Термоблоки - решение проблемы дорогого жилья

    Анализ сложившегося положения в формировании жилищного фонда, важнейшей задачей которого является снижение стоимости жилища за счет удешевления строительных материалов и изделий, позволил разработать концепцию строительства жилых домов, отличительными особенностями которой являются:
   - использование в качестве единственного заполнителя в бетоне дешевого местного сырья – строительного песка или заменяющих его промышленных отходов;
   - реализация широкого спектра архитектурно-планировочных решений;
   - применение унифицированной номенклатуры сборных изделий, в подавляющем большинстве дешевых штучных неармированных, обеспечивающих возможность как механизированного, так и полностью ручного монтажа зданий (для малоэтажного строительства);
   - использование вибропрессования, как основной технологии для производства штучных малоразмерных изделий;
   - включение в состав номенклатуры изделий для благоустройства участков и малых архитектурных форм;
   - обеспечение производства всех конструкций «на дом» в условиях малых предприятий, характеризующихся низкой капиталоемкостью и быстрой окупаемостью.
   Разработана номенклатура бетонных изделий, изготавливаемых вибропрессованием: фундаментные блоки, фундаментные подушки, блоки наружных стен (термоблоки), блоки внутренних стен и перегородок, блоки перекрытий, черепица, изделия для благоустройства и отделки – детали оград, тротуарная плитка, газонный бордюр, плиты отделочные и др. (табл. 1).

   Вибропрессование позволяет изготавливать изделия без форм, в технологии используются рядовые карьерные, речные пески без предварительной их переработки.
   Предполагается использование песчаных бетонов с различной степенью поризации:
   - особо плотных вибропрессованных (черепица, элементы благоустройства и отделки, оболочка термоблока);
   - вибропрессованных из тощих смесей с воздухововлечением до 8% (блоки внутренних стен, перегородок и перекрытий);
   - из умеренно жестких смесей, формуемых на виброплощадке (балки перекрытий, панели перекрытий, перемычки, ступени);
   - пеноцемента, включающего до 95% вовлеченного воздуха (плитный утеплитель, заполнение термоблока).
   Песок – единственный заполнитель в песчаном бетоне, являющийся наиболее дешевым и повсеместно распространенным строительным материалом. Стоимость песка для большинства регионов России в 2–3 раза ниже стоимости щебня твердых пород и в 6–10 раз ниже стоимости керамзитового гравия. Для реализации предлагаемой системы строительства разработан ряд новых технических решений. Одна из таких разработок – новый стеновой материал «термоблок».
   Необходимость обеспечить теплозащитные свойства ограждающих конструкций не позволяет изготавливать стеновые блоки из песчаного бетона, обладающего низкими теплофизическими характеристиками. С другой стороны, применение керамзитобетона, полистиролбетона и других бетонов на легком заполнителе привело бы к значительному удорожанию изделий, усложнению технологического процесса: дополнительным складам, трактам подачи, транспортировке дорогостоящих заполнителей из других районов. Таким образом, основной задачей в концепции жилищного строительства из песчаных бетонов в области конструкций является разработка стенового материала, отвечающего как требованиям по несущей способности, так и теплотехническим требованиям. Это тем более существенно, что стеновые материалы и перегородки составляют до 70% общего объема бетонных изделий, используемых при строительстве зданий.
   Термоблок (патент РФ RU № 2030527) – изделие размером 390x190x188 мм, включающее оболочку из высокопрочного плотного песчаного бетона и заполнитель из минерализованной цементом технической пены (МП) объемной массой 150 кг/м3. Характеристики материалов термоблока приведены в таблице 2, а схема кладки термоблоков представлена на рис. 1.
   Оболочка изготавливается на вибропрессующем оборудовании, предназначенном для изготовления щелевых блоков. Базовые отечественные вибропрессы для формования оболочек – ВИП-2ПБ, ВИП-4ПБ, базовые импортные вибропрессы с подъемной матрицей – SHLOSSER, MASA, MULTIMAT. На этих вибропрессах одновременно изготавливаются 3–12 оболочек, которые на следующем технологическом посту «по сырому» заполняются МП и после пакетирования направляются в камеру тепловлажностной обработки. Несущие функции в термоблоке выполняет оболочка, теплозащитные – заполнитель из МП. Использование минерализованной пены в качестве заполнителя позволяет исключить применение в технологии иных базовых материалов кроме цемента и песка.

   Для получения МП объемной массой g=150 кг/м3 были проведены исследования, цель которых – уменьшить размеры частиц цемента заводского помола, в первую очередь, за счет дробления крупных частиц и дезагрегации мелких.
   Для МП с указанной объемной массой и требуемой удобоукладываемостью использование цементов общестроительного назначения приводит к расслоению суспензии, что не позволяет получать теплозащитный материал требуемого качества.
   Увеличение удельной поверхности цемента в рамках предлагаемой технологии достигается в результате мокрого помола в баросмесителе, снабженном гидрокавитационной турбиной.
   Известно, что создание в цементной суспензии условий для принудительного движения жидкой фазы, приводит к тому, что крупные частицы цемента выпадают в осадок, а в указанном баросмесителе попадают с зону воздействия лопаток гидрокавитационной турбины, причем процесс седиментации регулируется объемом введения жидкой фазы и скоростью движения суспензии.
   Измельченные частицы цемента поднимаются вверх и выводятся из-под воздействия лопаток турбины. Процесс измельчения интенсифицируется в барокамере, а использование в составе МП хлористого кальция (ХК) позволяет не только ускорить твердение МП, но и содействует распаду зерен в процессе мокрого помола.
   Указанные положения позволили разработать достаточно простую технологию получения низкоплотной МП и оборудование для ее получения.
   В предложенном варианте (рис. 1) стены из термоблоков обладают высокими теплозащитными свойствами. По этому показателю стена толщиной 38 см равноценна 142 см кирпичной кладки или 95 см керамзитобетона и удовлетворяет теплотехническим требованиям при температуре наружного воздуха – 48°С.
   Разработана конструкция стен из термоблоков, содержащая только ложковые ряды, что обеспечивается наличием пазов на нелицевой грани термоблока. Пазы эти при сборке в кладку с перевязкой в соседних рядах оказываются напротив друг друга. Это позволяет для соединения соседних рядов кладки использовать П-образные элементы из арматурной проволоки, легко погружаемые в МП. Кладка оказывается надежно перевязанной при установке арматурных элементов через два ряда в третьем.
   Предлагаемая технология предоставляет уникальные возможности отделки блоков:
   - за счет изменения формы матрицы можно получать рельефные блоки, блоки с криволинейным и ломаным очертанием передней грани;
   - использование пигментов позволяет получать цветные блоки, возможно окрашивание (включено в технологический цикл) наружной грани блоков цветным коллоидно-цементным клеем;
   - возможно получение «колотой» и «каннелюрной» фактур лицевой грани блока, практически неотличимой от натурального камня при изготовлении спаренных блоков с последующим их раскалыванием (разработаны технология и оборудование для раскалывания).
   Поскольку при вибропрессовании все блоки формуются в одной форме-матрице, то их размеры в плане калиброваны с точностью до миллиметра. Разработан и патентуется способ изготовления вибропрессованием блоков калиброванной высоты, что, в свою очередь, позволяет объединять их в кладке на клеевых составах. Использование клеев на основе цемента вместо растворов позволяет не только сократить объем «мокрых» процессов в строительстве, снизить его себестоимость, но и улучшить теплотехнические характеристики стен, так как клей располагается не на всей горизонтальной поверхности термоблока, а только на «несущих» гранях оболочки, что исключает появление горизонтальных «мостиков холода».
   Использование минерализованной цементом пены позволяет обеспечивать надежное сцепление заполнителя с оболочкой, также включающей цемент в качестве вяжущего.
   Московскими институтами МНИИТЭП и ЦНИИПромзданий проведены теплотехнические расчеты стены из термоблоков толщиной 38 см.
   При объемной массе пеноцемента g=150 кг/м3 приведенное сопротивление теплопередаче составляет Ro=4,6 м2Ч°С/Вт, что значительно превышает требования норм.
   Вес термоблока – 13,2 кг при объеме изделия 14 л. Способность термоблока воспринимать нагрузки может изменяться в широком диапазоне. Действительно, увеличение толщины оболочки (от 25 мм – минимально допустимой по технологическим требованиям) и повышение марки бетона с М200 до М600 позволяют увеличить несущую способность блоков до уровня, допускающего строительство многоэтажных домов. С другой стороны, далеко не исчерпана возможность снижения объемной массы заполнителя при использовании других материалов, например, пеногипса с объемной массой 50 кг/м3, пеноизола – 20 кг/м3.
   Для стран с жарким климатом разработана модификация термоблока, не имеющая «мостиков холода» при однорядной кладке.
   Сравнительные характеристики термоблоков и наиболее распространенных стеновых материалов в московском регионе приведены в таблице 3.

   На рис. 2 – оборудование для производства термоблоков, в том числе вибропресс с механизмом подачи поддонов для формования оболочек, установка для производства особо легкой минерализованной пены, разливщик-дозатор для заполнения оболочек МП и манипулятор для съема поддонов с готовыми изделиями и размещения их в кассете.
   Уникальные свойства материала, простота технологии его изготовления, использование в качестве базовых материалов только цемента и песка, возможность получения в рамках единого технологического процесса блоков с разной несущей способностью и отделанной лицевой поверхностью делают термоблок стеновым материалом XXI века.