Песчаный бетон — строительный материал России

Гораздо проще обеспечить стройки и заводы сборного железобетона песком, который является, как правило, местным строительным материалом. Песчаный бетон стал предметом систематических исследований в СССР с середины 50-х гг. Это было связано с организацией производства железобетона в регионах, где отсутствуют месторождения крупного заполнителя. По мере распространения песчаного бетона в практике строительства выявились особенности материала, требования к заполнителю, вяжущим и добавкам, а также технологии приготовления, уплотнения и термообработки. Установлено, что использование песчаного бетона вместо бетона на щебне не только повышает экономическую эффективность строительства, но и обеспечивает ряд других преимуществ из-за упрощения технологии приготовления бетонной смеси и отказа от необходимости организации складского и сортировочного хозяйства для приема, переработки и хранения щебня. Песчаный бетон, как правило, обладает более высокими физико-механическими характеристиками в границах марки и большей долговечностью по сравнению с бетоном на крупном заполнителе. Это позволяет снизить материалоемкость конструкций и повысить их эксплуатационную надежность. Возможно также использование технологических приемов, неприемлемых для крупнозернистых бетонов. Поэтому в тех районах, где щебень привозной, стоимость изделий из песчаного бетона может быть ниже на 25—100%. Основными недостатками песчаных бетонов являются повышенный расход цемента, более высокая деформативность под воздействием нагрузок, а также необходимость более тщательного соблюдения технологии производства. До начала 70-х гг. песчаный бетон использовался в основном для изготовления малоразмерных неармированных изделий. Сказывалось отсутствие нормативной базы, определенное недоверие к материалу со стороны проектировщиков и практиков, а также существовавшая в те годы система финансирования и жесткого нормирования расхода цемента. Два основных направления изготовления конструкций из песчаного бетона получили наибольшее распространение в практике заводов сборного железобетона: вибропрессование — для мелкоштучных, преимущественно неармированных изделий и формование на стандартных либо специальных виброплощадках для крупноразмерных железобетонных конструкций. Большинство мелкоштучных изделий из песчаного бетона — бортовые камни для магистралей и внутриквартальных проездов, тротуарные плиты и фигурные элементы мощения, плиты для покрытий трамвайных путей, полов промзданий, облицовки стен и цоколей — изготавливаются на автоматизированных линиях, оснащенных отечественным вибропрессующим оборудованием. Суммарная мощность этих линий в РФ превышает 300 тыс. куб. м изделий в год. Созданные впервые в стране технология и оборудование для производства мелкоштучных изделий позволяют применять особо- и сверхжесткие цементно-песчаные смеси, уплотняемые методом объемного вибропрессования, что обеспечивает их высокую долговечность. Так, комплексная проверка качества вибро-прессованных бортовых камней из песчаного бетона, находившихся в эксплуатации 18 лет (Москва, Ленинский пр.), подтвердила, что эти изделия не имеют следов разрушения, в то время как бортовые камни из тяжелого крупнозернистого бетона, изготавливаемые по традиционной технологии с уплотнением бетонных смесей на виброплощадках, разрушались через 2—3 года от размораживания. �сследованиями последних лет номенклатура изделий, изготавливаемых вибропрессованием, значительно расширилась, в первую очередь, за счет изделий для малоэтажного жилищного строительства и благоустройства территорий. Разработана система малоэтажного строительства из мелкоштучных изделий, основная номенклатура которых включает: блоки фундаментов, наружных стен (термоблоки), перегородок, перекрытий; изделия для кровли (черепицу), а также балки перекрытий, перемычки, ступени. При их изготовлении в качестве базовой используется технология вибропрессования, а в качестве заполнителя — песок. Особенностью вибропрессования является не только изготовление изделий без форм, но и возможность использования карьерных (речных) песков, в том числе мелких и загрязненных, без предварительной их переработки — мойки, фракционирования, сушки. Применение ограниченной унифицированной номенклатуры мелкоштучных изделий обеспечивает возможность полностью ручного монтажа зданий. В состав комплекта изделий включены элементы благоустройства территории — ограды, плиты для дорожек, стоянок автомобилей и отделки зданий на основе тех же базовых материалов. Организация производства полной номенклатуры мелкоштучных изделий возможна в условиях малого предприятия, характеризующегося низкой капиталоемкостью и быстрой окупаемостью, в первую очередь, в результате использования дешевых песчаных бетонов с различной степенью поризации: • особо плотных вибропрессованных (черепица, элементы благоустройства, оболочка термоблока); • вибропрессованных из тощих смесей с воздухововлечением до 10% (блоки внутренних стен, фундаментов, перегородок, перекрытий); • изготавливаемых из умеренно жестких смесей, формуемых на виброплощадке (балки перекрытий, перемычки, ступени); • пеноцемента с воздухововлечением до 95% (плитный утеплитель, заполнение термоблока). Песок — единственный заполнитель в песчаном бетоне, наиболее дешевый и повсеместно распространенный строительный материал, стоимость которого для большинства регионов России в 2—3 раза ниже стоимости щебня твердых пород и в 6—8 раз ниже стоимости керамзитового гравия. Для реализации предлагаемой системы строительства разработан ряд новых технических решений, по которым получены патенты РФ. Одной из таких разработок является стеновой элемент — термоблок (патент № 2030527). Термоблок — стеновой блок со стандартными габаритными размерами 390х190х188 мм — включает оболочку из высокопрочного песчаного бетона и заполнение из пеноцемента объемной массой 150 кг/куб. м. Оболочка изготавливается вибропрессованием и немедленно (на следующем технологическом посту) заполняется пеноцементом. В результате получается блок с несущей способностью, позволяющей вести как малоэтажное, так и многоэтажное строительство, с высокими теплозащитными свойствами и стоимостью ниже стоимости любых выпускаемых в настоящее время стеновых материалов. �спользование термоблоков вместо традиционных стеновых материалов существенно снижает себестоимость строительства, особенно при сопоставимой по теплотехническим свойствам толщине стен. Применение песчаного бетона в качестве базового материала для всех изделий в здании, использование вибропрессования как базовой технологии, отсутствие арматуры в подавляющем большинстве изделий и необходимости в наружной отделке — все это делает предлагаемую систему строительства наиболее дешевой из извест-ных в отечественной и зарубежной практике. Стоимость 1 кв. м здания (без работ по внутренней отделке и коммуникациям) составляет $100—120, что значительно ниже, чем предлагается отечественными и зарубежными фирмами. Возможность выполнить строительство дома собственными силами застройщика без крана может существенно снизить и эту невысокую стоимость. Большой опыт накоплен в изготовлении крупноразмерных изделий из песчаного бетона по традиционной технологии. В АО «Моспромстройматериалы» с 1975 г. было организовано производство следующей номенклатуры конструкций: дорожные плиты, блоки стен подвалов, плиты для ленточных фундаментов, блоки внутренних стен, ограждения лоджий, панели перекрытий, трехслойные стеновые панели с несущими защитными слоями из песчаного бетона, детали оград, вентблоки, фризовые панели, сваи, плиты ограждения каналов, плиты крепления откосов, панели стен жесткости, безнапорные и напорные (металлический сердечник) трубы, ступени. �сследовательские работы, опыт проектирования и практика изготовления показывают, что для московского региона эффективно даже простое исключение щебня из состава бетонной смеси, но гораздо больший эффект достигается при проектировании конструкций с учетом особенностей свойств песчаного бетона, технологии его изготовления, а также при правильном выборе заполнителей, химдобавок, вяжущих. Разработаны методы, позволяющие изготавливать конструкции из песчаного бетона на стандартном оборудовании практически без перерасхода цемента. Некоторые из этих методов активно использовались в практике АО «Моспромстройматериалы»: снижение марки бетона (при сохранении несущей способности конструкций); уменьшение материалоемкости; применение тощих смесей, крупных песков и укрепительных добавок; фракционирование песков, зол ТЭС, химических добавок. �сследовательские работы последних лет существенно расширили знания о песчаных бетонах. Разработаны: • принципы классификации песчаных бетонов — разделения их на группы. Определены физико-механические характеристики материала внутри каждой группы; • способ проектирования состава бетона, имеющий характер алгоритма — набора формализованных операций, выполнение которых однозначно приводит к получению оптимального результата; • новый класс песчаных бетонов — конструкционные бетоны, изготавливаемые из тощих смесей; • закономерности использования песков-заполнителей в песчаном бетоне, причем разработанный расчетный аппарат позволяет не только оценить качество песка по его гранулометрическому составу, но и определить целесообразность использования фракционированного песка; • оптимальные методы борьбы со смерзаемостью песков; • особенности работы песчаного бетона с арматурой, что позволяет изготовление крупноразмерных железобетонных конструкций; • особенности технологии производства изделий; • методы, дающие возможность изготавливать вибропрессованием железобетонные мелкоштучные изделия. Практика применения песчаного бетона позволила определить как основные следующие области применения материала в промышленности сборного железобетона: • в дорожном строительстве; • для конструкций, работающих преимущественно на сжатие (блоки, колонны); • для конструкций, предельное состояние которых определяется возникновением или раскрытием трещин (трубы); • в тонкостенных конструкциях, габариты либо отдельные размеры которых зависят от величины зерна крупного заполнителя (панели перекрытий, сваи); • в конструкциях, где отпускная прочность равна проектной (сваи); • для конструкций, связанных с работой в агрессивных средах, в условиях высоких и низких температур. Все более широкое применение находит использование песчаных бетонов для производства отделочных материалов. Долговечность изделий, великолепный внешний вид, простота и дешевизна изготовления делают чрезвычайно перспективной эту область применения материала. Действительно, для изготовления плитных отделочных материалов в технологической линии производства, например, тротуарных плит достаточно небольших изменений в оснастке для того, чтобы выпускать рельефные плиты, плиты с бугристой фактурой или фактурой «шагрень». Появившиеся в последние годы высококачественные пигменты для бетонов дают возможность получать изделия ярких, сочных тонов. Отечественное формующее оборудование позволяет не только вводить пигменты в массу бетона, но и получать цветной фактурный слой. Весьма эффективно выглядит «колотая» фактура песчаного бетона, когда затвердевшие плиты (блоки) раскалываются на колочной машине. Фактура «колотых» плит может быть неотличима от натурального гранита, известняка. Вышеперечисленные приемы отделки могут быть использованы и при изготовлении блоков для стен либо цоколей, что исключает необходимость отделки зданий. Очень эффектно выглядят шлифованные плиты из песчаного бетона. Обычно производится двустадийное шлифование, сопровождающееся обрезкой кромок на недорогом отечественном оборудовании. Разработана технология нанесения фактурных слоев из песчаного бетона с наполнителями на затвердевшую поверхность плит. �спытания, проведенные в климатической камере, показали высокую адгезию фактурного слоя. В последнее время все шире распространяется производство мелкоштучных изделий для дорожного строительства (фигурных тротуарных плит), изготавливаемых в одиночных пластмассовых формах. Требуемая удобоукладываемость бетонных смесей, уплотняемых обычно на стандартной виброплощадке, достигается использованием либо пластификаторов (преимущественно С-3), либо вяжущих низкой водопотребности. Несмотря на необходимость проведения тепловлажностной обработки плит, большую стоимость бетонных смесей и более высокие трудозатраты по сравнению с вибропрессованием, эта технология находит применение из-за небольших первоначальных инвестиций в организацию производства и привлекательного внешнего вида изделий. Существующий уровень научно-исследовательских работ в области песчаных бетонов и практика применения материала в России и за рубежом позволяют считать, что использование песчаного бетона в подавляющем числе случаев — это вопрос экономической целесообразности. В целом, квалифицированно проведенная работа по переводу производства с крупнозернистого на песчаный бетон позволяет получить экономический эффект, который особенно значим в регионах, где велика разница в стоимости песка и щебня. К последним можно отнести большую часть территории России.