Материал: Строительство и недвижимость научный журнал. Мищенко В.Я., Мещерякова О.К

Выпуск 1(5), 2020

Annotation: the paper deals with the issue of construction of buildings and structures made of monolithic concrete, capable of performing not only the load-bearing, but also the enclosing function. The analysis of a number of lightweight concretes with both structural and thermal insulation properties. The increase in thermal efficiency is expected due to the use of porous aggregates of industrial production. The technical parameters of expanded clay, perlite, vermiculite and foam chips used as a filler in concrete mixtures are analyzed. At the same time, the focus of research is made on concretes used for shotcrete structures. On the basis of the analysis, graphs of the dependence of the density and thermal conductivity of the filler on the size of its granules are constructed. It is concluded that the most acceptable in terms of its technical characteristics, including the cost and versatility of applying a concrete mixture, is perlite.

Key words: lightweight concrete, thermal insulation material, technical characteristics, expanded clay, perlite, vermiculite, foam crumb.

На протяжении многих столетий бетон широко применяется в строительстве. Несмотря на широкий выбор современных стройматериалов, он, по-прежнему, занимает лидирующие позиции среди конструкционных материалов.

Бетон – универсальный материал для возведения построек различного типа и назначения для изготовления строительных конструкций всевозможных габаритов и сложности. В состав современных бетонов, наряду с традиционными компонентами, входят разного рода наполнители и добавки, посредством которых можно варьировать свойствами бетонной массы. [1]Изделия из бетона отличаются рядом преимуществ, такими как прочность, долговечность, механическая стойкость. Однако есть и существенный недостаток, выраженный низкими теплоизоляционными свойства. Для придания теплоэффективных свойств необходимо утеплять конструкцию.

На текущий момент рынок строительных материалов предлагает массу различных вариантов утепления, и выбор того или иного способа сохранения тепла зависит от особенностей определенного основания, способа нанесения смеси, условий эксплуатации и ряда других факторов. Для утепления бетонных конструкций и изделий применяют листовые, рулонные, вспененные, а также сыпучие материалы, изготовленные на основе разнообразных конструкционных элементов и отличающиеся между собой теплопроводностью, плотностью и прочностью. [2]

Решая вопросы энергосбережения и максимально эффективного использования тепловой энергии монолитного строительства в данной статье более детально рассмотрим характеристики сыпучих утеплителей.

Монолитное строительство является наиболее актуальной, перспективной и востребованной технологией, применяющейся при возведении зданий и сооружений в современном строительстве. Усовершенствование свойств бетонных смесей позволит избежать трудоемкого метода многослойного утепления конструкций.

В настоящее время широкое применение практически во всех отраслях хозяйственной деятельности: в гидротехнике, в объектах АЭС, в мостостроении, при возведении самых разнообразных промышленных, сельскохозяйственных и гражданских объектов получили арочные своды, которые представляют собой здания, где стены и покрытие являются единым целым, тем самым, позволяет уменьшить теплопотери в здании через стыки (швы) в конструкциях [3]. Такие своды возводятся методом торкретирования. Торкретирование предполагает послойное механизированное нанесение бетонной смеси под давлением сжатого воздуха на поверхность. Данный способ обеспечивает высокую плотность нанесенного слоя, его прочность, водонепроницаемость, долговечность, морозостойкость, устойчивость к различным воздействиям.

Конструкционно – теплоизоляционный бетон, в состав которого входит пористый заполнитель, выполняющий функцию утеплителя. Он относится к числу легких бетонов,

45

Выпуск 1(5), 2020

обладающий средними прочностными параметрами и достойными теплоизоляционными характеристиками. Данный тип бетона получил широкое применение при возведении однослойных ограждающих конструкций, при утеплении стен и перекрытий.

Предпочтительность в использовании конструкционно – теплоизоляционного бетона обусловлена следующими факторами:

обладанием наиболее высоких характеристик прочности, но меньшей усадкой и ползучестью, путем достижения близкой плотности бетона с заполнителем;

снижением давления на основание сооружения;

уменьшением теплопроводности конструкций, снижая затраты на отопление;

сокращением трудоемкости монтажных и погрузочно–разгрузочных работ.

Для приготовления конструкционно – теплоизоляционных бетонов наиболее востребованы такие заполнители как: керамзит, перлит, вермикулит и гранулированный пенопластовая крошка [1]. Рассмотрим основные свойства, достоинства и недостатки каждого из них.

Керамзит представляет собой легкий пористый материал, полученный в результате вспучивания обожженной глины. В результате формируются пронизанные порами гранулы правильной формы [4].

По величине фракций выделяют три группы керамзита:

Керамзитовый песок – гранулометрический состав не превышает 5 мм.

Керамзитовый гравий – круглые фракции размером от 5 до 20 мм.

Керамзитовый щебень - достаточно крупные гранулы разнообразной формы, достигающие размера от 20 до 40 мм [4].

Анализируя технические характеристики керамзита можно проследить зависимость плотности и теплопроводности от размера гранул.

Рис. 1. Зависимость теплопроводности от размера гранул

46

Выпуск 1(5), 2020

Рис. 2. Зависимость плотности от размера гранул

В качестве строительного материала керамзит используют для производства легкого бетона, для создания бетонной, сухой стяжки, для утепления полов, крыш, стен и фундаментов, для повышения звукоизоляции помещений.

Исходя из обширной области применения можно выделить положительные качества материала, такие как:

высокая тепло- и звукоизоляции;

небольшой вес, следовательно, снижение нагрузки конструкции на основание.

огнеустойчивость;

экологичность;

биологическая устойчивость - не поддается воздействию насекомых и грызунов;

низкая стоимость по сравнению с перлитом и вермикулитом.

Данный материал имеет и отрицательные стороны:

склонен к высокому водопоглащению;

обладает высокой хрупкостью.

Перлит – материал, полученный путем обжига при температуре 900 – 1100°C измельченной горной породы вулканического происхождения. Под воздействием высоких температур объем вещества увеличивается в 4-20 раз [5].

По величине фракций выделяют следующие группы перлита: Строительный перлит – размер фракций от 0,16-2,5 мм; Агроперлит – фракционный состав от 2,5 - 5,0 мм [6].

Как утеплитель перлит используется в следующих формах:

насыпной материал, используют для засыпки полов и междуэтажных перекрытий,

атакже для засыпки пустот в кладке стен;

плита – довольно распространенная и простая форма утеплителя;

стеновые изделия, блоки;

сухие строительные смеси - создание теплой штукатурки и заполнение полостей кирпичной кладки.

Анализируя технические характеристики перлита можно проследить зависимость плотности и теплопроводности от размера гранул.

47

Выпуск 1(5), 2020

Рис. 3. Зависимость теплопроводности от размера гранул

Рис. 4. Зависимость плотности от размера гранул Перлит имеет целый ряд достоинств:

тепло- и звукоизоляционные показатели значительно выше, чем у керамзита;

небольшой вес, существенно ниже, чем у керамзита;

огнеустойчивость - обладает повышенной температурой плавления - 1260 градусов, что дает возможность его применения в огнестойких конструкциях;

высокая термостойкость – способен выдержать изменения температуры от –200

до +900 С [6];

экологичность – не выделяет вредных веществ при высоких температурах, не вызывает аллергических реакций;

биологически стойкий материал;

устойчив к химическим воздействиям;

паропроницаемость – дает возможность испарению лишней влаги;

хорошая адгезия;

высокая «текучесть» - дает возможность насыпному перлиту равномерно заполнить пустоты в конструкциях;

долговечность.

стоимость в несколько раз ниже, по сравнению с вермикулитом.

48

Выпуск 1(5), 2020

Несмотря на обширный ряд положительных качеств у перлита все же имеются недостатки:

высокая гигроскопичность – способен активно как поглощать воду, так и отдавать ее. Решение данного недостатка компенсируется использованием перлита в комплекте с мембранной гидроизоляцией;

«пыльный» материал – из-за наличия пылеватых частиц возможен риск попадания

вдыхательные пути, во избежание этого необходимо работать в респираторах.

Вермикулит – минерал, имеющий форму пластинчатых кристаллов крупного размера, возникший по итогу гидратации и других изменений ферромагнизеальных слюд. При повышенных температурах вермикулитовая слюда мгновенно вспучивается, достигая десятикратного увеличения в объеме. Размером фракций вермикулита для применения его в бетоне не должен превышать 4 мм.

Вермикулит используется в создании теплых штукатурок и бетонных смесей, добавляют в кладочные растворы для предотвращения образований мостиков холода между рядами кладки

[7].

Анализируя технические характеристики вермикулита можно проследить зависимость плотности и теплопроводности от размера гранул.

Рис. 5. Зависимость теплопроводности от размера гранул

Рис. 6. Зависимость плотности от размера гранул

Вспученный вермикулит обладает рядом достоинств:

тепло- и звукоизоляционные показатели немного выше, чем у перлита.

небольшой вес, чуть ниже, чем у перлита;

49