История и перспективы развития сэндвич-панелей в строительстве

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский  государственный политехнический  университет»

Инженерно-строительный институт

Кафедра «Строительство уникальных зданий и сооружений»

 

 

Реферат по дисциплине «Философские проблемы науки и техники» на тему:

«История и перспективы развития сэндвич-панелей в строительстве»

 

 

 

 

 

 

 

Cанкт-Петербург

2013

Содержание

 

1    Введение..............................................................................................................3

2    История развития  сэндвич панелей..................................................................4

3    Текущее состояние технологии сэндвич-панелей...........................................8

4    Современные проблемы  и будущее сэндвич-панелей....................................21

5     Заключение........................................................................................................27

Список использованной литературы......................................................................28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Введение

В настоящее время качественно  новый подход к строительству требует предложения высокотехнологичных материалов, позволяющих свести к минимуму затраты на строительство и эксплуатацию зданий и сооружений различного    назначения.

В связи с этим в данной работе рассматривается изобретение типа сэндвич-панели, которое относится к строительным материалам, в частности к материалам для строительства и реконструкции каркасных и панельных производственных и общественных зданий малой этажности. Технический результат, достигаемый при реализации сэндвич-панелей, состоит в повышении надежности и долговечности строительной панели и сооружения в целом, упрощении монтажа панели, снижении стоимости строительной панели и сооружения в целом, улучшении экологических характеристик строительной панели. Строительная сэндвич-панель предназначена для возведения кровли или стен сооружения и включает в себя наружную и внутреннюю обшивки, выполненные из алюминиевых или стальных профилированных листов, и размещенный между ними слой утеплителя из пенопласта на основе полистирола или из минеральной ваты.

 

 

 

 

 

 

 

 

2   История развития сэндвич панелей

История сэндвич-панелей начинается в 1930-х годах, когда американский инженер и архитектор по имени Фрэнк Ллойд Райт, осуществляя проект «Unsonian», разработал и использовал их прообраз[13]. Панели Райта значительно отличались от современных. Они представляли собой две доски, которые были проложены пергамином. Новый материал позволял заметно увеличить темпы строительства, но у него был большой недостаток – низкая пожаробезопасность из-за использования необработанной древесины.

Значительно усовершенствовать изобретение  Райта смог студент архитектурного университета Олден Доу, который разработал конструкции, уже значительно больше похожие на современные сэндвич-панели, что дало большой импульс развитию технологии. Панели состояли из двух стальных листов, скрепленных одним слоем утеплителя. Именно так выглядят и современные конструкции. Металлическую поверхность подвергали горячему цинкованию, что позволяло обезопасить ее от негативного воздействия окружающей среды. Новый материал стал более удобным, приобрел много положительных качеств, среди которых прочность, легкость, долговечность, но остался серьезный недостаток – производство таких панелей занимало достаточно много времени[13].

Между тем, Олден Доу был не только талантливым архитектором, но и сыном основателя компании Dow Chemical Герберта Генри Доу. Компания отца поддержала идею сына и начала ее активно развивать. С тех пор Dow Chemical на протяжении многих лет является мировым лидером по производству сэндвич-панелей, а также ведущим разработчиком инноваций в этой сфере.

Прогресс не стоял на месте, и  в 1959 году компанией «Koppers» было открыто массовое производство сэндвич-панелей. Для этого компании пришлось в кратчайшие сроки переквалифицировать автомобильное производство, которым оно занималась раньше, в цеха по выпуску нового материала, оперативно поменяв оборудование и обучив персонал.

Уже через год в истории сэндвич-панелей открывается новая страничка: в 1960 году компания «Alside» значительно усовершенствовала производственный процесс, что позволило решить важную проблему - сократить сроки производства, и явилось важным этапом в развитии сэндвич-панелей. После этого новый материал начал приобретать огромную популярность.

 

Именно в тот период, в 1960-х годах, сэндвич-панели впервые попадают в СССР, где оказываются востребованными, прежде всего, при строительстве объектов на крайнем севере. Так как лето в тех краях длится недолго, то быстровозводимые сооружения из сэндвич-панелей стали просто незаменимыми, хотя материал все еще имел много недостатков: панели тех времен были громоздкими, устанавливались при помощи тяжелых кранов и наполнялись не самым экологичным материалом - стекловатой. Однако, несмотря на большое количество недостатков данного вида изоляции, некоторые производители в России до сих пор его используют[15].

В СССР предприятия по выпуску сэндвич-панелей начали строить с 1974 года. Через четыре года, в 1979 году, появился первый ГОСТ на сэндвич-панели (ГОСТ 23486-79), который действует до сих пор, хотя не соответствует реалиям сегодняшнего дня[16].

После того, как в СССР случилась перестройка, и произошли резкие изменения во многих сферах жизни, спросом стали пользоваться материалы низкой стоимости. Коснулось это также и строительных материалов, в том числе сэндвич-панелей. Противопожарное законодательство также отставало и не могло оперативно реагировать на появление опасных материалов. Поэтому популярностью начали пользоваться сэндвич-панели из дешевого пенополистирола[13]. Результат не заставил себя долго ждать: произошло несколько трагических пожаров, после которых был принят ФЗ-123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», в соответствии с которым повысились требования к пожарной безопасности зданий в России, и было значительно ограничено использование пенополистирола при строительстве зданий.

В соответствие с ФЗ-123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», сэндвич-панели имеют класс конструктивной пожарной опасности К1-малопожароопасные и могут применяться в Российской Федерации при строительстве и утеплении зданий любого назначения[12].

Между тем, популярность сэндвич-панелей в России росла. С одной стороны, нашим строителям стала доступна продукция известных мировых производителей, с другой – в России появлялись производства, некоторые из которых выпускали сэндвич-панели очень высокого качества[15]. Сэндвич-панели стали доступны для массового потребителя.

К сегодняшнему дню рынок сэндвич-панелей вырос на 65% с 2005 года. Объем российского рынка сэндвич-панелей в 2007 г. составил около 1,16 млрд. долларов США, что в натуральном выражении равно 23,3 млн. кв. метров[14]. Основной рост рынка произошел за счет внутреннего производства, что говорит о развитии российских производителей, совершенствовании производственных технологий и повышении спроса на российскую продукцию.

 
            В структуре спроса можно выделить две группы потребителей: строительные компании и компании, самостоятельно занимающиеся строительством для собственных нужд[14]. Первая группа потребителей, по оценкам экспертов, занимает более 90% совокупного объема спроса. 
Исходя из специфики строительства, а также небольших различий в закупаемом ассортименте продукции, можно выделить следующие сегменты потребителей: строительство спортивных и развлекательных сооружений, строительство промышленных помещений, строительство объектов сельскохозяйственного назначения и строительство торговых, офисных и складских помещений. 
Наибольшая доля сэндвич-панелей идет на строительство торговых, офисных и складских помещений. В 2008 г. около 50,8% панелей пошло на строительство данного вида недвижимости. Согласно прогнозам, к 2014 г. эта доля возрастет до 55,2% [14]. Другие сегменты также ожидают изменения. По прогнозам экспертов, к 2014 году, спрос на сэндвич-панели претерпит изменения не только в количественном выражении, но и по географической структуре потребления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3    Текущее состояние технологии сэндвич-панелей

Если отбросить архитектурные  и эстетические требования к строительным объектам, то сэндвич-панели можно было бы назвать идеальным строительным материалом.

Во-первых, сэндвич-панели по теплотехническим характеристикам превосходят традиционные строительные материалы (кирпич, дерево, бетон) в несколько (2-10) раз[11,13].

Во-вторых, масса сэндвич-панелей в 10 - 20 раз меньше, чем у традиционных материалов. То есть можно значительно снизить нагрузки на фундамент, а в каких-то случаях обходиться и вовсе без него[1]. Значительно снижаются и расходы на транспортировку - нет необходимости в перевозке тяжелых железобетонных панелей или кирпича[2].

В-третьих, сэндвич-панели - недорогие и надежные конструкции[12], они позволяют экономить буквально на каждом этапе строительства, причем не только деньги, но и время. Например, крепление сэндвич-панели к каркасу производится очень быстро при помощи самонарезающих болтов по металлу или дереву - в зависимости от того, из чего сделан каркас[12]. Благодаря этому можно при необходимости даже демонтировать конструкцию и перевезти здание в другое место.

В четвертых, сэндвич-панели не требуют дополнительной обработки[15]. Их поверхности - тонколистовая оцинкованная сталь - еще на заводе окрашиваются краской или покрываются слоем полимера (Пурал, PVF-2 и т.д.).

Важно, что и в процессе эксплуатации здания они тоже не создают проблем[16]. Их оболочка изготавливается с антикоррозионным покрытием, материал утеплителя обладает низкой теплопроводностью, минимальным влагопоглощением, достаточной механической прочностью, высокой долговечностью. А сама сэндвич-панель устойчива к вредному ультрафиолетовому излучению, атмосферным и механическим воздействиям. Кроме того, через сэндвич-панели легко прокладываются любые коммуникации: сверлить или резать эту конструкцию намного легче, чем железобетонные панели[3].

Высокие теплоизоляционные свойства - важнейшая черта современных сэндвич-панелей. Благодаря этому при одинаковой толщине кирпичной стены и сэндвич-панели затраты на отопление снижаются в несколько раз[4,5].

Традиционные для сэндвич-панелей утеплители - минеральная вата либо пенистые изоляторы - пенополистирол или пенополиуретан. Однако сейчас появился новый вариант утепления, в которой используется сразу два материала - пенополистирол и минеральная вата. Эти материалы чередуются поперечными слоями. За счет того, что используются более жесткие элементы из минеральной ваты, общая жесткость конструкции повышается, а за счет более низкой теплопроводности пенополистирола улучшаются общие теплотехнические свойства такой сэндвич-панели. И в целом такая композиция по приведенному сопротивлению теплопередаче выигрывает по сравнению с минераловатным монозаполнителем, а по жесткости - перед однородным заполнением пенополистиролом.

Толщина сэндвич-панелей для использования в России обычно составляет 10-20 см [11]. Этот диапазон толщин охватывает все климатические регионы России.

Наиболее частый вид сэндвич-панелей, соединяющий в себе отличное качество и низкую цену - панели с наполнителем E.P.S. (пенополистирол)[11].

Сэндвич-панели со стекловолокнистым наполнителем Glasswool обладают не самыми высокими тепловыми характеристиками, но являются наименее горючими[11]. Применяются при строительстве объектов с повышенными требованиями пожарной безопасности.

Сэндвич-панели с наполнителем Polyurethan (пенополиуретан) обладают наилучшими тепловыми характеристиками из всей группы[11]. Более всего подходит для строительства холодильников и других подобных помещений.

В большинстве случаев сэндвич-панели представляют собой трехслойную конструкцию из двух профилированных металлических листов и наполнителя между ними. В качестве внешних слоев может быть использован металлический лист с различными покрытиями или без них. Обычно это холоднокатаная оцинкованная сталь с полимерным покрытием. В некоторых случаях может быть использована оцинкованная сталь без покрытия либо нержавеющая сталь. Для предотвращения повреждения металла при профилировании на него наносится специальная защитная пленка, которая снимается после монтажа панели.

В последнее время большое распространение получили сэндвич-панели, поверхности которых закрыты не металлом, а гипсокартонными плитами толщиной 6-12 мм [13]. В качестве наполнителя нередко используется жесткий пенополиуретан плотностью 50 кг/м³. Эти панели имеют соединение типа шип-паз, усиленное оцинкованным профилем толщиной 0,5 мм. Такие сэндвич-панели используют в качестве внутренних стеновых перегородок.

Их достоинства - высокая скорость монтажа, идеальная геометрия форм, легкость и небольшая толщина  стены[13].

Сэндвич-панели могут быть окрашены в различные цвета, следовательно, зданию можно придать весьма оригинальный внешний вид, чередуя тем или иным образом красочные панели[15]. Цветовое членение фасадов может быть как вертикальным, так и горизонтальным, что позволяет зрительно уравновешивать слишком плоские или слишком вытянутые в вертикальном направлении сооружения.

Помимо плоскостных панелей  выпускаются молированные варианты - то есть дугообразно изогнутые. Это позволяет делать фасады собранных из сэндвич-панелей зданий более пластичными, привлекательными и выводит их из разряда примитивных коробчатых конструкций[2]. Молированная панель - более дорогое изделие и применение актуально, когда преобладающее значение имеет привлекательность архитектурного облика сооружаемого строения, а не его низкая стоимость.