Свойства материала

 

  Полистиролбетон— разновидность лёгкого бетона — представляет собой композиционный материал, в состав которого входит портландцемент, пористый заполнитель - гранулы вспененного полистирола, вода, а также воздухововлекающая добавка (СДО). Благодаря сочетанию теплоизолирующего материала, которым являются полистирольные гранулы и бетона в одном продукте удалось получить оптимальную комбинацию характеристик для строительного материала - устойчивость к гниению, гидрофобность, высочайшие показатели несущих характеристик, теплоизоляции, огнезащиты, звукопоглощения, морозоустойчивости и периодов замерзания/размораживания (срок эксплуатации).

Полистиролбетон применяется в ограждающих конструкциях каркасных зданий, несущих стенах и перегородках, как утеплитель стен, полов, чердаков, кровли, используется для производства строительных блоков и фасадных декоративных утеплительных панелей, жидкого раствора для заливки монолита. Полистиролбетон обладает хорошей конструкционной прочностью. Полистиролбетонные блоки сочетают в себе достоинства бетона (прочность), древесины (легкость обработки) и пенополистирола (высокие тепло- и звукопоглощающие свойства). Полистиролбетон широко применяется в качестве строительной термоизоляции (теплопроводность 0,055 — 0,145 Вт/(м•K)). Полистиролбетон соответствует следующим требованиям пожарной безопасности (по СНиП 21-01-97): группа по горючести – Г1 (слабогорючие), группа по воспламеняемости - В1 (трудновоспламеняемые), группа по дымообразующей способности - Д1 (с малой дымообразующей способностью для плотности от D400 до D600) и Д2 (с умеренной дымообразующей способностью для плотности от D200 до D350), группа токсичности продуктов горения - Т2 (умеренноопасные).

 

История изобретения.

 

 

Наполнитель из вспененного полистирола (под торговым названием Styropor®) для бетона был разработан Фрицем Стэстни (нем. Fritz Stastny), ученым из немецкой компании «BASF» в 1951 году, вскоре после создания пенополистирола. Компания BASF провела первые ориентировочные испытания по использованию пенополистирола в качестве заполнителя для производства полистиролбетона (стиропорбетона). Первоначально высокая стоимость данного сырья не позволила рентабельно использовать его в качестве лёгкого заполнителя. В конце 1967 года были проведены новые исследования направленные на снижение себестоимости и улучшение технологичности изготовления заполнителя. К этому времени пенополистирол, несмотря на цену, стал постепенно вытеснять другие лёгкие минеральные заполнители и становился всё более популярным материалом на строительном рынке. Крупнейшими потребителями в мире пенополистиролбетона являются Канада, США и ЗападнаяЕвропа (прежде всего Германия и Франция). Крупнейшими производителями сырья для наполнения полистиролбетона в мире являются BASF, Dow Chemical и Nova Chemicals.

Применение.

 

 

Полистиролбетон используется:

  • в классическом строительстве домов;
  • в монолитном домостроении;
  • для тепло- и звукоизоляции стен, крыш, полов, плит, перекрытий. Такой полистиролбетон называют монолитным;
  • нестандартные решения;

Преимущественно изготавливают полистиролбетон плотностью от 200 до 600 кг/м3:

  • D 200-300 - применяется в качестве утеплителя;
  • D 300-350 - применяется в качестве ненесущих стен;
  • D 400-600 - наружные несущие стены малоэтажных зданий;
  • D 450-600 - применяется в качестве несущих, ограждающих конструкций в малоэтажном строительстве.

Использование в нестандартных ситуациях.

 

 

Нестандартные решения при использовании полистиролбетона.

 Одной из сфер использования полистиролбетона являются нестандартные решения. Полистиролбетон может использоваться для:


Уменьшения веса на конструкцию

  • при устройстве наклонообразующего слоя пола на плавучем средстве (баржа, переделанная под ресторан) для уменьшения нагрузки на конструкцию. Дополнительной причиной использования была гигроскопичность полистиролбетона, что позволяет не растрескиваться под действием линейных нагрузок (средство находится на не устойчивой поверхности - воде)
  • при устройстве плиты перекрытия из профилированного настила с заполнением полистиролбетоном (профлист должен нести нагрузку)
  • при устройстве полистиролбетона на 1 и 2 этаже плавучего дома (уменьшение веса)
  • при устройстве полистиролбетона в бассейн

Заполнение пространства

  • при устройстве из полистиролбетона ограждения, забора
  • при устройстве полистиролбетона в бетонные ростверки (заполнение внутреннего пространства ростверка)
  • при устройстве полистиролбетона в стенки дома (заполнение ограждающей конструкции)

 

Использование в качестве утеплителя.

 

 

 

Материал может использоваться для утепления зданий и сооружений. Возможность использования в качестве утеплителя определяется теплотехническим расчетом. [1]

Марка по плотности

Плотность, кг/м3

Удельная теплоемкость,кДж/(кг*К)

Коэф-т теплопроводности, Вт/(м*К)

D600

600

1.06

0.145

D500

500

1.06

0.125

D400

400

1.06

0.105

D300

300

1.06

0.085

D200

200

1.06

0.065

D150

150

1.06

0.055

 

Преимущества.

 

 

 

Благодаря пористой структуре полистиролбетон обладает рядом преимуществ:

  • Отличными теплоизоляционными и звукоизолирующими свойствами, нежели обычный бетон. Это позволяет избежать дополнительного утепления с помощью пенопласта, минеральной ваты или пеностекла.
  • Экономичность. Полистиролбетон одновременно является и конструкционным, и изоляционным материалом, и как сказано выше, не требует дополнительной изоляции.
  • В соответствии с новым утвержденным ГОСТом полистиролбетон относится к группе горючести НГ. Не горюч и огнестоек.
  • Низкая нагрузка. Полистиролбетонные конструкции имеют меньшую, по сравнению с бетонными, массу, что снижает расходы на транспортировку, кладку и обработку. Массовая нагрузка сооружения получается меньшей, что существенно снижает затраты на возведение фундамента.
  • Технологичность. Полистиролбетон по простоте обработки сравним с деревом: он легко пилится, сверлится, в нем хорошо держатся саморезы.
  • Экологическая чистота аналогична бетону. При производстве полистиролбетона используются цемент, вода и гранулы пищевого полистирола.
  • Водопоглощение полистиролбетона существенно ниже, чем у пенобетона, потому как поры в материале изолированы друг от друга и вода впитывается только поверхностью. У обычного бетона, однако, этот показатель еще ниже.
  • Паропроницаемость сравнима с паропроницаемостью дерева (сосна поперек волокон), что объясняет благоприятный микроклимат сравнимый с проживанием в деревянном доме.
  • Благодаря низкому водопоглащению имеет высокий коэффициент морозостойкости.
  • Высокая прочность монтажа крепёжных материалов(дюбель-саморезов, анкеров)
  • Стены из полистиролбетона имеют высокие показатели сцепления со штукатурной смесью, а значит, не требуют особой подготовки перед оштукатуриванием.
  • Усадка полистиролбетона в четыре раза меньше, чем у газобетона и пенобетона.

 

 

                ВНИИЖЕЛЕЗОБЕТОН 

 

Научно-исследовательский, проектно-

констркуторский и технологический институт.

 

                   Энергоэффективный материал XXI века.

Опыт применения особо легких полистиролбетонов для энергосберегающих и экономичных ограждающих конструкций зданий.

В.А. Рахманов, председатель совета директоров группы компаний «Юникон», член-кор. РААСН, проф.

В.И. Мелихов, зам. генерального директора АО «ВНИИжелезобетон» по научной работе, канд. техн. наук,.

 А.В. Юнкевич, генеральный директор АО «ВНИИжелезобетон», инженер.

 

 В 90-х годах ВНИИжелезобетоном на основе проведенных научно-исследовательских работ был разработан принципиально новый эффективный строительный материал - полистиролбетон, представляющий собой особо легкий бетон на основе портландцемента, заполнителя в виде вспененных гранул полистирола и воздухововлекающих добавок.

Полистиролбетон является уникальным строительным теплоизоляционно-конструкционным материалом, оптимальным образом сочетающим высокие теплоизоляционные свойства полистирольного пенопласта и конструкционные качества легкого ячеистого бетона.

Сравнение физико-механических характеристик полистиролбетона и ближайшего к нему аналога - ячеистого бетона одинаковых плотностей показывает существенные преимущества полистиролбетона: большую в среднем в 2,5 раза прочность, повышенную на 3-5 ступеней марку по морозостойкости, пониженное в 1,5 раза водопоглощение и меньшую на 18-25% теплопроводность.

Данный материал имеет высокие показатели по звукоизоляции, воздухонепроницаемости, долговечности, легко обрабатывается (пилится, штробится), биостоек, не повреждается грызунами.

В 1999 г. ВНИИжелезобетоном впервые в отечественной и зарубежной практике был разработан стандарт на особо легкий полистиролбетон плотностью 150-600 кг/м3 (ГОСТ Р 51263-99), что создало условия для его массового использования в энергосберегающих ограждающих конструкциях зданий.

К настоящему времени с применением этого материала в России (в основном в Москве и Московской обл.) построено порядка 1 тыс. энергосберегающих зданий различной этажности и назначения, в том числе многоэтажных жилых - до 25 этажей, общей площадью более 8 млн. м2.

При этом накоплен положительный опыт производства полистиролбетона при строительстве зданий. Разработаны ограждающие конструкции зданий (наружные стены, утепляемые покрытия и перекрытия) с использованием полистиролбетона. На основе обобщения накопленного за прошедшие 12-15 лет передового опыта производства полистиролбетона, проектируеться массовое строительство энергосберегающих зданий с применением полистеролбетона, а также результатов новых всесторонних углубленных исследований свойств материала была выявлена возможность стандартизации полистиролбетона с повышенными на 15-25 % физико-механическими характеристиками, что было отражено в переработанном новом национальном стандарте ГОСТ Р 51263-2012 на полистиролбетон, введенным в действие с 1 июля 2013 г., позволяющим более эффективно использовать этот перспективный материал в строительстве.

Для определения и нормирования расчетной теплопроводности материала ВНИИжелезобетон с участием специалистов НИИСФ РААСН, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко и МНИИТЭП в 2010 г. провели испытания образцов полистиролбетона, на заводе ЗАО «Юникон-ЗСК», и (для сравнения) автоклавного ячеистого бетона - газобетона стеновых блоков, изготовленных по технологии «YTONG».

Результаты этих испытаний, приведенные в табл. 1, показали возможность снижения значений теплопроводности полистиролбетона марок по средней плотности D175-D350 на 6-13% по сравнению с нормируемыми по ГОСТ Р 51263-99, что нашло отражение в новом ГОСТ Р 51263-2012.  

Таблица 1 

Результаты теплотехнических испытаний особо легких бетонов.

 

Наименование материала блоков (изготовитель)

Марка по средней плотности

Теплопроводность в сухом состоянии, λo, Вт/м°С

Расчетное массовое отношение влаги в материале, %

Расчетные коэффициенты теплопроводности, Вт/м'С

WA

WБ

λA

λБ

Полистиролбетон (ЗАО «ЮНИКОН-ЗСК», Москва)

D175

0,060

3,0

4,0

0,066

0,067

D200

0,064

3,0

4,5

0,068

0,071

D250

0,072

3,0

5,0

0,077

0,080

D350

0,095

3,5

6,0

0,105

0,112

D500

0,125

4,0

8,0

0,135

0,150

Автоклавный газобетон «YTONG» (ЗАО «Кселла-Аэроблок-Центр», Можайск)

D350

0,115

(0,084)

-

9,1

-

0,138

(0,103)

D500

0,130

(0,12)

-

10,4

-

0,157

(0,147)

Примечания:

1. Расчетные теплотехнические характеристики материалов определялись по рекомендациям СП 23-101-2004.

2. В скобках указаны значения показателей ячеистого бетона нормированные в ГОСТ 31359-2007, в том числе для расчетной теплопроводности при условной равновесной влажности - 5%.

 

Как видно из данных табл. 1, результаты тепло-технических испытаний автоклавного газобетона плотностью D350 не удовлетворяют требуемым показателям λo по ГОСТ 31359-2007, что свидетельствуют о заниженности последних, а значения λБ при WБ = 9,1% выше на 34% по сравнению с нормированными в указанном стандарте для расчетной эксплуатационной влажности 5%, которая меньше в 1,82 раза по сравнению с влажностью для условий эксплуатации «Б».

Сопоставление наиболее важных для проектировщиков нормируемых физико-механических характеристик (прочность, морозостойкость, расчетная теплопроводность) полистиролбетона и ячеистого бетонов в диапазоне 250-500 кг/м3, наиболее широко применяемых в наружных стенах зданий, приведено в табл. 2.

Таблица 2

Сопоставление нормируемых физико-механических характеристик ячеистого бетона и полистиролбетона.

 

Характеристики

Ячеистый бетон (ГОСТ 25485-89, СП 50.13330.2012)

Полистиролбетон (ГОСТ Р 51263-2012)

Марка по средней плотности

D400

D500

D250

D300

D400

D500

Класс прочности на сжатие

ВО,5; ВО,75

ВО,75; В1

ВО,5

ВО,75

ВО,75

В1

В1,5

В2

Марка по морозостойкости

-

F15-F35

F100

F150

F150

F200

Теплопроводность для условий эксплуатации «Б», Вт/(м"С)

0,15

0,2

0,080

0,073

0,096

0,083

0,124

0,150

Примечание. Для полистиролбетона плотностью D250 и D300 приведены характеристики по прочности и теплопроводности: в числителе - получаемые по обычной технологии, в знаменателе - по спецтехнологии.

 

Следует отметить, что сопоставление нормируемых характеристик полистиролбетона и автоклавного ячеистого бетона по ГОСТ 31359-2007 не может быть выполнено, так как в этом стандарте классы по прочности, марки по средней плотности и морозостойкости материала взаимно не увязаны и не приведены значения расчетной теплопроводности для условий эксплуатации «А» и «Б».

При разработке ВНИИжелезобетоном нового ГОСТ на полистиролбетон особое внимание было уделено возможности дополнительного улучшения на 12-15 % прочностных и теплоизоляционных характеристик материала плотностью D175-D350,.Такие показатели были достигнуты по спец- технологии, предусматривающей использование заполнителя улучшенного качества, оптимизацию состава полистиролбетона при обеспечении пониженного коэффициента вариации его прочности - Vm ≤ 12 %. Указанные характеристики, стандартизированные в ГОСТ Р 51263-2012, приведены в табл. 3.

Таблица 3

Расчетные коэффициенты теплопроводности теплоизоляционно-конструкционного полистиролбетона, изготовленного по спецтехнологии для сборных изделий.

 

Класс или марка по прочности

Марка по средней плотности

Расчетные коэффициенты теплопроводности, Вт/(м°С), при условиях эксплуатации

А

Б

М3,5

D175

0,055

0,056

В0,35(М5)

D200

0,060

0,061

ВО,5

D225

0,065

0,066

ВО,75

D250

0,071

0,073

В1

D300

0,080

0,083

В1,5

D350

0,088

0,092

Примечание. Для коэффициентов теплопроводности расчетное массовое отношение влаги в материале соответствует данным табл. 2 ГОСТ Р 51263-2012.

 

Наиболее массовое применение полистиролбетон получил в Москве и Московской обл. Для практического применения в Центральном регионе России полистиролбетона по системе «Юникон» ВНИИжелезобетоном с привлечением МНИИТЭП, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко и НИИЖБ были разработаны Рекомендации по проектированию (2002 г.) и Нормали типовых деталей и узлов (2005 г.).

В настоящее время на основе данных нового ГОСТ на полистиролбетон, натурных прочностных и теплотехнических испытаний фрагментов полистиролбетонных ограждающих конструкций, с учетом СП63.13330.2012иСП 15.13330.2012, разработанных НИИЖБ и ЦНИИСК, выпущены новые нормативные документы - СТО 86549669-001 -2012 и СТО НОСТРОЯ 142-2013 по проектированию и строительству зданий с ограждающими полистиролбетонными конструкциями усовершенствованной более эффективной строительной системы «Юникон-2».

Для обеспечения выполнения Указа Президента России от 04.06.2008г. №8 89 об энергосбережении Постановлениями Правительства Москвы № 563-ПП (2009 г.) и № 900-ПП (2010 г.) и соответствующей Целевой программой для г. Москвы было предусмотрено для наружных стен проектируемых жилых зданий принимать приведенное сопротивление теплопередаче R0 не менее 3,5 (м2·°С)/Вт, и после 2016 г. - не менее 4,0 (м2·°С)/Вт. В 2011 г. Постановлением Правительства Москвы N° 583-ПП эти требования были отменены, однако в 2012 г. введены вновь (письмо от 07.10.12 г. №2 5-11- 3073/2-2 заместителя Мэра Москвы М.Ш. Хуснуллина).

Теплотехнические расчеты, подтвержденные НИИСФ РААСН, показывают, что для жилых зданий с кирпичным фасадом при применении по системе «Юникон-2» по спецтехнологии из полистиролбетона плотностью D250, практически обеспечивается получение R0=3,5 (м2·°С)/Вт при толщине блоков 295 мм и R0=4,1 м2·°С) )/Вт при толщине блоков 375 мм.

Сравнительные показатели наружных стен из полистиролбетонных и ячеистых блоков, в том числе 3х-слойных, для жилых зданий с кирпичным фасадом, приведены в табл.4.

 

 

Таблица 4

Сравнительные показатели наружных стен жилых зданий их легкобетонных блоков.

 

Показатели

Полистиролбетонные блоки

Ячеистобетонные блоки

«ВНИИжелезобетон» «ЮНИКОН-ЗСК» (г. Москва)

«Хебель» ЛЗИД (г. Липецк)

«Маза-Хенке» BONOLIT (г. Купавна)

Характеристики блоков:

D250

D400

D300

марка по средней плотности

расчетная теплопроводность для условий эксплуатации «Б», Вт/(м-°С)

0,073

0,15

0,13

(ГОСТ Р 51263-2012)

(СП 50.13330.2012)

(СП 23-101-2004)

спецтехнология

Характеристики стен:

без утеплителя

3х-слойная с утеплителем

без утеплителя

общая толщина, мм, в том числе:

440

520

540

640

блоки

295

375

200

500

утеплитель

-

-

200 (минвата D125)

-

фасадная кирпичная кладка

125

125

125

125

внутренняя облицовка

20 (ГВЛ)

15 (штукатурка)

15 (штукатурка)

приведенное сопротивление тепло¬передаче, (м2-“С)/Вт

3,45

4,10

3,30

3,00

удельная стоимость (данные 2013 г.), р/м2 %

3055

100,0

3303

108,1

3527

115,5

3860

126,4

 

 

При обеспечении новых повышенных теплозащитных требований к ограждающим конструкциям жилых домов и соцкультбыта:

  • снижается материалоемкость, вес и себестоимость монтажа ограждающих конструкций на 40-60 % и трудоемкость их монтажа на 30-90%;
  • снижается материалоемкость, стоимость несущих конструкций зданий (фундаментов, железобетонных стен, колонн) до 10 %;
  • сокращаются сроки монтажа ограждающих конструкций в 1,5-1,8 раза при обеспечении возможности круглогодичного производства работ;
  • за счет устройства «тонких» однослойных наружных стен из полистиролбетонных блоков плотностью D250 при толщине 295 мм увеличивается на 3-5% общие площади зданий на одинаковом пятне застройки.

На разработки института «ВНИИжелезобетон» по полистиролбетону получено более 50 национальных патентов.

Работа института по внедрению особо легкого полистиролбетона при массовом строительстве энергоэффективных зданий награждена премией Правительства РФ по науке и технике (2009 г.), а также дипломом (2000 г.) и 3-мя медалями (2007 г. -2; 2011 г. - 1) Российской академии архитектурных и строительных наук (РААСН).

Импортозаменяющая отечественная технология строительства энергоэффективных зданий с наружными стенами из полистиролбетона по ГОСТ Р 51263-2012 опередила требования времени по энергосбережению и обеспечила высокую экономичность ограждающих конструкций, полностью отвечающих современным повышенным требованиям по ресурсосбережению в соответствии с Целевой программой города Москвы по энергосберегающему домостроению до 2020 г.

 

В конце 2017 г. вышла в свет первая в России книга о создании и применении в современном строительстве зданий энергоэффективного, сверхлегкого отечественного строительного материала – полистиролбетона.

 

Книга члена-корреспондента РААСН, профессора В.А.Рахманова «Полистиролбетон системы «Юникон» - энергоэффективный материал XXI века» - крупная научно-техническая монография, выпущенная издательством «Золотое сечение», охватывает широкий комплекс работ, выполненных под руководством автора, начиная от создания до массового внедрения при производстве ограждающих конструкций зданий высокой энергоэффективности.

Книга является первым в стране универсальным изданием, систематизирующим данные по сверхлегким полистиролбетонам и их применению в строительстве энергоэффективных зданий.

Книга состоит из восьми глав, включающих весь спектр от создания особо легких полистиролбетонов D150-D600 кг/м3, конструкций изделий, создания строительной системы «Юникон», проектов зданий, научно-технической документации по расчету, проектированию и строительству зданий, сертификации изделий и строительству заводов по их изготовлению с описанием технологии и оборудования до массового применения полистиролбетонных изделий и конструкций при строительстве энергоэффективных зданий.

Отдельные главы монографии посвящены анализу и обобщеню опыта развития особо легких бетонов и теоретическим аспектам особо легких бетонов и теоретическим аспектам особо легких композитных материалов; технологии и свойствам особо легких полистиролбетонов; импортозамещающей технологии производства строительных изделий системы «Юникон»; расчету ограждающих конструкций системы «Юникон» для энергоэффективных зданий с описанием конструктивных решений и примерами расчета прочностных, теплотехнических и других расчетов и оценок; устройству ограждающих конструкций из сборных полистиролбетонных изделий и монолитных конструкций; технико-экономической эффективности и опыту применения полистиролбетонов при строительстве и реконструкции зданий. Результаты технологических расчетов основаны на последних исследованиях по развитию разработанной автором расчетной модели проектирования с заданными свойствами: повышенной прочности при минимальной плотности материала.

В работе показано оптимальное решение теплоизоляционного контура зданий – «теплый дом» с обеспечением приведенного сопротивления теплопередаче Ro>3,5 м2·оС/Вт – рациональной конструкции стены из однослойной блочной кладки повышенной теплотехнической однородности на основе полистиролбетона нового поколения с плотностью 150-600 кг/м3, морозостойкостью до F300 и теплопроводностью ниже на 10-30 % по сравнению с ячеистым бетоном, изготовляемым на импортных заводах.

Высокие технико-экономические показатели, обеспечение энергоресурсосбережения, возможность использования отечественного оборудования и технологий, как показано в монографии, дали старт широкому применению полистиролбетонных конструкций в Москве, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Красноярске и других городах и регионах со строительством за последние 10 лет более 12 млн.м2 энергоэффективного жилья и соцкультбыта.

В книге даны перспективы применения особо легкого полистиролбетона в России и странах СНГ, показаны направления дальнейшего совершенствования свойств и применения этого материала.

Монография предназначена для проектировщиков, конструкторов и специалистов стройиндустрии и строительства, принимающих участие в создании производства и строительных систем с применением полистиролбетона, а также рекомендована для использования в качестве учебного пособия для магистров и научно-преподавательских кадров вузов, проходящих обучение по специальностям направления «Строительство».

Книга насчитывает более 500 страниц формата А4 и включает 200 иллюстраций, таблиц и графиков. Она получила высокую оценку специалистов в области строительства и промышленности строительных материалов: члена-корреспондента Российской академии наук (РАН), Президента Российской и Международной инженерных академий, докт.техн.наук, проф. Б.В.Гусева; первого вице-президента Российской академии архитектуры и строительных наук (РААСН), академика РААСН, президента НИУ МГСУ, докт.техн.наук, проф. В.И.Теличенко; заведующего кафедрой «Технология вяжущих веществ и бетона» НИУ МГСУ, академика РААСН, докт.техн.наук, проф. Ю.М.Баженова.

Выход книги в свет содействует дальнейшему расширению использования этого экономичного отечественного энерготеплоэффективного материала при строительстве сборных и монолитных зданий.

 

М.Н.Горбовец,

кандидат технических наук, почетный строитель России

 Изобретения, дипломы.