Конструирование комплексных паро-, тепло- и гидроизоляционных полистиролбетонов

Министерство образования и науки Российской Федерации
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Библиотека научных разработок и проектов НИУ МГСУ

В.Н. Соков 

КОНСТРУИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ 
ПАРО-, ТЕПЛО- И ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ
ПОЛИСТИРОЛБЕТОНОВ

Москва 2017

2-å èçäàíèå (ýëåêòðîííîå)

УДК 691
ББК 38.3
       С59
СЕРИЯ ОСНОВАНА В 2008 ГОДУ

Р е ц е н з е н т ы:

доктор технических наук А. И. Панченко, 
главный специалист НИЦ ОПП АО «МОСИНЖПРОЕКТ»;

доктор технических наук С. И. Иващенко, 
профессор кафедры общей химии НИУ МГСУ

Монография рекомендована к публикации научно-техническим советом НИУ МГСУ

Соков, В.Н.
С59 
   Конструирование комплексных паро-, тепло- и гидроизоляционных полистиролбетонов [Электронный ресурс] : монография / 
В. Н. Соков ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Нац. 
исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — 2-е изд. (эл.). — Электрон. 
текстовые дан. (1 файл pdf : 201 с.). — М. : Издательство МИСИ—
МГСУ, 2017. — (Библиотека научных разработок и проектов 
НИУ МГСУ) — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe 
Digital Editions 4.5 ; экран 10".

ISBN 978-5-7264-1554-3

Представлены новые научно обоснованные технологии конструирования изоляционных материалов повышенного качества, многофункционального назначения, с одновременной интенсификацией 
процессов. Даны рекомендации по аппаратурному оформлению разработанных технологий и по организации производства, нормативные документы, регламентирующие  свойства комплексных материалов, а также технико-экономическое обоснование производства.
Рассмотрены теоретические представления и изучены физико-химические закономерности формирования структуры изоляционных 
материалов при комплексном воздействии на формуемые массы энергией электрогидротеплосилового поля.
Для научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских организаций, предприятий строительной индустрии, 
а также для преподавателей, докторантов, аспирантов, магистрантов 
и студентов бакалавриата строительных вузов.

УДК 629
ББК 38.3

ISBN 978-5-7264-1554-3 
©  Национальный исследовательский

Московский государственный 
строительный университет, 2015

Деривативное электронное издание на основе печатного издания:   Конструирование комплексных паро-, тепло- и гидроизоляционных полистиролбетонов : монография / В. Н. Соков ; М-во образования и науки 
Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 2015. — 200 с. — ISBN 978-5-7264-1121-7.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных 
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать 
от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

Введение

Строительство — одна из самых материалоемких отраслей народного 

хозяйства. Затраты на материалы, расходуемые непосредственно на возведение зданий и сооружений, составляют более половины общей стоимости строительно-монтажных работ и около одной трети капитальных 
вложений в народное хозяйство.

Особое внимание уделяется проблеме снижения веса строительных 

конструкций, поскольку уменьшение этого показателя на потребительскую единицу конструкции позволяет уменьшить затраты на их перевозку, снизить трудоемкость и стоимость всего строительства.

Объем применения в строительстве легких бетонов на пористых за
полнителях должен возрасти почти в 2 раза, а их удельный вес в общем 
объеме бетонных и железобетонных конструкций увеличится соответственно до 27 %.

Характерной особенностью и тенденцией в развитии этих бетонов яв
ляется постепенное снижение доли низкомарочных бетонов, расширение сырьевой базы для производства пористых заполнителей, повышение коэффициента конструктивного качества легкого бетона.

Однако следует отметить, что в общем выпуске легкого бетона кон
структивно-теплоизоляционный бетон пока составляет лишь около 
30 %, а остальная часть — утеплитель низких марок. Поэтому актуальной задачей является повышение качества теплоизоляционного бетона. 

Крупным резервом повышения эффективности производства строи
тельных материалов и дополнительным источником обеспечения строительства эффективными материалами и конструкциями является 
комплексное использование народных ресурсов и отходов промышленности. В настоящее время отмечается широкое использование отходов 
черной и цветной металлургии, тепловой энергетики, горнодобывающих и углеобогатительных предприятий, химии и сельского хозяйства.

Однако степень использования отходов для производства строитель
ных материалов все еще невелика и требуется повысить внимание к возможности использования до сих пор не утилизированных отходов.

Наиболее полное использование скрытых в материале возможностей 

позволит в перспективе применить новые, еще более эффективные долговечные строительные материалы разнообразного назначения с заранее заданными свойствами и нужной структуры.

Перспективным направлением повышения качества бетона и железо
бетона является его химизация — введение в бетонную смесь реагентов, 
направленно действующих на свойства смеси и готовых изделий.

Кроме того, следует уделить внимание повышению эффективности 

переработки бетонных смесей (виброперемешивание, объемное вибропрессование и т.д.), дальнейшей механизации и автоматизации производства.

На этих принципах основывается современная технология изготовле
ния бетона и железобетона, позволяющая получить однородные и легкоформируемые бетонные смеси, более полно использовать материалы. 

Обзор современного рынка теплоизоляционных материалов показы
вает, что одним из наиболее эффективных направлений развития теплоизоляции является производство комплексных строительных материалов многофункционального назначения, таких как битумоперлит.

Битумоперлит не подвержен гниению, не поражается грызунами, не 

имеет запаха, трудновозгораем, малогигроскопичен и достаточно водостоек. При его применении исключается устройство выравнивающей 
стяжки под рулонную кровлю; наклеивание рулонных материалов кровли на основание (битумоперлит) осуществляется без грунтовки; высокая 
гидрофобность и теплоемкость битумоперлита обеспечивают возможность производства работ при неблагоприятных погодных условиях —
незначительных осадках и отрицательных температурах.

Однако существующие способы производства битумоперлита не по
зволяют получать изделия высокого качества, а технологии многодельные и энергоемки.

Раздел I

ПОВЫШЕНИЕ ВОДОСТОЙКОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ 

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО БЕТОНА 

ВВЕДЕНИЕМ РЕАГЕНТОВ, 

НАПРАВЛЕННО ДЕЙСТВУЮЩИХ 

НА СВОЙСТВА СМЕСИ И ГОТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

Глава 1. Теплоизоляционные бетоны. 

Пути повышения водостойкости, минимальной влагоемкости

и понижения миграции влаги в процессе эксплуатации

Легкий бетон как материал широких возможностей наиболее полно 

отвечает задачам технического прогресса в строительстве.

Легкие бетоны на пористых заполнителях имеют большую морозо
стойкость и трещиностойкость, меньшую эксплуатационную влажность 
и ползучесть по сравнению с ячеистыми бетонами, и поэтому они стали 
одним из основных материалов индустриального строительства.

Эффективность легкого бетона обусловлена, в первую очередь, каче
ством и свойствами применяемых пористых заполнителей, а также их 
рациональным использованием. Расширяющая номенклатура легкобетонных конструкций и отдельных элементов требует дальнейшего изучения прочностных и деформативных свойств легкого бетона. Кроме того, не решены еще и многие технологические вопросы, связанные 
со снижением металлоемкости производства и сокращением цикла изготовления изделий из легкого бетона.

Таким образом, еще немало актуальных вопросов повышения эф
фективности производства и улучшения свойств легких бетонов, таких 
как водо- и морозостойкость, долговечность материалов и конструкций в различных условиях эксплуатации, требуют дальнейшего изучения и решения.

1.1. Обзор современного состояния и применения 

эффективной теплоизоляции на пористых заполнителях

Многообразие конструктивных решений зданий и сооружений, а так
же условий их эксплуатации порождает различия в требованиях строительства к свойствам строительных теплоизоляционных материалов. 
Удовлетворить широкий диапазон этих требований по объемной массе, прочности, гигроскопичности, теплопроводности, морозостойкости 

и другим физико-механическим свойствам — актуальная задача строителей-технологов.

Основным путем снижения веса зданий является применение тепло
изоляционных и теплоизоляционно-конструктивных бетонов для ограждающих конструкций и для устройства кровель. Устройство газо- и теплопроводов, холодильников и промышленного оборудования не обходится 
без применения теплоизоляционных материалов. Необходимым является устройство теплоизоляции шахтных выработок в условиях Севера. Поэтому создание и применение эффективной теплоизоляции — основное 
условие снижения теплопотерь теплотрасс, снижения расходов на отопление зданий, обеспечения необходимого теплового режима для работы 
в шахтах и комфорта жилищ.

Основные виды применяющихся в России и за рубежом теплоизоля
ционных бетонов и наполненных пенопластов и их прочностные и теплоизоляционные характеристики как главные определяющие факторы 
приведены в табл. 1.1.

Как видно из этой таблицы, наиболее эффективными являются пе
нополимербетон и композиционные материалы на основе наполненных 
пенопластов (пенополиуретан с перлитом и пеностеклом — Венгрия, пенополиуретан с керамзитом или пеностеклом — ФРГ, полиэфирный пенопласт с керамзитом — Франция). Однако из-за дефицитности сырья 
и его дороговизны доля производства наполненных пенопластов в России пока невелика.

Из существующих легких теплоизоляционных бетонов наиболее эф
фективными являются перлитобетон на латексе и пенополистиролбетон (стиропорбетон). Последний, к тому же, наиболее доступен и дешев. 
Коэффициент вспенивания исходного продукта суспензионного бисерного полистирола очень высок (Квсп = 30–50), что создает предпосылки 
для экономического обоснования доставки бисера в любую точку страны и позволяет с успехом организовать производство стиропорбетонных 
изделий в малоосвоенных и труднодоступных районах, не имеющих развитых строительных баз.

Кроме того, низкая теплопроводность гранул пенополистирола 

λ = 0,0290 – 0,0464 Вт/(м · °К) (0,025—0,040 ккал/(м·ч °С)) и ее постоянство при изменении влажности окружающей среды за счет незначительного водопоглощения гранул (0,5—3,0 %) обусловливает эффективность 
применения пенополистирола в качестве заполнителя в легком бетоне.

Однако технологические трудности получения однородных изделий, 

а также значительное водопоглощение — 47—36 % для стиропорбетона 
с объемной массой 300—400 и невысокая прочность — 0,6—1,1 МПа соответственно замедляют темп роста производства этого прогрессивного материала.

Объемная масса теплоизоляционных бетонов на пористых заполни
телях, как и их физико-механические свойства, обусловливаются следу

ющими факторами: расходом вяжущего и его маркой; плотностью межгранульного материала и его толщиной, зависящей от размера гранул 
заполнителя; объемной концентрации межгранульного материала С, зависящей от водоцементного отношения В/Ц; способами химизации бетона методами перемешивания компонентов смеси, укладки, уплотнения тепловлажностным режимом обработки изделий.

Получение бетонов с улучшенной структурой, повышение их долго
вечности зависит от всех перечисленных факторов. В данной же работе 
более подробно рассмотрено влияние химизации, способов перемешивания и формования на получение эффективного теплоизоляционного 
бетона. 

1.2. Выбор способа создания водостойкой теплоизоляции 

на пористых заполнителях

Одним из основных направлений получения бетона с заданными 

свойствами является его химизация: отдельно компонентов, бетонной 
смеси в целом и затвердевшего бетона. Известно, что модификация цементных бетонов полимерами позволяет значительно повысить их прочность, плотность, химическую стойкость и другие физико-механические 
свойства, что, в свою очередь, позволяет существенно повысить качество строительных работ, снизить расход цемента и увеличить долговечность зданий и сооружений. 

К химизации компонентов бетона относятся:
1) приготовление цементов с добавками неорганических и органиче
ских веществ, регулирующих в заданном направлении основные свойства цемента в процессе гидратации и твердения;

2) обработка заполнителей химическими методами с целью повыше
ния их прочности, увеличения адгезии к цементному камню, кольматации пор и гидрофобизации поверхности;

3) создание новых видов искусственных заполнителей для легких 

и сверхлегких бетонов (типа стиропора).

Технология химизации бетонной смеси состоит в следующем:
1) введение в состав бетонной смеси неорганических и органиче
ских веществ с целью изменения реологических свойств бетонной смеси, скорости процессов гидратации и твердения цемента, формирования структуры бетона с заданными свойствами;

2) приготовление бетонов с добавками водорастворимых полимеров 

и полимерных дисперсий (полимерцементные и полимерсиликатные 
бетоны);

3) замена традиционных вяжущих новыми — минерально-полимер
ными, применение которых приводит к изменению процесса твердения 
и формирования структуры материала (полимербетон).

Таблица 1.1.

Основные характеристики теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструктивных бетонов

ɣ˳ кг/м3
150
200
250
300
350
400
450
500
600
700

Материалы/Характеристики (Rсж/Ru) / λ

Перлитобетон

на латексе

0,4/ 
0,052

0,7/ 
0,069

1,0/ - 

0,093

Перлитобетон

на жидком стекле

0,4/ 
0,058

0,55/ 
0,075

0,7/ 
0,093

0,85/ 
0,110

1,0/ 
0,128

Перлитобетон на це
менте, гипсе, силикатах 

и магнитном вяжущем

0,3/0,22

0,069

0,45/0,24

0,075

0,6/0,26

0,081

1,0/0,3

0,093

1,5/0,3

0,116

2,5/0,4

0,139

3,5/0,5

0,151

Перлитобитумный 

бетон

-/0,15

0,075

0,25/0,15

0,087

0,30/0,15

0,099

0,35/0,20

0,110

0,40/0,2

0,122

Перлитофосфогелевый 

бетон

-/0,30

0,075

-/0,35

0,081

Вермикулитобетон 

на минеральном и ор
ганическом вяжущем 

с асбестом

-/0,15

0,081

-/0,18

0,087

-/0,23

0,093

-/0,23

0,099

0,4/0,3

0,104

0,5/0,6

0,128

Керамзитобетон круп
нопористый на гипсе 

или цементе

0,5/ 
0,139

0,8/
0,151

1,0/
0,174

Керамзитобетон круп
нопористый на синте
тическом связующем

0,3/
0,104

0,8/ 
0,139

1,0/ 
0,151

Керамзитобетон 

плотный на гипсе 

или цементе

1,5/
0,162

2,5/
0,174

Гипсоячеистый бетон 

на цементе и вспенен
ном гипсе

0,8/
0,128

1,0/
0,151

1,5/
0,174

Пеногазогипсобетон
0,4/
0,128

1,0/
0,139

Полистирол, бетон 

на цементе и пенополи
стироле

0,3/
0,069

0,6/
0,081

1,1/
0,104

1,6/
0,139

2,5/
0,162

3,7/
0,185

Материалы/Характеристики (Rсж/Ru) / λ

Минорбетон
0,5/ 
0,128

1,0/ 
0,139

1,5/ 
0,151

2,5/ 
0,162

3,5/ 
0,174

Торфобетон на цементе 

и гранулированном 

торфе

0,2/ 
0,058

0,5/ 
0,069

0,7/ 
0,093

1,0/ 
0,116

1,5/ 
0,128

Углебетон
1,0/ 
0,093

1,5/ 
0,116

2,5/ 
0,139

3,5/ 
0,174

Ячеистый бетон
1,0/0,16

 0,093

1,5/0,23

 0,104

2,5/0,38

 0,116

3,5/0,52

 0,139

5,0/0,73

 0,162

Пенополиуретан с ке
рамзитом 

1,6/ 
0,083

1,8/ 
0,084

Пенополиуретан с пер
литом и пеностеклом 

(Венгрия)

0,7/0,64

 0,055

0,9/0,8

 0,056

Пенополиуретан с ке
рамзитом (ФРГ, Байер)

1,4/1,0

 0,083

1,7/1,0

 0,084

Пенополиуретан с пе
ностеклом (ФРГ, Байер)

0,7/ 
0,064

Полиэфирный пено
пласт с керамзитом 

(Франция)

1,1/ 
0,139

2,0/ 
0,145

Цемент + молотый 

песок + пенополисти
рол (ФРГ)

1,1/ 
0,162

Пенополимербетон 

на фурановых смолах 

и полиизоцианатах 

(НИИЖБ)

2,0/1,5

 0,069

3,0/2,0

 0,104

4,0/2,5

 0,128

5,0/3,0

 0,139

Полимербетон 

на перлитном песке 

(НИИЖБ)

4,0/1,2

 0,093

5,4/1,8

 0,105

Химизация затвердевшего бетона заключается в пропитке готовых 

изделий мономерами (метилметакрилатом и стиролом) с последующей 
их полимеризацией в порах и капиллярах цементного камня или пропиткой полиэфирными эпоксидными смолами (бетонополимеры). Это 
направление признается в настоящее время одним из важнейших в развитии строительных материалов во всех промышленно развитых странах, особенно в Японии, США, ФРГ, Франции и Англии.

Однако пропитка бетонов полимерами с целью придания им гидро
фобности и долговечности для легких теплоизоляционных бетонов вряд 
ли может быть рекомендована, так как для заполнения порового пространства требуется значительное количество полимера, что существенно утяжеляет теплоизоляцию и снижает ее теплофизические свойства, 
а также значительно увеличивает стоимость бетона.

Одним из наиболее распространенных направлений химизации, улуч
шающих свойства как тяжелого, так и легкого бетона, является применение различных химических добавок.

Химические добавки, используемые в легком бетоне, почти те же, что 

и в тяжелом, но особую технологическую и структурную роль играют 
воздухововлекающие, пено- и газообразующие и гидрофобизирующие. 
Назначение и применение той или иной добавки связано не только с ее 
свойствами, но и с ее стоимостью и дефицитностью.

Пластифицирующие добавки типа СДБ дают положительный эф
фект в легком конструкционном бетоне, а в теплоизоляционном и теплоизоляционно-конструктивном, наоборот, — отрицательный, так 
как бетон становится тяжелее, а водопотребность его не снижается. Гидрофобизирующие добавки наоборот — эффективны в теплоизоляционных бетонах.

В настоящее время за рубежом выпускается широкий ассортимент до
бавок пластификаторов и суперпластификаторов, производимых фирмами ФРГ, Англии и др. Например, в Италии фирмы предлагают строителям свыше 200 наименований разных добавок.

Особого внимания заслуживает добавка для легких бетонов, произво
димая фирмой «Гейдельбергский цемент», которая дает возможность исключить расслаивание бетонных смесей на пористых заполнителях, получить однородную смесь с равномерным распределением заполнителя, 
даже если в качестве такового применяются гранулы из пенополистирола. К сожалению, отечественная промышленность пока аналогичную 
добавку не имеет.

Разработкой таких добавок суперпластификаторов занимаются НИ
ИЖБ, ВНИИжелезобетон и другие научно-исследовательские институты страны.

Большой удельный вес в химизации технологии бетонов занимают 

полимерцементные и полимерсиликатные бетоны. Разработка научных 
основ технологии полимерцементных материалов специфична тем, что