Особо легкий бетон как основной материал для наружных стен жилых и общественных зданий в холодных регионах: анализ состояния и перспективы развития

В условиях холодного и резко континентального климата России ключевой задачей является повышение энергоэффективности зданий. Конструкционно-теплоизоляционные легкие бетоны, сочетающие прочность с низкой теплопроводностью, представляются первоочередным техническим решением для наружных ограждающих конструкций в суровых условиях климата России. Исходя из анализа терминологических и нормативных расхождений в области легких бетонов, предложено разрешение для существующей терминологической разобщенности их классификации в научной литературе и нормативных документах (сводах правил, ГОСТах). Рассмотрены теоретические основы формирования структуры и свойств легких бетонов, определяющих баланс между плотностью, прочностью и теплопроводностью. Из анализа научных баз данных (eLIBRARY, ScienceDirect, Академия Google) за 2000–2025 гг. следует, что наблюдается разрыв между направлениями исследований в русско- и англоязычной литературе: в первой преобладают работы по модификации вяжущих и применению отходов, во второй – по высокопрочным и микроармированным композитам. При этом в русскоязычной литературе существует недостаток в исследованиях, связанных с легким бетоном на пористых заполнителях. Анализ регионального опыта строительства выявил эволюцию и проблемы применения легких бетонов. Историческое использование керамзитобетона в панельных домах столкнулось с недостаточной теплозащитой для современных нормативных требований. Арболит и неавтоклавный пенобетон страдают высокой гигроскопичностью и усадкой. Более современные решения – пеноцеолитобетон и полистиролбетон – показывают лучшие результаты, обеспечивая требуемое сопротивление теплопередаче и технологичность, что подтверждается их активным применением в современной застройке Якутска.

А.Л. ПОПОВ^1,2, канд. техн. наук, доцент (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова (677000, г. Якутск, ул. Белинского, 58)
² Институт проблем нефти и газа СО РАН (677890, г. Якутск, просп. Михаила Николаева, 20)

1. Корнилов Т.А., Посельский Ф.Ф., Потравный И.М. и др. Проблемы обеспечения населения Российской Арктики комфортным жильем на примере Республики Саха (Якутия) // ЭКО. 2023. № 12 (594). С. 130–149. EDN: ­HGXOGP. https://doi.org/10.30680/ECO0131-7652-2023-12-130-149
2. Ильичев В.А., Колчунов В.И., Птичникова Г.А. и др. Проектирование городской среды: новые методологические подходы на основе парадигмы биосферной совместимости (часть 1) // Научный журнал строительства и архитектуры. 2020. № 2 (58). С. 121–133. EDN: ­HTZUYV. https://doi.org/10.36622/VSTU.2020.58.2.010
3. Машкин Н.А., Кудяков А.И., Бартеньева Е.А. Неавтоклавный пенобетон, дисперсно-армированный минеральными и волокнистыми добавками // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2018. № 8 (716). С. 58–68. EDN: ­MJCXRB
4. Нецвет Д.Д., Сивальнева М.Н., Нелюбова В.В. и др. Комплексная модификация пенобетона неавтоклавного твердения // Вестник МГСУ. 2025. Т. 20. № 2. С. 280–290. EDN: ­ZQFBPU. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2025.2.280-290
5. Славчева Г.С., Макарова Т.В. Пенобетоны для теплоизоляционных слоев наружных стен, возводимых методом 3D-печати // Строительные материалы. 2018. № 10. С. 30–35. EDN: ­VLSWHM.
https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-764-10-30-35
6. Kozłowski M., Kadela M. Mechanical characterization of lightweight foamed concrete. Advances in Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 2018. 6801258. https://doi.org/10.1155/2018/6801258
7. Kozhukhova N., Teslya A., Kozhukhova M., Nikulin I. The effect of different modifying methods on physical, mechanical and thermal performance of cellular geopolymers as thermal insulation materials for building structures. Buildings. 2022. Vol. 12. No. 2. 241. EDN: ­HKWZBC. https://doi.org/10.3390/buildings12020241
8. Иноземцев А.С., Королев Е.В. Сравнительный анализ влияния наномодифицирования и микродисперсного армирования на процесс и параметры разрушения высокопрочных легких бетонов // Строительные материалы. 2017. № 7. С. 11–15. EDN: ­ZCSKTP
9. Иноземцев А.С., Королев Е.В. Легкие бетоны на полых и пористых заполнителях // Строительные материалы. 2024. № 7. С. 41–47. EDN: ­UNEDCX. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-826-7-41-47
10. Nelyubova V.V., Strokova V.V., Sumin A.V., Jernovskiy I.V. The structure formation of the cellular concrete with nanostructured modifier. Key Engineering Materials. 2017. Vol. 729, pp. 99–103. EDN: ­YVDSGR.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.729.99
11. Brooks A.L., Zhou H., Hanna D. Comparative study of the mechanical and thermal properties of lightweight cementitious composites. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 159, pp. 316–328. EDN: ­YIMNDR.
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.10.102
12. Wu Y., Wang J.Y., Monteiro P.J., et al. Development of ultra-lightweight cement composites with low thermal conductivity and high specific strength for energy efficient buildings. Construction and Building Materials. 2015. Vol. 87, pp. 100–112. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.04.004
13. Сулейманов К.А., Лесовик В.С., Погорелова И.А. и др. Исследование макропористой структуры ячеистого бетона // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2024. № 3. С. 8–16. EDN: ­PNQBJQ. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2024-9-3-8-16
14. Specht E. High density packings of equal circles in rectangles with variable aspect ratio. Computers & Operations Research. 2013. Vol. 40. No. 1, pp. 58–69. EDN: ­YDFDVX. https://doi.org/10.1016/j.cor.2012.05.011
15. Beskopylny A.N., Shcherban’ E.M., Stel’makh S.A., et al. Porosity analysis and thermal conductivity prediction of non-autoclaved aerated concrete using convolutional neural network and numerical modeling. Buildings. 2025. Vol. 15. No. 14. 2442. EDN: ­ZAIVTG. https://doi.org/10.3390/buildings15142442
16. Bubenik Ja., Zach J., Křížová K., et al. Behavior and properties of ultra-lightweight concrete with foamed glass aggregate and cellulose fibres under high temperature loading. Journal of Building Engineering. 2023. Vol. 72. 106677. EDN: ­DAHUZA. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.106677
17. Burduhos Nergis D.D., Vizureanu P., Abdullah M.M.A.B., et al. Geopolymers and their uses: review. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 374. 012019. EDN: ­YJWXNJ. https://doi.org/10.1088/1757-899X/374/1/012019
18. Chen G., Li F., Jing P., et al. Effect of pore structure on thermal conductivity and mechanical properties of autoclaved aerated concrete. Materials. 2021. Vol. 14, No. 2. 339. EDN: ­INDYHK.
https://doi.org/10.3390/ma14020339
19. Chindaprasirt P., Nuaklong P., Zaetang Yu., et al. Mechanical and thermal properties of recycling lightweight pervious concrete. Arabian Journal for Science and Engineering. 2015. Vol. 40. No. 2, pp. 443–450. EDN: ­IKNHEW.
https://doi.org/10.1007/s13369-014-1563-z
20. Demir I., Sevim O., Ozel G., et al. Microstructural, physical and mechanical properties of aerated concrete containing fly ash under high temperature and pressure. Revista Română de Materiale / Romanian Journal of Materials. 2020. Vol. 50. No. 2, pp. 240–249.https://solacolu.chim.upb.ro/pg240-249.pdf
21. Gencel O., Oguz M., Gholampour A., et al. Recycling waste concretes as fine aggregate and fly ash as binder in production of thermal insulating foam concretes. Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 38. 102232. EDN: ­SGLCIX. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102232
22. Habib A., Begum H.A., Hafiza E.R. Study on production of Aerated concrete block in Bangladesh. International Journal of Innovative Science, Engineering and Technology. 2015. Vol. 2, pp. 200–203.
23. Huynh T.P., Ho N.T., Bui P.T., et al. Mechanical-thermal characteristics of foamed ultra-lightweight composites. Magazine of Civil Engineering. 2020. No. 6 (98). 9802. EDN: ­QBVHRH. https://doi.org/10.18720/MCE.98.2
24. Dong K., Chen S., Liu J., et al. Effect of nano- and micron-materials on the thermal properties behavior in wet environments and heat transfer mechanism of foam concrete. Journal of Building Engineering. 2025. Vol. 107. 112725. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2025.112725
25. Korniyenko S.V., Vatin N.I., Gorshkov A.S. Thermophysical field testing of residential buildings made of autoclaved aerated concrete blocks. Magazine of Civil Engineering. 2016. No. 4 (64), pp. 10–25. EDN: ­WWPEXN. https://doi.org/10.5862/MCE.64.2
26. Lam T.V., Vu D.T., Dien V.K., et al. Properties and thermal insulation performance of light-weight concrete. Magazine of Civil Engineering. 2018. No. 8 (84), pp. 173–191. EDN: ­OOFQMW. https://doi.org/10.18720/MCE.84.17
27. Liu P., Luo Ao., Liu L., et al. Study on the preparation and performances analysis of lightweight high strength ceramsite aerated concrete. Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 25, pp. 6672–6683. EDN: ­GSGFQN. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.07.076
28. Ouedraogo A.L., Messan A., Malbila E., et al. Thermo-physical, mechanical and hygro-thermal properties of newly produced aerated concrete. Journal of Materials Science and Surface Engineering. 2021. Vol. 8, pp. 1021–1028. EDN: ­MTDFIV. https://doi.org/10.52687/2348-8956/823
29. Pan Zh., Hiromi F., Wee T. Preparation of high performance foamed concrete from cement, sand and mineral admixtures. Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science Edition. 2007. Vol. 22, No. 2, pp. 295–298. EDN: ­WBLHNG. https://doi.org/10.1007/s11595-005-2295-4
30. Onur Pehlivanlı Z., Uzun I. Effect of polypropylene fiber length on mechanical and thermal properties of autoclaved aerated concrete. Construction and Building Materials. 2022. Vol. 322. 126506. EDN: ­XWUIOU. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.126506
31. Raj I.S., Somasundaram K. An optimized mix for the manufacture of sustainable aerated concrete blocks using waste rubber powder. Clean Technologies and Environmental Policy. 2023. Vol. 25, No. 4, pp. 1273–1289. EDN: ­IOQJDB. https://doi.org/10.1007/s10098-022-02442-7
32. Roberz F., Loonen R.C.G.M., Hoes P., et al. Ultra-lightweight concrete: Energy and comfort performance evaluation in relation to buildings with low and high thermal mass. Energy and Buildings. 2017. Vol. 138, pp. 432–442.
https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.12.049
33. Schumacher K., Saßmannshausen N., Pritzel Ch., et al. Lightweight aggregate concrete with an open structure and a porous matrix with an improved ratio of compressive strength to dry density. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 264. 120167. EDN: ­KCYWDO. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120167
34. Sethy K., Nayak G., Nanda S. Aerated concrete: a revolutionary construction material. International Journal of Engineering Technology Science and Research. 2018. Vol. 5. No. 4, pp. 988–993.
35. Shi J., Liu B., Liu Yu., et al. Preparation and characterization of lightweight aggregate foamed geopolymer concretes aerated using hydrogen peroxide. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 256. 119442. EDN: ­RWELMP.
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119442
36. Tasdemir C., Sengul O., Tasdemir M.A. A comparative study on the thermal conductivities and mechanical properties of lightweight concretes. Energy and Buildings. 2017. Vol. 151, pp. 469–475.
https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.07.013
37. Wan H., Hu Y., Liu G., et al. Study on the structure and properties of autoclaved aerated concrete produced with the stone-sawing mud. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 184, pp. 20–26.
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.06.214
38. Wang Q.X., Shi Y.X., Shi J.B., et al. An experimental study on thermal conductivity of ceramsite cellular concrete. In: 2015 International Conference on Structural, Mechanical and Material Engineering. Atlantis Press. 2015, pp. 64–69. https://doi.org/10.2991/icsmme-15.2015.16
39. Wee T.H., Babu D.S., Tamilselvan T., et al. Air-void system of foamed concrete and its effect on mechanical properties. ACI Materials Journal. 2006. Vol. 103. No. 1, pp. 45–52.
40. Yang K.H., Lee K.H. Tests on high-performance aerated concrete with a lower density. Construction and Building Materials. 2015. Vol. 74, pp. 109–117. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.10.030
41. Zhang Z., Provis J.L., Reid A., et al. Mechanical, thermal insulation, thermal resistance and acoustic absorption properties of geopolymer foam concrete. Cement and Concrete Composites. 2015. Vol. 62, pp. 97–105. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2015.03.013
42. Нелюбова В.В., Подгорный И.И., Строкова В.В. и др. Автоклавный газобетон с наноструктурированным модификатором алюмосиликатного состава // Строительные материалы. 2016. № 4. С. 72–75. EDN: ­VZYLRB
43. Аниканова Т.В., Погоромский А.С. Применение полуводного сульфата кальция для интенсификации процессов твердения конструкционно-теплоизоляционного пенобетона // Строительные материалы и изделия. 2018. Т. 1. № 3. С. 25–32. EDN: ­VNQTCP
44. Давидюк А.Н. Легкие бетоны на стеклогранулятах – будущее ограждающих конструкций // Технологии бетонов. 2015. № 9–10 (110–111). С. 17–20. EDN: ­UYFAYV
45. Елистраткин М.Ю., Кожухова М.И. Анализ факторов повышения прочности неавтоклавного газобетона // Строительные материалы и изделия. 2018. Т. 1. № 1. С. 59–68. EDN: ­XUFBVB
46. Федоров В.И., Абдимежитов М.К., Дъяконов А.А. и др. Легкие бетоны из отходов производства автоклавного пенобетона // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 11–1. С. 61–65. EDN: ­XBWHCT
47. Логанина В.И., Фролов М.В., Рябов М.А. Теплоизоляционные известковые сухие строительные смеси для отделки стен из газобетона // Вестник МГСУ. 2016. № 5. С. 82–92. EDN: ­VWZELL
48. Местников А.Е., Семенов С.С., Федоров В.И. Производство и применение пенобетона автоклавного твердения в условиях Якутии // Фундаментальные исследования. 2015. № 12–3. С. 490–494. EDN: ­VDFWPX
49. Пастушков П.П., Гагарин В.Г. Исследования зависимости теплопроводности от плотности и коэффициента теплотехнического качества автоклавного газобетона // Строительные материалы. 2017. № 5. С. 26–28. EDN: ­WEFKNH
50. Петров А.А., Попов А.Л., Федоров А.В. Легкий бетон на пористом заполнителе и композиционном вяжущем с использованием природного цеолита // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2025. № 3. С. 17–29. EDN: ­NCONCM. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2024-10-3-17-29
51. Попов А.Л., Строкова В.В. Фибропенобетон автоклавного твердения с использованием композиционного вяжущего // Строительные материалы. 2019. № 5. С. 38–44. EDN: ­UZNDPK. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-770-5-38-44
52. Хозин В.Г., Красиникова Н.М., Ерусланова Э.В. Легкие поризованные бетоны на основе сухих смесей // Строительные материалы. 2018. № 9. С. 40–45. EDN: ­XZJANN. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-763-9-40-45
53. Сулейманова Л.А., Погорелова И.А., Кондрашев К.Р. и др. Энергосберегающие газобетоны на композиционных вяжущих // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 4. С. 73–83. EDN: ­VRRFJZ
54. Kornilov T.A., Fedotov P.A., Kornilov A.T. Reducing the influence of thermal bridges in the basement slab of cast-in-situ frame buildings in extremely cold regions. Architecture and Engineering. 2024. Vol. 9. No. 3, pp. 63–74. EDN: ­ASOLCS. https://doi.org/10.23968/2500-0055-2024-9-3-63-74
55. Слободчиков Е.Г., Рожин В.Н., Местников А.Е. Комплексная оценка энергоэффективности стеновых изделий и ограждений в условиях экстремально холодного климата // Фундаментальные исследования. 2017. № 9–2. С. 357–361. EDN: ­ZITTWL
56. Корнилов Т.А., Эверстова В.Н. Оценка теплозащитных свойств наружных стен из полистиролбетонных блоков каркасно-монолитного здания // Academia. Архитектура и строительство. 2024. № 3. С. 137–144. EDN: ­ASOLCS. https://doi.org/10.22337/2077-9038-2024-3-137-144
57. Матвеева О.И., Баишев Н.К., Федоров А.В. и др. Легкий пористый заполнитель из модифицированной цеолитщелочной шихты // Строительные материалы. 2023. № 7. С. 17–24. EDN: ­IXVSVC. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-815-7-17-24
58. Ильина Л.В., Тацки Л.Н., Молодин В.В. и др. Анализ возможности применения гранулированного пеностекла как заполнителя для бетона // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2023. № 7 (775). С. 38–47. EDN: ­UGFNVG. https://doi.org/10.32683/0536-1052-2023-775-7-38-47