В статье приведены основные преимущества и недостатки стеновых конструкций, выполненных из газобетонных блоков. На основании произведенного анализа представлена их качественная оценка и даны рекомендации по области применения газобетонных блоков при строительстве зданий на территории Российской Федерации. Показано, для каких климатических районов применение в наружных стенах газобетонных блоков без дополнительного утепления нецелесообразно.
УДК 691.327.33
Н.И. ВАТИН, доктор техн. наук, профессор, директор Инженерно-строительного института, заведующий кафедрой «Строительство уникальных зданий и сооружений» ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»; А.С. ГОРШКОВ, канд. техн. наук, директор учебно-научного центра «Мониторинг и реабилитация природных систем» ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», главный технический советник проекта ПРООН-ГЭФ «Энергоэффективность зданий на Северо-Западе России»; С.В. КОРНИЕНКО, канд. техн. наук, доцент кафедры «Архитектура зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»; И.И. ПЕСТРЯКОВ, директор Испытательного центра ОНТИ ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»
Ключевые слова: здание, стены, автоклавный газобетон, газобетонные блоки, теплопроводность, термическое сопротивление, энергосбережение, энергетическая эффективность
Keywords: building, walls, autoclaved aerated concrete, AAC blocks, thermal conductivity, thermal resistance, energy saving, energy efficiency
Автоклавный газобетон в виде стеновых блоков за последние 15 лет получил широкое распространение в России, Республике Беларусь, на Украине. Материал остается популярным, хотя и применяется не столь широко в странах Восточной Европы (Польше, Чехии, Румынии и др.). В то же время в странах Западной Европы и особенно в Скандинавии стеновые изделия из газобетона сейчас применяются крайне редко [1]. Получив толчок для развития именно в Скандинавских странах, в настоящее время здесь нет ни одного крупного производства по выпуску данного типа изделий.
Пик популярности изделий из автоклавного газобетона в странах Западной Европы и Скандинавии закончился с началом реализации комплексной программы энергосбережения и повышения энергетической эффективности зданий. Стены из газобетонных блоков без дополнительного утепления не могут обеспечить современные требования к уровню теплоизоляции, принятые в этих странах [2].
Высокая начальная влажность изделий делает процесс утепления газобетонных стен снаружи рискованным с точки зрения обеспечения требуемого температурно-влажностного режима наружных ограждений.
Объективности ради следует отметить, что требования к уровню теплоизоляции (в РФ принят термин «тепловая защита») наружных стен в Скандинавских странах существенно выше, чем в России, несмотря на сопоставимые климатические характеристики [2]. По этой причине в нашей стране до сих пор имеет место строительство стен из газобетонных блоков без дополнительного утепления. Однако подробный анализ того, насколько это оправданно, не производился.
Существует довольно большое разнообразие различных стереотипов о материале, которые также требуют своей объективной оценки.
Свойства стеновых изделий из автоклавного газобетона в настоящее время достаточно хорошо изучены. Это позволяет объективно оценить его конкурентные преимущества и недостатки.
В рамках настоящего обзора произведем краткую оценку положительных и отрицательных качеств материала и изделий из него, проведем анализ действующей нормативной документации и применяемых технических решений, на основании которых представим качественную оценку и рекомендации по области применения газобетонных блоков в строительстве зданий на территории России.
1. Конкурентные преимущества
Преимущества изделий стеновых неармированных из ячеистого бетона автоклавного твердения хорошо известны. Однако в их числе есть такие, которые следует выделить особо.
Доступность сырьевых компонентов
Газобетонные блоки изготавливаются из доступных в России сырьевых компонентов: песка, извести, цемента, воды, гипса, алюминиевой пудры или пасты. К импортным материалам, которые могут понадобиться при производстве изделий, следует отнести запчасти к основному выпускающему оборудованию. В этой связи заводам-производителям периодически требуется замена или ремонт запчастей, которые приходится закупать за границей. Однако большинство современных заводов имеет сравнительно недавнюю историю (не более 10 лет на рынке), а импортное оборудование, как правило, немецкое, характеризуется высокой степенью надежности, что обусловливает сравнительно небольшие затраты на эксплуатацию при замене или ремонте тех или иных его частей.
Огнестойкость ограждающих конструкций
Газобетонные блоки имеют группу горючести НГ, класс пожарной опасности КМ0, класс А1 согласно европейскому стандарту EN 13501-1. Стеновые конструкции обладают высокими пределами огнестойкости и классом пожарной опасности по ГОСТ 30403, поэтому практически не требуют применения средств огнезащиты для достижения нормируемых характеристик здания [3, 4].
Точность изделий
Подавляющее большинство производителей работают на импортных линиях, которые обеспечивают изготовление изделий с высокой точностью – с допусками по высоте ±1 мм, по ширине ±2 мм, по длине ±3 мм, что позволяет выполнять кладку на цементно-песчаном растворе (с толщиной швов 6-10 мм), на специальных цементных клеях (с толщиной шва 2-4 мм), а для ненесущих стен в качестве скрепляющих блоки составов возможно применение полиуретановых клеев [5, 6]. Это обеспечивает более высокую теплотехническую однородность стеновых конструкций.
Технологичность и производительность кладочных работ
Изделия имеют сравнительно небольшую плотность (в сухом состоянии от 400 до 600 кг/м3), легко пилятся, штробятся, сверлятся.
Относительно низкая стоимость изделий
Доступность сырьевых компонентов, а также сравнительно небольшие затраты энергоресурсов на производство газобетонных блоков по сравнению с керамическими изделиями делают их изготовление менее дорогостоящим, а себестоимость изделий – более низкой. Как известно, при прочих равных условиях определяющим фактором при выборе материала для строительства дома является цена, и в этом отношении стеновые изделий из автоклавного газобетона марок по плотности D400-600 имеют существенные преимущества по сравнению с силикатными изделиями и стеновыми изделиями из керамики (кирпич, крупноформатные камни).
2. Отрицательные потребительские свойства и ограничения области применения изделий
Как и любой другой тип строительных изделий, газобетонные блоки имеют свои ограничения по области их применения. Эти ограничения нельзя в полной мере назвать недостатками. Действительно, сравнивая газобетонные блоки с кирпичными изделиями, следует указать, что прочность газобетона окажется существенно ниже керамического или силикатного кирпича. Конечно, не следует из газобетона возводить несущие или самонесущие стены для зданий той же высотности и этажности, что и из силикатного кирпича, например, марки М200. Однако если требуется построить трехэтажное здание с несущими стенами, то стеновые изделия из автоклавного газобетона вполне могут быть использованы в данном случае при соответствующем расчетном обосновании по прочности и устойчивости.
Если речь идет о креплении внутренних и наружных каменных слоев многослойных стен или креплении слоя теплоизоляции к основанию, то более плотные материалы, безусловно, обеспечат более надежные условия крепления.
Достаточно подробно ограничения по области применения изделий из автоклавного газобетона рассмотрены в работах [1, 7].
Влияние влажности на долговечность стеновых конструкций из газобетона
К газобетону часто предъявляется претензия, что материал «боится» воды (гидрофилен), а еще «сосет» воду из воздуха (гигроскопичен). Действительно, если газобетонные блоки поместить в воду, то влага с течением времени заполнит собой практически все воздушные полости, коих может быть до 90% по объему изделий. Фактическая влажность изделий по массе может достигать 100%. Это означает, что, например, для изделий марки по плотности D500 (500 кг/м3) фактическая плотность изделий повысится до 1000 кг/м3.
По этой причине блоки не рекомендуется применять во влажных помещениях. Повышенная влажность изделий отрицательно скажется как на их теплофизических характеристиках (теплопроводности), так и на механических (прочности). Уменьшится и их долговечность. В работе [10] критическое значение влажности для ячеистобетонных изделий установлено на уровне 50% по массе. При такой влажности ячеистый бетон может разрушиться менее чем за 4 года эксплуатации стен.
Справедливости ради следует отметить, что в подавляющем большинстве случаев изделия из газобетонных блоков применяются в помещениях с сухим и нормальным режимами эксплуатации. Для жилых и общественных зданий с сухим и нормальным режимами эксплуатации помещений переувлажнение отдельных участков стен может происходить в результате замачивания стен снаружи, например, при ненадлежащем водоотводе с кровли, повреждении водосточных труб, воронок, карнизов, нарушении гидроизоляции в местах сопряжения покрытий со стенами, а также на парапетах.
Еще одной потенциальной причиной для возникновения условий по переувлажнению стеновых конструкций в нижней части стен является отсутствие цоколя требуемой высоты, выполненного из бетона или полнотелого керамического кирпича. Именно по этой причине производители в альбомах технических решений [11] рекомендуют первый ряд кладки из газобетонных блоков начинать с уровня 500 мм выше уровня земли. При невыполнении данного условия в периоды оттепелей неубранный с отмостки снег может приводить к переувлажнению блоков нижнего ряда кладки.
Авторы статьи имели возможность наблюдать, как на одном из строящихся в зимнее время объектов снег попадал в помещения, таял в период оттепелей, стекал под уложенный на полу утеплитель (экструдированный пенополистирол), увлажняя постепенно нижний ряд блоков, а при повторном появлении заморозков приводил к разрушению нижнего ряда кладки примерно на 1/3 ее толщины (рис. 1).
На проектируемом одним из авторов статьи объекте с наружными стенами из газобетонных блоков, строительство которого продолжалось вплоть до конца осени, при включении в здании системы отопления наблюдалось интенсивное появление влаги (протечки) из систем вентиляции. Это было обусловлено тем, что при включении системы отопления происходило усиленное осушение наружных и внутренних стен. В помещениях наблюдалась очень высокая влажность внутреннего воздуха (более 70%). Влажный воздух из помещений поступал в систему вентиляции, где в зоне расположения холодного чердака конденсировался с появлением большого количества воды, которая стекала по стенкам вентиляционных каналов обратно в помещения. При осмотре здания со стороны улицы на наружной штукатурке местами наблюдались мокрые пятна и высолы.
Если в помещениях наблюдается сухой и нормальный режим эксплуатации и произведена отделка стен изнутри (стены оштукатурены, на них наклеены обои), то критического увлажнения стен, как правило, не происходит.
Влияние влажности изделий на режим отопления зданий
Важной проблемой, связанной с высокой влажностью изделий из автоклавного газобетона, является ухудшение их теплотехнических характеристик [10]. Известно, что теплопроводность любых материалов зависит от степени их увлажнения. Замещение воздуха в порах и капиллярах материала водой приводит к увеличению теплопроводности.
Когда проектируется новое здание, инженер определяет в том числе проектное энергопотребление и мощность системы отопления. В этом случае он пользуется расчетными теплотехническими характеристиками применяемых при проектировании (а впоследствии и при строительстве) материалов и изделий. Основным теплотехническим показателем стройматериалов и изделий является теплопроводность. В сухом состоянии она может иметь одни значения, а во влажном – другие (более высокие). Поэтому существует теплопроводность в сухом состоянии (при нулевой влажности) и расчетная (эксплуатационная) теплопроводность, которая учитывает некоторую, отличную от нуля, влажность изделий. В нашей стране в соответствии с действующими нормами по тепловой защите теплопроводность определяется для некоторых условий эксплуатации, условно разделенных на 2 класса: условия эксплуатации «А» и «Б». Более подробно по этой теме можно ознакомиться в работе [12]. Будем лишь иметь в виду, что существует некоторая расчетная теплопроводность изделий. Так вот, от величины расчетной теплопроводности материалов и изделий, которые применяются в составе наружных ограждающих конструкций, зависят проектные значения мощности системы отопления и энергопотребления проектируемого объекта в отопительный период года. И если расчетные характеристики изделий будут приняты неправильно, столь же неправильно будет запроектирована и система отопления.
Будем считать текст выше отступлением от основной канвы настоящего описания и вернемся к изделиям из автоклавного газобетона, дабы понять, зачем это было сделано. Причина становится понятной, когда мы начинаем говорить о том, почему в зданиях, выполненных из газобетонных блоков, фактическое энергопотребление практически всегда оказывается выше расчетного. И здесь оказывается, что в различных нормативах изделий из автоклавного газобетона указываются различные расчетные значения теплопроводности (табл. 1).
Таблица 1. Сравнительные показатели теплопроводности и эксплуатационной влажности изделий из автоклавного газобетона марок D400 и D600 согласно ГОСТ 31359 [13] и СП 50.13330 [14]
| Теплотехнические показатели | ГОСТ 31359 | СП 50.13330 | ||
| D400 | D600 | D400 | D600 | |
| Теплопроводность в сухом состоянии, λ0 [Вт/(м·K)] | 0,096 | 0,140 | 0,110 | 0,140 |
| Массовое отношение влаги в материале для условий эксплуатации А, ωА, % | 4 | 4 | 8 | 8 |
| Расчетное значение теплопроводности для условий эксплуатации А, λА [Вт/(м·K)] | 0,113 | 0,117 | 0,140 | 0,150 |
| Массовое отношение влаги в материале для условий эксплуатации А, ωБ, % | 5 | 5 | 12 | 12 |
| Расчетное значение теплопроводности для условий эксплуатации Б, λБ [Вт/(м·K)] | 0,160 | 0,183 | 0,220 | 0,260 |
Примечание. В Приложении Т СП 50.13330 отсутствуют данные для изделий с плотностью 500 кг/м3
Из табл. 1 следует, что в СП 50.13330 для газобетона марок D400 и D600 массовое отношение влаги в материале отличается от аналогичного показателя, принятого в ГОСТ 31359. Если в СП 50.13330 массовое отношение влаги в материале для условий эксплуатации А принимается равным 8%, а для условий эксплуатации Б – 12%, то в ГОСТ 31359, разработанном при участии заводов-производителей [1], массовое отношение влаги принимается равным 4% и 5%, соответственно. Таким образом, с учетом меньшего расчетного значения массового отношения влаги в материале расчетные значения теплопроводности для изделий из автоклавного газобетона по ГОСТ 31359 оказываются ниже, чем по СП 50.13330, а значит, создают дополнительные конкурентные преимущества, т.к. чем меньше теплопроводность, тем меньшая толщина материала нужна для обеспечения требуемого сопротивления теплопередаче стеновой конструкции. Следовательно, у газобетона возникают экономические преимущества по сравнению с другими типами стеновых каменных материалов, для которых в СП и соответствующих ГОСТ или ТУ аналогичных расхождений не наблюдается.
Казалось бы, какое значение имеют все эти рассуждения? Как известно, со склада завода-изготовителя на стройплощадку изделия поступают с влажностью (по массе) не 8%, не 12%, и даже не 4-5%, а от 35% до 43%.
В процессе производства, после автоклавной обработки, влажность изделий может быть и выше. Однако по мере приближения к упаковочной линии влажность изделий незначительно уменьшается. Упакованные в пленку изделия могут еще немного подсохнуть, но в подавляющем большинстве случаев влажность их не падает ниже 35%. И с такой влажностью изделия поступают на строительные объекты.
Как можно видеть из табл. 1, реальная влажность изделий из газобетона оказывается выше и той, которая обозначена в ГОСТ 31359 [13, табл. 1], и той, которая регламентирована в СП 50.13330 [14, Приложение Т]. Соответственно, и расчетные значения теплопроводности для изделий окажутся выше, а это уже будет означать, что при заданной разности температур снаружи и изнутри стеновой конструкции выше окажутся и теплопотери через стены. Поэтому в первые годы эксплуатации в домах, построенных из газобетонных блоков, наблюдается значительный перетоп. При этом тратятся дополнительные энергоресурсы, а следовательно, возрастают эксплуатационные расходы. По сути, дополнительные затраты тепла уходят на то, чтобы убрать лишнюю влагу из стен.
По истечении некоторого периода времени влажность изделий устанавливается в пределах 5-18% (здесь, кстати, возникают вопросы: куда вся эта лишняя влага будет направляться и что при этом будет происходить с отделочными слоями?). Этот период может длиться один отопительный сезон, а может растянуться на годы. Скорость высыхания газобетонных изделий в кладке будет зависеть как от условий и режимов эксплуатации, так и от характеристик отделочных слоев [15]. Чем выше окажется сопротивление паропроницанию наружного отделочного слоя, тем более длительное время будет происходить высыхание газобетона в кладке. Применение плотных паронепроницаемых штукатурок способствует накоплению влаги в стенах и, как следствие, к их преждевременному разрушению, а также появлению плесневых грибов [16].
Следует отметить, что штукатурные слои рекомендуется наносить после усадки стен, которая может длиться до года [16]. Это сдерживает сдачу объектов в эксплуатацию и может привести к переувлажнению стен от атмосферных осадков.
При этом наружная отделка стен из газобетонных блоков является обязательной, т.к. данные блоки обладают высокой сквозной воздухопроницаемостью, что приводит к дополнительным инфильтрационным потерям теплоты в отопительный период. Особенно заметными они оказываются в ограждающих конструкциях, выполненных из пазогребневых блоков с незаполненными вертикальными швами кладки. Лабораторные теплофизические испытания фрагментов кладки из газобетонных блоков с системой «паз-гребень» [17], проведенные в климатической камере, показали, что при отсутствии вертикальных швов кладки температуры, близкие к точке росы, в незаполненных швах наблюдаются уже на расстоянии 75 мм от внутренней поверхности кладки. Исходя из результатов проведенного исследования [17] сделан следующий основной вывод: отрицательные температуры в вертикальном шве «паз-гребень» без клея могут привести к конденсации водяных паров и, как следствие, к увеличению влажности газобетона, что в холодный период года может вызвать промерзание стены.
При этом далеко не всегда вертикальные швы промазываются строительным раствором (рис. 1 – см. второй ряд кладки, рис. 2, 3).
Стоимость напомнить, что в СССР отпускная влажность ячеистобетонных изделий (газо-, пено- и газопенобетонов), изготовленных на основе песка, не должна была превышать 25%. Именно такое значение было регламентировано в ГОСТ 21520 [18, п. 1.2.1.6]. Однако когда в нашей стране стали массово открываться современные заводы по производству стеновых изделий из автоклавного газобетона, оказалось, что иностранные линии, использующие литьевую технологию, не могут выпускать изделия с такой отпускной влажностью. Именно тогда производителям и пришла идея вообще отказаться от ограничения отпускной влажности. В этой связи появился новый стандарт – ГОСТ 31360 [19], который заменил ГОСТ 21520 в части изделий из ячеистого бетона автоклавного твердения. При этом ГОСТ 21520 остался действующим для аналогичных изделий, не прошедших автоклавную обработку. Хотя по сути это материалы одного класса и назначения, и по мере эксплуатации их расчетные теплотехнические показатели при одинаковом значении марки по плотности должны оказаться одинаковыми, т.к. у них близкие значения плотности, теплопроводности в сухом состоянии и паропроницаемости.
Это обстоятельство, безусловно, способствовало развитию автоклавных изделий. При этом заводы по выпуску неавтоклавных ячеистобетонных изделий практически полностью прекратили свое существование.
Влияние теплопроводных включений на параметры теплотехнической однородности наружных стен
Все как один производители заявляют о высокой теплотехнической однородности кладок. И действительно, хорошая геометрия блоков позволяет выполнять кладку из блоков не на цементно-песчаном растворе (ЦПР), а на специальных клеевых цементных составах, при использовании которых толщина швов оказывается не 7-8 мм, как при использовании ЦПР, а 2-3 мм. Это обстоятельство, безусловно, положительно сказывается на уменьшении теплопотерь через сквозные и несквозные теплопроводные включения. А к таковым следует отнести не только швы кладки. Если детально проанализировать конструктивные решения, то к теплопроводным включениям следует отнести примыкания поперечных внутренних стен и колонн к наружным стенам, дверные и оконные перемычки, армированные пояса, места примыкания дисков плит перекрытий к наружным ненесущим стенам, места опирания железобетонных плит на наружные несущие стены, места сопряжения цоколя к стенам, гибкие и жесткие связи, анкера для крепления слоя теплоизоляции и т.д. Наличие теплотехнических неоднородностей в оболочке здания существенно ухудшает температурно-влажностный режим ограждающих конструкций [20-24].
Расчеты, выполненные для одного промежуточного этажа монолитно-каркасного здания, наружные ограждения которого заполнены кладкой из газобетонных блоков толщиной 375 мм и лицевого кирпича толщиной 120 мм, показывают, что коэффициент теплотехнической однородности оказывается не больше 0,61, а приведенное сопротивление теплопередаче оказывается меньше не только базового значения по таблице 3 СП 50.13330 [14], но и нормируемого значения, установленного по формуле (1) СП 50.13330 с понижающим коэффициентом 0,63. При условном сопротивлении теплопередаче стеновой конструкции из газобетонных блоков марки D400 толщиной 375 мм с лицевым слоем из облицовочного кирпича толщиной 120 мм, равном 2,99 м2·K/Вт, приведенное сопротивление теплопередаче оказывается равным 1,81 м2·K/Вт [25], что для климатических условий Москвы и Санкт-Петербурга меньше как требуемого значения (3,08 м2·K/Вт), так и минимально-допустимого (3,08·0,63=1,94 м2·K/Вт). Аналогичные несоответствия выявлены авторами работы [26].
Предварительные расчеты показывают, что при толщине блоков 375 мм наружные стены жилых зданий без дополнительного утепления с коэффициентом теплотехнической однородности 0,61 удовлетворяют минимально-допустимым значениям сопротивлений теплопередаче только для районов с ГСОП<4200°С∙сут/год (для которых базовое значение требуемого приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен жилых зданий составляет 2,87 м2∙K/Вт, а нормируемое – 0,63∙2,87=1,81 м2∙K/Вт).
На одном из строящихся при участии проекта ПРООН-ГЭФ «Энергоэффективность на Северо-Западе России» объектов жилищного строительства в кладке были использованы стеновые блоки из автоклавного газобетона. Когда кладка стен была закончена, было принято решение дополнительно утеплить наружные стены. И не столько для того, чтобы повысить сопротивление теплопередаче наружных стен, сколько для того, чтобы закрыть многочисленные теплопроводные включения (рис. 4).
На объектах наружные стены из газобетона могут пересекать поперечные железобетонные стены или железобетонные колонны (рис. 5). Швы кладки могут достигать 15 мм (рис. 6). Влияние швов кладки на теплотехническую однородность наружных стен представлено в работе [27]. При толщине швов кладки 10 мм дополнительные теплопотери через швы могут достигать 30%. При большей толщине швов они окажутся еще более значительными. Следует отметить, что далеко не все строительные компании приобретают дорогостоящие клеи для газобетонной кладки, особенно это касается крупных застройщиков, которые строят многоквартирные жилые дома. Когда стены изнутри оштукатурены, а снаружи закрыты отделочным слоем, кто увидит, какая толщина швов в кладке?
Ухудшение теплозащитных свойств стеновых конструкций из газобетонных блоков выявлено и в эксплуатируемых зданиях [27]. В обследованных объектах наружные стены выполнены с облицовкой кирпичной кладкой, без дополнительного слоя эффективной теплоизоляции. Анализ показал, что более 62% обследованных конструкций имеют дефекты, что указывает на их массовость. Все дефекты являются трудноустранимыми и требуют демонтажа строительных конструкций. 90% дефектов отмечается в узлах примыкания оконных блоков к стеновым проемам (рис. 7), что объясняется несоответствием оконных блоков нормативным требованиям по теплозащите, неправильной установкой оконных блоков, ненадлежащим качеством теплоизоляции монтажных швов. Дефекты в узлах сопряжения наружной стены с колонной (10%) объясняются наличием теплопроводных включений в виде железобетонных колонн каркаса здания (рис. 8). 51% обследованных конструкций подвержены конденсации влаги и образованию плесневых грибов при расчетных условиях. 11% обследованных конструкций имеют сквозное промерзание в узлах.
При хорошей геометрии блоков изделия оказываются достаточно хрупкими. Это означает, что при транспортировке, особенно при подъезде грузового транспорта к объекту, в процессе разгрузки поддонов стропами, при падении блоков и т.п. многие изделия оказываются поврежденными (рис. 9, 10). Все они в любом случае пойдут в кладку (рис. 11), а трещины и выбоины будут заделаны кладочным раствором и отделочными покрытиями. Тогда говорить о какой-либо однородности кладки весьма затруднительно (рис. 4). Понятно, что при наружной отделке стен все эти дефекты кладки не будут видны, но теплопроводные включения (мостики холода) при этом никуда не исчезнут.
Для повышения теплотехнической однородности и общего уровня теплозащиты наружных стен из газобетонных блоков необходимо устройство сплошного наружного слоя теплоизоляции. Помимо прочего он увеличит долговечность внутреннего слоя стены, т.к. при внешнем утеплении блоки окажутся в области положительных температур. В результате в процессе эксплуатации они не будут испытывать циклы замораживания-оттаивания.
Таким образом, для большинства центральных и северных регионов РФ толщины блоков 375-400 мм без дополнительного утепления оказывается недостаточно для обеспечения требуемых значений приведенного сопротивления теплопередаче.
Необходимо сказать и о специфике проектирования теплозащиты зданий с наружными стенами из газобетонных блоков. Многочисленные обсуждения этой проблемы на последних конференциях и в научных публикациях показывают наличие важных задач, решение которых крайне необходимо в сегодняшних условиях.
Во-первых, о чем уже было сказано выше, – увеличение неравноэффективности теплозащиты элементов оболочки. Значительно возрастает влияние двух- и трехмерных элементов в конструкции, неравномерность распределения температуры на ее внутренней поверхности, снижается теплотехническая однородность ограждающих конструкций. Необходимы расчеты трехмерных температурных полей и разработка новых конструктивных решений [23].
Во-вторых, значительно увеличивается роль влажностного режима. Причем если по глади стены распределение влажности может быть более благоприятным, чем раньше, то в краевых зонах ограждающих конструкций влажностный режим значительно ухудшается. При этом существенно возрастает сложность расчета процессов совместного нестационарного влаготеплопереноса в трехмерных областях ограждающих конструкций [24].
В-третьих, кладка газобетонных блоков является воздухопроницаемой, особенно в зоне вертикальных швов. Инфильтрация наружного воздуха приводит к ухудшению теплозащитных свойств ограждающих конструкций. Эксфильтрация внутреннего воздуха в стеновые конструкции также чрезвычайно опасна.
Данные особенности важно учитывать как во вновь строящихся, так и в реконструируемых зданиях с наружными стенами из газобетонных блоков.
Влияние плотности на надежность анкерных креплений
Следует отметить, что в части обеспечения надежности анкерных креплений и гибких связей газобетон значительно уступает керамическому и силикатному кирпичу. Усилия связей из газобетона на вырыв оказываются меньше усилий на вырыв из более плотных стеновых изделий.
Кроме того, наблюдается несовпадение горизонтальных швов внутреннего слоя из газобетона и облицовочного кирпича. Многие производители показывают в своих технических решениях совпадение, варьируя толщиной швов внутреннего и наружного слоя многослойных стен с облицовочным слоем из лицевого кирпича. Однако на строительном объекте далеко не всегда удается так же совместить швы, как это легко бывает сделать на чертеже. При этом согласно требованиям п. 9.31 СП 15.13330 [28] рекомендуется предусматривать применение облицовочного кирпича или камней, имеющих высоту, равную или кратную высоте ряда основной кладки. А согласно требованиям п. 8 Приложения Д СП [28] связи между внутренним и облицовочным слоем многослойных стен должны устанавливаться только под прямыми углами к поверхности стен. В случае несовпадения горизонтальных швов внутреннего и наружного слоев стеновой конструкции данное требование в построечных условиях выполнить невозможно. При использовании крупноформатной керамики толщина камней подбирается таким образом, чтобы швы совпадали. С учетом того, что в крупноформатной керамике толщина швов оказывается больше, чем в кладке стен из газобетонных блоков, выполнить требование СП 15.13330 становится проще. Если связь выполнена под углом, то она не может обеспечить передачу усилия от облицовки основанию, что снижает эксплуатационную надежность стеновой конструкции.
Согласно требованиям п. 6.3.9 РМД 52-01 [29] гибкие металлические связи между кирпичными наружным и внутренними слоями и ячеистобетонным слоем должны выполняться из нержавеющей стали (в виде скоб, полос, планок, забивных или вклеенных нагелей, саморезов) или стеклопластика, устанавливаться в швы и забиваться (врезываться) в тело блоков в количестве не менее 3-х с площадью поперечного сечения связей не менее 0,5 см2 на 1 м2 стены. На практике же, когда кладка внутреннего и наружного каменных слоев часто осуществляется в разное время, выполнить данное условие проблематично. Поэтому чаще в швы закладывают сетки, скобы, устраивают жесткие связи, когда через каждые 500 мм по высоте в толще газобетонных стен прокладываются тычковые ряды, жестко связанные с облицовкой. Однако иногда на объектах встречаются и гибкие связи. Авторы статьи на одном из городских объектов имели возможность вскрыть поврежденный участок двухслойной стены, состоящей из внутреннего газобетонного слоя и наружного кирпичного, связанных между собой гибкими связями из нержавеющей стали. В результате смещения каменного лицевого слоя относительно внутреннего гибкая связь оказалось вырванной из газобетонной кладки, а в месте ее установки во внутреннем слое образовалась выбоина в результате вырыва анкера.
Отдельно следует отметить, что и гибкие связи и анкера для крепления слоя теплоизоляции являются теплопроводными включениями. В этой связи в местах расположения связей возрастает вероятность конденсации влаги. Вокруг анкера или связи может возникнуть зона, влажность которой будет выше, чем на удалении от включения. При этом прочность газобетонных изделий как на сжатие, так и на растяжение зависит от их влажности. Чем выше влажность, тем ниже оказываются прочностные показатели изделий и кладки. В этой связи надежность креплений уменьшается, а вероятность их вырыва возрастает. Данное обстоятельство также может сказаться на долговечности стеновых конструкций [30-32], особенно в том случае, если в качестве лицевого слоя используются изделия с высокой пустотностью [33].
Комплексная оценка экономической эффективности
Низкая стоимость изделий из автоклавного газобетона является их существенным преимуществом по сравнению с иными стеновыми каменными материалами. Можно утверждать, что именно экономический фактор оказался определяющим для столь впечатляющего распространения данного типа изделий в практике строительства жилых и общественных объектов в России.
При сравнительной экономической оценке того или иного технического решения обычно принимается стоимость квадратного метра стенового ограждения. Такой подход далеко не всегда оказывается справедливым.
Для более полного пояснения данного предположения рассмотрим заполнение наружных стен железобетонных монолитно-каркасных зданий газобетонными блоками толщиной 375 мм. Пусть площадь фасадов проектируемого жилого многоквартирного здания составляет 10000 м2. Это означает, что при высоте этажа 3 м периметр наружных стен составит примерно 10000х0,3=3333 п.м. Тогда при толщине блоков 375 мм, под ними окажется площадь, равная 3333х0,375=1250 м2. При стоимости квадратного метра жилья 80000 руб. это будет означать потерю под блоками: 1250 м2 х 80000 руб/м2 = 100 млн руб.
И далее оказывается, что при заполнении наружных ограждений монолитно-каркасных зданий выгоднее применить каменные изделия толщиной 250 мм, и даже несмотря на последующее утепление стен получить количественный выигрыш в полезной площади. Этот количественный выигрыш окажется еще более значительным, если дополнительно учесть уменьшение транспортных расходов и погрузочно-разгрузочных работ непосредственно на объекте.
В этой связи оказывается, что на себестоимости строительства в большей степени сказывается не низкая стоимость применяемых изделий, а неумение правильно спланировать работы и рассчитать баланс расходов на строительство и доходов от продаж квартир.
Выводы:
Газобетон как материал, применяемый для кладки наружных и внутренних стен зданий, имеет неоспоримые достоинства, среди которых необходимо особо выделить следующие:
— газобетон относится к группе негорючих строительных материалов;
— изделия имеют высокую точность габаритных размеров;
— изделия технологичны при строительстве (легко пилятся, штробятся, режутся, сверлятся);
— кладка стен из газобетонных блоков характеризуется повышенной производительностью в связи с незначительной плотностью и большим объемом блоков.
Однако материал обладает и рядом ограничений в применении. К таковым следует отнести:
— наличие критической влажности, при достижении которой и последующем замораживании кладки может происходить ее постепенное повреждение вплоть до полного разрушения;
— высокая начальная влажность изделий, из-за которой в зданиях, построенных из газобетонных блоков, в первые годы эксплуатации может наблюдаться значительный перетоп;
— низкая теплотехническая однородность стеновых конструкций, обусловленная наличием большого количества теплопроводных включений в наружных стенах, выполненных кладкой из газобетонных блоков без дополнительного утепления;
— изделия достаточно хрупкие, поэтому при падении, транспортировке и погрузочно-разгрузочных работах могут раскалываться на части, на изделиях могут появляться трещины, выбоины и сколы, которые при монтаже, как правило, замазываются строительным раствором, что в еще большей степени снижает теплотехническую однородность стен;
— ввиду низкой теплотехнической однородности стен из газобетонных блоков для климатических районов с ГСОП≥4200°С∙сут/год толщина блоков 375-400 мм без дополнительного утепления оказывается недостаточной для обеспечения требуемых значений приведенного сопротивления теплопередаче;
— кладка стен из газобетонных блоков, особенно при эксплуатации зданий без наружной отделки, а также при незаполнении раствором вертикальных пазогребневых швов, характеризуется высокой воздухопроницаемостью, что повышает расход тепловой энергии при эксплуатации в отопительные периоды;
— при учете стоимости полезной площади, которая остается при заполнении блоками на толщину 375-400 мм наружных ограждений каркасно-монолитных зданий, относительно низкая стоимость изделий далеко не всегда оказывается экономически обоснованной в многоэтажном строительстве.
Распространенные стереотипы о том, что газобетон «боится» воды или о том, что он «сосет» влагу из воздуха, следует охарактеризовать не более чем мифы. Однако при кладке наружных стен из блоков следует избегать условий, при которых существует риск увлажнения стеновых конструкций, особенно опасного при достижении газобетоном критического значения влажности, при котором происходит заполнение водой не только капилляров, но и резервных пор.
Рекомендации по применению
Не рекомендуется использование изделий из автоклавного газобетона в помещениях с влажным (60-75%) и мокрым (с влажностью внутреннего воздуха свыше 75%) режимами эксплуатации.
Не рекомендуется использование газобетонных блоков без дополнительного утепления в климатических районах с ГСОП≥4200°С∙сут/год.
При соответствующем теплотехническом и прочностном обосновании допускается применение изделий толщиной 300-400 мм без дополнительного утепления для районов с ГСОП<4200°С∙сут/год. Коэффициент теплотехнической однородности наружных стен, выполненных кладкой из газобетонных блоков на цементных составах без дополнительного утепления, без соответствующего теплотехнического обоснования следует принимать не выше 0,65.
Не рекомендуется при определении расчетных теплотехнических показателей ячеистых бетонов автоклавного твердения использовать данные таблиц 1 и А.1 ГОСТ 31359 [16], как недостаточно обоснованные.
Основную область применения газобетонных блоков рекомендуется сосредоточить в сегменте малоэтажного (коттеджного) строительства. При этом при возведении индивидуальных жилых домов с сезонным (летним) режимом проживания допускается возведение наружных стен из газобетонных блоков толщиной от 300 мм без дополнительного утепления. При строительстве индивидуальных малоэтажных жилых домов, предназначенных для круглогодичного проживания (в т.ч. в отопительный период), рекомендуется дополнительное утепление стен с использованием эффективных теплоизоляционных материалов (стеклянного или каменного волокна, пенополистирола фасадных марок и пр.). Толщину кладки из газобетонных блоков при этом следует назначать только из обеспечения требований по прочности и устойчивости.
Библиографический список
1. Немова Д.В., Спиридонова Т.И., Куражова В.Г. Неизвестные свойства известного материала // Строительство уникальных зданий и сооружений, № 1, 2012, с. 36-46.
2. Ватин Н.И., Немова Д.В., Рымкевич П.П., Горшков А.С. Влияние уровня тепловой защиты ограждающих конструкций на величину потерь тепловой энергии в здании // Инженерно-строительный журнал, № 8 (34), 2012, с. 4-14.
3. Еремина Т.Ю., Гравит М.В., Дмитриева Ю.Н. Средства огнезащиты строительных конструкций. Анализ общих положений российских и европейских нормативных документов // Архитектура и строительство России, № 8, 2012, с. 24-29.
4. Гравит М.В. Огнестойкость строительных конструкций в европейских и российских стандартах // Стандарты и качество, № 2, 2014, с. 36-37.
5. Горшков А.С., Гринфельд Г.И., Мишин В.Е., Никифоров Е.С., Ватин Н.И. Повышение теплотехнической однородности стен из ячеистобетонных изделий за счет использования в кладке полиуретанового клея // Строительные материалы, № 5, 2014, с. 57-64.
6. Grinfeld G., Gorshkov A., Vatin N. Tests results strength and thermophysical properties of aerated concrete block wall samples with the use or polyurethane adhesive // Advanced Materials Research, № 941-944, 2014, p. 786-799.
7. Емельянов Г. О чем молчат продавцы газобетона? Статья на интернет-портале: http://www.wdvs.ru/statyi-gennadia-emelyanova/o-chem-molchat-prodavcy-gazobetona.html
8. Силаенков Е.С. Долговечность изделий из ячеистых бетонов. – М.: Стройиздат, 1986. – 176 с.
9. Бабков В.В., Кузнецов Д.В., Морозова Е.В., Гайсин А.М., Резвов О.А. Проблемы эксплуатационной надежности наружных стен зданий на основе автоклавных газобетонных блоков и возможности их защиты от увлажнения // Штукатурные составы для наружной отделки стен из газобетона: материалы семинара / Под ред. д-ра техн. наук, проф., зав каф. ТОЭС СПб ГПУ Ватина Н.И. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. – 56 с.
10. Крутилин А.Б., Рыхленок Ю.А., Лешкевич В.В. Теплофизические характеристики автоклавных ячеистых бетонов низких плотностей и их влияние на долговечность наружных стен зданий // Инженерно-строительный журнал, № 2(54), 2015, с. 46-55.
11. Альбом технических решений по применению изделий из автоклавного газобетона торговой марки Н+Н в строительстве жилых, общественных и промышленных зданий. Материалы для проектирования и рабочие чертежи узлов (издание 2-е, перераб. и доп.). – СПб., 2014. – 156 с.
12. Горшков А.С., Соколов Н.А. Несоответствие российских и международных стандартов при определении расчетных значений теплопроводности строительных материалов и изделий // Инженерно-строительный журнал, № 7(42), 2013, с. 7-14.
13. ГОСТ 31359-2007. Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия.
14. СП 50.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.
15. Ватин Н.И., Горшков А.С., Глумов А.В. Влияние физико-технических и геометрических характеристик штукатурных покрытий на влажностный режим однородных стен из газобетонных блоков // Инженерно-строительный журнал, № 1, 2011, с. 28-33.
16. Орлович Р.Б., Малышко Л., Каня Т. Европейский опыт применения пенобетона в жилищном строительстве / Материалы международной научно-практической конференции «Пенобетон». Сборник докладов. – СПб.: ПГУПС, 2007, с. 89-98.
17. Пинскер В.А., Вылегжанин В.П., Гринфельд Г.И. Теплофизические испытания фрагмента кладки стены из газобетонных блоков «АЭРОК СПб» марки по плотности D400 / Ячеистые бетоны в современном строительстве. Сборник докладов. Выпуск 5. – СПб.: НП «Межрегиональная Северо-Западная строительная палата», Центр ячеистых бетонов, 2008, с. 48-51.
18. ГОСТ 21520-89. Блоки из ячеистых бетонов стеновые мелкие. Технические условия.
19. ГОСТ 31360-2007. Изделия стеновые неармированные из ячеистого бетона автоклавного твердения. Технические условия.
20. Корниенко С.В. Проблемы теплозащиты наружных стен современных зданий // Интернет-вестник ВолгГАСУ, № 1 (25), 2013, с. 13.
21. Корниенко С.В. Повышение энергоэффективности зданий за счет снижения теплопотерь в краевых зонах ограждающих конструкций / Волгоградский гос. архитектурно-строит. ун-т. – Волгоград, 2011.
22. Корниенко С.В. Комплексная оценка энергоэффективности и тепловой защиты зданий // Строительство уникальных зданий и сооружений, № 11 (26), 2014, с. 33-48.
23. Корниенко С.В. Многофакторная оценка теплового режима в элементах оболочки здания // Инженерно-строительный журнал, № 8 (52), 2014, с. 25-37.
24. Корниенко С.В. Метод решения трехмерной задачи совместного нестационарного тепло- и влагопереноса для ограждающих конструкций зданий // Известия вузов. Строительство, № 2, 2006, с. 108-110.
25. Горшков А.С., Рымкевич П.П., Ватин Н.И. О теплотехнической однородности двухслойной стеновой конструкции // Энергосбережение, № 7, 2014, с. 58-63.
26. Гагарин В.Г. Теплофизические проблемы современных стеновых ограждающих конструкций многоэтажных зданий // Academia. Архитектура и строительство, № 5, 2009, с. 297-305.
27. Горшков А.С., Гладких А.А. Влияние растворных швов кладки на параметры теплотехнической однородности стен из газобетона // Инженерно-строительный журнал, № 3 (13), 2010, с. 39-42.
28. СП 15.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП II-22-81*. Каменные и армокаменные конструкции.
29. РМД 52-01-2006. Часть 1. Проектирование и возведение ограждающих конструкций жилых и общественных зданий с применением ячеистых бетонов в Санкт-Петербурге.
30. Горшков А.С. Оценка долговечности стеновой конструкции на основании лабораторных и натурных испытаний // Строительные материалы, № 8, 2009, с. 12-17.
31. Горшков А.С., Кнатько М.В., Рымкевич П.П. Лабораторные и натурные исследования долговечности (эксплуатационного срока службы) стеновой конструкции из автоклавного газобетона с облицовочным слоем из силикатного кирпича // Инженерно-строительный журнал, № 8, 2009, с. 20-26.
32. Горшков А.С., Рымкевич П.П. Пестряков И.И., Кнатько М.В. Прогнозирование эксплуатационного срока службы стеновой конструкции из газобетона с облицовочным слоем из силикатного кирпича // Строительные материалы, № 9, 2010, с. 49-53.
33. Орлович Р.Б., Горшков А.С., Зимин С.С. Применение камней с высокой пустотностью в облицовочном слое многослойных стен // Инженерно-строительный журнал, № 8 (43), 2013, с. 14-23.
