У 2023 році в Польщі розпочато виробництво модульних стінових панелей з автоклавного газобетону (АГБ). Панелі мають переваги автоклавного газобетону, але час монтажу значно коротший, що може призвести до значного зростання популярності цієї технології в Польщі. У статті розглядаються сфери застосування, технологія монтажу, порівнюється трудомісткість відносно стін з інших матеріалів та обговорюються мікроекономічні фактори, які можуть вплинути на доступні технології на ринку в майбутньому.
Блоки з автоклавного газобетону (АГБ) є найпопулярнішим матеріалом для зведення стін у Польщі [1], займаючи приблизно 42% ринку стінових матеріалів [1, 2] та 50% ринку кладочних матеріалів. Технологія виробництва стандартних блоків АГБ суттєво не змінювалася протягом останніх 10 років. Були розроблені технології виробництва легших АГБ, які можна використовувати як монолітні перегородки навіть за сучасних теплотехнічних вимог [3]. Матеріали АГБ, що використовуються як типові теплоізоляційні матеріали, також набули популярності [4]. На ринку з'явилися блоки більшого розміру, але вони не здобули такої ж популярності.
У 2023 році в Польщі розпочато виробництво нового виду продукції – модульних стінових панелей. Ці панелі мають висоту поверху та призначені як для перегородок, так і для несучих стін. Залізобетонні елементи з АГБ вироблялися та використовувалися в Польщі з 1950-х років, хоча їхня частка на ринку ніколи не перевищувала 2-5% від загального виробництва АГБ [5, 6]. Виробництво включало як вертикальні, так і горизонтальні елементи. Залізобетонні вироби з АГБ використовувалися в індивідуальному та багатоквартирному житловому будівництві. Польські вчені зробили значний внесок у розробку цього продукту, включаючи розробку стандартів виробництва та інструкцій з монтажу цих елементів. Також було розроблено багато інноваційних методів захисту арматури від корозії.
На початку 1990-х років у Польщі відбувся спад у будівництві, особливо в індустріальних методах, що дещо зупинило виробництво залізобетонних елементів. Виробники на той час відмовилися від виробництва залізобетонних елементів з АГБ, головним чином через збільшення кількості самостійного будівництва та низьку вартість робочої сили в ранній період трансформації. Наразі ми маємо справу з іншими соціально-економічними умовами, які створюють нові можливості для розвитку цих елементів.
Перегородки з модульних панелей АГБ, виготовлених за сучасними нормативами та рецептурами, використовуються в Польщі з 2012 року. Однак через імпорт з Німеччини та Нідерландів та транспортні витрати, вони набули популярності лише в кількох регіонах Польщі. Виробництво в Польщі має потенціал значно підвищити популярність цих елементів. Перспективи розвитку галузі АГБ обговорювалися в [7]. Метою цієї публікації є опис технічних можливостей використання модульних стінових панелей з АГБ, аналіз ринку та демографічних даних, які впливають на перспективи розвитку технології в сучасних реаліях.
Частки ринку та можливості застосування в різних сегментах ринку
Приблизно 50% кладочних матеріалів у Польщі використовуються в сегменті індивідуального житлового будівництва, де частка АГБ оцінюється приблизно в 55% (рис. 1). У цьому сегменті ринку АГБ набув популярності головним чином завдяки простоті монтажу та відмінним теплотехнічним властивостям. У сегменті нежитлового будівництва (близько 25% кладочних матеріалів) та реконструкції (близько 5% кладочних матеріалів) частка АГБ оцінюється приблизно в 50%. У цих сегментах АГБ набув популярності завдяки простоті монтажу та хорошим протипожежним властивостям. У сегменті багатоквартирного житлового будівництва (близько 20% ринку кладочних матеріалів) автоклавний газобетон має меншу частку ринку (близько 15%) і в основному використовується для перегородок та зовнішніх облицювальних стін.
Рис. 1: Частка ринку кладочних конструкцій в залежності від типу будівництва
Модульні стінові панелі в наявному вигляді можуть використовуватися як несучі елементи в сегменті індивідуального житлового будівництва та в нежитловому будівництві. В індивідуальних будинках оптимальні умови для використання модульних панелей АГБ забезпечуються проєктами будинків з плоским та вальмовим дахом (зазвичай чотирисхилий дах). Вони особливо корисні в типових проєктах забудовників, де коротший час будівництва та менша трудомісткість мають більший вплив на постійні витрати інвестицій.
У багатоквартирних будинках модульні панелі АГБ в основному використовуються для зведення внутрішніх перегородок. Певним обмеженням у застосуванні є висота панелей (до 3,0 м) та необхідна звукоізоляція перегородок [8], що вимагає використання важких, тонких перегородок. Однак акустичні вимоги в багатоквартирних будинках дозволяють використовувати панелі товщиною 10 см для зведення перегородок. Перевагою панелей є можливість тонкошарового оздоблення, що значно зменшує фактичну товщину перегородок. Стіни з модульних елементів також можуть використовуватися для міжквартирних перегородок як подвійні перегородки з мінеральною ватою між шарами [9]. Цей варіант, через подвійну вартість монтажу, є дорожчим у реалізації, але використовується при пристосуванні існуючих будівель під житлові приміщення, де перекриття не були розраховані на навантаження від масивних перегородок.
Вартість робочої сили та прогнозована наявність фізичних працівників у Польщі
У 2010 році витрати на робочу силу становили 28% вартості зведення стін. Через десять років витрати на робочу силу вже становили 48% вартості будівництва стін з силікатних блоків. Це пов'язано не лише із загальним зростанням вартості робочої сили. У період з 2017 по 2022 рік погодинна ставка зросла на 80%, тоді як середня заробітна плата зросла на 55% (рис. 2). Наприкінці 2023 року, через підвищення мінімальної заробітної плати, різниця зменшилася, але все ще була на користь вартості робочої сили. Отже, динаміка зростання цін на робочу силу в будівництві є більшою, ніж динаміка зростання цін на матеріали та зростання середньої заробітної плати. Витрати на оплату праці наразі вказуються як найбільша перешкода для підприємницької діяльності в будівельному секторі [13]. Рівень безробіття серед тих, хто шукає фізичну роботу в будівництві, впав нижче 1%, і 93% компаній повідомляють про бажання найняти працівників у галузях мурування та армування [14]. Зведення стін передбачає значні фізичні зусилля. Якщо припустити, що таку роботу можуть ефективно виконувати чоловіки віком 20-60 років, кількість потенційно працездатних людей зменшиться з нинішніх 11,3 мільйона до 8,0 мільйона до 2050 року [15]. Враховуючи, що кількість людей з вищою освітою зросла на 30% у період з 2011 по 2021 рік (з 17,1% до 23,1%) [16], перспектива покращення доступності працівників, охочих працювати в галузі кладки, є малоймовірною.
Рис. 2: Вартість робочої сили в будівництві за даними Intercenbud [12] порівняно зі зростанням середньої заробітної плати за даними GUS [11].
Скорочення чисельності населення не пов'язане з пропорційним зменшенням потреб у житлі. У 2021 році Польща посідала третє з кінця місце за кількістю житлових приміщень на 1000 мешканців серед європейських країн, маючи 400 порівняно з 495 житловими приміщеннями в ЄС [17]. Нова директива EPBD щодо енергетичної ефективності будівель [18] спрямована на зменшення споживання енергії в житлових будинках на 16% до 2030 року та на 26% до 2033 року. Після запровадження паспортів реконструкції, ймовірно, адаптація багатьох будівель до стандарту нульових викидів у Польщі буде занадто дорогою. У 2021 році будівлі віком понад 50 років становили 38% житлового фонду в Польщі, а понад мільйон житлових приміщень у Польщі було збудовано понад 100 років тому [19]. Адаптація таких будівель до сучасного стандарту викидів передбачає значно вищі витрати, особливо з огляду на те, що утеплення таких будівель часто неможливо здійснити традиційним способом [20].
З огляду на вищезазначене, багато факторів вказують на те, що кількість людей, охочих виконувати фізичну роботу, зменшиться, потреба в енергоефективних житлових будинках зросте, що, безсумнівно, суттєво вплине на сучасні популярні технології кладки. Без механізації ці роботи стануть занадто дорогими і можуть бути замінені іншими технологіями. Навіть сьогодні багато підрядників повідомляють, що єдині люди, готові виконувати постійну важку фізичну роботу, – це люди старше 40 років.
Концепція виробництва модульних панелей з АГБ
У 2023 році виробництво панелей з АГБ розпочалося на двох заводах у Польщі – в Остроленці (виробничий завод Ytong, частина Xella Group) та в Снядово (виробничий завод Prefbet Śniadowo) [21]. Хоча ці елементи історично вироблялися в Польщі, обладнання заводу та концепція асортименту продукції були перероблені, що дозволило адаптувати продукцію до сучасних матеріальних та будівельних вимог. Армування на заводі в Остроленці складається з ребристих стрижнів, що поставляються в бухтах. Арматура автоматично нарізається та подається на станцію армування, де її підвішують на сталевих голках. На станції армування також розміщується транспортний анкер. Арматурний каркас потім занурюють в антикорозійну фарбу та транспортують на стоянку. Після висихання фарби форму з встановленою та захищеною від корозії арматурою транспортують до камери твердіння. Голки, що підвішують арматуру, виймають із суміші, яка набирає початкової міцності після кількох годин перебування в камері твердіння, що гарантує незмінність положення стрижнів. Потім армовані панелі автоклавуються, а подальші відмінності порівняно з дрібнорозмірними блоками виникають лише під час пакування. Вироблений асортимент за густиною аналогічний стандартним блокам. Асортимент елементів, призначених для використання в несучих стінах, представлено в таблиці 1 [22]. Вага одного елемента, залежно від розмірів, типу та вмісту вологи, коливається від 56 до 291 кг.
Таблиця 1. Типи модульних панелей з АГБ для несучих стін
| Товщина | Міцність на стиск | Середня суха густина | Призначення |
| 36,5 см | 2,2 | 300 | Зовнішні монолітні стіни (U = 0,20 Вт/(м²·К)) |
| 20 см | 4,0 | 475 | Внутрішні несучі стіни або зовнішні стіни, призначені для утеплення |
| 24 см |
Кожен із зазначених вище елементів доступний у розмірах, вказаних у таблиці 2. Чотири доступні довжини елементів дозволяють легко адаптувати існуючі проєкти, причому адаптація не впливає на положення перегородок та отворів більше ніж на 3,75 см. Концепція передбачає наявність на складі 11 типів панелей кожної ширини. Елементи висотою 800 мм використовуються для стін у підвіконній зоні, елементи висотою 1800-2400 мм використовуються як елементи, що підтримують перемички, а елементи висотою 2600-3000 мм використовуються для фрагментів стін на повну висоту. Висота стіни збільшується на висоту стартового шару (100 або 200 мм), який рекомендується для вирівнювання поверхні плити або фундаментної стіни. У системі можливо зводити стіни з модулем висоти 100 мм. Ця концепція є продовженням програми «Ефективне будівництво», в рамках якої протягом останніх років було розроблено два інноваційні міні-крани для зведення стін з силікатних блоків та запроваджено послугу «Будівельні послуги», що дозволяє замовляти стіни безпосередньо у виробника разом з монтажем. Виробник надає разом із продуктом плани монтажу, розроблені в середовищі BIM.
Таблиця 2. Розміри доступних панелей з АГБ для зведення несучих стін
| Висота/довжина, мм | 299 | 374 | 449 | 599 |
| 800 | + | |||
| 1800 | +1) | |||
| 2000 | + | |||
| 2200 | + | |||
| 2400 | + | +1) | +1) | +1) |
| 2600 | + | + | + | + |
| 2800 | + | + | + | + |
| 3000 | +1) | +1) | +1) | +1) |
1) Елементи, що користуються особливим попитом
Асортимент для зведення перегородок (таблиця 3) випливає з акустичних вимог у багатоквартирних будинках [8]. Оскільки перегородки використовуються в будівлях зі стінами з різних матеріалів і різними модулями висоти, необхідне виробництво з градацією висоти кожні 2 см, від 2600 мм до 3000 мм. Виробництво панелей є безвідходним, тобто невикористаний об'єм форми надходить у резервуари для шламу і потім знову додається у виробництво. На відміну від монтажу дрібнорозмірних блоків, система вимагає плану монтажу, який включає розташування панелей. Залежно від етапу інвестиції, на якому здійснюється адаптація, проєкт вимагає незначних змін розмірів або модифікується для оптимального застосування технології. У разі адаптації будь-які зміни, що виникають внаслідок модуля ширини плит, можуть бути компенсовані залізобетонними колонами.
Таблиця 3. Доступні типи панелей з АГБ для внутрішніх ненесучих стін та перегородок
| Товщина | Міцність на стиск | Середня суха густина | Призначення |
| 7,5 см | 5,0 | 625 | Стіни між кімнатами в багатоквартирних будинках (RA₁ ≥ 37 дБ) [8] |
| 10 см | 5,0 | 625 |
Стіни між кімнатами та ванними кімнатами в багатоквартирних будинках (RA₁ ≥ 40 дБ) [8]
|
Монтаж модульних панелей з АГБ
Несучі модульні панелі з АГБ встановлюються за допомогою підйомного обладнання. Можливий монтаж за допомогою типового будівельного крана, телескопічного поворотного навантажувача, міні-крана або підйомного обладнання на транспорті типу HDS. Оренда міні-крана не є дорогою, але вимагає доставки обладнання. Саме тому це не є оптимальним обладнанням, якщо тільки підрядники не володіють таким обладнанням. Монтаж з коліс за допомогою підйомного обладнання HDS можливий на невеликій відстані від виробничого заводу, оскільки такий транспортний засіб має меншу вантажопідйомність, що значно впливає на ціну матеріалу, що доставляється на будівельні майданчики, розташовані на відстані понад 50-100 км від виробничого майданчика. Найбільш ефективним методом монтажу є кран на колісному шасі, який зазвичай здатний встановити стіни індивідуального будинку з одного або максимум двох робочих положень.
Модульні панелі з АГБ, призначені для використання як несучі стіни, оснащені транспортними анкерами, до яких кріпляться кільцеві муфти. Зведення стін починається з укладання першого шару дрібнорозмірних блоків, який служить для вирівнювання поверхні для монтажу панельних елементів. Панелі встановлюються бригадою, що складається з двох монтажників і кранівника, вартість праці яких включена у вартість оренди обладнання. При встановленні панелей вертикальні шви заповнюються, причому розчин зазвичай наноситься перед підйомом елемента. Після встановлення панелі стабілізуються шляхом прибивання двох сталевих скоб, а кожна четверта панель фіксується косою підпіркою. Для монтажу використовується спеціальний розчин, товщина якого не повинна перевищувати 3 мм. Елементи не оснащені вертикальними з'єднаннями. З'єднання тільки за допомогою розчину означає, що взаємна передача навантаження між елементами не враховується в проєкті. Підпірки знімаються після завершення улаштування перекриття [34]. На рис. 3 показано приклад монтажу панелей, що використовуються для зведення несучих стін.
Рис. 3 Будівництво дитячого садка в Битом, Польща, з використанням модульних панелей з АГБ
Для підйому панелей для перегородок з піддона найчастіше використовується ручний візок. Цей візок застосовується для транспортування до місця призначення та служить робочим столом у разі необхідності різання панелі. Перед підйомом панелі встановлюються гумові блоки, які служать компенсаційними швами від стелі або несучих стін. Панелі встановлюються шляхом повороту. Під час встановлення панель піднімається спеціальним підйомником, а під нижній край підкладаються дерев'яні клини. Після встановлення нижня порожнина заповнюється звичайним розчином, а порожнина стелі та компенсаційні шви від несучих стін заповнюються поліуретановою піною [23]. На рис. 4 показано приклад встановлення панелей, що використовуються для перегородок.
Рис. 4 Перегородки з модульних панелей АГБ у багатоквартирному будинку в Ломжі, Польща.
Підсумок та перспективи
У 2023 році в Польщі розпочато виробництво модульних стінових панелей з АГБ, що поєднують переваги АГБ зі швидшим часом монтажу. Ці панелі призначені як для несучих стін, так і для перегородок, з метою вирішення проблеми нестачі робочої сили, зростання вартості будівництва та зростання попиту на енергоефективне житло. Хоча блоки АГБ домінують на польському ринку, модульні панелі можуть набути популярності завдяки зниженій трудомісткості та сумісності з сучасними будівельними стандартами. Проблеми включають обмежену звукоізоляцію для певних видів використання та високі транспортні витрати для виробництва не на місці. Інновації у виробництві панелей та техніках монтажу, такі як автоматизоване армування та механізований монтаж, підтримують їхній ринковий потенціал.
Друга частина цієї статті зосереджена на часі будівництва та трудомісткості монтажу панелей, безпеці під час монтажу модульних панелей з АГБ, впливі на навколишнє середовище та стійкості, і, нарешті, на ринковому потенціалі модульних армованих панелей.
Література
[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 w 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 w budynkach - Część 3: Wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej przegród w 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 on10.07.2024)
[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 performanceof 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).