CC BY
61
УДК 666.9.015.42
В. В. Бабков (д.т.н., проф.), А. И. Габитов (д.т.н., проф.), Д. В. Кузнецов (к.т.н., доц.), А. М. Гайсин (к.т.н., доц.), О. А. Резвов (инж.)
Физико-химические факторы, влияющие на эксплуатационное состояние и долговечность наружных стен зданий на основе автоклавных газобетонных блоков
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра строительных конструкций 450080, г. Уфа, ул. Менделеева, 195; тел. (347) 2282200, e-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
V. V. Babkov, A. I. Gabitov, D. V. Kuznetsov, A. M. Gaisin, O. A. Rezvov
Physico-chemical factors affecting on the operational status and durability of the exterior walls of buildings on the basis
of aerocrete blocks
Ufa State Petroleum Technological University 195, Mendeleyeva Str, 450080, Ufa, Russia; ph. (347) 2282200, e-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Рассмотрены основные механизмы и факторы, оказывающие деструктивное влияние на состояние автоклавного газобетона в составе наружных стен эксплуатируемых зданий. Этими механизмами являются: увлажнение стены, воздействие влаги при замораживании, карбонизация структурообразующих гидросиликатных фаз материала. Оценены возможности защиты наружных стен применением гидрофобизирующих паропроницаемых многослойных штукатурок. Приведен опыт эксплуатации таких штукатурок при защите фасадов многоэтажных жилых домов на основе автоклавных газобетонных блоков в Республике Башкортостан.
Ключевые слова: автоклавные газобетонные блоки; карбонизация; многослойные паропро-ницаемые штукатурки.
В практике производства и применения автоклавных газобетонных изделий на основе известково-кремнеземистых или смешанных вяжущих в наружных стенах, ставших в последние годы особенно актуальными в связи с повышением требований к теплозащите ограждающих конструкций зданий, важной и требующей разрешения является проблема защиты и обеспечения долговечности таких стен. Опыт эксплуатации зданий с подобными стенами относительно короткий и не превышает 50 лет.
Автоклавный газобетон в составе наружной стены эксплуатируется в широком диапазоне влажности, в условиях попеременного
Дата поступления 27.12.10
The basic mechanisms and factors that have destructive effect on the state of autoclave aerocrete in the exterior walls of operated buildings are shown. These mechanisms are: wetting the wall, the effect of moisture during freezing, carbonation hydrosilicate structure-phase of material. The possibilities of protection exterior walls with using hydrophobic multilayered vapor permeable stucco are estimated. The experience of operation of such stucco with protecting the facades of apartment buildings on the basis of autoclaved aerocrete blocks in the Republic of Bashkortostan is resulted.
Key words: autoclaved aerocrete blocks, carbonation, multilayered vapor permeable stucco.
увлажнения и высушивания. При действии этого фактора в материале возникают неравномерные в объеме деформации набухания-усадки, обусловленные реализацией механизма сорбции-десорбции, а также напряжений стягивания водных менисков в капиллярах, что приводит к развитию внутренних напряжений и локальным структурным повреждениям, деструкции материала Влагостойкость материала в данном случае связана с амплитудой цикла и числом циклов попеременного увлажнения и высушивания.
Структура автоклавного бетона со средней плотностью 400—600 кг/м3 имеет большой объем «резервной» пористости, что при увлажнении на уровне сорбционного в условиях дей-
ствия попеременного замораживания-оттаивания не приводит к развитию внутриструктур-ных напряжений. Однако, при влагонакопле-нии выше сорбционного в порах структуры формируются водные мениски, происходит частичное или полное заполнение пор водой, что при фазовых превращениях жидкой поровой влаги в лед с 9%-ным увеличением объема обусловливает развитие внутриструктурного давления льда и гидравлическое давление еще не замерзшей воды, захваченной льдом и твердой фазой стенок пор 2. Этот механизм реализуется в виде многократных повторных воздействий и также приводит к снижению прочности. В соответствии с распределением температуры по толщине стены размораживание сочетается с интенсивным замачиванием наружной стены при косом дождевании, при конденсации влаги в переходные периоды «зима-весна», «осень-зима» и локализуется в наружных слоях стены.
Оптимизация технологии производства автоклавных стеновых изделий основывается, как правило, практически на единственном критерии — максимальной прочности применительно к конкретной плотности. В соответствии с этим, проектирование составов извест-ково-кремнеземистых или смешанных вяжущих, применительно к кремнезему определенной дисперсности (3000—5000 см2/г), базируется на минимальном соотношении С/Б, с формированием в цикле автоклавирования низкоосновных гидросиликатов кальция типа ксонот-лита (С656И), тоберморита (С556И6) при полном связывании извести. Такая система, в силу высокой пористости 75—85% и попеременного увлажнения-осушения, уязвима по воздухо-стойкости из-за доступности стуктурообразую-щих фаз в виде гидросиликатов кальция для углекислого газа воздуха С02. Карбонизация ячеистого бетона атмосферной углекислотой протекает во много раз быстрее, чем в плотных силикатных бетонах или на цементной основе. Скорость карбонизации не останавливается в поверхностных слоях стены, как это происходит у тяжелых бетонов. Глубокому проникновению С02 в толщу стены и сравнительно высокой скорости протекания карбонизационных процессов способствует сеть сквозных капилляров и макропор, характерных для ячеистых бетонов, пористость которых формируется за счет газообразователя.
Карбонизация низкоосновных гидросиликатов кальция, преобладающих в автоклавном газобетоне, происходит с перекристаллизацией в карбонаты кальция при выделении кремне-
кислоты с потерей объема носителя прочности — кристаллической фазы. Более благоприятным для сохранения прочности и обеспечения долговечности будет растянутый во времени двухстадийный процесс перекристаллизации высокоосновных гидросиликатов кальция частично в низкоосновные гидросиликаты и частично — в кальцит (первая стадия). Имеющаяся при этом непрогидратировавшая известь также будет перекристаллизовываться в СаС03, при этом, объем носителя прочности — кристаллической фазы будет прирастать. На второй стадии перекристаллизации низкоосновных гидросиликатов в карбонаты также будет наблюдаться увеличение объема кристаллической фазы. Эти выводы подтверждаются результатами расчетов авторов, представленных в табл. 1.
Результаты исследований, проведенных Е. С. Силаенковым по принудительной карбонизации автоклавного газобетона, показали снижение прочности ячеистых бетонов на из-вестково-кремнеземистых вяжущих, сформированных из низкоосновных гидросиликатов, относительно показателей до карбонизации 3. Механизм снижения прочности газобетона при действии атмосферной углекислоты связан с повреждением структурообразующего элемента — межпоровых перегородок.
Отметим также, что снижению прочности ячеистобетонной стены будет способствовать не только влажностная и карбонизационная усадка, но и градиент влажности и карбонизации материала по толщине стены, обусловливающий развитие дополнительных конструкционных напряжений растяжения.
Таким образом, необходимым условием воздухостойкости автоклавного газобетона в исходном состоянии является наличие в его структуре гидросиликатов повышенной основности и свободной извести.
Защиту наружной стены на основе автоклавных газобетонных блоков от действия названных выше негативных факторов может решить гидрозащитная штукатурная система, совмещающая также декоративную функцию, т. е. декоративно-защитная система.
Такая система должна обладать гидрофоб-ностью, обеспечивающей блокировку поступления влаги при косом дождевании, конден-сатной влаги, локализующейся на поверхности стены в переходные периоды. Адгезия системы к автоклавному газобетону должна быть на уровне прочности основы газобетона на растяжение, т.е примерно 1.5К^п (Кып — нормативное сопротивление ячеистого бетона на растяжение). Для бетонов средней плотности 400—
Таблица 1
Результаты расчета объемных изменений при карбонизации извести и гидросиликатных фаз
Исходные кристаллические фазы до карбонизации Кристаллические продукты карбонизации Коэф-т изменения объе-
Реакции карбонизации Молекулярная масса тх Плотность Ух, г/смз Молекулярная масса ту Плотность Уу, г/смз ма кристаллической фазы
1 Са(ОН)2 + СО2 => СаСОз + Н2О 74.09 2.2з 100.09 2.71 1.111
2.1(гиллебрандит) => (ксонотлит) 6С2БН1.17 + 6СО2 => =>СбЭбН+6СаСОз +6Н2О 2.2 (ксонотлит) 1159.8 2.64 714.6 600.54 2.69 2.71 1.11
С6Э6Н + 6СаСОз + 6Н2О + 6СО2 => - _ 120.1 2.71 1.01
=>12СаСОз + 6ЭЮ2 + 7Н2О
3.1 (фошагит) => (ксонотлит) 2С5ЭзН з + 4СО2 => => С6Э6Н + 4СаСОз + 5Н2О 1029.2 8 2.67 714.96 400.з6 2.69 2.71 1.07з
з.2 (ксонотлит) С6Э6Н + 4СаСОз + 5Н2О + 6СО2 => 10СаСОз+ _ _ 1000.1 2.71 0.957
+ 6Э1О2 + 6Н2О
4.1 (афвиллит) => (ксонотлит) зСзЭ2Н.з + зСО2 => => С6Э6Н + зСаСОз + 8Н2О 1027.1 4 2.64 714.96 з00.27 2.69 2.71 0.994
4.2 (ксонотлит)
С6Э6Н + зСаСОз + 8Н2О + 6СО2 => _ 600.54 2.71 0.877
=> 9СаСОз + 6Э1О2 + 9Н2О
5 (ксонотлит) С6Э6Н + 6СО2 => 714.96 2.69 600.54 2.71 0.8з4
=>6СаСОз + 6ЭЮ2 + Н2О
6 (риверсайдит) С5в6Нз + 5СО2 => 694.98 2.6 500.45 2.71 0.691
=> 5СаСОз + 6Э1О2 +зН2О
7 (тоберморит) С6в5Н5,5 + 5СО2=> 5СаСОз+6Э1О2+5,5Н2О 7з9.8 2.4з 500.45 2.71 0.606
8 (гиролит) С2ЭзН2 5 + 2СО2 => з28.4 2.4 200.18 2.71 0.54
=>2СаСОз + зЭ1О2 +2,5Н2О
Примечание: С — СаО; Б — БЮ; Н — Н20.
600 кг/м3 это соответствует диапазону характеристик адгезии 1.5—3.5 МПа. Элементы защитной системы должны обладать минимальной усадкой, повышенной растяжимостью и морозостойкостью. Материалы защитной системы должны быть паропроницаемыми, чтобы обеспечить защиту стены от переувлажнения по двум критериям: из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период и из условия ограничения влаги за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха ДШах. Эти условия должны согласовываться с высоким коэффициентом паро-проницаемости высокопористого газобетона =0.23—0.17 мг/(м-ч-Па) для ячеистых бетонов со средней плотностью 400—600 кг/м3) и низким сопротивлением паропроницанию стены (для толщины стены 400мм Яхр = 1.8—2.4 м2-ч-Па/мг).
В условиях Республики Башкортостан в системах теплоэффективных стен по фасадной теплотизоляции, а также рассматирваемой стены на основе автоклавных газобетонных блоков опробована декоративно-защитная система «Баумит», характеристики которой получены В. Г. Гагариным с сотр. и представлены в табл. 2 Данные расчета влагонакопления стены на основе автоклавных газобетонных блоков толщиной 400мм приведены в табл. 3. Расчеты показывают, что по критериям влагонакопле-ния стены в рабочем диапазоне средних плотностей 400—600 кг/м3 удовлетворяют требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» (ДWaх < 6%).
На рис. 1 представлены многоэтажные каркасно-монолитные жилые дома в г. Уфе постройки 2006 г. со стенами-заполнениями толщиной 400 мм из автоклавных газобетон-
