Voronezh, Russian Federation
Voronezh, Russian Federation
Voronezh, Russian Federation
GRNTI 67.09 Строительные материалы и изделия
BBK 383 Строительные материалы и изделия
In a modern civilization and industrial construction a variety of building materials is used, which is created on the basis of ceramics, glass and binders. But the most important ones among them are thermal insulation materials, which play a role in saving energy resources and maintaining the necessary temperature inside the buildings. Among all types of insulation, foam glass is the most versatile material that combines high insulating properties, environmental safety, incombustibility and almost an unlimited lifetime due to the predominantly cellular structure of porosity. The variety of materials and products from foam glass (blocks, crushed gravel, granulated, micro-granular foam glass) can meet the needs of almost all areas of construction and industrial thermal insolation. Road construction can be a large-scale consumer of granular materials from foam glass. The relatively high cost of the foamed glass materials is sometimes deterrent to its use. However, the feature of the foam glass using is the lack of operating costs due to its high durability, which distinguished it from other materials. The location of enterprises producing foam glass is uneven across the territory of Russia and does not fully meet the needs of the market. The small number of enterprises in the estern and nothern regions should be eliminated after carrying out marketing and economic feasibility studies.
thermal insulation, foam glass, market, crushed stone made of foam glass, silicate and alkaline glasses, range of selling prices, physical and mechanical properties, building, industial thermal insulation, operating costs, topology, manufacturing companies.
На современном этапе развития общества происходит постоянное повышение требований к комфортности проживания, возрастает спрос на экологическую недвижимость. Одним из эффектных инструментов улучшения среды обитания является развитие «зеленого строительства», целью которого является снижение уровня потребления энергетических и материальных ресурсов на протяжении всего жизненного цикла здания. В связи с этим, перед жилищным строительством ставится задача по расширению производства, номенклатуры и объемов теплоизоляционных материалов, предназначенных для изоляции объектов, эксплуатируемых в различных условиях. Ассортимент теплоизоляционных материалов весьма широк. Однако, для выбора рационального материала необходимо выполнять оценку физико-механических, эксплуатационных свойств и провести анализ единовременных и эксплуатационных затрат. Традиционно, основное внимание потребитель уделяет стоимости материала, забывая, порой, о необходимости периодической полной или частичной замены теплоизоляции в конструкциях. На долю эксплуатационных затрат при длительном сроке службы зданий приходятся весьма большие расходы. Согласно литературным данным, установлено, что минераловатные изделия имеют срок эксплуатации, составляет до 50 лет, пенополистирола – около 20 лет, материалы из пеностекла – более 100 лет [1].
Таким образом, пеностекло, как негорючий, биостойкий, водостойкий, долговечный, экологически безопасный материал, представляет огромный интерес для всех. Важным преимуществом пеностекла по сравнению с некоторыми природными и искусственными изоляционными материалами является его неорганический состав и низкое водопоглощение (2–20 %), а также устойчивость против гнили, микроорганизмов, действия высоких температур, щелочей, кислот [2].
Анализируя европейский опыт применения пеностекла в гражданском строительстве за последние десятилетие, можно выделить характерные типы зданий и сооружений где нашло применение пеностекло:
- высотные здания и небоскребы (головные отделения банков, корпораций и фирм).
- административные и общественные сооружения, имеющие оригинальные архитектурные решения со сложной конструкцией и криволинейными поверхностями (спортивные комплексы, кинотеатры, общественные центры, технопарки).
- здания с историческими формами и фасадами (дворцы, театры, университеты, храмы).
- сооружения с большой площадью кровли (гипермаркеты, терминалы аэропортов, сборочные конвейеры, стадионы и спортивные площадки).
- здания гостиниц и отелей.
Пеностекло, находит все более широкое применение при строительстве дорог, жилых, промышленных зданий, социальных объектов, некоторых станций столичного метрополитена, Северо-Западной хорды в Москве (дорога, тоннель), жилых домов в Калужской области [3].
Весьма значимыми объектами применения блочного пеностекла стали: Большой Кремлевский дворец, парк «Патриот» (г. Москва).
Пеностекольный щебень нашел широкое применение при формировании ландшафтного парка «Зарядье» (г. Москва). Пеностекольный щебень обладает целым рядом полезных свойств: легкий, прочный, устойчивый к агрессивным средам, морозостойкий и долговечный. Удалось решить проблему снижения нагрузки на бетонные перекрытия заглубленных помещений (паркинг, магазины, технические помещения) и сформировать над ними многометровый сложный ландшафт со взрослыми деревьями. При формировании парка было использовано около 16 тыс. куб. м пеностекольного щебня. Насыпная толщина слоя составила от 40 см до 5,2 м в зависимости от характера ландшафта [3].
Сырьевыми материалами в производстве пеностекла традиционно являются силикатные щелочные стекла. В последнее время ассортимент сырьевых материалов для производства пеностекла, значительно расширен (хотя и не новое сырье не нашло своего места в действующем ГОСТе): вулканическое водосодержащее стекло (перлит), порода с содержанием кристаллических фаз и стекла (базальт), бытовые и промышленные отходы силикатных стекол, шлаки, жидкое стекло, цеолиты, опоки и др. [4, 5, 7, 10].
Широкому применению пеностекла способствуют его высокие физико-механические свойства. Главная особенность пеностекла состоит в том, что этот материал обладает неизменными высокими теплотехническими свойствами, которые не изменяются практически на протяжении всего срока его эксплуатации. Низкая теплопроводность пеностекла объясняется его ячеистой структурой. Большое количество замкнутых ячеек газовой среды разделены тонкими плёнками стекла. Пеностекло обладает уникальным для минеральных пористых материалов соотношением прочность – плотность и имеет среди них высокую прочностью на сжатие. Стеклянные ячейки пеностекла являются водо- и паронепроницаемыми, что делает невозможным накопление влаги в структуре материала. Пористая структура пеностекла обеспечивает отличные звукоизоляционные свойства.
Пеностекло – это неорганический теплоизоляционный материал на основе стекла и имеет один из высоких классов пожаробезопасности и огнестойкости среди всех классических строительных теплоизоляционных материалов. Температура применения пеностекла находится в пределах от -200 °C до +600 °C.
Высокая химическая и биологическая стойкость и отсутствие соединений, способных синтезировать или выделять вредные вещества, позволяют говорить о его высокой экологической и санитарной безопасности.
Материал имеет длительный срок эксплуатации, высокую стабильность размеров, прочен, не проникаем для влаги, морозостоек, сохраняет свои теплоизоляционные и прочностные характеристики на протяжении всего срока эксплуатации здания.
Основные физико-механические свойства отечественных материалов на основе пеностекла представлены в таблице 1. [2, 11].
Таблица 1
Физико-механические свойства отечественных материалов на основе пеностекла
|
Характеристика |
Пеностекольный щебень |
Блочное пеностекло |
Гранулированное пеностекло |
|
Средняя плотность, кг/м3 |
– |
80–200 |
– |
|
Насыпная плотность, кг/м3 |
100–170 |
– |
110–400 |
|
Теплопроводность, Вт/(м ºС) |
0,07 |
0,08 |
0,05 |
|
Прочность на сжатие, МПа |
От 0,4 |
1–3,5 |
0,4–1,5 |
|
Температура эксплуатации, ºС |
От -200 до +550 |
От -200 до +400 |
От -200 до +450 |
|
Водопоглощение, % |
5,0 |
2,5 |
3,5–5,0 |
|
Уровень горючести, группа |
НГ |
НГ |
НГ |
|
Морозостойкость, количество циклов |
100 |
100 |
100 |
Проведенный анализ показал, что российский рынок пеностекла находится в зачаточном состоянии. Несмотря на то, что пеностекло выпускается с 30-х гг. 20 века – это малознакомый продукт для российского рынка. Сказывается скованность молодых предприятий, не имеющих пока возможности широко рекламировать свою продукцию, а также предпринимать другие маркетинговые усилия для продвижения продукции, а также отсутствие нормативных документов на применение. Безусловно, рынок пеностекла, несмотря на все эти недостатки, в ближайшие годы будет активно расти.
Ассортимент материалов из пеностекла представлен в основном следующими разновидностями: блочное пеностекло (плиты, блоки); гранулированное пеностекло; пеностекольный щебень. На основании информации официальных сайтов предприятий-производителей изделий из пеностекла, построена структура численности функционирующих предприятий. Всего в России действуют 8 предприятий, строящихся предприятий – 3. Основное количество производителей пеностекольных материалов выпускают щебень и блочное пеностекло (рис.1) [2, 3].
Рис. 1. Структура численности действующих предприятий по выпуску изделий из пеностекла в России
На основании анализа территориального размещения предприятий, производящих пеностекло в России составлена топология предприятий (см. рис. 2), красными флажками обозначены действующие предприятия, а синими – проектируемые, планируемые или предприятия, остановившие производство. Установлено, что большинство предприятий сосредоточенно в европейской части России. Лидирующими производителями пеностекла являются: «ICM Glass», «СТЭС-Владимир», «Пеноситал».
Цена материалов из пеностекла не может быть отнесена к низкой ценовой категории (табл. 2). Но высокая химическая устойчивость, длительный (около 100 лет) срок эксплуатации пеностекла позволяют существенно сократить эксплуатационные затраты. Здания и конструкции изготовленные с применением пеностекольных материалов не требуют в своем жизненном цикле замены теплоизоляции, что существенно снижает расходы на закупку материалов и их демонтаж и монтаж.
Таблица 2
Диапазон отпускных цен на пеностекло
|
Вид изделий |
Отпускная цена руб/м3 |
|
Пеностекольный щебень |
3500–4500 |
|
Блочное пеностекло |
9700–19500 |
|
Гранулированное пеностекло |
6000–22500 |
Представленный диапазон цен рассматривался на основе игроков рынка действующих предприятий по производству пеностекла в России. Отпускная цена на материалы из пеностекла актуальна начало 2018 года.
Таким образом, пеностекло, как эффективный теплоизоляционный материал, пока еще не нашел широкого применения в строительной индустрии и основной причиной тому является достаточно высокая стоимость и отсутствие нормативных документов на применение, но несмотря на это в дальнейшем рынок пеностекла несомненно будет развиваться и расти.
|
Рис. 2. Топография действующих предприятий |
1. Min'ko N.I., Puchka O.V., Stepanova M.N., Vaysera S.S. Heat insulating glass. Foam glass. 2 nd ed., Rev. Belgorod: BSTU Publishing House, 2016, 262 p.
2. Specifications 5914-001-73893595-2005. Products and materials from foam glass.
3. Foam glass for "Charge". Steklooz [Elec-tronic data]. URL: http://steklosouz.ru/news/show&id=4710
4. Kazmina O.V. Physicochemical regularities in the production of penocrystalline materials on the basis of siliceous and aluminosilicate raw materials. The dissertation author's abstract on the competition of a scientific degree of Doctor of Technical Sci-ences: Tomsk, NITPU.
5. Vaisman Ya.I., Ketov A.A., Ketov P.A. Preparation of foamed materials on the basis of synthesized silicate glasses. Journal of Applied Chemistry, 2013, vol. 86, no. 7, pp. 1016-1021.
6. Russian market of foam glass. [Electronic data]. URL: http://www.samsdom.ru/proizvoditel-penostekla/
7. Shelkovnikova T.I., Baranov E.V., Petuhova N.S., Tishchenko N.V. Basic physical and chemical patterns of obtaining porous materials from man-made glasses discharged under various conditions. Scientific herald of Voronezh State Architectural and Construction University. Series: Physicochemical problems and high technologies of building materials science, 2012, no. 5, pp. 50-56.
8. Lesovik V.S., Puchka O.V., Vaysera S.S. Elistratkin M.Yu. New Generation of Building Composites Based on Foam Glass. Construction and Reconstruction, 2015, no. 3 (59), pp. 146-154.
9. Sapocheva A.V., Goreglyad S.Yu. Foamglass for environmental construction in Russia. Stroitel'nye materialyno, 2015, no. 1, pp. 30-31.
10. Demin A.M. Calculation of the properties of raw glass in the temperature range of heat treatment. Physics and Chemistry of Glass, 2013, vol. 39, no. 4, 660-666.
11. GOST 33949-2016 "Products from foam glass heat-insulating for buildings and structures" Technical conditions
