1Пак А.А., 1Сухорукова Р.Н., 2Цирлин А.М., 2Андреев Д.А., 3Белогловский С.Я., 3Черноусов А.А.

1Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева  КНЦ РАН, Апатиты, Россия

2ИПС РАН, г. Переславль-Залесский Ярославской обл.,

3ОАО «Северные кристаллы», г. Апатиты, Россия

Prerequisites to the creation of composite multi-layer articles on the basis of gas concrete and foam polystyrene, and techniques for their production, are described. The articles are made in closed moulds from gas-concrete and polystyrene mixture during a heat and wet treatment in a curing pit at 85-100°С. Owing to an optimal ratio of carrying and heat-insulating layers and moulding of a multi-layer article, which is monolithic in section and has seamless joints of structural elements, a drastic improvement in performance of the resulting material is achieved. Fig. - 1, tables - 2, bibl. - 3 titles.

В 2006 г. общая площадь жилищного фонда России составила около 3 млрд. м², из них около трети жилищ  имеют износ более 70%. В период с 1998 по 2001 годы площадь ветхого и аварийного жилья в России росла значительно быстрее  по сравнению с новым жилищным строительством. С 2002 г. темпы роста ветхого и аварийного жилья снизились, тем не менее и в настоящее время его объемы превышают объемы нового строительства почти в 2 раза. В России в 2006 г. было построено 50,2 млн м² жилья (для сравнения: за 1987 г. было введено 75 млн м², а в период перестройки российской политической и социально-экономической системы объем строительства жилья снизился до минимального уровня в 2000 г. до 30,3 млн м²). Для ликвидации дефицита жилья в России необходимо построить 1,5 млрд. м² жилой площади,  что составляет половину того, что есть сейчас. Чтобы в ближайшие 10-15 лет обеспечить всех нуждающихся жильем, надо в год строить не менее 140-150 млн м². Строительство дорого (элитного) жилья никак не улучшило жилищную ситуацию у нуждающихся 70% граждан. За последние 15 лет только 10% состоятельных граждан значительно улучшили свои жилищные условия, обеспечив в среднем по 65 м² на человека. У большей части населения до сих пор приходится менее 15 м² общей площади на человека. Показателем уровня социально-экономического развития общества является обеспеченность гражданина жилой площадью. В среднем на одного жителя РФ приходится более 20 м² (21,2 м²), что больше установленного социального минимума 18 м² общей площади и соответствует абсолютному минимуму общей площади жилища на человека в странах с развитой рыночной экономикой. Во многих странах на человека приходится 40-80 м². В США средний возраст жилых зданий составляет 23 года, срок эксплуатации 46 лет, при этом в год строится до 900 млн м² жилья, или 3 м² на человека  [1].

До недавнего времени в России наиболее дешевыми считались многоквартирные дома в 5-9 этажей. Опыт жилищного строительства большинства развитых стран показывает, что наиболее перспективны и эффективны малоэтажные дома усадебного типа с блокированной застройкой высокой плотности с максимальным соблюдением комфортности проживания.

Реализация национальной программы «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» ставит в первую очередь задачи обеспечения строительного комплекса доступными, экономичными и высококачественными строительными материалами, обладающими необходимыми физико-механическими и эксплуатационными характеристиками. Особое значение эти задачи имеют для северных регионов, где по-прежнему остро стоят вопросы освоения местных природных ресурсов, высоки транспортные затраты по доставке материалов и оборудования.

В связи с введением в действие с 01.10.2003 г. на территории России новых СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» и значительным ужесточением требований по снижению тепловых потерь, повышению комфортности проживания в жилищах возникла объективная необходимость в новых теплоэффективных стеновых материалах, т.к. старые материалы и конструкции, такие как керамический и силикатный кирпичи, тяжелый, легкий или даже ячеистый бетоны, уже никак не могут соответствовать новым требованиям. Требуются новые технологические решения, новые, более термоэффективные стеновые и теплоизоляционные материалы.

В последние 10-15 лет все больше появляется информации о производстве и применении в строительстве бетонных и железобетонных изделий с использованием гранул вспененного полистирола. Происходит это потому, что гранулы пенополистирола обладают рядом свойств, с которыми не могут сравниться другие заполнители легких бетонов. Так, их коэффициент теплопроводности при плотности от 15 до 85 кг/м³ составляет 0,029-0,044 Вт/(м·°С), гигроскопичность не превышает 0,4% по массе, а водопоглощение - 0,5-1% по массе. Однако гранулам пенополистирола присущ ряд существенных недостатков: способность электризоваться с образованием взрывоопасных смесей, пожароопасность, низкие огне- и теплостойкость, плохое сцепление с цементным камнем. Благодаря проводимым исследовательским и производственным работам удалось значительно уменьшить или устранить большинство недостатков пенополистирола (применение поризующих добавок, антипиренов и др.). Популярность полистиролбетона (бетон с заполнителем из гранул вспененного полистирола) на отечественном строительном рынке стала расти последние 25 лет (на западном - более 40), однако до настоящего времени относительные объемы его использования невелики, хотя преимущества полистиролбетонных изделий (блоки, панели) неоспоримы: снижение трудозатрат и материалоемкости при возведении ограждений, затрат на отопление здания, высокая технологичность, тепло-, звуко-, гидроизоляция. В табл. 1 представлены некоторые технические характеристики полистиролбетона в сравнении с другими материалами.

Таблица 1 Сравнительные характеристики различных материалов и полистиролбетона

Однако, по нашему мнению, полистиролбетон с равномерно распределенными по всей массе бетонной смеси гранулами вспененного полистирола имеет ограниченную несущую способность, а также недостаточно низкую теплопроводность ввиду незначительной прочности заполнителя при наличии тонких цементных межзерновых перегородок.

В институте химии КНЦ РАН разработана технология слоистых стеновых и теплоизоляционных изделий из полистиролгазобетона (ПГБ), подтвержденная патентами РФ №2259272 и 2286249. В разработанных способах для формирования наружных несущих слоев вместо виброуплотняемых бетонов используется литая газобетонная смесь. Кроме того, для создания теплоизоляционного слоя по новой технологии используется суспензионный бисерный полистирол - в невспененном или частично вспененном состоянии. В основу технологии положен механизм увеличения объема газобетонной смеси и полистирола при их разогреве. В результате химической реакции между алюминиевой пудрой и известью, содержащейся в бетонной смеси, выделяется газ - водород, который вспучивает бетонную смесь, увеличивая ее объем в 1,5-2 раза.

Максимальное газообразование и вспучивание происходят при 35-45°С в течение 45-60 мин. При более низких температурах эти процессы существенно замедляются. Гранулы полистирола увеличиваются в объеме гораздо быстрее - в течение 3-5 мин и больше -  в 30-50 раз, но уже при температурах 85-105°С. В то же время, как известно, наиболее распространенный метод ускорения твердения бетона - пропаривание осуществляется практически при тех же температурах -  85-95°С. Благодаря оптимальному соотношению несущих и теплоизоляционных слоев,  формированию многослойного изделия монолитного сечения с бесшовным соединением конструктивных элементов, достигается существенное повышение эксплуатационных свойств материала (табл.2).

Таблица 2  Физико-механические свойства полистиролгазобетона

Как видно из табл.2, по большинству испытанных свойств ПГБ превосходит наиболее эффективный из известных стеновых материалов - ячеистый бетон, а также выпускаемый полистиролбетон. Многослойные композиционные полистиролгазобетонные стеновые изделия, обладающие значительно меньшей теплопроводностью, чем известные стеновые материалы, позволяют возводить стены без увеличения их толщины при сохранении всех остальных эксплуатационных показателей, или же исключить трудоемкие теплоизоляционные работы на строительной площадке.

В капиллярно-пористых телах, к которым относятся ограждающие каменные конструкции, внутренний перенос тепла и влаги происходит в основном при образующемся градиенте температур на противоположных поверхностях изделия, причем этот процесс носит многофакторный и неравновесный характер [2]. Ограждающая конструкция должна обеспечить требуемое сопротивление теплопередаче R₀ при отсутствии внутренней влагоконденсации для большей части диапазона температур на ее холодной стороне. В работе [3] отмечается, что отрицательные температуры и повышенный влажностный режим не ухудшают теплозащитные свойства и прочностные показатели пенополистирольных плит. Выполненные нами расчеты профилей температуры и давлений водяного пара в ограждающей конструкции, состоящей из двухслойного или трехслойного полистиролгазобетонного блока и облицовочных слоев из гипоскартонной сухой штукатурки внутри и керамического кирпича снаружи при общей толщине ограждения 350 мм (газобетонный слой-120, теплоизолирующий-95, керамический кирпич-125, гипсокартон-10) обеспечивают сопротивление теплопередаче R₀ = 3,5 (м²·°С)/Вт, требуемое по климатическим условиям Мурманской обл. (Рисунок). Как видно из рисунка, точка росы располагается в слое утеплителя, что не изменит теплозащитных свойств полистиролгазобетонного ограждения.

Рисунок. Ограждающая конструкция, состоящая из стандартного трехслойного блока и облицовочных слоев

Таким образом, разработанные многослойные изделия из полистиролгазобетона позволяют возводить ограждающие конструкции зданий, обеспечивающие тепловлажностные условия в помещениях, соответствующие современным требованиям.

Литература
1. Морозикова Л.А. Жилищное строительство в России: итоги 2006 года //Строительные материалы. - 2007. - №6. - С. 4-5.
2. Семченков А.С. Обоснование конструктивных решений и стоимости зданий для доступного и комфортного жилья // Строительные материалы. - 2007. - №6. - С. 6-9.
3. Влагоперенос в многослойных изделиях из полистиролгазобетона / А.А.Пак, Р.Н.Сухорукова, Д.А.Андреев, А.М.Цирлин / Строительные материалы. - 2007. - №6. - С.48-49.

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья том 2