Офіційна Facebook сторінка ВААГ
В 2023 году в Польше начато производство модульных стеновых панелей из автоклавного газобетона (АГБ). Панели обладают всеми преимуществами автоклавного газобетона, но время их монтажа значительно короче, что может привести к существенному росту популярности этой технологии в Польше. В статье рассматриваются сферы применения, технология монтажа, сравнивается трудоемкость относительно стен из других материалов и обсуждаются микроэкономические факторы, которые могут повлиять на доступные технологии на рынке в будущем.
Блоки из автоклавного газобетона (АГБ) являются самым популярным материалом для возведения стен в Польше [1], занимая примерно 42% рынка стеновых материалов [1, 2] и 50% рынка кладочных материалов. Технология производства стандартных блоков АГБ существенно не менялась на протяжении последних 10 лет. Были разработаны технологии производства более легких АГБ, которые можно использовать как монолитные перегородки даже при современных теплотехнических требованиях [3]. Материалы АГБ, используемые в качестве типичных теплоизоляционных материалов, также приобрели популярность [4]. На рынке появились блоки большего размера, но они не получили такой же популярности.
В 2023 году в Польше начато производство нового вида продукции – модульных стеновых панелей. Эти панели имеют высоту этажа и предназначены как для перегородок, так и для несущих стен. Железобетонные элементы из АГБ производились и использовались в Польше с 1950-х годов, хотя их доля на рынке никогда не превышала 2-5% от общего производства АГБ [5, 6]. Производство включало как вертикальные, так и горизонтальные элементы. Железобетонные изделия из АГБ использовались в индивидуальном и многоквартирном жилищном строительстве. Польские ученые внесли значительный вклад в разработку этого продукта, включая разработку стандартов производства и инструкций по монтажу этих элементов. Также было разработано много инновационных методов защиты арматуры от коррозии.
В начале 1990-х годов в Польше произошел спад в строительстве, особенно в индустриальных методах, что несколько приостановило производство железобетонных элементов. Производители в то время отказались от производства железобетонных элементов из АГБ, главным образом из-за увеличения объемов самостоятельного строительства и низкой стоимости рабочей силы в ранний период трансформации. Сейчас мы имеем дело с другими социально-экономическими условиями, которые создают новые возможности для развития этих элементов.
Перегородки из модульных панелей АГБ, изготовленных по современным нормативам и рецептурам, используются в Польше с 2012 года. Однако из-за импорта из Германии и Нидерландов и транспортных расходов они приобрели популярность лишь в нескольких регионах Польши. Производство в Польше имеет потенциал значительно повысить популярность этих элементов. Перспективы развития отрасли АГБ обсуждавались в [7]. Целью этой публикации является описание технических возможностей использования модульных стеновых панелей из АГБ, анализ рынка и демографических данных, влияющих на перспективы развития технологии в современных реалиях.
Доли рынка и возможности применения в различных сегментах рынка
Приблизительно 50% кладочных материалов в Польше используются в сегменте индивидуального жилищного строительства, где доля АГБ оценивается примерно в 55% (рис. 1). В этом сегменте рынка АГБ приобрел популярность главным образом благодаря простоте монтажа и отличным теплотехническим свойствам. В сегменте нежилого строительства (около 25% кладочных материалов) и реконструкции (около 5% кладочных материалов) доля АГБ оценивается примерно в 50%. В этих сегментах АГБ стал популярным благодаря простоте монтажа и хорошим противопожарным свойствам. В сегменте многоквартирного жилищного строительства (около 20% рынка кладочных материалов) автоклавный газобетон имеет меньшую долю рынка (около 15%) и в основном используется для перегородок и наружных облицовочных стен.
Рис. 1: Доля рынка кладочных конструкций в зависимости от типа строительства
Модульные стеновые панели в существующем виде могут использоваться как несущие элементы в сегменте индивидуального жилищного строительства и в нежилом строительстве. В индивидуальных домах оптимальные условия для использования модульных панелей АГБ обеспечиваются проектами домов с плоской и вальмовой крышей (обычно четырехскатная крыша). Они особенно полезны в типовых проектах застройщиков, где сокращение времени строительства и меньшая трудоемкость оказывают большее влияние на постоянные затраты инвестиций.
В многоквартирных домах модульные панели АГБ в основном используются для возведения внутренних перегородок. Определенным ограничением в применении является высота панелей (до 3,0 м) и необходимая звукоизоляция перегородок [8], что требует использования тяжелых, тонких перегородок. Однако акустические требования в многоквартирных домах позволяют использовать панели толщиной 10 см для возведения перегородок. Преимуществом панелей является возможность тонкослойной отделки, что значительно уменьшает фактическую толщину перегородок. Стены из модульных элементов также могут использоваться для межквартирных перегородок как двойные перегородки с минеральной ватой между слоями [9]. Этот вариант, из-за двойной стоимости монтажа, дороже в реализации, но используется при приспособлении существующих зданий под жилые помещения, где перекрытия не были рассчитаны на нагрузку от массивных перегородок.
Стоимость рабочей силы и прогнозируемое наличие физических работников в Польше
В 2010 году затраты на рабочую силу составляли 28% стоимости возведения стен. Десять лет спустя затраты на рабочую силу уже составляли 48% стоимости строительства стен из силикатных блоков. Это связано не только с общим ростом стоимости рабочей силы. В период с 2017 по 2022 год почасовая ставка выросла на 80%, тогда как средняя заработная плата выросла на 55% (рис. 2). В конце 2023 года из-за повышения минимальной заработной платы разница уменьшилась, но все еще была в пользу стоимости рабочей силы. Таким образом, динамика роста цен на рабочую силу в строительстве выше, чем динамика роста цен на материалы и рост средней заработной платы. Затраты на оплату труда сейчас указываются как самое большое препятствие для предпринимательской деятельности в строительном секторе [13]. Уровень безработицы среди ищущих физическую работу в строительстве упал ниже 1%, и 93% компаний сообщают о желании нанять работников в отраслях кладки и армирования [14]. Возведение стен предполагает значительные физические усилия. Если предположить, что такую работу могут эффективно выполнять мужчины в возрасте 20-60 лет, количество потенциально трудоспособных людей уменьшится с нынешних 11,3 миллиона до 8,0 миллиона к 2050 году [15]. Учитывая, что количество людей с высшим образованием выросло на 30% в период с 2011 по 2021 год (с 17,1% до 23,1%) [16], перспектива улучшения доступности работников, желающих работать в сфере кладки, маловероятна.
Рис. 2: Стоимость рабочей силы в строительстве по данным Intercenbud [12] в сравнении с ростом средней заработной платы по данным GUS [11].
Сокращение численности населения не связано с пропорциональным уменьшением потребности в жилье. В 2021 году Польша занимала третье с конца место по количеству жилых помещений на 1000 жителей среди европейских стран, имея 400 по сравнению с 495 жилыми помещениями в ЕС [17]. Новая директива EPBD по энергетической эффективности зданий [18] направлена на уменьшение потребления энергии в жилых домах на 16% к 2030 году и на 26% к 2033 году. После введения паспортов реконструкции, вероятно, адаптация многих зданий к стандарту нулевых выбросов в Польше будет слишком дорогой. В 2021 году здания старше 50 лет составляли 38% жилого фонда в Польше, а более миллиона жилых помещений в Польше было построено более 100 лет назад [19]. Адаптация таких зданий к современному стандарту выбросов предполагает значительно более высокие затраты, особенно учитывая, что утепление таких зданий часто невозможно осуществить традиционным способом [20].
Учитывая вышеизложенное, многие факторы указывают на то, что количество людей, желающих выполнять физическую работу, уменьшится, потребность в энергоэффективных жилых домах возрастет, что, несомненно, существенно повлияет на современные популярные технологии кладки. Без механизации эти работы станут слишком дорогими и могут быть заменены другими технологиями. Даже сегодня многие подрядчики сообщают, что единственные люди, готовые выполнять постоянную тяжелую физическую работу, – это люди старше 40 лет.
Концепция производства модульных панелей из АГБ
В 2023 году производство панелей из АГБ началось на двух заводах в Польше – в Остроленке (производственный завод Ytong, часть Xella Group) и в Снядово (производственный завод Prefbet Śniadowo) [21]. Хотя эти элементы исторически производились в Польше, оборудование завода и концепция ассортимента продукции были переработаны, что позволило адаптировать продукцию к современным материальным и строительным требованиям. Армирование на заводе в Остроленке состоит из ребристых стержней, поставляемых в бухтах. Арматура автоматически нарезается и подается на станцию армирования, где ее подвешивают на стальных иглах. На станции армирования также размещается транспортный анкер. Арматурный каркас затем погружают в антикоррозийную краску и транспортируют на стоянку. После высыхания краски форму с установленной и защищенной от коррозии арматурой транспортируют в камеру твердения. Иглы, подвешивающие арматуру, вынимают из смеси, которая набирает начальную прочность после нескольких часов пребывания в камере твердения, что гарантирует неизменность положения стержней. Затем армированные панели автоклавируются, а дальнейшие отличия по сравнению с мелкоразмерными блоками возникают только при упаковке. Производимый ассортимент по плотности аналогичен стандартным блокам. Ассортимент элементов, предназначенных для использования в несущих стенах, представлен в таблице 1 [22]. Вес одного элемента, в зависимости от размеров, типа и влажности, колеблется от 56 до 291 кг.
Таблица 1. Типы модульных панелей из АГБ для несущих стен
| Толщина | Прочность на сжатие | Средняя сухая плотность | Назначение |
| 36,5 см | 2,2 | 300 | Наружные монолитные стены (U = 0,20 Вт/(м²·К)) |
| 20 см | 4,0 | 475 | Внутренние несущие стены или наружные стены, предназначенные под утепление |
| 24 см |
Каждый из указанных выше элементов доступен в размерах, указанных в таблице 2. Четыре доступные длины элементов позволяют легко адаптацию существующих проектов, причем адаптация не влияет на положение перегородок и проемов более чем на 3,75 см. Концепция предусматривает наличие на складе 11 типов панелей каждой ширины. Элементы высотой 800 мм используются для стен в подоконной зоне, элементы высотой 1800-2400 мм используются как элементы, поддерживающие перемычки, а элементы высотой 2600-3000 мм используются для фрагментов стен на полную высоту. Высота стены увеличивается на высоту стартового слоя (100 или 200 мм), который рекомендуется для выравнивания поверхности плиты или фундаментной стены. В системе возможно возводить стены с модулем высоты 100 мм. Эта концепция является продолжением программы «Эффективное строительство», в рамках которой в последние годы было разработано два инновационных мини-крана для возведения стен из силикатных блоков и введена услуга «Строительные услуги», позволяющая заказывать стены напрямую у производителя вместе с монтажом. Производитель предоставляет вместе с продуктом планы монтажа, разработанные в среде BIM.
Таблица 2. Размеры доступных панелей из АГБ для возведения несущих стен
| Высота/длина, мм | 299 | 374 | 449 | 599 |
| 800 | + | |||
| 1800 | +1) | |||
| 2000 | + | |||
| 2200 | + | |||
| 2400 | + | +1) | +1) | +1) |
| 2600 | + | + | + | + |
| 2800 | + | + | + | + |
| 3000 | +1) | +1) | +1) | +1) |
1) Элементы, пользующиеся особым спросом
Ассортимент для возведения перегородок (таблица 3) обусловлен акустическими требованиями в многоквартирных домах [8]. Поскольку перегородки используются в зданиях со стенами из различных материалов и разными модулями высоты, необходимо производство с градацией высоты каждые 2 см, от 2600 мм до 3000 мм. Производство панелей является безотходным, то есть неиспользованный объем формы поступает в резервуары для шлама и затем снова добавляется в производство. В отличие от монтажа мелкоразмерных блоков, система требует плана монтажа, который включает расположение панелей. В зависимости от этапа инвестиции, на котором осуществляется адаптация, проект требует незначительных изменений размеров или модифицируется для оптимального применения технологии. В случае адаптации любые изменения, возникающие вследствие модуля ширины плит, могут быть компенсованы железобетонными колоннами.
Таблица 3. Доступные типы панелей из АГБ для внутренних ненесучих стен и перегородок
| Толщина | Прочность на сжатие | Средняя сухая плотность | Назначение |
| 7,5 см | 5,0 | 625 | Стены между комнатами в многоквартирных домах (RA₁ ≥ 37 дБ) [8] |
| 10 см | 5,0 | 625 |
Стены между комнатами и ванными комнатами в многоквартирных домах (RA₁ ≥ 40 дБ) [8]
|
Монтаж модульных панелей из АГБ
Несущие модульные панели из АГБ устанавливаются с помощью подъемного оборудования. Возможен монтаж при помощи типового строительного крана, телескопического поворотного погрузчика, мини-крана или подъемного оборудования на транспорте типа HDS. Аренда мини-крана не является дорогой, но требует доставки оборудования. Именно поэтому это не самое оптимальное оборудование, если только подрядчики не владеют таким оборудованием сами. Монтаж «с колес» при помощи подъемного оборудования HDS возможен на небольшом расстоянии от производственного завода, так как такое транспортное средство имеет меньшую грузоподъемность, что значительно влияет на цену материала, доставляемого на строительные площадки, расположенные на расстоянии более 50-100 км от производства. Наиболее эффективным методом монтажа является кран на колесном шасси, который обычно способен установить стены индивидуального дома из одного или максимум двух рабочих положений.
Модульные панели из АГБ, предназначенные для использования в качестве несущих стен, оснащены транспортными анкерами, к которым крепятся кольцевые муфты. Возведение стен начинается с укладки первого слоя мелкоразмерных блоков, который служит для выравнивания поверхности для монтажа панельных элементов. Панели устанавливаются бригадой, состоящей из двух монтажников и крановщика, стоимость труда которых включена в стоимость аренды оборудования. При установке панелей вертикальные швы заполняются, причем раствор обычно наносится перед подъемом элемента. После установки панели стабилизируются путем прибивания двух стальных скоб, а каждая четвертая панель фиксируется косой подпоркой. Для монтажа используется специальный раствор, толщина которого не должна превышать 3 мм. Элементы не оснащены вертикальными соединениями. Соединение только при помощи раствора означает, что взаимная передача нагрузки между элементами не учитывается в проекте. Подпорки снимаются после завершения устройства перекрытия [34]. На рис. 3 показан пример монтажа панелей, используемых для возведения несущих стен.
Рис. 3 Строительство детского сада в Бытоме, Польша, с использованием модульных панелей из АГБ
Для подъема панелей для перегородок с поддона чаще всего используется ручная тележка. Эта тележка применяется для транспортировки к месту назначения и служит рабочим столом в случае необходимости резки панели. Перед подъемом панели устанавливаются резиновые блоки, которые служат компенсационными швами от потолка или несущих стен. Панели устанавливаются путем поворота. Во время установки панель поднимается специальным подъемником, а под нижний край подкладываются деревянные клинья. После установки нижняя полость заполняется обычным раствором, а полость у потолка и компенсационные швы от несущих стен заполняются полиуретановой пеной [23]. На рис. 4 показан пример установки панелей, используемых для перегородок.
Рис. 4 Перегородки из модульных панелей АГБ в многоквартирном доме в Ломже, Польша.
Итог и перспективы
В 2023 году в Польше начато производство модульных стеновых панелей из АГБ, сочетающих преимущества АГБ с более быстрым временем монтажа. Эти панели предназначены как для несущих стен, так и для перегородок с целью решения проблемы нехватки рабочей силы, роста стоимости строительства и растущего спроса на энергоэффективное жилье. Хотя блоки АГБ доминируют на польском рынке, модульные панели могут приобрести популярность благодаря сниженной трудоемкости и совместимости с современными строительными стандартами. К проблемам относятся ограниченная звукоизоляция для определенных видов использования и высокие транспортные расходы при производстве вдали от объекта. Инновации в производстве панелей и техниках монтажа, такие как автоматизированное армирование и механизированный монтаж, поддерживают их рыночный потенциал.
Вторая часть этой статьи сосредоточена на времени строительства и трудоемкости монтажа панелей, безопасности во время монтажа модульных панелей из АГБ, влиянии на окружающую среду и устойчивости, и, наконец, на рыночном потенциале модульных армированных панелей.
Литература
[1] Misiewicz L., Rynek materiałów budowlanych do wznoszenia ścian w Polsce w 2021 roku. Materiały Budowlane. 2022.
[2] GUS, Produkcja wyrobów przemysłowych w 2021, 2022, 2023 roku
[3] [Online] https://www.xella.pl/pl_PL/sciany-jednowarst-wowe-Ytong (access on 10.07.2024)
[4] Rogala, W., Niemiec, K. Wykorzystanie właściwości izolacyjnych betonu komórkowego przy budowie przegród. Materiały Budowlane, 2024
[5] Zapotoczna-Sytek G., Historia Autoklawizowanego Betonu Komórkowego w Polsce. PWN; Warszawa, 2019.
[6] Pogorzelski J., Urban L., Gazobeton в budownictwie. Wydawnictwo Arkady; Kraków, 1958.
[7] Turski R., Rogala W., Current situation and further development of AAC in Europe, Cement Wapno Beton 27(3) 154-165 (2022). https://doi.org/10.32047/cwb.2022.27.3.1
[8] PN-B 02151-3:2015-10, Akustyka budowlana - Ochrona przed hałasem в budynkach - Część 3: Wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej przegród в budynkach i elementów budowlanych
[9] Raport z badań izolacyjności akustycznej LZF00-01529/18/Z00NZF
[10] Baza cenowa Intercenbud, 1 kw. 2010 - 4 kw. 2023
[11] GUS, Komunikaty Prezesa Głównego Urzędu Statystycznego w sprawie przeciętnego wynagrodzenia, 1 kw. 2017 - 4 kw. 2023
[12] Baza cenowa Intercenbud, 1 kw. 2017 - 4 kw. 2023
[13] [Online] https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/koni-unktura/koniunktura/koniunkt... (access on 10.07.2024)
[14] [Online] https://www.wielkiebudowanie.pl/go.live.php/PL-H716/rynek-pracy-w-budown... (access on 10.07.2024)
[15] [Online] https://www.populationpyramid.net/ (access on 15.06.2023)
[16] [Online] https://stat.gov.pl/files/gfx/portalinformacyjny/pl/defaultaktualnosci/6... (access on 10.07.2024)
[17] [Online] https://strefainwestorow.pl/artykuly/nieruch-omosci/20221103/odnowa-zaso... (access on 10.07.2024)
[18] Directive (EU) 2024/1275 of the European Parliament and of the Council of 24 April 2024 on the energy performance of buildings (recast)
[19] [Online] https://www.rp.pl/nieruchomosci/art37737731-milion-mieszkan-w-polsce-ma-... (access on 10.07.2024)
[20] Rogala W., Warunki techniczne w odniesieniu do termomodernizacji obiektów zabytkowych, Acta Sci.Pol. Architectura, 2017, 16.2: 77-84.
[21] SYSTEM ŚNIADOWO – budownictwo ekologiczne i ekonomiczne, Materiały Budowlane 4/2024. 2024.
[22] [Online] https://www.xella.pl/pl_PL/Ytong-Panel-SWE-Ul-tra-plus (access on 10.07.2024)
[23] Ytong Panel SWE I Ytong Panel - Wielkoformatowe systemy do szybkiej budowy, Warszawa 2023.
[24] KNR BC-01, Roboty budowlane w systemie YTONG, Wydanie II, Warszawa 2009
[25] KNR K-28, Roboty murowe w technologii Silka E, Wydanie I, Koszalin 2006
[26] KNR AT-38, Systemy ociepleń ATLAS, Wydanie I, Warszawa 2017
[27] KNR AT-32, Wyprawy z fabrycznych suchych mieszanek tynkarskich w technologii BAUMIT, Warszawa 2006
[28] KNR K-30, Roboty murowe w systemie Porotherm, Wydanie II, Koszalin 2015
[29] Hoffmann M, Skibicki S, Pankratow P, Zieliński A, Pajor M, Techman M. Automation in the Construction of a 3D-Printed Concrete Wall with the Use of a Lintel Gripper. Materials. 2020; 13(8):1800. 2020. https://doi.org/10.3390/ma13081800
[30] Bartoš M., Bulej V., Kuric I. Conceptual Design and Simulation of Cable-driven Parallel Robot for Inspection and Monitoring Tasks. MATEC Web of Conferences. 357. 02024. 2022. https://doi.org/10.1051/matecconf/202235702024
[31] [Online] https://news.xella.com/blogs/xella-tf-launches-pilot-project-with-fast-b... (access on 10.07.2024)
[32] PN-EN 13155:2021-05 Dźwignice -- Bezpieczeństwo -- Zdejmowalne urządzenia chwytające
[33] Kreft O., Fudge C., Walczak P., Roadmap für eine treibhausgasneutrale Porenbetonindustrie in Europa, Mauerwerk 26(2), 77-84. 2022. https://doi.org/10.1002/dama.202200004
[34] Kreft O., Circular economy potential for autoclaved aerated concrete, CE/Papers. 2, 465-470. 2018. https://doi.org/10.1002/cepa.893
[35] [Online] https://www.xella.pl/pl_PL/NEWS-Raport-ESG-2023 (access on 10.07.2024)
[36] Walther H., CO2 absorption during the use phase of autoclaved aerated concrete by recarbonation, AAC Worldwide, 2022(1), 18-29 (2022).