Эффективность инновационных технологий в строительстве можно оценить по их востребованности среди застройщиков: в условиях жесткой конкуренции выигрывают компании, способные возвести объект быстрее, дешевле и качественнее [18]. При этом оценка экономической целесообразности технологии может рассчитываться как затратным методом по факту выполненных работ, так и прибыльным методом – по факту будущей экономии на обслуживании или же экономии на коммунальных платежах (касается энергоэффективных технологий) [3, 7].
В сравнении с европейским, российский рынок строительных услуг отличается большей инерционностью – если в Европе и США основным двигателем строительного прогресса являются сами застройщики, инициирующие разработки инновационных материалов и методик [6, 13], то в России новую продукцию и технологии продвигают преимущественно сами производители. Отчасти это связано с недоверием ко всему, что произведено в обход российских ГОСТов – не всегда можно быть до конца уверенным в том, что европейская продукция окажется пригодна для использования в более суровых климатических условиях России [1]. Второй причиной для отказа от перспективных инноваций является консерватизм специалистов: проектные организации и строительные компании неохотно отказываются от привычных технологий, даже если новые методики значительно проще в реализации [5, 14].
Примерно так и произошло с SIP-панелями. За рубежом они широко используются для строительства спортивно-развлекательных центров, муниципальных и коммерческих объектов, жилой недвижимости. В России сэндвич-панели применяются преимущественно для возведения промышленных объектов и складских комплексов [12].
В отличие от классических SIP-панелей со стальной облицовкой, российские строительные компании довольно благосклонно восприняли бетонные сэндвич-панели. Многослойная (обычно – трехслойная) бетонная панель гарантирует высокое тепловое сопротивление ограждающих конструкций и показывает отличные показатели звукоизоляции. Тепловое сопротивление таких конструктивных элементов полностью соответствует российским нормам строительного законодательства [17].
Трехслойные стеновые панели выпускаются в соответствии с ГОСТ 31310-2015 [2]. Внутренний слой панели изготавливается из тяжелого бетона толщиной 80–200 мм; в роли теплоизоляции выступают минераловатные плиты, экструдированный или вспененный пенополистирол, толщина слоя – от 50 до 200 мм; внешний слой плиты может изготавливаться из обычного тяжелого бетона толщиной 60–80 мм или иметь декоративную (архитектурную) облицовочную поверхность [11]. Для соединения панелей используют: жесткие петли из арматуры, диагональные стальные фермы, анкерные элементы и пр.
Результаты исследования и их обсуждение
Рассмотрим экономическую целесообразность применения трехслойных стеновых панелей на примере строительства жилого комплекса «Ойкумена» в г. Электросталь.
Продолжительность отопительного периода (zht) и среднюю температуру наружного воздуха (tht) за отопительный период определим согласно СП 131.13330.2012 [16]. Для г. Электросталь zht = 216 сут., для жилых домов, поликлиник и лечебных учреждений, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, дошкольных учреждений tht равна –3,1 °С. Градусо-сутки отопительного периода (Dd), рассчитаем согласно СНиП 23-02-2003 [15]: (20 °C – (–3,1 °C)) *216 сут. = 4990 °С.сут.
В соответствии с полученными данными сопротивление теплопередаче (Rrec) ограждающих конструкций должно составлять не менее 3,15 м2· °С/Вт для стен, для покрытий и перекрытий над проездами – 4,7 и для перекрытий (чердачных и над подвалами) – 4,15.
В данном случае строительство жилого 10-ти этажного дома проводилось по конструктивной схеме: сборный железобетонный каркас и стеновые панели. При этом приведенное сопротивление теплопередаче для использованной железобетонной панели с изоляцией 180 мм (каменная вата, теплопроводность которой λ = 0,036 Вт/мK) с учетом соединительных связей слоев стеновой панели составляет 4,6 м2· °С/Вт [4], что полностью соответствует заявленным запросам. Вес подобной конструкции составляет чуть менее 450 кг/м2. Для сравнения, монтаж стен из других материалов с аналогичным термическим сопротивлением D′ (по DIN 4108) обошелся бы дороже (рис. 1).
В результате правильного выбора стеновых панелей застройщик сэкономил не менее 500 руб. на каждом квадратном метре. Общая экономия составила свыше 22 млн руб.
Рис. 1. Стоимость 1 м2 ограждающих конструкций в зависимости от применения различных типов строительных материалов
Рис. 2. Влияние нанопластификаторов на эксплуатационные характеристики бетона
Повысить эксплуатационные свойства строительных материалов можно с помощью нанотехнологий [8]. Инновационные пластифицирующие добавки позволяют кардинально изменить физические характеристики бетона: сделать его более прочным, долговечным или задать дополнительные свойства. В роли катализатора в данном случае выступают наноинициаторы, которые вносят в смесь вместо пластификаторов для моделирования необходимой наноструктуры.
Наноинициаторы представляют собой микроскопические трубки диаметром всего в несколько микрон. При застывании углеродные полимеры образуют прочнейшую кристаллическую решетку, выступая в роли армирующего каркаса. Благодаря использованию нанотрубок всего в несколько атомарных слоев в готовой конструкции можно полностью отказаться от использования привычного армирующего каркаса.
В зависимости от типа нанопластификаторов строители могут получить:
- легкий нанопенобетон, который за несколько месяцев покорил рынок частного домостроительства;
- наноструктурированнный бетон средней плотности, внедряемый в сфере коммерческого, многоэтажного жилого и промышленного строительства;
- наноструктурированный бетон повышенной прочности, используемый для производства несущих конструкций жилых зданий и промышленных объектов повышенной опасности.
Внедрение нанотехнологий в процесс производства бетона позволяет улучшить сразу несколько заданных характеристик (рис. 2). Как видно из рис. 2, использование наноинициаторов позволяет увеличить прочность готовых конструкций на 150 %, а морозоустойчивость – на 50 %. При этом вес готовых бетонных изделий и объем укладки снижаются примерно на 30 %. Любые показатели можно варьировать в зависимости от цели проекта, при этом пластифицирующий эффект можно менять в диапазоне 30–100 %, равно как и прочность – с повышением последней возрастает плотность и вес изделия.
Несмотря на заметный рост физико-механических свойств нового нанобетона, его цена лишь незначительно выше, чем у обычного бетона, и все текущие затраты гарантированно окупаются в будущем. Если смоделировать применение нанобетона на рассмотренном ранее объекте в г. Электросталь, то затраты на 1 м2 ограждающих конструкций составили бы в пределах 5,3–5,5 тыс. руб. Указать более точные цифры не представляется возможным, в силу того, что разработки технологии на сегодняшний день не завершены.
Заключение
В настоящее время в российском ООО «НТЦ прикладных нанотехнологий» ведутся разработки, связанные с целенаправленным изменением надмолекулярной структуры цементных бетонов [8]. Ученые пока могут утверждать лишь то, что стоимость российской продукции будет выгоднее, чем западные аналоги. В это можно верить, учитывая, что первые серии легких пенобетонов отличаются сравнительно небольшой стоимостью и заявленными теплоизоляционными свойствами.
Выгодно ли будет использование нанобетона для российских строителей? Наверняка – да: в отличие от классических бетонных плит нанобетон [9] показывает значительно более высокий уровень прочности и долговечности, ему можно придать дополнительные теплоизоляционные свойства, он отлично подходит для реализации объектов любой степени сложности. Уже сейчас можно с уверенностью сказать, что будущее многоэтажного жилого строительства останется за нанотехнологиями.