История несъемной опалубки

Эволюция многослойной стеновой конструкции. История сборного железобетона и бетонных сэндвич-панелей. Рождение и развитие SCIP в России

19 Декабря 2021

Время чтения: 7-9 минут

Поделиться

Кто и когда изобрёл домостроительную технологию SCIP? На этой странице мы отследим появление составных материалов SCIP и многослойных стеновых ограждающих конструкций. История появления сборного железобетона, сэндвич-панели, панели SIP. Обзор первых производителей панелей IMPAC, Covintec, Monolite (Emmedue), 3D EVG. SCIP в России.

Бетон и сталь

БЕТОН И СТАЛЬ

Бетон является наиболее широко используемым строительным материалом на Земле. Некоторые цементы природного происхождения использовались еще до Римской империи. Взгляните на грандиозные римские бани и амфитеатры, и вы оцените преимущества бетонного строительства. Бетон широко используется при строительстве зданий любого типа, поскольку обладает рядом выдающихся свойств, таких как хорошая огнестойкость, универсальность, пластичность и, самое главное, высокая прочность на сжатие.

Современная история бетона началась в 1794 году, когда Джозеф Аспдин провёл первые эксперименты по получению искусственного цемента путем обжига смеси известняка и глины. В 1811 году Джеймс Фрост (James Frost) получил патент на основе аналогичных экспериментов. Ключевой патент на Портландцемент («искусственный камень») зарегистрировал в 1824 году Аспдин. Первый бетонный дом был построен в 1835 году для Джона Уайта (John White) в Суонскомбе, Кент, его стены, плитка, оконные рамы и декоративные детали выполнены из бетона. При проектировке специально старались добиться его похожести на любой другой викторианский дом [ 1 ]. Широкое применение бетона в строительстве началось в 1850-х г.

Несмотря на очевидные преимущества бетона, его долговечность, низкие расходы на эксплуатацию, огнестойкость, сопротивление ветру, тепловая масса и энергоэффективность, устойчивость к термитам, насекомым и грызунам, устойчивость к гниению, звукоизоляция, нетоксичность, исторически в строительстве жилья бетон применялся всё же ограниченно.

Со времени выдачи первых патентов на бетон, сегодня появились высокоэффективные технологии, использующие как традиционные преимущества бетона, так и новые. Ж/б сэндвич-панели с новыми средствами армирования, позволяют получить более лёгкие и тонкие слои бетона, конструкции становятся более лёгкими, они имеют более высокое теплосопротивление, выше экономичность и скорость строительства, выше устойчивость к землетрясениям, водостойкость, гибкость дизайна, они могут иметь более привлекательную отделку, строительство становится всепогодным, ниже требования к навыкам и др. Одной из таких систем является SCIP, все её преимущества здесь.

СТАЛЬ

Сталь впервые в гражданском строительстве стали массово использовать в Англии, в 1860-70-х гг. Сварная сетка появилась в конце Первой мировой войны.

Многослойная стеновая конструкция

С массивными толстыми каменными стенами, а также с трехслойными стенами строили на Руси. Например, стены храма Рождества Богородицы, возведенного в XVII в., в Саввино-Сторожевском монастыре являются трехслойными: внутренняя и наружная части стен выполнены из плотного камня, а пространство между ними заполнено более легким известняком. Этот храм простоял несколько веков и до сих пор находится в хорошем состоянии без каких-либо серьезных разрушений.

Говорят, что идея многослойных строительных элементов впервые была использована в гражданском строительстве в 1849 году Виллианом Фэйрбэрном при испытаниях композитных балок с использованием дерева и бетона для создания конструкции мостов [ 2 ]. Но это не так.

Многослойная кладка А.И. Герарда, 1829 г.

Первым, кто в новой истории начал возводить трёхслойные стеновые системы на строительной площадке, был русский инженер А.И. Герард. В 1829 году в кладке между кирпичами он расположил засыпной органический утеплитель (опилки, торф, мох).

Слои соединялись металлическими скобами, закрепляемыми в просверленные в кирпичах отверстия. Также им были разработаны конструкции стен из 3-х кирпичных стенок разделенных воздушными прослойками. В 1930-е годы появились технические решения облегченных стен высотой до 5 этажей. Связь между слоями выполнялась гибкими стальными соединителями либо перевязкой кирпичом. [ 3 ]

В массовом строительстве 3-х слойные конструкции наружных ограждений стали активно применяться с 1970-х гг. В качестве теплоизолятора использовались цементный фибролит, минеральная вата и пенополистирол. Толщина слоя утеплителя составляла 50 мм.

Сборный железобетон

Ограждающим конструкциям из сборного железобетона (Precast Concrete) скоро исполнится 120 лет, изначально панель состояла из одного слоя бетона и устанавливалась в зданиях для облицовки.

Один из самых ранних образцов стен из ж/б панелей был построен в 1906 году [ 4 ]. Эта сборная стена (tilt-up wall) была создана путем заливки 2-дюймового слоя бетона (51 мм), покрытого 2-дюймовым слоем песка (51 мм), а затем заливки второго 2-дюймового слоя бетона (51 мм). Фактически это была сэндвич-панель, но ещё без утеплителя. Бетонные панели соединялись стальными стяжками, конструкция которых неизвестна. При укладке песок промывали пожарным шлангом.

В результате Первой мировой войны из-за глобальной нехватки материалов и рабочей силы, которую она принесла с собой, что привело к увеличению затрат на строительство, стремительно развивается индустриальное строительство из сборного железобетона. Начиная с 1918 года строители начинают задаваться вопросом, зачем строить дважды, один раз из дерева (опалубка) и, наконец, из бетона (монолит). Англия, Западная Европа, Европа и Россия, наиболее сильно пострадавшие от войны, с 1918 по 1939 год проводят исследования и реализуют производство стандартных сборных деталей, достигая большой прогресс в сборке блоков как для индивидуальных домов, так и для многоэтажных домов.

После второй мировой войны, которая вызвала нехватку жилья, специализированной рабочей силы и материалов, сборный железобетон стал настоящим прорывом, поскольку выводил строительную отрасль на новый уровень — он не требователен к материалам и высококвалифицированной рабочей силе, имеет более короткие сроки выполнения и более низкие затраты.

ИНДУСТРИАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

Первой страной в мире, где для решения жилищной проблемы была сделана ставка на индустриальное крупнопанельное ж/б строительство, стал СССР (1942 г.), который в 30-х годах активно перенимал передовой индустриальный опыт. Франция, в послевоенные годы имея потребность в 250 тысяч домов в год, привела к первым тендерам на поставку систем, таким как Quaide Rotterdam в Страсбурге на 800 домов. Промышленно развитую систему серийного производства на заводах, в Европе предложила FabricaMontesson, которая в 1952 г. получила контракт на поставку 4 тыс. сборных панельных домов, 2 000 домов в год. [ 5 ]

Серийное строительство сборными железобетонными элементами, подобное повторяющимся процессам используемым на заводах, имеет множество преимуществ:

  • в разработке: стандартизация различных строительных подсистем (конструкций, ограждений, перегородок), точность размеров и строительства, ускорение строительства и высокая производительность на месте, готовность конструкции.
  • в организации и планировании: финансовое планирование, координация деятельности, эффективность управления строительством на площадке.
  • расходы: отмена простоев, использование неквалифицированной рабочей силы, более точные бюджеты, контроль материалов, 100% оптимизация и эффективное использование ресурсов.

Однако, классические сборное ж/б панельное строительство имеет и ряд недостатков. Например, панели являются массивными, что приводит к более высокой стоимости фундамента и строительства в целом, их использование особенно нежелательным на тех строительных площадках, которые страдают от низкой несущей способности или имеют пучинистые почвы. Есть вопросы по гибкости строительства, в этой модели тяжело адаптироваться к меняющимся требованиям различных пользователей, и т.д. и т.п. SCIP является отличным решением этих проблем.

Сэндвич панель

Кто первым предложил многослойные панели нам неизвестно, но сэндвич-панели с 2-мя асбестовыми слоями и сердечником из ДВП уже широко использовались во времена Первой мировой войны. Появление различных типов клеев в США и Англии в 1930-х годах привело к появлению клееных сэндвич-панелей, их массово применяли в легких самолетах уже во Вторую мировую.

В качестве оболочек стен их впервые начали использовать в 1930-х годах при строительстве недорого жилья в Великобритании. Для стен своих недорогих домов Usonian (1930), проектировщик Ф. Л. Райт использовал 3 слоя фанеры склеенных двумя слоями смолы. Технологию назвали конструкционная теплоизоляционная панель, то есть СИП (Structural Insulated Panel, SIP).

Впрочем, исследования и испытания SIP-технологии проводились и в США, например, лабораторией лесных продуктов (FPL) в Мэдисоне, штат Висконсин. Лесная служба США (U.S. Forest Service) была обеспокоена темпами обезлесенья, и идея использования опилок вместе с химическим клеем им показалась интересной. Пыталась сохранить лесные ресурсы, в 1937 году они построили небольшой дом с оболочками SIP и сумели привлечь к нему достаточно внимания, чтобы его посвятила первая леди Элеонора Рузвельт. Они решили что панель может выдержать нагрузки чтобы полностью исключить традиционный каркас здания и вывела на рынок свой специально разработанный SIP, где он продавался в течение следующих 30 лет.

Изобретатель SIP Олден Б. Доу за оборудованием по производству панелей SIP, фото из 1950-х

В 1947 году SIP изготавливали из фанеры и сердечника из спрессованного картона. До 1960 года технология SIP почти не имела сбыта в Англии, где жильё в основном возводилось сборными железобетонными сэндвич-панелями. [ 6 ].

Фанера и картон не давали достаточной теплоизоляции, поэтому впоследствии ученик Райта Олден Б. Доу, между торцами фанеры включил сердечник из пенополистирола (EPS). Олден Б. Доу, брат основателя Dow Chemical Company (кап. $70 млрд, в России с 2003), создал первую SIP-панель с сердечником из вспененного материала в 1952 г.

В конце 1960-х годов SIP в основном использовались в строительстве объектов специального назначения, таких как холодильные склады, использовались в авто- и судостроительной промышленности. Сообщалось, что жёсткие пенополистиролы использовались в качестве основного материала, в то время как бетон, фанера и металлические листы использовались для формования панелей SIP. Сегодня SIP подпадают под категорию интеллектуальных промышленных систем зданий (IBS), в 1970-х и начале 1980-х годов они получили резкий рост. [ 7 ]

Что касается бетонной сэндвич-стены, то изначально конструкция состояла из двух железобетонных элементов, разделенных внутренним пространством. Соединители представляли собой закладные стальные соединители. Рост требований к энергоэффективности зданий и достижения лучших тепловых характеристик, привёл к использованию теплоизоляционных материалов, который установили в пустоты. Стальные соединители теперь имеют другую форму, чтобы избежать образования мостиков холода и проблем с влажностью.

Пенополистирол

Основное химическое соединение пенополистирола стирол, впервые было получено в 1831 году путём нагревания смолы бальзамного дерева Стиракс. Смола этого дерева использовалась в качестве душистого вещества в парфюмерии, антисептика и одного из компонентов состава для мумифицирования в Древнем Египте около 3000 лет назад [ 8 ]. В 1929 г. ученые компании DOW синтезировали стирол, из которого получен полимер — полистирол. Коммерческое производство полистирола было начато в 1930 г. компанией IG Farbenindustrie в Германии; его производство в США организовала Dow Chemical Company (1938).

Идея получения вспененного полистирола принадлежит шведским изобретателям, которые получили патент на изобретение в 1931 г. Благодаря изоляционным характеристикам, лёгкости, прочности и невысокой стоимости, сегодня EPS занимает одну из ведущих позиций в гражданском строительстве.

Что EPS отлично подходит для гражданского строительства, впервые обнаружили в Норвегии в 1960 г. — EPS отлично предотвращает промерзание грунта (что устраняет последующие проблемы с оттаиванием), и у него низкое поглощение влаги. Сегодня это популярный в России материал для утепления домов, во многих странах его используют в плитах перекрытия. В СССР сырье для производства пенополистирола — вспенивающийся полистирол был впервые произведен на Украине в 1965 г. Подробно о пенополистироле мы говорим тут.

Ж/б сэндвич-панель с утеплителем

Стеновая сэндвич-панель из сборного железобетона «бетон-утеплитель-бетон» впервые появилась в 1950-х г. Например, в Нью-Йорке (штат Нью-Йорк, США) в 1951 году для строительства целлюлозного завода построили производственные линии для изготовления сборных теновых панелей с утеплителем, которые имели длину 200 футов (61 метр). Каждая панель была шести футов высотой (1,82 м) и десяти футов шириной (3,05 м). Панели имели общую толщину 5,5 дюйма (14 см). «Панели представляли собой 2-дюймовый (51 мм) слой изоляции из пеностекла и две армированные проволочной сеткой плиты из бетона плотностью 3000 фунтов на кв. дюйм, связанные вместе канальными полосами из просечно-вытяжного металла. Эти связи также служат усилением сдвига» [ 9 ].

До середины 1990-х годов, большинство сборных сэндвич-панелей состояли из слоёв железобетона, пенополистирола и стальных соединителей. Сегодня, в связи с огромным вниманием к стоимости энергии и изменениях в сертификации зданий в области энергетического и экологического проектирования (LEED, BREEAM и др.) снова возрастает спрос на эти термически и экономически эффективные конструктивные элементы.

Изобретение панели несъемной опалубки с пенополистиролом

«Самые прекрасные открытия происходят, когда то же самое видится в новом облике». Малу Шнайдер

Как мы видим, появление железобетонных сэндвич-панелей с утеплителем SCIP было предопределено долгой технической эволюцией. Любой внезапный успех занимает время, если смотреть с достаточно близкого расстояния. SCIP не радикальная новация, а скорее оптимизирующая, так как сэндвич-панельное строительство, бетон, стальная сетка и утеплитель EPS появились за годы до 14 декабря 1964 г. когда Виктор Пол Вейсманн (Víctor Paul Weismann) впервые сложил их в том виде, в каком мы сегодня знаем SCIP. В своём городе Пасадена (Калифорния), он организовал небольшое производство и получил патент США US3305991A «Усиленная модульная панель с пеной» (Reinforced Modular Foam Panels), а затем ещё ряд патентов.

По данным SCIP MetRock, строительство этим методом в США началось в конце 1960-х. Среди других выделялась компания Impac (Калифорния). Пройдя путь с начала 1970-х она существует и сегодня. Связан ли с ней Виктор Пол Вейсманн нам неизвестно. Затем последовали улучшения панелей от самого Вейсманна, например US4079560A, US4336676A «Проволочная трасса и устройство для изготовления проволочной трассы» от Ричарда Ф. Арцера (Richard F. Artzer) в 1977 и т.д., поиск идеальной конструкции продолжается и в наши дни, количество патентов исчисляется сотнями.

Интересно, что в 1976 году Колин Дж. Маклауд (Colin J. MacLeod) и Леонард Р. Кризи (Leonard R. Creasy) от лица компании Caledonian Moroccan Construction Ltd., S.A. (Танжер, Марокко) подали заявку и получили в США патент US4125981A на подобную Вейсманну панель, но вместо утеплителя в их конструкции была… пустота, в которой они предлагали организовать циркуляцию горячего воздуха.

Разрушений конструкций домов не было, хотя качество изготовления некоторых из них было очень плохим. Первым вариантам SCIP-панели требовался предотвращающий смещение утеплителя при набрызгивании бетона стопор, но для их изготовления было достаточно сборочного приспособления (усовершенствованное устройство мы предлагаем в SCIP SOTA), тогда как для последующих модификаций этой панели уже требуется дорогостоящее промышленное оборудование.

Промышленные SCIP-панели производятся на производственной линии, которая объединяет механические, электрические, пневматические и нефтехимические компоненты, управляемые центральным компьютером. Линия начинается с производства блоков и плит из пенополистирола, разрезом приспосабливая их к формам панели в соответствии со спецификациями проекта. Затем накладываются электросварные сетки и соединители обеспечивающие жесткость панели. Процесс продолжается разматыванием электросварных сеток, формованием пластин, разрезанием и посредством сварки фиксацией двух слоев сетки через соединители, которые проходят через EPS. Отходы и и остатки пенополистирола собираются, измельчаются и отправляются на переработку, что обеспечивает практически полное отсутствие отходов в производственном процессе. Скорость производства панелей толщиной от 50 до 250 мм и шириной от 1000 до 1250 мм составляет от 4 до 4,5 м/мин (до 2400 кв. метров в смену).

3D EVG панель

Одним из тех, кто первый предложил такой выпуск, стала компания EVG, Entwincklungs-und-Verwertungs-Gesellschaft mbH (Рааба, Австрия). Сегодня их производственные цеха работают во многих странах. Вариант SCIP EVG-3D панели очень популярен в мире, мы действительно многим обязаны EVG в деле распространения SCIP.

Именно их производственное оборудование и панель, несмотря на международные патенты копируют в Китае уже 40 лет. Она очень похожа на SCIP Conintec (США, Мексика), с помощью которой бывший президент США Джимми Картер строил жильё после наводнений и других стихийных бедствий, подробнее Это здесь.

В России EVG-3D известна как панель Русская стена, под такой маркой начал работать завод по производству панелей от EVG. К сожалению, банкротством,арестом оборудования и обманутыми вкладчиками она ушла с рынка в 2008 г.

Ещё один популярный вариант SCIP под маркой Monolite стартовал в результате проекта индустриализации строительства в Италии в 1980 году, с целью дать пользователю комфорт и безопасность в регионах известными суровыми зимами и землетрясениями, где необходима более устойчивая монолитная конструкция с элементами тепловой и звукоизоляции, полностью устойчивой к атмосферным воздействиям. В 1985 году система Monolite была одобрена Институтом Джордианоса (Certificato d'Idoneita Técnica).

Один из уважаемых строителей Казани Иван Иванович Ч. утверждает, что в этом же 1985 году технология SCIP была впервые завезена в СССР — её из Чехословакии привёз в Республику один из министров Татарстана, однако согласно действующих тогда в СССР норм, она не прошла пожарные нормы.

В 1995 году наследие Monolite поделила компания Nidyon (Италия) и Emmedue (Италия), так же известная под маркой M2. Отличительной особенностью панели Emmedue, является волнистый профиль пенополистирола (ранее был ребристый), в таком виде он увеличивает его сцепление с бетоном, а после его набора прочности, действует как микро-колонны («микростолбы»).

Souza (2009) пишет, что основной целью разработки панели было предотвращение серьезных физических повреждений пользователей конструкции, например, в случаях обрушения при землетрясениях. Однако из-за того, что помимо безопасности она имеет и другие полезные свойства, такие как тепловой и акустический комфорт, конструкция более легче и др., SCIP стала универсальной системой строительства и сегодня развивается в регионах, которые не подверженны землетрясениям и связанных с ними явлениям.

Оборудование для производства ж/б сэндвич-панелей Emmedue было поставлено в 30 стран. Благодаря Emmedue, в мире построено 85 заводов SCIP и более 1 миллиона м² по всему миру (2021). Сегодня нам известно о 15 действующих производствах в Англии, Испании, США, Перу, Панаме, Боливии, Колумбии, Аргентине, Филлипинах, Малайзии и др. Есть производство Emmedue и в России (Кабардино-Балкария).

Ниже на видео оборудование для производства железобетонной сэндвич-панели с утеплителем пенополистирол от Emmedue (Италия) для франшизы SCIP Ecowalls (Аргентина).

Первый завод в России от Monolite появился в 1993 году в г. Магнитогорск. Затем, уже под брендом Emmedue (руководитель Angelo Candiracci), была поставка оборудования в г. Тольятти (1999), и в г. Курган (2007). Например, на панелях Курганского завода построен жилой комплекс в Екатеринбурге (пос. «Светлореченский»). Функциональный 3-х этажный комплекс общей площадью 842 м² был завершен в 2011 году, строение состоит из 8 квартир, площадь каждой 105 м². Ещё один завод сэндвич-панелей Emmedue был поставлен в 2017 году в Кабардино-Балкарии (г. Прохладное), он обошелся инвесторам в 250 мл. руб.

Коллеги, мы продолжаем называть технологию SCIP «новой и инновационной», и в отношении существующих сегодня на рынке таковой она и является, но как мы видим, она используется в СНГ в течение уже многих лет.

Увы, все эти производства не получили развития — в Магнитоговске умер энтузиаст-основатель, то же самое случилось и с основателем в Кургане. Обанкротилось производство и в г. Прохладное (Кабардино-Балкария), почему так произошло мы кратко обсудили в нашем телеграм-канале.

Если вы интересуетесь покупкой оборудования Emmedue следует знать, что комплект стоит от 3 млн евро, согласно договора переносить в другую геолокацию его нельзя, поскольку теряется техническая гарантия (есть GPS-трекер). Кроме того, согласно контракта нужно платить % роялти с каждого проданного метра панели Emmedue. Покупая SCIP SOTA вы платите разово, а все ваши расходы на организацию производства панелей вам обойдутся примерно в $10 тыс (есть варианты).

В 2008 году на территории СНГ серийно производить SCIP-панели начал Узбекистан. В 2009 году на строительной выставке Ташкента O'zExpoMarkaz за 8 дней SCIP DKG построил одноэтажный [шоу-рум] дом. Ниже на фото интервью представителя компании в этом доме. На стене висит плакат где говориться, что 5 человек за 5 дней строят дом 70 м² который состоит из 840 м². Компания работает до сих пор (Май 2022).

Шоу-рум из ж/б сэндвич-панели SCIP DKG (Узбекистан)

Шоу-рум из ж/б сэндвич-панели SCIP DKG (O'zExpoMarkaz, Узбекистан). Открыть изображение в новом окне

#

Если вам было интересно прочитать — шейр кнопкой Поделиться, лайк и коммент по ссылкам ниже, спасибо! Если у вас остались вопросы, вы можете спросить нас личным сообщением в Telegram, 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 ⏩

К Содержанию FAQ

Используемые источники

[ 1 ] The Pioneers of Concrete Construction. 2004.

[ 2 ] Collins, 1954

[ 3 ] Ищук М. К. «Прочность и трещиностойкость каменной кладки наружных многослойных стен». Диссертация. Москва, 2019. Ссылка

[ 4 ] Банн, В. Г. (Bunn, W. G.) «Механизм передачи сдвига сетки из углепластика / жесткой пены для сборных железобетонных многослойных стеновых панелей» диссертация, представленная на факультете выпускников Университета штата Северная Каролина, т. 1, 2011 г., стр. 8-13.

[ 5 ] Nova Cabrera, J., 2010.

[ 6 ] Дэвис Дж. М. «Легкая сэндвич-конструкция», 2001. Ссылка

[ 7 ] Ю.Х. Мугахед Амран и др. «Инновации в дизайне, эффективность и применение конструкционных панелей с изолятором: обзор». Структуры 27 (2020) 1358–1379. Ссылка

[ 8 ] Химический энциклопедический словарь. М.: Сов. энциклопедия, 1983. С. 545.

[ 9 ] Робертс С.Б. (Roberts, S. B.) «Сборные многослойные стены для целлюлозного завода» Engineering News-Record, V. Feb. 1951, 32-34.

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