Глава 6. Снижение ресурсопотребления в строительстве

Высокий удельный вес материальных затрат в строительной отрасли, составляющий около 60 % общих затрат, является следствием применения более материалоемких конструкций по сравнению с зарубежными. Характеристики многих материалов, соответствуя действующим нормативным документам, в ряде случаев, ниже зарубежных. В связи с этим, необходимо пересмотреть действующие нормативные документы (СНБ, СТБ) и разработать новые, регулирующие ресурсопотребление в строительстве и промышленности строительных материалов на уровне зарубежных аналогов.

Высокие затраты на материалы часто связаны с тем, что значительная часть их экспортируется из других стран. 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, что затрудняет сбыт отечественной продукции.

Сложившаяся ситуация потребовала срочного решения проблемы снижения энергоемкости, ресурсопотребления и, как следствие, снижения стоимости строительных материалов и строительства в целом. Для достижения этих целей необходимо:

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

• уплотнить застройки за счет повышения этажности на 1 – 2 этажа эксплуатируемых 5-ти этажных 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. 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 5-ти этажных зданий этот показатель равен 500 – 700 кг/м², а при увеличении этажности доходит до 1200 кг/м² и даже 2000 кг/м². Высокая материалоемкость связана, прежде всего, с конструктивным решением стен.

Поэтому для достижения поставленной цели в многоэтажных зданиях 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. Предпочтительней 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 увеличения паропроницаемости. В связи с этим энергетически выгодно при тепловой реабилитации эксплуатируемых зданий и строительстве новых располагать теплозащиту с наружной стороны, используя плитный утеплитель или теплоизоляционную штукатурку плотностью не более 200 кг/м³ и коэффициентом теплопроводности не более 0,1 Вт/мС. При этом необходимо обеспечить непрерывность теплоизоляционного слоя во избежание образования мостиков холода. Целесообразно также выполнять заливочную теплоизоляцию из вспененной полимерной массы непосредственно на строительной площадке. По достигаемому эффекту теплозащиты положительно зарекомендовали себя многослойные стеновые конструкции с замкнутым воздушным зазором шириной 40 – 60 мм между отделочным наружным и теплоизоляционным слоями и вентилируемые фасады.

В связи с высокими затратами энергии на отопление зданий составляющими около 34 %, 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 зависимости от величины этого показателя применяют легкобетонные блоки, трех- или двухслойные стеновые панели.

В зданиях до 5 этажей эффективно использовать каркасные стеновые системы или каменные конструкции с применением блоков из ячеистых и легких бетонов «на клею», кирпичей и камней керамических повышенной пустотности на теплоизоляционном растворе в сочетании с плитным или рыхлым утеплителем.

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

В этом строительстве предпочтение отдается каркасному варианту с использованием быстрособираемых щитовых панелей, представляющих собой деревянный или металлический каркас, к которому крепят 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.

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.

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.

Материалоемкость в значительной степени определяется составом сырья. Чем дольше 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.

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 % (СДБ, мылонафт, триэтаноламин), использования в качестве топлива высокоэнергетических отходов (изношенные автомобильные покрышки, прессованные древесные отходы).

С целью экономного расходования энергоемкого цемента 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 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 наполненный цемент 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.

Для снижения энергозатрат при производстве сборного железобетона необходимо:

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

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

• снизить теплопотери пропорочных 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 С, охлаждающей водой с t = 40 – 50 С; конденсатом от установок тепловой обработки – 80 – 100 С.

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 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. Необходимо расширить производство плит из декоративного теплоизоляционного пеностекла. Применение этого материал 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, теплоизоляционных плит с 300 – 350 кг/м³ 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 повысить долговечность и эстетическое качество отделки фасадов, частично отказавшись от трудоемких процессов оштукатуривания и облицовки керамической плиткой. Для этих целей эффективно использовать клинкерный кирпич, бетонные облицовочные плиты для фасадов и интерьеров зданий, полученные 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.

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 многоэтажные 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 алгопоритовый 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, алгопорита) загрязняет окружающую среду, в ряде стран Западной Европы ужесточились ограничения по их производству. Это привело к расширению использования металлургических шлаков, зол, отходов углеобогащения и переработке 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. 6.1.

Таблица 6.1