В практике современного строительства одной из важнейших задач на сегодняшний день является обеспечение качественной теплозащиты зданий, надежной и обеспечивающей энерго - и ресурсосбережение.
В условиях выполнения поставленных задач основным стал вопрос о возможности получения новых высококачественных теплоизоляционных материалов для ограждающих конструкций, отвечающих требованию современных стандартов ( в частности, требованиям СНиП II-3-2000 «Строительная теплотехника» ), с целью применения их при строительстве зданий и сооружений.
Новый материал должен иметь следующие преимущества: быть простым в получении, производиться из доступных материалов, обладать улучшенными физико-механическими показателями и быть конкурентоспособным среди широкого ассортимента продукции мирового строительного рынка.
Современный этап развития науки о строительных материалах позволяет на практике воплотить в жизнь и усовершенствовать теорию о совместной работе бетонов и легких теплоизоляционных полимеров, объединенных в единое целое.
Целью такого объединения является получение универсального «гибрида», обладающего всеми положительными свойствами исходных компонентов — цементного камня (как представителя бетонного начала) и пенополистирола — одного из современных теплоизоляционных материалов.
В течение многих лет приводились исследования по получению подобного материала, и выход был найден!
Решением данного «уравнения» стало сравнительно недавнее (около 10 лет назад) появление на рынке строительных материалов полистиролбетона.
Новый высококачественный композит в мире строительной индустрии — полистиролбетон - по праву стремится к первенству среди прочих теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов.
За относительно небольшой период полистиролбетон приобрел широкомасштабную известность в сфере строительства как перспективный строительный материал будущего.
Учитывая повышенный интерес производителей к увеличению спроса на данный материал, а потребителей — к повышению его качества, происходит постоянное усовершенствование технологий и оборудования для производства полистиролбетона и изделий на его основе
Полистиролбетон является композиционным материалом, близким по своему функциональному значению к ячеистым бетонам. Основой состава этого бетона является цементное вяжущее и сверхлегкий заполнитель — вспученный полистирол.
Благодаря составу, свойствам и постоянно совершенствующимся технологиям производства данный материал обладает многими достоинствами и имеет ряд преимуществ перед остальными бетонами и изделиями ЖБИ.
Полистиролбетон при низкой плотности имеет удовлетворительные прочностные характеристики, не деформируется под нагрузкой, обладает низкой теплопроводностью и высокой звукоизоляцией. Полистиролбетон пожаробезопасен и на порядок долговечнее других теплоизоляционных материалов, так как имеет улучшенные показатели по морозостойкости, водонепроницаемости, химической и биологической стойкости.
Полистиролбетон паро- и воздухопроницаем, не токсичен и обладает пониженной сорбционной влажностью.
В отличие от ячеистого бетона (пенобетона) полистиролбетон имеет меньшие требования к сырьевым материалам. Свойства полистиролбетона в меньшей степени колеблются при применении разных партий одного и того же заполнителя, нежели в пенобетоне, где свойства смеси меняются в зависимости от вида пенообразователя, и даже при постоянном использовании одного и того же пенообразователя в пределах одной партии отсутствует стабильность его показателей. Так же, в отличие от ячеистых бетонов, полистиролбетон не имеет проблемы ограничения вариантов отделки.
Кроме того, полистиролбетон распиливается, легко транспортируется и укладывается (товарная смесь) и уменьшает трудозатраты при возведении конструктивных элементов зданий (сборные изделия).
Техничестие характеристики полистиролбетона приведены в таблице 1.
| Наименование показателя | Значение показателя |
|---|---|
| Марка по средней плотности, D, (кг/м3) | 150 - 600 |
| Предел прочности на сжатие, R, Мпа | 0,5 — 2,5 |
Коэффициент теплопроводности,  , Вт/мхоС |
0,055 — 0,145 |
| Марка по морозостойкости, F, циклы | 25 — 100 |
| Сорбционная влажность, % | 4 —6 |
| Группа горючести, Г | Г 1 |
Кроме вышеперечисленных преимуществ, полистиробетон имеет приемлемую себестоимость, что стимулирует производителей к выпуску новых объемов изделий.
| Показатели материала | Плотность кг/м3 | Теплопро- водность Вт/мС | Водопогла- щение % по массе | Толщина стены при R=3,15 м. | Вес 1 м2 стены кг. |
|---|---|---|---|---|---|
| Кирпич глиняный полнотелый | 1700 | 0,81 | 12 | 2,5 | 4250 |
| Кирпич глиняный с пустотностью до 20 % | 1400 | 0,43 | 12 | 1,35 | 1900 |
| Кирпич силикатный | 1800 | 0,87 | 16 | 2,7 | 4860 |
| Кирпич глиняный поризованный | 800 | 0,18 | 18 | 0,55 | 450 |
| Ячейстый бетон (пенобетон | 500-600 | 0,16-0,19 | 14 | 0,5-0,6 | 250-360 |
| Керамзитобетон | 500-1200 | 0,23-0,52 | 18 | 0,7-1,6 | 360-1970 |
| Древесина (сосна) | 500 | 0,14-0,18 | 20 | 0,45 | 225 |
| Полистеролбетон | 250-400 | 0,075-0,010 | 4 | 0,24-0,32 | 60-128 |
Полистиролбетон может применяться в строительстве по следующим направлениям:
Наиболее эффективным является комплексное применение полистиролбетона, что связано с существенным снижением затрат на отопление зданий.
ПРИЛОЖЕНИЕ Б (СПРАВОЧНОЕ)
| Область применения | Показатели по | |
|---|---|---|
| средней плотности | прочности на сжатие | |
| Теплоизоляционные плиты | D 150 — D 250 | М2-М3,5 |
| Монолитная теплоизоляция чердаков и кровель | D 150 — D 250 | М2-М3,5 |
| Монолитная теплоизоляция трехслойных панелей, блоков и наружных стен | D200 D250 | М2,5-М5 |
| Теплоизоляция в колодцевой кладке | D150 D250 | М2,5-М3,5 |
| Пустотелые элементы для сборно-монолитных стен | D250 D350 | М5;B0,5-B1,0 |
| Сплошные блоки или монолитные стены: ненесущие самонесущие несущие |
D250 D400D350 D450D450 D600 | М5; B0,5-B1,0B1,0-B1,5B1,5-B2,5 |
Полистиролбетон (далее П-бетон) — это бетон на основе цементного вяжущего и заполнителя из высокомолекулярного органического соединения — пенополистирола.
Приготовление полистиролбетона осуществляется путем интенсивного перемешивания гранулированного вспененного пенополистирола с насыпной плотностью 7-30 кг/м3, цемента, воды, воздухововлекающих и, при необходимости, других химических добавок. [1].
Готовый (затвердевший) полистиролбетон представляет собой искусственный материал, по объему цементного камня которого равномерно распределены сферические гранулы вспененного полистирола.
Основной проблемой получения качественного полистиролбетона, как и легких и ячеистых бетонов, является оптимизация соотношения между его плотностью и необходимой прочностью в проектном возрасте.
В первую очередь, конечно, прочность полистиролбетона зависит от его плотности, на что оказывают влияние следующие факторы.
Полистиролбетон — двухкомпонентная система.
Рассмотрим полистиролбетон как двухкомпонентную систему, состоящую из гранул заполнителя и поризованной цементной матрицы, заполняющей его межзерновые пустоты.
По сравнению с легкими бетонами на пористых заполнителях, полистиролбетон обладает следующей особенностью: плотность его заполнителя — пенополистирольных гранул составляет всего 0,02-0,06 г/см3, что в 20-30 раз меньше плотности цементного камня. Изменение плотности заполнителя не оказывает существенного влияния на плотность полистиролбетона, поэтому получение необходимой плотности композита осуществляется за счет регулирование его состава и структуры, а так же плотности цементного камня изменением содержания цемента в матрице и ее поризацией путем введения воздухововлекающих добавок, увеличивающих объем вовлеченного воздуха.[1]
Влияние вяжущего на свойства полистиролбетона.
По аналогии с практикой ячеистых бетонов, для приготовления качественного полистиролбетона следует выбирать высокоактивные цементы с целью обеспечения необходимых прочностных характеристик бетона при относительно низком расходе вяжущего.
Это объясняется тем, что зависимость прочности полистиролбетона от активности цемента носит линейный характер, то есть прочность полистиролбетона повышается с увеличением марки цемента.
Согласно опытным данным [1], при приготовлении полистиролбетона на цементах разных марок наблюдается следующая картина: при замене марки «500» цементом марки «400» прочность полистиролбетона уменьшается в среднем на 20%; при замене марки «500» цементом марки «600» прочность полистиролбетона на 20% увеличивается.
То есть независимо от свойств заполнителя и его содержания в бетоне, с увеличением прочности цементной матрицы прочность полистиролбетона всегда повышается. Однако осуществление данного приема за счет увеличения расхода цемента ограничено в связи с повышением плотности полистиролбетона.[1]
Влияние заполнителя на свойства полистиролбетона.
Изготовления пенополистирола осуществляется вспениванием фракционированного бисерного стирола постоянного химического состава, обеспечивающего постоянство размеров гранул, их структуры и плотности.
Для получения полистиролбетона в качестве заполнителя применяют шарообразные пенополистирольные гранулы размером от 0,3 до 20 мм и плотностью от 0,02 до 0,06 г/см3. При плотности полимера, составляющей твердую среду вспененных гранул порядка 2 г/см3, их пористость составляет 97-98 % при плотности 0,02-0,06 г/см3.
Высокая пористость обуславливает линейную зависимость между плотностью пенополистирола и его прочностью на растяжение, а также величиной усилия для деформации на 10 %. При прочности твердой фазы пенополистирола до 20 МПа прочность гранул плотностью 0,02 г/см3 равна 0,01 — 0,02 МПа, гранул плотностью 0,06 г/см3 —0,04 — 0,06 Мпа, то есть увеличивается в 3 — 4 раза.
Экспериментальные исследования показывают, что повышение плотности пенополистирольных гранул при одновременном уменьшении их размера увеличивают прочность полистиролбетона на 35 —80%. Следует заметить, что при этом отсутствует фактор влияния прочности цементного камня.
Установлено, что для повышения эффективности полистиролбетона, необходимо применять заполнитель с оптимальным размером гранул 0,3 — 1,2 мм.
Согласно опытным данным, снижение пустотности при одинаковой средней плотности зерен заполнителя снижает прочность полистиролбетона от 10 % ( при средней плотности пенополистирола 0,06 г/см3 ) до 30% ( при средней плотности пенополистирола 0,02 г/см3 ).
Кроме того, снижение пустотности пенополистирола, не улучшая свойств, увеличивает стоимость полистиролбетона, так как содержание пенополистирола по массе повышается на 4-11 кг/м3, а стоимость этого компонента составляет 60-80% стоимости материалов на 1 м3 бетона.
Следует отметить, что твердая фаза гранул полимера при одинаковой плотности может обладать разной прочностью, размерами и однородностью пор. Это зависит от свойств сырья для производства полистирола и режима его вспенивания.
Влияние свойств и содержания пенополистирола на прочность полистиролбетна в корне отличается от влияния обычных пористых заполнителей на прочность легких бетонов.
В отличие от последних, для полистиролбетона характерными являются пластические деформации, обусловленные большой деформативностью гранул пенополистирола, релаксирующих напряжения, создаваемые в бетоне при его нагружении. Чем меньше размеры гранул пенополистирола, различия в их размерах и плотности, а также выше плотность и прочность гранул, тем выше прочность полистиролбетона.[1]
Влияние соотношения «цемент — заполнитель» на свойства полистиролбетона.
Таким образом, прочность полистиролбетона может рассматриваться как прочность цементной матрицы с включением в ее объем шарообразных гранул полимера (пенополистирола) различного размера, плотности и прочности.
С увеличением содержания пенополистирола в составе полистиролбетона, увеличивается роль его влияния на свойства композита. При использованиии полистирольных гранул с низкими характеристиками получение требуемой прочности полистиролбетона достигается увеличением плотности пенополистирола и (или) увеличением прочности цементной матрицы за счет повышения расхода цемента.
Увеличение расхода цемента с целью повышения марочной прочности полистиролбетона может привести к обратному эффекту: образование значительного количества гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) на единицу объема полистиролбетона приводит к растрескиванию структуры и, как следствие, способствует сниежнию прочности в поздние сроки твердения.
Подобное влияние оказывает и выделение гидроокиси кальция (одного из соединений, появляющихся в результате реакции цемента с водой).
Дабы компенсировать негативное влияние данных продуктов гидратации цементного клинкера, ускорить твердение и повысить марочную прочность полистиролбетонов, следует выполнить два условия:
Для выполнения данных условий на ранних стадиях твердения полистиролбетона в его состав вводят жидкое стекло (силикат натрия) в количестве до 2,5%.
В присутствии данной добавки гидратация портландцементного клинкера протекает гораздо быстрее, нежели в чистой воде.
Однако из-за наличия в составе портландцемента гипса в системе образуется соединение — мирабилит, которое, увеличиваясь в объеме, препятствует усадке цементной матрицы, вызывает внутренние напряжения, и тем самым тормозит набор прочности и способствует разупрочнению структуры бетона.
Для устранения отрицательного влияния мирабилита силикат натрия вводят совместно с добавками, блокирующими гипс или связывающими гидроокись натрия, содержащуюся в жидком стекле, или оказывающими оба этих воздействия одновременно.[2]
При выполнении вышеперечисленных условий добавление силиката натрия в состав полистиролбетона способствует получению системы с повышенной прочностью.
Во избежание увеличения расхода цемента, и, следовательно, плотности полистиролбетона, прочность его цементной матрицы можно повысить (особенно в ранние сроки твердения) путем введения добавок-ускорителей твердения, а также посредством применения активации вяжущего (например, метод виброактивации с использованием виброактиватора «Навигатор-Вибро» разработанного специалистами МП «ТЕХПРИБОР» г. Тула). Но в этом случае, для сохранения объема системы, данные способы требуют обязательного увеличения объема вовлеченного воздуха (добавки СДО, СНВ и др.).
Монолитный теплоизоляционный полистиролбетон.
Монолитный теплоизоляционный полистиролбетон — это высококачественный материал для монолитной теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и инженерных сооружений различного назначения.
Монолитный полистиролбетон обладает самыми низкими для бетонов на цементном вяжущем коэффициентами теплопроводности (порядка 
0С) при плотности 150 — 250 кг/м3, низкой эксплуатационной влажностью (4% и 8% для условий эксплуатации А и В по СНиП II-3-79*), несгораемостью (группы Г1), долговечностью, высокой технологичностью.
Монолитный теплоизоляционный полистиролбетон применяют в следующих областях строительства:
Основные преимущества монолитного полистиролбетона:
Данные блоки относятся к конструкционно-теплоизоляционному строительному материалу, имеют различную несущую способность, и, в зависимости от марки предназначены:
| Изделия (размеры) | Блоки 595х195х295(300) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Плотность кг/м3 Обозначение Вес изделия в сухом состоянии |
250 Д2,5 8,5 (6,9) |
300 Д3,0 10,3 (8,2) |
350 Д3,5 12,0 (9,6) |
400 Д4,0 13,7 (11,0) |
450 Д4,5 15,4 (12,4) |
500 Д5,0 17,1 (13,7) |
| Класс и средняя марка бетона по прочночти | В0,35 М5 |
В0,5 М7,5 |
В0,75 М10 |
В1,0 М15 |
В1,5 М20 |
В2,0 М25 |
Теплопроводность Вт/м в сухом состоянии при условиях «Б» |
0,070 0,082 |
0,081 0,096 |
0,090 0,112 |
0,102 0,127 |
0,111 0,138 |
0,121 0,150 |
| Морозостойкость не менее | F35 | F35 | F50 | F75 | F100 | F100 |
| Паропроницаемость мг/(мчПа) | 0,110 | 0,100 | 0,090 | 0,085 | 0,080 | 0,075 |
| Сорбционная влажность | 4% | |||||
Основные преимущества мелкоштучных стеновых блоков из полистиролбетона :
Стеновые блоки (рядовые и оконные) и перемычки из полистиролбетона с готовой фасадной поверхностью предназначены для возведения наружных самонесущих стен зданий с поэтажной разрезкой. Для из изготовления применен модифицированный полистиролбетон со средней плотностью 300-350 кг/м3 и пониженным значением коэффициентом теплопроводности, сорбционной влажности и усадки.
Кладка элементов стен из полистиролбетона производится с использованием «теплого» раствора.
Основные преимущества изделий из полистиролбетона с готовой фасадной поверхностью:
Наличие готового фактурного слоя изделий позволяет исключить трудоемкие процессы по устройству штукатурки и покраски наружной поверхности стеновой кладки.
Широкий выбор различной фактуры и цветовой гаммы изделий из морозостойкого и водонепроницаемого материала обеспечивает высокую производительность работ по возведению наружных стен, долговечность и надежность стеновой кладки в процессе эксплуатации.
