Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Актуальность выполненной в СПбГАСУ комплексной научно-исследовательской и проектно-производственной работы на тему: «Малоэтажные градостроительные комплексы с энергосберегающими строительными системами (опыт Санкт-Петербурга)» обусловлена необходимостью разработки новых энергосберегающих строительных систем для малоэтажных градостроительных комплексов, а также обеспечения населения жильем, изысканием новых технологий малоэтажного строительства в загородных зонах, где решающими факторами являются сокращенные сроки возведения зданий, невысокая стоимость и трудоемкость работ.

Анализ литературных источников позволил установить, что применяемые однослойные конструкции из кирпича, дерева и бетонных блоков не обеспечивают эффективность и экономичность строительства, что приводит к значительному утолщению стен и весу зданий. С другой стороны, переход на многослойные конструкции с применением пенополистирола, минеральной ваты и других теплоизоляционных материалов не всегда оправдан из-за недолговечности полимерных материалов при их длительной эксплуатации. Кроме того, их применение сдерживается недостаточной  огнестойкостью, вредным экологическим воздействием на человека и рядом других факторов [1, 2].

Цель исследования

Целью работы является разработка новых энергосберегающих строительных систем для малоэтажного жилищного строительства с применением конструкций из поризованного и термо-вакуумного бетона, обеспечивающих повышение теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций, стен и перекрытий и снижение стоимости строительства.

Для достижения поставленной в процессе исследования цели авторским коллективом (в составе: д-р техн. наук, профессор Казаков Ю. Н., заведующий кафедрой технологии строительного производства, д-р техн. наук, профессор Верстов В. В., д-р техн. наук, профессор кафедры технологии строительного производства Бадьин Г. М., канд. техн. наук, генеральный директор ООО «МастерСтройКомпания» Макаридзе Г. Д.) были решены следующие задачи:

• обоснована технология приготовления и укладки монолитной поризованной бетонной смеси в построечных условиях малоэтажного жилищного строительства;
• разработана технология применения элементов несъемной опалубки для возведения монолитных конструкций из поризованных бетонных смесей;
• проведены теоретические исследования технико-экономической эффективности применения поризованного бетона в конструкциях стен и перекрытий;
• разработана технология термо-вакуумной обработки монолитных бетонных перекрытий;
• осуществлены внедрение и проверка эффективности технологических решений в условиях строительных площадок при возведении малоэтажных градостроительных комплексов.

Объектом исследования выступают малоэтажные градостроительные комплексы на всех этапах технологического цикла их возведения.

Предметом исследования является технология малоэтажного жилищного строительства с использованием новых энергосберегающих строительных систем - конструкций из поризованного (аэрированного) бетона, приготовленного в условиях строительной площадки, и термо-вакуумных перекрытий.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Обоснована технология приготовления поризованных смесей и аэрированного бетона в условиях строительной площадки на основе цемента, песка, опилок, перлита, воды и пенообразователя со средней плотностью 1150-1250 кг/м³ и прочностью при сжатии 5-8,5 МПа.
2. Разработана технология применения поризованного монолитного бетона как конструктивно-теплоизоляционного материала для многослойных конструкций наружных стен и в конструкциях перекрытий в малоэтажном жилищном строительстве.
3. Предложена технология применения элементов несъемной опалубки на основе унифицированных лицевых и рядовых изделий из эффективного бетона толщиной 40 мм и шириной 300 мм различной длины, позволяющая снизить транспортные и накладные расходы при строительстве.
4. Выявлены рациональные области применения поризованного бетона в малоэтажном жилищном строительстве с учетом его несущих и ограждающих функций, прочностных и теплоизоляционных свойств.
5. Обоснована технико-экономическая эффективность применения конструкций из поризованных смесей и аэрированного бетона, заключающаяся в снижении стоимости строительных материалов и сметной стоимости строительства, а также в повышении теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций.
6. Теоретически и экспериментально доказана целесообразность комбинированной термо-вакуумной обработки бетонной смеси с целью ранней распалубки железобетонных конструкций и обоснована ускоренная внутренняя термо-вакуумная технология изготовления монолитных железобетонных перекрытий.
7. Установлены зависимости, определяющие рациональные параметры термо-вакуумной обработки бетонной смеси в термоактивных опалубках с нагревательными устройствами в виде металлополимерных теплостойких труб, которые монтируют на арматурном каркасе перекрытий с последующим использованием этих труб как элемента напольно-потолочной системы отопления.
8. Выявлены новые закономерности в технологии термо-вакуумных бетонов при формовании конструкций, позволяющие интенсифицировать технологические процессы и повысить качество работ.
9. Разработан способ прогрева монолитного бетона и железобетона в термоактивных опалубках с нагревательными устройствами при совмещении процессов опалубочных и бетонных работ и практический метод расчета конструкции термоопалубки, технологических и теплотехнических параметров тепловых труб.
10. Получены зависимости подводимой и расходуемой тепловой энергии от конструктивных размеров термоопалубки, диаметра, шага укладки тепловых труб и темпа бетонирования конструкций.

Практическая значимость работы заключается в использовании основных положений на практике в строительно-монтажных организациях и в учебном процессе высших учебных заведений Санкт-Петербурга. Результаты исследования доведены до возможности их практической реализации.

Результаты исследования

На основе результатов исследования разработан технологический регламент на возведение малоэтажных домов из сборно-монолитных конструкций с несъемной опалубкой.

Предложенные рекомендации внедрены на объектах нового жилищного строительства в ООО «МастерСтройКомпания» в Санкт-Петербурге, где были возведены малоэтажные градостроительные комплексы из кирпича с внутренним заполнением поризованным бетоном. При этом была получена экономия сметной стоимости строительства на 10-15 % по сравнению с известными сопоставимыми конструкциями. Технология работ с поризованным бетоном отличается простотой выполнения операций и экономным расходом строительных материалов. Стоимость изготовления и укладки бетона составляет 350-400 руб./м³, что в 1,5-2 раза экономичнее использования блоков газобетона заводского изготовления в п. Сертолово. Поризованный конструктивный бетон поровой структуры, изготовленный методом аэрирования, испытан и сертифицирован в центре «Акцепт» (Аттестат аккредитации испытательной лаборатории № ГОСТ Р RU. 9001. 6. 1. 0029 Госстандарт России, Минстрой России, № 00261 от 19.07.1996 г.). Результаты четырехлетних наблюдений за состоянием построенных зданий показывают, что несущие конструкции сохраняют свои эксплутационные качества, тем самым подтверждая научную обоснованность и достоверность разработанных решений [3-5].

Для оценки эффективности в качестве базисных принимаются два варианта традиционной технологии возведения наружных кирпичных стен для малоэтажных жилых домов (табл. 1).

Таблица 1. Система технико-экономических показателей вариантов технологии производства работ для устройства наружных стен жилых домов

Вариант № 1 - сплошная кирпичная стена из эффективного пустотелого керамического кирпича, изготавливаемого в соответствии с ГОСТ 530-95 НПО «Керамика» г. Санкт-Петербурга.

Вариант № 2 - слоистая кирпичная стена с газобетонными блоками, изготавливаемыми 211 КЖБИ в п. Сертолово г. Санкт-Петербурга и кирпичом по варианту № 1.

Исходные данные вариантов приведены в табл. 1. и на рис. 1.

            а)                                                 б)                                       в)

Рис. 1. Сравниваемые варианты технологий устройства кирпичных наружных стен для малоэтажных жилых домов в условиях Санкт-Петербурга:
а - сплошная кирпичная кладка (вариант № 1); б, в - многослойные кирпичные кладки (варианты № 2 и № 3);

1 - наружный ряд кирпича; 2 - внутренний ряд кирпича; 3 - штукатурка; 4 - средний слой кирпича; 5 - газобетонные блоки; 6 - поризованный опилко-песчаный монолитный бетон.

Таким образом, разработанная (вариант № 3) технология ТПБ в 2,1 раза экономичнее существующей технологии сплошной кирпичной стены и в 1,11 раз - технологии с газобетонными блоками.

Рис. 2. Зависимости стоимости наружных стен различных конструкций жилых домов от их площади:

1 - слоистая кирпичная стена из поризованного кирпича НПО «Керамика» (вариант № 1);

2 - слоистая кирпичная стена с газобетонными блоками 211 КЖБИ (вариант № 2);

3 - слоистая кирпичная стена с поризованным монолитным опилко-песчаным бетоном (вариант № 3).

Выводы

1. Разработана технология применения энергосберегающих строительных систем в малоэтажных градостроительных системах с использованием конструкций из поризованного и перлитобетона. Обоснована методика технико-экономической оценки эффективности предложенной технологии на всех стадиях производственного цикла: заводское изготовление, транспортирование, выполнение строительно-монтажных работ, эксплуатация возведенных конструкций.
2. Анализ вариантов использования конструкций из аэрированного бетона показал их высокую технико-экономическую эффективность по сравнению с сопоставимыми современными аналогами. По сравнению с технологией сплошной кирпичной стены из поризованного керамического кирпича плотностью 1100 кг/м³ и теплопроводностью 0,26 Вт/м ⁰К, производства НПО «Керамика» (г. Санкт-Петербурга), эффект составляет 609 руб. на 1 м² поверхности наружной стены. Затраты на кирпичную кладку составляют 1171 руб./м², а на бетонную кладку - 562 руб./м² , т.е. в 2,1 раза меньше. По сравнению с технологией кирпичной кладки с использованием газобетонных блоков плотностью 400 кг/м³ теплопроводностью 0,10 Вт/м⁰К производства 211 КЖБИ (п. Сертолово) эффект составляет 60 руб./м². Затраты на газобетонную кладку составляет 622 руб./м², что в 1,11 раз выше разработанной монолитной технологии.
3. Исследование показало высокую эффективность и перспективность расширенного использования предложенной технологии поризованного бетона для строительно-монтажных организаций в Санкт-Петербурге при возведении малоэтажных жилых домов. Сравнительно-экономическая эффективность технологии при использовании одной смесительной установки при обслуживании одним работающим достигает 1,734 млн руб. в год, а двух установок с двумя работающими - 4,624 млн руб. в год.
4. Выполнены внедрение разработанной технологии поризованных бетонов и проверка эффективности технологических решений в условиях строительных площадок Санкт-Петербурга при возведении малоэтажных жилых домов. Технология использована ООО «Мастер Строй Компания» при строительстве двух- и трехэтажных жилых домов в г. Пушкине и г. Павловске. Технология позволяет вести работы при отрицательной температуре (до -15 ⁰С) с использованием противоморозных добавок и покрытием бетонируемых поверхностей теплоизоляционными матами.
5. Предложена технология использования поризованного бетона, основанная на приготовлении смеси в специально разработанной оптимальной бетоносмесительной установке и укладке смеси, между внутренним и наружным слоем многослойной кирпичной кладки, в наружных стенах жилых домов. Предлагаемые технологические и конструктивные решения позволяют оптимально использовать конструкционные (несущие) и теплозащитные (ограждающие) свойства поризованного бетона в среднем слое стены, уменьшить количество швов и стыков и организовать технологический процесс на строительной площадке. Это обеспечивает достижение поставленной цели, снижение стоимости строительства и повышение теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций.
6. Исследование технологичности применения конструкций из поризованного бетона с помощью методов экспертного оценивания показало высокий уровень технологичности разработанных решений с учетом заводской, транспортной, монтажной, эксплуатационной технологичности и технологичности модернизации и реконструкции. При этом интегральный критерий технологичности равен 0,665 , что способствует повышению общей эффективности процесса возведения малоэтажных градостроительных комплексов.

Рецензенты:

• Бадьин Г. М., доктор технических наук, профессор кафедры технологии строительного производства ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»,  г. Санкт-Петербург.
• Козин П. А., доктор технических наук, профессор кафедры технологии, организации строительства ВИА им. А. Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург.