Теплопроводность и влажность ячеистого бетона автоклавного твердения

Источник материала:

Учитывая высокие теплофизические и физико-технические свойства изделий из ячеистого бетона по сравнению с другими материалами аналогичного функционального назначения, основными направлениями развития материально-технической базы строительства Республики Беларусь на период 1998–2015 гг. ячеистобетонные изделия определены главным стеновым материалом на указанный период.

Ячеистый бетон представляет собой систему, которая уникальным образом обладает преимуществами, отвечающими современным требованиям к строительным стеновым материалам. Более чем за столетний период развития науки проведено огромное количество исследовательских работ, посвященных процессу управления его структурообразованием, морозостойкости, трещиностойкости при влагообменных и карбонизационных процессах, использованию различного рода добавок, аспектам эксплуатационной надежности, теплофизическим свойствам. Ячеистый бетон автоклавного твердения и до настоящего времени является предметом постоянных исследований.

По теплофизическим свойствам ячеистый бетон отвечает всем требованиям действующих в настоящее время ТНПА, и в строительном комплексе Республики Беларусь занимает одно из ведущих мест, широко применяется не только в массовом строительстве, но и при сооружении уникальных объектов, например, таких как Национальная библиотека Беларуси.

Ячеистый бетон следует рассматривать как сложно организованную систему, в которой могут быть выделены макроструктурный и микроструктурный уровни, обслуживающие его физико-технические и теплофизические свойства.

Высокие теплозащитные свойства ячеистого бетона автоклавного твердения подтверждают результаты выполненных государственным предприятием «Институт НИИСМ» многолетних лабораторных и натуральных исследований по определению его теплофизических свойств (см. таблицу).

Ячеистый бетон обладает высокой стойкостью к сверхнизким температурам. В результате исследований на стойкость к сверхнизким температурам образцов ячеистого бетона автоклавного твердения плотностью 700,0–500,0 кг/м3 производства предприятий Республики Беларусь установлено (Т. А. Ухова, г. Москва, НИИЖБ), что после 15 циклов попеременного замораживания при температуре – 180 ⁰С и оттаивания при температуре + 20 ⁰С максимальное снижение прочности от циклического воздействия сверхнизких температур составило 10,5 % (ОАО «Сморгоньсиликатобетон») и минимальное – 0,6 % (ОАО «Гродненский КСМ»).

Ячеистый бетон, несмотря на особенности своего структурного строения, отличается достаточно высокой способностью отдавать поглощенную им влагу в окружающую среду.

В результате лабораторных исследований, выполненных ГП «Институт НИИСМ», установлено, что у образцов ячеистого бетона автоклавного твердения плотностью 500,0–700,0 кг/м³, увлажненных до 53,0–62,0 % по массе, за 150 суток в среде с относительной влажностью воздуха 52,0–55,0 % установилось равновесное влагосодержание, не превышающее 5,0 % по массе.

Следует отметить, что еще в 1977 г. в Лондоне Евро-Международным комитетом по бетону была создана рабочая группа по автоклавному ячеистому бетону. В виду существенных различий между ячеистым бетоном и бетонами на легких заполнителях как относительно их физико-технических свойств, так и применения в практике строительства, которая одним из главных показателей выделила эксплуатационную влажность, составляющую 4,0–5,0 % по массе и устанавливающуюся через 1–2 года эксплуатации. По результатам исследований ведущих зарубежных фирм по производству ячеистых бетонов («Хебель», «Итонг», «Верхан», «Грайзель», «Сипорекс», «Калсилокс», «Дюрокс», «Селком») эксплуатационная влажность составляет 3,0–5,0 % по массе.

В 1993 г. в Республике Беларусь впервые были введены в действие СНБ 2.01.01–93 «Строительная теплотехника», разработанные на основании СНиП П‑3–79** «Строительная теплотехника», теплотехнические и эксплуатационные показатели которого получены в различных научно-исследовательских организациях на различном лабораторном оборудовании и в разное время. В соответствии с требованиями СНБ 2.01.01–93 «Строительная теплотехника» величина эксплуатационной влажности для ячеистого бетона плотностью 600,0–300,0 кг/м3 для условий эксплуатации А и Б составляла 8,0–12,0 % по массе, а для ячеистого бетона плотностью 1000,0–800,0 кг/м – 310,0–15,0 % по массе. Данные показатели не корреспондировались как с действительными величинами, так и величинами эксплуатационной влажности, нормированными ведущими фирмами по производству ячеистого бетона.

Опыт производства и исследований ячеистых бетонов автоклавного твердения, проектирования, строительства и эксплуатации зданий различного функционального назначения на их основе показал, что изготовленный при строгом соблюдении всех требований технологического процесса ячеистый бетон представляет собой высококачественный строительный материал. Он удовлетворяет таким основным требованиям, как экологичность, высокие теплозащитные свойства, долговечность, огнестойкость, комфортность при достаточно низкой стоимости и ресурсоемкости.

Отвечая современным требованиям к строительным материалам по теплозащитным и прочностным свойствам, ячеистый бетон требует достаточно высокой культуры производства строительных работ.

По всей вероятности эксплуатационная влажность ячеистого бетона в соответствии с требованиями СНиП 2–3-79** «Строительная теплотехника» и СНБ 2.01.01–93 «Строительная теплотехника», составлявшая для условий эксплуатации А и Б, соответственно, 8,0–10,0 % и 12,0–15,0 % по массе, в сочетании с низкой культурой производства строительных работ обусловила в свое время негативное отношение к ячеистому бетону со стороны как проектных, так и строительных организаций. Хотя известно, что прямое попадание влаги в конструктивные элементы из любого строительного материала приводит к различного рода разрушениям.

В связи с создавшимся положением в вопросе нормирования эксплуатационной влажности ячеистого бетона автоклавного твердения Институтом НИИСМ выполнен комплекс многолетних исследований по определению величины эксплуатационной влажности. Исследования проводились в лабораторных и натурных условиях. Эксплуатационная влажность определялась в лабораторных условиях на основании результатов экспериментального определения сорбционной влажности по известным зависимостям. Определение эксплуатационной влажности в натурных условиях выполнялось как на фрагментах стеновых ограждений, так и на натурных объектах с различным сроком службы. В натурных условиях определена эксплуатационная влажность фрагментов ячеистобетонных стеновых панелей плотностью 700,0, 600,0 и 500,0 кг/м3. Кладка из ячеистобетонных блоков плотностью 700,0, 600,0 и 500,0 кг/м3 выполнялась на клею с толщиной шва 2–3 мм, а также на цементно-песчаном растворе с толщиной шва 10–20 мм.

Равновесное влагосодержание фрагментов стенового ограждения устанавливалось практически для всех исследованных видов кладок к началу периода влагонакопление второго года эксплуатации. За первый год эксплуатации влагосодержание исследованных фрагментов снижалось примерно на 21,6–36,4 %. К концу второго года эксплуатации влагосодержание фрагментов устанавливалось постоянным и составляло:

• для кладки на клею – 3,8–4,1 %;
• для кладки на цементно-песчаном растворе с толщиной шва 10 мм – 4,4–4,3 %;
• для кладки на цементно-песчаном растворе с толщиной шва 20 мм – 4,1–4,3 %.

При этом теплопроводность для фрагментов из ячеистобетонных блоков плотностью 700,0, 600,0 и 500,0 кг/м3 составила, соответственно, 0–0,223, 0,191 и 0,156 Вт/(м•К).

Натурные исследования эксплуатационной влажности на жилых объектах выполнялись ГП «Институт НИИСМ» совместно с ОАО «Гродненский КСМ» в городах Гродно, Сморгони и Могилеве. Величина эксплуатационной влажности, полученная на натурных объектах, не превышала 5,0 % по массе.

На основании результатов выполненного Институтом НИИСМ комплекса лабораторных и натурных исследований по определению величины эксплуатационной влажности разработано и внесено в СНБ 2.01.01–93 «Строительная теплотехника» приказом Минстройархитектуры № 374 от 29 августа 1997 г. Изменение № 1 (введено в действие 01.10.97 г.), устанавливающее для ячеистого бетона плотностью 700–300 кг/м3 величину эксплуатационной влажности для условий эксплуатации А и Б, соответственно, 6,0 и 7,0 % по массе. Внесение указанных изменений позволило снизить величину расчетной теплопроводности ячеистого бетона на 23 %. Термическое сопротивление стенового ограждения толщиной 0,4 м из ячеистого бетона плотностью 500,0 кг/м3 при эксплуатационной влажности 5,0 % по массе составляет 2,5 м2•К/Вт, а при плотности 400,0 кг/м3–3,1 м2•К/Вт, что соответствовало нормативным требованиям к показателю сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зданий до июля 2009 г.

Исследования, выполненные специалистами НИИЖБ, ЦНИИЭП жилища, ЛенЗНИИЭП по определению величины эксплуатационной влажности наружных ограждающих конструкций из ячеистого бетона, показали, что фактическая величина эксплуатационной влажности ячеистого бетона в наружных стенах через 3 года эксплуатации составляет 5,0 % по массе в климатических условиях Санкт-Петербурга и 4,2 % по массе для Москвы. Полученные данные корреспондируются с результатами, полученными ГП «Институт НИИСМ» и основными зарубежными фирмами по производству ячеистого бетона автоклавного твердения.

В результате выполненного комплекса экспериментальных исследований по определению эксплуатационной влажности строительных материалов в лабораторных условиях установлено, что расчетное массовое отношение влаги в материале при условиях эксплуатации А и Б равно значению сорбционной влажности материала при относительной влажности воздуха 75 % для условий эксплуатации А и значению сорбционной влажности воздуха 90 % для условий эксплуатации Б.

На основании полученных Институтом НИИСМ результатов разработана методика определения эксплуатационной влажности строительных материалов, которая в виде Изменения № 2 утверждена и введена в действие с 01.01.2004 г. Приказом Минстройархитектуры № 179 от 10 сентября 2003 г. (ТКП 45–2.04–43–2006 «Строительная теплотехника. Строительные нормы проектирования»; обязательное приложение А, таблица А. 1, примечание п. 4).

Производство автоклавного ячеистого бетона в Республике Беларусь – одна из самых динамично развивающихся отраслей промышленности строительных материалов.

Для Беларуси при наличии своей сырьевой базы и развитого производства, оснащенного современным технологическим оборудованием, автоклавный ячеистый бетон является стратегическим материалом. После введения с 01.07.2009 повышенных требований к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций ячеистый бетон с учетом его теплофизических и эксплуатационных свойств остался практически единственным строительным материалом, который автономно обеспечивает выполнение нормативных требований строительной теплотехники.

Следует отметить, что ограждающие конструкции в зданиях различного функционального назначения выполняются из ячеистого бетона. Фасады, которых, как правило, отделываются различными защитно-декоративными покрытиями с использованием строительных смесей (СТБ 1307–2002 «Смеси растворные и растворы строительные»).

В республике сложилась негативная ситуация по обеспечению эксплуатационной надежности и долговечности жилых домов (особенно малоэтажных) с несущими и самонесущими конструкциями стен из ячеистого бетона автоклавного твердения с фасадами, защитно-отделочные покрытия которых выполнены на основе модифицированных (полимерсодержащих) строительных смесей.

В результате отдельных обследований стен из ячеистого бетона были обнаружены существенные дефекты, требующие проведения комплекса восстановительных мероприятий, в том числе и усиления конструкций.

Наиболее распространенным дефектом является трещино­образование в виде сетки трещин с шириной раскрытия до 0,1 мм по защитно-декоративному покрытию и кладке стен из ячеистобетонных блоков, а также отслаивание защитно-декоративного покрытия, как правило, вместе со слоем ячеистого бетона.

Указанные дефекты вызваны различного рода нарушениями в проектной документации, технологии производства строительных работ (сразу после укладки блоков с повышенной влажностью бетона на стены наносятся различные защитно-декоративные покрытия с низкой паропроницаемостью с последующей покраской). В конечном результате это приводит к разрушению бетона под покрытием в период эксплуатации зданий, а также появлению грибков и плесени на внутренних поверхностях стен. Влажность ячеистого бетона в наружных стенах после 5–10 лет эксплуатации в отдельных случаях составляет 20–40 % по массе. Тем самым вызывая разрушение кладки, значительно снижая теплозащитные свойства, долговечность ограждающих конструкций и комфортность внутренних помещений.

Ячеистый бетон, наряду с низкой теплопроводностью, обладает достаточно высокой паропроницаемостью (ТКП 45–2.04–43–2006, обязательное приложение 1, таблица А. 1). Однако в указанном документе отсутствуют требования к смесям на полимерной основе. В соответствии с требованиями СТБ 1307–2002 п. 5.3.9 паропроницаемость растворов должна соответствовать требованиям, приведенным в нормативно-технической или проектной документации, и быть не менее 0,02 мг/(м•ч•Па). Величина паропроницаемости для конструкционно-теплоизоляционного ячеистого бетона (плотность 300,0–900,0 кг/м3) по ТКП 45–2.04–43–2006 составляет 0,26–0,12 мг/(м•ч•Па).

Применение в качестве защитно-декоративных покрытий материалов на полимерной основе, создающих условия для систематического накопления влаги в стеновых ограждениях в процессе эксплуатации, обуславливает преждевременное разрушение конструкций с наружной стороны, а также появление грибков и плесени на внутренних поверхностях.

В зарубежной строительной практике для отделки поверхностей стен из ячеистого бетона автоклавного твердения широко применяется цементно-известково‑песчаная штукатурка для мелких блоков и водоотталкивающая паропроницаемая окраска для панелей. Во внутренней отделке в абсолютном большинстве применяются известково‑песчаные или цементно-известково‑песчаные растворы в виде штукатурки при кладке стеновых ограждений из блоков и цементно-песчаная замазка или тонкий слой штукатурки для стеновых ограждений из панелей.

В настоящее время единственным нормативным документом, где приведены требования к защитно-декоративным покрытиям наружных стеновых ограждений из ячеистого бетона автоклавного твердения, является СТО 501–52–01–2007. Данный документ разработан Центром ячеистых бетонов, в котором указаны допустимые значения для следующих показателей защитно-декоративных покрытий:

• сопротивление паропроницанию;
• водонепроницаемость за 24 часа;
• адгезия к ячеистому бетону;
• морозостойкость;
• устойчивость к разрыву по трещине в ячеистом бетоне;
• стойкость к попеременному увлажнению и высыханию.

Европейский стандарт EN 998–1:2003, действующий в странах Евросоюза, дополнительно к СТО 501–01–2007 декларирует плотность раствора, класс по прочности на сжатие, теплопроводность, огнестойкость.

Защитно-отделочное покрытие для ячеистого бетона помимо таких общих свойств, как прочность сцепления, светостойкость, стойкость к атмосферным воздействиям, эластичность должно иметь нормированную величину паропроницаемости для обеспечения конструкции нормального тепловлажностного режима в процессе эксплуатации.

Как декоративные, так и защитные покрытия должны выполнять две основные функции. Заключаются они в том, что, с одной стороны, покрытия должны препятствовать проникновению влаги любого агрегатного состояния вовнутрь стенового ограждения, с другой стороны, не являться сдерживающим фактором для отдачи влаги наружными слоями ограждения в окружающую среду.

Для ячеистого бетона автоклавного твердения должен быть отдельный нормативный документ типа «Пособие по проектированию и возведению ограждающих конструкций жилых и общественных зданий с применением изделий из ячеистого бетона автоклавного твердения (армированных и неармированных)», устанавливающий конкретные нормативные требования к защитно-декоративным покрытиям.

По материалам доклада Г. С. Гарнашевич, к.т.н., заведующей лабораторией теплофизических исследований,

Е. Я. Подлузского, первого заместителя генерального директора по научно- исследовательской работе,

Н. П. Сажнева, к.т.н., А. П. Носули, заместителя генерального директора ГП «Институт НИИСМ»