеспечения домостроительных комбинатов и других строительных предприятий качественным сырьем необходимо восстановить ранее действующие керамзитовые производства с одновременным их техническим и технологическим перевооружением для организации выпуска керамзитового гравия с насыпной плотностью 300-450 кг/м3, а также высокопрочного керамзита - для несущих конструкций. Ранее в республике эксплуатировалось 5 керамзитовых предприятий суммарной мощностью порядка 250 тыс.м3 гравия в год, которые являлись основой для производства теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционно-го керамзитобетона. В настоящее

Керамзитобетонный блок имеет три типоразмера и следующие технические характеристики: средняя плотность - 500, 600, 700 кг/м3; коэффициент теплопроводности - 0,13-0,18 Вт/м°С; морозостойкость - Р50.

Дом, построенный из керамзитобетонных блоков.

гическому составу сырье представлено гидрослюдой, монтмориллонитом и каолинитом с примесью кварца, полевых шпатов и железистых минералов. Анализ результатов этих исследований показал, что глинистое сырье проб Сытыганского месторождения по основным показателям физико-химических свойств отвечает нормативным требованиям, за исключением высокого содержания включений (превышены нормативные требования по содержанию крупнозернистых включений).

Лабораторно-технологические испытания проводились с использованием методик и приемов, отработанных многолетней практикой «НИИКерамзит». Были определены оптимальные режимы термоподготовки и обжига глин, температурный интервал вспучивания, разработаны рациональные режимы и подготовлены опытные образцы, изучены физико-механические свойства: плотность, прочность, водопоглощение.

Рекомендованы рациональные варианты сырьевых добавок, которые улучшают вспучиваемость на 24-37% и позволяют получать легкий керамзитовый гравий для бетонов с высокими теплозащитными свойствами. Разработаны также варианты комплексных добавок, которые дают дополнительные положительные результаты, чрезвычайно важные с учетом специфики данного сырья. Они снижают оптимальную температуру обжига с 1220 до 11700С. При этом сохраняется широкий интервал вспучивания, то есть хорошие условия для стабильного обжига.

Лабораторно-технологические исследования показали возможность получения на основе Сытыганской глины эффективного легкого керамзитового гравия с плотностью Y=0,28-0,30 г/см3. Разработаны технологические параметры процесса, изучены и рекомендованы рациональные виды добавок и опудривателей. Наибольший вспучивающийся эффект достигается при комплексном использовании вспучивающей добавки и опуд-ривания.

Согласно программе работ, специалистами «НИИКерам-зит» было проведено обследование технологической линии завода керамзитового гравия ООО «Сокол» (пос. Мохсогол-лох) РС(Я) с целью разработки Технологического регламента и предложений по ее реконструкции. Группой специалистов выполнено обследование оборудования подготовительно-формовочного и сушильно-обжигового отделения (сушильного барабана, печи обжига, холодильника). Осуществлена проверка газовоздушного тракта, состояния газоходов, разрежения по газовоздушному тракту, системы газоочистки, дымососов, дутьевых вентиляторов.

На основании выполненных ЗАО «НИИКерамзит» работ по обследованию технологической линии, изучению и лаборатор-но-технологическим исследованиям сырья было установлено, что Сытыганское месторождение является перспективным для получения как легкого, так и прочного керамзитового гравия [5].

Предложения, разработанные ЗАО «НИИКерам-зит», позволят на реконструированной технологической линии получать керамзитовый гравий марок 300-350, 400-450 при условии выполнения рекомендаций и отработке на заводской линии оптимальных технологических режимов. Может быть также организован выпуск более плотного керамзита с высокой прочностью, что позволит использовать его для следующих целей:

- в жилищно-гражданском строительстве (изготовление эффективных ограждающих конструкций - блоков, панелей, свай, плит перекрытий, покрытий);

- в жилищно-коммунальном хозяйстве (плиты и лотки для теплотрасс и других коммуникаций; керамзит в качестве адсорбента для фильтрации и водоочистки);

- в дорожном строительстве (керамзитожелезобе-тонные блоки для дорог, монолитные покрытия из керам-зитобетона);

- в сельском хозяйстве (животноводческие помещения, в том числе устройство теплых полов, тепличное хозяйство).

Перспективным для восстановления производства керамзита является также Мирнинский комбинат строительных материалов (г. Мирный).

Реконструкция этих предприятий потребует значительных финансовых затрат. Для скорейшего ее проведения и организации производства качественного керамзита данным предприятиям необходима государственная поддержка.

Стеновые материалы и конструкции на основе керамзитобетона

Наружные стены из керамзитобетона являются экономически более выгодными по сравнению с многослой-

ными стенами. Это подтверждается сравнительными расчетами стоимости одного квадратного метра стены для различных конструкций наружных стен, выполненными ЗАО «НИИКерамзит». Так, например, стена из керамзитобетонных блоков с эффективной пустотно-стью на 20-30% дешевле стены из кирпича, ячеистых блоков и многослойных конструкций. По данным ОАО «Якутагропромпроект», экономия стоимости строи-

Фасад дома из керамзитобетонных блоков с облицовкой из декоративного камня.

тельства 1 м2 наружной однослойной стены из легких керамзитобетонных блоков по сравнению с трехслойными стенами составляет от 1000 до 2500 рублей (экспертное заключение № 22/02 от 20.01.2005 г., выданное Управлением Государственной вневедомственной экспертизы при Правительстве Республики Саха (Якутия)).

Расчеты энергоэффективности, выполненные в соответствии с требованиями СНиП 23-02-2003, показали, что однослойные керамзитобетонные конструкции обеспечивают необходимое для Якутии теплосопротивле-ние стен (К) при толщине 0,64-0,80 м (нормируемое К=5,13 м2 0С/Вт, с учетом рекомендуемого СНиП потребительского подхода К=5,13 0,63=3,23 м2 0С/Вт). Многослойные стеновые панели, выпускаемые в настоящее время Якутским ДСК, имеют толщину 1,2 м, что увеличивает затраты на их изготовление и транспортные расходы, требует использования тяжелой техники.

Эффективными для малоэтажного строительства являются несущие стены из керамзитобетонных блоков плотностью 700-1000 кг/м3, прочностью 35-75 кг/см2 и теплопроводностью 0,18^0,27 Вт/м-°С. Самонесущие стены изготавливаются из блоков плотностью 550700 кг/м3, прочностью 25-35 кг/см2 и теплопроводностью 0,15-0,18 Вт/м-0С. Для внутренних стен могут быть успешно использованы перегородочные полнотелые

керамзитобетонные блоки толщиной 90, 120, 190 мм, плотностью 1000-1200 кг/м3, обеспечивающие необходимые звукоизоляционные свойства.

С введением в действие с 1 октября 2003 г. нового СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» теплоизоляционный и конструкционно-теплоизоляционный ке-рамзитобетон вновь занимает достойное место в числе наиболее эффективных материалов для наружных стен зданий (однослойные панели, стеновые блоки, монолитные стены).

Энергоэффективные керамзитобетонные блоки нового поколения

В современном жилищно-гражданском строительстве особенно эффективным направлением являются керамзитобетонные блоки нового поколения с рациональной щелевой пустотностью, получаемые методом полусухого вибропрессования с применением ряда прогрессивных технических решений. Их высокая технико-экономическая эффективность обусловлена следующими факторами:

- полностью автоматизированное производство с высокой производительностью - от 150 до 400 блоков в час (в год до 510 млн. шт., в зависимости от мощности установки вибропрессова-ния(ВИП));

- отличное качество, намного превосходящее пенобетон по прочности, теплозащитным свойствам, неразрушаемости при транспортировке и в ходе строительных работ [6].

Блоки обладают высокими физико-техническими и теплотехническими характеристиками:

- приведенное сопротивление теплопередачи К=2,1-4,1 м2 0С/Вт, в зависимости от пустотности блока (показатели даны для стены толщиной 42,5 см);

- коэффициент теплопроводности - 0,12-0,14 Вт/м0С;

- морозостойкость - F50;

-звукопоглощение-до 53 дБ;

- огнестойкость - 180 мин. при 1000^ (без потери несущей способности и целостности конструкции);

- плотность - 500-700 кг/м3.

Керамзитобетонные блоки, получаемые по данной технологии, имеют точную геометрию плоскостей, что позволяет быстро и качественно возводить стены и перегородки на их основе. Наружные стены из таких блоков обеспечивают высокую долговечность, пожаробезопас-ность, экологичность, а главное - необходимый микроклимат в жилых и общественных помещениях за счет естественного влаго- и воздухообмена с окружающей средой. Теплозащитные свойства гарантируют энергоэффективность здания.

Важным аргументом в пользу данных блоков является их отличное сцепление с дешевыми и широко рас-

пространенными цементно-песчаными и цементно-известковыми штукатурными растворами. Указанные растворы хорошо держатся как на наружных, так и на внутренних поверхностях керамзитобетонных стен за счет высокой адгезии цементных растворов с керамзито-бетоном и их одинаковых усадочных деформаций. Оригинальная конструкция блоков позволяет исключить использование раствора в вертикальном шве, т.е. образование вертикальных мостиков холода и обеспечить высокие теплозащитные свойства стены, а также экономию кладочных растворов.

Технико-экономическая эффективность керамзитовых блоков нового поколения подтверждается их высокой востребованностью и быстрыми темпами внедрения в ряде зарубежных стран - Швеции, Норвегии, Финляндии, странах Балтии. Чрезвычайно возрос интерес к керамзиту в Беларуси. Там идет активное строительство керамзитовых заводов и мощных установок по выпуску керамзитобетонных блоков полусухого вибропрессования [6].

Таким образом, керамзитовые блоки нового поколения представляют собой один из наиболее экономически выгодных современных материалов для стеновых конструкций благодаря высоким теплозащитным свойствам, малой материалоемкости, удобству в работе. Они снижают нагрузку на фундаменты, что представляет особый интерес для строительства в условиях вечной мерзлоты.

Высокопрочные керамзитобетонные изделия и конструкции

Обширный отечественный и зарубежный опыт свидетельствует об успешном использовании керамзитобе-тонадля широкой номенклатуры несущих и высокопрочных конструкций и изделий для жилищного строительства: плиты перекрытий и покрытий, балки, колонны, фермы, прогоны, настилы, арки, сваи, фундаменты и др.

Значительным их преимуществом является снижение нагрузок на элементы каркаса, что, в частности, приводит к экономии на материалах фундамента. Кроме того, повышенная огнестойкость конструкций из легкого железобетона по сравнению с равнопрочными тяжелыми бетонами дает им значительное преимущество, резко увеличивая безопасность жилых и общественных зданий [7,8].

В нашей стране потребности в высокопрочном керамзитобетоне М 250-300 и выше, для несущих сборных конструкций постоянно росли (к концу 80-х годов они ориентировочно составляли более 14 млн. м3). Технико-экономическая эффективность их применения связана со снижением затрат на материалы. Экономия арматуры составляет до 15%, бетона - до 30%. Кроме того, на 10-12% снижаются трудозатраты на изготовление конструкций.

Таким образом, теплоизоляционный и конструкционно-теплоизоляционный керамзитобетон, также как и керамзитовые блоки нового поколения - очень перспективный современный строительный материал для стеновых конструкций. Строительство наружных и внутренних стен из керамзитобетона позволит уменьшить стоимость 1м2 жилья не только за счет более низкой стоимости однослойной стены, но также за счет экономии средств на устройство фундаментов вследствие сниже-

Фрагмент кладки из теплоизоляционных

керамзитобетонных блоков с замковым соединением (безрастворный вертикальный шов).

ния нагрузок на стены (до 30%). Кроме того, долговечность керамзитобетонных стен рассчитана на весь срок службы здания, в то время как для комбинированных конструкций наружных стен, особенно с фасадным утеплением, срок службы не превышает 25 лет.

Литература

1. Онацкий С.П. Производство керамзита. - М.: Стройиздат, 1971. - С. 277.

2. Бужевич Г.А. Укрепить базу легкобетонного строительства // Сборник материалов Всесоюзного семинара работников керамзитовой промышленности. - Куйбышев, 1978.-С. 31.

3. Волков Ю.С. Конструкции из легких бетонов за рубежом // Всесоюзн. семинар «Эффективные конструкции из легких бетонов». - НИИЖБ, 1980. - С. 25.

4. Горин В.М., Шипулин В.И., Скрябин М.М. Влияние керамзитового заполнителя на стойкость керамзито-бетона при пожаре //Пути повышения огнестойкости строительных материалов и конструкций. -М., 1982.

5. Отчет ЗАО «НИИКерамзит» по НИР «Провести научно-исследовательские работы и разработать технологический регламент на реконструкцию технологической линии цеха керамзитового гравия ООО «Сокол» (Республика Саха)». - 2005.

6. Горин В.Н., Токарева С.А., Кабанова М.К., Криво-палов А.М., ЛазарашвилиМ.Г., Лазарашвили Г.Г. Эффективные строительные материалы и изделия на основе керамзита для современного строительства // Строительные материалы (архитектура). - 2005. -№4.

7. Высокопрочный керамзитобетон (обзор). - М.: ЦНИИТЭСтром, 1968.

8. Путляев Е.И., Ярмаковский В.Н. (НИИЖБ), Орен-тлихер П.П. (МГСУ). Состояние производства и перспективы развития легких бетонов на пористых заполнителях в России // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2001. - № 8. -С. 14.