В. А.РАХМАНОВ, канд.техн наук, проф., В.Г.ДОВЖИК, канд.техн. наук (ВНИИжелезобетон), Стандартизация полистиролбетона расширяет его применение в современном строительстве
За последние годы в России одним из приоритетных направлений в развитии строительства и стройиндустрии стало применение эффективных научно-технических решений, направленных на экономию тепловой энергии при эксплуатации зданий.
Постановление Госстроя РФ № 18-81 от 11.08.1996 г. о внесении изменений в СНиП 11-3-79 “Строительная теплотехника” обязало научно-проектные и производственные организации разработать и внедрить к 2000 г. в массовое строительство эффективные наружные ограждающие конструкции с повышенными более чем в 3 раза приведенными сопротивлениями теплопередаче.
Традиционные, широко применяемые в течение более 40 лет в индустриальном строительстве, технические решения наружных стен в виде однослойных панелей и крупных блоков из обычных легких бетонов на пористых заполнителях и автоклавных ячеистых бетонов не позволяют обеспечить повышенные теплозащитные свойства ограждающих конструкций, так как для обеспечения такого сопротивления теплопередаче их толщина составит 1 м и более, что делает нерациональным производство и применение в зданиях таких стен.
Научные исследования, проектные проработки и производственный опыт показали, что для обеспечения уровня теплозащиты стен, отвечающего требованиям II этапа норм, эффективно применение особо легких бетонов плотностью 150-500 кг/м3, обладающих высокой морозостойкостью (марки F25- F100), малым водопоглощением (5-10% по объему), низким расчетным коэффициентом теплопроводности (0,05-0,16 Вт/м° С) и прочностью при сжатии в пределах 0,2-2,5 МПа.
К таким материалам в первую очередь относится полистиролбетон, приготовляемый из вспененного гранулированного пенополистирола насыпной плотностью 815 кг/м3. С каждым годом полистиролбетон находит все большее применение в сборном и монолитном строительстве. Из него изготовляют сплошные блоки (самонесущие и несущие) для малоэтажных зданий и ненесущие элементы для заполнения межэтажного пространства каркасных зданий повышенной этажности, теплоизоляцию кирпичных стен, чердачных перекрытий, теплых совмещенных кровель, пустотелые элементы для несущих стен с заполнением на стройке образующихся каналов литым тяжелым или легким бетоном.
Применение полистиролбетона регламентируется многочисленными техническими условиями, которые зачастую содержат технологически необоснованные и противоречивые требования и показатели. Всероссийским федеральным технологическим институтом “ВНИИжелезобетон” на основе широких научных исследований технологии и свойств полистирол- бетона, а также собственного опыта массового заводского производства изделий на его основе и применения их в строительстве впервые в отечественной и зарубежной практике разработан государственный стандарт “Полистиролбетон. Технические условия” (ГОСТ Р 51263-99). Стандарт утвержден постановлением Госстроя РФ от 29.12.1998 г. и введен в действие с 01.09.1999 г.
Новый стандарт устанавливает технические требования к полистиролбетону для теплых наружных ограждающих конструкций, материалам для его приготовления, правилам приемки полистиролбетона и методам его контроля. В стандарте приняты 10 марок полистиролбетона по средней плотности — от D150 до D600 с градацией 50 кг/м3, установлено 10 классов по прочности на сжатие — от ВО,5 до В2,5.
На основе анализа производственных данных соотношения между классами полистиролбетона по прочности на сжатие и марочной прочностью установлены при нормативном коэффициенте вариации 17%. Такой коэффициент принят в настоящее время для автоклавных ячеистых бетонов. По мере накопления опыта и совершенствования технологии полистиролбетона нормативный коэффициент вариации подлежит снижению и в перспективе может быть доведен до 13,5%, как для тяжелых и легких бетонов.
Для полистиролбетона, применяемого в изделиях и конструкциях, подвергающихся в процессе эксплуатации попеременному замораживанию и оттаиванию, назначают марки по морозостойкости от F25 до F100. Назначение классов и марок полистиролбетона по плотности, прочности и морозостойкости в зависимости от области применения производят по нормам строительного проектирования и устанавливают в стандартах или технических условиях на изделия и конструкции конкретных видов.
Получение полистиролбетонов с различной плотностью при неизменной прочности на сжатие достигается применением разнообразных технологических приемов, учитывающих факторы, влияющие на плотность и прочность материала. Поскольку плотность вспененного полистирола на порядок ниже плотности полистиролбетона, основным фактором, регулирующим его плотность, является расход цемента, который в зависимости от требуемой марки по плотности может изменяться от 120 до 500 кг/м3. При этом увеличение активности цемента повышает прочность полистиролбетона данной плотности в 1,3-1,6 раза. Прочность полистиролбетона повышается также при увеличении насыпной плотности пенополистирольного заполнителя, уменьшении его предельной крупности и межзерновой пустотности [1].
Важнейшим отличием полистиролбетона от легких бетонов на неорганических пористых заполнителях, а также от ячеистых бетонов является повышенная прочность на осевое растяжение и растяжение при изгибе. При неизменной прочности на сжатие прочность на растяжение при изгибе полистиролбетона в среднем в 2 раза выше, чем у легких и ячеистых бетонов. ГОСТ Р 51263-99 устанавливает предельные значения этой характеристики, соблюдение которой позволяет использовать для изделий одного и того же функционального назначения полистирол- бетон с прочностью на сжатие в 23 раза меньшей, чем это нормировано для легких и ячеистых бетонов. В приложении к ГОСТу приведены нормативные и расчетные сопротивления полистиролбетона, которыми рекомендуется пользоваться при расчетах конструкций.
Для того, чтобы ограждающие конструкции из полистиролбетона имели требуемые повышенные сопротивления теплопередаче, поли- стиролбетон должен иметь наименьшую теплопроводность в сухом состоянии, значения которой нормированы в ГОСТе. В приложении приведены рекомендуемые расчетные теплотехнические характеристики полистиролбетона, коэффициенты теплопроводности при эксплуатационной влажности, коэффициенты паропроницаемос- ти, которые рекомендуются для теплотехнических расчетов конструкций согласно СНиП II-3-79*.
В зависимости от назначения и условий работы полистиролбетона в изделиях и конструкциях он, в соответствии с ГОСТ 25192, может иметь плотную, поризованную или крупнопористую структуру. При этом во всех случаях следует отдавать предпочтение полистирол- бетону плотной или поризованной структуры, при которых он, в случае содержания в нем не менее 200 кг цемента в 1 м3, обеспечивает сохранность от коррозии (в обычных условиях эксплуатации) расположенной в нем стальной арматуры. Кроме того, при прочих равных условиях (одинаковая плотность) прочность полистиролбетона плотной или поризованной структуры в 1,5-2 раза выше, чем материала с крупнопористой структурой.
Особое внимание в новом стандарте уделено требованиям экологической безопасности окружающей среды. Допустимая концентрация свободного мономера (стирола), в процессе эксплуатации выделяющегося из затвердевшего полистиролбетона, в воздушной среде не должна превышать 0,002 мг в 1 м3 воздуха. Для этого при приготовлении полистиролбетона должен применяться пенопо- листирольный заполнитель, в котором содержание свободного мономера (стирола) не превышает 0,002% по массе.
Получение экологически чистого полистиролбетона на серийном отечественном сырье (стироле) достигается специальной обработкой (детоксикацией) полистирольного заполнителя, а при необходимости — приготовляемой полистирол- бетонной смеси и изготовляемых из нее изделий и конструкций [2].
Степень и уровень экологической безопасности полистиролбетона определяется качеством полистирольного сырья, в том числе по содержанию свободного стирола. Результаты исследований ВНИИ- железобетона совместно с РОС- РИАЦ Госэпиднадзора РФ показали, что полистиролбетонные изделия, изготовленные на отечественном сырье, во многих случаях не отвечают требованиям санитарноэпидемиологических норм и не могут быть допущены для использования в жилищном и гражданском строительстве без мер специальной экологической защиты. В этой связи Минстрой РФ письмом от 10.07.1996 г. № БЕ-19-23/1, отмечая высокую экономическую эффективность стеновых материалов из полистиролбетона, обратил внимание на необходимость технологического обеспечения экологической безопасности продукции при производстве и применении полистиролбетонных изделий и конструкций и рекомендовал технологию, разработанную ВНИИже- лезобетоном. Новым стандартом предусмотрено, по согласованию с разработчиком этого документа, внедрение комплекса мероприятий, в каждом конкретном случае обеспечивающего полную экологическую безопасность производства и применения полистиролбетона в жилищном и гражданском строительстве.
Согласно классификации СНиП 21-01-97, полистиролбетон относится к трудногорючим материалам (группа горючести Г1). Для оценки его пожарной безопасности необходимо определять группу по воспламеняемости, которая, по данным испытаний полистиролбетона марки по плотности D250 и более, составляет В1, а для меньшей плотности — В2; группу по дымообразующей способности (D1 для бетона марок D250 и более и D2 для бетонов с более низкой плотностью) и группу по токсичности продуктов горения. При подобных характеристиках горючести блоки из полистиролбетона без специальных мер пожарной безопасности можно использовать в малоэтажном строительстве.
Для применения сплошных полистиролбетонных блоков в многоэтажном строительстве ВНИИ- железобетоном разработан комплекс специальных защитных мероприятий, обеспечивающий возможность возведения полистиролбетонных самонесущих стен зданий без ограничения этажности. На основании натурных огневых испытаний ВНИИПО ГУПБ г.Москвы выдал соответствующее разрешение. В этой связи ГОСТом Р 5126399 “Полистиролбетон. Технические условия" предусмотрена возможность снять ограничения на применение полистиролбетонных стен по этажности при условии выполнения противопожарных мероприятий по согласованию с разработчиком стандарта — институтом ВНИИжелезобетон и службами Госпожнадзора.
Разработанный стандарт регламентирует также требования к полистиролбетонным смесям и материалам для их изготовления. В зависимости от вида изделий и конструкций, а также технологии их формования могут применяться полистиролбетонные смеси различной марки по удобоукладыва- емости: жесткие (марки Х-Жд) или подвижные, в том числе литые (марки П.,-П5). При горизонтальном способе формования применяются смеси марок Ж.,, П1 и П2, в случаях немедленной распалубки — смеси марок Ж2 и Ж3. При вертикальном формовании используются смеси марок П2-П3, а при нагнетании насосами — марок П4-П5.
Для обеспечения слитной (плотной или поризованной)структуры полистиролбетонных смесей их готовят с применением воздухововлекающих добавок. При этом полученная смесь должна иметь высокую воздухоудерживающую способность, и ее плотность при выгрузке, транспортировании и укладке не должна повышаться более чем на 7%. Полистиролбетонные смеси в процессе их выгрузки, транспортирования и укладки не должны расслаиваться. Показатель расслаиваемости, определяемый по специальной методике, приведенной в ГОСТе, не должен превышать 25%.
Для получения стабильного полистиролбетона с _оебуемыми показателями качества необходимо использовать пенополистирольный заполнитель с определенной маркой по насыпной плотности: от 10 до 30 кг/м3. Влажность применяемого пенополистирола не должна превышать 15% по массе.
Для получения стабильных по качеству изделий и конструкций из полистиролбетона должен быть организован надлежащий контроль (входной, операционный и приемосдаточный). При этом приемку полистиролбетона по показателям средней плотности и прочности проводят для каждой партии изделий или товарной полистиролбе- тонной смеси. Эти показатели оценивают по ГОСТ 27005 и ГОСТ 18105 с применением статистических методов контроля. Остальные показатели качества контролируют перед началом массового производства и далее периодически, но не реже одного раза в 6 мес. Проверку экологической безопасности выполняют перед началом производства и затем не реже одного раза в год. Проверку пожарной безопасности — при организации производства на стадии проектирования конструкций.
Для организации массового выпуска эффективных изделий из полистиролбетона, отвечающих требованиям стандарта, необходимо подобрать рациональные составы и технологические режимы производства с учетом местных условий. Подобные проектные и технологические решения разработаны ВНИИжелезобетоном и освоены на собственном промышленном предприятии института мощностью по наружным ограждающим конструкциям более 300 тыс.м2 жилья в год.
ВНИИжелезобетон располагает необходимой нормативно-технической документацией и опытом практической работы для организации в регионах импортозаменяющего отечественного производства полистиролбетонных изделий и конструкций и строительства с их использованием энергоэффективных домов системы “Юникон”.
Бетон и железобетон, 1995 №5