CC BY
37УДК 699.86
A.С. ГОРШКОВ1, канд. техн. наук; Г.И. ГРИНФЕЛЬД2, исполнительный директор;
B.Е. МИШИН3, преподаватель; Е.С. НИКИФОРОВ4, канд. эконом. наук; Н.И. ВАТИН1, д-р техн. наук, директор Инженерно-строительного института
1 Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29)
2 Национальная ассоциация производителей автоклавного газобетона (193091, Санкт-Петербург, Октябрьская наб., 40, литера А)
3 Лидский колледж УО «Гродненский государственный университет им. Янки Купалы» (Белоруссия, Гродненская обл., 231300, г. Лида, ул. Советская, 18)
4 Санкт-Петербургский государственный экономический университет (191023, Санкт-Петербург, ул. Садовая, 21)
Повышение теплотехнической однородности стен из ячеисто-бетонных изделий за счет использования в кладке полиуретанового клея
Представлены результаты прочностных и теплофизических испытаний кладки из ячеисто-бетонных изделий автоклавного твердения (газобетонных блоков) на полиуретановом клею. Показано, что механические характеристики кладки на полиуретановом клею (прочность при сжатии, растяжение при изгибе, нормальное и касательное сцепление) мало отличаются от аналогичных показателей, полученных при испытании фрагментов кладки, выполненных на цементно-песчаном растворе или цементном клею для газобетона. При этом теплофизические характеристики кладки на полиуретановом клею (термическое сопротивление, сопротивление теплопередаче) ввиду значительно более низкой теплопроводности полиуретанового клея по сравнению с цементными составами оказываются значительно выше. На основании проведенных испытаний сделано заключение, что кладку из газобетонных блоков на полиуретановом клею при соответствующем расчетном обосновании, допускается использовать при возведении ненесущих внутренних и наружных стен зданий, в том числе при заполнении наружных проемов каркасно-монолитных зданий с поэтажным опиранием кладки на несущие монолитные перекрытия.
Ключевые слова: автоклавный газобетон, полиуретановый клей, теплопроводность, огнестойкость, воздухопроницаемость.
A.S. GORSHKOV1, Candidate of Sciences (Engineering); G.I. GRINFELD2, Executive Director; V.E. MISHIN3, Teacher;
E.S. NIKIFOROV4, Candidate of Sciences (Economics); N.I. VATIN1, Doctor of Sciences (Engineering), Director of Engineering and Construction Institute
1 Saint Petersburg State Polytechnical University (29, Polytechnicheskaya Street, Saint Petersburg, 195251, Russian Federation)
2 National Association of Autoclaved Gas Concrete Manufacturers (Letter A, 40, Oktyabrskaya Embankment, Saint Petersburg, 193091, Russian Federation)
3 Lidsky college education establishment «Grodno state university of Janka Kupala» (18, Sovetskaya Street, Lida, 231300, Grodno region, Belarus)
4 Saint Petersburg State University of Economics and Finance (21, Sadovaya Street, Saint Petersburg, 191023, Russian Federation)
Improvement of Thermotechnical Uniformity of Walls Made of Cellular Concrete Products Through the Use of Polyuretane Glue in Masonry
Results of strength and thermo-physical tests of the masonry from cellular concrete products of autoclave hardening (gas concrete blocks) on polyurethane adhesive are presented. It is shown that mechanical characteristics of the masonry on polyurethane adhesive (compressive strength, bending tension, normal and tangent bonding) differ little from analogous indicators obtained in the course of testing masonry fragments made on cement-sand mortar or cement glue for gas concrete. At the same time thermo-physical characteristics of the masonry on polyurethane adhesive (thermal resistance, resistance to heat transfer) is significantly higher due to considerably lower heat conductivity of polyurethane adhesive in comparison with cement compositions. On the basis of conducted tests it is concluded that the masonry from gas concrete blocks on polyurethane adhesive, at appropriate calculation substantiation, can be used for erection of non-bearing internal and external walls of buildings including the filling of external openings of frame-monolithic buildings with floor-by-floor support of the masonry on bearing monolithic ceilings.
Keywords: autoclave gas concrete, polyurethane adhesive, heat conductivity, fire resistance, air permeability.
Кладка стен из ячеисто-бетонных изделий автоклавного твердения (газобетонных блоков), выпускаемых в соответствии с требованиями ГОСТ 31360—2007 «Изделия из ячеистых бетонов стеновые неармированные. Технические условия», является в настоящее время одной из наиболее распространенных технологий домостроения на территории Российской Федерации [1—3].
Кладка из газобетонных блоков применяется при возведении несущих, самонесущих и ненесущих наружных и внутренних стеновых ограждающих конструкций современных зданий, как высотных многоквартирных, так и малоэтажных частных, а также при монтаже сборно-монолитных перекрытий [4]. Изделия из автоклавного газобетона обладают относительно небольшой теплопроводностью (по сравнению с другими типами конструкционно-теплоизоляционных изделий), что определяет их высокую эффективность для обеспечения требований по теплоизоляции наружных стен зданий. Расчетные теплотехнические показатели ячеистого бетона автоклавного твердения (ГОСТ 31359—2007 «Бе-
тоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия») для некоторых марок изделий по плотности представлены в табл. 1.
Однако при возведении стен из мелкоштучных газобетонных изделий (блоков) требуется применение скрепляющих растворов, в качестве которых обычно используются либо цементно-песчаные растворы, либо тонкослойные цементные клеи.
Наличие цементных швов в кладке приводит к образованию так называемых мостиков холода [5], так как теплопроводность цементных растворов, применяемых для склеивания блоков в кладке, значительно выше теплопроводности ячеистого бетона марок по плотности D300—D600. Из-за наличия швов кладки нарушается теплотехническая однородность стен из газобетонных блоков, коэффициент теплотехнической однородности кладки г становится отличным от единицы; чем толще швы, а также чем выше теплопроводность кладочного состава, тем меньше коэффициент г и тем меньшим оказывается приведенное сопротивление теплопереда-
Ы ®
май 2014
57
Таблица 2
Таблица 1
Материал Характеристики материала в сухом состоянии Расчетные коэффициенты (при условиях эксплуатации)
Плотность Р0, кг/м3 Удельная теплоемкость с0, кДж/(кг°С) Коэффициент теплопроводности Х0, Вт/(м°С) массового отношения влаги в материале ю, % теплопроводности X, Вт/(м°С)
А Б А Б
Ячеистый бетон автоклавного твердения 600 0,84 0,14 4 5 0,16 0,183
500 0,84 0,12 4 5 0,141 0,147
400 0,84 0,096 4 5 0,113 0,117
300 0,84 0,072 4 5 0,084 0,088
Марка изделий по плотности Толщина швов кладки, мм Коэффициент теплотехнической однородности кладки г при расчетном коэффициенте теплопроводности раствора Хр-р, Вт/(м°С)
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
D300 2 0,99 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91 0,9
10 0,94 0,88 0,84 0,8 0,76 0,73 0,7 0,67 0,64
D400 2 0,99 0,98 0,97 0,96 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92
10 0,96 0,92 0,88 0,85 0,82 0,79 0,76 0,73 0,71
D500 2 0,99 0,99 0,98 0,97 0,97 0,96 0,95 0,94 0,94
10 0,98 0,95 0,91 0,88 0,86 0,83 0,8 0,78 0,76
D600 2 1 0,99 0,99 0,98 0,98 0,97 0,96 0,95 0,95
10 0,99 0,97 0,94 0,91 0,89 0,87 0,84 0,82 0,8
Примечание. Значения коэффициента теплотехнической однородности г при промежуточных значениях толщины шва и коэффициента теплопроводности кладочного раствора допускается принимать по интерполяции.
че фрагмента стеновой конструкции. В табл. 2 представлены расчетные значения коэффициентов теплотехнической однородности г (размер изделия в кладке 625x250 мм) для некоторых типов кладки из газобетонных блоков (по глади стены) при различной толщине растворных швов [6].
Таким образом, швы кладки обусловливают дополнительные потери тепловой энергии, которые при использовании тонкослойных клеев могут достигать 10% (г = 0,9), а при использовании цементно-песчаных растворов — 36% (г = 0,64) дополнительных затрат тепловой энергии по сравнению с массивом из ячеистого бетона автоклавного газобетона. Все эти дополнительные потери энергии приводят к необходимости увеличения расчетной мощности системы отопления и, как следствие, увеличения расхода в здании тепловой энергии на отопление.
По этой причине для дальнейшего совершенствования кладки из газобетонных блоков требуется разработка скрепляющих кладку составов, характеризующихся низкими значениями теплопроводности, обеспечивающими при этом требуемую адгезию между блоками и не ухудшающими другие важные показатели ограждающих конструкций, такие как прочность, устойчивость, тре-щиностойкость, огнестойкость и пр.
Одним из вариантов улучшения теплоизоляционных свойств кладки из газобетонных блоков является использование однокомпонентных полиуретановых клеев.
Преимущества каменной кладки на полиуретановых кладочных составах описаны в работах [7—11]. В ряде публикаций [7, 8] отмечено, что при возведении внутренних перегородок на полиуретановых швах наблюдается повышение трещиностойкости.
В работе [7], посвященной вопросам трещиностой-кости каменных перегородок, показано, что повышенная податливость пенополиуретановых растворных
швов (по сравнению с цементно-песчаными) приводит к уменьшению сдвиговой жесткости конструкции, которая работает как балка-стенка из-за прогибов железобетонных перекрытий. Благодаря этому повышается способность перегородок к прогибам последних, в результате чего в перегородках снижаются главные растягивающие напряжения, которые являются одной из основных причин образования трещин.
В [8] представлены результаты испытаний, которые показывают, что прочность кладки на пенополиурета-новых швах при растяжении при изгибе параллельно и перпендикулярно горизонтальным швам на 40% выше прочности кладки на обычных минеральных растворах.
Возведение каменной кладки на полиуретановых клеевых составах позволяет исключить мокрые процессы на строительной площадке и увеличить производительность кладочных работ по сравнению с общепринятой технологией, когда кладка ведется на цементных клеевых составах или цементно-песчаных растворах, а также значительно повысить теплотехническую однородность стен из газобетонных блоков.
Из представленного обзора следует, что в настоящее время в практике строительства наблюдается устойчивый рост интереса к возведению стеновых конструкций с использованием в качестве скрепляющих камни составов полиуретановых клеев.
Результаты первого тестового эксперимента по возведению фрагментов кладки из ячеисто-бетонных блоков на полиуретановый клей (далее — ППУ-клей) представлены в работах [9—11]. По его результатам были сформулированы следующие выводы:
— кладка стен из газобетонных блоков на полиуретановый клей технологически возможна и экономически целесообразна;
— толщина горизонтальных швов кладки составляет 0,2—0,3 мм;
58
май 2014
— после затвердевания полиуретанового клея геометрические размеры выложенного фрагмента стены не изменились; изменения габаритных размеров кладки не превысили погрешности измерений;
— прочность сцепления полиуретанового клея с блоками из автоклавного газобетона значительна; попытки механического разделения блоков между собой оказались нерезультативными.
При проведении эксперимента были выявлены некоторые недостатки кладки на ППУ-клею, а именно: при кладке стен отсутствует возможность выравнивания блоков в горизонтальной плоскости. В результате в углах стен из-за разновысотности сопрягающихся участков стеновой конструкции образуются перепады. Из-за перепада блоки работают не на сжатие, а на изгиб, что может негативно сказаться на прочности и дефор-мативности кладки. Кроме того, полиуретановый клей не позволяет устранять уклоны кладки. Из-за этого кладка монтируется под наклоном, что нарушает вертикальность стен и приводит к возникновению дополнительного эксцентриситета в случае действия нагрузок на фрагмент стены.
В целом, несмотря на выявленные недостатки, возможность устранения которых была доказана при проведении последующих технологических испытаний, тестовый эксперимент оказался положительным.
На основании проведенного эксперимента было сделано заключение, что представленная технология возведения кладки стен из газобетонных блоков на по-лиуретановый клей технологически возможна и экономически целесообразна. Однако для возможности ее воплощения в реальных проектах требуется проведение серии необходимых испытаний:
— определение прочностных и деформационных показателей кладки;
— определение теплофизических параметров кладки (сопротивление теплопередаче);
— определение воздухопроницаемости кладки;
— определение огнестойкости кладки;
— оценка производительности выполнения монтажных работ при возведении данного типа кладки, определение расхода полиуретанового клея при возведении 1 м3 кладки.
Основным преимуществом данного типа кладки является то обстоятельство, что теплопроводность полиуретанового клея, применяемого для скрепления газобетонных блоков в кладке стен, значительно ниже теплопроводности цементных клеев и растворов. По этой причине теплоизоляционные (теплозащитные) свойства данного типа кладки должны оказаться выше (лучше) по сравнению с кладкой из блоков, выполненной на любом типе цементного клея, а тем более цементно-песчаного раствора со средней толщиной швов в кладке 10 мм (наиболее распространенного варианта возведения наружных стен из газобетонных блоков при строительстве многоквартирных жилых зданий).
По результатам тестового эксперимента был определен перечень необходимых испытаний и разработана программа испытаний, которая была реализована в последующие с момента проведения первого эксперимента полтора года. Результаты испытаний фрагментов кладки с ППУ-клеем на огнестойкость и воздухопрони-аемость, а также рекомендации по расходу ППУ-клея в кладке представлены в работах [9—11].
Предел огнестойкости образца перегородки из блоков неармированных 625x250x100 мм из ячеистого бетона автоклавного твердения (марка изделий по плот-
L i
\
б | 1
\
) \
Рис. 1. Схема разрушения образца № 3 (стороны: лицевая - а и обратная - б)
ности D400, класс по прочности на сжатие не менее В2, толщина не менее 100 мм), изготовленных в соответствии с требованиями ГОСТ 31360—2007, уложенных с использованием полиуретанового клея, определенный как среднеарифметическое результатов испытаний двух образцов, составил Е1 150. Это дало основание для проведения последующих испытаний данного типа кладки с целью определения ее прочностных и теплофизиче-ских параметров.
Прочностные испытания
Сопротивление кладки сжатию. Прочностные испытания фрагментов стен из газобетонных блоков на ППУ-клею проводились на поверенном оборудовании ЗАО «Испытательный центр ВНИИГС» под руководством заведующего лабораторией А.П. Харченко1'2.
Исследования прочности и деформативности кладки из газобетонных блоков на полиуретановом клею производились на образцах размером (ДхВхШ): 100x100x37,5 см. Для кладки образцов применялись следующие материалы: изделия стеновые неармирован-ные из ячеистого бетона автоклавного твердения, выпускаемые по ГОСТ 31360 со следующими физико-механическими и геометрическими характеристиками: марка по плотности D400; класс по прочности на сжатие В2; размер блоков (ДхВхШ) -625x250x375 мм; поли-уретановый клей (технические характеристики см. в работах [9-11]).
Кладка всех образцов выполнялась стандартным способом. После монтажа очередного ряда кладки наносились вертикальный и горизонтальный швы кладки с использованием ППУ-клея. Сначала клеем заполнялась вертикальная поверхность блоков, затем клей наносился на горизонтальную поверхность нижнего ряда кладки, после чего на клей устанавливался очередной ряд кладки. Нижний слой кладки не выравнивался (выравнивающий цементно-песчаный раствор под нижний ряд кладки не наносился).
Время полной полимеризации полиуретанового клея составляет 2 ч. Перед началом испытаний образцы выдерживались в стандартных условиях (^п1 = 20±2оС; ф;п1 = 50±5%) в течение суток.
Испытание образцов на сжатие производилось на 100-тонном прессе по стандартной методике. Деформации каждого образца измерялись индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм. Всего было испытано пять фрагментов кладки. Результаты испытания фрагментов на прочность при сжатии представлены в табл. 3.
В табл. 3 представлены частные и средние значения нагрузок и напряжений, соответствующие моменту образования первых трещин (графы 4, 6) и моменту разрушения образцов (графы 5, 7).
1 Научно-технический отчет по теме: «Исследование прочности и деформативности кладки из газобетонных блоков Н+Н марки по плотности D400 на полиуретановом клею Soudabond-EASY при сжатии». Санкт-Петербург: ЗАО «Испытательный центр ВНИИГС», 2012.
2 Отчет о проделанной работе по определению физико-механических характеристик при испытании фрагментов кладки из ячеистого бетона автоклавного твердения. Санкт-Петербург: ЗАО «Испытательный центр ВНИИГС», 2013. 30 с.
Г; научно-технический и производственный журнал
^ ® май 2014 59"
Таблица 3
Номер образца Размер в плане, см Площадь F, см2 Нагрузка, тс Напряжение, кгс/см2
трещ. разруш. трещ. разруш.
1 100,2x37,5 3757,50 19 53 5,1 14,1
2 100,3x37,5 3761,25 19,6 44,8 5,2 11,9
3 100,3x37,5 3761,25 18 52,8 4,8 14
4 100,3x37,5 3761,25 15,4 48 4,1 12,8
5 100,7x37,5 3776,25 14,8 47,4 3,9 12,6
Среднее 4,6 13,1
Характер разрушения кладки на примере одного из испытанных фрагментов представлен на рис. 1.
Для определения расчетного сопротивления кладки сжатию R можно воспользоваться формулой (3) СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции», а именно:
R=^=^1=6(кГС/см2), к 2,2
(1)
где Ru — временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию кладки, кгс/см2, принимаемое по табл. 3; k — коэффициент надежности, принимаемый для кладки из крупных и мелких блоков из ячеистых бетонов равным 2,2 (по табл. 15 СП 15.13330).
Следует, однако, отметить, что формула (3) СП 15.13330 дана для кладок на цементно-песчаном растворе. Для кладки на клеевых составах численное значение коэффициента надежности k, принятого для перехода от среднего предела прочности к расчетному сопротивлению кладки сжатию, может отличаться от значений, представленных в табл. 15 СП 15.13330.
На этом основании произведем определение нормативного значения сопротивления кладки сжатию на основе статистической обработки результатов испытаний, представленных в табл. 3. Рассчитаем среднеквад-ратическое отклонение о:
К*,-*)2
а=дМ-
1
(14Д-13,1)2+(11,9-13,1)2+(14-13,1)2+(12,8 -1 ЗД)2+ (12,6-1 ЗД)2_
5
=0 , 5 5 ,
(2)
где Xj — численные значения частных результатов испытаний кладки на сжатие (x, = R = 14,1; 11,9; 14; 12,8; 12,6 кгс/см2, см. данные графы 7 табл. 3); х — средний предел прочности сжатию кладки, х = Ru = 13,1 кгс/см2; n — количество испытаний, n = 5.
На основе полученного среднеквадратического отклонения о рассчитаем коэффициент вариации V Получим:
0,85_ппсс (3)
v х 13,1 '
Видим, что вариация слабая, следовательно, полученная статистическая совокупность однородная. На этом основании определим нормативное значение сопротивления кладки сжатию Rн:
Rн=Ru—tpо=13,1-1,96-0,85 = 11,4 (кгс/см2), (4)
где Ru — то же, что в ф. (1); о — то же, что в ф. (2); ^ — показатель достоверности, принимаемый для доверительной вероятности р = 0,95 равным 1,96 [12].
Величина коэффициента tp определяет для нормального закона число средних квадратических отклонений,
которое нужно отложить вправо и влево от центра рассеивания, для того чтобы вероятность попадания в полученный участок была равна р.
Диаграмма зависимости напряжения от деформации кладки о = /(е) для образца № 3 представлена на рис. 2.
Характер поведения зависимости о = /(е) (рис. 2) показывает наличие трех характерных участков:
— участок значительных деформаций при незначительных нагрузках;
— участок упругих деформаций;
— участок разрушения кладки.
Первый участок деформирования кладки обусловлен высокой деформативностью полиуретанового клея (однокомпонентной монтажной пены), заполняющей горизонтальные швы кладки. Первые трещины в кладке возникают в конце первого — начале второго участка деформирования кладки, т. е. задолго до потери несущей способности кладки сжатию. Появление трещин на этом участке нагружения объясняется тем, что из-за значительной деформативности горизонтальных швов кладки блоки из газобетона начинают работать не только на сжатие, но и на изгиб. В результате на следующей стадии деформирования кладки (участок упругих деформаций) вплоть до потери несущей способности происходит интенсивное появление трещин (рис. 3).
Растяжение при изгибе. Испытания проведены на балках, изготовленных из кубов размерами в полблока (300x313x50 мм). Размеры и форма образцов для испытаний представлены на рис. 3. Всего для испытаний было изготовлено три образца.
Схема испытаний представлена на рис. 4.
о 10
е.0
ф 6
N
4 2 0
4 6 8
Деформация, мм
10
Рис. 2. Диаграмма о = f(£) фрагмента кладки из газобетонных блоков на ППУ-клею
Таблица 4
Материал склейки балки Разрушающая нагрузка, Н Характер разрушения
ППУ-клей 9 150 Разрушение по шву по одной плоскости
научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" ~6Ô май 2014
Таблица 5
№ образца Разрушающая нагрузка, Н Прочность на срез по клеевому слою, МПа Характер разрушения
1 1330 0,33
2 1150 0,29
3 1150 0,29 Срез по блокам из газобетона
Среднее 1210 0,3
Испытания проводили на прессе гидравлическом ПГ-100 с применением электронного динамометра ДОУ-3-2И для фиксации незначительных усилий, находящихся у ПГ-100 в зоне недостоверных показаний. Результаты испытаний представлены в табл. 4.
Усилие на срез по кладочному шву. Размеры и форма образцов для испытаний на срез по кладочному шву, выполненному из ППУ-клея, представлены на рис. 5. Испытания были выполнены на трех образцах.
Испытания проводили на прессе гидравлическом ПГ-100 с применением электронного динамометра ДОУ-3-2И для фиксации незначительных усилий, находящихся у ПГ-100 в зоне недостоверных показаний (рис. 5, б).
Результаты испытаний образцов на срез по клеевому слою приведены в табл. 5.
Адгезия ППУ-клея к бетону. Определение адгезии материала кладочного шва к бетону проведено на трех образцах. Размеры и форма образцов, а также схема испытаний рис. 6.
Испытания проводили на испытательной машине Н50К-Т со скоростью нагружения 5 мм/мин. Образцы перед проведением испытаний выдерживались в течение 3 сут. Результаты испытаний образцов на адгезию (прочность сцепления) приведены в табл. 6.
Проведенные прочностные испытания видетельствуют, что:
— средний предел прочности сжатию кладки из газобетонных блоков (класса по прочности при сжатии В2) на полиуретановом клею составил 13,1 кгс/см2;
— расчетное сопротивление кладки из газобетонных блоков класса по прочности при сжатии В2 на поли-уретановом клею сжатию R составило 6 кгс/см2;
— полученное при испытаниях значение расчетного сопротивления сжатию R кладки из газобетонных блоков на полиуретановом клею (5,8 кгс/см2) численно соответствует расчетным сопротивлениям сжатию кладки из ячеисто-бетонных блоков автоклавного твердения на цементно-песчаном растворе марок от М4 (5,5 кгс/см2) до М10 (6,5 кгс/см2) согласно данным табл. 6.6 СТО 501-5201—2007. Часть I. «Проектирование и возведение ограждающих конструкций жилых и общественных зданий с применением ячеистых бетонов в Российской Федерации»;
— характер поведения зависимости о=/(е) (рис.2) показывает наличие трех характерных участков: первый — значительных деформаций при незначительных нагрузках; второй — упругих деформаций; третий — разрушения кладки;
2 1 1
N
1-1
' I
Блоки из ячеистого бетона
2-2
оое
1250
Рис. 3. Образец из пяти фрагментов блоков для определения растяжения балки при изгибе. Источник: [13]
Таблица 6
№ образца Разрушающая нагрузка, Н Прочность сцепления (адгезия), МПа Характер разрушения
1 2 3 1484 1280 1386 0,15 0,13 0,14 Скалывание по углам образца газобетона
Среднее 1383 0,14
а N
500
Образец
Г" 1000 п
N
Рис. 4. Схема (а) и стенд для проведения испытаний (б) балок на изгиб
N
11Ф ^ Ф 1 у
Образец
yjv yjv Л /jv Л
Рис. 5. Схема склейки трех призм из бетона для определения касательного сцепления материала кладочного шва (а) и стенд для испытаний материала кладочного шва и бетона на срез (б)
j^J ®
май 2014
61
N
'I
8
25
'30
'
'30
□
'30
Рис. 6. Склейка двух образцов бетона для определения адгезии (а) и схема испытаний кладочного шва на растяжение (б)
— первый участок деформирования кладки обусловлен высокой деформативностью полиуретановой пены, заполняющей горизонтальные швы кладки;
— первые трещины в кладке возникают в конце первого — начале второго участка деформирования кладки (рис. 2);
— касательное сцепление (срез) материала кладочного шва (ППУ-клея) и бетона составляет 0,3 МПа;
— нормальное сцепление (адгезия) материалов кладочного шва (ППУ-клея) и бетона составляет 0,14 МПа;
— значительные деформации кладки из газобетонных блоков на полиуретановом клею, возникающие при малых нагрузках, не позволяют рекомендовать данную технологию кладки в случае возведения несущих стен зданий;
— кладку из газобетонных блоков на полиуретановом клею рекомендуется использовать при возведении ненесущих внутренних и наружных стен зданий при соответствующем расчетном обосновании.
Результаты сравнительных испытаний фрагментов кладки из автоклавного газобетона с различным исполнением кладочного шва (цементно-песчаного раствора, цементного клея для газобетона и ППУ-клея) представлены в работе [14]. Результаты испытаний показывают, что характеристики кладки на ППУ-клею (прочность при сжатии, растяжение при изгибе, нормальное и касательное сцепление) практически не отличаются от аналогичных показателей, полученных при испытаниях фрагментов кладки, выполненных на цементно-песчаном растворе и цементном клею для газобетона. При этом для кладки на ППУ-клею прочность при сжатии, растяжение при изгибе и касательное сцепление (срез) выше, чем у кладки на цементно-песчаном растворе.
Теплофизические испытания
Испытания с целью определения сопротивления теплопередаче фрагмента кладки из газобетонных блоков на ППУ-клею проводились в испытательной лаборатории строительных материалов ООО ФПГ «РОССТРО—ПКТИ»3.
Габаритные размеры испытываемого фрагмента кладки стены соответствуют требованиям п. 2.2 ГОСТ 26254—84 «Здания и сооружения. Методы опре-
деления сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций». Ширина и высота испытываемого фрагмента стены составила 2100 мм, толщина — 375 мм. Площадь поверхности испытываемого фрагмента стены А2 — 3,24 м2, из них 3,227 м2 площади поверхности фрагмента приходится на кладку из газобетонных блоков (Агб) и 0,013 м2 на швы (АШв).
По результатам испытаний фраг-Образец ' мента кладки в климатической камере
согласно ГОСТ 26254 термическое сопротивление фрагмента стены толщиной 375 мм по глади Rw2 составило 1,737 м2.оС/Вт при фактической равновесной весовой влажности газобетонных блоков 22%. Термическое сопротивление фрагмента стены в швах кладки R^, выполненных из полиуретанового клея, составило 5 м2.оС/Вт.
В связи с тем, что при дальнейших испытаниях уменьшения влажности кладки не наблюдалось, испытания были прекращены. Определение термического сопротивления Rw1 и приведенного сопротивления теплопередаче испытываемого фрагмента стены по глади стеновой конструкции Rro при равновесной весовой влажности 5% с учетом швов кладки из полиуретанового клея производили по методике4 согласно СП 23-101—2003 «Проектирование тепловой защиты зданий», EN 1745:2002 Masonry and masonry products. Methods for determining design thermal values, ГОСТ 31359, СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».
Расчет термического сопротивления фрагмента стены по глади при равновесной весовой влажности 5% производилось по формуле стандарта EN 1745:
A,w2=>.wrexp[/w(iv2-w1)], (5)
где А.,,,1 — коэффициент теплопроводности изделий из автоклавного газобетона при равновесной влажности w1, Вт/(м.оС); А.,,2 — коэффициент теплопроводности изделий из автоклавного газобетона при равновесной влажности W2, Вт/(м.оС); /„ — коэффициент, принятый согласно Приложению 10 ËN 1745 для изделий из автоклавного газобетона равным 4 кг/кг.
Примечания:
1. Формула (5) из стандарта EN 1745 принята в ГОСТ31359 для расчета коэффициентов теплопроводности в условиях эксплуатации А (при равновесной весовой влажности изделий 4%) и Б (при равновесной весовой влажности изделий 5%) ячеисто-бетонных изделий автоклавного газобетона.
2. В Приложении Д СП 23-101 для ячеистых бетонов марок по плотности D400—D600массовое отношение влаги в материалах для условий эксплуатации А и Б принято соответственно равным 8 и 12%.
Примем в качестве W2 значение фактической равновесной влажности 22%, при которой было измерено термическое сопротивление фрагмента стены Rw2 в климатической камере; w1 — значение равновесной влажности 5%, при которой требуется определить термическое
3 Результаты теплотехнических испытаний фрагмента кладки толщиной 375 мм из блоков стеновых неармированных из ячеистого бетона автоклавного твердения Н+Н марки по плотности D400 на полиуретановом клею Soudabond-EASY от 06.03.2012. Санкт-Петербург: Испытательная лаборатория строительных материалов ООО ФПГ «РОССТРО—ПКТИ».
4 Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Расчет приведенного сопротивления теплопередаче по глади стены фрагмента кладки из газобетонных блоков марки по плотности D400 на полиуретановом клею при равновесной весовой влажности ячеистого бетона 5% на основании лабораторных испытаний фрагмента в климатической камере по ГОСТ 26254». Институт материалов и технологий Объединенного научно-технологического института ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».
а
научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" ~62 май 2014 Ь^ШШ'
сопротивление фрагмента стены для условий эксплуатации Б согласно ГОСТ 31359.
Тогда из формулы (5) определим значение коэффициента теплопроводности изделий из автоклавного газобетона при равновесной влажности 5%:
^wl"
(6)
Обозначения в формуле (2) те же, что и в формуле (1).
По формуле (6) СП 23-101 с учетом полученной выше формулы (6) рассчитаем термическое сопротивление испытываемого фрагмента стены при равновесной влажности изделий в кладке 5%
Ri» i—— 1
exp[/„,-(w2->Vi)] г exp[/w (Tv2-vfi)]
=8
exPL/w-(w2~ wl)].
8 Л
w2
"ky,2
'Rwl exPL/w (w2_ wl)] =
=1,737 exp[4- (0,22- 0,05)] =3,43 (м2- С/Вт),
(7)
где б — толщина испытываемого фрагмента кладки, 0,375 м; Я,„,1, 'км, м>2, ^ — то же, что и в формуле (5); Rw2 — фактически измеренное в климатической камере значение термического сопротивления испытываемого фрагмента стены при равновесной весовой влажности
= 22%, м2.оС/Вт.
Рассчитанное по формуле (7) значение термического сопротивления фрагмента стены относится к кладке без учета швов. С учетом геометрических размеров испытываемого фрагмента: Л2 = 3,24 м2; Агб = 3,227 м2; Ашв = 0,013 м2, а также рассчитанного значения термического сопротивления фрагмента стены Rw1 = 3,43 м2.оС/Вт и измеренного значения термического сопротивления кладки в швах кладки Rшв = 5 м2. оС/Вт рассчитаем по формуле (10) СП 23-101 значение термического сопротивления Rk испытываемого однородного фрагмента стены с учетом швов кладки из по-лиуретанового клея:
Rk=
3,24
Л, А
у_
<=1
А , А
Г. О | 1 ьшв
Яг
3,227 0,013 3,43 5
=3,44(м2-С/Вт). (8)
По формуле (8) СП 23-101 рассчитаем приведенное сопротивление испытываемого фрагмента стены по глади стеновой конструкции Rro при равновесной весовой влажности изделий из газобетона в кладке 5%:
=3,6 (м2°С/Вт), (9)
где Rs¡ = 1/а;п1; а;п1 — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый для стен по табл. 7 СНиП 23—02 равным 8,7 Вт/м2.оС; Rk — термическое сопротивление испытываемого фрагмента стены с учетом швов кладки, м2.оС/Вт; Rse = 1/аей; аеХ — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, принимаемый для стен по табл. 8 СП 23-101 равным 23 Вт/(м2.оС).
Таким образом: • расчетное значение термического сопротивления фрагмента стены толщиной 375 мм из газобетонных блоков марки по плотности D400 на полиуретановом клею при равновесной весовой влажности изделий в кладке 5% Rw1 составило 3,44 м2.оС/Вт;
• расчетное значение сопротивления теплопередаче фрагмента стены из газобетонных блоков марки по плотности D400 для условий эксплуатации «Б» (при равновесной весовой влажности изделий в кладке стен 5%) с учетом швов кладки, выполненных из по-лиуретанового клея, по глади стеновой конструкции (см. примечание 1 ниже) составило 3,6 м2.оС/Вт. Примечания:
1. При расчете приведенного сопротивления теплопередаче кладки из ячеисто-бетонных изделий на полиуретановом клею по глади рассматриваемого фрагмента не были учтены иные теплопроводные включения (оконные и дверные откосы, оконные и дверные перемычки, гибкие или жесткие связи для крепления облицовочного слоя, анкеры для крепления утеплителя к кладке, диски плит перекрытий, межэтажные и подкровельные армопояса и т. п.).
2. Равновесная весовая влажность 5% для ячеистых бетонов автоклавного твердения принята согласно примечанию к п. 3.15ГОСТ31359.
Выводы по комплексу проведенных испытаний
1. Использование пенополиуретанового клея для скрепления газобетонных блоков в кладке стен технически осуществимо и экономически целесообразно.
2. Экономическая целесообразность данного типа кладки обусловлена тремя составляющими:
— более высокой производительностью работ при монтаже кладки;
— более низкой стоимостью возведения 1 м3 кладки при существующем соотношении цен на полиуретано-вый клей и цементные составы;
— более высокими теплоизоляционными свойствами кладки на ППУ-клею по сравнению с кладкой на цементном растворе или тонкослойном цементном клею, а следовательно, и более низкими потерями тепловой энергии в течение отопительного периода.
3. Теплотехнические свойства фрагментов стен толщиной 375 мм, выполненных из газобетонных блоков на ППУ-клею, соответствуют нормативным требованиям к уровню теплоизоляции (сопротивлению теплопередаче наружных стен) для большинства регионов Российской Федерации и Республики Беларусь.
4. Предел огнестойкости испытанной перегородки из газобетонных блоков (толщиной не менее 100 мм) марки по плотности D400 на ППУ-клею составил Е1 150.
5. Кладку из газобетонных блоков на полиуретановом клею допускается использовать при возведении ненесущих внутренних и наружных стен зданий, в том числе при заполнении наружных проемов каркасно-монолитных зданий с поэтажным опиранием кладки на несущие монолитные перекрытия, при соответствующем расчетном обосновании.
При проведении испытаний были выявлены некоторые ограничения для предложенной технологии возведения кладки, а именно:
— испытаний, проведенных при центральном сжатии испытываемых фрагментов кладки, недостаточно для рекомендации данного типа кладки при возведении несущих стен зданий;
— кладка на ППУ-клею затруднена при работе на открытой местности в условиях сильных порывов ветра (свыше 5 м/с), так как при данных скоростях ветра пена, нанесенная на горизонтальную поверхность блоков в кладке, может скатываться до установки последующего (верхнего) ряда кладки.
Для получения однозначного вывода о возможности или невозможности использования данного типа кладки при возведении несущих стен зданий требуются до-
Г; научно-технический и производственный журнал
^ ® май 2014 6э"
полнительные испытания, в том числе при внецентрен-ном сжатии фрагментов кладки.
Кроме того, требуются разъяснения производителей ППУ-клея по поводу возможности его применения в кладке наружных стен зданий, ожидаемых сроков службы ППУ-клея в конструкциях стен, а также способов защиты клея от ультрафиолетового облучения и перепадов температур (зима - лето).
До получения данных о сроке службы полиуретано-вого клея в наружных стенах зданий наиболее целесообразно его использование во внутренних перегородках с последующей отделкой стен (защищающей в том числе полиуретановый клей от прямого воздействия ультрафиолетовых лучей).
Результаты проведенных испытаний дали основание компании Н+Н представить на рынок фирменный полиуретановый клей для газобетона торговой марки Н+Н LimFix.
Список литературы
1. Вишневский А.А., Гринфельд Г.И., Куликова Н.О. Анализ рынка автоклавного газобетона России // Строительные материалы. 2013. № 7. С. 40-44.
2. Левченко В.Н., Гринфельд Г.И. Производство автоклавного газобетона в России: перспективы развития подотрасли // Строительные материалы. 2011. № 9. С. 44-47.
3. Гринфельд Г.И. Практика применения автоклавного газобетона в строительстве Санкт-Петербурга и Ленинградской области // Сб. докладов IV научно-практического семинара: Применение изделий из ячеистого бетона автоклавного твердения. Екатеринбург: УрФУ, 2012. С. 58-62.
4. Паращенко Н.А., Горшков А.С. Частично-ребристые сборно-монолитные перекрытия с ячеисто-бетонными блоками // Инженерно-строительный журнал. 2011. № 6. С. 50-55.
5. Горшков А.С., Гладких А.А. Влияние растворных швов кладки на параметры теплотехнической однородности стен из газобетона // Инженерно-строительный журнал. 2010. № 3. С. 39-42.
6. Руководство по теплотехническому расчету наружных стеновых конструкций жилых и общественных зданий с применением изделия из ячеистого бетона автоклавного твердения в Российской Федерации. СПбГПУ: Изд-во Политехнического ун-та, 2011. 40 с.
7. Деркач В.Н., Орлович Р.Б. Трещиностойкость каменных перегородок // Жилищное строительство. 2012. № 8. C. 34-37.
8. Jager A., Kuhlemann C., E.Habian, M.Kasa, S.Lu Verklebung von Planziegelmauerwerk mit Poliurethankleben // Mauerwerk 15. 2011, Heft 4. P. 223-231.
9. Горшков А.С., Ватин Н.И. Свойства стеновых конструкций из ячеисто-бетонных изделий автоклавного твердения на полиуретановом клею // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 5. С. 5-19.
10. Горшков А.С., Никифоров Е.С., Ватин Н.И. Инновационная технология возведения стен из газобетонных блоков на полиуретановый клей // Технологии бетонов. 2013. № 11. С. 40-45.
11. Горшков А.С., Ватин Н.И. Инновационная технология возведения стеновых конструкций из газобетонных блоков на полиуретановый клей // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2013. № 8. С. 20-28.
12. Леонтьев Н.Л. Техника статистических вычислений. Изд. 2-е, испр. и доп. М.: Лесная промышленность, 1966. 250 с.
13. Грановский В.Л., Джамуев Б.К. Испытания стеновых конструкций из ячеисто-бетонных блоков на сейсмические воздействия // Научно-практическая конференция «Современное производство автоклавного газобетона»: Сб. докладов. СПб. 2011. С. 109—115.
14. Гринфельд Г.И., Харченко А.П. Сравнительные испытания фрагментов кладки из автоклавного газобетона с различным исполнением кладочного шва // Жилищное строительство. 2013. № 11. С. 30—34.
References
1. Vishnevskiy A.A., Grinfeld G.I., Kulikova N.O. Analysis of the AAC market of Russia. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2013. No. 7, pp. 40-44.
2. Levchenko V.N., Grinfeld G.I. Production of AAC in Russia: prospects of development of subsector // Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2011. No. 9, pp. 44-47.
3. Grinfeld G.I. Practice of application of AAC in construction of St. Petersburg and the Leningrad region. Collection of reports of 4-th sci.—pract. seminar: Application of AAC products. Ekaterinburg: UrFU. 2012, pp. 58-62.
4. Parashchenko N.A., Gorshkov A.S. Partial ridge monolithic overlappings with AAC-blocks. Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal. 2011. No. 6, pp. 50-55.
5. Gorshkov A.S., Gladkikh A.A. Influence the martar layers on parameters of heattechnical uniformity of walls from an AAC-blocks. Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal.
2010. No. 3, pp. 39-42.
6. The guide to heattechnical calculation of external wall designs of residential and public buildings with product application from AAC in the Russian Federation. SPbGPU: Publishing house of Polytechnic university.
2011. 40 p.
7. Derkach V.N., Orlovich R.B. Crack resistance of masonry partitions // Zhilishchnoe stroitel'stvo [Housing Construction]. 2012. No. 8, pp. 34-37.
8. Jager A., Kuhlemann C., E.Habian, M.Kasa, S.Lu Verklebung von Planziegelmauerwerk mit Poliurethankleben. Mauerwerk 15. 2011. Heft 4, pp. 223-231.
9. Gorshkov A.S., Vatin N.I. Properties of wall from the AAC on polyurethane glue // Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal. 2013. No. 5, pp. 5-19.
10. Gorshkov A.S., Nikiforov E.S., Vatin N.I. Innovative technology of construction of walls from AAC blocks on polyurethane glue. Tekhnologii betonov. 2013. No. 11, pp. 40-45.
11. Gorshkov A.S., Vatin N.I. Innovative technology of construction of walls from AAC blocks on polyurethane glue // Stroitel'stvo unikal'nykh zdanii i sooruzhenii. 2013. No. 8, pp. 20-28.
12. Leont'ev N.L. Tekhnika statisticheskikh vychislenii. Izdanie vtoroe, ispravlennoe i dopolnennoe [Equipment of statistical calculations. The second edition. Corrected and added]. Moscow: «Lesnaya promyshlennost'». 1966. 250 p.
13. Granovskii V.L., Dzhamuev B.K. Tests of wall structures from the AAC blocks on seismic influences. Scientific and practical conference «Modern Production of an Autoclave Gas Concrete»: collection of reports. Saint-Petersburg. 2011, pp. 109-115.
14. Grinfeld G.I., Kharchenko A.P. Comparative tests of fragments of a masonry from an AAC with various layers // Zhilishchnoe stroitel'stvo [Housing Construction]. 2013. No. 11. C. 30-34.
64
май 2014
iA ®
