Коэффициент температурного расширения газобетона

Обновлено: 11.05.2024

Соответствие стен из автоклавного газобетона современным требованиям по тепловой защите зданий

А. С. Горшков, канд. техн. наук, директор учебно-научного центра «Мониторинг и реабилитация природных систем» ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (ФГАОУ ВО СПбПУ), главный технический советник проекта ПРООН-ГЭФ «Энергоэффективность зданий на Северо-Западе России»;

Н. И. Ватин, доктор техн. наук, директор Инженерно-строительного института, заведующий кафедрой «Строительство уникальных зданий и сооружений» ФГАОУ ВО СПбПУ;

С. В. Корниенко, канд. техн. наук, кафедра «Архитектура зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»;

И. И. Пестряков, директор Испытательного центра ОНТИ ФГАОУ ВО СПбПУ;

Оценив влияние на качество изделий из автоклавного газобетона влажности 1 , проанализируем выбор теплопроводности данного материала с учетом действующей нормативной документации и применяемых технических решений и представим рекомендации по применению газобетонных блоков в строительстве зданий на территории России.

Совершенствование правил определения класса энергетической эффективности зданий

Правильность определения значений теплопроводности стеновых материалов имеет немаловажное значение, поскольку от теплопроводности основного слоя стены зависят ее теплозащитные функции, потери тепловой энергии, мощность систем отопления, компенсирующих эти потери, и главное, параметры микроклимата в отопительный период эксплуатации зданий.

Какую теплопроводность принимать?

Для изделий из автоклавного газобетона марки по плотности D400 даже в сухом состоянии значения теплопроводности в ГОСТ 31359 и СП 50.13330 2 имеют некоторое численное расхождение (табл. 1). Дело в том, что в ГОСТ 31359 теплопроводность принята в полном соответствии с табличными значениями европейского стандарта EN 1745 3 .

Сам по себе факт подобного копирования данных не является запрещенным. Однако в международных стандартах принята несколько иная трактовка заявленного и расчетного значений теплопроводности:

заявленное устанавливается заводом-изготовителем;
расчетное (проектное) определяется в соответствии с требованиями стандарта ISO 10456 4 путем умножения заявленных значений на коэффициенты корреляции по влажности, температуре и старению материала соответствующего слоя ограждающей конструкции.

Для заявленных значений приводятся также справочные данные. В стандарте EN 1745 для них существуют 2 градации: с квантилями 5 распределений Р = 50 и Р = 90.

При этом, согласно требованиям стандарта ISO 1045 6 , в качестве заявленных (заводом-изготовителем) значений следует принимать значения с квантилью Р = 90. Значения с квантилью Р = 90 больше значений с квантилью Р = 50 [1]. А это, безусловно, будет хуже сказываться на расчетном значении термического сопротивления слоя кладки (чем выше теплопроводность, тем ниже термическое сопротивление).

Но если сравнить значения теплопроводности изделий из автоклавного газобетона согласно ГОСТ 31359 (табл. 1) и значения согласно стандарта EN 1745 при квантили Р = 50, то можно видеть практически полное соответствие.

Единственное расхождение наблюдается для изделий марки по плотности D600. Дело в том, что именно для данной марки изделий в СП 50.133306 значение теплопроводности в сухом состоянии оказывается меньше – 0,14 Вт/(м•К), – чем принятое в стандарте EN 1745–0,15 Вт/(м•К), даже с квантилью Р = 50. Таким образом, при разработке ГОСТ 31359 были приняты наименьшие из всех возможных значений теплопроводности. К чему это может привести?

Результаты проведения испытаний

При беспристрастном отношении к проведению испытаний теплопроводность изделий в сухом состоянии может оказаться выше значений, указанных в ГОСТ 31359. При этом большинство производителей стараются для заданной марки изделий, например D400, сделать образцы как можно более плотные, чтобы можно было обеспечить требуемый класс изделий по прочности. Однако при этом ухудшаются теплотехнические характеристики изделий, так как чем выше плотность изделий, тем более высокой оказывается их теплопроводность. И она может оказаться выше той, которая указана в ГОСТ 31359.

Именно с такой ситуацией столкнулись авторы, когда один из наиболее известных производителей изделий из автоклавного газобетона представил на испытания образцы. Образцы были доведены до сухого состояния и испытаны. При этом значение теплопроводности в сухом состоянии оказалось выше принятых в ГОСТ 31359 значений. Это означает, что задекларированные в паспорте качества характеристики не соответствуют требованиям ГОСТ 31359, по которому изделия выпускаются. На этом основании можно сделать один-единственный вывод. Данными значениями теплопроводности, представленными в ГОСТ 31359, пользоваться при проектировании нельзя. Они требуют тщательной проверки и корректировки.

До проведения подобных исследований следует руководствоваться расчетными значениями теплопроводности, представленными в СП 50.13330 (Приложение Т). Рассмотренное выше ограничение нельзя отнести непосредственно к изделиям, а скорее к стандартам, по которым производится выпуск стеновых изделий. Однако пренебрегать данным расхождением нельзя.

Теплотехническая однородность стен

Еще одна проблема, которая имеет место при использовании в кладке стен газобетонных блоков, – теплотехническая однородность стен, также влияющая на теплозащиту.

Все производители заявляют о высокой теплотехнической однородности кладок. Действительно хорошая геометрия блоков позволила выполнять кладку из блоков не на цементно-песчаном растворе (далее – ЦПР), а на специальных клеевых цементных составах, при использовании которых толщина швов оказывается не 7–8 мм (как при использовании ЦПР), а 2–3 мм. Это обстоятельство, безусловно, положительно сказывается на уменьшении потерь теплоты через сквозные и несквозные теплопроводные включения.

К теплопроводным включениям следует отнести не только швы кладки, но и:

примыкания поперечных внутренних стен и колонн к наружным стенам;
дверные и оконные перемычки, армированные пояса;
места примыкания дисков плит перекрытий к наружным ненесущим стенам;
места опирания железобетонных плит на наружные несущие стены;
места сопряжения цоколя со стенами;
гибкие и жесткие связи;
анкера для крепления слоя теплоизоляции и т. д.

Наличие теплотехнических неоднородностей в оболочке здания существенно ухудшает температурно-влажностный режим ограждающих конструкций [2–5]. Расчеты, выполненные для одного промежуточного этажа монолитно-каркасного здания, наружные ограждения которого заполнены кладкой из газобетонных блоков толщиной 375 мм и лицевого кирпича толщиной 120 мм, показывают следующее:

коэффициент теплотехнической однородности оказывается не больше 0,61;
приведенное сопротивление теплопередаче оказывается меньше не только базового значения (СП 50.13330, табл. 3), но и нормируемого значения (СП 50.13330, формула 1) с понижающим коэффициентом 0,63.

При условном сопротивлении теплопередаче стеновой конструкции, выполненной кладкой из газобетонных блоков марки по плотности D400 толщиной 375 мм с лицевым слоем из облицовочного кирпича толщиной 120 мм, равном 2,99 м 2 •K/Вт, приведенное сопротивление теплопередаче оказывается равным 1,81 м 2 •K/Вт [6]. Это для климатических условий Москвы и Санкт-Петербурга меньше значения сопротивления теплопередаче как требуемого – 3,08 м 2 •K/Вт, – так и минимально допустимого – 1,94 м 2 •K/Вт (3,08 × 0,63). Аналогичные несоответствия выявлены авторами [7].

Предварительные расчеты показывают, что при толщине блоков 375 мм наружные стены жилых зданий без дополнительного утепления с коэффициентом теплотехнической однородности 0,61 удовлетворяют минимально допустимым значениям сопротивлений теплопередаче только для районов с ГСОП < 4 200 0 C•сут./год, для которых базовое значение требуемого приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен жилых зданий составляет 2,87 м 2 •K/Вт, а нормируемое – 1,81 м 2 •K/Вт (0,63 × 2,87).

Опыт реального строительства

На одном из строящихся 7 объектов жилищного строительства в кладке были использованы стеновые изделия (блоки) из автоклавного газобетона. Когда кладка стен была закончена, приняли решение дополнительно утеплить наружные стены. Не столько для того, чтобы повысить сопротивление теплопередаче наружных стен, сколько для закрытия многочисленных теплопроводных включений (рис. 1).

На некоторых объектах наружные стены из газобетона могут пересекать поперечные железобетонные стены или железобетонные колонны.

Ухудшение теплозащитных свойств стеновых конструкций в виде кладки газобетонных блоков выявлено и в эксплуатируемых зданиях [3]. В обследованных зданиях все наружные стены выполнены с наружной облицовкой кирпичной кладкой, без дополнительного слоя эффективной теплоизоляции. Анализ результатов показал следующее:

62 % обследованных конструкций имеют дефекты, что указывает на их массовость;
все дефекты являются трудноустранимыми и требуют демонтажа строительных конструкций;
большинство дефектов (90 %) отмечается в узлах примыкания оконных блоков к стеновым проемам (рис. 2), что объясняется несоответствием оконных блоков нормативным требованиям по теплозащите, неправильной установкой оконных блоков, ненадлежащим качеством теплоизоляции монтажных швов;
дефекты в узлах сопряжения наружной стены с колонной (10 %) объясняются наличием теплопроводных включений в виде железобетонных колонн каркаса здания вследствие отклонений от проекта;
практически половина обследованных конструкций (51 %) подвержена конденсации влаги и образованию плесневых грибов при расчетных условиях;
11 % обследованных конструкций имеют сквозное промерзание в узлах.

При хорошей геометрии блоков изделия оказываются достаточно хрупкими. Это означает, что при транспортировке, а также в процессе разгрузки, переноски и монтажа многие изделия повреждаются. Понятно, что все они идут в кладку, а трещины и выбоины заделываются кладочным раствором. Иногда кладка настолько пестрит растворными швами, что говорить о какой-либо ее однородности весьма затруднительно (рис. 3).

Конечно, при наружной отделке стен все эти дефекты кладки не будут видны, но теплопроводные включения (мостики холода) при этом никуда не исчезнут. Для повышения теплотехнической однородности и общего уровня теплозащиты наружных стен из газобетонных блоков необходимо устройство сплошного наружного слоя теплоизоляции.

Сплошной наружный слой теплоизоляции, помимо прочего, увеличит долговечность внутреннего слоя стены, так как при внешнем утеплении блоки окажутся в области положительных температур. В результате в процессе эксплуатации они не будут испытывать циклы замораживания – оттаивания.

Таким образом, для большинства регионов, расположенных в центральной и северной частях России, толщины блоков 375–400 мм без дополнительного утепления оказывается недостаточно для обеспечения требуемых значений приведенного сопротивления теплопередаче.

Специфика проектирования тепловой защиты зданий

Необходимо сказать и о специфике проектирования тепловой защиты зданий с наружными стенами из газобетонных блоков. Сегодня существуют важные задачи, решение которых крайне необходимо.

Во-первых, как уже было сказано, это увеличение неравноэффективности теплозащиты элементов оболочки. Значительно возрастает влияние двух- и трехмерных элементов в конструкции, неравномерность распределения температуры на ее внутренней поверхности, снижается теплотехническая однородность ограждающих конструкций. Необходимы расчеты трехмерных температурных полей и разработка новых конструктивных решений [4].

Во-вторых, значительно увеличивается роль влажностного режима. Причем если по глади стены распределение влажности может быть более благоприятным, чем раньше, то в краевых зонах ограждающих конструкций влажностный режим значительно ухудшается, и главное в том, что существенно возрастает сложность расчета процессов совместного нестационарного влаготеплопереноса в трехмерных областях ограждающих конструкций [5].

В-третьих, кладка газобетонных блоков является воздухопроницаемой, особенно в зоне вертикальных швов. Инфильтрация наружного воздуха приводит к ухудшению теплозащитных свойств ограждающих конструкций. Эксфильтрация внутреннего воздуха в стеновые конструкции также чрезвычайно опасна.

Все перечисленные выше особенности важно учитывать как во вновь строящихся, так и в реконструируемых зданиях с наружными стенами из газобетонных блоков. Необходимы улучшение температурно-влажностного режима наружных стен, разработка эффективных конструктивных решений узлов сопряжений ограждающих конструкций с целью выравнивания температуры на внутренней поверхности, снижение сквозной воздухопроницаемости через швы кладки, повышение комфортных условий среды в помещениях, энергосбережение и повышение энергоэффективности зданий.

Если продолжить сравнение газобетонных блоков с керамическими и силикатными стеновыми изделиями, то следует отметить, что в части обеспечения надежности анкерных креплений и гибких связей газобетон значительно уступает керамическому и силикатному кирпичу. Усилия связей из газобетона на вырыв оказываются меньше усилий на вырыв из более плотных стеновых изделий.

Кроме того, наблюдается несовпадение горизонтальных швов внутреннего слоя из газобетона и облицовочного кирпича. Многие производители показывают в своих технических решениях совпадение, варьируя толщину швов внутреннего и наружного слоев многослойных стен с облицовочным слоем из лицевого кирпича. Однако на строительном объекте далеко не всегда удается так же совместить швы, как это легко бывает сделать на чертеже. При этом согласно требованиям п. 9.31 СП 15.13330 [64] рекомендуется предусматривать применение облицовочного кирпича или камней, имеющих высоту, равную или кратную высоте ряда основной кладки. А согласно требованиям п. Д.8 Приложения Д СП [64] связи между внутренним и облицовочным слоем многослойных стен должны устанавливаться только под прямыми углами к поверхности стен. В случае несовпадения горизонтальных швов внутреннего и наружного слоев стеновой конструкции данное требование в построечных условиях выполнить становится невозможно. При использовании крупноформатной керамики толщина камней подбирается таким образом, чтобы швы совпадали. С учетом того, что в крупноформатной керамике толщина швов оказывается больше, чем в кладке стен из газобетонных блоков, выполнить требование СП 15.13330 [64] становится проще. Если связь выполнена под углом, то она не может обеспечить передачу усилия от облицовки основанию, что снижает эксплуатационную надежность стеновой конструкции. Согласно требованиям п. 6.3.9 РМД 52-01 [65] гибкие металлические связи между кирпичными наружным и внутренними слоями и ячеистобетонным слоем должны выполняться из нержавеющей стали (в виде скоб, полос, планок, забивных или вклеенных нагелей, саморезов) или стеклопластика, устанавливаться в швы и забиваться (врезываться) в тело блоков в количестве не менее трех с площадью поперечного сечения связей не менее 0,5 см 2 на 1 м 2 стены. В практике строительства, когда кладка внутреннего и наружного каменных слоев часто осуществляется в разное время, выполнить данное условие проблематично. Поэтому чаще в швы закладывают сетки, скобы, устраивают жесткие связи, когда через каждые 500 мм по высоте в толще газобетонных стен прокладываются тычковые ряды, жестко связанные с облицовкой. Однако иногда на объектах встречаются и гибкие связи. Авторы статьи на одном из городских объектов имели возможность вскрыть поврежденный участок двухслойной стены, состоящей из внутреннего газобетонного слоя и наружного кирпичного, связанных между собой гибкими связями из нержавеющей стали. На рис. 12 видно, как в результате смещения каменного лицевого слоя относительно внутреннего гибкая связь оказалось вырванной из газобетонной кладки, а в месте ее установки во внутреннем слое образовалась выбоина в результате вырыва анкера.

Отдельно следует отметить, что и гибкие связи, и анкеры для крепления слоя теплоизоляции являются теплопроводными включениями. В этой связи в местах расположения связей возрастает вероятность конденсации влаги. Вокруг анкера или связи может возникнуть зона, влажность которой будет выше, чем на удалении от включения. При этом прочность газобетонных изделий, как на сжатие, так и на растяжение, зависит от их влажности. Чем выше влажность, тем ниже оказываются прочностные показатели изделий и кладки. В этой связи надежность креплений уменьшается, а вероятность их вырыва возрастает.

Ограничения при использовании автоклавного газобетона

Газобетон как материал, применяемый для кладки наружных и внутренних стен зданий, имеет неоспоримые достоинства. Однако материал обладает и рядом ограничений в применении, которые следует учитывать при проектировании и строительстве стеновых конструкций с использованием изделий из автоклавного газобетона (блоков). К таковым следует отнести:

наличие критической влажности, при достижении которой и последующем замораживании кладки может происходить ее постепенное повреждение вплоть до полного разрушения;
высокая начальная влажность изделий, из-за которой в зданиях, построенных из газобетонных блоков, в первые годы эксплуатации может наблюдаться значительный перерасход теплоты;
низкая теплотехническая однородность стеновых конструкций, обусловленная наличием большого количества теплопроводных включений в составе наружных стен, выполненных кладкой из газобетонных блоков без дополнительного утепления;
изделия достаточно хрупкие, поэтому при падении, а также при транспортировке и погрузочно-разгрузочных работах могут раскалываться на части, на изделиях могут появляться трещины, выбоины и сколы, которые при монтаже, как правило, замазываются строительным раствором, что в еще большей степени понижает теплотехническую однородность стен;
ввиду низкой теплотехнической однородности стен в виде кладки из газобетонных блоков для климатических районов с ГСОП ≥ 4 200 °C•сут./год толщина блоков 375–400 мм без дополнительного утепления оказывается недостаточной для обеспечения требуемых значений приведенного сопротивления теплопередаче;
кладка стен из газобетонных блоков, особенно при эксплуатации зданий без наружной отделки, а также при не заполненных раствором вертикальных пазогребневых швах характеризуется высокой воздухопроницаемостью, что повышает расход тепловой энергии при эксплуатации в отопительные периоды;
при учете стоимости полезной площади, которая образуется при заполнении блоками на толщину 375–400 мм наружных ограждений каркасно-монолитных зданий, относительно низкая стоимость изделий далеко не всегда оказывается экономически обоснованной в многоэтажном строительстве.

Распространенные стереотипы о том, что газобетон «боится» воды, или о том, что он «сосет» влагу из воздуха, следует охарактеризовать не более чем мифы. Однако при кладке наружных стен из блоков следует избегать условий, при которых существует риск полного или частичного увлажнения стеновых конструкций, особенно опасного при достижении газобетоном критического значения влажности, при котором происходит заполнение водой не только капилляров, но и резервных пор.

Литература

Немова Д. В., Спиридонова Т. И., Куражова В. Г. Неизвестные свойства известного материала // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2012. № 1.
Корниенко С. В. Проблемы теплозащиты наружных стен современных зданий // Интернет-вестник ВолгГАСУ. 2013. № 1 (25).
Корниенко С. В. Комплексная оценка энергоэффективности и тепловой защиты зданий // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014. № 11 (26).
Корниенко С. В. Многофакторная оценка теплового режима в элементах оболочки здания // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 8 (52).
Корниенко С. В. Метод решения трехмерной задачи совместного нестационарного тепло- и влагопереноса для ограждающих конструкций зданий // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2006. № 2.
Горшков А. С., Рымкевич П. П., Ватин Н. И. О теплотехнической однородности двухслойной стеновой конструкции // Энергосбережение. 2014. № 7.
Гагарин В. Г. Теплофизические проблемы современных стеновых ограждающих конструкций многоэтажных зданий // Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5.

2 СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02–2003». ГОСТ 31359–2007 «Бетоны ячеистые автоклав- ного твердения. Технические условия».

3 EN 1745:2002 «Masonry and masonry products – Methods for determining design thermal values».

4 ISO 10456 «Building materials and products – Hygrothermal properties – tabulated design values and procedures for determining declared and design thermal values».

5 Квантиль в математической статистике – значение, которое заданная случайная величина не превышает с фиксированной вероятностью.

6 А ранее в СП 23-101–2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».

7 В рамках проекта ПРООН-ГЭФ «Энергоэффективность на Северо-Западе России».

Данные для проектирования домов из газобетонных блоков

Продукция изготовителей газобетонных блоков должна соответствовать нормам и требованиям ГОСТ 31359-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения» и ГОСТ 31360-2007 «Изделия стеновые неармированные из бетонов ячеистых автоклавного твердения».

Исходные данные для проектирования приняты по нормативным документам:
- ГОСТ 31359-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения»
- СНиП II-22-81* «Каменные и армокаменные конструкции»
- СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
- СТО 501-52-01-2007 «Проектирование и возведение ограждающих конструкций жилых и общественных зданий с применением ячеистых бетонов в Российской Федерации».

При расчетах нагрузок, возникающих в конструкциях из блоков, по действующим нормам проектирования следует использовать среднюю плотность кладки, которая рассчитывается с учетом влажности блоков 10%, а также толщины и плотности материала швов.

Таблица Расчетная плотность кладки из газобетонных блоков.

Взаимодействие газобетона с металлами

Автоклавный ячеистый бетон (газобетон) по химическим свойствам близок к обычному тяжелому бетону. Как и другие минеральные материалы на известковых и цементных вяжущих, во влажном состоянии газобетон дает слабую щелочную реакцию (рН = 9 – 10,5). Из-за высокой пористости и сравнительно низкой щелочности он не защищает стальную арматуру от коррозии так же хорошо, как плотный бетон. Поэтому арматура и крепежные металлические элементы, непосредственно контактирующие с ячеистым бетоном, должны быть предварительно защищены от коррозии каким-либо из существующих способов. В случае конструктивного армирования стен прутковой арматурой, закладываемой в штрабы, заполненные клеем или мелкозернистым бетоном, арматура может быть признана защищенной от коррозии слоем клея/бетона. Во внутренних частях зданий с сухим и нормальным режимами эксплуатации стальные элементы могут использоваться без антикоррозионной защиты.

Усадка газобетона при высыхании

Усадка при высыхании определяется при изменении влажности бетона от 35% до 5% по массе и составляет менее 0,3 мм/м. Именно такая усадка происходит при снижении влажности блоков от отпускной до равновесной, устанавливающейся через 1–2 года по окончании строительства. При высушивании до влажности ниже 2% и далее усадка бетона блоков значительно возрастает и для перехода влажности от 5% до 0% составляет около 2 мм/м. Это свойство нужно учитывать при кладке дымоходов, сушильных камер и подобных им конструкций, подвергающихся длительному воздействию сухого горячего воздуха.
Расчетные деформации усадки для кладки – 4х10 –4 (п. 3.26* СНиП II-22)

Тепловое расширение газобетона

Коэффициент линейного расширения кладки из газобетонных блоков α_t составляет 8х10 -6 /°С (для сравнения: α_t кирпича керамического 5х10 -6 /°С, бетона тяжелого 1,0х10 -5 /°С, стали 1,2х10 -5 /°С).

Теплоемкость газобетона

Удельная теплоемкость газобетона в сухом состоянии составляет 0,84 кДж/кг°С. В условиях эксплуатации при влажности 4–5% теплоемкость составит 1 – 1,1 кДж/кг°С.

Воздействие газобетона на окружающую среду

Газобетон имеет ту же реакционную способность, что и обычный тяжелый бетон. Это искусственный камень, ведущий себяв естественных условиях как инертное вещество.

В размолотом состоянии газобетон может быть использован в качестве сорбента.

ГАЗОБЕТОН. ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Газобетон является конструкционно-теплоизоляционным материалом и предназначен для кладки как несущих, так и ненесущих стен и перегородок. Высокая точность размеров позволяет вести кладку на тонкослойных клеевых смесях со средней толщиной шва 2±1 мм. Использование мелкозернистого клея не только повышает теплотехническую однородность кладки и увеличивает расчетные сопротивления кладки до 30% (в действующих нормах проектирования увеличение прочности при кладке на клею не отражено), но и ведет к общему снижению затрат на строительство.
Прочностные расчеты кладки из стеновых газобетонных блоков должны выполняться в соответствии с действующими нормативными документами, в частности СНиП II-22 и СНиП 52-01, СТО 501-52-01.

Расчет несущей способности кладки

Кладка из газобетонных блоков должна вестись на клею или строительном растворе марки не ниже М50.

Таблица Расчетные сопротивления кладки, МПа.

Рис. 1. Растяжение кладки по неперевязанному сечению,
Рис. 2. Растяжение кладки по перевязанному сечению
Рис. 3. Растяжение кладки при изгибе по перевязанному сечению

Расчетный модуль деформации кладки должен приниматься равным:
1. При расчете конструкций по прочности для определения усилий в кладке Е = 0,5 х Е₀;
2. При определении кратковременных деформаций кладки от продольных и поперечных сил Е = 0,8 х Е₀.
Относительная деформация кладки из блоков с учетом ползучести ε = 3,5 х σ/Е₀, где σ – напряжение, при котором определяется ε.

Ненесущие конструкции

Значительное количество продукции из газобетона используется в многоэтажном домостроении при устройстве наружных ограждений каркасных зданий. В этом варианте газобетонные стены делаются с поэтажным опиранием на перекрытия. Несущей способности блоков классов по прочности В2,0 и В2,5 для восприятия вертикальных нагрузок оказывается более чем достаточно (при правильном устройстве деформационного шва между кладкой и вышележащим перекрытием).
Однако такие стены, особенно при большой этажности зданий, должны проверяться на устойчивость к горизонтальным нагрузкам (ветровой напор и отсос, кратковременные нагрузки от опирания на стены находящихся в помещении людей). В общем случае, газобетонные стены должны закрепляться к вертикальным несущим конструкциям в двух уровнях по высоте этажа.

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ГАЗОБЕТОНА

Теплотехнические характеристики наружных ограждений определяются исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий, а также из условий энергосбережения.
Проектирование тепловой защиты жилых и общественных зданий с круглогодичной эксплуатацией должно вестись из условий энергосбережения.
Для Санкт-Петербурга нормативно рекомендовано приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен R_req = 3,08 м 2 °С/Вт. При этом фактические значения сопротивлений должны приниматься не менее R_req(min) = 1,94 м 2 °С/Вт.
Для зданий сезонной эксплуатации, которые периодически используются в холодный период года, тепловая защита должна назначаться из санитарно-гигиенических и комфортных условий. Для Санкт-Петербурга требуемое сопротивление теплопередаче наружных стен составляет R_comfort = 1,32 м 2 °С/Вт. (для обеспечения температурного перепада Δ_tn к концу наиболее холодной пятидневки в пределах 4°С).
Для загородных строений, используемых как дачи и дома отдыха в выходные дни:
R_comfort = 1,32 м 2 °С/Вт;
Для жилых зданий, эксплуатируемых постоянно:
Rnorm > 1,94 м 2 °С/Вт

Таблица Теплотехнические характеристики кладки на клею.

*λ_50% - средний коэффициент теплопроводности (используется при расчетах теплопотерь из условий энергосбережения);
λ_90% - коэффициент теплопроводности с обеспеченностью 0,9 (используется при расчетах температурного перепада из санитарно-гигиенических и комфортных условий).

Теперь о том, какими теплозащитными характеристиками обладает кладка, выполненная из газобетонных блоков.
1. При расчете стены по условиям энергосбережения берем в качестве расчетной среднюю теплопроводность газобетона при эксплуатационной влажности. Для жилых зданий Санкт-Петербурга и газобетона марки по средней плотности D400 получаем такие значения: расчетная влажность 5%, расчетная теплопроводность 0,117 Вт/м°С (ГОСТ 31359-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения»).
2. Коэффициент теплотехнической однородности кладки по полю стены (без учета откосов и зон сопряжения с перекрытиями) примем равным 1. Разные расчетные модели показывают, что при кладке на тонком клеевом шве 2±1 мм коэффициент теплотехнической однородности может снижаться до 0,95-0,97, но лабораторные эксперименты и натурные обследования такого снижения не фиксируют. В любом случае – в инженерных расчетах погрешностью в пределах 5% принято пренебрегать. 3. Теплоизоляция зон сопряжения с перекрытиями и оконных откосов – это отдельные конструктивные мероприятия, с помощью которых можно добиться повышения теплотехнической однородности до величин даже больших единицы.

Таблица Зависимость теплосопротивления стены из газобетона от толщины кладки.

Как видно из таблицы, уже при толщине 150 мм стена из газобетона D400 удовлетворяет требованиям, предъявляемым к стенам жилых зданий из условий комфортности проживания. А при толщинах 250 мм и более может использоваться как однослойная наружная стена жилых зданий, удовлетворяющих требованиям энергосбережения.

Воздухопроницаемость

При проектировании тепловой защиты большое внимание должно уделяться также воздухопроницаемости стен и защите их от переувлажнения. Неконтролируемая воздухопроницаемость («продувание») может свести на нет все усилия по «утеплению» стены. При устройстве многослойных утепленных стен неконтролируемая воздухопроницаемость возникает часто вследствие случайных ошибок при производстве работ либо становится результатом конструктивных просчетов.
Однослойная газобетонная стена столь проста (и в проектировании, и в строительстве), что риск случайных и сознательных ошибок при ее устройстве стремится к нулю. Если хотя бы с одной стороны стена отделана «мокрым» способом – опасность продувания практически исключается.

Защита от переувлажнения

Защита ограждающей конструкции от переувлажнения заключается в соблюдении двух условий:
1. За зиму внутри конструкции может сконденсироваться не больше воды, чем испарится за лето. Для однослойных стен в Европейской части России это условие выполняется всегда.
2. За зиму внутри конструкции может сконденсироваться не больше воды, чем принято в СНиП 23-02 для данного материала. Для однослойных стен жилых зданий в Европейской части России это условие выполняется всегда.
В случае, если стена проектируется с дополнительными слоями (плотная штукатурка, облицовка), целесообразно проверить выполнение вышеприведенных условий.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ГАЗОБЕТОНА

Огнестойкость

Кладка из газобетонных блоков – наиболее огнестойкая из однослойных конструкций. Пористая структура и высокие теплоизоляционные свойства защищают газобетонную кладку от повреждений, свойственных обычному бетону при интенсивном выделении и испарении воды. Поскольку жар огня проникает в конструкцию медленно, кратковременный сильный пожар приводит к возникновению сеточки усадочных трещин на поверхности кладки, не влияющих на несущую способность конструкции. Многочасовой пожар ведет к снижению влажности всей толщи кладки и развитию усадки до максимальных 2 мм/м.
Рост температуры сначала повышает прочность кладки, затем понижает до начальных значений (при нагреве до 700 °С). Дальнейший нагрев довольно быстро снижает прочность (до нуля при 900 °С).

Таблица Пределы огнестойкости кладки из газобетонных блоков на минеральном клею или растворе.

Звукоизоляция

Вопросы звукоизоляции особенно актуальны для стен, разделяющих смежные квартиры (или секции сблокированных одноквартирных домов). При проектировании таких стен важно предотвращать косвенную передачу звука через объединяющие элементы: несущие конструкции и пропуски инженерных систем. В общем случае межквартирные стены должны иметь поверхностную плотность не менее 400 кг/м2 или не быть однослойными.
Изоляция воздушного шума зависит главным образом от веса стены, а также от наличия упругих соединений по периметру стен.
В таблице внизу приведены индексы изоляции воздушного шума, достижимые при устройстве однослойных газобетонных стен из газобетонных блоков со шпаклевкой поверхности.

Таблица Индекс изоляции воздушного шума в домах из газобетона.

Трещиностойкость (Армирование и деформационные швы)

Внешние воздействия (перепады температуры и влажности) вызывают объемные деформации в материале – тепловые расширение/сужение, влажностные усадка/набухание. Это приводит к возникновению внутренних напряжений в конструкциях. Газобетон имеет довольно низкое сопротивление растягивающим напряжениям, поэтому высыхание и понижение температур могут привести к образованию трещин. Причиной возникновения трещин может также стать недостаточная жесткость фундамента. Образующиеся волосяные трещины не влияют на несущую способность кладки, но могут испортить внешний вид отделанной поверхности и привести к локальной воздухопроницаемости стен.
При правильном проектировании и строительстве образования трещин можно избежать.
Для этого кладка разделяется на фрагменты деформационными швами или армируется. В качестве дополнительной защиты от трещин может быть использовано армирование отделочных слоев стекловолокнистой сеткой – эта мера предотвратит выход трещин на поверхность.
Расчетные армирование и температурно-усадочные швы должны назначаться в соответствии с требованиями СНиП II-22 «Каменные и армокаменные конструкции». Конструктивное армирование может быть целесообразным на границах проемов в нагруженных стенах; по длине конструкций, подвергающихся боковым нагрузкам (ветер, давление грунта для заглубленных стен), в ряде других случаев.
Для самонесущих стен, заполняющих ячейки несущего каркаса, целесообразней вместо армирования использовать более частое расположение деформационных швов.

Крепления

Газобетон пористый материал с невысокой прочностью при растяжении. Поэтому использование его в качестве основы для крепления навесного оборудования имеет свои особенности.

Крепеж применяемый в домах из газобетонных блоков

Литература:
- Руководство пользователя (пособие по работе с газобетонными блоками Aeroc)

Коэффициенты температурного расширения пластмасс и пластика

Представлена таблица значений коэффициентов теплового линейного расширения (КТЛР) различных типов пластмасс и пластика. Коэффициенты даны в таблице, как для определенной температуры (абсолютный коэффициент расширения), так и для интервала температуры (средний коэффициент расширения в указанном диапазоне температуры).

Значения коэффициентов температурного расширения α приведены в размерности 1/K с множителем 10 5 . Например, КТЛР АБС-пластика при температуре 20 °С имеет величину от 8·10 -5 до 10·10 -5 1/К.

В общем случае пластмасса и пластик имеют сравнительно высокие значения коэффициентов расширения. Увеличение их линейных размеров может многократно превышать расширение металлов в тех же условиях. Такое поведение обусловлено структурой макромолекул полимеров.

Примечание:
В случаях, когда в таблице в графе значений температуры стоит прочерк, коэффициенты расширения указаны для температуры применения пластмассы.

Линейные деформации и влажность газобетона

Были проведены аналогичные исследования других видов газобетона с применением смешанного вяжущего (портландцемент + известь), молотой извести-кипелки и шлакового вяжущего. Во всех случаях расширение газобетонных оптимального состава при 100°С составляло 0,4—1,0 мм/м, а при 170°С— 1,8—2,0 мм/м. Оно практически не зависит от вида вяжущего, а определяется в основном температурой среды автоклава.

Сопоставим полученные экспериментальные данные с расчетными коэффициентами линейного расширения твердых компонентов газобетона. Известно, что коэффициент линейного расширения кварца D интервале температур от 20 до 200°С составляет 12,5 • 10,6, а цемента II—13 - 10,6. При составе газобетона 1:1— цемент : песок — можно принять что расчетный коэффициент линейности расширения составляет 12,25 10-0. Расширением свободной воды, имеющейся в газобетоне, можно пренебречь, хотя известно, что с повышением температуры способность расширению в 40— 50 раз больше по сравнению с расширением минералов цемента и кварца.

Проведенные опыты показывают, что расширение газобетона определяется в основном температурным расширением составляющих компонентов.

Определение изменения веса образца в процессе автоклавной обработки производилось па приборе, показанном на рис. 4. В связи с тем, что при изменении температуры от 0 до 200С модуль упругости стальной линейки меняется в пределах о—8%, что в свою очередь влияет из ее прогиба, была проведена тарировка. Нагружение производилось стальными гирями весом 4 кг. В процессе запаривания снимались показания по прогибу линейки в зависимости си температуры, и на основании полученных данных была построена тарировочная, учитывающая изменение линейки в зависнмити от архитектуры.

Точность в показаниях по изменению влагосодержания составляет ± 1 %.

Максимальное увлажнение газобетона наблюдается при изотермическом прогрессе. В течение всего этого периода, независимо от его продолжительности, изменения веса образков не наблюдается. Для газобетона объемного веса 700 кг/м2, от длительности режимов на отдельных стадиях запаривания, увлажнение при давлении пара в автоклаве 8 атм достигает G—8% от первоначального веса. При спуске давления до С и температуры до 00°С происходит интенсивное испарение влаги. Вследствие этого наблюдается потеря влаги, достигающая 6—8% по весу, т. е. в этот период запаривания образец теряет столько же, сколько он приобретает в период подъема и выдержки давления пара.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что в процессе автоклавной обработки не происходит дополнительного увлажнения или высушивания газобетона. Таким образом, для получения изделий с пониженной влажностью необходимо количество воды за- творения смеси принимать возможно меньшим, однако без ущерба для создания равномерной структуры газобетона.

Обобщая результаты наших опытов, а также исследований, проведенных по автоклавной обработке ячеистых бетонов К. Э. Горяйновым и И. Заседателевым, можно считать, что при автоклавной обработке крупных изделий деформации но толщине будут складываться за счет температурных расширений составляющих газобетона и перепадов температур. Истинное влияние на развитие деформаций сказывают также неодинаковость прочностных свойств отдельных слоев газобетона по толщине изделия.

Инструкция предлагает также выполнять выравнивающим слой из цементио- песчаного раствора и бетона с защитным антикоррозийным покрытием на основе водостойкого кислотоупорного раствора с применением жидкого стекла, кремнефтористого натрия и кислотостойких наполнителей. Но полы в жировых цехах моют щелочными растворами, а это приводит к быстрому разрушению жидкого стекла. Кроме того, кремнефтористый натрий ядовит, что исключает возможность его использования в пищевой промышленности.

С целью создания материала, устойчивого против агрессивного воздействия органических соединений, встречающихся в пищевых продуктах, в Ростовском инженерно-строительном институте изучалась сравнительная стойкость полимерцементиых бетонов, изготовленных на основе ряда синтетических латексов н поливинилацетатной эмульсии (ПВАЭ). Пленки, полученные ка латексе СКС-65 гп, СКС-50 гп, СКС-50 пг, наврите Л-7 (хлоропреновом латексе), набухают и размягчаются после месячной выдержки в различных жирах; пленки же, изготовленные из ПВАЭ, не изменяются.

Некоторые исследователи1 считают, что синтетические латексы, введенные в состав цементных бетонов, набухая под воздействием агрессивной среды, предохраняют материал от разрушения делают его «самоизолирующим При проверке это мнение не подтвердилось.

Были изготовлены полимерцементные образцы размером 3x3x15 см с добавками латекса СКС-65 н ПВАЭ и создана агрессивная жировая среда, выдержка в которой в течение двух недель соответствовала примерно 5—6 месячному воздействию жиров ма материал в производственных условиях. Разрушительнее воздействие на полимерцементный бетон начинается уже через 28 сут. нахождения его в жире при температуре 6СГС (по 12 ч ежедневно). К концу третьего месяца образцы полностью разрушаются.

Часть образцов, приготовленных с добавлением дивинилетирольного латекса СКС-65 гп в количестве 25 и 40% или ПВАЭ 5 и 40%, насыщали жиром в течение 2 сут. и затем хранили в естественных условиях. За один год они полностью разрушались. Образцы, находившиеся I мес. в разогретых жирах, разрушились через 6—7 мес.

Учитывая результаты этих опытов, было решено исключить из состава бетона минеральное вяжущее — цемент. В органоминеральном пластбетоне в качестве связующего использован фурфуролацетоновый мономер ФА, подтверждаемый сульфобензокислотой. Кисютостойким наполнителем служил сухой кварцевый песок, свободный от известковых включений (влажность не более 0,5%). В состав входили (по весу); мономер ФА—16%, кварцевый песок—80%

Читайте также: