Строительные материалы / Лекционный курс / строит.материалы и изделия / Глава 12-ред

91

ГЛАВА 12.

СНИЖЕНИЕ РЕСУРСОПОТРЕБЛЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Строительство в Беларуси потребляет около 50 % всех топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) страны, которые на 84,5 % покрываются за счет внешних источников и 15,5 % – собственных.

Материалы и энергоресурсы составляют в строительстве свыше 60 % общих затрат. С 1991 г. их рост в Беларуси составил более 10 %. Высокий удельный вес материальных затрат в строительной отрасли является следствием применения более материалоемких конструкций по сравнению с зарубежными аналогами. Характеристики многих материалов, соответствуя действующим нормативным документам, в ряде случаев ниже зарубежных. В связи с этим необходимо пересмотреть действующие нормативные документы (СНБ, СТБ, СТБ ЕН) и разработать более 30 новых, регулирующих ресурсопотребление в строительстве и промышленности строительных материалов.

Высокие затраты на материалы часто связаны с тем, что значительная часть их экспортируется из других стран. Как правило, основная причина – их высокое гарантированное качество. Например, из стран ближнего зарубежья ввозят около 90 % металла для изготовления металлических конструкций, практически весь битум, трубы металлические. При изготовлении многих материалов внутри республики часть компонентов поступает из зарубежья. В настоящее время имеется много различных импортных материалов высокого качества и относительно низкой стоимости.

Сложившаяся ситуация потребовала срочного решения проблемы снижения энергоемкости, ресурсопотребления и, как следствие, снижения стоимости строительных материалов и строительства в целом. Министерством архитектуры и строительства принята программа снижения затрат строительной продукции. К 2003 году должно быть достигнуто снижение ресурсопотребления и стоимости строительства на 25 – 30 %. Для достижения этих показателей необходимо:

• разработать и внедрить в строительное производство новые энергосберегающие проектно-конструкторские решения жилых зданий повышенной комфортности;

• уплотнить застройки за счет повышения этажности на 1 – 2 этажа эксплуатируемых пятиэтажных домов и мансардного строительства;

• разработать и внедрить новые ресурсо- и энергосберегающие технологии получения строительных материалов, изделий и конструкций.

Более 70 % жилых эксплуатируемых домов выполнены в панельном варианте, который не отвечает не только современным градостроительным и социальным требованиям, но и является энерго- и материалоемким как при возведении, так и при эксплуатации. С учетом срока службы зданий, их долговечности серьезно встает вопрос о способах демонтажа и утилизации отходов. В дальнейшем возведение таких зданий будет сокращаться. Так, в 1999 году в Беларуси строительство домов КПД составляло 35 % и до 2002 года сокращено до 15 %. Предполагается дома этого типа возводить в первую очередь как социальное жилье с повышенной комфортностью. При их строительстве необходимо уделить особое внимание совершенствованию конструктивных решений, позволяющих создавать гибкую планировку квартир, уменьшить материалоемкость конструкций, составляющую в настоящее время до двух тонн на 1 м² общей площади, а также значительно снизить энергоемкость производства сборных железобетонных изделий КПД.

К новым энергосберегающим проектно-конструкторским решениям жилых и общественных зданий можно отнести каркасный вариант до 9 этажей и сборно-монолитный или монолитный при большей этажности.

Экспериментальное строительство и зарубежный опыт показывают, что для обеспечения проектной несущей способности и надежной теплоизоляции удельная масса наружных стен не должна превышать 200 кг/м². В настоящее время для пятиэтажных зданий этот показатель равен 500 – 700 кг/м², а при увеличении этажности доходит до 1200 и даже 2000 кг/м². Высокая материалоемкость связана, прежде всего, с конструктивным решением стен.

Поэтому для достижения поставленной цели необходимо применять стеновые ограждающие конструкции из материалов низкой плотности и теплопроводности. Они могут быть поэтажно опертыми и навесными, однослойными и многослойными с гибкими металлическими или стеклопластиковыми связями. Предпочтительнее однослойные из легкого бетона, так как они менее трудоемки и энергоемки при производстве по сравнению с многослойными. Для эффективного использования последних очень важна последовательность расположения слоев. Так, в направлении от внутренней к наружной поверхности материалы должны располагаться в порядке уменьшения теплопроводности и увеличения паропроницаемости. В связи с этим энергетически выгодно при тепловой реабилитации эксплуатируемых зданий и строительстве новых теплозащиту располагать с наружной стороны, используя плитный утеплитель или теплоизоляционную штукатурку плотностью не более 200 кг/м³ и коэффициентом теплопроводности не более 0,1 Вт/м^оС. При этом необходимо обеспечить непрерывность теплоизоляционного слоя во избежание образования мостиков холода. Целесообразно также выполнение заливочной теплоизоляции из вспененной полимерной массы непосредственно на строительной площадке. По достигаемому эффекту теплозащиты положительно зарекомендовали себя многослойные стеновые конструкции с замкнутым воздушным зазором толщиной 40 – 60 мм между отделочным наружным и теплоизоляционным слоями и вентилируемые фасады.

В зданиях до пяти этажей несколько конструктивных решений: использование каркасных систем и несущих стен. В последнем случае для обеспечения заданной СНБ надежной теплозащиты ограждающих стеновых конструкций их предполагается выполнять в виде блоков из ячеистых и легких бетонов, облегченной кладки из эффективных керамических кирпичей или крупноразмерных камней повышенной пустотности с использованием эффективных рыхлых или плитных утеплителей. Только за счет применения калиброванных блоков из ячеистого бетона плотностью менее 400 кг/м³ с укладкой их «на клею» (толщина шва до 1 мм) можно повысить термическое сопротивление ограждающих конструкций на 15 – 20 %.

В связи с высокими затратами энергии на отопление зданий, составляющими около 34 % произведенной в стране, по сравнению с 20 – 22 % в западных странах в России введена новая климатическая характеристика, выраженная в градусо-сутках отопительного сезона, которая устанавливается с учетом продолжительности отопительного сезона и средней температуры наружного воздуха. В связи с этим введены новые требования по сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций, которые непосредственно связаны с градусо-сутками отопительного периода. В зависимости от этого показателя применяют различные типы ограждающих конструкций. Так, например, при показателе меньше 2400 ^оСсут эффективны легкобетонные блоки плотностью до 600 кг/м³ при толщине слоя 500 мм с облицовкой в полкирпича.

В районах с показателем меньше 6400 ^оСсут в качестве несущего и теплоизоляционного материала используют ячеистый бетон плотностью до 400 кг/м³ при той же толщине и облицовке. Трехслойные стены толщиной 400 мм с утеплителем из минеральной ваты или пенополистирола применяют в регионах, где показатель от 5700 ^оСсут и до 6850 ^оСсут соответственно. Двухслойные стены, состоящие из несущего и теплоизоляционного слоев, ограничений не имеют. Дальнейшая защита стеновой конструкции может проводиться или по «мокрому» варианту с оштукатуриванием по сетке плитного утеплителя, или с использованием вентилируемых облицовочных систем.

Для строительства зданий индивидуальной застройки высотой до двух этажей очень важно снижение расхода материалов с высокой энергоемкостью, например, цемента, сборного железобетона, керамического кирпича.

В таком строительстве предпочтение отдается каркасному варианту с использованием быстрособираемых щитовых панелей, представляющих собой деревянный или металлический каркас, к которому крепятся с внутренней и наружной стороны такие листовые материалы, как цементно-стружечная плита, листы из асбестоцемента, доски из антисептированной древесины с заполнением пространства между ними эффективным теплоизоляционным материалом. Наружную поверхность стены отделывают атмосферостойким лакокрасочным составом или вагонкой (виниловой, деревянной, металлической с защитным покрытием). Стены также допускается выполнять из кладочных материалов – ячеисто- и керамзитобетонных блоков, пустотелого кирпича, а также монолитного бетона, бруса, бревен и блоков, полученных с использованием волокнистых растительных отходов: опилок, стружек, соломы.

Межквартирные и межкомнатные перегородки в жилых и общественных зданиях эффективно возводить облегченными каркасно-обшивными: гипсокартонные с бумажным сотовым заполнителем, из ячеистобетонных и гипсобетонных блоков и панелей.

Уплотнение застройки предусматривает не только реконструкцию эксплуатируемых домов, но и строительство новых зданий в районах существующей застройки. Возможность использования уже имеющихся инженерных коммуникаций также позволит снизить стоимость жилья по сравнению со строительством на вновь осваиваемых территориях.

Намечен ряд мер для создания конкурентоспособных строительных материалов и снижения их энергоемкости.

По потреблению энергоресурсов (в процентах от общего объема) производство строительных материалов располагается в следующем порядке: цемент (22,6), керамический кирпич (14,9), стекло и изделия из него (14,6), известь, силикатные изделия (11,8), керамические облицовочные материалы (6,0), нерудные материалы (природные, каменные – 5,5), кровельные и гидроизоляционные материалы (3,7), бетон и железобетон (2,5), пористые заполнители (1,7), деревообработка (0,8) и остальное – прочие материалы.

В Беларуси цемент производят три крупнейших завода. Два из них ОАО «Красносельскцемент» и ПО «Кричевцементошифер» из-за высокой влажности исходного сырья работают по «мокрому» способу, используя для обжига сырье в виде шлама влажностью 39 – 40 и 44 – 47 % соответственно. В 1996 г. введен в эксплуатацию Белорусский цементный завод, использующий сухой способ производства, позволяющий на 70 – 80 кг снизить расход топлива для получения 1 т клинкера. Из общего количества энергетических затрат 10 % расходуется на подготовку сырьевых материалов, 79 % на обжиг клинкера, 10 % на помол цемента и 1 % на другие операции.

Совершенство любой технологии производства можно оценить по показателю ЭХТ (экологическая характеристика технологии), который равен сумме трех составляющих. Первое – отношение массы готового продукта к общему расходу сырья характеризует материалоемкость производства. Второе – отношение полезно израсходованной энергии к фактически затраченной, показывающее энергоемкость производимого продукта. Третье – отношение времени, необходимого для получения изделия (материала), ко всему фактически затраченному. Этот показатель оценивает степень организованности производства [5].

Материалоемкость в значительной степени определяется составом сырья. Чем больше газообразных продуктов и воды теряется в процессе переработки исходного сырья, а также пыли при помоле и брака из-за несовершенства технологии и низкой организации, тем меньше отношение и выше материалоемкость готового продукта. Следовательно, при производстве цемента отношение можно увеличить за счет применения сухого способа производства или снижения начальной влажности шлама, а также частичного использования такого техногенного сырья, как золы, шлаки, не выделяющего при переработке газообразных соединений. Немаловажно использование мощных пылеулавливающих фильтров, обеспечивающих возвращение тонкодисперсных частиц в замкнутый технологический цикл. Это особенно актуально для сухого способа производства цемента.

Снижение энергозатрат возможно за счет использования отходящих газов в сырьевых мельницах и сушилах, снижения энергозатрат при помоле путем введения поверхностно-активных веществ в количестве до 0,5 % от цемента (СДБ, мылонафт, триэтаноламин), использования в качестве топлива при сухом способе производства изношенных автомобильных покрышек. Как показало опытное внедрение, применение этого высококалорийного топлива позволяет снизить температуру обжига на 100 ^оС без ухудшения качества получаемого клинкера.

Снижения энергоемкости и, следовательно, стоимости цемента, т.к. затраты на топливо и электроэнергию составляют в себестоимости продукта 50 – 75 %, можно достичь за счет уменьшения процентного содержания в цементе энергоемкого составляющего – клинкера. Установлено, что использование 1 т доменного шлака позволяет экономить 600 – 700 кг клинкера. Эффект значительно повысится, если использовать отечественный шлак Жодинского металлургического завода, а не российский и украинский. В связи с этим необходимо увеличить выпуск портландцементов с минеральными добавками и в значительной степени снизить производство клинкерного бездобавочного цемента, применяя его только как специальный вид вяжущего.

С целью экономного расходования цемента в соответствии с РДС 1.01.14-2000 необходимо:

• интенсивный набор прочности бетоном обеспечивать за счет применения эффективных добавок – ускорителей твердения без увеличения расхода минерального вяжущего;

• использовать воздухововлекающие и уплотняющие добавки при получении бетона высокой морозостойкости и плотности соответственно;

• подвижность бетонной смеси регулировать путем введения добавок пластификаторов и суперпластификаторов, а также фракционным подбором заполнителей без увеличения расхода цемента и воды;

• исключить расслаиваемость литых и подвижных бетонных смесей за счет введения тонкодисперсных минеральных отходов;

• бетонирование массивных монолитных конструкций при отрицательной температуре проводить, используя противоморозные добавки или добавки – ускорители твердения в сочетании с методом «термоса». Для набора «критической» прочности бетона в тонкостенных конструкциях использовать низкотемпературный электропрогрев;

• для получения кладочных растворов необходимо применять специальный цемент (ГОСТ 25328) с пониженным содержанием клинкера, при отсутствии этого вида минерального вяжущего вводить в имеющиеся портландцементы тонкомолотые минеральные добавки до 30 %;

• кладку и оштукатуривание ячеистых блоков проводить с применением модифицированных сухих смесей.

Основной объем цемента потребляет производство сборного железобетона – самое энергозатратное получение несущих конструкций.

Расход энергии в два раза превышает научно обоснованные нормативы и составляет 0,22 Мкал на 1 м³ сборного железобетона, в то время как в странах ЕЭС эта цифра не превышает 0,115 Мкал.

К основным причинам этого можно относятся:

• недостаточная герметичность оборудования;

• низкая активность применяемых цементов;

• отсутствие в необходимом объеме эффективных добавок – ускорителей твердения и суперпластификаторов;

• работа с подвижными бетонными смесями высокого водосодержания.

Для снижения энергозатрат при производстве сборного железобетона необходимо:

• применять пластифицирующие и суперпластифицирующие добавки, позволяющие уменьшить энергозатраты при перемешивании и уплотнении бетонной смеси;

• более широко внедрять электрические методы прогрева: электродный, контактный, индукционный;

• снизить теплопотери пропарочных камер за счет их выполнения из керамзитобетона или использования эффективного теплоизоляционного материала, защищенного от увлажнения;

• для более точного автоматического регулирования процесса ТВО в качестве основного показателя использовать температуру бетона в изделии;

• частично заменить применяемые энергоносители вторичными энергоресурсами: отходящими газами с температурой 125 – 300 ^оС, охлаждающей водой 40 – 50 ^оС; конденсатом от установок тепловой обработки 80 – 100 ^оС.

Все эти меры должны повысить кпд этих тепловых агрегатов, который в настоящее время равен 0,1 – 0,15, и снизить энергоемкость сборного железобетона.

Сокращение ввода дорогостоящего импортного металла для производства строительных конструкций, труб, арматуры и отделочных материалов возможно за счет частичной замены металлических труб высокопрочными бетонными и долговечными полимерными для систем холодного, горячего водоснабжения и канализации, а также увеличения выпуска арматурной стали на Жодинском металлургическом комбинате. Кроме того, для экономного расходования металла согласно РДС 1.01.14-2000 необходимо:

• использовать для несущих стальных конструкций в общественных и жилых зданиях высокопрочные, низколегированные и углеродистые термически упрочненные стали со строго определенным пределом текучести;

• исключить в жилых и общественных зданиях применение стальных окон, витражей, подвесных потолков и солнцезащитных устройств;

• использовать для получения обычных и преднапряженных железобетонных конструкций в зависимости от степени напряжения и расположения арматуру из стали определенного класса в виде горячекатаных, термомеханически и термически упрочненных стержней, арматурной проволоки гладкой и периодического профиля, арматурных канатов;

• для железобетонных конструкций, эксплуатация которых связана с действием агрессивных сред, в качестве арматуры необходимо применять стержневую термомеханически и термически упрочненную с повышенной стойкостью против коррозионного растрескивания;

• стальные строительные конструкции должны быть защищены от воздействия агрессивных сред и блуждающих токов.

Для снижения стоимости керамических стеновых материалов необходимо заменить морально и физически устаревшие печи обжига и прессовое оборудование, использовать для сушки изделий отходящие газы туннельных обжиговых печей, снизить влажность формовочной массы с 18 – 19 до 14 – 15 %. С целью снижения трудоемкости кладочных работ и повышения теплоизоляционных свойств ограждающих конструкций необходимо увеличить размеры изделия и повысить его пустотность, которая сейчас составляет 20 – 27 %. В странах ЕЭС используют стеновые керамические камни размером в 4 – 6 объемов рядового кирпича и пустотностью до 60 %.

В связи с тем, что теплопотери внутри помещения через окна составляют до 22 %, отношение площади оконных проемов к площади наружных стен не должно превышать 18 – 20 %. Причем для надежной теплозащиты теплотехнические характеристики окон и ограждающих конструкций должны быть близкими по величине. Предпочтительно применение оконных изделий полной заводской готовности с теплосберегающим стеклом, надежной герметизацией и пониженной воздухопроницаемостью столярных изделий (оконных и дверных коробок, рам). Остекление окон перспективно выполнять из стеклопакетов, заполненных инертными газами. С 2001 г. стеклопакеты начало выпускать предприятие АО «Гомельстекло». Их применение вместо листового стекла снизит теплопотери через окна на 40 %. С 1997 г. на этом производстве введена в действие линия по получению листового стекла флоат-способом, что позволило сократить энергозатраты при его получении на 35 %.

Расширено производство плит из декоративного теплоизоляционного пеностекла. Применение этого материала в качестве изоляционного значительно сократит расход энергии на отопление.

Основное направление развития силикатных материалов – снижение плотности изделий: стеновых газосиликатных блоков с 500 до 350 – 400 кг/м³, теплоизоляционых плит с 300 – 350 до 150 – 200 кг/м³. Немаловажное значение в этой технологии придают вторичному использованию тепла после термообработки. Применение этого эффективного негорючего утеплителя позволит отказаться от использования полистиролбетона, для производства которого основной полимерный компонент ввозят из-за рубежа.

Предполагается максимальный переход на использование отечественных утеплителей: волокнистых (минеральных и органических), газонаполненных пластмасс, ячеистого бетона с низкой теплопроводностью менее 0,06 Вт/м^оС и низкой (75 – 175 кг/м³), особо низкой (менее 75 кг/м³) плотностью.

Необходимо повысить долговечность и эстетическое качество отделки фасадов, частично отказавшись от трудоемких процессов оштукатуривания и облицовки керамической плиткой. Для этих целей эффективно использовать клинкерный кирпич, полученный на Речицком керамическом заводе на основе местных сырьевых материалов. Прогрессивно использование бетонных облицовочных плит для фасадов и интерьеров зданий, полученных методом проката. Применение этого способа формовки не только позволяет уменьшить расход компонентов, но и сократить энергозатраты на его получение.

Основным материалом для внутренней отделки стен, выполнения подвесных потолков, выравнивания полов служат гипсокартонные и гипсоволокнистые листы. Их стоимость можно снизить в три раза за счет использования вместо строительного гипса отходов фосфо- и борогипса.

Нуждаются в пересмотре тенденции развития кровельных и гидроизоляционных материалов. Несмотря на низкую долговечность, битумные рулонные материалы на картонной основе составляют до 50 % выпуска. В Беларуси современные рулонные кровельные материалы, выпуск которых необходимо увеличить, производят четыре предприятия. ОАО «Кровля» (г. Осиповичи) – белорусско-британское предприятие, которое выпускает такие материалы. как «Биполикрин», «Бикрин» на стеклоткани и стеклохолсте Полоцкого завода «Стекловолокно», а также на полиэфирном холсте и ткани, получаемых из Германии. Битум марки БНК 45/190, поступающий с Мозырского и Новополоцкого нефтеперерабатывающих заводов, модифицируют для повышения атмосферостойкости и долговечности каучуковыми композициями, получаемыми из Германии и России. С 2001 г. завод начал производство битумной черепицы «Шинглз», 30 % которой идет на экспорт в страны СНГ и Балтии.

ОАО «Гидростеклоизол» (Брестская обл.) – основным товарным продуктом является битумно-полимерный рулонный наплавленный кровельный материал «Гидростеклоизол» на стеклоткани или полиэстере. Предприятие НПФ «ПТК» (г. Новополоцк) – кровельный битумно-эластомерный материал на основе стеклоткани. Совместное производство «Д и Б стройматериалы» (г. Осиповичи) – белорусско-германское предприятие, оно выпускает кровельные битумные материалы на основе стеклохолста и стеклоткани.

Перечисленные материалы по своим эксплуатационным свойствам ближе к зарубежным аналогам, поэтому они не только насыщают внутренний рынок, но и поставляются в страны СНГ. В Беларуси есть качественные, хорошо зарекомендовавшие себя экологически чистые строительные материалы, которые в ближайшие годы должны не только потеснить на внутреннем рынке зарубежные отделочные материалы, но и широко экспортироваться за рубеж. Это сухие смеси фирмы «Забудова», водорастворимые краски, клинкерный кирпич, металлочерепица, соломенные блоки Гродненского комбината ЖБИ № 10, керамзитовый гравий из Новолукомля. Все эти и многие другие материалы и изделия имеют сертификаты качества для использования их в странах Европейского содружества.

Проблему ресурсосбережения можно частично решить за счет комплексного использования природного сырья. Постоянное уменьшение запасов полезных ископаемых все чаще ставит вопрос в металлургии о разработке карьеров с более бедными рудами, в энергетике – о переходе на низкосортные виды топлива. Установлено, что только 5 – 10 % исходных природных ресурсов переходит в готовую продукцию, остальные в виде отходов поступают в окружающую среду. Это попутные продукты горнодобывающей и углеобогатительной промышленности, вскрышные и отвальные породы, хвосты обогатительных фабрик, отходы от механической обработки природного камня, шлаки и золы ТЭС.

Все перечисленные многотоннажные природные материалы и отходы могут быть использованы как непосредственно в строительстве в виде заполнителей, дорожных засыпок, так и в составе комплексного сырья при получении минеральных вяжущих, других искусственных материалов различного назначения.

Из шлаков и зол ТЭС производят аглопоритовый гравий, глинозольный керамзит, безобжиговый зольный гравий. Последний получают путем помола отходов, перемешивания их с цементом и водой, грануляции смеси и последующего твердения гранул.

В связи с тем, что производство искусственных легких заполнителей (керамзита, аглопорита) загрязняет окружающую среду, в ряде стран Западной Европы ужесточились ограничения по их производству. Это привело к расширению использования металлургических шлаков, зол, отходов углеобогащения и переработки растительного сырья, что способствовало не только охране окружающей среды, но и снижению топливных и энергетических затрат на изготовление заполнителей.

Шлаковые и взаимозаменяемые материалы и изделия представлены в табл. 12.1.

Таблица 12.1

Использование шлаковых отходов

Область применения	Наименование материалов и изделий
	шлаковые	взаимозаменяемые
Вяжущие	Шлакопортландцемент	Портландцемент
Высокопрочный заполнитель	Литой шлаковый щебень	Щебень из горных плотных пород
Искусственный пористый заполнитель	Шлаковая пемза	Керамзит, аглопорит
Кислотостойкие высокопрочные изделия (трубы, плиты, облицовки)	Литые шлаковые и шлакоситалловые изделия	Каменное литье
Утеплители	Минеральная вата из шлакорасплава	Минеральная вата из горных пород и стеклорасплавов

Использование местных сырьевых материалов в технологии получения исключает транспортные перевозки, что приводит не только к удешевлению самого материала, но и строительства в целом.

Хорошо зарекомендовали себя технологии по производству стеновых блоков, теплоизоляционных и отделочных плитных материалов на основе отходов сельскохозяйственного производства (солома зерновых культур, льняная костра, опилки, стружки, лузга от семечек и др.) в сочетании как с минеральными вяжущими (цемент, гипс), так и органическими, полимерными связующими. В последние годы в Беларуси разработаны и запатентованы экологически чистые технологии по переработке отходов растительной биомассы путем измельчения и брикетирования для производства высококалорийного топлива, облицовочных и теплоизоляционных строительных материалов, а также фильтрующего древесного угля.

В связи с уникальными свойствами строительного гипса, его способностью создавать благоприятные температурно-влажностные условия для проживания человека встает проблема резкого увеличения выпуска этого прочного, легкого и огнестойкого материала. Его применение разнообразно: от комнатных перегородок, теплоизоляционных, акустических и огнезащитных штукатурок до строительных клеев, монолитных стяжек под полы, отделочных листов и облицовочных плит. Основной путь решения вопроса – его частичная замена фосфогипсом, отходом азотно-тукового производства, и борогипсом, побочным продуктом при производстве серной кислоты.