Бетонные перекрытия.

Бетонные полы бывают разных форм и могут быть использованы для обеспечения большого теплового комфорта и жизненных преимуществ. Плиты могут быть наземными, подвесными или сочетать оба варианта. Они могут быть изолированы как снизу, так и по краям. Обычный бетон обладает высокой воплощенной энергией. Это был самый распространенный материал, используемый в плитах, но доступно несколько новых материалов с резко сниженным воздействием на окружающую среду. Так например можно приобрести плиты перекрытия пно.

Различные виды

Некоторые типы бетонных плит могут быть более подходящими для конкретного участка и климатической зоны, чем другие.

Slab-на-земле

Плита на земле является наиболее распространенной и имеет два варианта: обычные плиты с глубокими выкопанными балками и плиты вафельных коробочек, которые располагаются у уровня земли и имеют решетку из пенополистирольных пенопластовых капсул в качестве пустотообразных элементов, образующих лабиринт балок между ними. Обычные плиты могут быть изолированы под широкими панелями пола; вафельные трубочки по определению изолированы снизу. Оба могут извлечь выгоду из изоляции края плиты.

Подвесная плита

Подвесные плиты формируются и заливаются на месте с помощью съемной или «потерянной» несущей опалубки или постоянной опалубки, которая является частью арматуры.

Сборная плита

Сборные плиты изготавливаются за пределами площадки и устанавливаются на место, либо в готовом виде, либо с дополнительным тонким слоем бетона сверху. Они могут быть изготовлены из обычного или постнапряженного железобетона или из автоклавного газобетона (AAC) (см. Автоклавный газобетон).

Фото: Envirotecture

Подвесная плита со съемной опалубкой, перед установкой арматуры.

Фото: Envirotecture

Подвесная плита со съемной опалубкой, готовая к заливке бетона

Постоянная структурная опалубка с верхним усилением на месте, готовая к бетонированию.

Фото: Austral Precast

Панели пола из сборного железобетона установлены и готовы к легкому верхнему армированию и заливке тонкой плиты перекрытия.

Преимущества бетонных плит

Тепловой комфорт

«Тепловая масса» описывает потенциал материала для накопления и повторного выделения тепловой энергии. Иногда его называют «кондиционирование здания», что гораздо эффективнее, чем кондиционер. Материалы с высокой тепловой массой, такие как бетонные плиты или тяжелые стены, могут помочь регулировать комфорт в помещении, действуя как температурный маховик: излучая или поглощая тепло, они создают эффект нагревания или охлаждения на теле человека (см. Тепловая масса).

Тепловая масса полезна в большинстве климатических условий и особенно хорошо работает в прохладном климате и климате с высокой температурой днем ​​и ночью. Чтобы быть эффективной, тепловая масса должна использоваться в сочетании с хорошим пассивным дизайном, а также должна учитывать возможность включения стен с высокой массой, поскольку они могут обеспечить преимущества «кондиционирования здания» вместо бетонных перекрытий или вместе с ними (см. Дизайн для климата; Пассивное солнечное отопление; Пассивное охлаждение).

Зимой плиты должны быть спроектированы так, чтобы они могли поглощать тепло от солнца (или других источников низкой энергии). Это тепло накапливается тепловой массой и затем излучается в течение многих часов.

Летом плиты должны быть защищены от прямых солнечных лучей и подвергаться воздействию холодного ночного бриза и радиации ночного неба, чтобы тепло, собираемое в течение дня, могло рассеиваться.

Плита на земле может быть заземлена (неизолирована) или изолирована. Неизолированная плита в хорошем пассивно спроектированном доме имеет температуру поверхности примерно такую ​​же, как и стабильная температура грунта на глубине около 3 м. В зависимости от вашего местоположения, это может быть или не быть желательным. Соединение с грунтом в зонах с умеренным климатом, таких как Перт, Брисбен или прибрежный НЮУ, позволяет плите пола хорошо изолированного дома достигать стабильной температуры земли: прохладнее летом, теплее зимой. Зимой добавленное солнечное усиление повышает температуру поверхности плиты до очень комфортного уровня.

В климатах с более холодными зимами, таких как Мельбурн или южное высокогорье Нового Южного Уэльса, температура в глубине земли слишком низкая, чтобы позволить пассивному солнечному нагреву быть достаточно эффективным. В этих местах плиты должны быть изолированы снизу, что уменьшает количество тепла, необходимое для достижения комфортных температур. В северной Австралии заземление все еще работает хорошо, если только здание не будет кондиционировано, и в этом случае изоляция плиты — особенно краев — необходима.

долговечность

Долгий срок службы — высокая воплощенная энергия бетона может быть компенсирована его постоянством. Если арматура правильно спроектирована и размещена, и если бетон размещен и уплотнен хорошо, так что нет пустот или пористых областей, бетонные плиты могут иметь практически неограниченный срок службы.

Для обеспечения долговечности плиты контролируйте растрескивание с помощью:

• правильная подготовка фундаментов
• соответствующее содержание воды: избыток воды вызывает растрескивание и ослабление плиты
• надлежащее размещение и уплотнение
• надлежащее отверждение с использованием отверждающей мембраны в первые 3–7 дней (непрерывное смачивание является обычной практикой, но также потребляет большое количество воды)
• соответствующее строительное планирование, позволяющее 28 дням, или продолжительности, указанной вашим инженером-строителем, для того, чтобы бетон достиг проектной прочности перед тем, как разместить значительные нагрузки.

Устойчивость к термитам — Для строительства с минимальным риском термитов бетонные плиты должны быть спроектированы и изготовлены в соответствии с австралийскими стандартами, чтобы иметь минимальное растрескивание при усадке. Суставы, проникновения и край плиты должны быть обработаны.

• Обработка края плиты может быть достигнута просто путем экспонирования минимум 100 мм края плиты над землей или асфальтоукладчиком, образуя зону контроля на уровне земли.
• В тех случаях, когда кирпичная полость проходит под землей, физические барьеры должны устанавливаться с использованием листовых материалов, включая нержавеющую сталь, пропитанный термитоцидами полиэтиленовый барьер для пара (tPVC) и / или влажный слой, мелкую сетку из нержавеющей стали или мелкозернистый камень.
• Проникновение труб через бетонные плиты требует физического барьера. Варианты включают листовые материалы, такие как tPVC, сетка из нержавеющей стали или градуированный камень.
• Хотя физические барьеры являются экологически предпочтительными, химические средства сдерживания также доступны, которые необходимо повторно применять через регулярные промежутки времени для поддержания эффективности. Доброкачественные природные средства сдерживания могут быть применены с помощью постоянной сетчатой ​​трубы, подобной системе капельного орошения.

Проблемы дизайна

Принципы пассивного солнечного проектирования и высокая масса конструкции хорошо сочетаются друг с другом, и бетонные плиты, как правило, являются самым простым способом добавить тепловую массу в дом. Жилые комнаты должны быть обращены на север, за исключением жаркого влажного климата, чтобы зимнее солнце могло вкладывать тепло в плиту. Бетонные плиты работают лучше с увеличением суточного температурного диапазона. (см. Дизайн для климата)

В конструкции должна быть предусмотрена естественная вентиляция , чтобы тепло, хранящееся в плите, рассеивалось летними вечерами, особенно для плит на верхних этажах, где накапливается теплый воздух. Зону от верхнего пространства от нижних жилых зон, где это возможно, и обеспечьте естественную вентиляцию помещения. Это особенно важно, если спальни расположены наверху, чтобы обеспечить комфорт ночного сна.

Изоляция края плиты в более прохладном климате предотвращает выход тепла через края плиты. Эта изоляция должна быть разработана, чтобы дополнить конструкцию фундамента (как показано на примере детали ниже), и должна проводиться в консультации с инженером-строителем (см. Изоляция).

Изолированный край плиты.

Возможно установить теплоизоляцию кромки плиты на существующие плиты на земле. Хотя ремонтные работы — идеальное время для этого, это может быть сделано в любое время. Сначала обратитесь за советом к инженеру по поводу нарушения фундамента и восстановления материала, и не нарушайте барьеры от термитов.

Балконы, которые простираются от главной плиты дома, действуют как тепловой мост, проводя неконтролируемое тепло внутрь или наружу здания. Разработайте эти плиты так, чтобы они были термически независимыми от основной плиты, установив изолятор на стыке, скрытый под внешними дверями и стенами.

Установка теплового разрыва между балконом и зданием предотвращает нежелательный теплообмен.

Акустику нужно учитывать. Как правило, бетонные плиты — отличный способ уменьшить передачу музыки или разговорного шума с одного уровня дома на другой и между комнатами на одном уровне. Эти воздушные шумы не передаются через плиту, но ударные шумы, например, высокие каблуки на плиточном полу, можно услышать в комнате ниже. Акустический барьер может быть включен в потолок, чтобы уменьшить такой шум.

Дома открытой планировки могут передавать больше шума, чем это удобно, из одной жилой зоны в другую. Термически эффективный твердый пол усугубляет это, поэтому другие элементы в комнате должны быть разработаны, чтобы ограничить шум.

• Разработайте план этажа, чтобы при необходимости можно было перекрывать пространства друг от друга.
• Большие плоские потолки отражают слишком много шума. Сброшенные переборки, наклонные потолки или подвесные шкафы вокруг кухонь помогают поглощать и рассеивать звук, особенно если они облицованы текстурированными или более мягкими материалами.
• Используйте абсорбирующие материалы на стеновых панелях или добавьте большие тканевые настенные ковры. Тяжелые шторы и занавески также могут помочь поглощать звук (см. Контроль шума).
• Напольные панели AAC имеют приблизительно 30% массы обычного бетона и, следовательно, предлагают значительные акустические преимущества наряду с тепловым комфортом благодаря своим изоляционным свойствам. Плиточный пол на песчано-цементном слое может заметно увеличить тепловую массу (см. Автоклавный газобетон).

Ремонт часто может включать в себя бетонные плиты, даже если оригинальное здание не делает. Добавленные комнаты могут использовать плиту на земле или подвесные плиты. При ремонте помещений с деревянными полами часто можно заменить древесину бетонной плитой для дополнительной тепловой массы и тишины под ногами.

Эти плиты могут быть подвешены на первоначальных стенах и основаниях основания, или, если старый пол находится близко к земле, они могут быть заполнительной плитой. Наибольшее преимущество достигается при соблюдении принципов пассивного проектирования (см. Пассивное солнечное отопление; Пассивное охлаждение).

Защита от термитов как для новых, так и для старых сооружений требует пристального внимания на стыке между ними. Позаботьтесь о том, чтобы построить непрерывные физические барьеры, и всегда предоставляйте полный доступ для осмотра к перекрестку в домах с фальшполом.

Отделочные

Чтобы тепловая масса бетонной плиты работала эффективно, она должна иметь возможность взаимодействовать с интерьером дома. Покрытие плиты изоляцией, такой как ковровое покрытие, снижает эффективность термической массы. Тем не менее, широкое разнообразие доступных покрытий позволяет использовать тепловую массу.

Чтобы тепловая масса бетонной плиты работала эффективно, она должна иметь возможность взаимодействовать с интерьером дома.

Плитки, скрепленные цементом или клеями на основе цемента, обычно доступны во многих цветах, размерах и узорах, но избегают клеев на резиновой основе, которые имеют изолирующий эффект. Более темные цвета с матовой поверхностью работают лучше, чем светлые блестящие покрытия. Выбор включает керамическую плитку, сланцевую плитку, терракотовую плитку, брусчатку и кирпич.

Полированный бетон включает два различных типа отделки: полы, обработанные шпателем (с или без покрытия после нанесения), и полы с шлифовкой и полировкой или абразивоструйной обработкой. Многие виды отделки можно использовать в комбинации для достижения более широкого диапазона результатов, чтобы удовлетворить любой стиль и вкус. Отделка шпателем включает в себя:

• Стальная шпатель, где для поверхности плиты используется обычная шпаклевка или машинная шпатлевка, обычно с нанесенным прозрачным герметиком, предпочтительно с низким содержанием летучих органических соединений (см. Здоровый дом)
• полированный бетон, поверхность которого покрыта мелкозернистой сталью, доводя поверхность до глянцевой поверхности без каких-либо следов затирки.

Цветной бетон можно использовать в стальных шпателях или полированных полах для достижения различных результатов. Для выполнения этой работы рекомендуется привлекать опытных специалистов-подрядчиков. Цвета могут быть применены в виде оксидов в смеси, или в виде пигментов «сухого встряхивания», нанесенных на свежеприготовленный бетон с последующим затиранием, или в качестве химического окрашивания.

Химические пятна используются со стальным шпателем или полированной отделкой. Соли металлов переносятся на поверхность бетона слабыми кислотами, делая пятна глубокими и стойкими. Пилы могут быть добавлены для улучшения или отдельных цветовых панелей.

Шлифованные и полированные отделки включают в себя:

• открытый заполнитель, где нормальный серый бетон отшлифован на несколько миллиметров, чтобы выявить любой заполнитель, существующий в плите; часто используется в реконструкциях старых зданий, чтобы раскрыть некоторые из их истории
• подвергаются воздействию выбранных заполнителей, где цвет цемента и заполнитель в новой плите тщательно отбираются, поэтому, когда поверхность отшлифована, они дают желаемый эффект
• абразивоструйная обработка бетонной поверхности для выявления различных воздействий и обеспечения более безопасной поверхности, особенно в местах, которые могут быть подвержены воздействию влаги, включая входы и влажные участки.

Начинки, такие как терраццо, также могут использоваться сами по себе или вместе с некоторыми из эффектов, перечисленных выше, чтобы обеспечить интересные визуальные эффекты, которые не влияют на тепловые характеристики.

Некоторые варианты требуют тщательной защиты плиты во время последующих строительных работ.

Многие отделочные материалы имеют определенный уровень токсичности; доступны экологически предпочтительные альтернативы, такие как пчелиный воск или другие натуральные восковые полироли, хотя они требуют регулярного повторного нанесения и полировки для сохранения блеска.

Дополнительное отопление

Дополнительное отопление может потребоваться при недостаточном солнечном доступе. Поскольку бетонные плиты обладают такой большой тепловой массой, они хорошо подходят для систем отопления в плитах с длительным циклом, при условии, что они эффективны. Медленное время отклика в слябах, составляющее два часа или более, делает его непригодным для работы неполный рабочий день или для мест, где это может потребоваться периодически, если только оно не работает исключительно на солнечной энергии. Плиточное отопление лучше всего подходит для домов с постоянной или высокой заполняемостью, где оно работает всю зиму. Изоляция требуется во всех случаях для уменьшения потерь тепла на землю (см. Изоляция; Установка изоляции; Отопление и охлаждение).

Гидравлическое отопление использует солнечную воду в коллекторах на крыше для передачи тепла на плиту. Это очень энергоэффективно и имеет низкие эксплуатационные расходы.

Гидравлическое отопление от солнечной энергии : Гидравлическое отопление очень энергоэффективно, так как это своего рода пассивный солнечный обогрев «де-факто», когда солнечная энергия воспринимается коллектором на крыше, а вода (которая имеет очень высокую тепловую массу) используется для переноски это в плиту. Это особенно полезно, когда окна и двери не подвергаются воздействию солнца. Разработанный должным образом, он имеет очень низкие эксплуатационные расходы. Очень теплая вода доставляет тепло к плите через специальные трубопроводы, встроенные в бетон около вершины. Солнечная гидроника может также стимулироваться рядом источников энергии, включая наземные тепловые насосы, газовые горелки и рекуператоры тепла. В отличие от электрического змеевика, в климатических зонах с низкой влажностью, гидравлическое отопление летом может быть включено в обратном цикле, сбрасывая избыточное тепло в ночное небо.

Фото: Envirotecture

Гидравлический нагревательный трубопровод установлен на верхней арматурной сетке подвесной плиты с постоянной структурной опалубкой, изолированной снизу.

Нагрев с электрическим сопротивлением : Нагреватели с электрическим сопротивлением являются наиболее распространенным типом нагрева сляба и прикрепляются к арматуре перед заливкой сляба. Они обычно управляются переключением по времени, так что относительно равномерная температура может поддерживаться в течение ежедневного цикла с периодами дозаправки всего несколько часов в день. Если такая система не будет работать на возобновляемых источниках энергии, таких как большая фотоэлектрическая система на крыше, это повлечет за собой высокие эксплуатационные расходы и выбросы парниковых газов.

Структурные проблемы

Реактивные участки почвы могут быть сложными, но «плавающие» бетонные плиты из плотного бетона хорошо справляются с этими условиями. В некоторых застывших плотных плитах (известных как вафельные плотные плиты) регулярно образуются пустоты, образующие близко расположенные глубокие усиленные балки, пересекающие нижнюю сторону плиты.

Пустоты — это пенопластовые коробки, которые изолируют плиту, но есть и другие альтернативы, связанные с грунтом. К ним относятся запатентованные системы, в которых используются переработанные шины или повторно использованные бутылки с моющим средством, заполненные водой, сгруппированные вместе в виде пустот.

Крутые участки могут иметь геотехнические требования, которые делают практически невозможным строительство перекрытий. Подвесная плита может быть подходящим способом получить преимущество от термической массы на крутом участке. Типичная конструкция каркаса полюса может быть легко адаптирована для включения плиты. Нижняя сторона плиты должна быть изолирована в большинстве климатических условий (см. Изоляция; Установка изоляции).

Подвесная изоляция плиты.

Постоянная структурная опалубка или одна из многих альтернатив сборных полов обычно являются наиболее экономически эффективным способом строительства надземных подвесных плит. Они обычно проектируются инженером и устанавливаются строителями или специализированными субподрядчиками. Подвесные бетонные полы могут быть закреплены на деревянных конструкциях и не обязательно требуют поддержки из стали или каменной кладки, если они спроектированы квалифицированным инженером с опытом проектирования деревянных конструкций. Это уменьшает общую воплощенную энергию и делает менее затратной конструкцию.

В циклонических зонах бетонные плиты, особенно на земле, являются средством крепления всего здания от экстремальных ветровых нагрузок. Конструкция должна быть спроектирована целостно, чтобы обеспечить соблюдение соответствующих норм.

Отверждение всех строительных материалов на основе цемента является ключом к достижению расчетной прочности и других требуемых свойств, особенно со структурными бетонными плитами. Для достижения расчетной прочности бетона требуется 28 дней, хотя минимальная расчетная прочность может быть достигнута за меньшее время, если бетон определен соответствующим образом. Важно, чтобы режим отверждения, определенный инженером-конструктором, точно соблюдался.

Уплотнение во время укладки обычно достигается за счет вибрации бетона. Это уменьшает количество воздуха, попавшего в бетон, давая более плотный, прочный и долговечный бетон, способный лучше противостоять растрескиванию при усадке. Более глубокие балки должны быть уплотнены; тонкие плиты (обычно толщиной 100 мм) получают надлежащее уплотнение посредством операций укладки, укладки и отделки.

Подвесные сборные панели пола могут создавать четкие пролеты по труднопроходимой местности с акустическими и тепловыми преимуществами по сравнению с деревянным полом и позволяют быструю установку на месте. Тем не менее, их нагрузки выше, и структурной поддержке на каждом конце должно быть уделено больше внимания.

Воплощенная энергия и жизненный цикл

Цементы с низким содержанием энергии

Новые цементы, такие как геополимеры («электронный бетон») и магниевые цементы, сокращают выбросы парниковых газов. До недавнего времени они были доступны в очень ограниченных количествах, но растущая коммерциализация делает их более доступными. Некоторые устанавливаются путем поглощения углекислого газа, что резко снижает углеродный след бетона.

Некоторые новые цементы устанавливаются путем поглощения углекислого газа, что резко снижает углеродный след бетона.

Альтернативные формы бетона с очень низкой воплощенной энергией также становятся все более доступными, такие как пеньковый бетон. При этом используются промышленные конопляные волокна в сочетании со связующими на основе извести для отделения углекислого газа в течение всего срока службы здания. Он основан на древней технологии, но использует современные технологии производства, чтобы сделать его экономически эффективным.

ПРИМЕЧАНИЕ. Проектирование бетонных конструкций и состав бетонных конструкций должны выполняться персоналом с соответствующей квалификацией. Материал в этой публикации не является заменой профессионального совета — всегда консультируйтесь со структурным инженером.

Сниженная воплощенная энергия с переработанным содержанием

Бетон состоит из трех основных компонентов: крупнозернистый заполнитель (камень), мелкозернистый заполнитель (песок) и цемент с добавлением воды в смесь, чтобы катализировать реакцию, которая вызывает его затвердевание. Основными воздействиями бетона на окружающую среду являются выбросы парниковых газов при производстве цемента и добыча сырья. Замена части цемента отходами может значительно снизить количество энергии и выбросов парниковых газов. Они называются «удлинителями» и обычно доступны на большинстве бетонных заводов.

Крупный заполнитель и песок могут быть заменены переработанными материалами, такими как дробленый бетон от разрушения, шлаковые заполнители и переработанный песок. Это уменьшает объем захоронения отходов, уменьшает объем вложенной энергии и может снизить затраты (см. Раздел «Объем вложенной энергии»). Общий подход заключается в использовании 30% переработанного заполнителя для типичного конструкционного бетона. Нет заметных различий в работоспособности и прочности, хотя инженер-строитель всегда должен указывать окончательный состав. Можно использовать до 100% переработанного крупного заполнителя в бетоне в контролируемых условиях.

Вторичная переработка каменной кладки также может привести к получению тонкоизмельченного песка, а также других промышленных побочных продуктов, таких как молотое стекло, зола уноса, зольный остаток и шлаковый песок. Тем не менее, свойства этих продуктов могут изменить характеристики бетона, и всегда должны использоваться с профессиональным техническим руководством.

Заменители портландцемента (также называемые «дополнительными цементирующими материалами») включают зольную пыль, шлак доменной печи и пары кремнезема, которые являются отходами других производственных процессов. Новые технологии включают использование реактивной магнезии в сочетании с портландцементом. Доступны различные смешанные цементы, некоторые с высокими пропорциями наполнителей (до 85%), заменяющих портландцемент. Использование этих удлинителей значительно снижает выбросы парниковых газов.

Большинство серийных заводов могут поставлять смешанные цементы. На некоторых небольших заводах может быть нецелесообразно иметь два цементных силоса или дополнительный силос для летучей золы или шлака, но ручная загрузка может быть вариантом.

В то время как шлаковые агрегаты легко доступны в районах, близких к сталелитейным заводам, транспортные расходы могут запретить их использование в более отдаленных районах. По тем же причинам производимые пески и дробленый бетон могут быть недоступны во всех областях.