**Что такое теплоизолированный фундамент?**
Когда 80-е годы ХХ века в странах с холодными территориями – Скандинавии, Канаде, а в 90-е годы ХХ века и в США стали разрабатывать теплоизолированные фундаменты, то представляли это как крупное научное и практическое достижение в области строительства. С чем-то подобным мы сталкиваемся ныне в России...
В пятом номере журнала "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века" за 2007 год имеется статья начальника технического отдела ООО "Пеноплэкс СПб", кандидата технических наук А. И. Бек-Булатова. В статье автор говорит, что одним из направлений деятельности его компании является разработка и внедрение в России новых(!) технологий, использующих сравнительно новый для нашей страны материал – плиты из экструдированного пенополистирола и изделия на его основе. В частности, технология устройства морозозащищенных фундаментов мелкого заложения [1].
Действительно, этот тип фундамента, включающий в свой состав теплоизоляционный материал, получил за рубежом специальное название: (МФМЗ) морозозащищенный фундамент мелкого заложения, или, в оригинале: (FPSF) frost-protected shallow foundations [2]. Нами же была предложена более понятная и простая аббревиатура: ПТФ – поверхностный теплоизолированный фундамент.
Что же касается новизны, то проведем небольшой экскурс в историю данного вопроса...
По такой технологии построено уже несколько миллионов квадратных метров индивидуального жилья, в основном 1-2-этажного. Всё строительство считается экспериментальным – за домами ведутся постоянные наблюдения, главная цель которых – установить предельные
ресурсы долговечности различных теплоизоляционных материалов, находящихся многие годы в земле.
Никаких противопоказаний их применению не выявлено. Такой вывод следует из 30-55-тилетних(!) наблюдений за дорогами на пенопласте, за гидротехническими сооружениями и особенно – за поведением пенопласта в стенах домов.
Конструкция МФМЗ–ПТФ обеспечивает эффективную защиту от промерзания и от всех известных негативных проявлений морозного пучения грунтов. Следствием является резкое сокращение материалоемкости и объемов земляных работ: глубина заложения ПТФ составляет 0.5-0.8 м вместо привычных в Средней России 1.5-2.5 м, а на Севере и на Востоке – до 3-3.5 м (!), назначаемых по условиям промерзания грунтов.
[В качестве иллюстрации Вам послужат рисунки теплоизолированных фундаментов, что содержатся в архиве по адресу: http://extrol.izdanie.biz/shf3.zip.]
При использовании конструкций МФМЗ–ПТФ промерзания грунта под зданием (сооружением) просто не будет! Одновременно решаются вопросы сокращения теплопотерь – это, несомненно, огромный резерв экономии тепловой энергии при эксплуатации дома. [Иллюстрациями Вам послужат рисунки фундаментов традиционного типа, что содержатся в архиве по адресу: http://extrol.izdanie.biz/shf2.zip.]
К слову, опасность промерзания грунтов можно описать следующим образом. В процессе промерзания в большинстве грунтов происходит рост кристаллов льда за счет поступления (миграции) воды из незамерзших слоев или от воды, накопившейся вокруг фундамента в предзимний период и из других источников. Силы пучения настолько велики, что могут поднять даже нагруженный фундамент, если он не заглублен ниже границы промерзания. В результате поверхность грунта поднимается от 2-3, иногда до 10-15 см, часто вместе с домом.
Об эффективности МФМЗ-ПТФ можно судить по ставшей уже крылатой фразе крупного американского строителя К. Р. Кендалла, который после изучения
опыта строительства и эксплуатации зданий заявил: "Автор и его сотрудники теперь убеждены, что никогда не вернутся к фундаментам глубокого заложения, перетаскиванию бетонных блоков, засыпке и трамбовке гор земли".
Как показано на рисунке 1.а [рисунок Вы можете взять в архиве по адресу:
http://extrol.izdanie.biz/shf1.zip],
ПТФ представляет собой обычный фундамент, под подошвой которого (и на некотором расстоянии от него) укладывается слой теплоизоляционного материала (экструдированного пенополистирола), который может воспринимать нагрузки от сооружения и одновременно – предотвращать промерзание грунта ниже подошвы. ПТФ будут эффективны и в случае свайных фундаментов: под свайным ростверком также не должно быть мерзлого грунта.
Эта конструкция в 1999 году защищена патентом России (В.В. Лушников и
Ю.Р. Оржеховский, [3]). Одна из первых публикаций по данной теме также появилась ещё в 1999 году [4].
Отличие его от зарубежных аналогов (МФМЗ) состоит в том, что пенополистирол выполняет не только теплозащитные, но ещё и опорные функции, т. е. воспринимает нагрузки от строения. По-видимому, ранее всем мешал сложившийся стереотип мышления: "Логично ли, что под прочным материалом (бетон, камень) с расчетным сопротивлением 50-100 кгс/см кв. укладывается малопрочный материал с прочностью всего 3-4 кгс/см кв.?"
Действительно, если считать теплоизоляцию продолжением фундамента, то такое недоумение имеет основания. Но ведь сам фундамент, будучи достаточно прочным, испокон веков опирали на грунт, прочность которого в 10, а то и в 100 раз меньше! И ни у кого никогда это не вызывало недоумения. Если же посчитать теплоизоляцию не продолжением фундамента, а "началом" грунта, то такое мнение коренным образом меняется.
Прочность пенополистирола, как правило, более высокая, чем у большинства грунтов. Он не более сжимаем, чем грунт, а долговечность его ничуть не меньше, чем у более прочных материалов.
Другая конструкция, также защищенная патентом России в 2004 году (В.В. Лушников, Ю.Р. Оржеховский и В.В. Веселов, [5]), показанная на рисунке 1.б, [этот рисунок, как и предыдущий, находится в архиве по адресу: http://extrol.izdanie.biz/shf1.zip] решает защиту от промерзания по-другому, без выполнения опорных функций. Теплотехнические расчеты показывают, что промерзание грунта можно исключить изоляцией фундамента с обеих его граней сверху (и с боков), укладкой изоляции под отмостку, под пол, в обратную засыпку... Если же дом строится без перехода через зиму, внутреннюю изоляцию можно существенно уменьшить или даже полностью исключить.
В отличие от утверждений авторов статьи [2], материалом для теплоизоляции фундамента может быть любой(!) из известных ныне теплоизоляционных материалов. Но, к такому материалу должны предъявляться определенные требования. В частности, он должен долгое время работать в грунтовых (часто обводненных) условиях без потери своих теплоизоляционных и прочностных свойств.
Экструдированный (экструзионный) пенополистирол имеет высокую био-, водо-, морозостойкость, поскольку изготавливается с соответствующими (ноу-хау) добавками и имеет закрытые поры, исключающие накопление воды. Поэтому он предпочтительнее во многих случаях. Благо, экструдированные пенополистиролы сейчас можно найти достаточно легко. Например, в Екатеринбурге работают дилеры нескольких отечественных и зарубежных фирм, выпускающих такие материалы ("Пеноплэкс", "Dow Chemical Company", "Экстрол" и другие).
Заканчивая краткое пояснение конструкций МФМЗ-ПТФ и эффективности самой идеи, хотелось бы отметить, что фактически это старая идея "российского" поверхностного фундамента, но претворяемая в жизнь с применением новых материалов, решений старых и новых задач теплофизики.
Разрешите подчеркнуть: новизна МФМЗ-ПТФ – фактически, только в материалах для изоляции (экструзионный пенополистирол вместо опилок), в правильной (научно обоснованной) их расстановке.
Поверхностные фундаменты были известны давно: почти все знают малозаглубленный деревянный фундамент на неглубоких столбах (стульях) с деревянной забиркой бревнами по верху. Такие фундаменты делали на Руси повсюду, начиная с "теплого" Запада страны и кончая суровым Востоком. Почти каждый такой фундамент окружали завалинкой – ограждением из досок вокруг дома, с засыпкой пространства внутри опилками, шлаком и прочим. Эта завалинка и служила теплоизоляцией боковой поверхности фундаментов, уменьшая промерзание возле дома и, естественно, – потери тепла.
Кроме того, почти во всех старых (хорошо сделанных) домах полы были двойные. Нижний, черновой ряд, устраивали по низу лаг, а над ним по слою глиняной смазки насыпали утеплитель – те же опилки, шлак, стружки. А уже по верху делали чистый пол. Двойной пол и был предназначен для уменьшения теплопотерь из дома: не надо десятилетиями, пока существует дом, обогревать землю, что неизбежно происходит в домах без такой изоляции.
Также можно даже утверждать, что механический перенос решений массивных фундаментов, "устоявшихся" в многоэтажном строительстве (ниже глубины промерзания), на малоэтажное жилье, является, в некотором роде, неправильным, нерациональным шагом – они, все равно, не есть панацея от всех бед, связанных с промерзанием. Одновременно это и уход с исторически правильного пути применения малозаглубленных фундаментов в наших суровых климатических условиях. Для малоэтажного жилья разумнее было развивать идеи малозаглубленных поверхностных фундаментов, в сооружении которых был накоплен огромный (исторический) опыт.
Но, к сожалению, традиции (и секреты) сооружения такого фундамента были постепенно забыты. Например, о том, что завалинку нужно делать по всему периметру дома, а не только с лицевой его части, для показа людям... Поэтому деревенские дома постепенно с годами кренило в ту или другую сторону – в зависимости от того, где больше промерзало. Если посмотреть на деревенскую улицу со старыми домами, можно заметить, что дома, как правило, все клонятся в одну сторону, обычно – в сторону улицы.
Поэтому мы и находим важной разработку метода решения тепловых задач для обоснования конструкций теплоизолированных фундаментов, которая выполнялась в период с 1999 года по 2004 год в ОАО институте "УралНИИАС" (Екатеринбург) группой ученых - авторами патентов РФ на изобретение [3 и 5].
К слову, результаты исследований легли в основу двух научно-поисковых тем 2002-2003 гг. [6] и [7], кандидатской диссертации в 2004 году [8], кроме того, в составе группы ученых был получен Государственный грант
и выполнена научная работа по программе "СТАРТ" - Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере [9] в 2004-2006 гг, в 2006 году разработан альбом типовых решений [10] и методика расчета теплоизолированных фундаментов на сезонно промерзающих грунтах УрФО [8].
При участии авторов патентов [3], [5] конструкции ПТФ нашли применение на ряде объектов: строительство комплекса жилых деревянных домов в Санкт-Петербурге; строительство 3-4 этажного гаража для автомашин личного пользования с паркингом, реконструкция 2-х этажного общественного здания, строительство 2-х этажной котельной, строительство коттеджного поселка на 180 домов (Екатеринбург, 2001-2006 гг.) и других...
Технические решения ПТФ реализованы на ряде объектов (на стадии проектирования) как альтернатива другим техническим решениям на основе технико-экономической оценки различных вариантов.
За период работы авторы неоднократно представляли её отдельные
разделы для обсуждения на многих представительных научных конференциях и семинарах, в том числе – международных: Международная конференция "Строительство и реконструкция
деревянных жилых домов", Архангельск, 2002; Научно-техническая конференция "Малоэтажное строительство" в рамках 6-ой международной выставки "Уральская строительная неделя", Екатеринбург, 2003; Международные геотехнические конференции в Перми и Алматы (2004 год); Ежегодные уральские академические чтения, ГУ УралНИИпроект РААСН, 2004-2007 гг. и других...
Практическая реализация обеспечена разработкой территориальных строительных норм ТСН 50-302-02 "Проектирование оснований и фундаментов строящихся и реконструируемых зданий и сооружений в г. Ханты-Мансийске", регламентирующие этапы проектирования и строительства ПТФ для малоэтажных домов. В настоящий момент ведутся работы по созданию аналогичных ТСН для Свердловской области...
Основная цель этой статьи – пропаганда теплоизолированных фундаментов для массового строительства. Ведь притягательность этой идеи, подкрепленной, кроме всего прочего, патентами, должно обеспечить рекламой! Вам судить насколько это хорошо у нас получилось...
**Список литературы**
1. Проектирование малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах с применением теплоизоляции из полистирольных вспененных экструзионных плит "Пеноплэкс" // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2007, №5.- с.13-15.
2. Design guide for frost-protected shallow foundations / U.S. Department of Housing and Urban Development, Office of Policy Development and Research -1994.– 46 р.
3. Патент RU № 2135693, МКИ 6 Е 02 D 27/01, 27/35. Теплоизолированный фундамент /В.В. Лушников и Ю.Р. Оржеховский. - Опубл. 27.08.99, Бюл. № 24. - 12 с.
4. Лушников В.В., Оржеховский Ю.Р. и др. Поверхностные фундаменты для малоэтажных домов. // Стройкомплекс среднего урала, 1999, № 11.
5. Пат. 2237780 МКИ 7 E 02 D 27/01, 27/35. Теплоизолированный фундамент / В.В. Лушников, Ю.Р. Оржеховский, В.В. Веселов.– № 2002118813/03; Заявл. 12.07.2002; Опубл. 27.01.2004; RU БИПМ № 3.
6. Концепция комплексного решения проблемы устройства оснований и фундаментов в условиях реконструкции и нового строительства в районах с глубоким сезонным промерзанием и на вечно мерзлых грунтах (научно-поисковая тема): Отчет о НИР / УралНИИпроект; В.В. Лушников, Ю.Р. Оржеховский, В.В. Веселов.– Тема ДЗ-02/11.– Екатеринбург, 2002.– 45 с.
7. Основания и фундаменты в районах с глубоким промерзанием грунтов (научно-поисковая тема): Отчет о НИР / УралНИИпроект; В.В. Лушников, Ю.Р. Оржеховский, В.В. Веселов.– Тема ДЗ-03/13.– Екатеринбург, 2003.– 38 с.
8. Веселов В.В. Методика расчета теплоизолированных фундаментов на сезонно промерзающих грунтах: Дис. … канд. техн. наук: 05.23.02.– Защищена 20.02.2004.– Пермь, 2004.– 148 с.
9. Инновационный проект №140 "Поверхностный теплоизолированный фундамент",
авторы: В.В. Лушников, Ю.Р. Оржеховский, В.В. Веселов. Грант программы "СТАРТ" - Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, по финансированию инновационных проектов. (Решение Жюри и конкурсной комиссии от 28.02.04).
10. Альбом технических решений для массового применения, шифр 05-1061/5-01..03, "Конструкции зданий и сооружений с теплоизоляцией на основе экструзионной плиты "ЭКСТРОЛ" марок 35..45 по ТУ 2244-001-77909577-2005», разработан ОАО институтом "УралНИИАС", Екатеринбург, 2006 год. Том 1 - стены и фундаменты; том 2 – кровля и полы; том 3 - стены, кровля, полы цокольных и парковочных этажей.
