МОДЕЛЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КИРПИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ В СОВРЕМЕННОМ ВЫСОТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Модель использования кирпичных материалов в современном высотном строительстве

сч о сч

о ш т

X

<

т о х

X

Мустафаев Александр Мираламовач

магистрант, кафедра строительных конструкций, оснований и надежности сооружений, Волгоградский государственный технический университет», [email protected]

Выбор типов наружных и внутренних стен каменных зданий осуществляют с учетом климатических условий места строительства, наличия местных каменных материалов (керамического кирпича, пустотелых керамических и бетонных камней, природных камней, кирпичных панелей и блоков, теплоизоляционных материалов), а также температурно-влажностного режима помещений. Самым прогрессивным является способ теплозащиты зданий фасадными элементами с воздушными прослойками, что позволяет надежно защитить внешнюю стену от воздействия влажного атмосферного воздуха, а также от влаги, которая образуется в конструкции стены со стороны внутреннего слоя во время эксплуатации здания. Стены разделяют по структуре на такие: из сплошной кладки (один вид каменного материала); многослойные, которые выполняют из двух или более слоев, из одного или разных материалов и с облегченной кладкой, в которой часть основного несущего материала заменяют воздушной прослойкой, теплоизоляционными плитами, камнями, минеральными засыпками тому подобное. Для достижения максимального эффекта тепло - и звукоизоляции наружной стены, ее сооружают в два или три слоя: первый - несущий слой (несущая стена из рядового кирпича, керамических блоков, ячеистых бетонов и т. п); второй слой-теплоизоляционный (утеплители из минеральной ваты, пенополистирола), а третий - фасадный слой (наружная (фасадная) кладка из клинкерного или лицевого кирпича). Себестоимость многослойной конструкции стены при возведении зданий ниже, чем для зданий, теп-лофизические характеристики которых достигались увеличением толщины стены путем выкладки из сплошного или полого кирпича. При этом стоимость погонного метра конструкции такой стены оказывается ниже на 40-50 %, чем в случае простого наращивания толщины стены. Кроме этого, за счет толщины стены можно сэкономить внутреннее пространство в помещении и снизить затраты на его отопление или охлаждение. Стоит отметить, что стоимость трехслойной стены можно снизить за счет материалов для возведения зданий и сооружений. Ключевые слова: кирпич, материал, стены, кладка, строительство.

Любое здание приобретает оригинальный архитектурный вид с кирпичной структурой. Кирпичные конструкции - это кладка, которую выкладывают из строительного раствора в швы между кирпичами. Кладка - это совокупность элементов каменной кладки, расположенных в заданном порядке и соединенных цементным раствором. Элементы каменной кладки имеют определенную форму и предназначены для использования в каменных конструкциях. Каменная кладка содержит элементы, расположенные в заданном порядке и соединенные растворной смесью. Для устройства и расшивки швов кладки используют строительный раствор (смесь одного или нескольких неорганических вяжущих веществ, заполнителей и воды, а также, в некоторых случаях, - добавок и примесей). Элементы каменной кладки должны соответствовать типу каменной кладки, ее расположению и требованиям по долговечности [3].

Для облицовки внешних ограждающих конструкций, возведение архитектурных сооружений, а также при ремонте или реконструкции гражданских жилых и промышленных зданий широко используется керамический клинкерный и лицевой кирпич. Сегодня чрезвычайно актуальным является развитие энергоэффективного строительства; при этом высокие эксплуатационные свойства наружных стен обеспечивает конструкция многослойной стены с использованием керамического клинкерного кирпича как декоративного защитного слоя [6]. В то же время керамический кирпич требует высококачественного сырья и повышенной температуры обжига, что приводит к существенному увеличению ее стоимости. Поэтому для сооружения фасадного слоя трехслойной стены допускается использование керамического лицевого кирпича. Вместе с тем, повышенные показатели пористости лицевого кирпича способствуют проникновению воды в капиллярно-пористую структуру материала, что приводит к снижению эксплуатационных свойств кладки. С другой стороны, для изготовления лицевого керамического кирпича могут использовать некачественное сырье - местные низкосортные глины, содержащие водорастворимые сульфаты и хлориды щелочных и щелочноземельных металлов, что приводит к образованию высолов на поверхности стен [7]. Повысить прочностные характеристики керамического кирпича на низкосортным сырье можно путем использования местного силикатного сырья, которое есть в достаточном количестве в промышленных

отходах и попутных продуктах промышленности строительных материалов [5].

Увлажнение строительных материалов является одной из основных причин снижения долговечности зданий и сооружений и увеличения эксплуатационных затрат, связанных с поддержанием температуры в помещениях, ремонтом и восстановлением конструкций. Пористая структура керамического лицевого кирпича способствует диффузии щелочей из цементных растворов, что усиливает деструктивное воздействие на кладку и снижает ее технические и декоративные свойства. Характерно, что высолы проявляются на кладке в случае использования растворов на основе порт-ландцементов с повышенным содержанием клинкера и добавлением извести с образованием нерастворимых карбонатно-кальциевых составов. Свободная вода из кладочного раствора, проникая в кирпич, растворяет соли с последующей кристаллизацией высолов не только на поверхности, но и в поровом пространстве, что приводит к возникновению трещин и разрушению целостности самой кладки [9]. Повышенная пористость керамического лицевого кирпича и строительного раствора приводит к интенсивному проникновения и подтягивания влаги через пористую структуру кладки стен, что вызывает миграцию растворов солей и образованию кристаллов в виде локальных белых пятен, разной степени распространенности и интенсивности. Стоит отметить, что высолы несущественно влияют на долговечность материала, однако их наличие указывает на проникновение влаги через слой стены [2]

Кристаллизационное давление растворимых солей является одним из важнейших процессов разрушения, который влияет на долговечность керамических материалов. Частота кристаллизации солей зависит от структуры пор, степени их насыщения и величины силы отталкивания. Структура пор оказывает значительное влияние на кристаллизацию солей, включая зарождение и осаждение, степень насыщения капиллярными растворами, испарение влаги и циклы смачивания и сушки. Есть три основные предпосылки для возникновения высолов, которые определяют наличие водорастворимых веществ, наличие воды для переноса их на поверхность, наличие капиллярных каналов, в которых образуется диффузионное давление, и, как следствие, водорастворимые вещества выносятся на поверхность кирпичной кладки в виде тонкослойного белого налета [1].

Высолы на кладке образуются (гидратирован-ными) №-, К -, Са2+ - сульфатами и карбонатами или другими солями. Такие соли могут выделяться на поверхности кладки из керамического кирпича, строительного раствора, а также за счет подтягивания из почвы. В керамическом кирпиче сульфаты образуются во время процесса обжига и могут диссоциировать, в частности Na2SO4, K2SO4,

при температуре спекания более 950 °С, а СаSО4 - оставаться стабильными до температуры 1050— 1200 °С. С другой стороны, высолы на основе сульфата кальция на поверхности кладки образуются из строительных растворов за счет содержания гипса в вяжущем. Кроме этого, проходит вымывание Са(ОН)2 из строительного раствора на поверхность кладки, что вследствие его карбонизации приводит к образованию составов — кальцита (СаСОЗ). Не менее значимым фактором вы-солообразования из раствора является содержание щелочей в цементе, в том числе водорастворимых. Другим важным фактором высолообразо-вания является также капиллярное подтягивание (влажностное состояние стены уменьшается в направлении «снизу — вверх», а также из середины стены к ее внешним поверхностям) растворов солей из почвы. Так, постоянно действующий механизм капиллярного подтягивания грунтовых вод также приводит к накоплению солей в стенах зданий и сооружений.

За счет попеременного увлажнения-высушивания, замерзания—оттаивания разрушается структура материалов, происходит образование усадочных и морозных трещин; в результате увлажнения снижается сопротивление теплопередаче, нарушается температурно-влажностный режим конструкции. Практически неизбежны такие явления, как промерзание углов и стыков, отслоение отделочных слоев. Растворимые вещества в составе строительных растворов и керамического кирпича, которые в процессе естественного осушения стены выносятся в виде водных растворов с последующей кристаллизацией на внешнюю поверхность, формируют картину высолообразова-ния.

Каменная конструкция помимо высолостойко-сти должна также отвечать повышенным требованиям несущей способности и долговечности. В соответствии с этим каменную конструкцию необходимо рассматривать как систему, состоящую из ячеистых строительных материалов, на которую влияют атмосферные осадки и знакопеременные температуры, что способствует интенсивной миграции воды и агрессивных веществ и приводит к деструкции материалов, особенно в условиях отрицательных температур. Указанные факторы являются основными причинами разрушения керамических стеновых материалов [4].

Каменная конструкция одновременно склонна к вертикальной и зацентрового сжатия, изгиба, среза и растяжения. Основными причинами напряженно-деформированного состояния каменной кладки является неоднородность укладки раствора и наличие вертикальных швов в кладке, а также существенное отличие деформативных свойств кирпича и раствора. Учитывая локальную неоднородность состава раствора, условия твердения в шве и неравномерность обжима кирпича

х

X

о

го А с.

X

го т

о

м о м

сч о сч

о ш т

X

<

т О X X

на всей постели, в кладке образуются участки раствора, которые значительно отличаются друг от друга по средней плотности и прочности. Кроме того, значения деформативных параметров строительного раствора больше, чем у кирпича [8]. В напряженном состоянии в кирпиче возникают растягивающие усилия, а в растворе — сжимающие. Величина нагрузки, при которой появляются первые трещины, зависит от механических свойств кирпича, конструкции кладки и деформативных свойств раствора, то есть от вида раствора и его срока эксплуатации (возраста кладки). С увеличением последнего деформативность раствора снижается. Время появления первых трещин зависит от качества выполнения горизонтальных швов и средней плотности применяемого раствора.

В зависимости от условий эксплуатации, долговечность керамического лицевого кирпича оценивают по многим факторам. Под действием атмосферных факторов и механической нагрузки керамический лицевой кирпич теряет свои потребительские свойства. Пористость керамического лицевого кирпича оказывает значительное влияние на его устойчивость к воздействию атмосферной среды (увлажнение и высушивание, замерзание и оттаивание). Во время многократного насыщения в течение длительного времени керамические изделия подвергаются определенного перерождения и теряют прочность, что вызвано ослаблением связи между фазами в структуре материала, образованием микрощелей и микротрещин, которые становятся причиной дальнейших разрушений и, как следствие, его повышенной хрупкости. Водонепроницаемость керамических изделий увеличивается при наличии в них пор неправильной формы, удлиненных, которые соединяются между собой или расположены цепочкой.

Показатели пористости и размер пор оказывают значительное влияние на морозостойкость керамического материала. Стоит отметить, что содержание закрытых пор большего диаметра обеспечивает более высокие значения морозостойкости, поскольку заполнение более крупных пор меньшим количеством воды создает возможность компенсации напряжения в материале, вызванное односторонним давлением объема воды во время замерзания до 9% и всесторонним гидростатическим давлением. Доказано, что с увеличением числа циклов замораживания и оттаивания происходит развитие трещин, которые образовались за счет соединения их с закрытыми порами, что сопровождается повышением общей пористости материала и снижением его прочности, а это приводит к резкому повышению скорости разрушения материала в результате усталости под действием циклических нагрузок [10].

Следовательно, на прочность при сжатии кладки из кирпича и камня влияют такие факторы:

параметры качества кирпича (вид, размеры, правильность геометрической формы, наличие пустот, прочность и пористость); параметры качества кладки растворной смеси (удобоукладывае-мость, расслаиваемость, водоудерживающая способность) и раствора (прочность, морозостойкость, средняя плотность, адгезионные и пружино-прастические свойства); технология возведения каменной конструкции (качество и перевязка кладки, степень заполнения раствором вертикальных и горизонтальных швов). Прочность кирпича и раствора, размеры и форма кирпича имеют решающее значение для формирования прочности (несущей способности) кладки. Поэтому для обеспечения эксплуатационной надежности кладки необходимо исследовать керамический кирпич и строительный раствор, который соединяет элементы кирпича в кладку.

Литература

1. Анализ причин образования высолов в кирпичных кладках в регионах Приаралья / В. С. Лесовик, Л. Х. Загороднюк, З. К. Бабаев, З. Б. Джумани-язов // Стекло и керамика. — 2020. — № 7. — С. 3941.

2. Ахмедьянов, Р. М. Исследование прочностных и деформативных характеристик кирпичной кладки в зависимости от толщины растворных швов / Р. М. Ахмедьянов, Э. Р. Ахтямов, Е. А. Га-малий // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. — 2021. — № 5(268). — С. 2125.

3. Кабанов, В. Н. Информационная модель строительного процесса на примере кирпичной кладки / В. Н. Кабанов // Инженерный вестник Дона. — 2021. — № 7(79). — С. 377-386.

4. Лазарев, С. Е. Научные принципы реконструкции озеленительных робиниевых насаждений / С. Е. Лазарев, А. В. Семенютина // Наука. Мысль: электронный периодический журнал. — 2021. — Т. 12. — № 2. — С. 102-121. — DOI 10.25726^3190-3908-3690-т.

5. Микроструктурные изменения в известковых растворах древних кирпичных кладок / В. Д. Кот-ляр, В. В. Пищулина, Ю. В. Попов, Б. В. Талпа // Строительные материалы. — 2021. — № 4. — С. 4755. — DOI 10.31659/0585-430Х-2021-790-4-47-53.

6. Оценка степени влияния капиллярного подсоса на увлажнение кирпичной кладки / С. А. Старцев, А. М. Харитонов, М. В. Ступак, А. С. Чиркин // Инновации и инвестиции. — 2021. — № 4. — С. 293297.

7. Пугач, Е. М. Автоматизация процесса выбора системы перевязки швов кирпичной кладки вертикальных конструкций / Е. М. Пугач, А. Ю. Юмашева // Строительное производство. — 2020. — № 4. — С. 68-76.

8. Пучков, Ю. М. Деструкция кирпичных кладок и их защита от солевой коррозии / Ю. М. Пучков //

Региональная архитектура и строительство. -2020. - № 2(43). - С. 56-62.

9. Семенютина, А. В. Опыт интродукции хвойных растений в условиях сухой степи / А. В. Семенютина, М. В. Цой, В. В. Сапронов // Наука. Мысль: электронный периодический журнал. - 2021. - Т. 11. - № 1. - С. 17-32. - DOI 10.25726/17664-5483-8738-s.

10. Столярова, Т. А. Обзор иностранных разработок роботов-каменщиков как результат исследований по автоматизации процесса кирпичной кладки / Т. А. Столярова, Л. А. Туковская, В. С. Ко-ротаев // Строительство и недвижимость. - 2020. -№ 1(5). - С. 82-87.

Model of using brick materials in modern high-rise construction Mustafaev A.M.

Volgograd State Technical University JEL classification: L61, L74, R53

The choice of types of external and internal walls of stone buildings is carried out taking into account the climatic conditions of the construction site, the availability of local stone materials (ceramic bricks, hollow ceramic and concrete stones, natural stones, brick panels and blocks, thermal insulation materials), as well as the temperature and humidity conditions of the premises. The most progressive is the method of thermal protection of buildings with facade elements with air layers, which allows you to reliably protect the outer wall from the effects of moist atmospheric air, as well as from moisture that forms in the wall structure from the inner layer during the operation of the building. The walls are divided by structure into the following: solid masonry (one type of stone material); multilayer, which are made of two or more layers, of the same or different materials and with lightweight masonry, in which part of the main bearing material is replaced with an air layer, thermal insulation plates, stones, mineral blocks, etc. To achieve the maximum effect of heat and sound insulation of the outer wall, it is constructed in two or three layers: the first is a load-bearing layer (a load-bearing wall made of ordinary bricks, ceramic blocks, cellular concrete, etc.); the second layer is thermal insulation (mineral wool insulation, expanded polystyrene), and the third is the facade layer (exterior (facade) masonry of clinker or face brick). The cost of a multilayer wall construction during the construction of buildings is lower than for buildings whose thermal and physical characteristics were achieved by increasing the wall thickness by laying out solid or hollow bricks. At the same time, the cost of a linear meter of the construction of such a wall turns out to be 40-50% lower than in the case of a simple increase in the thickness of the wall. In addition, due to the thickness of the wall, you can save internal space in the room and reduce the cost of heating or cooling it. It is worth noting that the cost of a three-layer wall can be reduced due to materials for the construction of buildings and structures.

Keywords: brick, material, walls, masonry, construction.

References

1. Analysis of the causes of efflorescence formation in brick masonry in the

Aral Sea regions / V. S. Lesovik, L. Kh. Zagorodnyuk, Z. K. Babaev, Z.B. Dzhumaniyazov // Glass and ceramics. - 2020. - No. 7. - P. 39-41.

2. Akhmedyanov, RM Research of strength and deformative characteristics

of brickwork depending on the thickness of mortar joints / RM Akhmedyanov, E. R. Akhtyamov, EA Gamaliy // Building materials, equipment, technologies of the XXI century. - 2021. - No. 5 (268). - S. 21-25.

3. Kabanov, VN Information model of the construction process on the

example of brickwork / VN Kabanov // Engineering Bulletin of the Don. -2021. - No. 7 (79). - S. 377-386.

4. Lazarev SE, A. V. Semenyutina Scientific principles of reconstruction of

greenery plantings robinia / SE Lazarev, A. V. Semenyutina // Science. Thought: electronic periodical journal. - 2021. - T. 12. - No. 2. - S. 102121. - DOI 10.25726 / z3190-3908-3690-m.

5. Microstructural changes in lime mortars of ancient brickwork / VD Kotlyar,

VV Pishchulina, Yu. V. Popov, BV Talpa // Building materials. - 2021. -No. 4. - P. 47-55. - DOI 10.31659 / 0585-430X-2021-790-4-47-53.

6. Evaluation of the degree of influence of capillary suction on the moistening

of brickwork / S. A. Startsev, A. M. Kharitonov, M. V. Stupak, A. S. Chirkin // Innovations and investments. - 2021. - No. 4. - S. 293-297.

7. Pugach, EM Automation of the process of choosing a system for dressing

seams of brickwork of vertical structures / EM Pugach, A. Yu. Yumasheva // Stroitelnoe proizvodstvo. - 2020. - No. 4. - P. 68-76.

8. Puchkov, Yu. M. Destruction of brickwork and their protection against salt

corrosion / Yu. M. Puchkov // Regional architecture and construction. -2020. - No. 2 (43). - S. 56-62.

9. Semenyutina, A. V. Experience of the introduction of conifers in dry steppe

/ A. V. Semenyutina, M. V. Tsoi, V. V. Sapronov // Science. Thought: electronic periodical journal. - 2021. - T. 11. - No. 1. - S. 17-32. - DOI 10.25726 / l7664-5483-8738-s.

10. Stolyarova, TA Review of foreign developments of robotic masons as a result of research on automation of the brickwork process / TA Stolyarova, LA Tukovskaya, VS Korotaev // Construction and real estate. - 2020. - No. 1 (5). - S. 82-87.

X X

о го А с.

X

го m

о

м о м