Каркас ЛСТК плюс пенобетон: синергия преимуществ повышает качество жилья

Одно из направлений работы компании «Андромета» —  разработка и внедрение технологии  строительства быстровозводимых жилых домов и общественных зданий из ЛСТК. Исторически эта технология развивалась и позиционировалась как «сухое строительство». В России опыт применения ЛСТК почти целиком базируется на «сухих» решениях. На сегодняшний день они хорошо известны, включены в новые нормативы: ГОСТ Р 58774-2019 «Стены наружные каркасно-обшивные самонесущие и ненесущие с каркасом из стальных холодногнутых оцинкованных профилей», ГОСТ Р 70192-2022 «Перекрытия каркасно-обшивные сухого типа. Система перекрытия с каркасом из стальных холодногнутых оцинкованных профилей». И это, безусловно, огромный шаг вперед в продвижении ЛСТК.

Но существует пока еще менее широко известная технология на базе ЛСТК, которая основана на сочетании несущего каркаса из стальных тонкостенных конструкций  и ограждающих конструкций – стен и перекрытий — из сверхлегкого пенобетона. С 2012 года компания «Андромета» развивает и внедряет эту технологию под брендом СТИЛТАУН®. Первый в России прецедент строительства таких зданий высотностью в 4 и 6 этажей был осуществлен в Обнинске. Это был пилотный проект «Андрометы», реализованный  с целью промышленной отработки технологии и подтверждения проектных характеристик зданий.

Сейчас накоплен уже достаточный опыт, чтобы уверенно говорить об эффективности пенобетонных решений и преимуществах, которые позволяют снять те претензии к ЛСТК, которые обычно предъявляют скептики. 

Система ЛСТК + пенобетон

Каркас выполнен из оцинкованных ЛСТК профилей. Пространственная устойчивость обеспечивается продольными и поперечными несущими стенами и горизонтальными дисками перекрытий. Все элементы стеновых панелей изготавливаются из профиля одного типоразмера: высота 150 мм, толщина 1,2-1,6 мм. Каждая панель поставляются как отдельная отправочная единица — комплект деталей с монтажной схемой.

Перекрытия могут представлять собой балки либо фермы из ЛСТК. В первом пилотном проекте были применены ферменные перекрытия, высотой 250 мм из профилей того же типоразмера, что и стеновые панели. Сейчас мы предпочитаем балочные перекрытия, они жестче и технологичнее на монтаже. В балках выполняются сервисные отверстия для прокладки коммуникаций.

Каркас заполняется сверхлегким неавтоклавным пенобетоном по несъемной опалубке из водостойких плит. 

В системе реализовано следующее распределение функций материалов:

•  оцинкованные ЛСТК профили выполняют несущие функции, обеспечивая прочность, жесткость, сейсмостойкость; 
• пенобетон выполняет функции теплозащиты, огнезащиты, коррозионного протектора, звукоизоляции, а также способствует увеличению несущей способности конструкций из ЛСТК. Подкрепляющий эффект пенобетона в прочностных расчетах каркаса не учитывается, но реально доказан испытаниями, проведенными на базе ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко.

Свойства пенобетона

Пенобетон неавтоклавного формования — это легкий пористый химически и экологически нейтральный материал на цементном связующем, состоящий всего из 4 компонентов: цемента, песка, воды и пенообразователя. В отличие от газобетона, он производится без применения химреагентов: поры образуются только за счет механических процессов — перемешивания цементного раствора с пенообразующими добавками и объемного расширения смеси в процессе заливки из-за разности давлений в поризаторе и атмосфере. Поэтому поры замкнутые, и значит поглощение и миграция влаги в материале практически исключены. Поры равномерно распределяются по объему, то есть получается структура с высокой теплотехнической однородностью. Отсюда высокие и главное — стабильные на протяжении длительной эксплуатации изоляционные характеристики материала.

В монолитных пенобетонных стенах отсутствуют источники для утечки тепла — стыки, неизбежные при использовании «сухих» плитных материалов. Обладая высокой текучестью, пенобетон заполняет все щели и герметично укутывает металлокаркас, создавая теплотехнически однородный контур. 

Следующий плюс пенобетона — формостабильность: он не слеживается, не выдувается, не дает усадки, то есть, в отличие от «сухих» утеплителей, обеспечивает долговечность, требуемую для капитальных зданий.

С биологической точки зрения пенобетон абсолютно нейтрален: нет ни газовыделения, ни эмиссии твердых частиц, как, например, у минваты, которая, к слову, по европейским санитарным нормам относится к онкоопасным материалам. Паропроницаемость материала высокая, т.е. он не создает эффект парника в помещении в отличие, например, от пенополистирола.

Еще одно преимущество пенобетона — экономичная логистика. Он производится прямо на стройплощадке, куда доставляется только сухой цемент. Таким образом,  исключаются затраты на доставку самых невыгодных для грузоперевозок строительных материалов — теплоизоляции, занимающей большой объем при малом весе.

Сравнение характеристик пенобетона и «сухих» материалов, используемых в ЛСТК системах 

По теплоизолирующей способности сверхлегкий пенобетон сопоставим с минплитой плотностью 75 кг/кв.м. Но в отличие от нее он не склонен к водопоглощению, т.е. в реальных условиях эксплуатации обеспечивает стабильные теплотехнические характеристики. 

Пенобетон — полностью неорганический материал, он не только негорюч, но и выделяет газов при нагреве. Минплиты тоже относят к группе горючести НГ, но большинство этих плит содержат органические связующие, при горении которых происходит токсичное газовыделение.

Сравнение с пенополистиролом проводить не будем, поскольку этот горючий и экологически небезопасный материал не допускается к применению по ГОСТ на каркасно-обшивные стены, хотя достаточно популярен. 

Итак, при сопоставимых теплоизоляционных характеристиках пенобетон превосходит сухие утеплители по безопасности, долговечности, экологичности и экономичности.

Производство пенобетона в построечных условиях 

Технология производства пенобетона позволяет изготавливать его в построечных условиях. Он производится в виде вспененной заливочной композиции (пенобетонной смеси) и сразу перекачивается на заливку. Работы по приготовлению и заливке пенобетона можно производить всесезонно, при температурах до минус 20°С. На практике процессы монтажа каркаса и заливки ведут параллельно с разбежкой в 1 этаж. То есть присущие ЛСТК преимущества — всесезонность и скорость строительства — у пенобетонной технологии такие же, как у сухих решений.

Несъемная опалубка может быть выполнена из любого водостойкого негорючего материала, за исключением стекломагнезита. Его применение не допускается, поскольку при контакте с влагой в нем идут электрохимические процессы с выделением ионов хлора, который разрушает оцинкованную сталь каркаса и стальные крепежные элементы (саморез 4,8 «съедается» за 3 года). Один из перспективных материалов для  несъемной опалубки —  новый российский материал «Стеклоцем». При прочности, сопоставимой и даже превосходящей ЦСП, он имеет еще более низкое водопоглощение и более высокую морозостойкость, не разбухает при контакте с влагой, может поставляться с декоративными покрытиями, т. е. одновременно выполнять функции опалубки и чистовой отделки.

Технические решения стен и перекрытий из ЛСТК и пенобетона

Стены

Для заполнения каркасов стеновых панелей зданий используют пенобетон плотностью 200-300 кг/куб.м. Роль опалубки выполняет первый слой обшивки стен, который крепится через дистанционный элемент (шляпный профиль), создающий зазор между опалубкой и каркасом. Зазор позволяет заполнить пенобетоном пространство между каркасом и обшивкой. Для обеспечения огнезащиты металоконструкций применяется шляпный профиль высотой 20-50 мм (в зависимости от требуемого предела огнестойкости). Для исключения условий для образования конденсата в пенобетонном слое, окружающем металлокаркас, устраивают дополнительную теплоизоляцию наружных стен минватными плитами. Толщина внешнего теплоизоляционного слоя определяется теплотехническим расчетом, исходя из условий обеспечения вывода «точки росы» за пределы пенобетонного слоя и выполнения нормативных требований теплозащиты.

Перекрытия

Основной объем перекрытия заполняется теплоизоляционным сверхлегким пенобетоном 200-300 кг/куб.м до низа верхнего пояса балки. Верхний слой толщиной 100 мм — несущий, армированный стальной сеткой, выполняется из пенобетона 900-1000 кг/куб.м. При бетонировании перекрытий в состав  монолитной железобетонной плиты включаются верхние пояса балок перекрытия и горизонтальные рельсы стеновых панелей, что обеспечивают работу перекрытия как жесткого диска.

Подтверждение соответствия технических решений нормативным требованиям

Представленные решения подтверждены испытаниями на соответствие нормативным требованиям. 

• Огнестойкость: не менее REI90 по результатам огневых испытаний стен и перекрытий, проведенных ИЦ «Огнестойкость» НИЦ «Строительство».
• Коррозионная стойкость: согласно заключению МИСиС, выданному на основании проведенных исследований, скорость коррозии оцинкованной стали в этих системах по такова, что срок их эксплуатации оценивается в 50 и более лет.
• Теплозащитные характеристики: на основании натурных тепловизионных испытаний на построенных объектах показатели превосходят нормативный минимум СНиП в 1,5 — 2 раза. Фактическое энергопотребление в эксплуатирующихся домах, построенных по этой технологии, в 3 раза меньше норм ЖКХ.
• Конструктивная устойчивость: подтверждается мониторингом перемещений несущих конструкций, который добровольно проводится компанией «Андромета» с 2015 г. на построенном 6-этажном доме в Обнинске. Значения  вертикальных и горизонтальных перемещений меньше расчетных, что свидетельствует о подкрепляющем эффект пенобетона, идущем в запас несущей способности.

Синергия преимуществ двух современных материалов — легких стальных тонкостенных конструкций и пенобетона — обеспечивает комплексную экономическую эффективность, высокую скорость строительства и качество жилья, не уступающее традиционным бетонным или кирпичным домам. Некоторые проекты, реализованные по этой технологии, представлены в онлайн-каталоге сайта ООО «Андромета».