Нижегородские строители

Размещение информации на страницах сайта

Статьи/ПОТЕНЦИАЛ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ АРБОЛИТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ


ПОТЕНЦИАЛ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ АРБОЛИТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

В связи с повышением стоимости энергоносителей во всем мире принимаются программы теплосбережения. Здания будущего вообще не должны потреблять энергию для отопления и кондиционирования. Для строительства энергопассивных зданий могут эффективно использоваться конструкционно-теплоизоляционные материалы. Одним из таких материалов является ранее массово выпускавшийся в нашей стране арболит. Каковы свойства и перспективы использования арболита при нынешнем уровне развития строительных технологий?

Передовые страны мира поставили перед собой сложную задачу: начиная с 2020 г. строить только такие жилые здания, которые не будут потреблять энергию на обогрев и охлаждение в течение всего года. Для выбора путей движения к заветному нулю создано Международное энергетическое агентство (МЭА). Оно уже разработало рекомендации по вопросам политики энергосбережения для государств "Большой восьмерки". В декларации Хайлигендамского саммита (2007 г.) лидеры этих стран заявили, что они будут реализовывать конкретные рекомендации МЭА по энергоэффективности и возьмут их за основу при подготовке национальных планов.

В части повышения энергетической эффективности жилых зданий МЭА рекомендует сокращение потерь ими теплоты зимой до такой степени, чтобы их не надо было отапливать, и поступления теплоты летом, чтобы не надо было тратить энергию на охлаждение. Такие здания назвали энергопассивными. Другое название - здания с нулевым потреблением энергии.

Одним из путей, по которым необходимо двигаться, а точнее - бежать, чтобы уложиться в сроки, установленные для решения этой задачи, является широчайшее использование таких строительных материалов, из которых можно построить дом и которыми можно "заткнуть" все "дыры", через которые теплота покидает помещения зимой и поступает в них летом.

Арболит как хорошо забытое старое

Для нашей страны проблема утепления зданий, особенно жилых домов, особенно значима. Причина в том, что в советские времена, когда шло массовое жилищное строительство, учитывалась, прежде всего, сметная стоимость недвижимости. Проектировщики мало думали о последующих расходах на отопление здания: тепловая энергия тогда стоила копейки. Поэтому ограждающие конструкции домов, построенных в те времена, теплоту держат плохо.

После распада СССР производство ТИМ стало одной из основных отраслей индустрии строительных материалов в нашей стране, чуть ли не каждый год изобретаются новые их виды. Однако и в этой сфере, как в других, оказалась верной примета: новое - хорошо забытое старое.

Среди теплоизоляционных материалов хорошо забытым старым оказался арболит.

Примечание. Арболит является материалом, образующимся в результате отверждения рационально составленной смеси из древесной мелочи (опилки, стружка, щепа, кора, кусочки древесины иных форм), минерального вяжущего, минерализатора и воды. После отверждения этой смеси образуется теплый камень.

Изобретателем арболита считают Иосифа Оберляйтнера, который в 1920 г. впервые догадался смешать опилки с портландцементом и минерализатором. Минерализатор - это компонент смеси, благодаря которому и удалось создать арболит. Дело в том, что обычная смесь древесной мелочи с портландцементом отверждается очень медленно. Этому мешают вещества, экстрагируемые из древесины щелочным раствором, который образуется при химическом взаимодействии портландцемента с водой. Минерализатор предотвращает такую экстракцию.

В качестве минерализатора изобретателем арболита было предложено использовать хлорид кальция. "Блеск" этого предложения заключается в том, что хлорид кальция не только минерализует древесину, но и ускоряет процесс отверждения цемента. И вдобавок - это безвредное, доступное и дешевое вещество.

С начала тридцатых годов XX в. арболит начали производить и в СССР, причем к моменту распада Советского Союза он изготавливался аж на 58 заводах! "Лихие девяностые" все эти заводы порушили, однако арболит в нашей стране не умер. В конце первого десятилетия текущего века было запущено уже несколько арболитовых заводов. Более того, в последние годы российские ученые внесли достойный вклад как в усовершенствование рецептуры исходной смеси, так и в технологию производства арболита. Например, нижегородские ученые предложили (авторское свидетельство на изобретение N 258904) вводить в исходную смесь диэтаноламин - доступное безвредное вещество, которое почти в два раза увеличивает скорость набора арболитом прочности. А московские изобретатели разработали технологию воздействия на твердеющую арболитовую смесь постоянного электрического тока (авторское свидетельство на изобретение N 107658), что позволило повысить скорость набора прочности почти в 10 раз! Назвали такой материал элстаром.

Современные модификации арболита

Особенность элстара заключается в том, что он является высокобиостойким материалом, несмотря на то что в нем много легко загнивающей и очень часто зараженной древесины. Это объясняется тем, что при воздействии электрического тока в смеси возникает электрофорез и частицы древесины пропитываются теми растворимыми в воде неорганическими веществами, которые образуются при гидролизе портландцемента.

Элстар подразделяют на теплозвукоизоляционный (объемная масса 400 - 500 кг/куб. м) и конструкционный (объемная масса 600 - 800 кг/куб. м).

Прочность на сжатие конструкционного элстара может достигать 10 МПа, что намного выше, чем у "классического" арболита и большинства его модификаций. Такая прочность позволяет изготавливать из элстара плиты перекрытия (включая пустотные) длиной до 8 м.

Элстар теплозвукоизоляционный проявляет и отличные звукоизолирующие свойства: в пределах наиболее распространенных частот от 600 до 9600 Гц коэффициент звукопоглощения плит из него толщиной 6 мм близок к 0,6, что соответствует уровню показателей лучших звукоизоляционных материалов.

В настоящее время ООО "ЭлСтар" наладило производство передвижных комплексов для изготовления элстара. Стоимость такого специализированного передвижного комплекса - около 3,5 млн руб. Но окупается это оборудование в течение первого года эксплуатации.

Однако нет пророка в своем отечестве. В России в настоящее время энергично продвигается технология производства разновидности арболита под названием "дюрисол", изобретенной в 1930 г. Владельцами этой технологии являются три зарубежные компании, которые уже продали в различные страны около 40 лицензий на производство дюрисола. По одной из них построен завод и в России - в Ломоносовском районе Ленинградской области. Претензий к качеству дюрисола нет, но за державу обидно.

Основные свойства арболита

Однако вернемся к ситуации с российским арболитом. Во-первых, отметим, что на него имеется ГОСТ 19222-84 "Арболит и изделия из него. Общие технические условия". А раньше схожий ГОСТ имел номер 19222-73, то есть был разработан в начале 1970-х гг. И тем не менее российские производители арболита, запустившие производство в последние годы, представляют его как "новый строительный материал".

Российский арболит производится в виде блоков, предназначаемых для возведения стен, стеновых панелей, плит для утепления полов, плит для междуэтажных перекрытий, арболитовых смесей для монолитного строительства.

Отметим его свойства в соответствии с ГОСТ 19222-84.
Теплопроводность должна быть в пределах 0,08 - 0,17 Вт/м x К.

Примечание. В зависимости от плотности разные марки арболита могут использоваться в качестве конструкционных, конструкционно-теплоизоляционных или теплоизоляционных материалов.

Теплопроводность является главным свойством ТИМ. Это перенос теплоты (энергии) от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения молекул, что приводит к выравниванию температуры. Однако только теплопроводностью оценивать качество ТИМ неправильно. Для него важен еще один показатель - удельная теплоемкость. Это количество теплоты, запасаемое единицей массы тела при разнице температур между источником теплоты и телом в один Кельвин (1 К). Размерность удельной теплоемкости - Вт/кг x К. При равной теплопроводности удерживать теплоту в жилище дольше будет тот ТИМ, у которого удельная теплоемкость выше. К сожалению, в справочниках этот показатель свойств ТИМ указывается редко. Не нашел его автор и для арболита, хотя у данного материала он должен быть значительно выше, чем, например, у минераловатных плит. И в этом заметное преимущество арболита перед ними.

Другие свойства арболита:

По назначению арболит делят на теплоизоляционный (средняя плотность в высушенном до постоянной массы состоянии не более 500 кг/куб. м) и теплоизоляционно-конструкционный (средняя плотность в таком же состоянии выше 500 кг/куб. м).

Цементную матрицу в арболите можно сделать легче введением пенообразователей, которые используются при производстве пенобетона, например СДО-Л. Таким приемом можно снизить объемную массу до 250 кг/куб. м. При отверждении данного материала более эффективно "работает" та теплота (пена удерживает ее), которая выделяется при реакции цемента с водой. Вследствие этого во вспененной арболитовой смеси на длительное время устанавливается температура 35 - 40 град. Цельсия, которая считается оптимальной для отверждения изделий из портландцемента.

Арболитовые плиты и блоки

Совсем недавно в России в арболитовой технологии наметилось новое, активно развивающееся направление - изготовление цементно-стружечных плит (ЦСП) для использования в несъемной опалубке. Рассмотрим его.

Примечание. Цементно-стружечные плиты - разновидность арболита. Исходными материалами для получения ЦСП являются портландцемент, стружка мелкой и средней фракции и минерализатор - хлористый кальций в виде водного раствора.

При изготовлении ЦСП цементно-стружечный слой (его называют ковром) формируют из трех слоев: наружные - из мелкой, внутренний - из более крупной стружки. Набранный таким образом ковер подвергается прессованию, в результате чего ЦСП становится монолитной с плотностью 1100 - 1400 кг/куб. м.

Наряду с использованием в качестве несъемной опалубки эти плиты предлагаются для применения в качестве конструкционно-теплоизоляционного противопожарного материала в различных сборных конструкциях, например перегородках, дверях, подоконных досках, подвесных потолках, основаниях пола.

Способ изготовления ЦСП был разработан в США в тридцатых годах ХХ в. В восьмидесятых годах их начали производить и в России на немецком оборудовании фирмы BIZON. В настоящее время функционируют предприятия: Костромской завод ЦСП (г. Кострома), ООО "Сибжилстрой" (г. Тюмень), Сокольский ДОК (Вологодская область), ООО "Стропан" (г. Омск), Стерлитамакский завод ЦСП (г. Стерлитамак), ЗАО "Тамак" (г. Тамбов).

Щепо-цементные плиты (ЩЦП) - близкие аналоги ЦСП. Изготавливают их прессованием смеси, состоящей их древесной щепы хвойных пород и портландцемента высоких марок. Соотношение названных компонентов по массе - 9:1. Наряду с этим в смеси есть минерализатор - натриевое жидкое стекло.

Таким образом, по сути это тоже, что и ЦСП, только с меньшей плотностью. В настоящее время такие плиты изготавливают несколько российских заводов. Один из наиболее крупных - ОАО "Волгодонский комбинат древесных плит". Этот завод производит плиты различной толщины длиной 2000 мм и шириной 550 и 1100 мм. Масса одной плиты размером 2000x1100x35 мм - 26 кг.

Плиты предназначены в первую очередь для изготовления несъемной опалубки, применяемой в технологии каркасно-монолитного бетонирования. При использовании такой технологии за счет повышения термического сопротивления можно уменьшить толщину ограждающей стены, на 10 - 15% увеличить полезную площадь здания, снизить массу стен и, соответственно, нагрузку на фундамент.

Плиты Green Board. Хотя названы эти плиты по-английски, производит их российское предприятие - ООО "Строительные инновации" (Владимирская область, Кольчугинский район, поселок Бавлены). Изготавливают их из смеси, составленной из древесной шерсти и портландцемента марки 500 в соотношении 6:4. Древесная шерсть (другое название - древесные пряди) - это ленты толщиной 0,2 - 0,5 мм, шириной 1 - 8 мм и длиной до 25 мм, изготавливаемые из древесины на специальном оборудовании. Минерализатором в этой смеси является натриевое жидкое стекло.

Плиты Green Board производят четырех марок: GB1, GB2, GB3 и GB4, отличающихся друг от друга плотностью, а следовательно, предназначением. Так, плотность плиты марки GB1 - всего около 350 кг/куб. м. Применяется в качестве тепло- и звукоизолирующего неконструкционного материала. Плотность плиты марки GB2 - около 700 кг/куб. м. Применяется для тех же целей, но уже способна быть конструкционным материалом. Плотность плиты марки GB3 - около 1200 кг/куб. м. Предназначена для изготовления несъемной опалубки.

По-видимому, свойства этих плит изучены изготовителем досконально (их описанию посвящена целая брошюра), разработаны "технические решения каркасного, каркасно-панельного домостроения с применением системы плит Green Board в несъемной опалубке".

В России используют и арболитовые плиты, произведенные за рубежом, например фиброцементные под названием ETERNIT. Представлен на российском строительном рынке и фиброцементный сайдинг, который называется Cedral. Эти изделия предназначены для отделки фасадов зданий, потому их производят окрашенными.

По-видимому, рекордсменом среди арболитовых плит по совокупности полезных свойств (но и чемпионом по цене) является фибролит.

К сожалению, производят его пока лишь за рубежом, где обозначают аббревиатурой WWCB. Однако в настоящее время одна из российских организаций ведет переговоры о покупке оборудования у голландской компании ELTOMATION BV, которая его изготавливает.

Плиты WWCB производят низкой (объемная масса 280 - 520 кг/куб. м) и высокой плотности (800 - 900 кг/куб. м). Плиты низкой плотности рекомендуют использовать в качестве не только теплоизоляционных, но и акустических для подвесных потолков и даже звукопоглощающих барьеров на автострадах.

Как уже было отмечено, важной характеристикой теплоизоляционного материала является удельная теплоемкость. Этот показатель для вышеописанных арболитовых материалов, по-видимому, не определялся, по крайней мере в перечне свойств он не приводится. А вот для фибролита он известен: 2100 Дж/кг x К. Это довольно высокий показатель, следовательно, плиты будут длительное время удерживать теплоту в помещении в случае отключения отопления.

Опять-таки фибролитовые плиты - единственный арболитовый материал, который изготавливают не только на обычном портландцементе серого цвета, но и на белом. Такие плиты предназначены под окрашивание, а далее - в качестве декоративного материала для отделки интерьера.

Справедливости ради отметим, что фиброцементные плиты под названием "фибрит" производят и в России (компания "Фибрит-М"). Но наполнителем в них является не древесное, а целлюлозное волокно, поэтому к арболитовым материалам их относить некорректно.

Разновидностью арболита является материал "Бунгалит", производимый компанией "Оптим-Строй" (г. Москва) в виде блоков размером 40x20x20 см, в которых 70% объема занимает стружка. Компания рекомендует использовать их для сооружения всех несущих и ограждающих конструкций, даже стен бассейнов, саун. Предлагается и комбинированная кладка из блоков "Бунгалит" и традиционного кирпича. Стена толщиной 40 см, сооруженная из блоков "Бунгалит", по теплосопротивлению соответствует кирпичной стене толщиной в 105 см, а масса ее меньше в 3,5 раза.

Изготовители "Бунгалита" утверждают, что их материал отличается более высокой, чем у традиционного арболита, прочностью на растяжение и изгиб, меньшим водопоглощением. Возможно, эти преимущества достигаются за счет того, что в состав исходной смеси для "Бунгалита" вводится некоторое количество песка, а отверждение производится в камерах прогрева при температуре 30 град. Цельсия в течение 7 - 8 часов.

Гипсовый арболит

Арболит может быть изготовлен не только на портландцементе, но и на гипсовом вяжущем. Такой арболит обладает рядом преимуществ перед цементным. В частности, при использовании гипса не нужен минерализатор, отверждение происходит в несколько раз быстрее, что позволяет повышать оборачиваемость форм.

Для изготовления арболитовых изделий необходимо применять не обычное строительное гипсовое вяжущее, а высокопрочное, иначе прочность их будет низкой. (На основании исследований, проведенных еще в советские времена в Московском инженерно-строительном институте и Саратовском политехническом институте, была разработана и опубликована Временная инструкция по изготовлению и применению изделий из арболита на техническом (высокопрочном) гипсе.) Однако если в качестве древесного компонента использовать специально изготавливаемую стружку, то удается производить арболитовые изделия на строительном гипсе.

Примером таких изделий являются только что "родившиеся" в России гипсоволокнистые плиты, изготовление которых начал Пешеланский гипсовый завод "Декор-1" (Арзамасский район Нижегородской области).

Сырьевая смесь для этих плит состоит из строительного гипса, древесной стружки и воды, то есть экологически чистых компонентов. После отверждения смеси плиты становятся строительным материалом с выдающимися свойствами: и теплым, и слабогорючим (категория Г-1), и прочным. Их рекомендуется использовать для теплоизоляции не только стен, но даже и полов в качестве подслоя под финишное покрытие из паркета, линолеума, ковров.

Возможности дальнейшей модификации арболита

Очень хорошо зарекомендовал себя арболит в жилых домах: благодаря ему происходит более равномерный, чем в бетонных постройках, тепло- и воздухообмен и поддерживается более благоприятный для проживания температурно-влажностный режим. Еще эффективнее арболит в постройках сельскохозяйственного назначения - коровниках, птичниках, свинарниках. Крупнопористая структура арболита способствует лучшей аэрации таких помещений, поддерживая в них осушающий режим. (В бетонных возникает тяжелый температурно-влажностный режим.)

Примечание. Построенные из арболита здания прошли проверку временем, показав высокую надежность при эксплуатации в различных климатических зонах.

Есть возможность сделать арболит еще лучше - использовать новейшие достижения хотя бы отечественной науки. Например, удивительно, что в технологии изготовления арболита почему-то почти не внедряются те достижения науки, которые реализуются в производстве бетонных и железобетонных изделий. Не используются современные химические добавки, тем более нанодобавки, не изучается влияние активации водозатворения, в частности путем омагничивания. А это, автор уверен, мощный резерв повышения качества арболита и снижения его стоимости.

Также не изыскиваются способы воздействия на древесный компонент, что могло бы способствовать снижению водопоглощения, улучшению контакта "заполнитель - цементная матрица", повышению биостойкости, то есть улучшению качества.

Одним из способов воздействия на древесный заполнитель в арболите, по мнению автора, могла бы стать его термообработка - нагревание паром до температуры 180 град. Цельсия. Как известно из литературы, такая обработка на 20 - 30% снижает теплопроводность древесины, уменьшает ее гигроскопичность, равновесную влажность, повышает стойкость к биоповреждениям, снижает количество растворимых веществ в древесине (из-за которых приходится использовать минерализатор). Для обработки древесины паром не нужно изобретать какое-то новое оборудование: именно в таких условиях - в автоклавах - изготавливают сегодня силикатный кирпич.

Недавно появились эффективные гидрофобизаторы для древесины, в том числе и отечественные. Обработка ими древесного заполнителя позволит заметно снизить гигроскопичность этого компонента древолита, а следовательно, предотвратить повышение теплопроводности.

Возможно, эффективным будет и введение в арболитовую смесь водных дисперсий эластичных полимеров, например поливинилацетатной, которая уже показала свою эффективность в традиционных бетонах. Полимерные пленки, образующиеся в арболите из этих дисперсий, предотвращают отрицательное влияние объемных деформаций, которые могут происходить при увлажнении.

А в заключение подчеркнем, что даже и без этих новаций арболит является прекрасным строительным материалом. И его востребованность должна (и будет!) возрастать.



 
Автор: В.А.Войтович
  К. т. н., заместитель генерального директора Нижегородского регионального центра наноиндустрии
   
Источник:Журнал "Руководитель строительной организации", 2011, N 8


Опубликовано 15.01.2012

последние изменения от 15.01.2012



Смотрите также:

 



При использовании материалов данной статьи ссылка на сайт обязательна.


Разделы

Яндекс.Метрика

Данный сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 Гражданского Кодекса РФ.

Путинцев Александр Михайлович, © 2009
По вопросам работы сайта обращайтесь по e-mail: snino@mail.nnov.ru