Повышение прочности стен из ячеисто-бетонных блоков Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Научно-технический и производственный журнал

-------ЖИЛИЩНОЕ ---

СТРОИТЕЛЬСТВО

Расчет конструкций

УДК 691.327.33

А.В. ГРАНОВСКИЙ, канд. техн. наук, Б.К. ДЖАМУЕВ, инженер (dbk-7@mail.ru),

ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (Москва)

Повышение прочности стен из ячеисто-бетонных блоков

По результатам экспериментальных исследований прочности кладки из ячеисто-бетонных блоков на цементном растворе и на клеевых составах при осевом растяжении (нормальное сцепление), срезе (касательное сцепление), растяжении при изгибе (главные растягивающие напряжения при изгибе) и перекосе сделан вывод о возможности применения кладки стен из ячеисто-бетонных блоков, изготовленных по технологии MASA-Henke (при классе бетона В4) для стен зданий, возводимых в сейсмических районах РФ.

Ключевые слова: ячеисто-бетонные блоки, сейсмические районы, цементный раствор, клеевой состав, опытный образец.

В настоящее время у нас в стране и за рубежом стены из ячеисто-бетонных блоков находят все более широкое применение как в качестве несущих и самонесущих конструктивных элементов жилых и общественных зданий, так и при плотности менее D500 в качестве теплоизоляционного материала.

На российском строительном рынке наблюдается острый дефицит качественного ячеистого бетона. Из-за недостатка продукции хорошего качества потребители вынуждены приобретать бетон, изготовленный в кустарных условиях (речь идет о неавтоклавном ячеистом бетоне и пенобетоне). Применение различных разновидностей ячеистого бетона в виде мелкоразмерных блоков в ненесущих стенах с поэтажной разрезкой в жилых и общественных зданиях при отсутствии должного контроля их прочности и плотности привело к тому, что, как показали результаты обследований, выполненных специалистами ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, использование, например, пенобетон-ных блоков прочностью от В1 до В1,5 и плотностью ниже D500 стало носить массовый характер. Указанная проблема стала особенно актуальной в связи с креплением к стенам из таких материалов несущих подконструкций фасадных систем, а также с установкой металлических ветровых связей в двух- и трехслойных стенах. В связи с креплением несущих подконструкций и связей в стены из ячеисто-бетонных блоков изменилась функция стен: вместо ненесущих стены с поэтажной разрезкой стали выполнять функции несущих элементов здания.

В то время как за рубежом кладка несущих стен из ячеисто-бетонных блоков ведется на специальных клеях, в России для кладки применяется в основном цементный раствор. Указанное ведет к существенному снижению прочности и эксплуатационной надежности стен, и связано это со следующими факторами:

- высокое водопоглощение ячеистого бетона ведет к снижению прочности раствора из-за нарушения процесса гидратации цемента в растворе. В связи с этим перед нане-

сением раствора поверхность ячеисто-бетонного блока полагается смачивать водой;

- при кладке наружных стен согласно указаниям [1] следует применять легкие растворы плотностью в сухом состоянии менее 1500 кг/м3. На наших стройках применяются растворы плотностью выше 1500 кг/м3.

Все отмеченное выше сдерживает широкое применение эффективного строительного материала.

В Центре исследований сейсмостойкости сооружений (ЦИСС) ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко выполнены комплексные экспериментальные исследования прочности и дефор-мативности стен из ячеисто-бетонных блоков, изготовленных по технологии MASA-Henke.

Программа экспериментальных исследований состояла из следующих этапов:

1. Экспериментальные исследования прочности кладки при осевом растяжении (нормальное сцепление) и срезе (касательное сцепление) по неперевязанному сечению при использовании цементных растворов и специальных клеевых составов.

2. Экспериментальные исследования прочности и де-формативности фрагментов стен из ячеисто-бетонных блоков при действии сдвигающих усилий - перекос (моделирование горизонтальных сейсмических воздействий в плоскости стен). Исследовалась кладка на специальных клеевых составах.

Для оценки прочности элементов кладки - ячеистого бетона и раствора в швах кладки опытных образцов непосредственно на заводе проведены испытания бетонных кубов, выпиленных из ячеисто-бетонных блоков, и растворных кубов, изготовленных одновременно с опытными образцами. По результатам испытаний кубов установлено:

- при средней плотности ячеистого бетона D600 по прочности при сжатии автоклавный бетон, имеющий среднюю установившуюся влажность 10%, соответствует классу бетона В4;

Расчет конструкций

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

N Л

3-С

11

,25

N ^

1-1

130

50

N

50

250

1-1

250

Рис. 1. Схема образцов: а — для испытаний на осевое растяжение; б — для испытаний на сдвиг

±

I1

Верхний оголовок

1250

1-1

,, Блоки из ячеистого бетона

2-2

Нижний оголовок

300

Рис. 2. Общий вид образца с указанием основных размеров (а) и схема его испытаний (б) на перекос

б

б

а

а

2

N

2

N

- по прочности на сжатие раствор, использованным для кладки опытных образцов, соответствует марке М100.

Кроме цементного раствора марки М100 при изготовлении опытных образцов использовались специальные клеевые составы.

Прочность кладки при осевом растяжении по не-перевязанному шву. Для оценки прочности кладки при осевом растяжении по неперевязанному шву (нормальное сцепление) были изготовлены образцы в виде двух кубов, выпиленных из ячеисто-бетонных блоков и скрепленных (склеенных) между собой (рис. 1, а) с помощью клея I (образцы I серии), клея II (образцы II серии) и растворной смеси (образцы III серии).

Толщина клеевого и растворного швов соответствовала значениям, принятым в нормах и рекомендациях завода-изготовителя блоков: для клеевого шва 1-3 мм, для растворного шва 10-12 мм.

Анализ результатов испытаний (табл. 1) на осевое растяжение кладки из ячеисто-бетонных блоков, изготовлен-

ных по технологии MASA-Henke позволяет отметить следующее.

1. Величина нормального сцепления при осевом растяжении кладки по неперевязанному шву при использовании для кладки клеев I и II соответственно в 3,54 и 4,86 раза выше, чем в случае использования для кладки цементного раствора марки М100.

Указанный параметр прочности кладки особенно важен при учете действий нагрузок на стены, вызывающих их изгиб из плоскости (ветровые нагрузки и т. д.).

2. Согласно п. 3.39 СП 14.13330.2011 «Строительство в сейсмических районах» для кладки стен I категории, возводимых в сейсмических районах, временное сопротивление осевому растяжению по неперевязанному шву (нормальное сцепление) должно быть Яр > 0,18 МПа. Как видно из табл. 1, при использовании клеев I и II для кладки стен из ячеисто-бетонных блоков при бетоне класса В4 полученные значения Яр в 1,5-2 раза выше, чем приведенные в СП 14.13330.2011 для кладки стен I категории на цементных растворах.

Таблица 1

Вид силового воздействия Вид раствора в шве Кол-во образцов N р;зр, кн Я, МПа Относительная прочность, %

Осевое растяжение (нормальное сцепление) Цементный раствор М100 5 0,6 0,07 100

Клеевой состав I 4 2,02 0,25 354

Клеевой состав II 5 2,95 0,34 486

Срез (касательное сцепление) Цементный раствор М100 7 7,17 0,35 100

Клеевой состав I 6 14,3 0,71 203

Клеевой состав II 7 26,4 1,31 380

Таблица 2

Вид раствора в шве № образца Размеры образца, см Ч„р, кН Ясреза, МПа

Я, Яср

Клеевой состав II 1 125x125x30 200 0,76 0,59

2 128,6 0,49

3 157,1 0,6

4 128,6 0,49

5 154,5 0,59

Научно-технический и производственный журнал

Расчет конструкций

Рис. 3. Характер разрушения образцов после испытаний на перекос

Прочность кладки при срезе по неперевязанному шву. Для оценки прочности сцепления при срезе по непере-вязанному шву (касательное сцепление) ячеисто-бетонных блоков были изготовлены образцы в виде двух прямоугольных параллелепипедов размером 100x100x250 мм (250 мм - высота) (рис. 1, б), выполненных из ячеисто-бетонных блоков и склеенных между собой по длинной стороне с помощью: клея I (образцы I серии), клея II (образцы II серии) и растворной смеси (образцы III серии).

Анализ результатов испытаний (табл. 1) на срез по непе-ревязанному шву кладки из ячеисто-бетонных блоков, изготовленных по технологии MASA-Henke, позволяет отметить следующее.

1. Величина касательного сцепления при срезе слоев кладки по неперевязанному шву при использовании в качестве связующего клеев I и II в 2-3,8 раза выше, чем в случае использования для кладки цементного раствора марки М100.

2. По результатам экспериментальных исследований установлено, что расчетное сопротивление срезу кладки из ячеисто-бетонных блоков по неперевязанному шву в зависимости от материала шва согласно п. 3.40 СП 14.13330.2011 следует принимать:

- для кладки на цементном растворе Яср = 0,7 0,07 = 0,049 МПа;

- для кладки на клеевом составе I Яср = 0,7 0,25 = 0,175 МПа;

- для кладки на клеевом составе II Яср = 0,7 0,34=0,24 МПа, что, в случае применения клеевых составов в 1,5-2 раза выше расчетного значения Яср =0,7 0,18 = 0,126 МПа, установленного СП 14.13330.2011 для кладки стен I категории.

Испытания кладки на сдвиг (перекос). В соответствии с программой исследований для оценки сейсмостойкости кладки стен из ячеисто-бетонных блоков выполнены экспериментальные исследования прочности и деформатив-ности фрагментов стен из ячеисто-бетонных блоков, изготовленных по технологии MASA-Henke (класс бетона В4) при действии сдвигающих усилий (моделирование горизонтальных сейсмических воздействий в плоскости стены). Для испытаний были изготовлены опытные образцы фрагментов стен с размерами 125x125x30 см (30 см - высота) из ячеисто-бетонных блоков на клеевом составе II. Толщина

клеевого шва составляла ~2 мм. На рис. 2 показан общий вид образца и схема его испытаний на перекос.

Анализ результатов испытаний кладки фрагментов стен (табл. 2), смонтированных на клеевом составе II, изготовленных из ячеисто-бетонных блоков по технологии MASA-Непке при классе бетона В4, показывает, что разрушение опытных образцов при перекосе (рис. 3) произошло не по растворному (клеевому) шву, а по материалу кладки. Указанное свидетельствует о том, что, как отмечалось выше, величина нормального и касательного сцепления между блоками кладки выше, чем прочность материала кладки. Согласно п. 3.40 СП 14.13330.2011 расчетное сопротивление срезу кладки по перевязанному сечению при растворе в шве марки >М50 следует принимать по СНиП N-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции» равным 0,24 МПа. С учетом указаний п. 3.20 СНиП N-22-81 величина временного сопротивления кладки при срезе по перевязанному шву (средний предел прочности) Яср = КЯср = 2,25 0,24 =

0.54 МПа, где К = 2,25 (п. 2 табл. 14, СНиП N-22-81). По эксперименту Ясэркс = 0,59 МПа « Яср = 0,54 МПа.

Таким образом, результаты экспериментальных исследований прочности и деформативности кладки стен из ячеисто-бетонных блоков, изготовленных по технологии MASA-Henke при классе бетона не ниже В3,5, смонтированных на клеевых составах I и II, позволяют рекомендовать их применение при возведении жилых и общественных зданий как в обычных, так и в сейсмических районах РФ при соответствующих конструктивных и расчетных обоснованиях.

Литература

1. Рекомендации по применению стеновых мелких блоков из ячеистых бетонов. М.: ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 1992. 127 с.

Подписка на электронную версию

Актуальная информация для всех работников строительного комплекса

http://ejournal.ri ifsm.r и/

Информация

—------ ЖИЛИЩНОЕ ---

строительство

Научно-технический и производственный журнал

ЭЕПЕНЫИ ПРОЕКТ

SOVI

ФЕСТИВАПЬ

инновлиионных ТЕХНОПОГИЙ В АРХИТЕКТУРЕ И СТРОИТЕПЬСТВЕ

Уважаемые коллеги! Приглашаем всех к участию в фестивале

«ЗЕЛЕНЫЙ ПРОЕКТ 2011»

Фестиваль состоится 9-10 ноября 2011 года по адресу

Москва, Крымский вал, 10, ЦДХ

Цель фестиваля:

объединить принципы устойчивого проектирования с инновационными строительными технологиями и материалами, международный опыт «зеленого» строительства — с представлениями российских зодчих о том, какой должна быть современная экологически устойчивая архитектура.

Заявки принимаются до 1 сентября 2011 г.

по адресу: info@ard-center.ru тел./факс: +7 (495) 917-0318, 917-5013, 917-5805; www.ard-center.ru

Учредители:

АРД. ЦЕНТР

Организатор фестиваля:

РИА.АРД

СОЮЗА АРХИТЕКТОРОВ РОССИИ

123001, Москва, Гранатный переулок, 12, оф. 8 тел/факс: +7 (495) 691-5321, 691-5274, 917-0318, 969-6073 e-mail: pr@ard-center.ru

www.greenproekt.com

при поддержке:

__А

НННИГТЮТЮ , ffi

НТ№КлЛЫ№ГО Л

¡М®

С М А

tap

(, / сгас

СА 1

информационные партнеры:

троит имьы

вравнт

татым Iffimlffi exfefieurs [^room:

AOf-rf.T.Mri-

rchi.ri, д pi х рЦ

Й® ^SjB ^.ЯИШ (ЙШШШЕ [jjg * PROEКТьТR0v" 1

¡1гофи Щомс ВЫСОТНЫЕ detail^ миъпом OBJECT1"1 евро