Публикация представляет собой раритетный очерк о том, какие теплоизоляционные материалы начали применять в СССР во время хрущевского массового жилищного строительства в 1950-е годы. Очерк появился в старом советском журнале «Наука и жизнь» в №2 за 1958 год.
КРАТКОЕ ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА КАНАЛА
Теплоизоляция жилых зданий, особенно частных малоэтажных, которые сегодня строятся за городом в больших количествах – это в холодном климате нашей страны очень большая проблема. Дело в том, что в основном у нас строятся самостройщики в том или ином виде. Они или нанимают дешевую рабсилу, которая имеет некоторый опыт, в основном отрицательный, но не имеет никаких академических знаний. Это наши современные строители, работающие без всякого контракта и подбираемые застройщиками прямо с улицы.
Вторая категория самостройщиков – это те домовладельцы, которые строят свои будущие жилища собственными руками. У таких не только знаний нет, но и опыта, но они строят так, как у нас привыкли испокон веков – на авось. И часто строительство на авось приносит неплохие результаты, что уж греха таить, потому что в основном обходится дешево и сердито за счет отсутствия посредников в виде имеющих отрицательный опыт полупрофессиональных строителей.
Так вот, проблема утепления фасадов в деле строительства частных домов практически основополагающая. Однако проблема эта решается у нас так, как не решается ни в одной другой стране мира, я имею в виду – в цивилизованной, а не где-то во Флориде. Да простят меня флоридцы, но в ихней типично тропической стране проблема утепления жилья стоит только в тех регионах, где населению приходится жить в холодных высоких горах, где они пасут всякий домашний скот стадами и отарами. Но там есть выход – дома утепляют подножным материалом в виде отходов жизнедеятельности скота, а при таком подходе проблема решается бесплатно.
У нас же люди, переезжающие из города в деревню, никакими скотами не занимаются, поэтому отходы их жизнедеятельности – очень большая редкость. В связи с этим утепляться приходится за деньги, а за деньги у нас можно купить только фабричные теплоизоляционные материалы. Вот тут и начинается основная наша проблема – современные производители утеплителей в нашей стране не поступают так, как поступают в цивилизованных странах. В цивилизованных странах все теплоизоляционные материалы производятся одного качества, ну, может, подразделяются на несколько типов по условиям применения.
Например, в сухих холодных регионах в цивилизованных нормах прописан один тип, а во влажных – другой. Там, где присутствуют оба вида климата, в нормах прописан третий тип, и так далее. Но подбором типа утеплителя в цивилизованных странах домовладельцы не занимаются – это работа архитекторов и строителей. Например, посмотрел архитектор на климатическую карту – и указал тип теплоизоляционного материала. А строитель тоже недолго думает – посмотрел в норму монтажа этого типа утеплителя, и тоже думать не надо – бей гвозди по норме и крась краску по расчету.
А у нас думать приходится всем, причем меньше всего – архитектору, чуть больше – строителю, а основная умственная нагрузка падает на мозги будущего домовладельца. Дело в том, что у нас производится столько типов самых разных утеплителей с такими наборами качеств, что ни один архитектор не сможет совершить правильный выбор, каким бы он умным не был.
Строители у нас – трын-трава, они никогда не спорят ни с архитектором, ни с клиентом, а делают всё по-своему, главное, чтобы было побыстрее. Отсюда и такая большая аварийность новых частных домов у нас в стране, и особенно она проявляется в теме утепления. Именно поэтому каждый будущий домовладелец, прежде чем строить дом, должен думать ни о том, из чего стены лепить, а о том, что лепить на эти стены, чтобы они не промерзали в суровую зимнюю пору.
И вот как может правильно выбрать правильный тип утеплителя совершенно не подкованный ни в практике, ни в теории наш начинающий загородный застройщик?
Совсем никак.
Вот поэтому я сегодня начинаю рубрику под условным названием «Как строили в СССР». В этой рубрике я буду публиковать раритетные, то есть покрытые печатью таинственности материалы, отысканные мной в древнейших советских журналах. Мои читатели, прежде чем начинать задумываться о приобретении стройматериалов, должны пройти как минимум теоретическую подготовку, а с чего, скажите, должна начинаться теоретическая подготовка?
Правильно – с подробного изучения исторической информации. Но мы, конечно, в строительную индустрию времен Вавилонской башни лезть не будем, а посмотрим, как в СССР 70 лет назад додумались применять теплоизоляционные материалы. Самое интересное тут – обоснование, которое появилось на страницах очерка «Они сберегают тепло», опубликованного в журнале «Наука и жизнь», в №2 за 1958 год.
Можно подумать, что и до того момента в СССР не производили теплоизоляционных материалов, но, подозреваю, что сначала советские большевицкие строители использовали исключительно царское дедовское наследие. А вот когда пришла пора приступать к массовому строительству жилья при Хрущеве, то и задумались, как бы сэкономить в государственном масштабе.
Ну вот, и додумались – как раз в 50-х, после смерти Сталина, и началось массовое производство всякой теплоизоляции, и большинство из этих вариантов освещены в этой раритетной статье. Так что советую внимательно ее прочитать и сделать выводы, а потом я пойду по пути публикации на своем канале более узкоспециализированных материалов, подгоняя тему с хрущевского массового городского строительства до нынешнего загородного, тоже массового.
Журнал «Наука и жизнь», №2 за 1958 год
ОНИ СБЕРЕГАЮТ ТЕПЛО
Автор: А. В. Чуйко, доцент, кандидат технических наук
Рисунки В. Буравлева
ИЗЛИШНЯЯ РАСТОЧИТЕЛЬНОСТЬ
Посмотрите на старинные каменные дома. Они высотой всего в 2-3 этажа, а стены их толщиной чуть ли не в метр! Нужны ли такому невысокому зданию столь массивные стены?
Стены дома, как известно, являются главным его несущим элементом. Они принимают на себя не только нагрузку от междуэтажных перекрытий, лестниц, балконов, крыши, но и от всей «начинки» помещений: мебели, книг, посуды, находящихся в помещениях людей. Хотя вес этого и значителен, но не такой уж большой, чтобы строить невысокие дома со стенами, как в крепости.
В чем же тут дело? Почему в старину возводились такие здания?
Раньше стены сооружались «на глазок», без расчета, строители главным образом руководствовались либо чутьем, либо данными, полученными из практики. Кроме того, такая толщина придавалась стенам не столько для того, чтобы воспринимать нагрузки, сколько для защиты от холода. Камень - плотный и потому чрезвычайно теплопроводный материал. Чтобы зимой в помещениях как можно дольше сохранялось тепло, стены зданий старались возводить потолще.
Но надо ли тратить такое большое количество материалов для теплозащитных целей, если прочность их не используется полностью? Не является ли это расточительностью? Ведь подумать только, вес наземных конструкций кирпичных домов определяется примерно в 550-600 килограммов на один кубометр объема здания, причем около половины этого веса приходится на долю стен!
Для сооружения каждого квадратного метра жилой площади строителям приходится затрачивать около 4 тонн самых разнообразных материалов: кирпича, цемента, песка, стекла, древесины. Например, для возведения пятиэтажного дома с жилой площадью 2 тысячи квадратных метров нужно переработать около 8 тысяч тонн различного строительного сырья. Это значит, что для возведения только одного жилого пятиэтажного дома требуется 400 вагонов строительных материалов! Представьте же себе, сколько материалов понадобится переработать строителям для сооружения 215 миллионов квадратных метров жилой площади, которые будут построены в текущем пятилетии согласно плану государственного жилищного строительства!
Кроме того, за счет средств населения с помощью государственного кредита в этот же период должно быть возведено еще 113 миллионов квадратных метров и силами колхозников и сельской интеллигенции 4 миллиона домов.
Но наряду с жилищным строительством мы ведем большое промышленное, дорожное, гидротехническое, различное сельскохозяйственное строительство. Чтобы выполнить всю эту огромную программу работ, проектировщики и строители должны как можно экономнее расходовать материалы и детали. Подсчитано, что если только по одной Москве снизить вес жилых домов на 20-25%, то экономия стройматериалов составит свыше 1,5 миллиона тонн в год.
А сколько это будет составлять по всей стране?!
Если же напомнить, что стоимость строительных материалов и изделий составляет почти 75 процентов всей стоимости здания, то вполне ясной станет вся важность сокращения их расхода.
НЕВИДИМЫЕ ЗАЩИТНИКИ
Решая задачу сокращения расхода материалов, специалисты пришли к мысли расчленить конструкции зданий на несущие и теплоизоляционные. В результате появились каркасные конструкции. Они выполняют в здании такую же роль, как и костный скелет в организме животного: воспринимают нагрузку. Этот каркас изготовляется в основном из металла или железобетона.
Что касается теплоизоляционных конструкций, то они выполняются из таких материалов, которые обладают довольно низкой теплопроводностью. Эти материалы включают в себя воздух, находящийся в мелких ячейках и, как известно, являющийся плохим проводником тепла.
Так, воздух, замкнутый в пузырьки диаметром 1 миллиметр, характеризуется коэффициентом теплопроводности в 100 раз меньшим, чем у горных пород (гранит, песчаник).
Что же касается теплоизоляционных материалов, то у них этот коэффициент примерно в 10-100 раз меньше, чем у горных пород. Это объясняется тем, что теплоизоляционные материалы имеют пористую структуру с ячейками, заполненными воздухом.
Влага ухудшает теплоизолирующую способность материалов, так как вода, заполняющая поры, имеет в 25 раз большую теплопроводность, чем воздух. Именно поэтому в недавно возведенном, еще сыром доме кирпичные стены имеют теплопроводность на 40 процентов большую, чем в старом доме, с высохшими стенами.
ЗАСЫПКИ И МАСТИКИ
Пористость в теплоизоляционных материалах может быть как естественная, природная, так и искусственно созданная. К материалам, в которых пористость образовалась естественным путем, относятся диатомит, трепел, ракушечник, различного рода туфы, пемза и т. д. Некоторые из них являются прекрасным материалом, применяемым для возведения стен зданий. Однако месторождений природных теплоизоляционных материалов мало, перевозка их обходится дорого. К тому же по своим свойствам они не всегда удовлетворяют всем предъявляемым к ним требованиям. Поэтому появилась нужда в создании искусственных теплоизоляционных материалов.
Самым простым способом изготовления теплоизоляционных материалов является измельчение сырья. Поскольку частицы материала после разрушения его структуры не могут занять своего прежнего положения, между ними неизменно образуются пустоты, заполненные воздухом. Таким образом и создаются различные теплоизоляционные засыпки. Их изготовляют как из органического, так и минерального сырья.
Древесные опилки, стружки, шерсть, отходы сельскохозяйственного производства (соломенная резка, лузга, рисовая шелуха, льняная костра), а также мох, рубленый камыш - вот то органическое сырье, которое может быть использовано в качестве теплоизоляционных засыпок.
Для изготовления неорганических засыпок применяют диатомиты, трепел, туфовый песок, асбест, пемзу, различные промышленные отходы - топливные и металлургические шлаки, обожженную слюду (термовермикулит), керамзит, перлит, карагандит, карпазит и тому подобное.
Пористость в материале может быть создана и при помощи воды. Делается это так. Минеральную массу, предназначенную для получения из нее теплоизоляционного материала, вначале смешивают с водой; затем смесь напревают. После испарения воды образуются ячейки, заполненные воздухом. Чем больше воды было введено в формовочную массе, тем больше будет пористость. Таким способом создаются асботрепельные и асбодиатомовые мастики (асбозурит, термит, асбослюда), асбомагнезиальные материалы (совелит, ньювель), вулканит, микропористый гипс и некоторые другие.
Однако засыпки и мастики являются малоэффективными теплоизоляционными материалами. Качество изоляции, полученной из них, всегда заметно ниже, чем из штучных фасонных изделий, изготовляемых в заводских условиях. Например, в процессе эксплуатации, под влиянием различных сотрясений засыпки уплотняются и в значительной степени теряют свои теплозащитные свойства. Засыпки, изготовленные из органического сырья, необходимо протравливать, антисептировать, чтобы они не гнили и не повреждались грызунами; к тому же температурная область их применения из-за легкого возгорания ограничена.
Какими же наиболее эффективными теплоизоляционными материалами в настоящее время мы располагаем?
ЯЧЕИСТЫЕ БЕТОНЫ
В заводских условиях теплоизоляционные материалы .производятся несколькими способами.
Один из них основан на принудительном вводе пузырьков воздуха или газа в массу материала. Это осуществляется либо взбиванием соответственно подготовленной массы, или добавкой специальной пены, смешиваемой затем с вяжущим, затворенным водой, или, наконец, введением газообразующих веществ, способных вступать в химическое .взаимодействие с формуемой смесью.
Так изготовляют различного вида ячеистые бетоны: пено- и газобетон (на основе цемента), пено- и газосиликат (на основе извести и песка), пено- и газогипс (на основе гипса), пеномагнезит и так далее.
Из ячеистых бетонов можно делать крупные блоки, позволяющие в значительной степени облегчить стеновые конструкции и удешевить стоимость квадратного метра жилой площади. Однако производство таких крупных блоков тормозится из-за трудностей, связанных с их обработкой в автоклавах.
В Московском институте инженеров городского строительства недавно были проведены опыты, которые показали возможность получения ячеистых бетонов достаточно высокой прочности без их запаривания в автоклавах.
Сухие компоненты - цемент и зола - дозировались по весу в соотношении от 1: 2 до 1:4, затем перемешивались с водой (50-40% от веса сухой смеси) и загружались в вибромельницу периодического действия. После мокрого домола, продолжающегося 6-8 минут, масса выгружается и перемешивается либо с пеной, либо с газообразователями (алюминиевым порошком или пергидролем), после чего разливается в формы.
Процесс твердения вещества происходит в естественных условиях или путем пропарки в течение 8-12 часов при 70-80°. Кубометр полученного бетона весил 1000-1200 килограммов. Прочность бетона при сжатии, после трех суток твердения в естественных условиях или после пропарки, достигала 140 кг на квадратный сантиметр (расход цемента марки «400» на кубометр бетона составлял 220-350 кг). Толщина стен из таких бетонов могла бы быть на 25-35 процентов меньше, чем из шлакобетонов.
Высокие качества ячеистых бетонов, изготовленных таким способом, объясняются в основном действием мокрого вибродомола, повышающего активность цемента и активизирующего золу, полученную от пылевидного сжигания подмосковных углей.
При более тщательной разработке технологии производства ячеистых бетонов на основе цемента, измельченного в вибромельницах, а также при введении различных добавок эти бетоны могут быть получены еще лучшего качества, с еще меньшим расходом цемента.
Ячеистые пено- и газобетоны могут работать при температурах до 400 градусов Цельсия. Расширение температурной области применения ячеистых бетонов - одна из главнейших задач будущего. Например, чтобы сделать возможным использование их при температуре до 700 градусов, намечается ввести в их состав различные жароупорные микронаполнители (тонкомолотый шлак, цемянку, золу уноса).
При увлажнении ячеистые бетоны теряют (на 20-30%) свою прочность; кроме того, они обладают незначительной морозостойкостью. Обработка ячеистых бетонов поверхностно-активными веществами - мылонафтом, олеиновой кислотой, кремнийорганическими соединениями - заметно повышает их водостойкость и морозостойкость. Однако в этом направлении исследователям предстоит проделать еще очень большую работу.
Незначительная водостойкость и морозостойкость ячеистых бетонов, а также большой расход цемента на их изготовление привели к тому, что технологи стали работать над получением ячеистых теплоизоляционных материалов термическим способом, без затраты каких бы то «и было минеральных вяжущих. В результате были созданы газостекло, ячеистая керамика и др.
ГАЗОСТЕКЛО
Процесс изготовления газостекла принципиально несложен. Берут бой обычного стекла и измельчают его до порошкообразного состояния. Затем стеклянный порошок смешивают с небольшим количеством газообразователя: с углем, известняком, мрамором. Получающуюся при этом шихту засыпают в формы (металлические или керамические), которые затем устанавливают в печь и постепенно нагревают. При 550-600 градусах частицы стекольного порошка расплавляются и слипаются, образуя сплошную пленку.
Когда температура в печи достигает 750-780 градусов, начинает разлагаться газообразователь. Выделяющиеся при этом газы, стремясь вырваться из расплавленной массы, вспучивают ее, придавая материалу пористость. Для завершения процесса стекло достаточно выдержать в течение 15-20 минут при высокой температуре и затем медленно отжечь, то есть дать ему медленно остыть.
Цвет газостекла зависит от газообразователя. Перекись марганца придает ему красноватую окраску, уголь - черную, мрамор - молочно-белую.
Сохраняя все свойства обычного стекла (негорючесть, стойкость к кислотам и влаге), газостекло в то же время отличается от него рядом новых замечательных свойств: оно прочное, легко поддается обработке (пилится, строгается).
Газостекло может применяться не только как теплоизоляционный материал, но и в качестве звукоизоляции для обшивки стен и потолков радиостудий, концертных залов, шумных цехов и т. п. Оно является незаменимой теплоизоляцией для сооружения камер холодильников. Все материалы, применявшиеся до настоящего времени для этих целей (например, пробка, торф), непрочны и недолговечны. Их легко разгрызают крысы и, проникая в хранилища, истребляют там продукты. Газостекло крысам не разгрызть!
Совсем недавно в Московском химико-технологическом институте получены опытные образцы газостекла, изготовленного непосредственно из сырьевых материалов - из глин с некоторыми добавками, а также из ряда горных пород, минуя процесс варки. Такое газостекло обладает несколько большим объемным весом (кубометр весит 400-450 кг), но зато по прочности на сжатие оно приближается к кирпичу высоких марок. Поэтому его с успехом можно применять в качестве стенового материала, что не только облегчит здание, но и значительно улучшит теплотехнические показатели.
Примерно таким же способом изготовляется и ячеистая керамика. Еще проще и дешевле изготовление волокнистых теплоизоляционных материалов.
ВОЛОКНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Если взять какую-нибудь горную породу, например, гранит, габбро, глину или мергель, и затем расплавить в вагранке, то из расплава можно получить искусственные стекловидные волокна, а из них - минеральную вату.
Вытягивание волокна может быть осуществлено различными способами, наилучшим является пароструйный. При этом способе расплав, вытекающий из вагранки, подхватывается струей пара и отбрасывается в камеру осаждения. В процессе стремительного движения струи пара расплав превращается в стекловидные нити толщиной 6-7 микронов, длиной от 2 до 100 миллиметров.
Из минеральной ваты изготовляют различные теплоизоляционные полуфабрикаты и изделия: шерстебетон, гранулированную вату, мягкие рулонные материалы (войлок, маты), плиты, пробку, скорлупы, сегменты.
Как показывает отечественный и зарубежный опыт, применение минераловатного войлока в качестве утеплителя стен позволяет вдвое уменьшить расход кирпича; при этом тонна минераловатного утеплителя успешно заменяет не менее 7,5 тысячи штук кирпичей.
Что касается органического сырья, то из него изготовляют древесноволокнистые и торфяные плиты, различные фибровые (волокнистые) изделия, получаемые как на основе минеральных вяжущих (например, фибролит на основе магнезиального цемента, лигиолит на портландцементе, фиброгипс), так и на органических (битуме, органических смолах).
Для повышения долговечности таких материалов их подвергают антисептированию либо в процессе изготовления, либо непосредственно перед применением.
ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
.Использование теплоизоляционных материалов в промышленном и гражданском строительстве не только облегчает конструкции, но и увеличивает полезную площадь помещений, повышает звукоизоляцию и огнестойкость конструкций, создает лучшие санитарно-гигиенические условия работы в помещениях, снижает стоимость и сокращает сроки строительства.
В самом деле, квадратный метр минераловатной или древесноволокнистой плиты толщиной в 3 сантиметра стоит около 5 рублей; такая плита заменяет 105 кирпичей и 62 литра строительного раствора стоимостью в 30-35 рублей.
Введение в кирпичную стену прослойки из минерального войлока толщиной 5-6 сантиметровповышает общее термическое сопротивление стены в 2 раза. Затраты же на утепление стены окупаются за 1-2 года экономией за счет понижения мощности отопительной системы и уменьшения расхода топлива. К тому же следует отметить, что для развития промышленности теплоизоляционных материалов требуется в 9 раз меньше капиталовложений, чем для расширения кирпичной промышленности (в пересчете на равноценное количество кирпича).
Без теплоизоляционных материалов сегодня не обходятся ни энергетическая, ни химическая, ни металлургическая отрасли промышленности. Так, на тепловых электростанциях с каждого квадратного метра неизолированного трубопровода диаметром 216 мм при температуре теплоносителя 300 градусов теряется в год в переводе на условное топливо (топливо, теплотворная способность килограмма которого равна 7 тысячам больших калорий) 6,1 тонны. Если этот трубопровод будет изолирован, потеря составит лишь 0,6 тонны.
В тепловых сетях при хорошем состоянии изоляции потери тепла составляют 6-8 процентов, а при низком ее качестве достигают 15 процентов. При современном развитии теплофикации снижение тепловых потерь только на 1 процент дает экономию свыше 100 тысяч тонн условного топлива в год.
Применение теплоизоляционных материалов в промышленных печах дает еще больший эффект. В мартеновских печах, как известно, тепловые потери составляют 70%, из которых 40 вызваны отсутствием .изоляции. Использование теплоизоляционных материалов не только приводит к снижению удельного расхода топлива, но и позволяет увеличивать количество плавок и съем стали с квадратного метра пода печи.
Большой эффект дают теплоизоляционные материалы на транспорте. Каждый плохо изолированный котел паровоза теряет в сутки около 440 кг условного топлива. При наличии изоляции потери тепла снижаются в целых 4 раза.
В водном транспорте использование теплоизоляции дает возможность облегчать вес судов за счет экономии топлива и, следовательно, повышать срок их плавания без захода на заправочные пункты.
Даже эти примеры показывают, как велика роль теплоизоляционных материалов в самых различных отраслях народного хозяйства.
ДРУГИЕ МОИ ПУБЛИКАЦИИ ПО ЧАСТНОЙ АРХИТЕКТУРЕ:
Дома с монолитными железобетонными стенами стоят уже почти 100 лет, и разваливаться не собираются
Дом внутри теплицы – это бурное будущее нашего сурового частного домостроения бюджетного типа