Анализ строительства малоэтажных жилых домов с применением пенополиуретановых камышитовых панелей (ПКП)



В работе поднимается вопрос о строительстве малоэтажных быстровозводимых домов по бескаркасной технологии, с применением пенополиуретановых камышитовых панелей (ПКП), которые, представляют собой законченный строительный продукт, применяющийся в качестве несущих, ограждающий конструкций стен и перекрытий.

В статье рассматриваются: общие сведения о данных панелях, технические параметры, технологию строительства, а также стоимостные характеристики. Так же были освещены отличительные особенности при монтаже.

На основе анализа были выдвинуты достоинства и предполагаемые недостатки конструкции и технологии возведения зданий из ПКП.

Ключевые слова: быстровозводимые дома, камышитовые панели, пенополиуретановые панели.

В настоящее время применение новых технологий в строительной сфере, в известной степени, обусловлено высоким уровнем энергоэффективности, ресурсосбережения, использования нового оборудования и материалов. Вдобавок практика строительства постоянно требует использование новых разработок, с целью получения конечного продукта в виде здания или сооружения, отвечающего современным требованиям [5].

Т. к. наша страна переходит на новые экономические рельсы, то особенно остро стоит проблема развития технологий и экономической эффективности применяемых новаций. Кризис способствовал выходу на лидирующее место малоэтажного строительства и дал толчок в развитии новых, современных строительных технологий и материалов. Одним из примеров является российская разработка стенового материала «ПКП» — пенополиуретановые камышитовые панели. Суть новой разработки, предназначенной для возведения бескаркасных сооружений, заключается в соединении камыша и пенополиуретана, итогом которого стали новые несущие каркасно-камышитовые строительные панели.

Еще в начале 1920 г. камышит применялся в стенах малоэтажных каркасных домов. Аналогичные конструкции применялись и при освоении пятилетних планов развития народного хозяйства в СССР. С тех пор данный материал утерял свою конкурентоспособность. Несмотря на это, ПКП начал зарекомендовывать себя как уникальную конструкцию, которая отвечает высоким требованиям надежности, теплоэффективности, экологичности.

Впервые данную стеновую систему представила компания ООО «Инновационные материалы». [14] Первые дома были построены в Калмыкии в 2006 г. в рамках осуществления национального проекта «Доступное и комфортное жилье — гражданам России». [11] В 2008 г. другой компанией на левом берегу в г. Омске был построен коттеджный поселок «Радужный». Было введено в эксплуатацию 185 индивидуальных жилых домов и около 300 коттеджей, одна школа, детский сад и магазин. Все дома и строения так же были из каркасно-камышитовых пенополиуретановых панелей (свидетельство на полезную модель № 22165). [13]

Конструкция пенополиуретановой камышитовой панели представляет собой «сэндвич» панель из деревянного каркаса, внутренняя часть которой заполнена вдоль пучками камыша (рис. 2), связанного между собой залитым пенополиуретоном Elastopor фирмы BASF Gruppe (Германия). [2] Конструкция панели представлена на рис. 1.

Панели в процентном отношении состоят на 70 % из камыша (тростника), 15 % дерева (сосна) [12], 15 % пенополиуритана с добавлением антипирена. Панель соответствует всем необходимым требованиям САНПиН.

Рис. 1. Общий вид пенополиуретановой камышитовой панели с утеплителем и без него

Рис. 2. Место устройства камышитовых пучков

Деревянный каркас является остовом панели и выполняет роль армирующего элемента, воспринимающего силовые воздействия, благодаря которому строящиеся объекты не нуждаются в дополнительном вертикальном усилении. В каркасе предусмотрены специальные пазы, посредством которых, с помощью бруса, панели соединяются между собой.

Камыш используется в качестве заполнителя для уменьшения массы панели, а также в качестве эластичного утеплителя. Применение камыша обусловлено его доступностью, за счет ежегодного воспроизводства биомассы, широкого ареала распространения [3], дешевизны. Так же камыш обладает хорошими звукоизоляционными свойствами, малым объемным весом [6].

Пенополиуретан впанели применяется как основной утеплитель. При изготовлении панелей используется жесткий пенополиуретан.

Пенополиуретан является негигроскопичным материалом с водопоглощением не более 2 %. ППУ выдерживает температуру 150–180 °С. [7, 10]

ППУ обладает хорошей адгезией, это позволяет избежать отслоения утеплителя от основной рамы панели, и образованию мостиков холода. [9]

Строительная панель представляет собой законченный строительный продукт, который может быть использован в качестве несущих стен, стеновых перегородок, потолочных перекрытий, панелей утепления полов.

Материал для деревянного каркаса проходит обработку в сушильной камере непрерывного действия. Для производства панелей используются материалы, предварительно обработанные огне-биозащитой. [1] Процесс изготовления панели представляет собой производство монолитной панели заданной конструкции. Монолитность достигается за счет скрепления камышитовых мат и армирующего деревянного каркаса, расположенного между слоями камышитовых мат и пенополиуретаном.). Внутренняя поверхность формы обрабатывается дизельной смывкой, а затем, в зависимости от проектных требований укладывается дверной или оконный проем. Затем производится укладка камышитовых мат, в соответствии с размерами вложенной закладной конструкции. На первый укладывают деревянный армирующий каркас, поверх которого укладывают второй слой камышитовых мат. Затем осуществляют заливку пенополиуретана от центра к краям с помощью отечественного оборудования для заливки жесткого ППУ низкого давления. [8] После обработки пенополиуретана, он полимеризуется в течение 20 мин., после чего панель извлекается из формы и отправляется на склад.

Панели могут использоваться при строительстве частных и многоквартирных домов, административных зданий, при реконструкции, надстройке этажей, для строительства в сейсмоактивных зонах и при ЧС, временных строений, в сельском хозяйстве.

Стандартные размеры панелей, используемые для возведения несущих стен — 2,75×1,20×0,25 м. Панели перекрытий — 2,75×1,20×0,15 м. — для устройства пола и межэтажных перекрытий.

Межкомнатные панели — 2,75×1,20×0,10 (0,08) м. — для внутренней планировки дома/ (для кровли).

Основные характеристики ПКП (2,75×1,20×0,25) представлены ниже:

вертикальная прочность на сжатие: 98 кН/ м²; горизонтальная на излом: 46 кН/ м²; масса 1 кв. м. панели — 40 кг.; эксплуатация до -60°С; срок эксплуатации не менее 50 лет; экологически безопасна; пожарная безопасность — самозатухающая.

Технология монтажа стеновых панелей ПКП очень проста. Все панели выставляются по уровню в проектное положение и закрепляются между собой, образуя жесткую систему. И все технологические операции ограничиваются выставлением панелей в уровень по схеме, закреплению к основанию, сращиванием панелей. Панели маркируются на заводе, что позволяет максимально быстро монтировать все элементы за короткий срок, в любое время года.

Коробка дома площадью 100 кв. м монтируется на облегченном фундаменте за 5–7 дней бригадой из четырех человек без применения специальной грузоподъемной техники.

Начало возведение стен двухэтажного дома начинается с крепления к полу направляющий бруса 50×50, с помощью глухарей или саморезов,спредварительной изоляцией нижней части обвязки.

Брус укладывается по проекту вдоль несущих и перегородочных панелей. В местах пересечения обвязочного бруса устраивают зазор больше толщины выступающей части паза.

Монтаж панелей первого этажа начинается с угла. Панели устанавливаются на направляющий брус, предварительно обработанный монтажной пеной. Панель устанавливают горизонтальным пазом на брус; выверяют в плоскостях и закрепляют саморезами. При необходимости, для устойчивости, устраивают подкосы. Сборка узлов нетрадиционно проста. Для сращивания панелей в «шип-паз», в боковой паз панели монтируют связующий брусок 50×100. Панели между собой соединяют саморезами в местах присоединения бруска, а также в месте обвязочного бруса. Т. к. панели производятся в заводских условиях и имеют крепление «шип-паз», то в местах соединения они не имеют зазоров. Места соединения, во время установки панелей, могут обрабатываться монтажной пеной.

Таким образом, устанавливаются последующие панели. На рис. 3 представлен последовательный монтаж панелей первого этажа.

Рис. 3. Сборка стеновых панелей первого этажа дома

После того, как стены первого этажа полностью установлены, приступают к устройству второго этажа и межэтажного перекрытия.

На стеновые панели вдоль укладывают деревянный брус-обвязку, равный толщине панели. Обвязку прикручивают к верхним торцам панелей с помощью глухарей, которые устраивают заподлицо брусу или утапливаются в брус.

Для предварительной устойчивости конструкции, панели крепят подкосами с внутренней стороны, а с наружной части — к обвязочному брусу с помощью 1– 2-х опорных досок.

В проемах устраивают брус-перемычку, соединением «вполдерева» с прокладкой ленточного джута.

В местах пересечения наружных стен, обвязочный брус так же соединяют «вполдерева» с помощью двух глухарей. При этом длина соединения должна быть не менее 90 мм. Вся строганная древесина используется с влажностью не выше 15 %, определяемой по ГОСТ16483.7–71, для предотвращения усадок древесины и появление мостиков холода.

Следующим этапом является устройство системы перекрытия дома. Перекрытие, обычно делают балочное. Общей схемой устройства перекрытия из деревянных балок является создание устойчивой, прочной горизонтальной несущей системы в виде балок, которые с шагом укладываются в проектное положение и крепятся между собой через распорки, и к обвязочному брусу.

На обвязочный брус наружных панелей, вдоль внутренней стороны, набивают доску, служащая соединительным элементом и одновременно распором.

Устройство стен второго этажа для двухэтажного дома или кровли собирается аналогично первому. Для устройства крыш и чердачного перекрытия так же могут быть использованы ПКП панели или традиционная система.

Дома из пенополиуретановых камышитовых панелей не дают усадки, поэтому сразу после окончания сборки можно начинать отделочные работы.

Строения из таких панелей могут быть отделаны любыми облицовочными материалами: кирпич, сайдинг, вагонка, штукатурка и т. д. Обезопасить внутреннюю часть стены от огня поможет обшивка из негорючих или плохосгораемых материалов, например из гипсокартона — огнестойкость подобной конструкции будет составлять более 45 минут, а степень огнестойкости таких зданий — IIIб–IV.

При необходимости конструкцию можно перестроить или вообще разобрать и перевезти на другое место.

Основные недостатки данной конструкции панелей и технологии возведения заключаются в следующем: присутствуют незначительные мостики холода в местах деревянного каркаса, обвязочного бруса и соединения панелей. Возможность образования конденсата в местах соединений разнородных материалов.

Негативное воздействие ультрафиолетового излучения может привести к быстрому износу материала. Чтобы не допустить деструкции утеплителя, необходимо произвести меры защиты. Поэтому возникает необходимость выполнять отделочные работы сразу после возведения коробки дома.

Пожарная безопасность конструкции панели не высока ввиду наличия древесины. Масса панелей не позволяет производить монтаж 2-мя рабочими.

Применение ППУ в строительстве показывает малую долговечность по отношению к другим материалам строительных конструкций. [4] Одиночные панели обладают малой устойчивостью; необходимо предусматривать дополнительное временное крепление.

Так же могут проявляться недостатки при несоблюдении технологии хранения продукции. Например, складирование панелей на влажную или мокрую землю не допускается, т. к. это приводит к аккумулированию влаги в каркасе панели. Поэтому желательно проводить комплекс мероприятий по защите панелей от увлажнения.

Сведенная средняя стоимость панелей на период конца 2018 г. составляет 6–8 тыс. руб. т. е. ПКП панели находится в средней ценовой категории среди аналогичных продуктов. В табл.1 представлены усредненные стоимостные показатели.

Таблица 1

Таблица средней стоимости панелей

Стандартные панели	Размер, Д/Ш/Г мм.	Цена, руб.
стеновая несущая (внешняя стена)	2700/1200/250	8000
стеновая несущая (внешняя стена)	2700/1200/200	7500
потолочная несущая, межэтажная	2700/1200/150	7000
перегородочная (стеновые перегородки)	2700/1200/100	6000

Себестоимость 1 кв. м дома (без отделки и коммуникаций) составляет 10 тыс. руб.

Стоимость 1 кв.м. дома под «чистовую» варьируется (в зависимости от производителя и сложности проекта), примерно, от 18–20 тыс. руб.

Вывод.

Анализ рассмотренной технологии строительства малоэтажных жилых домов из пенополиуретановых камышитовых панелей показал, что конструкция и технология обладает рядом положительных достоинств: низкая теплопроводность, невысокая стоимость, легкость, малый срок монтажа конструкций, используется экологический материал, технологичность и пр. а также имеются и недостатки: низкая пожарная безопасность, наличие мостиков холода в соединении разнородных материалах. Последние могут быть устранены за счет комплексного подхода: совершенствования конструкции и технологии, создание сырьевой базы и наладка производственных мощностей в совокупности с логистической составляющей. Таким образом, в перспективе данный способ строительства с применением ПКП может обрести популярность и стать более доступным для обычных покупателей, при условии, что в этом направлении будут проводиться дополнительные исследования для улучшения некоторых показателей, популяризация продукта и малоэтажного строительства, поддержка государства в сфере социального жилья.

Литература:

1. Мартынов К. Я. Комплексная защита древесины в строительных изделиях и конструкциях // Монография: издательство «Наука». Новосибирск, 1996. 126 с.
2. Рахимов Р. З. Современные теплоизоляционные материалы. Казань: КГАСУ, 2006. 392 с.
3. Эвиев В. А, Манджиева Г. В., Очиров Б. В., Манджиев В. С. Экологические строительные материалы и возобновляемые источники энергии в сельскохозяйственном производстве и строительстве // Вестник аграрной науки Дона, Зерноград: АЧИИ. — 2010. — № 1. — С. 20–22.
4. Лысенко Н. В. Прогнозирование и технологические условия повышения долговечности пенополиуретана для строительных изделий: дис. канд. техн. наук. — Тамбов: ТГТУ, 2007. — С. 5–22.
5. Фомичев А. В. Канадская технология в строительстве малоэтажных быстровозводимых домов из «сэндвич — панелей» // Актуальные проблемы экономики и управления в строительстве: III Международный конгресс. Науч.-практ. конф. студентов, аспирантов, молодых ученых и докторантов. — СПб.: СПбГАСУ, 2014. Ч.3. — С. 28–30.
6. Шматова Е. Н. Применение аккумулирующего слоя растительного происхождения в напольном отоплении // Перспективы развития строительного комплекса: VI Междунар. науч. -практ. конф. — Астрахань: АГАСУ, 2012. Т.1. — С. 230–232.
7. Салдаев В. А. Технология формирования пенополиуретанового теплоизоляционного материала // Сборник науч. труд. по материалам XII международной науч.-практич. конференции «Дни науки». — Чехия, 2016. — С. 90–93.
8. Мхитарян В. А. Отечественное оборудование низкого давления для заливки пенополиуретана // Строительные материалы № 1. — М.: Рекламно-издательская фирма «Стройматериалы», 2006. — С. 62–63.
9. Аксомитный А. А. Изучение адгезионной связи между древесным армирующим заполнителем и полимерным связующим // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика, 2015. Т.3. № 9–2. — С. 14–18.
10. Рюткянен Е. А. Композиционный теплоизоляционный пенополиуретан пониженной горючести // Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России № 1. — СПб: 2012. — С. 42–46.
11. Постановление Правительства Республики Калмыкия от 09.12.2011 № 438 О республиканской целевой программе «Развитие жилищного строительства в Республике Калмыкия» на 2011–2015 гг.
12. ГОСТ 16483–71. Древесина. Методы определения влажности (с Изм.№ 1,2,3) — Введ. 1973. М.: Стандартинформ, 2006. — С 4–5.
13. Пат. 22165 Российская Федерация, МПК E04C2/16 (2000.01). Строительная панель / Канталинский В. С., Фадеев В. И.; заявитель и патентообладатель ООО «АЛТЫН-НИВА» — заявл.23.11.2001; опуб. 10.03.2002, Бюл. № 7.
14. «Инновационные материалы»: дом для жизни // Национальное агентство малоэтажного и коттеджного строительства (НАМИКС). URL: http://www.namiks.com/2009–03–26–14–04–17 (дата обращения: 20.11.2017).