RU / KZ

Конструкция сэндвич-панели

Физическое устройство панелей несъемной опалубки SCIP. Типы и виды. Сетка. Соединители. Утеплитель. Бетон. Монтаж панелей

29 Октября 2021

Время чтения: 7-9 минут

Поделиться

Знакомимся с конструкцией бетонируемой на месте сэндвич-панели из армированного пенополистирола. Обзор вариаций составляющих панель: утеплитель, соединители, сетка, бетон. Кратко о процессе монтажа панелей

  • Расскажите о конструкции этой ж/б сэндвич-панели и процессе строительства.

Физическая конструкция пенополистирольной ж/б сэндвич-панели

Сэндвич-конструкция давно и широко используется в различных отраслях промышленности, как в конструкционных, так и не в конструкционных целях, например в упаковке (гофрированный картон и др.), защитных материалах и др. [ 1 ] Например, такие конструкции аэрокосмическая промышленность использует с 1950-х годов. Для аэрокосмического применения основной привлекательной причиной использования такой техники является создание высокопроизводительных и сверхлёгких конструкций. Сэндвич-панели аэрокосмического класса обычно производятся с использованием относительно дорогих материалов, таких как облицовочные панели из композитного графита/эпоксидной смолы и высокоэффективного алюминия или композитных материалов с сотовой сердцевиной. В последние несколько десятилетий сэндвич-панели начали применяться в и строительной отрасли. [ 2 ]

Авангард в сэндвич-панелях трехслойная железобетонная ортотропная сэндвич-панель, представляет собой лёгкую бетонную опалубку, на которую наносят монолитную бетонную оболочку с двух сторон. Это инкапсулирует сердцевину из термоизоляционного пенополистирола, чтобы обеспечить комфортное при отоплении и кондиционировании, экологически чистое внутреннее пространство здания.

Панель — базовый модульный элемент универсальной строительной системы SCIP. Используется для изготовления любых конструктивных элементов, таких как стены, плиты перекрытия, кровля, балки, фасады, навесы и т.д.

Железобетонная трехслойная сэндвич-панель SCIP SOTA-2

Армированная бетонная несущая сэндвич-панель SCIP SOTA-2 с эффективным утеплителем EPS толщиной 250 мм в разрезе. От других SCIP её отличает элемент «W-образная рамочная трасса», который делает её самой прочной панелью из имеющихся SCIP, в большинстве случаев избавляя от необходимости добавлять дополнительное армирование при строительстве. Открыть изображение в новом окне

Панель используется в виде несъемной опалубки для укладки конструкционного бетона (обычно торкретбетон), до его нанесения представляет собой 2 электросварные стальные сетки Ø 2,4-4 мм, соединенные между собой вертикальными арматурными фермами типа Уоррена (Warren), конструкцией с параллельными поясами и равносторонней треугольной решёткой; или дискретными соединителями, они могут проходить под различным углом к сетке.

Пространственный стальной каркас армированной сэндвич-панели SCIP с w-образной трассой

Термоакустический изолятор проходит внутри пространственного арматурного каркаса, который называют «three dimensional truss system steel welded» или «truss-like pattern». Все его точки контакта с сеткой должны соединяться, в зависимости от конфигурации и назначения панели это может быть электросварка, скобы или вязальная проволока.

В подавляющем большинстве случаев им служит пенополистирол (EPS или XPS) плотностью 10-50 кг/м³. Возможно использование других утеплителей: жесткая полиуретановая пена (PUR, PIR), MW и др.

При выборе утеплителя в панели, кроме очевидных теплотехнических характеристик, учитывают его шумоизоляционные и гигроскопичные свойства, долговечность, а так же плотность, которой должно быть достаточно для нанесения торкретбетона или бетонной смеси. После бетонирования, утеплитель оказывается зажат между двумя слоями бетона.

«Каждый производитель», — объясняют знаменитые в США проектировщики, неутомимые евангелисты SCIP Johnson Leifield Structural Engineers (Калифорния), — «имеет свою собственную конфигурацию панелей SCIP. Поэтому их толщина, размеры проволочной арматуры, толщина бетона/штукатурки отличаются. В результате, вертикально и горизонтально установленные панели будут иметь различные несущие и другие способности, в соответствии с составом компонентов панели».

Рассмотрим разновидности этих панелей по каждому элементу отдельно. Что у них общего и чем они отличаются друг от друга? Начнём с сетки.

Сетки

Как вы уже знаете, конструкция панели представляет собой лист пенополистирола (EPS, XPS) или другого утеплителя (MW, ICB и др.). По обеим его сторонам расположена электросварная сетка из высокопрочной стали, полимерная сетка применяется очень редко. Диаметр сетки может быть различным, в зависимости от потребности проектировщика.

Выбор характеристик сетки зависит от рабочих или биоклиматических условий, к которым она должна подходить для применения, и гарантировать стабильность и целостность конструкции в течение долгого времени. Учитываются и особенности соединителей.

Проволока может быть обычного типа — низкоуглеродистая холоднотянутая стальная ВР-1 с рифлением для улучшения сцепления с бетоном; оцинкованная; горячеоцинкованная; или нержавеющая. В популярных SCIP-системах её минимальная фактическая прочность (fy) 415 МПа (чаще более 600 МПа); предел текучести (fyk) более 600 МПа; и предел разрыва (ftk) 680-880 МПа, согласно ASTM A1064/A1064M-18a. В любом случае, сталь должна соответствовать потребностям использования и обеспечить стабильность и целостность конструкции с течением времени.

Стальная сетка сэндвич панели может быть от 2 мм

Диаметр проволоки сетки Ø 2,03-4 мм, бóльшая толщина возможна, Alef (2017) сообщает случаях 10,0 мм.

Ячейка в сетке обычно Ø 2,5/50 мм или 65 мм. В зависимости от конструкции/назначения панели, используются 80 мм х 75 мм, 50 мм х 100 мм, 50 мм х 150 мм, 150 мм х 150 мм и др. Встречаются варианты применения сетки с продольной проволокой Ø 3,5 мм, поперечной Ø 2,5 мм, опять-таки, всё зависит от желаемых вами характеристик панели.

Сетка может находиться на различном удалении от утеплителя, обычно не ближе 10 мм к краю, её положение зависит от конструктивных особенностей панели. После нанесения бетона сетки служат в качестве арматуры, а так же, согласно Novais и др. (2015), наличие металлических сеток сводит к минимуму образование трещин вызванных тепловым или механическим движением.

Соединители

Вначале необходимая теория. Конструкционная целостность сэндвич-панелей является наиболее сложной проблемой, с которой часто сталкиваются инженеры в попытках обеспечить прочную связь между слоями и материалом сердцевины между ними. Поэтому все сэндвич-панели, независимо от их вида и состава (SIP, SCIP и др.), классифицируются по степени их составного действия — величине продольной поперечной силы передаваемой между слоями.

Когда сэндвич достигает 100% своей единой интеграции и конструкционной эффективности, его называют полностью композитным. В этом случае стены имеют полную передачу сдвига, бетонные слои (их называют wythes, разгородки) действуют как единое целое. А если из-за сдвиговых соединителей панель выходит из строя до дробления бетона и деформации стальной арматуры, говорят о несоставной, некомпозитнойпанели. Такие панели имеют нулевую передачу сдвига, разгородки в них действуют независимо. Панели с передачей сдвига между этими крайними точками являются частично композитными или полукомпозитными, их степень композитного действия находится в диапазоне от 0% «несоставной» до 100% «полностью составной».

Композитными конструкциями называют набор из 2-х или более материалов, образующих единую конструктивную единицу, которые объединены так, что их механические характеристики используются в максимальной степени, компенсируя недостатки каждого из них при независимой работе. По сравнению с некомпозитными панелями, полностью композитные панели имеют преимущество, поскольку они достигают расчётных нагрузок с меньшим количеством материала [ 3 ].

Например, Американский институт стальных конструкций (AISC) впервые одобрил перекрытия с композитными балками ещё в 1952 году, они позволили уменьшить толщину плит, и следовательно уменьшить их вес, и увеличить свободную длину между опорами. Это стало возможно благодаря свойству стальных балок: в этой композитной конструкции они работают на сопротивление растягивающим напряжениям, а бетон противостоит сжимающим.

Таким образом, чтобы гарантировать полностью композитное или полукомпозитное поведение, между прочными слоями сэндвича должно быть эффективное соединение, либо выполненное самим сердечником или посредством соединителей и ребер жёсткости. В случае SCIP, наружная и внутренняя металлические сетки сварным соединением соединяются между собой поперечными соединителями (shear connectors, truss connectors) одинаковой прочности, которые проходят через утеплитель.

Задача соединительных элементов заключается в том, чтобы выдерживать приложенную нагрузку и в той или иной форме передавать (поперечные силы, продольный сдвиг) нагрузку с одного бетонного слоя на другой. Благодаря этим стяжкам, пространственный стальной каркас обеспечивает необходимую прочность панели в плоскости, и вне плоскости.

«Стальные балки и бетонные плиты, соединенные в составной элемент, иногда могут выдерживать увеличение нагрузки от 33 до 50 процентов или больше, чем та, которую стальные балки могли выдержать при работе по отдельности», — сообщает McCormac/Csernak (2012).

Соединители делятся на жесткие и гибкие. Согласно Bertine (2002), жесткие соединители используются когда нужно передать силы сдвига от одного слоя бетона к другому. Гибкие же соединители, предназначены для передачи нормальных сил между пластинами, и их вклад в сопротивление сдвигу незначителен. В некомпозитных панелях используются гибкие соединители, а в полукомпозитных и полностью композитных панелях используются жесткие соединители. Примерами гибких соединителей являются металлические, пластиковые или стекловолоконные штифты и деформируемые фермы.

Изучая прочность на сдвиг различных соединителей, Tomlinson и Fam (2015) считают, что стальные соединители являются наиболее распространенными и полезными для системы, так как их теплопроводность низкая, они не влияют на теплоизоляцию панели. Пластиковые соединители штыревого типа, обеспечивают низкий уровень комбинированного действия [ 4 ].

Классические соединители в SCIP стальные, а сталь может быть проводником тепла. Но потери через тепловые мосты стальных соединителей оцениваются всего в 5-8%, поскольку диаметр проходящих сквозь слой теплоизолятора соединителей всего Ø 2-3 мм. Однако, предпринимаются попытки устранения и этих потерь, с одновременным сохранением конструктивной передачи сдвига между слоями бетона. Главные претенденты — полимеры армированные стекловолокном (GFRP), углеродным волокном (CFRP) и базальтовым волокном (BFRP). [ 5 ]

Но разрушение полимеров на разрыв намного ниже предела прочности, это объясняется тем, что соединители FRP подвергаются воздействию силы сдвига, в то время как они обычно испытываются на силу растяжения. Кроме того, проскальзывание соединения, хрупкость и расслоение являются одними из проблем их использования, это было известно ещё со времён самых первых исследований сборных железобетонных сэндвич-панелей с различными разъемами [ 6 ].

Хоть FRP и являются линейно-упругим материалом, пластичность соединителя работающего на сдвиг не требуется, потому что по мнению Ehab Hamed, панель в конечном счёте выйдет из строя из-за полного растрескивания и деформации стальной сетки до того, как произойдет податливость или разрыв работающего на сдвиг соединителя [ 7 ].

Сварные W-образные стальные соединители являются проверенным и наиболее эффективным соединением для передачи усилия сдвига. Исследовав изменения площади сдвига и подготовки поверхности 9 сборных железобетонных стен с соединителями из углепластика (CFRP), Пантелидис с коллегами выяснили, что разрушение композитного соединения из углепластика такое же, как и у стального соединения, но стальное выдерживает в 3 раза большую боковую нагрузку сдвига. Также было обнаружено, что длина проявления композитного действия панели с соединителем CFRP, в значительной степени зависит от геометрии и жесткости соединения. [ 8 ]

В зависимости от требуемой прочности, в процессе производства соединители могут получать разные размеры или различную толщину. Обычно выполняются из стальной арматурной проволоки Ø 2,3-3,67 мм (0,09–0,14 дюйма) Вр-I — низкоуглеродистой стали с пределом прочности на разрыв не менее 700 Н/мм² (выше ST52).

Многочисленные исследования [ 9 ] указывают на то, что 3 мм стальные соединители являются оптимальным вариантом. С практической точки зрения, стальной тип соединения почти безальтернативен для стартап-предприятий ведущих застройку до 10 тыс. м² в жилья в год, учитывая их ограниченность в ресурсах в заказе большой партии индивидуальных полимеров-сосединителей под требуемую толщину панели.

О виде соединителей. Работающие на сдвиг соединители, могут иметь различную конфигурацию: дискретные ортогональные, т.е. иметь вид отдельных проволок, которые предусмотренны в заранее определенных местах; или быть непрерывными, сплошной W-образной трассой (ещё говорят zig-zag), ориентированными в продольном (охватывающем) направлении (такая W-трасса используется в SCIP SОТА, в SOTA-2 она усилена рамкой). Использование наклонных соединителей придает панели бóльшую прочность на изгиб и жесткость.

«В ряде используемых сегодня систем SCIP, соединители не обеспечивают адекватной, достаточной или полной передачи сдвига. Например, системы сэндвич-панелей Schnell или Emmedue, имеют только параллельный компонент для вертикального сдвига. Однако перенос сдвига, который происходит по горизонтали, так называемый сопряженный сдвиг, который происходит одновременно с вертикальным сдвигом, в этой конструкции недоступен. Если не будет минимальной кривизны, тогда у нас будет горизонтальный компонент соединителя сдвига, передающий нагрузку. Однако к тому времени, когда сэндвич-панель достигнет требуемой кривизны, прогиб может нарушить предел прогиба, указанный строительным стандартом». [ 10 ]

Даже не смотря на то, что при использовании волнистого пенополистирола, создающего так называемые микроколонны (SCIP Emmedue и др.), Карбонари и др. (2012) обнаружили, что панели с соединителями под углом 90° демонстрируют высокую степень деформации и растрескивания даже при нормальной работе с нагрузкой. Поэтому вклад 90° соединителей в прочность системы на изгиб невелик. Эту особенность можно улучшить, если использовать соединители под углом 45°, эту особенность мы обсуждаем говоря о механическом сопротивлении панелей.

Теперь о количестве соединителей соединяющих внушнюю и внутреннюю сетку. Их плотность очень важна с экономической точки зрения, поскольку позволяет избежать перерасхода материала и потерь, так как бóльшая часть усилий передается сердечником, который будучи малоустойчивым, имеет большую площадь контакта, что способствует передаче сдвига бетонным слоям. Количество соединителей на квадратный метр в SCIP определяется на основе требуемой прочности на сдвиг, плотность электросварного соединения варьируется от 10 (SCIP SmartPanel) до 200 на м², чаще используются 40-50 шт на м². В популярных SCIP Schnell 30 соединителей, а в Emmedue 60 соединителей на м² (Ø 3 мм). Подробнее о видах соединителей см. «Анализ эффективности и стоимости системы EPS» стр. 45-48 [ 11 ].

Пространственный стальной каркас сэндвич-панели SCIP

Таким образом, так же как и с сеткой, параметры соединителей могут быть изменены в соответствии со значениями указанными в спецификациях архитектурно-строительных решений вашего рабочего проекта.

В результате соединения сетки стяжками, получается прочный пространственно-армированный каркас. Институт исследований и испытаний материалов Чилийского университета в документах называет эту стальную конструкцию «трехмерной и стереометрической» (estructura tridimensional y estereométtica). Именно здесь корни названия одной из самых популярных в мире SCIP-панелей Tridipanel (США), ещё их называют Tri-D.

Об этом же говорит и распространённое в мире название SCIP-технологии «3D Panel», «3-D wire matrix» и т.д. Сегодня по запросу «3d панель» обосновались гипсовые и пенополистирольные декоративные панели, впрочем, Ирана и ряда стран это не коснулось.

Сердечник изолятор

Как на внутри, так и снаружи здания расположен слой бетона, а между ними тепло- и холодостойкая изоляция. В качестве изолятора обычно используются пенополистирольные плиты (EPS). Они могут быть плоскими, гофрированными или ребристыми, в последнем случае, они улучшают механические характеристики всей системы за счёт увеличения сцепления со слоями покрытия и эффектом микроколон. Подробно об используемых в SCIP изоляторах говорим тут.

Панельные секции. Пространственный каркас из сеток и утеплителя изготавливаются предварительно в заводских условиях (precast), либо прямо на строительной площадке, когда в регионе нет специализированного поставщика панелей, или когда стоимость их транспортировки высока. В этом случае процесс занимает больше времени, но не влияет на характеристики сэндвич-панелей. В обоих случаях панели удобно производить с помощью предлагаемого нами оборудования для производства панелей SCIP SOTA.

Панельные модульные секции могут иметь ширину 0,9-1,4 метра, переменную высоту равную межэтажной высоте здания (обычно 3 метра), и различную толщину, которая прежде всего зависит от толщины утеплителя (от 30 до 350 мм). В последние годы всё чаще производители делают поверхность пенополистирольной плиты рифленной, что несколько облегчает процесс нанесения бетонной смеси.

Можно производить панели с особыми размерами и характеристиками, которые адаптируются к вашему специфическому проекту. Например, высотой 6 или 12 метров. Стандартные размеры SCIP SOTA составляют 1,2 м х 3 м, если нужно длинее, это легко сделать на строительной площадке путём соединения 2-х или более панелей в одну.

Монтаж панелей

Дополнительное армирование. Панели устанавливаются на фундамент и прикрепляются к нему стержнями «гладкой» арматуры. Эта же «гладкая» арматура используется для усиления проёмов дверей и окон, они требуют армирующую раму, которая устанавливается по углам, где происходит концентрация напряжений. Это относится и к пересечениям с плитами перекрытий, и к разрезам для прохождения труб. Основная функция этих арматурных элементов — обеспечить бóльшее сопротивление местам, которые получают большие нагрузки, которые считаются критическими.

Монтаж панелей. Панели относительно лёгкие, с ними легко обращаются сборщики, использования большого оборудования для их перемещения не требуется. Монтаж панелей простой, работы могут быть облегчены за счёт нумерации панелей. Чтобы обеспечить непрерывность проволочной конструкции, все стыки панели с обеих сторон в одной плоскости соединяются между собой либо, путём размещения плоских соединительных сеток (таких же как в самой панели) закрывающих панельные стыки, либо W-образной трассой, как например рекомендует SCIP Panel W.

В ряде SCIP в панелях изначально выступают сетки с противоположных сторон (примерно на 50 мм), непрерывность обеспечивается за счёт их наложения перекрытием друг друга без необходимости в дополнительных соединительных элементах.

По всему периметру проемов используется U-образное армирование, таким образом предотвращая нанесение покрытия непосредственно на пенополистирол, при каждом контакте перпендикулярных стен применяется L-образное армирование. Цель использования всех этих усилений — сформировать единую конструкцию, соединяющую всю сборку и укрепляющую возможные критические точки конструкции. Эти усиления увязываются с сеткой панели с помощью ручного или электрического инструмента мягкой вязальной проволоки; или с помощью пневматического крепежного инструмента скобой или клипсой-зажимом.

Коммуникации прокладываются на внутренней стороне панелей, до нанесения бетонного покрытия. Если необходимо, часть сетки на одной стороне панели могут быть разрезаны для размещения коммуникации, затем все разрезы закрываются полосами сетки. Если диаметр трубы больше толщины панели, её размещают перед панелью, так как обе сетки разрезать нельзя. Сервисные короба помещаются внутри панели и подвязываются к сеткам, чтобы надежно удерживать их на месте во время нанесения покрытия.

Монтаж панелей требует внимания к ровности и отвесу. Чтобы их установить в проектное положение, используются временные регулируемые металлические, алюминиевые или деревянные штанговые опоры.

Бетонные слои

Бетон. Наружные поверхности SCIP-панели называют wythes (разгородки), они могут быть ненесущими (защитными, самонесущими), или несущими, выполняющими конструктивную функцию. В первом случае, разгородки выполняются на основе лёгкого бетона или цементно-песчаной штукатурки, в этом случае о SCIP говорят как о сверхлёгкой системе строительства.

Чтобы получить несущую железобетонную стену, на каждую сторону панели наносят торкретбетон или бетонную смесь (в Испании и Бразилии говорят микробетон, в США — designed mortar). Бетон выполняет двойную функцию: передаёт нагрузку и обеспечивает изоляцию конструкции.

Слой считается несущим, если он обеспечивает значительный вклад в устойчивость панели к нагрузкам. В полностью или частично композитных панелях, оба бетонных слоя являются конструктивными. Степень композитного, комбинированного действия бетонных слоёв зависит от типа соединителя [ 12 ].

Производители SCIP сами определяют толщину каждого слоя бетона для своей практики, в литературе встречается разброс от 1,5 до 5 см (Alef, 2017). Она складывается в зависимости от его конструктивного назначения, бетонного покрытия, крепления соединителей, процесса разравнивания бетонной смеси и финишной отделки. Чем тоньше слой бетона, тем больше панель подвержена короблению, особенно если работающие на сдвиг соединители, не обладают достаточной жесткостью для композитного действия панели.

И хотя СП 52-103-2007 «Железобетонные конструкции зданий» рекомендуют минимальную толщину конструктивного слоя бетонной несущей стены не менее 180 мм; а Architectural PCI 1989 50 мм (2 дюйма) в случае предварительного напряжения, и 76 мм (3 дюйма) без предварительного напряжения; — толщина в SCIP Emmedue составляет всего 30 мм, что достаточно для 6-ти этажного здания без дополнительного армирования (со слов Emmedue на выставке MosBild 2012). Также интересно, что толщина слоя бетона в несущей панели, популярной, но ныне не существующей SCIP Insteel 3D (Insteel Construction Systems, Inc. USA) — составляла всего лишь 19 мм (3/4 дюйма) [ 13 ].

Чаще всего, толщина бетона в 2 раза превышает расстояние между полистиролом и сеткой покрытия — каждый слой 35-50 мм и выше. Для обеспечения коррозионной стойкости, в нормальных условиях, стальная сетка должна быть покрыта не менее чем на 15 мм. В агрессивной среде (высокая атмосферная влажность, близость к морю или океану и др.), толщину бетонного покрытия увеличивают.

Верхний бетонный слой крыши или плиты перекрытий может быть нанесён вручную (заливка). Для стен и нижней стороны потолка напольных и кровельных панелей, бетон может наноситься либо пневматическим способом (торкретированием хоппер-ковшом или торкрет-установкой; или пневмонагнетателем — штукатурным оборудованием под давлением), либо вручную (нанесение вручную). Если бетон наносится техникой торкретирование (spritzbeton), то обычно это «мокрый торкретбетон», в редких случаях «сухой торкретбетон» в соответствии с «Руководством по торкрет-бетону» ACI 506 R-85 Американского института бетона.

Разница в способах нанесения бетонных слоев (вручную или пневматически) не оказывает существенного влияния на сейсмические характеристики стен, и выбор между двумя методами зависит от времени и стоимости проекта. [ 14 ]

В зависимости от класса использования, бетон может иметь номинальную прочность 16, 25 и 35 МПа (SCIP MZtec). Для несущих стен (конструктивная функция) проектный класс бетона по прочности обычно не ниже B20 (SCIP 3D EVG — B25), часто C25/30 по международному обозначению, что соответствует B30 (ближашая марка цемента М400). Бетонная смесь должна иметь размер заполнителя 5-10 мм (должна соответствовать ASTM C33; градация №1 в таблице 2.1 ACI 506R-90), однако, в ряде случаев, в целях экономии можно использовать заполнитель размером менее 5 мм (отсев), это рекомендует Министерство жилищного строительства и борьбы с городской бедностью Правительства Индии в Руководстве по SCIP (2017).

Бетонная смесь должна иметь минимальную осадку 51 мм. При кубических испытаниях на сжатие, она должна показать минимальную прочность обычно не менее 28 МПа в течение 28 дней. В литературе встречается разброс от 20 до 35 МПа, но есть и производители у которых требование ниже — у SCIP RCG 3D/EVG диапазон 17,2-28 МПа. Согласно классификации бетона по плотности Mindess и Young (1981), бетон применяемый в SCIP относится к нормальному весу — удельный вес бетона 2100-2550 кг/м³.

Есть попытки использовать в SCIP геополимерный бетон — в сравнении с обычным портландцементным, он требует меньшего количества воды и связующего для достижения сопоставимой удобоукладываемости и прочности на сжатие. Кроме того, отпадает необходимость в химических добавках для производства нормальных и сверхпрочных геополимерных бетонов [ 15 ]. Увеличение молярности щелочного раствора увеличивает прочность на сжатие SCIP [ 16 ].

Сообщается, что большинство характеристик армированных геополимерных бетонных элементов демонстрируют схожие, если не повышенные несущие способности в сравнении с соответствующими традиционными армированными бетонными элементами на основе цемента [ 17 ]. Оценивая возможность использования в SCIP геополимерного бетона на основе египетского метакаолина (снижает выбросы CO), исследователи пришли к выводу, что: образцы стен из геополимерного бетона дают на 31% бóльшую осевую прочность в сравнении с образцами из обычного бетона; средний коэффициент растрескивающей нагрузки составляет 44–48% от разрушающей нагрузки, то время как у обычных бетонных панелей первая трещина появляется при 63% разрушающей нагрузки; прогибы при первых трещинах в геополимеробетонных панелях на 66–76% меньше чем у обычных бетонных [ 18 ].

Предпринимаются попытки использовать в конструкции SCIP пенобетон, в этом случае панели отливаются в заводских условиях и содержат w-образную трассу с высокой плотностью на 1 м².

На стены бетонную смесь наносят в два этапа: первый слой наносится так, чтобы бетон покрывал сетку. Затем, после 30-40 минут необходимых для схватывания бетона, наносят второй слой уже до получения желаемой толщины слоя. Если используется цементно-песчаный раствор, временной отрезок между нанесениями слоёв увеличивается (согласно состава раствора).

Для получения правильной толщины слоя бетона используются штукатурные маяки. Поверхность по направляющим выравнивается вручную с помощью правила, металической или губчатой тёрки для затирки. Затем наносится желаемая отделка. По затвердеванию слоя приступают к другой стороне стены. Часто наружные стены покрываются бетоном до завершения монтажа инженерных коммуникаций.

Если панель используется в качестве плиты перекрытия, то перед нанесением бетона необходимо установить временные опоры для перекрытий с помощью крестообразных балок и распорок с рекомендованным расстоянием и промежутками. Необходимые арматурные стержни размещаются согласно конструктивному расчету. Вначале бетон получает нижний слой. Он заполняет пространство между пенополистиролом и сеткой, его нанесение продолжается до тех пор, пока не будет достигнута рекомендуемая толщина покрытия арматурных стержней или проволоки, которая составляет ≈1,5 см.

Нижнему слою дают необходимое время для затвердевания, а затем бетон заливается в верхний слой, заполняя пространство между пенополистиролом и сеткой, до тех пор, пока не будет достигнута рекомендуемая полная толщина покрытия 4-5 см над сеткой. Это можно сделать с помощью бетононасоса или просто заливая ёмкости заполненные бетоном. Верхняя поверхность выравнивается и сглаживается для достижения желаемого результата. Верхнему слою дается достаточно времени для затвердевания (по крайней мере 14 дней, если это бетон с нормальным схватыванием), после чего опалубку удаляют. Теперь покрытие наносится на ту часть нижнего слоя, которая ранее была перекрыта опалубкой, вся его поверхность выравнивается и сглаживается. Затем ему придают желаемую отделку с помощью правила, металической или губчатой терки для затирки.

Как в стенах, так и в плитах перекрытий, важно в первые дни поддерживать все поверхности бетона или песчаного раствора во влажном состоянии, чтобы получить ожидаемое сопротивление и избежать трещин. Это достигается путем нанесения средства для ухода за свежим бетоном, предотвращающего испарение воды с поверхности, или периодического смачивания застроенной поверхности.

«После монтажа панелей, мы можем: а) сами изготовить и нанести цементную смесь, б) или можем пригласить компанию по производству готовой смеси торкретбетона, чтобы самостоятельно торкретировать поверхности панели, в) или можем нанять тех, кто занимается торкретированием. У нас всегда есть выбор» — объясняет Род Адриан-старший (Rod Hadrian, Sr.), отраслевой эксперт, основатель знаменитой американской SCIP Tridipanel (см. видео).

Финишная отделка

Облицовка сэндвич-панели SCIP плиткой

Облицовка не обязательна, отторкретированные панели требуют лишь незначительной отделки. Поверхность готовой стены SCIP представляет собой бетон или штукатурный раствор, который подходит для нанесения любой отделки как внутри здания, так и снаружи.

Можно легко нанести самые разные виды отделки: гладкие или фактурные цементные покрытия различной текстуры, краска и цветовые узоры, штукатурные покрытия, «короед», фактурные пасты, мозаичные покрытия, гальваническое покрытие мраморной крошкой, плитка или плиты декоративного камня, облицовка клинкером, вентилированные фасады и практически любой другой вид отделки.

Кровля может быть отделана черепицей или любым другим традиционным материалом, или это может быть открытый бетон. Панели можно облицовывать деревом, например внутри помещений, но в этом случае мы теряем часть тепловой массы.

Работы по отделке начинаются сразу после схватывания второго слоя бетона. «Преимущество SCIP в том, что для нанесения отделки на стены вам не требуется штукатурка как для отделки кирпича или блоков, её можно укладывать непосредственно на торкретбетон», — поясняет инженер-строитель Lourdes Cristina D. Printes из LCP Engenharia & Construções (Бразилия).

Что получили в итоге

В результате соединения сетки с соединителями, утеплителя и бетона, мы получаем один из самых прочных строительных материалов, которые вы только можете найти. Поведение этой стеновой конструкции с большой несущей способностью, частично или полностью композитно. То есть мы создали новый материал с характеристиками, отличными от характеристик отдельных компонентов и не являющимися простой их суперпозицией. Количество арматуры основания, обеспечиваемой проволочной сеткой при Ø2,5/50x50 мм, вместе с типичной общей толщиной двух бетонных слоев (при 40+40 мм) — даёт коэффициент армирования равный 0,00245 (без какого-либо дополнительного армирования).

Полученные монолитные бетонные стены имеют ячеистую структуру, которая выдерживает гравитационные нагрузки, стена при этом, чтобы противостоять боковым нагрузкам, действует как диафрагма жёсткости. Таким образом, эти ж/б сэндвич-панели используются для возведения несущих наружных или внутренних несущих стен, плит перекрытий, кровли любого типа, ненесущих стен, межкомнатных перегородок, заборов и других конструктивных элементов. Если в панели ставим утеплитель толщиной 250 мм и выше, мы получаем категорию здания с ультранизким уровнем энергопотребления (low-energy, passive house).

Обратите внимание, что реализация системы проста, строительство может обойтись без сложных устройств или инструментов, только правильное обучение труду. Для этого сборщикам нужно просто следовать грамотным инструкциям, чек-листам по строительной системе (например, их вы получаете при покупке оборудования для производства SCIP-панелей SOTA).

Размеры панели

  • Каковы стандартные размеры сэндвич-панелей SCIP?

Каждый из производителей, в зависимости от предпочитаемых размеров панели, настраивает своё оборудование на желаемый размер панелей. Например, сэндвич-панели SOTA имеют ширину 1,20 м и длину 3 м. Каждая из этих величин может быть изменена по желанию. Толщина пенополистирола так же регулируемая — от 30 мм до 270 мм.

Удельный вес м² панели

  • Каков удельный вес м² этой сэндвич-панели?

Примерно 200 кг. Панель SCIP SOTA-2 размерами 1.2 м х 3 м, в зависимости от варианта состава бетона, весит от 680 до 750 кг. Панель 1,2 м х 1 м весит 226-250 кг, и соответственно 1 м х 1 м — 189-209 кг. Средний вес 1 м х 1 м панели — 200 кг. Если панель используется в качестве ограждающей ненесущей конструкции, её вес уменьшается на 20-25%, например, масса 1 м² стены панели со слоями торкретбетона 35 мм — 147 кг м².

Например, в технологии SCIP Panel W панель песит от 1,3 до 7 кг/м²; стена с цементно-песчаным раствором — от 90 до 156 кг/м²; плита с бетоном и цементно-песчаным раствором — от 173 до 190 кг/м².

SCIP, по сравнению с традиционными методами строительства, снижает до 40% общего веса конструкции. Благодаря легкому весу и простоте обращения, строительная система идеально подходит для строительства дополнительных этажей поверх существующих многоэтажных зданий без чрезмерной нагрузки на конструкцию и фундамент, без ущерба для безопасности существующей конструкции. Кроме того, создание конструкций с меньшим собственным весом позволяет экономить на строительстве фундамента. В конечном счёте, всё это способствует индустриализации жилищного строительства и экономит деньги.

Расход материала м² панели

  • Каков расход материалов на 1 м² стены SCIP SOTA?

Считаем расход материала необходимый для производства панели SCIP SOTA-2 с утеплителем 250 мм. Панель имеет ширину 1.2 м и высоту 3 м, но здесь мы считаем строго 1 м х 1 м, для неё необходимо: 2 метра стальной сетки диаметром 3 мм ячейкой 50 х 50 мм, или 50 х 100 мм, или 50 х 150 мм; пенополистирол (EPS) толщиной 250 мм 1 м х 1 м (0.25м х 1 м х 1 м); для рамок трассы подойдёт любая калиброванная проволока ВР1 диаметром 3 мм, 4 мм или 5 мм где 2 отрезка по 1 м х 8 шт = 8 метров; самих трасс ВР1 3 мм или 4 мм 1812 мм х 8 шт = 14,5 метра (из расчета разверстки на метровую длину). Осталось добавить бетон. Если наносим слой торкрета по 50 мм на сторону, то нам понадобиться 0,1 м³, а если по 30 мм на сторону, то 0,06 м³.

Теперь, зная расход материалов на 1 м стены, можно посчитать её стоимость из расчета местных цен на эти комплектующие сэндвич-панели. Не забудьте добавить стоимость их доставки в цех, стоимость услуг рабочей силы в цеху и затраты на электроэнергию. Если что-то неясно, вы можете спросить личным сообщением в Telegram, Viber, WhatsApp, написать электропочтой или в форму обратной связи (в нижней части страницы). Также вы можете задать вопрос публично в Чат Telegram.

Долговечность зданий и сооружений

  • Каков срок службы здания построенного по SCIP? Как долго прослужит постройка? О долговечности панелей

Железобетонные здания в России относятся к самой высокой, I-й категории.

Срок службы панелей находится в зависимости от: а) срока службы материалов, составляющих панель; б) условий эксплуатации помещений; и в) климатической зоны. В России срок эксплуатации многоэтажных зданий из монолитного железобетона определён в 150 лет. Самой слабой частью ж/б сэндвич-панели является утеплитель, именно он во многом определяет срок службы всей сэндвич-конструкции, в 99% случаев это пенополистирол (EPS). [ 19 ]. EPS не имеет питательной ценности для живых организмов, и он не демонстрирует химического разложения с течением времени. Здания SCIP с утеплителем EPS стоят уже 40 лет, наблюдение продолжается.

«Срок службы зданий SCIP измеряется веками, а не десятилетиями; это делает строительную систему чрезвычайно устойчивой с течением времени. В то время как многие конструкции с деревянным каркасом в США оказываются на свалках, здания SCIP предлагают более надежный вариант» — объясняют Hi'ilani EcoHouse (США), работающие по системе SCIP Tridipanel.

Железобетонные конструкции требуют минимального ухода, но им тоже требуется покраска или очистка, чтобы оставаться в идеальном состоянии. В очень дождливой местности можно использовать дополнительную гидроизоляцию.

#

Если у вас остались вопросы, вы можете спросить нас личным сообщением в Telegram, Viber, WhatsApp, написать электропочтой или в форму обратной связи (в нижней части страницы). Также вы можете задать вопрос публично в Чат Telegram или YouTube.

FAQ Далее ⏩ Преимущества SCIP

К Содержанию FAQ

Используемые источники

[ 1 ] Томаш Гарбовски, Томаш Гаевски, «Определение жесткости на поперечный сдвиг многослойных панелей с гофрированным сердечником путем численной гомогенизации» Materials 2021, 14, 1976. Ссылка

[ 2 ] Эсхан Мирнатеги, Айман С. Моссалям «Многокритериальная оптимизация энергосберегающих систем строительства из цементных сэндвич-панелей с использованием генетического алгоритма» Energies 2021, 14, 6001. doi.org/10.3390/en14186001 Ссылка

[ 3 ] PCI Committee on Precast Concrete Sandwich Panels. State-of-the-art of precast/prestressed sandwich wall panels. PCI J 1997;42(2):1–61

[ 4 ] Томлисон Дуглас, Фам Амир «Аналитический подход к реакции на изгиб частично изолированных бетонных многослойных стен» Engineering Structures, v. 122, стр. 251-266, 2016. Ссылка

[ 5 ] Einea et al., 1991; Salmon et al., 1997; Naito et al., 2011; Hodicky et al., 2014; Tomlinson & Fam, 2014, 2015; Kim & You, 2015; Choi et al., 2015; Teixeira et al., 2016; Zhi & Guo, 2017; Hamed, 2017; Frazão et al., 2018

[ 6 ] Пфайфер, Д. У. (Pfeifer, D. W.), Дж. А. Хансон (J. A. Hanson), «Сборные железобетонные стеновые панели: жесткость на изгиб многослойных панелей», SP-11, стр. 67–86. Фармингтон-Хиллз, Мичиган: Американский институт бетона (ACI), 1964

[ 7 ] Эхаб Хамед, «Несущая способность композитных сборных железобетонных сэндвич-панелей с диагональными соединителями армированных фиброй полимерными стержнями.», PCI Journal, июль-август 2017. Ссылка

[ 8 ] Пантелидес К.П. (Pantelides C.P.), Л.Д. Ривли (L.D. Reaveley), П. В. Макмаллин (P.W. McMullin), «Проектирование композитных соединителей из углепластика для сборных железобетонных элементов». Журнал армированных пластиков и композитов, т. 22, № 15: с. 1335–1351. 2003

[ 9 ] Bush & Stine, 1994; Bush & Zhiqi, 1998; Benayoune et al., 2006; Benayoune et al., 2007; Benayoune et al., 2008; Lee & Pessiki, 2008; Carbonari et al., 2012, 2013; Bai & Davidson, 2015; Hamed, 2016; Joseph et al., 2017

[ 10 ] Эхсан Мирнатеги. Оптимизация конструкции цементно-армированной ортотропной многослойной композитной системы. Диссертация, Калифорнийский Университет в Ирвайне (США). 2017 Ссылка

[ 11 ] «Анализ эффективности и стоимости системы EPS», Федеральный технологический университет г. Пато-Бранко (Парана, Бразилия), 2017 Ссылка

[ 12 ] C.J. Naito, J. Hoemann, B.T. Bewick, M.I. Hammons, Оценка соединителей, работающих на сдвиг, для использования в изолированных бетонных сэндвич-панелях, Interim Report, Lehigh University, PA 18015, 2009

[ 13 ] Цитата по P. Poluraju, G. Appa Rao «Поведение 3D-панелей для строительных конструкций при общей нагрузке: современное состояние», стр. 175. Департамент гражданского строительства, Индийский технологический институт Мадрас, Индия, 2014. Ссылка

[ 14 ] Айман С. Моссалям. «Крупномасштабная структурная оценка ограждающих конструкций — многослойных стеновых панелей из вспененного полистирола Tridipanel, подвергшихся циклическим испытаниям на сдвиг». Отчет № 3D-ICC-ES05-11, испытательный зал структурной инженерии (SETH), Инженерная школа Генри Самуэли, Калифорнийский университет в Ирвине, 2011.

[ 15 ] K. Neupane, «Исследование модуля упругости активированного порошком геополимера», Int J Struct Eng 7 (3) (2016) 262–278. Ссылка

[ 16 ] G. Hemanaag, B.S.R.K. Prasad, «Геополимерный бетон с использованием Метакаолина, летучей золы и их сравнение». Int J Eng Res Tech (IJERT) ISSN: 2278-0181. 2014. Ссылка

[ 17 ] K.H. Mo, U.J. Alengaram, M.Z. Jumaat, «Конструкционные характеристики железобетонных геополимеробетонных элементов: обзор», Const Build Mater 120 (2016) 251–264. Ссылка

[ 18 ] Фатима Аль-Захраа Рефаи, Рафик Аббас, Фуад Х. Фуад. Устойчивая строительная система из геополимерных сэндвич-панелей на основе египетского метакаолина. Примеры использования строительных материалов 13 (2020) e00436. Ссылка

[ 19 ] К. Браннер, «Нагрузочные характеристики и срок службы многослойных конструкций с пенополистиролом», Технический университет Дании, факультет военно-морской архитектуры и морского строительства, 1995 г.

Напишите нам
Вы можете задать вопрос или написать ваше личное сообщение здесь, Telegram, Viber, WhatsApp, или электропочтой. Чтобы быть в курсе последних новостей, подпишитесь на наш канал или чат в Telegram.