В статье приводится обобщение результатов опытно-экспериментального строительства различных объектов с использованием инновационных технологий строительной системы «Монопор».
The article summarizes the results of experimental construction of various objects using innovative technologies of the Monopor construction system.
Г.И. ЧЕРНОУСЕНКО, член Академии строительства Украины, разработчик технологий строительной системы «Монопор»
Создание благоприятных условий для проживания и трудовой деятельности человека, возведение объектов инфраструктуры, строительство зданий и сооружений, в частности для агропромышленного производства и многого другого, существенно влияют на состояние окружающей среды. Поэтому вопросы оптимизации взаимоотношений с живой природой при создании искусственной среды обитания имеют важнейшее значение. Применительно к строительной деятельности человека первое из требований назовем «экологичность».
В процессе такой созидательной и преобразующей деятельности Человек задействует источники различной энергии. Но ограниченные запасы традиционных энергетических ресурсов и изменение в энергетическом балансе планеты заставляют говорить не об энергопотреблении, а о «энергосбережении» в том числе в сфере строительного производства.
Из широкого выбора ресурсов, необходимых для создания объектов строительства с высоким уровнем эксплуатационных характеристик , следует выбирать такой набор, который позволяет получить высокое качество при минимальных затратах. Строительные технологии, которые реализуют этот правильный принцип, следует называть эффективными, подразумевая под этим прежде всего их техническую и технологическую составляющие.
Строители в своей производственной деятельности используют различный рабочий инструмент, машины, механизмы, сложные агрегаты и многое другое. Чтобы их труд был высокопроизводительным и безопасным, применяемые технические средства должны быть оптимально адаптированы к природным возможностям и способностям человека. Перечень таких требований к технике разрабатывает наука «Эргономика».
В связи с тем, что строительная деятельность использует самые различные ресурсы: исходное природное сырье, строительные материалы, технические средства, энергию, финансы, человеческий труд и другое, то целесообразно предъявить требование «экономичности» в расходовании этих ресурсов.
Таким образом обосновано использование в строительстве параметров пяти «Э»: экологичность, энергосбережение, эффективность, эргономичность, экономичность,которые автор заявил в названии этой статьи.
Поиску оптимальных сочетаний этих системных параметров автор посвятил более 30-ти лет своей научно-исследовательсткой и опытно-экспериментальной деятельности в сфере строительства. В результате создан оригинальный набор технических, проектно-конструкторских, технологических и организационно-экономических решений, входящих в строительную систему «Монопор». Имеется несколько сотен объектов различного назначения в разных природно-климатических регионах страны и в ближнем зарубежье, построенных по инициативе и с разной степенью участия автора, которые позволяют делать выводы и обобщения с позиций «5Э».
Начнем с экологичности. Эти требования закладываются в проект любого объекта с учетом природно-климатических особенностей региона, функционального назначения объекта, наличия материально-сырьевых, технических ресурсов и другое. Высокий уровень экологичности строительной системы «Монопор» демонстрирует набор материально-сырьевых ресурсов, необходимых и достаточных для возведения объектов любого назначения:
1) вяжущее – цемент или гипс любых марок и химического состава;
2) мелкозернистый заполнитель – песок (карьерный, речной, морской или из пустыни, мелкие фракции отсева горных пород, отходы пиления природного камня и др.;
3) вода – любая (водопроводная, речная, морская, минеральная и т.д.);
4) воздухововлекающие добавки (синтетические, протеиновые, др.);
5) микронаполнители – фибра (полиамидная, базальтовая, полиэфирная и др.), микрокремнезем, фуррелены или углеродные нанотрубки и др.
6) модификаторы (жидкое стекло, ПВА, латексы);
7) арматура (металлическая и полимерная).
Даже из минимального набора этих компонентов непосредственно на стройплощадке возможно исполнить все элементы зданий и сооружений монолитным способом по короткой технологической цепочке превращения исходного сырья в готовую строительную продукцию с требуемым набором технологических и эксплуатационных параметров.
Автор отдает предпочтение монолитному исполнению всех элементов зданий и сооружений (фундамент, несущие и ограждающие стены, перекрытия, крыша любой конфигурации, отмостка, колонны, балконы, дымоходы и т.п.). Это дает не только целый ряд эксплуатационных преимуществ (надежность, долговечность, высокие уровни сейсмостойкости, теплозащиты, звукоизоляции, влагостойкости, морозостойкости и др.) но и сокращение времени строительства, повышение качества и производительности труда.
Конечно же, наши материалы и технологии в случае необходимости и целесообразности имеют решения по производству мелкоштучных, средне- и крупноразмерных блоков, панелей и другой продукции в условиях максимально приближенных к стройплощадке.
Мелкощитовая металлическая опалубка строительной системы «Монопор» и формы для отливки стеновых материалов, малых форм и т.п. позволяют выполнять полный набор общестроительных работ, ряд отделочных и вспомогательных операций практически в любых природно-климатических условиях: жара, холод, снег, дождь. В условиях отсутствия централизованного энергообеспечения, строительства объектов на крутых склонах или в лесном массиве, где нежелательно рубить деревья или невозможно проложить подъездные пути и т.п. При конкретном наборе неблагоприятных условий для строительства были возведены монолитными способами:
– шестиуровневый дом экс-мэра г. Воронежа Скрынникова Б.М.1 Стройплощадка была на крутом склоне холма, куда затруднительно было завозить стройматериалы или заехать краном;
– дом на холме возле города Анапа в лесном массиве на берегу горной речки;
– новый учебный корпус технологической академии в г. Воронеж, построенный между двумя корпусами на склоне с перепадом высот более 3 м без спецработ по укреплению склона и много других объектов.
Высокий уровень ответственности и рисков, сопровождавших строительство большого числа опытно-экспериментальных объектов, был оправдан высоким уровнем их эксплуатационных характеристик. Так, в доме Скрынникова Б.М. расходы на отопление в осенне-зимний период почти в 3 раза ниже в сравнении с домами в два раза меньшей площади, но построенных из традиционных строительных материалов с использованием современных решений по теплозащите.
Профессиональный строитель Бенделев С.И., построивший дома по системе «Монопор» в поселке «Заячья поляна» рядом с г. Воронежем заявляет, что в монолитном доме из мелкозернистого поризованного бетона не требуется кондиционирование в жаркие летние дни, прохладно, как в глинобитном доме даже при открытых окнах и дверях. Такой же эффект подтверждает Бебнев С.Б., (жилой дом постороен в г. Севостополь, ул. Молодых строителей, д.1) сравнивая комфортность пребывания в помещениях своего дома с домами, построенных из традиционного кирпича.
Монолитные объекты из мелкозернистых поризованных бетонов не имеют кладочных швов – «мостиков холода», не накапливают влагу из-за конденсата или «точки росы». Фундаменты этих домов не дают мигрировать влаге из грунтов в стены даже при отсутствии должной гидроизоляции, что в итоге обеспечивает высокие уровни влагостойкости, морозостойкости и, соответственно, долговечности этих объектов. Такие дома имеют хорошую приточно-вытяжную вентиляцию, оптимизируют взаимодействие с внешней средой за счет естественного энерго-, влаго- газообмена, то есть, «эти дома дыщат». По этому критерию экологичности специалисты ставят мелкозернистый поризованный бетон на 2 место после древесины, отдавая предпочтение даже перед стройматериалами из глины и гипса.
Возвращаясь к перечню исходных сырьевых материалов для строительства по технологии «Монопор» дополним этот список глиной, как вариант вяжущего материала. На определенном этапе своей деятельности экс-мэр города Воронежа Скрынников Б.М. занимался разработкой состава смесей на основе глины с добавлением цемента и добивался на реальных объектах очень хороших результатов.
Интересным вариантом использования глины как вяжущего является ее смесь с гипсом. Такие смеси давно известны и используются строителями в Грузии под названием «гажа». Некоторый опыт получения поризованных смесей из глины и гипса имеются в г. Анапа.
Второй важный сырьевой аспект автор отмечает в следующем – в рецептурах поризованного бетона не используется не только щебень разных фракций, но даже песок крупностью свыше 2 мм. Можно себе представить, какую экологическую нагрузку на природу дает производство щебня при добыче камня, его дроблении, фракционировании, хранении, перевозках. Не всякий карьерный песок годится для использования в традиционных строительных технологиях по параметрам крупности, засоренности, химического состава и т.п. При использовании технологий строительной системы «Монопор» уже есть положительный опыт использования песков смешанных с грунтами, с примесью глинистых до 20% и «пылеватых», т.е. крупностью 0,1 мм. Из этого просматривается не только экологическая, но и экономическая составляющая технологий строительства системы «Монопор».
Воронежские ученые и специалисты заявляют, что возможно осуществлять эффективное строительство объектов различного назначения даже в тех регионах, где полностью отсутствует такая важная составляющая строительного комплекса, как стройиндустрия с ее требованиями к исходному сырью, энергозатратам, транспортной инфраструктуре и накладными расходами, которые проявляются в стоимости готовой строительной продукции. Но ведь мы тоже используем продукцию стройиндустрии: цемент или гипс. Без них мы не сможем получить нужные смеси для качественных объектов из искусственного камня – бетона.
Хотелось бы познакомить читателей с работами моего коллеги и партнера по экспериментированию в строительстве Цыплакова А.Н.
С 2006 года он стал заниматься гипсовыми материалами, вначале пазогребневыми стеновыми панелями, конкурентными аналогичной продукции фирм Кнауф и Волма, а затем монолитным исполнением различных элементов жилых домов по проектно-конструкторским решениям строительной системы «Монопор». Эти дома из гипса имеют высокие показатели по экологичности и комфортности условий проживания. А производство гипса из исходного природного сырья имеет на порядок ниже уровни энергозатрат и экологической нагрузки на окружающую среду в сравнении с производством цемента.
Цыплаков А.Н. умеет приготавливать гипсовые смеси различной плотности (гипсокомпозит) с удивительно высокими параметрами по прочности на сжатие (более 100 МПа), модулю упругости (примерно 10 МПа), морозостойкости (F более 100 циклов), что делает быстротвердеющее и безусадочное вяжущее очень перспективным материалом для строительства широкого набора объектов по роботизированным 3D технологиям.
Перейдем ко второму из выбранных параметров – энергосбережению. Практически все из построенных опытно-экспериментальных объектов демонстрируют низкий уровень энергозатрат при их эксплуатации в сравнении с аналогичными, построенными по традиционным технологиям. Причем, многолетняя практика строительства воронежских инноваторов выявила низкий уровень энергозатрат на этапе возведения различных объектов. Так при строительстве 4-х уровневого дома в г. Севастополь уровень приведенных затрат энергии составил 3-4 КВт/ч на 1 м2 полезной площади (без учета работ на инженерные коммуникации, отделку помещений, наружных стен и устройства кровли). Это в десятки раз ниже, чем по известным индустриальным технологиям строительства. На стройплощадках, куда невозможно или нецелесообразно подводить электросети, удавалось обходиться генераторами электрической энергии мощностью 5-10 КВт.
Раскроем содержание следующего интегрального параметра – эффективность. В прежние годы целым рядом публикаций автор знакомил специалистов с оригинальными проектно-конструкторскими решениями:
1) облегченными фундаментами без гидроизоляции;
2) трехслойными железобетонными монолитными перекрытиями с удельной плотностью D = 800-1100 кг/м3;
3) железобетонными монолитными крышами (односкатные, чердачные, купольные), которые могут быть легче, чем из древесины и другими.
Техническая эффективность предлагаемых нами технологий состоит также и в том, что позволяет обходиться без крановой техники и других подъемных механизмов на объектах до 6-ти этажей.
Технологическая эффективность металлической мелкощитовой сборно-разборной опалубки системы «Монопор» в сочетании с уникальными свойствами мелкозернистых поризованных бетонов позволяет выполнять отливку всех элементов зданий и сооружений при пониженных и отрицательных температурах без использования противоморозных добавок и мероприятий по специальному уходу за свежезалитым массивом бетона. Такие криотехнологии (на замерзание) очень актуальны в северных регионах, высокогорной местности и практически повсеместно в осенне-зимний период. Снятие и перестановку примерзших к бетону металлических щитов легко производить, прогревая их паяльной лампой, чего другие опалубочные системы не допускают в принципе.
Свойства мелкозернистых поризованных смесей таковы, что они легко транспортируются не только по специальным резиновым шлангам, но и по пожарным рукавам, легко без вибраторов укладываются в опалубку и по поверхностям (стяжки) вследствие высокого В/Ц = 1,0-5,0. При таком уровне В/Ц, которого традиционное бетоноведение и нормативные документы категорически не допускают, реальный уровень морозостойкости наших бетонов составляет F > 300, а прочностные показатели достигают до 100 МПа.
Высокая дисперсность нашего универсального строительного материала с соответствующими однородностью и изотропностью структуры обусловливают его уникальные свойства и параметры изделий и конструкций из него.
Годы работы и наблюдения за результатами его применения, позволили автору называть мелкозернистый поризованный бетон химико-физической имитацией структуры квазикристаллического вакуума (эфира).
Дополнением к базовой структуре наших поризованных бетонов являются эффекты от применяемых микронаполнителей и модификаторов, что позволяет проектировать и исполнять улучшенные и уникальные параметры элементов зданий и сооружений.
Эргономичность. Строительное производство опирается на использование рабочего инструмента, машин, механизмов, различных приборов и т.п. Для обеспечения качества выполняемых работ, требуемой производительности труда и мероприятий по технике безопасности технические средства должны быть оптимально адаптированы к природным возможностям и способностям человека. Такие рекомендации для человеко-машинных систем дает наука Эргономика. Состав технических средств, входящих в строительную систему «Монопор» имеет высокий уровень эргономичности, надежности и ремонтопригодности. Это позволило продемонстрировать на объекте в г. Севастополе высочайший показатель производительности труда – возведение 1 м2 полезной площади за 3 человеко/смены. Конечно, этому способствовали кратчайшая технологическая цепочка превращения исходного сырья в готовую строительную продукцию равную длине шланга от смесителя до заливаемого элемента будущего дома.
Перейдем к завершающему 5-му из заявленных параметров – экономичности. Это самый востребованный и понятный параметр для всех участников строительного рынка. Для потребителя он проявляется в стоимости готовой строительной продукции, а для производителей в себестоимости и рентабельности выполняемых работ и объекта в целом. Автор, осуществляя опытно-экспериментальное строительство объектов различного назначения в разных регионах страны и ближнего зарубежья, детально анализировал экономику затрат. В жилищном строительстве себестоимость 1 м2 готовой полезной площади (до отделочных работ и инженерного наполнения) укладывалась в диапазон 100-200 долларов. Это достаточно привлекательный уровень затрат, но его нельзя рассматривать изолированно от качества объекта, как интегрального набора всех эксплуатационных параметров.
Автор привнес в науку «Экономика строительства» новый интегральный показатель эффективности строительных технологий «цена-качество-время выполнения отдельных видов работ» – ЦКВ. Сравнительные расчеты показали, что по этому показателю технологии строительной системы «Монопор» не имеют конкурентов.
Автор выражает надежду, что в недалеком будущем найдутся заинтересованные административные и хозяйственные структуры, достаточные силы и средства, чтобы для строительной системы «Монопор» был разработан необходимый и достаточный набор нормативных документов, который позволит применять эти перспективные инновационные разработки в широкой строительной практике не только в России, но и в зарубежье. Опыт разработки такого документа уже имеется. Это региональные ТУ 5745-001-72428716-2005 для Санкт-Петербурга и Ленинградской области.
Библиографический список:
1. Черноусенко Г.И. Особенности твердения поризованного мелкозернистого бетона при отрицательных температурах. Новые исследования в материаловедении и экологии // Сборник научных статей. Вып. 5 – СПб, 2005 – С. 84-87.
2. Черноусенко Г.И. Эффективные технологии малоэтажного строительства в Крыму // Крым. Стройиндустрия. Энергосбережение, 2018 № 3-4. С. 22-23.
3. Черноусенко Г.И. Принципы конструирования, изготовления и эксплуатации смесителей для производства поризованных бетонов // Горные, строительные, дорожные и мелиоративные машины. Всеукраинский сборник научных трудов. Вып. 83. Киев, 2014. С. 55-60.
4. Черноусенко Г.И. О влаго- и морозостойкости мелкозернистых поризованных бетонов. Химия, физика и механика материалов. Научный журнал Воронежского государственного технического университета. Вып. 49(19). 2018, С. 182-189. (ISSN2587-9006).
5. Г.И. Черноусенко, Д.В. Лихачева. Эксплуатационные характеристики объектов и свойства поризованных бетонов. Химия, физика и механика материалов. Научный журнал Воронежского государственного технического университета. Вып. 4(39). 2023. С. 37-47.
1 Здесь и далее все адреса и ФИО указаны с согласия владельцев
