АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ЛЕГКИХ БЕТОНОВ И ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ ТЕПЛОЭФФЕКТИВНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Исследование теплоизоляционных свойств различных материалов уже давно показало, что во всех типах теплоизоляции «работает» воздух, заключенный в порах материала, так как именно он является хорошим изолятором. Следовательно, качество неорганических теплоизоляционных материалов определяют пузырьки воздуха, изолированные от конвективного теплообмена и увлажнения прослойками (пленками) твердого вещества.

В последние годы получили распространение различные виды ячеистых бетонов, имеющие объемную массу в пределах 300-700 кг/м3. Поровая структура ячеистого бетона, состоящая из сообщающихся пор, делает его способным к поглощению воды при контакте с ней от 25-35 до 60-70 % массы, а при сорбционном увлажнении до 5-7 % массы [6, c. 156]. Применение различных способов гидрофобизации поверхности изделия из облегченных бетонов обычно сопровождается ухудшением их воздухопроницаемости, поэтому в домах из таких блоков нужно частое проветривание. Кроме того, теплоизоляционные свойства ограждающих конструкций из ячеистого бетона существенно ухудшаются за счет кладочных швов, работающих как «мостики холода».

Не меньшее распространение получают и ограждающие конструкции зданий, представляющие собой двух- трехслойные композиции, которые составлены из высокопрочных несущих материалов и теплоизоляционных слоев минеральной ваты, пенопластовых или пенополистирольных плит. Однако возведение на стройплощадке многослойных оболочек увеличивает стоимость строительства до 30-35 % [3, c. 89].

Возврат к однослойным ограждающим конструкциям является радикальным путем снижения их стоимости, в том числе приводящим к отказу от дорогостоящих, горючих и небезопасных по экологическим параметрам полимерных теплоизоляционных материалов. В связи с повышением требований по огнестойкости всех материалов и конструкций для жилых и общественных зданий это стало особенно важно. Поэтому такое повышение требований открывает путь для возведения однослойных ограждающих конструкций из легкого бетона.

Массовое применения легких бетонов началось всего несколько десятков лет назад. В РФ создана мощная база производства заполнителей для легких бетонов: построены десятки заводов, созданы и работают коллективы высококвалифицированных специалистов. Применение легких бетонов в строительстве отражается на многих показателях [2, c. 327]:

·  снижение стоимости строительства на 7-20%;

·  сокращение расходов бетонов на 20-25%;

·  уменьшение расхода арматурной стали на 5-15%;

·  снижение трудовых затрат на 50% и увеличение производительности труда на 20%;

·  уменьшение веса здания и соответственно уменьшение объема транспортных перевозок на 30-40%.

При наличии довольно-таки хороших теплозащитных свойств, незначительного веса, большей по сравнению с обычными бетонами долговечностью, достаточной звукоизоляцией и другими имеющимися преимуществами, основным назначение легких бетонов является их использование в ограждающих конструкциях.

Применение теплоэффективных ограждающих конструкций диктуется ускоренным ростом энергопотребления в России, создающим напряженность энергетического баланса, приводящем к истощению природных запасов и удорожанию органического топлива, угрожающим интересам охраны окружающей среды. Установлено, что около 50 % добываемого в стране органического топлива расходуется на производство электроэнергии и тепла [5, c. 21].

Строительными средствами может быть достигнуто сокращение теплопотерь здания внедрением ограждающих конструкций, обладающих оптимальной теплозащитой и герметичностью, созданием прогрессивных объемно-планировочных решений зданий.

Одним из путей уменьшения теплопотерь является увеличение термического сопротивления сплошного ограждения. Если раньше оно принималось минимальным по санитарно-гигиеническим требованиям Rmin, то сейчас его требуется оптимизировать по критерию «приведенных затрат». С ростом стоимости топлива приведенные затраты сдвигаются в сторону увеличения термического сопротивления. За рубежом R возросло в ряде стран на 300-400%, а в нашей стране в 1,5-2 раза. Повышения термического сопротивления сплошного ограждения можно достигнуть, применяя легкие бетоны [4, c. 244].

Основными характеристиками легких бетонов являются предел прочности при сжатии и плотность, наибольшее значение для его практического применения имеют механические, деформативные и теплофизические свойства. На плотность и прочность большое влияние оказывает состав и свойства зерновых заполнителей, так они занимают до 90 % объема в таких бетонах. Но тем не менее прочность цементного камня также оказывает большое влияние на прочность легких бетонов. Прочность также зависит от водоцементного отношения, от расхода заполнителей и цемента, от способа приготовления и укладки смеси.

Изменяя расход вяжущих, можно регулировать плотность бетона, и, соответственно, его прочностные свойства.

Важным показателем деформативных свойств бетона является его усадка, связанная с потерей влаги. Легкие бетоны на плотных заполнителях имеют небольшую величину усадки, примерно в 1,5 раза меньше обычного бетона. Одним из важных свойств легкого бетона является водостойкость, которая характеризуется коэффициентом размягчения, показывающим потерю части прочности при насыщении образца водой. Водостойкость зависит от вида вяжущего и заполнителя, а также от условий твердения бетона.

Кроме указанных выше свойств легкий бетон обладает деформативными свойствами, которые характеризуются модулем упругости, коэффициентом Пуассона, динамическим модулем упругости, растяжимостью, сжимаемостью.

Не менее важным свойством легкого бетона является морозостойкость, которая зависит от вида заполнителя и цемента, водоцементного соотношения и др. Даже при малых расходах цемента легкие бетоны выдерживают испытания на морозостойкость при 10 циклах попеременного замораживания и оттаивания.

Так как легкий бетон используется в основном, как стеновой материал, особое значение приобретают его теплозащитные свойства. Эти свойства легкого бетона зависят от его пористости и характеризуются в основном показателями водопоглощения, влажности, капиллярного подсоса, воздухопроницаемости, теплоусвоения и теплопроводности.

Теплофизические свойства легкого бетона непосредственно зависят от его пористости. Наибольший объем открытых пор имеют бетоны, изготовленные на однофракционном крупном заполнителе с величиной зерен 20-40 мм, что дало максимальную объемную пористость – 38 %. Минимальную объемную пористость – 24 % дает зерновой состав заполнителей (по массе): 50 % фракций размером 5-10 мм и 50 % фракций размером 20-40 мм [1, c. 86].

Водопоглощение и водоотдача легкого бетона зависят от объема открытых пор. Сорбционная влажность легкого бетона во много раз ниже его полного водопоглощения. Результаты испытаний показали, что даже в воздушно-влажных условиях влажность легкого бетона на пористых заполнителях не превышает 5 % по массе. Следовательно, при применении легкого бетона в качестве стенового материала можно принимать этот показатель в теплотехнических расчетах стен.

Таким образом, на основе сравнения различных материалов, используемых для возведения монолитных ограждений, можно сделать вывод о том, что легкие бетоны обладают более высокими теплотехническими, технико-экономическими и эксплуатационными свойствами, что делает их на сегодняшний день наиболее привлекательными для устройства теплоэффективных ограждающих конструкций.

Список литературы:

1. Абдрахимов В. З., Абдрахимова Е. С. Технология стеновых материалов и изделий: учебное пособие. Самара, 2005 - 193 с.
2. Дворкин Л. И. Основы бетоноведения. СПб.: Строй Бетон, 2006 - 690 с.
3. Жуков А. Д. Высокопористые материалы: структура и тепломассоперенос: монография. Москва : МГСУ, 2014. – 206 с.
4. Основин В. Н., Шуляков Л.В. Справочник по строительным материалам и изделиям: справочное издание. Ростов н/Д: Феникс, 2007 - 444 с.
5. Чумаков Л. Д. Технология заполнителей бетона (практикум): учеб. пособие для студентов строит. специальностей вузов. М.: АСВ, 2006
   
   -135 с.
6. Ху Шугуан, Ван Фа Чжоу. Легкие бетоны: монография. Москва: АСВ, 2016. - 299 с.