Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Свойства стеновых изделий и конструкций из автоклавного газобетона

А. С. Горшков, директор учебно-научного центра «Мониторинг и реабилитация природных систем» ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», главный технический советник проекта ПРООН-ГЭФ «Энергоэффективность зданий на северо-западе России», кандидат технических наук

Н. И. Ватин, директор Инженерно-строительного института, заведующий кафедрой «Строительство уникальных зданий и сооружений» ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», профессор, доктор технических наук

С. В. Корниенко, доцент кафедры «Архитектура зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет», кандидат технический наук

И. И. Пестряков, директор Испытательного центра ОНТИ ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Введение

Автоклавный газобетон в виде стеновых блоков в настоящее время получил широкое распространение в Российской Федерации, а также в странах Восточной Европы. В то же время в странах Западной Европы и особенно в странах Скандинавии стеновые изделия из газобетона в настоящее время применяются крайне редко [1]. Несмотря на полученный именно в скандинавских странах толчок для развития в настоящее время на территории этих стран нет ни одного крупного производства по выпуску данного типа изделий.

Пик популярности изделий из автоклавного газобетона в странах Западной Европы и Скандинавии закончился с началом реализации комплексной программы энергосбережения и повышения энергетической эффективности зданий. Стены, выполненные кладкой из газобетонных блоков без дополнительного утепления, не могут обеспечить современные требования к уровню теплоизоляции, принятые в этих странах.

Высокая начальная влажность изделий делает процесс утепления газобетонных стен снаружи рискованным с точки зрения обеспечения требуемого температурно-влажностного режима наружных ограждений, даже несмотря на то, что значительная часть влаги может удаляться посредством систем вентиляции и кондиционирования.

Следует отметить, что требования к уровню теплоизоляции (в Российской Федерации принят термин: «тепловой защиты») наружных стен в скандинавских странах существенно выше, чем в России несмотря на сопоставимые характеристики климата в отопительный период эксплуатации [2]. По этой причине в нашей стране до сих пор имеет место строительство стен из газобетонных блоков без дополнительного утепления. Однако подробный анализ того, насколько это оправданно, не производился.

Существует довольно большое разнообразие различных стереотипов о материале, которые также требуют своей объективной оценки.

Свойства стеновых изделий из автоклавного газобетона в настоящее время достаточно хорошо изучены. Это позволяет объективно оценить его конкурентные преимущества и недостатки.

В рамках настоящего обзора проведена оценка положительных и отрицательных потребительских качеств материала и изделий, а также анализ нормативной документации и распространенных в практике строительства технических решений, на основании которых даны рекомендации по области применения газобетонных блоков в строительстве зданий на территории Российской Федерации.

1. Основные положительные потребительские свойства и конкурентные преимущества

Преимущества изделий стеновых неармированных из ячеистого бетона автоклавного твердения (именно так следует правильно указывать наименование данного типа изделий) хорошо известны. Однако среди них есть такие, которые следует выделить особо.

1.1. Доступность сырьевых компонентов

Газобетонные блоки изготавливаются из доступных в России сырьевых компонентов: песка, извести, цемента, воды, гипса, алюминиевой пудры или пасты. К импортным материалам, которые могут понадобиться при производстве изделий, следует отнести запчасти к основному выпускающему оборудованию, которое на российский рынок в подавляющем большинстве случаев поставляют европейские или китайские компании. В этой связи заводам-производителям периодически требуется замена или ремонт запчастей, которые приходится закупать за границей. Однако большинство современных заводов имеет сравнительно недавнюю историю (не более 10 лет на рынке), а выпускающее изделия оборудование характеризуется высокой степенью надежности, что обуславливает сравнительно небольшие затраты на эксплуатацию при замене или ремонте тех или иных его частей.

1.2. Низкая пожарная опасность и высокая огнестойкость

Газобетонные блоки имеют группу горючести НГ по ГОСТ 30244, класс пожарной опасности КМ0 согласно ФЗ-123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», класс А1 согласно европейскому стандарту EN 13501-1. Стеновые конструкции обладают высокими пределами огнестойкости и классом пожарной опасности согласно ГОСТ 30403, поэтому практически не требуют применения средств огнезащиты для достижения нормируемых характеристик здания.

1.3. Точность изделий

Подавляющее большинство современных производителей выпускают изделия на импортных линиях, которые обеспечивают выпуск изделий с высокой точностью. Большинство из них выпускают изделия так называемой I категории, с допусками:

– по высоте: ± 1 мм;

– по ширине: ± 2 мм;

– по длине: ± 3 мм.

Точность изделий позволяет выполнять кладку не только на цементно-песчаном растворе (с толщиной швов 6–10 мм), но и на специальных цементных клеях (с толщиной шва 2–4 мм), а для ненесущих стен, в том числе с использованием в качестве скрепляющих блоки составов полиуретановых клеев [3], что обеспечивает более высокую теплотехническую однородность стеновых конструкций. Аналогичной возможностью применения специальных полиуретановых клеев обладает и крупноформатная керамика, но в практике строительства зданий из керамических блоков полиуретановые клеи практически не применяются. Для выполнения кладки на специальных клеях изделия требуют дополнительной шлифовки, что увеличивает как время их производства, так и цену изделий. По этой причине очень небольшое количество заводов-производителей крупноформатной керамики производит процедуру шлифовки изделий.

1.4. Технологичность кладки и высокая производительность работ

Изделия имеют сравнительно небольшую плотность (в сухом состоянии от 400 до 600 кг/м³), изделия легко пилятся, штробятся, сверлятся. В настоящее время практически все производители предлагают специальные приспособления (штроборезы, каретки, угольники, рубанки, пилы ручные) для того, чтобы облегчить работу каменщиков. В совокупности набор этих инструментариев обусловливает высокую технологичность и производительность работ. Один блок размером 625×375×250 мм (Д×Ш×В) по объему заменяет примерно 30 кирпичей стандартного размера 250×120×65 мм. Каменщику при выполнении работ приходится выполнять меньше операций на подходы к поддону, подъем изделий, укладку, выравнивание, подбивание, нанесение строительного раствора. Ввиду всех перечисленных выше обстоятельств производительность работ при выполнении кладки из газобетонных блоков оказывается существенно выше по сравнению с кладкой из кирпича. Среди керамических изделий существуют крупноформатные камни, например, камни 14,9 НФ размером 260×510×219 мм (Д×Ш×Т), но допуски по геометрии таких изделий и их вес оказываются больше. Кроме того, многие технологические операции при кладке стен оказываются более продолжительными, а отрезание изделий и прорезание штроб и отверстий в стенах приходится выполнять с использованием специального электроинструмента.

1.5. Низкая стоимость изделий

Доступность сырьевых компонентов, а также сравнительно небольшие затраты энергоресурсов на производство газобетонных блоков по сравнению с керамическими изделиями делают их производство менее дорогостоящим, а себестоимость изделий — более низкой. Как известно, при прочих равных условиях определяющим фактором при выборе материала для строительства дома является цена, и в этом отношении стеновые изделий из автоклавного газобетона марок по плотности D400–D600 имеют существенные преимущества по сравнению с силикатными изделиями и стеновыми изделиями из керамики (кирпич, крупноформатные камни).

Следует, однако, отметить, что далеко не всегда низкая стоимость изделий определяет более низкие затраты на строительство, но об этом будет речь пойдет уже в следующем разделе, в котором покажем ограничения областей применения изделий стеновых из автоклавного газобетона.

2. Основные отрицательные потребительские свойства и ограничения

Как и любой другой тип строительных изделий, газобетонные блоки имеют свои ограничения по области их применения. Эти ограничения нельзя в полной мере назвать недостатками. Действительно, если продолжить сравнение газобетонных блоков с кирпичными изделиями, то следует указать на то, что прочность газобетона окажется существенно ниже керамического или силикатного кирпича. Но в этом случае не следует из него возводить несущие или самонесущие стены той же высотности и этажности, что и из силикатного кирпича, например, марки М200. Однако если требуется построить трехэтажное здание с несущими стенами, то стеновые изделия из автоклавного газобетона вполне могут быть использованы в данном случае при соответствующем расчетном обосновании по прочности и устойчивости.

В то же время, если речь идет об условиях крепления внутренних и наружных каменных слоев многослойных стен или крепления слоя теплоизоляции к основанию, то более плотные материалы, безусловно, обеспечат более надежные условия крепления, и это обстоятельство будет объективно отражать конкурентные преимущества более плотных, по сравнению с изделиями из автоклавного газобетона, каменных или бетонных строительных изделий.

Достаточно широко и подробно ограничения по области применения изделий из автоклавного газобетона рассмотрены в работах [1, 4].

2.1. Влажностный режим стеновых конструкций

В Интернете, при обсуждении негативных качеств газобетонных изделий, распространены следующие убеждения:

1. Газобетон «боится» воды (гидрофилен).

2. Газобетон «сосет» воду из воздуха (гигроскопичен).

Действительно, если блоки поместить в воду, то влага с течением времени заполнит собой все или практически все воздушные полости, коих может быть до 90% по объему изделий [38]. Фактическая влажность изделий по массе может достигать 100%. Это означает, что, например, для изделий марки по плотности D 500 (со средней плотностью порядка 500 кг/м³) фактическая плотность изделий повысится до 1000 кг/м³.

По этой причине блоки не рекомендуется применять во влажных и мокрых помещениях. Повышенная влажность изделий отрицательно скажется как на их теплофизических характеристиках (теплопроводности), так и механических (прочности). Уменьшится также и их долговечность. Последнее обстоятельство обусловлено тем, что начиная с некоторой критической влажности изделий, при которой будет происходить заполнение водой не только мелких капилляров, но и крупных пустот, последующее замораживание изделий будет приводить к появлению многочисленных трещин, выбоин, сколов и, в конечном итоге, к расслоению изделий на отдельные фрагменты. В этом убеждают не только исследования отдельных авторов [5], но и результаты натурных обследований объектов, в помещениях которых в течение длительного срока наблюдается высокая влажность внутреннего воздуха и отсутствует защита внутренних поверхностей стен из газобетонных изделий. В основном такие разрушения наблюдались на производственных объектах, а также на объектах некоторых животноводческих хозяйств с повышенной влажностью.

Справедливости ради следует отметить, что в подавляющем большинстве случаев изделия из газобетонных блоков применяются в помещениях с сухим и нормальным режимом эксплуатации помещений (большинство помещений жилых зданий и зданий общественного назначения) и описанные выше явления, связанные с переувлажнением в процессе эксплуатации стеновых конструкций, выполненных кладкой из газобетонных блоков, крайне редки. Для жилых и общественных зданий с сухим и нормальным режимами эксплуатации помещений переувлажнение отдельных участков стен может происходить в результате замачивания стен снаружи, например, при ненадлежащем водоотводе с кровли, повреждении водосточных труб, воронок, карнизов, нарушении гидроизоляции в местах сопряжения покрытий со стенами, а также на парапетах. В этом случае также может наблюдаться локальное повреждение переувлажненных участков стен.

Еще одной потенциальной причиной для возникновения условий по переувлажнению стеновых конструкций в нижней части стен является отсутствие цоколя требуемой высоты, выполненного из бетона или полнотелого керамического кирпича. Именно по этой причине производители в альбомах технических решений [6] рекомендуют первый ряд кладки из газобетонных блоков начинать с уровня 500 мм выше уровня земли. При невыполнении данного условия в периоды оттепелей неубранный с отмостки снег может приводить к переувлажнению блоков нижнего ряда кладки. Кроме того, высокий цоколь уменьшает риск попадания грунтовой воды по капиллярам материалов, из которых выполнен цоколь здания.

Для предохранения стеновых конструкций от грунтовой влаги в них устраивают гидроизоляционные слои, препятствующие доступу влаги из грунта в конструкции.

На одном из строящихся в зимнее время объектов снег через незаполненные оконные проемы попадал в помещения, оттаивал, стекал под уложенный на полу утеплитель (экструдированный пенополистирол), увлажняя постепенно нижний ряд блоков, а при повторном появлении заморозков приводил к разрушению нижнего ряда кладки примерно на 1/3 ее толщины.

По этой причине при проектировании наружных стен зданий из газобетонных блоков следует применять их для помещений с сухим (с влажностью внутреннего воздуха до 50%) и нормальным (с влажностью воздуха свыше 50 до 60%) режимами эксплуатации (в интервале температур 12–24 ºС); при строительстве — четко соблюдать все требования проектной документации, дабы предотвратить все пути возможного замачивания изделий в процессе эксплуатации; при эксплуатации — следить за техническим состоянием элементов зданий, предназначенных для удаления влаги с крыши, а также для защиты строительных конструкций от увлажнения.

Если материал находится в правильных условиях эксплуатации и не происходит его переувлажнения в результате допущенных при строительстве или эксплуатации ошибок или нарушений, то следует признать, что боязнь того, что газобетон «боится» влаги или что он «сосет» влагу изнутри, сильно преувеличена. Если в помещениях наблюдается сухой и нормальный режим эксплуатации и произведена отделка стен изнутри (стены оштукатурены, на них наклеены обои), то критического увлажнения стен, как правило, не происходит. К тому же большинство современных обоев имеет одно или несколько полимерных покрытий, которые в совокупности с клеем для обоев создают достаточно эффективный пароизоляционный барьер, который в значительной степени ограничивает поток водяного пара через стеновое ограждение изнутри, образующийся в результате установления в зимний период эксплуатации разности парциальных давлений водяного пара изнутри и снаружи стеновых конструкций.

На одном из объектов с наружными стенами из газобетонных блоков, строительство которого продолжалось вплоть до конца осени, при включении в здании отопления наблюдалось интенсивное появление влаги (протечки) из систем вентиляции. Появление протечек было обусловлено тем, что при включении системы отопления происходило интенсивное осушение наружных и внутренних стен. В помещениях наблюдалась очень высокая влажность внутреннего воздуха (более 70%). Влажный воздух из помещений поступал в систему вентиляции, где в зоне расположения холодного чердака конденсировался с появлением большого количества воды, которая стекала по стенкам вентиляционных каналов обратно в помещения. В той или иной степени этот процесс продолжался в течение нескольких недель и мог увеличиться, если в помещениях еще продолжали производиться какие-либо мокрые технологические процессы. При этом при осмотре здания со стороны улицы на наружной штукатурке местами наблюдались мокрые пятна и высолы.

2.2. Перетопы в первые годы эксплуатации

Другой важной проблемой, связанной с высокой влажностью изделий из автоклавного газобетона, является ухудшение их теплотехнических характеристик. Известно, что теплопроводность любых материалов зависит от степени их увлажнения. Замещение воздуха в порах и капиллярах материала водой приводит к ухудшению его теплоизоляционных характеристик (увеличению теплопроводности).

Когда проектируется новое здание, инженер определяет, в том числе, расчетное (проектное) энергопотребление и мощность системы отопления. В этом случае он пользуется расчетными теплотехническими характеристиками применяемых при проектировании (а впоследствии и при строительстве) строительных материалов и изделий. Основным теплотехническим показателем строительных материалов и изделий является теплопроводность. Как было показано выше, в сухом состоянии теплопроводность может иметь одни значения, а во влажном — другие (более высокие). Поэтому существует теплопроводность в сухом состоянии (при нулевой влажности) и расчетная (эксплуатационная) теплопроводность, которая учитывает некоторую, отличную от нуля, влажность изделий. В нашей стране в соответствии с действующими нормами по тепловой защите теплопроводность определяется для некоторых условий эксплуатации, условно разделенных на два класса — условия эксплуатации «А» и условия эксплуатации «Б».

Ввиду того, что влажность большинства эксплуатируемых в наружных ограждениях материалов и изделий отличается от нулевой, расчетная теплопроводность изделий несколько отличается от теплопроводности в сухом состоянии, и, чем влажность изделий выше, тем расчетная теплопроводность окажется выше теплопроводности того же материала или изделия в сухом состоянии.

От величины расчетной теплопроводности материалов и изделий, которые применяются в составе наружных ограждающих конструкций (стен, покрытий, чердачных перекрытий, перекрытий над подвалами и т. д.) зависят проектные значения мощности системы отопления и энергопотребления объекта в отопительный период. Соответственно, если расчетные характеристики изделий будут приняты неправильно, столь же неправильно будет запроектирована и система отопления.

При эксплуатации построенных зданий часто оказывается, что фактическое энергопотребление зданий, выполненных кладкой из газобетонных блоков с последующим оштукатуриванием стен или облицовкой их кирпичом, выше расчетного (проектного).

При анализе нормативных документов оказывается, что в различных стандартах для изделий из автоклавного газобетона указываются различные расчетные значения теплопроводности (табл. 1).

Таблица 1. Сравнительные показатели теплопроводности и эксплуатационной влажности изделий из автоклавного газобетона марок D 400 и D 600 согласно ГОСТ 31359 и СП 50.13330

Из таблицы 1 следует, что в СП 50.13330 для газобетона марок D 400 и D 600 массовое отношение влаги в материале отличается от аналогичного показателя, принятого в ГОСТ 31359. Если в СП 50.13330 массовое отношение влаги в материале для условий эксплуатации А принимается равным 8% а для условий эксплуатации Б — 12%, то в ГОСТ 31359, разработанном при участии заводов-производителей [1], массовое отношение влаги принимается равным 4% для условий эксплуатации А и 5% для условий эксплуатации Б. Соответственно, с учетом меньшего расчетного значения массового отношения влаги в материале, расчетные значения теплопроводности для изделий из автоклавного газобетона по ГОСТ 31359 оказываются ниже, чем по СП 50.13330. Таким вот образом расчетные значения теплопроводности по ГОСТ 31359 создают дополнительные конкурентные преимущества, так как чем меньше теплопроводность, тем меньшая толщина материала требуется для обеспечения требуемого сопротивления теплопередаче стеновой конструкции. Следовательно, у газобетона возникают экономические преимущества по сравнению с другими типами стеновых каменных материалов, для которых в Своде правил и соответствующих ГОСТ или ТУ аналогичных расхождений не наблюдается.

Известно, что со склада завода-изготовителя на строительную площадку изделия поступают с влажностью (по массе) от 35 до 43%. Не 8%, не 12%, и даже не 4 или 5%, а около 40%.

В процессе производства, после автоклавной обработки, влажность изделий может быть и выше. Однако по мере следования к упаковочной линии влажность изделий незначительно уменьшается. На упаковочной линии изделия сверху и с боковых сторон закрываются в полиэтиленовую пленку и поступают на открытый склад готовой продукции. На складской площадке поддоны устанавливаются в ряды, обычно в два или три уровня по высоте, и хранятся подобным образом от нескольких часов (в период сезонного спроса) до нескольких месяцев (в периоды отсутствия значительного спроса). Упакованные в пленку изделия могут немного подсохнуть, но в подавляющем большинстве случаев влажность их не падает ниже 35%. И с такой влажностью изделия поступают на строительные объекты.

Как можно видеть из таблицы 1, реальная влажность изделий из газобетона оказывается выше и той, которая обозначена в ГОСТ 31359 (табл. 1), и той, которая регламентирована в СП 50.13330 (Приложение Т). Соответственно, и расчетные значения теплопроводности для изделий окажутся выше, а это уже будет означать, что при заданной разности температур снаружи и изнутри стеновой конструкции выше окажутся и потери теплоты через стены. Поэтому в первые годы эксплуатации в домах, построенных из газобетонных блоков, наблюдается значительный перетоп. При перетопе тратятся дополнительные энергетические ресурсы, а следовательно, возрастают эксплуатационные расходы на отопление таких зданий. По сути дополнительные затраты теплоты уходят на то, чтобы убрать лишнюю влагу из стен.

По истечении некоторого периода времени влажность изделий устанавливается в пределах 5–18% (здесь, кстати, возникает вопрос, куда вся эта лишняя влага будет направляться и что при этом будет происходить с отделочными слоями). Этот период может длиться один отопительный сезон, а может растянуться на годы. Скорость высыхания газобетонных изделий в кладке будет зависеть, с одной стороны, от условий и режимов эксплуатации, и от характеристик отделочных слоев, с другой стороны [7]. Чем выше окажется сопротивление паропроницанию наружного отделочного слоя, тем более длительное время будет происходить высыхание газобетона в кладке.

При этом наружная отделка стен из газобетонных блоков является обязательной, так как при отсутствии наружной отделки стены, выполненные кладкой из газобетонных блоков, обладают высокой сквозной воздухопроницаемостью, что приводит к дополнительным, так называемым инфильтрационным потерям теплоты в отопительный период года. Особенно заметными инфильтрационные потери теплоты оказываются в ограждающих конструкциях, выполненных из пазогребневых блоков с незаполненными вертикальными швами кладки. Лабораторные теплофизические испытания фрагментов кладки из газобетонных блоков с системой паз-гребень [8], проведенные в климатической камере, показали, что при отсутствии вертикальных швов кладки температуры, близкие к точке росы, в незаполненных швах кладки наблюдаются уже на расстоянии 75 мм от ее внутренней поверхности. Исходя из результатов проведенного исследования [8] сделан следующий основной вывод: отрицательные температуры в вертикальном шве паз-гребень без клея могут привести к конденсации водяных паров и, как следствие, к увеличению влажности газобетона, что в холодный период года может вызвать промерзание стены.

В процессе хранения изделий на строительной площадке, а также при строительстве зданий, газобетонные изделия могут как подсохнуть, так и набрать некоторое дополнительное количество влаги, например, при воздействии косых дождей или замачивании кладки при производстве мокрых технологических процессов. В любом случае из-за повышенного содержания влаги в материале в первые годы эксплуатации будет наблюдаться перетоп, и он будет тем более значительным, чем больше влаги содержится в порах материала.

В дополнение к сказанному стоит отметить, что в Советском Союзе отпускная влажность ячеистобетонных изделий (блоков), изготовленных на основе песка, не должна была превышать 25%. Именно такое значение отпускной влажности было регламентировано для ячеистобетонных изделий (газо-, пено- и газопенобетонов) в ГОСТ 21520 (п. 1.2.1.6). Однако, когда в нашей стране стали массово открываться современные заводы по выпуску стеновых изделий из автоклавного газобетона, оказалось, что иностранные линии, выпускающие изделия по литьевой технологии, не могут выпускать изделия с такой отпускной влажностью. Именно тогда производителям и пришла идея вообще отказаться от ограничения отпускной влажности. В этой связи появился новый стандарт — ГОСТ 31360, который заменил ГОСТ 21520 в части изделий из ячеистого бетона автоклавного твердения. При этом ГОСТ 21520 остался действующим для аналогичных изделий, но не прошедших автоклавную обработку. Хотя по сути это материалы одного класса и назначения и по мере эксплуатации их расчетные теплотехнические показатели при одинаковом значении марки по плотности должны оказаться одинаковыми, так как у них близкие значения плотности, теплопроводности в сухом состоянии и паропроницаемости.

Это обстоятельство, безусловно, способствовало развитию автоклавных изделий. При этом заводы по выпуску неавтоклавных ячеистобетонных изделий практически полностью прекратили свое существование.

2.3. Теплотехническая однородность стен

Производители часто заявляют о высокой теплотехнической однородности кладок из газобетонных блоков. Действительно, геометрия блоков, произведенных на современных линиях, позволила выполнять кладку из блоков не на цементно-песчаном растворе (далее — ЦПР), а на специальных клеевых цементных составах, при использовании которых толщина швов оказывается не 6–10 мм (как при использовании ЦПР), а 2–3 мм. Это обстоятельство, безусловно, положительно сказывается на уменьшении потерь теплоты через сквозные и несквозные теплопроводные включения. Однако в кладке стен из блоков к теплопроводным включениям следует относить не только швы кладки.

Если детально проанализировать конструктивные решения, то к теплопроводным включениям следует отнести примыкания поперечных внутренних стен и колонн к наружным стенам, дверные и оконные перемычки, армированные пояса, места примыкания дисков плит перекрытий к наружным ненесущим стенам, места опирания железобетонных плит на наружные несущие стены, места сопряжения цоколя к стенам, гибкие и жесткие связи, анкера для крепления слоя теплоизоляции и т. д. Наличие теплотехнических неоднородностей в стенах из газобетонных блоков значительно ухудшает их фактическое сопротивление теплопередаче [9].

Расчеты, выполненные для одного промежуточного этажа монолитно-каркасного здания, наружные ограждения которого заполнены кладкой из газобетонных блоков толщиной 375 мм и лицевого кирпича толщиной 120 мм, показывают, что коэффициент теплотехнической однородности оказывается не больше 0,61, а приведенное сопротивление теплопередаче оказывается меньше не только базового значения по таблице 3 СП 50.13330, но и нормируемого значения, установленного по формуле (1) СП 50.13330 с понижающим коэффициентом 0,63. При условном сопротивлении теплопередаче стеновой конструкции, выполненной кладкой из газобетонных блоков марки по плотности D400 толщиной 375 мм с лицевым слоем из облицовочного кирпича толщиной 120 мм, равном 2,99 м²·K/Вт, приведенное сопротивление теплопередаче оказывается равным 1,81 м²·K/Вт [10], что для климатических условий Москвы и Санкт-Петербурга меньше как требуемого значения сопротивления теплопередаче (2,99 м²·K/Вт), так и минимально-допустимого (2,99·0,63 = 1,88 м²·K/Вт). Аналогичные несоответствия выявлены авторами работы [11].

Рис. 1. Теплопроводные включения в оболочке строящегося жилого дома: 1 — сопряжение балконной плиты с наружной стеной; 2 — сопряжение междуэтажного перекрытия с наружной стеной; 3 — оконная перемычка; 4 — сопряжение наружной стены с цоколем

Предварительные расчеты показывают, что при толщине блоков 375 мм наружные стены жилых зданий без дополнительного утепления с коэффициентом теплотехнической однородности 0,61 удовлетворяют минимально допустимым значениям сопротивлений теплопередаче только для районов с ГСОП < 4200 °С∙сут/год (для которых базовое значение требуемого приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен жилых зданий составляет 2,87 м²∙K/Вт, а нормируемое: 0,63∙2,87 = 1,81 м²∙K/Вт).

На одном из строящихся при участии проекта ПРООН-ГЭФ «Энергоэффективность на северо-западе России» объектов жилищного строительства в кладке были использованы стеновые изделия (блоки) из автоклавного газобетона. Когда кладка стен была закончена, было принято решение дополнительно утеплить наружные стены. И не столько для того, чтобы повысить сопротивление теплопередаче наружных стен, сколько для того, чтобы закрыть многочисленные теплопроводные включения (рис. 1).

На некоторых объектах наружные стены из газобетона могут пересекать поперечные железобетонные стены или железобетонные колонны.

Рис. 2. Теплотехнические дефекты в узлах примыкания оконного блока к стеновому проему

Ухудшение теплозащитных свойств стеновых конструкций в виде кладки газобетонных блоков выявлено и в эксплуатируемых зданиях [9]. В обследованных зданиях все наружные стены выполнены с наружной облицовкой кирпичной кладкой, без дополнительного слоя эффективной теплоизоляции. Анализ результатов показал, что более половины обследованных конструкций (62%) имеют дефекты, что указывает на их массовость. Все дефекты являются трудноустранимыми и требуют демонтажа строительных конструкций. Подавляющее большинство дефектов (90%) отмечается в узлах примыкания оконных блоков к стеновым проемам (рис. 2), что объясняется несоответствием оконных блоков нормативным требованиям по теплозащите, неправильной установкой оконных блоков, ненадлежащим качеством теплоизоляции монтажных швов. Дефекты в узлах сопряжения наружной стены с колонной (10%) объясняются наличием теплопроводных включений в виде железобетонных колонн каркаса здания вследствие отклонений от проекта (рис. 3). Практически половина обследованных конструкций (51%) подвержена конденсации влаги и образованию плесневых грибов при расчетных условиях. 11% обследованных конструкций имеют сквозное промерзание в узлах.

Рис. 3. Теплотехнический дефект в узле сопряжения наружной стены с железобетонной колонной

При правильной геометрии блоков изделия оказываются достаточно хрупкими. Это означает, что при транспортировке, особенно при подъезде грузового транспорта к объекту (где дороги часто бывают разбитыми, а съезды с них — неподготовленными), в процессе разгрузки поддонов стропами, при падении блоков в процессе переноски и монтажа многие изделия оказываются поврежденными (рис. 4, 5). Понятно, что все они идут в кладку, а трещины и выбоины заделываются кладочным раствором. Иногда кладка настолько пестрит растворными швами, что говорить о какой-либо ее однородности весьма затруднительно (рис. 6). Понятно, что при наружной отделке стен все эти дефекты кладки не будут видны, но теплопроводные включения (мостики холода) при этом никуда не исчезнут. Для повышения теплотехнической однородности и общего уровня теплозащиты наружных стен из газобетонных блоков необходимо устройство сплошного наружного слоя теплоизоляции.

Рис. 4. Повреждение блоков стропами при разгрузке поддонов

Сплошной наружный слой теплоизоляции, помимо прочего, увеличит долговечность внутреннего слоя стены, так как при внешнем утеплении блоки окажутся в области положительных температур. В результате в процессе эксплуатации они не будут испытывать циклы замораживания-оттаивания.

Таким образом, для большинства регионов, расположенных в центральной и северной частях Российской Федерации, толщины блоков 375–400 мм без дополнительного утепления оказывается недостаточно для обеспечения требуемых значений приведенного сопротивления теплопередаче.

Необходимо сказать и о специфике проектирования тепловой защиты зданий с наружными стенами из газобетонных блоков. Многочисленные обсуждения этой проблемы на последних конференциях и в научных публикациях показывают наличие важных задач, решение которых крайне необходимо в сегодняшних условиях.

Рис. 5. Повреждение нижних рядов изделий при нарушении условий транспортировки

Во-первых, о чем уже было сказано выше, это увеличение неравноэффективности теплозащиты элементов оболочки. Значительно возрастает влияние двух- и трехмерных элементов в конструкции, неравномерность распределения температуры на ее внутренней поверхности, снижается теплотехническая однородность ограждающих конструкций. Необходимы расчеты трехмерных температурных полей и разработка новых конструктивных решений.

Во-вторых, значительно увеличивается роль влажностного режима. Причем если по глади стены распределение влажности может быть более благоприятным, чем раньше, то в краевых зонах ограждающих конструкций влажностный режим значительно ухудшается, и главное в том, что существенно возрастает сложность расчета процессов совместного нестационарного влаготеплопереноса в трехмерных областях ограждающих конструкций.

В-третьих, кладка газобетонных блоков является воздухопроницаемой, особенно в зоне вертикальных швов. Инфильтрация наружного воздуха приводит к ухудшению теплозащитных свойств ограждающих конструкций. Эксфильтрация внутреннего воздуха в стеновые конструкции также чрезвычайно опасна.

Все перечисленные выше особенности важно учитывать как во вновь строящихся, так и в реконструируемых зданиях с наружными стенами из газобетонных блоков. Это улучшение температурно-влажностного режима наружных стен, разработка эффективных конструктивных решений узлов сопряжений ограждающих конструкций с целью выравнивания температуры на внутренней поверхности, снижение сквозной воздухопроницаемости через швы кладки, повышение комфортных условий среды в помещениях, энергосбережение и повышение энергоэффективности зданий.

Рис. 6. Укладка поврежденных изделий в стену (узел сопряжения кладки газобетонных блоков с фундаментом)

2.4. Как правильно производить экономическую оценку технических решений?

Как было указано во введении, низкая стоимость изделий из автоклавного газобетона (3100–4500 рублей/м³ применительно для северо-западных и центральных районов страны) является существенным их преимуществом по сравнению с иными стеновыми каменными материалами и изделиями. Можно уверенно утверждать, что именно экономический фактор оказался определяющим для столь впечатляющего распространения данного типа изделий в практике строительства жилых и общественных объектов на территории Российской Федерации.

Однако при сравнительной экономической оценке того или иного технического решения обычно принимается стоимость квадратного метра стенового ограждения. Такой подход далеко не всегда оказывается справедливым.

Для более полного пояснения данного предположения рассмотрим заполнение наружных стен железобетонных монолитно-каркасных зданий газобетонными блоками толщиной 375 мм. Пусть площадь фасадов проектируемого жилого многоквартирного здания составляет 10 000 м². Это означает, что при высоте этажа 3 м (от уровня пола до уровня пола вышерасположенного этажа) периметр наружных стен составит примерно:

10 000 / 3 = 3 333 (п. м).

Тогда при толщине блоков 375 мм под ними окажется площадь, равная:

3 333 × 0,375 = 1250 (м²).

При стоимости квадратного метра жилья 80 000 руб/м² это будет означать потерю под блоками:

1250 м² × 80 000 руб/м² = 100 000 000 (рублей).

И далее оказывается, что при заполнении наружных ограждений монолитно-каркасных зданий выгоднее применить каменные изделия толщиной 250 мм и даже несмотря на последующее утепление стен получить количественный выигрыш в полезной площади. Этот количественный выигрыш окажется еще более значительным, если правильно посчитать транспортные расходы и погрузочно-разгрузочные затраты непосредственно на объекте.

В этой связи оказывается, что на себестоимости строительства в большей степени сказывается не низкая стоимость применяемых изделий, а неумение правильно спланировать работы и рассчитать баланс расходов на строительство и доходов с продаж.

3. Применение газобетонных изделий в странах Европы

Газобетон как строительный материал для возведения стеновых конструкций за последние 15 лет получил широкое распространение в России, Республике Беларусь, на Украине. Материал остается популярным, хотя и применяется не столь широко в странах Восточной Европы (Польше, Чехии, Румынии и др.). В странах Западной Европы и Скандинавии его использование в настоящее время крайне незначительно.

Основные ограничения для его более широкого использования связаны с невозможностью обеспечения нормативных показателей по уровню теплоизоляции (для наружных стен) и уровню звукоизоляции (для внутренних стен и перегородок), принятых в странах Западной Европы, высокая начальная влажность и высокий вес влажных изделий. В любом случае, для северных стран Западной Европы использование газобетона в качестве конструкционного основания наружных стен требует, согласно законодательствам этих стран в области энергосбережения, дополнительного утепления стен с использованием эффективных теплоизоляционных материалов. В этом случае для обеспечения надежности крепления слоя теплоизоляции к основанию, а также крепления внутреннего (конструкционного) и наружного (облицовочного) слоев более эффективными оказываются материалы с более высокой плотностью (керамический кирпич, керамические камни, силикатный кирпич, силикатные и бетонные блоки и пр.). Использование в качестве основания более плотных материалов позволяет обеспечить более высокую надежность анкерных креплений и, как следствие, более высокую долговечность наружных стен. Незначительная начальная влажность керамических изделий и более низкая начальная влажность силикатных стеновых изделий (кирпич, крупноформатные камни) предупреждает возможность перетопов в первые годы эксплуатации зданий и повышает стойкость фасадной отделки.

Заключение

Газобетон как материал, применяемый для кладки наружных и внутренних стен зданий, имеет неоспоримые достоинства, среди которых необходимо особо выделить следующие:

— газобетон относится к группе негорючих строительных материалов;

— изделия имеют высокую точность габаритных размеров;

— изделия технологичны при строительстве (изделия легко пилятся, штробятся, режутся, сверлятся);

— по сравнению с другими типами каменных материалов (керамические камни, керамический и силикатный кирпич, керамзитобетонные блоки) кладка стен из газобетонных блоков характеризуется повышенной производительностью в связи с незначительной плотностью и большим объемом блоков.

Однако материал обладает и рядом ограничений в применении, которые следует учитывать при проектировании и строительстве стеновых конструкций с использованием изделий из автоклавного газобетона (блоков). К таковым следует отнести:

— наличие критической влажности, при достижении которой и последующем замораживании кладки может происходить ее постепенное повреждение вплоть до полного разрушения;

— высокая начальная влажность изделий, из-за которой в зданиях, построенных из газобетонных блоков, в первые годы эксплуатации может наблюдаться значительный перетоп;

— низкая теплотехническая однородность стеновых конструкций, обусловленная наличием большого количества теплопроводных включений в составе наружных стен, выполненных кладкой из газобетонных блоков без дополнительного утепления;

— изделия достаточно хрупкие, поэтому при падении, а также при транспортировке и погрузочно-разгрузочных работах могут раскалываться на части, на изделиях могут появляться трещины, выбоины и сколы, которые при монтаже, как правило, замазываются строительным раствором, что в еще большей степени понижает теплотехническую однородность стен;

— ввиду низкой теплотехнической однородности стен в виде кладки из газобетонных блоков для климатических районов с ГСОП ≥ 4200 °С∙сут/год толщина блоков 375–400 мм без дополнительного утепления оказывается недостаточной для обеспечения требуемых значений приведенного сопротивления теплопередаче;

— кладка стен из газобетонных блоков, особенно при эксплуатации зданий без наружной отделки, а также при незаполненных раствором вертикальных пазогребневых швов, характеризуется высокой воздухопроницаемостью, что повышает расход тепловой энергии при эксплуатации в отопительные периоды;

— при учете стоимости полезной площади, которая при заполнении блоками на толщину 375–400 мм наружных ограждений каркасно-монолитных зданий, относительно низкая стоимость изделий далеко не всегда оказывается экономически обоснованной в многоэтажном строительстве.

Распространенные стереотипы о том, что газобетон «боится» воды или о том, что он «сосет» влагу из воздуха, следует охарактеризовать не более чем мифы. Однако при кладке наружных стен из блоков следует избегать условий, при которых существует риск полного или частичного увлажнения стеновых конструкций, особенно опасного при достижении газобетоном критического значения влажности, при котором происходит заполнение водой не только капилляров, но и резервных пор.

Рекомендации по применению

Не рекомендуется использование изделий из автоклавного газобетона в помещениях с влажным (с влажностью внутреннего воздуха свыше 60 до 75%) и мокрым (с влажностью внутреннего воздуха свыше 75%) режимами эксплуатации.

Не рекомендуется использование газобетонных блоков без дополнительного утепления в климатических районах с ГСОП ≥ 4200 °С∙сут/год.

При соответствующем теплотехническом и прочностном обосновании допускается применение изделий толщиной 300–400 мм без дополнительного утепления для районов с ГСОП < 4200 °С∙сут/год. Коэффициент теплотехнической однородности наружных стен, выполненных кладкой из газобетонных блоков на цементных составах без дополнительного утепления, без соответствующего теплотехнического обоснования следует принимать не выше 0,65.

Не рекомендуется при определении расчетных теплотехнических показателей ячеистых бетонов автоклавного твердения использовать данные таблиц 1 и А.1 ГОСТ 31359, как недостаточно обоснованные.

Основную область применения газобетонных блоков рекомендуется сосредоточить в сегменте малоэтажного (коттеджного) строительства. При этом при возведении индивидуальных жилых домов с сезонным (летним) режимом проживания допускается возведение наружных стен из газобетонных блоков толщиной от 300 мм без дополнительного утепления. При строительстве индивидуальных малоэтажных жилых домов, предназначенных для круглогодичного проживания (в том числе в отопительные периоды), рекомендуется дополнительное утепление стен с использованием эффективных теплоизоляционных материалов (например, изделий теплоизоляционных из стеклянного или каменного волокна, пенополистирола фасадных марок и пр.). Толщину кладки из газобетонных блоков при этом следует назначать только из обеспечения требований по прочности и устойчивости.

Список литературы:

1. Немова Д. В., Спиридонова Т. И., Куражова В. Г. Неизвестные свойства известного материала // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2012. № 1. С. 36–46.
2. Ватин Н. И., Немова Д. В., Рымкевич П. П., Горшков А. С. Влияние уровня тепловой защиты ограждающих конструкций на величину потерь тепловой энергии в здании // Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8 (34). С. 4–14.
3. Горшков А. С., Гринфельд Г. И., Мишин В. Е., Никифоров Е. С., Ватин Н. И. Повышение теплотехнической однородности стен из ячеисто-бетонных изделий за счет использования в кладке полиуретанового клея // Строительные материалы. 2014. № 5. С. 57–64.
4. Емельянов Г. О чем молчат производители газобетона? Статья на интернет-портале: http://www.wdvs.ru/statyi-gennadia-emelyanova/o-chem-molchat-prodavcy-gazobetona.html
5. Крутилин А. Б., Рыхленок Ю. А., Лешкевич В. В. Теплофизические характеристики автоклавных ячеистых бетонов низких плотностей и их влияние на долговечность наружных стен зданий // Инженерно-строительный журнал. 2015. № 2 (54). С. 46–55.
6. Альбом технических решений по применению изделий из автоклавного газобетона торговая марка Н+Н в строительстве жилых, общественных и промышленных зданий. Материалы для проектирования и рабочие чертежи узлов (издание второе, переработанное и дополненное). — Санкт-Петербург, 2014. — 156 с.
7. Ватин Н. И., Горшков А. С., Глумов А. В. Влияние физико-технических и геометрических характеристик штукатурных покрытий на влажностный режим однородных стен из газобетонных блоков // Инженерно-строительный журнал. 2011. № 1. С. 28–33.
8. Пинскер В. А., Вылегжанин В. П., Гринфельд Г. И. Теплофизические испытания фрагмента кладки стены из газобетонных блоков «АЭРОК СПб» марки по плотности D 400 / Ячеистые бетоны в современном строительстве. Сборник докладов. Выпуск 5. — Санкт-Петербург: НП «Межрегиональная северо-западная строительная палата», Центр ячеистых бетонов, 2008. — С. 48–51.
9. Корниенко С. В. Проблемы теплозащиты наружных стен современных зданий // Интернет-вестник ВолгГАСУ. 2013. № 1 (25). С. 13.
10. Горшков А. С., Рымкевич П. П., Ватин Н. И. О теплотехнической однородности двухслойной стеновой конструкции // Энергосбережение. 2014. № 7. С. 58–63.
11. Гагарин В. Г. Теплофизические проблемы современных стеновых ограждающих конструкций многоэтажных зданий // Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. С. 297–305.

Скачать статью в pdf-формате: Свойства стеновых изделий и конструкций из автоклавного газобетона