CC BY
111
УДК 624.012.4 + 624.014
А.Н. Малахова, А.С. Балакшин*
ФГБОУВПО «МГСУ», *ООО «Строительно-технический контроль»
ПРИМЕНЕНИЕ СТЕНОВЫХ МЕЛКИХ БЛОКОВ ИЗ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ В НЕСУЩИХ СТЕНАХ ЗДАНИЙ СРЕДНЕЙ ЭТАЖНОСТИ
Рассмотрены варианты конструктивного решения наружных стен зданий средней этажности. Показаны достоинства стен сплошной каменной кладки. Приведены рекомендации по применению мелких стеновых блоков из ячеистых бетонов, а также результаты обследования технического состояния здания с несущими стенами из мелких ячеистых блоков.
Ключевые слова: мелкие блоки, ячеистые бетоны, здания, конструктивное решение стен, обследование зданий, техническое состояние.
Эффективность строительства сегодня во многом связывается с выбором стенового ограждения, отвечающего современным требованиям по обеспечению теплозащитных функций наружных стен зданий.
В малоэтажных зданиях наружные стены, кроме обеспечения теплозащитной функции, выступают в качестве несущих элементов здания. Возникает определенное противоречие между необходимостью обеспечить теплозащиту и несущую способность наружных стен, так как с увеличением теплозащитных свойств обычно уменьшается прочность материала.
В зданиях средней этажности наружные стены могут проектироваться несущими и самонесущими. При самонесущих наружных стенах перекрытия здания опираются на внутренние несущие стены. Применение мелких блоков из ячеистых бетонов для кладки внутренних несущих стен позволяет повысить их звукоизоляцию, а также приводит к уменьшению собственного веса этих конструктивных элементов здания. При этом нагрузка от перекрытий, передаваемая на внутренние стены, обычно превосходит нагрузку на наружные стены здания. Поэтому применение для внутренних несущих стен здания материалов с невысокими прочностными характеристиками является проблемой.
В табл. 1 приведены технические характеристики блоков из ячеистого бетона, выполненных по технологии ХЕБЕЛЬ. Для них имеют место следующие параметры: марка по средней плотности D400, D500 с расчетными коэффициентами теплопроводности l, соответственно 0,10 и 0,12 Вт/м°С; классы (марки) по прочности на сжатие, соответственно В1,5 (М25), В2,5 (М35). Ячеистые блоки имеют длину 600 мм, высоту 250 мм при толщине от 50 до 500 мм.
Табл. 1. Технические характеристики блоков из ячеистого бетона по технологии ХЕБЕЛЬ
№ Размеры, мм Марка по средней плотности Класс (марка) по прочности на сжатие Марка по морозостойкости Коэффициент теплопроводности
Длина Высота Толщина
1 600 250 50, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 375, 400, 450, 500 D400 В1,5 (М25) F25 0,10
2 D500 В2,5 (М35) 0,12
ВЕСТНИК 1/2013
1/2013
Традиционный пустотелый кирпич имеет более высокий расчетный коэффициент теплопроводности l — 0,42 Вт/м°С. Стены из сплошной кирпичной кладки, как не обеспечивающие теплоизоляцию, стали заменяться многослойными, со слоем эффективного утеплителя. В настоящее время распространенным является решение, когда слой утеплителя располагается снаружи. Для защиты утеплителя от атмосферных воздействий на относе устанавливается экран. Такая вентилируемая конструкция наружных стен характеризуется высокой тепловой эффективностью, долговечностью и архитектурной выразительностью. Однако ее стоимость в 1,8...2 раза выше, чем стоимость выполнения отделочного штукатурного слоя по утеплителю, и в 1,5 раза выше стоимости облицовки стен кирпичом [1].
В [2] обобщен опыт эксплуатации многослойных кирпичных стен и сделаны следующие выводы:
однослойные наружные стены старых зданий не включали в себя материалы, которые могли бы терять свои свойства при образовании внутри стен небольшого количества конденсата зимой и при довольно сильном высыхании в летний период. Поэтому они оставались сохранными в течение десятилетий, хотя с современной точки зрения их теплозащитные свойства неудовлетворительны;
сопротивление паропроницаемости отдельных слоев многослойных наружных стен должно уменьшаться в направлении от теплой стороны к холодной. При этом паронепроницаемые материалы будут неизбежно способствовать образованию конденсата в случае, если они преграждают путь перемещению влаги к наружной холодной стороне;
теплоизоляцию на наружной стороне стены не следует покрывать плотным пароизоляционным слоем, защищающим стену от атмосферных воздействий. Вентилируемая наружным воздухом воздушная прослойка препятствует образованию конденсата;
самым эффективным местом для размещения теплоизоляции является наружная (холодная) сторона стены. В любом другом случае (утеплитель расположен во внутреннем или среднем слое стены) необходимо либо мириться с выпадением конденсата, либо использовать пароизоляционные слои на теплой стороне, тем самым лишая стену способности «дышать».
При рассмотрении вариантов конструктивного решения наружных стен с позиций создания комфортных для проживания условий явным преимуществом обладают стены сплошной кладки из эффективных керамических изделий или изделий из ячеистого бетона. Такие стены имеют хорошие показатели паропро-ницаемости. При повышении влажности в помещении часть влаги может быть удалена из него за счет паропроницаемости наружных стен, а часть — после уменьшения влажности вновь может возвратиться в помещение (сорбционная способность материала стены). Кроме того, материал меньшей плотности обладает меньшим теплоусвоением, которое, в свою очередь, обеспечивает для обитателей помещения, приблизившихся к наружной стене, более комфортный характер теплообмена между ними и внутренней поверхностью стены.
В настоящее время наиболее востребованными материалами для стен сплошной каменной кладки являются:
кирпич и камень пустотелый поризованный (ГОСТ 530—95, ТУ 5741-01703964362—98, DIN 105);
блоки из ячеистого бетона (ГОСТ 21510—89, технология ХЕБЕЛЬ). Низкая теплопроводность пустотелых поризованных керамических изделий достигается высокой пустотностью, высокой пористостью и замкнутостью пор керамического черепка, а также низкой плотностью камня. Уменьшение количества швов и, соответственно, количества «мостиков холода» позволяет увеличить теплоизолирующую способность стен из крупноформатных изделий. Марка крупноформатных поризованных керамических камней по прочности на сжатие составляет М100, М125, марка по морозостойкости — F75, коэффициент теплопроводности — 0,18 Вт/м °С, размеры камня — 510x250x219 мм.
Высота блоков из ячеистого бетона по технологии ХЕБЕЛЬ составляет 250 мм. Следует отметить, что она не соответствует высоте стандартных блоков из ячеистого бетона по ГОСТ 21520, которая составляет 188 мм (288 мм) и согласуется с высотой утолщенного кирпича 88 мм, применяемого при устройстве облицовки (рис. 1).
б
Рис. 1. Схема раскладки кирпичей при устройстве облицовки стен из мелких ячеистых блоков: а — блоков из ячеистого бетона по технологии ХЕБЕЛЬ (1); б — блоков из ячеистого бетона по ГОСТ 21520; 2 — размеры блока 188x300x588 мм; 3 — размеры блока 288x200x588 мм; 4 — кирпич утолщенный (250x120x88 мм); 5 — кирпич одинарный (250x120x65 мм)
В соответствии с нормативными документами на проектирование каменных и армокаменных конструкций [3, 4] расчетное сопротивление Я кладки из керамических и бетонных камней определяется марками (классами) собственно камней, а также марками скрепляющего их раствора.
В табл. 2 приведена прочность кладки из керамических крупноформатных камней пустотностью 48...50 %, определенная нормами [3].
ВЕСТНИК
МГСУ-
1/2013
Табл. 2. Прочностные характеристики кладки из керамических крупноформатных камней
Марка Расчетное сопротивление Я, МПа, сжатию кладки из керамических крупноформатных камней пустотностью 48.50 % при марке раствора
камня 150 125 100 78 50 35 10 4
125 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 1,9 1,6 1,4
100 2,2 2,1 2,0 1,9 1,8 1,6 1,4 1,2
При выполнении кладки из пустотелых поризованных камней наличие на их боковых поверхностях пазов и гребней позволяет отказаться от заполнения раствором вертикальных швов. Кладка ведется на цементно-известковом растворе. При выполнении горизонтальных швов для исключения попадания раствора в пустоты камня применяется пластиковая сетка.
Расчетное сопротивление сжатию кладки из ячеистых блоков Я приведено в табл. 3.
Табл. 3. Прочностные характеристики кладки из ячеистых блоков
Марка Расчетное сопротивление Я, МПа, сжатию кладки из сплошных бетонных камней при высоте ряда кладки 200.300 при марке раствора
камня 50 25 10 4
М35 1,0 0,95 0,85 0,70
М25 0,8 0,75 0,65 0,55
Значения расчетного сопротивления Я, приведенные в табл. 3, принимаются с повышающим коэффициентом 1,3 для кладки из ячеистых блоков с ровными поверхностями и допусками по размерам, не превышающими ±2 мм, при толщине растворного шва не более 5 мм. Кладка ведется на клеевых составах. Для блоков из ячеистого бетона ХЕБЕЛЬ точность размеров составляет ±1...2 мм, а для выполнения кладки предусмотрен клей ЛЕГАТ, обеспечивающий выполнение растворного шва толщиной 5.. .10 мм.
К расчетному сопротивлению каменной кладки вводится коэффициент условий работы у (у = 0,8 — для автоклавных ячеистых блоков, а также для столбов и простенков площадью сечения 0,3 м2 и менее).
При расчете каменной кладки на сжатие учитывается коэффициент продольного изгиба ф < 1, который понижает несущую способность кладки. Он определяется гибкостью рассчитываемого конструктивного элемента и упругой характеристикой кладки а. В зависимости от марки раствора а = 1000.500 для керамических камней и а = 750.350 для ячеистых автоклавных блоков.
Для достижения долговечности наружных стен из пустотелых поризован-ных каменей или ячеистых блоков необходимо выполнять наружную штукатурку или устраивать их облицовку из кирпича. Нормами рекомендуется жестко связывать облицовочный слой с основной кладкой тычковыми рядами. В этом случае наружный слой рассматривается в качестве несущего слоя. Применение стен из пустотелых поризованных каменей, а также ячеистых блоков не допускается для цоколей и стен подвалов.
В [5] мелкие стеновые блоки из автоклавных ячеистых бетонов рекомендуется применять в несущих стенах зданий высотой до 5 этажей включительно.
Мелкие стеновые блоки из неавтоклавных ячеистых бетонов рекомендуется применять в несущих стенах зданий высотой до 3 этажей включительно.
Внутренние и наружные несущие стены зданий высотой до 5 этажей выполняются из автоклавных ячеистых блоков марки по прочности не ниже М50 (В3,5); при высоте зданий до 3 этажей — не ниже М35 (В2,5); при высоте до 2 этажей — не ниже М25 (В1,5).
Следует отметить, что из-за относительно невысокой прочности ячеистых бетонов стены зданий из мелких ячеистых блоков могут проектироваться с предельной несущей способностью материала. Между тем, для ячеистых бетонов характерно проявление хрупкого разрушения, сопряженного с быстрым развитием признаков разрушения конструктивных элементов зданий. Контрольные испытания мелких ячеистых блоков в построечных условиях не всегда показывают заявленный класс бетона по прочности на сжатие. Кроме того, имеет место разброс прочностных характеристик ячеистых бетонов мелких стеновых блоков.
Проведенное авторами обследование технического состояния стен здания средней этажности, выполненных из ячеистых блоков, показало, какие дефекты могут иметь стены из таких материалов.
Мелкие блоки из ячеистого бетона, примененные для возведения стен обследованного здания, имели следующие технические характеристики: марка по средней плотности — D600, класс (марка) по прочности на сжатие — В2,5 (М35).
В процессе эксплуатации здания на его стенах в зоне опирания лестничной площадки и в подоконной зоне лестничной клетки появились вертикальные трещины (рис. 2).
Рис. 2. Результаты визуального обследования стен лестничной клетки: а — план лестничной клетки; б, г — трещина в стене в зоне опирания лестничной площадки (вид А); в — трещина в подоконной зоне (вид Б), трещина в стене в зоне опирания лестничной площадки (вид В)
ВЕСТНИК 1/2013
1/2013
Появление трещин может быть объяснено следующим образом. Металлические балки лестничных площадок, являющиеся несущими элементами лестниц здания, опираются на поперечные стены, выполненные из ячеистых блоков. В местах опирания балок на стену имеет место приложение сосредоточенной нагрузки, которая привела к концентрации напряжений и появлению трещин в блоках из ячеистого бетона. Трещины в стене могли бы не возникнуть, если бы по периметру здания в местах опирания на стены горизонтальных несущих конструкций были бы устроены бетонные армированные пояса. Они бы способствовали перераспределению нагрузок и являлись «разгрузочными» элементами стен. Для предотвращения образования трещин в подоконной зоне стен непосредственно под окном следовало бы в штрабах, выполненных в ячеистых блоках, проложить горизонтальную арматуру — два стержня, на 0,5 м заходящие за вертикальные стены оконных проемов. Необходимость выполнения этих мероприятий объясняется, как было указано выше, относительно невысокой прочностью ячеистых бетонов.
Библиографический список
1. Гликин С.М. Современные ограждающие конструкции и энергоэффективность зданий. М., 2003. 57 с.
2. Дитрих X Повышение надежности конструкций зданий при модернизации. М., 1993. С. 60—69.
3. СНиП 11-22—81*. Каменные и армокаменные конструкции. М., 2007. 40 с.
4. Пособие по проектированию каменных и армокаменных конструкций (к СНиП 11-22—81). М., 1987. 152 с.
5. Рекомендации по применению стеновых мелких блоков из ячеистых бетонов. М. : ЦНИИСК им В.А. Кучеренко, 1992. 58 с.
Поступила в редакцию в октябре 2012 г.
Об авторах: Малахова Анна Николаевна — кандидат технических наук, доцент, профессор кафедр железобетонных конструкций и архитектурно-строительного проектирования, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(495)583-07-65*17-65, 8(495)287-49-14*30-35, [email protected], [email protected];
Балакшин Андрей Сергеевич — кандидат технических наук, генеральный директор, ООО «Строительно-технический контроль», Московская обл., г. Мытищи, Олимпийский проспект, д. 50, стр. 19, 8 (495) 926-07-07, [email protected].
Для цитирования: Малахова А.Н., Балакшин А.С. Применение стеновых мелких блоков из ячеистых бетонов в несущих стенах зданий средней этажности // Вестник МГСУ. 2013. № 1. С. 87—93.
A.N. Malakhova, A.S. Balakshin
USING SMALL CELLULAR CONCRETE BLOCKS TO MAKE BEARING WALLS
OF MID-RISE BUILDINGS
The authors argue that bearing walls of buildings that have up to four stories can be designed and made of small cellular concrete blocks. These walls demonstrate advantages specific to solid masonry walls. For example, they have high water vapor permeability. Whenever the internal humidity increases, half of the moisture content can be extracted from the masonry due to the water vapour permeability of external walls, while the other half of the moisture content can go back into the room (due to the sorption ca-
pacity of the wall material). Furthermore, any lower density wall material has smaller heat absorption capacity to ensure a comfortable environment.
The application of small cellular concrete blocks as a wall material is an alternative to thoroughly insulated multi-layer external walls. The authors present options of structural solutions of external walls of buildings.
It is noteworthy that due to the relatively low strength of cellular concrete, walls have a low bearing capacity. Cellular concretes are brittle.
Control tests of small cellular concrete blocks made in the natural environment do not always prove the desired compressive strength. In addition, strength properties of small cellular concrete wall blocks may vary. The authors present their findings in terms of their examination of the technical condition of mid-rise buildings that have walls made of small cellular concrete blocks. The authors consider the reasons for the defects of walls made of small cellular concrete blocks.
Key words: small-size concrete blocks, cellular concretes, buildings, structural solutions of walls, examination of buildings, technical condition.
References
1. Glikin S.M. Sovremennye ograzhdayushchie konstruktsii i energoeffektivnost' zdaniy [Modern Envelope Structures and Energy Efficiency of Buildings]. Moscow, 2003, 57 p.
2. Ditrikh Kh. Povyshenie nadezhnosti konstruktsiy zdaniy pri modernizatsii [Improvement of Reliability of Structures of Buildings through Modernization]. Moscow, 1993, pp. 60—69.
3. SNiP II-22—81*. Kamennye i armokamennye konstruktsii [Construction Norms and Rules II-22—81*. Masonry and Reinforced Masonry Structures]. Moscow, 2007, 40 p.
4. Posobie po proektirovaniyu kamennykh i armokamennykh konstruktsiy (k SNiP II-22—81) [Manual of Design of Masonry and Reinforced Masonry Structures (based on SNIP II-22—81)]. Moscow, 1987, 152 p.
5. Rekomendatsii po primeneniyu stenovykh melkikh blokov iz yacheistykh betonov [Recommendations for Use of Small Wall Blocks Made of Cellular Concrete]. Moscow, TsNI-ISK im V.A. Kucherenko publ., 1992, 58 p.
About the authors: Malakhova Anna Nikolaevna — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Reinforced Concrete Structures, Department of Architectural and Structural Design, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected], asp@mgsu. ru; +7 (495) 287-49-14, ext. 30-35; +7 (495) 583-07-65, ext. 17-65;
Balakshin Andrey Sergeevich — Candidate of Technical Sciences, General Director, Stroitel'no-tekhnicheskiy kontrol' Limited Liability Company; Mytishchi, Moscow Region, Building 19, 50 Olimpiyskiy prospect, +7 (495) 926-07-07.
For citation: Malakhova A.N., Balakshin A.S. Primenenie stenovykh melkikh blokov iz yacheistykh betonov v nesushchikh stenakh zdaniy sredney etazhnosti [Using Small Cellular Concrete Blocks to Make Bearing Walls of Mid-rise Buildings]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 1, pp. 87—93.
