Дома, построенные из земли, - забытое прошлое и, возможно, недалекое будущее строительства. "Зонное нагнетание грунта методом текучего клина" - инновационная технология, позволяющая создавать долговечные и дешевые строительные блоки, плиты, кирпичи, бордюрные камни, безнапорные трубы, колодезные кольца, дорожные блоки, желоба и другие изделия, необходимые для загородного дома и разнообразных хозяйственных построек.



Грунтоблок 390 х 190 х 90 мм


Немного физики

Четыре года назад состоялся конкурс “Российский дом будущего”, где победила технология грунтоблочного строительства в номинации “Строительные машины и механизмы”.
А изготовители серийных машин для производства блоков на основе природных сыпучих материалов получили приз от экспертного совета при президенте РФ по реализации приоритетных национальных проектов и демографической политике. Одними из первых оценили технологию на основе “текучего клина” в префектуре Миебаши (Япония) и выписали устройство для изготовления строительных изделий.



Отечественная грунтоблочная машина

Изделия, изготовленные по технологии “зонного нагнетания”, существенно отличались по плотности и прочности от полученных в процессе прессования. Новая технология исключила вредные эффекты перепрессовки, “защемления воздуха”, упругого последействия, присущие традиционным процессам прессования.

В 1971 году инженером Н. Е. Королевым открыт эффект самоуплотнения порошков в результате индуцированного течения, известный как технология “зонного нагнетания грунта методом текучего клина”. Зонное нагнетание — механический метод получения плотных и сверхплотных структур из дисперсных сыпучих сред.

В основу технологии положено искусственное воспроизведение обнаруженного природного эффекта, названного “текучий клин”. Текучий клин — это процесс самоорганизации предельно плотной структуры когерентно движущихся частиц сыпучей среды.



Схема действия “текучего клина”:
уплотнение грунта
путем плавного
перемещения нагнетателя

В области возведения домов он был положен на полку: в годы плановой экономики доминировало бетонное крупноблочное строительство с ускоренными показателями изготовления и наиболее простым унифицированным оборудованием.


Основа

Идея строительства из земли не нова. А о постройках из земляных блоков упоминал еще в I веке Плиний Старший. Свойства современных грунтоблоков, в том числе и прочность, зависят от природы грунта, вида использованного стабилизатора и, что особенно важно, от способа их изготовления.

Грунтоблоки формуют из имеющейся почвы, и без стабилизаторов они будут неводостойкими. Такие блоки обладают значительной прочностью в сухом состоянии, их и сейчас применяют для строительства одноэтажных жилых зданий и подсобных хозяйственных построек.

Блоки, изготовляемые из грунтов с добавкой небольшого количества стабилизаторов (известкового теста или цемента), кроме определенной прочности приобретают свойство неразмываемости. При этом у таких водостойких блоков коэффициент размягчения, то есть отношение прочности в насыщенном водой состоянии к прочности в сухом состоянии, не менее 0,6. Водостойкие блоки можно применять для несущих стен жилых одно- и двухэтажных домов.

Технология “зонного нагнетания” изменила свойства грунтоблоков, сделав их более долговечными.


Есть над чем поразмыслить…

Два неоспоримых преимущества грунтоблоков — дешевизна и плотность.
Итак,первое — широкое использование материалов, добываемых непосредственно на стройплощадке, в качестве наполнителя для блоков.

Если дом строится без подвала, то сыпучего грунта, вынутого для устройства фундамента, достаточно для сооружения стен одноэтажного дома. Если же дом строить с подвалом, то земли хватает уже на стены двухэтажного коттеджа и гараж. В дело направляется грунт, вынутый при планировке участка, при сооружении колодца или бассейна, при обустройстве дренажа, полученный на разнообразных других работах. Все эти ранее бесполезные терриконы земли дают даровой строительный материал, который нет нужды покупать с наценкой или подво­зить. А это уже важный фактор для застройщика! В среднем по России цены строительных материалов для потребителя в два раза превосходят цены производства. При этом доля транспортных расходов в этой наценке составляет 10–50%. Так что в рыночных условиях небольшому кооперативу, желающему возводить полноценные сооружения на едином замельном участке с различными характеристиками грунта (песок, глина), весьма выгодно стать производителем стройматериалов. Местным наполнителем наряду с глинами и песком могут быть пелмит, керамзит, древесные опилки, кора, стружки, измельченные корневища деревьев, остающиеся от корчевки, — отходы ближайшей лесопилки или корчевания на участке. Все это кардинально меняет поход к строительству: больше нет необходимости закупать и завозить многочисленные очищенные материалы, застройщик выходит из-под опеки монополистов (например, поставщиков чистого речного песка).

Второе преимущество — создаются однородные монолитные блоки повышенной прочности, практически не разрушаемые в дальнейшем процессами заморозки-оттайки в силу отсутствия микропор. Фактически по гигроскопичности изготавливается природный камень-валун. При формовании изделий из сугубо бетонных смесей с составом 1:2,5–1:3 (цемент:песок) качество получаемого бетона соответствует всем требованиям ГОСТов, предъявляемым к конструкционному и дорожному бетонам. При этом изделие имеет прочность на изгиб в 1,5 раза выше, чем аналогичное, отформованное по вибрационной технологии. К тому же блоки не нуждаются в обжиге или продолжительной высокотемпературной сушке, что также удешевляет энергозатраты — особенно на автономной стройке.

Устройства, созданные для выпуска изделий на основе технологии зонного нагнетания, дают возможность производить не только грунтоблоки. Велика номенклатура получаемых изделий. Бордюрные камни, оконные перемычки, подоконные плиты, черепица, колодезные и дренажные секции. Варианты технологии могут быть использованы для изделий из металлических и металлокерамических порошков, топливных брикетов (пеллетных гранул), и многого другого. Например, в приусадебном дорожном строительстве — качественном уплотнении дорожек за один проход, без последующей укатки.

Каковы особенности серийно выпускающейся техники, реализующей метод?
Например, производительность устройства РК 250, предназначенного для выделки кирпичей, — около 250 блоков в час размером 390 х 190 х 90.

Идея грунтобитного строительства проста и надежна, но вот что следует учесть: чем плотней формование, тем выше теплопроводность. Высокая плотность влечет увеличение толщины и массы стен. На Дальнем Востоке, где годовые перепады температур составляют от +30 до –35ОС, теплотехнический расчет стен из грунтоблоков показывает толщину больше метра, чтобы выйти на СНиПовский зональный коэффициент сопротивления теплопередачи 3,76. Выход в использовании для стеновых блоков наполнителей с низкой теплопроводностью, в том числе пустотелых.



На фото мы видим результат эксперимента — цоколь лампочки накаливания, помещенной в исходный материал блока, оказывается невредим после опрессовки. Такая деликатность технологии позволяет включать в толщу стены специальные нетеплопроводные (или например для пола с подогревом — теплотворные) элементы, производить разнообразные сэндвичевые изделия, многослойные теплоизолирующие накладки.

Подробности

• Об организации производства на основе серийных машин РК-250 и РК-мини можно прочитать в журнале “Строительные и формовочные машины” № 3/2007 в статье к.т.н. Зубкина В.Е. (ЗАО “Русские качели”) и Струка М.В. (ЗАО “Стройдомаш”) — http://sdmpress.ru/online/32007859.pdf. Авторами рассмотрены конструктивные особенности, принцип работы и методы эксплуатации компактной формовочной машины, предназначенной для изготовления стеновых блоков, камней мощения и огнеупорных блоков с размерами, соответствующими стандартному кирпичу, из разнообразных сыпучих материалов (цементопесчаных, грунтобетонных смесей, опилкобетона, легких заполнителей типа пелмита и керамзита и др.).

• На странице fond-lvova.narod.ru/toppage12.htm собраны материлы об использовании миниатюрного комплекса выделки плит на приусадебном участке. Рассмотрены вопросы изготовления фундаментных и стеновых блоков, оконных перемычек, подоконных плит, черепицы и других изделий, необходимых для отделки большого частного дома.

Книги по зонному нагнетанию
и эффекту “текучего клина”

• Королев Н. Е. Опыт бетонирования сборных железобетонных изделий. Новое в технологии формования бетонных и железобетонных изделий. Материалы семинара. М.: МДНТП, 1977, с. 92–101.
• Королев Н. Е., Зубкин В. Е. О механизме безвибрационного уплотнения. — В сб. науч. трудов: Механизация и автоматизация технологических процессов в промышленности сборного железобетона. М.: ВНИИ Железобетон, 1984, с. 83–87.
• Королев Н. Е. Технология самоуплотнения. Наука и жизнь. 1981, № 11, с. 28–32.
• Борщевский А. А., Королев Н. Е., Зубкин В. Е. Установки зонного нагнетания, их расчет и область применения./Механизация строительства, 1998, № 3, с. 8–11.

Сергей ДРЕСВЯННИКОВ
"БИРЖА ПЛЮС СВОЙ ДОМ"