CC BY
71
1/2П11 ВЕСТНИК
_угогт_мгсу
ВОЗМОЖНОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ НАРУЖНЫХ СТЕН ЗДАНИЙ НА ОСНОВЕ АВТОКЛАВНЫХ ГАЗОБЕТОННЫХ БЛОКОВ
CAPABILITIES TO ENSURE RELIABILITY OF EXTERIOR WALLS OF BUILDINGS ON THE BASIC OF AUTOCLAVED AEROCRETE BLOCKS
А.И.Бедов*, B.B. Бабков, А.И. Габитов, Д.В. Кузнецов,
A.M. Гайсин, О.А. Резвов
A.I. Bedov, V.V Babkov, A.I. Gabitov, D.V. Kuznetsov, A.M.
Gaysin, O.A. Rezvov
*ГОУВПОМГСУ, ГОУВПО УГНТУ
Рассмотрены основные механизмы, оказывающие деструктивное влияние на состояние автоклавного газобетона в составе наружных стен зданий. Этими факторами являются увлажнение стены, воздействие влаги при замораживании, карбонизация структурообразующих гидросиликатных фаз материала.
The basic mechanisms that have destructive effect on the state of autoclave aerocrete in the exterior walls of buildings are shown. These factors are wetting the wall, the effect of moisture during freezing, carbonation hydrosilicate structure-phase of material.
B 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 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 [1]. 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 действия попеременного замораживания-оттаивания не приводит к развитию внутриструктурных напряжений. Однако, при влагонакоплении 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 ещё не замёрзшей воды, захваченной льдом и твёрдой 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 ксонотлита (С6Б6П), тоберморита (С5Б6П6) при полном связывании извести. Такая система, в силу высокой пористости 75 - 85% и попеременного увлажнения-осушения, уязвима по воздухостойкости из-за доступности стуктурообразующих 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 кремнекислоты 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.
Результаты исследований, проведенных Е.С. Силаенковым по принудительной карбонизации автоклавного газобетона, показали снижение прочности ячеистых бетонов на известково-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.
1/2П11 ВЕСТНИК
_угогт_мгсу
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 гидрофобностью, обеспечивающей блокировку поступления влаги при косом дождевании, конденсатной влаги, локализующейся на поверхности стены в переходные периоды. Адгезия системы к автоклавному газобетону должна быть на уровне прочности газобетона на растяжение, т.е примерно 1,3 Я^п (Дып - нормативное сопротивление ячеистого бетона на растяжение). 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 А Wau. Эти условия должны согласовываться с высоким коэффициентом паропроницаемо-сти высокопористого газобетона (р. = 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 Я, = 1,8 - 2,4 м2-ч-Па/мг).
В условиях Республики Башкортостан в системах теплоэффективных стен по фасадной теплоизоляции, а также рассматриваемой стены на основе автоклавных газобетонных блоков опробована декоративно-защитная система «Баумит», характеристики которой представлены в табл. 1 [4]. Результаты расчёта влагонакопления стены на основе автоклавных газобетонных блоков толщиной 400мм приведены в табл. 2. Расчеты показывают, что по критериям влагонакопления стены в рабочем диапазоне средних плотностей 400-600 кг/м3 удовлетворяют требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» (Д'^^ < 6%).
Таблица 1
Характеристики иароироницаемости и сопротивления паропроницанию элементов декоративно-наружной системы «Баумит»
№№ п/п Элемент защитной системы Толщина, мм Коэффициент паропрони-цаемости р., мг/(м-ч-Па) Сопротив-ление па-ропрони-цанию Rup, м2-ч-Па/мг
1а Базовый слой в виде клеевого состава Haftmörtel по синтетической сетке, включая грунтовку из того же материала 5 0,060 0,083
16 То же, KlebeSpachtel 5 0,030 0,166
2 Минеральная декоративная штукатурка EdelPutzSpezial Natur 2 0,085 0,024
Сопротивление паропроницанию декоративно-защитной системы по варианту 1а+2 -0,107 м2-ч-Па/мг; по варианту 16+2 - 0,190 м2-ч-Па/мг.
В г. Уфе построены в 2006 г. многоэтажные каркасно-монолитные жилые дома со стенами-заполнениями толщиной 400 мм из автоклавных газобетонных блоков со средней плотностью 500 кг/м3 с фасадной декоративно-защитной системой «Баумит». После четырёх лет эксплуатации защитная система не показала каких-либо повреждений, а стена доказала свою полноценность по теплозащите, температурно-влажностному режиму помещений и по состоянию внутренней поверхности стен.
Данные расчета влагонакоплення за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха (ноябрь-март) для наружных стен на основе автоклавных газобетонных блоков в сочетании с декоративно-защитной системой «Бау-мит» (для условий г. Уфы) представлены в табл.2.
Компоновка стены: внутренняя цементно-песчаная штукатурка (20 мм) + стена толщиной 400 мм + фасадная декоративно-защитная система «Баумит» (KlebeSpachtel + EdelPutzSpezial Natur).
Таблица 2
Расчет влагонакоплення стен
Определяемый параметр Характеристики наружных стен толщиной 400 мм из автоклавных газобетонных блоков различной средней плотности, кг/м3
400 500 600
Общая толщина стены, м 0,43 0,43 0,43
ЯоГ, (м2 °С)/Вт 3,531 3,055 2,698
И^р, (м2 ч Па)/мг 2,123 2,384 2,737
ДW¡ffl, сумма за период, % 2,04 1,09 0,45
Литература
1. Чернышов Е.М., Потамошнева Н.Д. Материаловедение и технология автоклавных бетонов на основе хвостов обогащения железистых кварцитов. Воронеж - Воронежский госуд. арх. -строит. ун-т, 2004. - 160с.
2. Александровский С.В. Долговечность наружных ограждающих конструкций. - М: НИИСФ РААСН, 2003. - 332с.
3. Силаенков Е.С. Долговечность изделий из ячеистых бетонов. - М.: Стройиздат, 1986.-
176с.
4. Гагарин В.Г., Курилюк И.С. Заключение по теме «Выполнить экспериментальные исследования паропроницаемости и сопротивления паропроницанию клеевых и штукатурных составов BAUMIT, НИИСФ РААСН, Москва, 2010, 12с.
The literature
1. Chernishov E.M., Potamoshneva E.M. Material science and technology. autoclaved aerocrete on the basis of the tailings ferruginous quartzite.Voronezh - Voronezh state university of civil engineering, 2004. - 160p.
2. Alexandrovskiy S.V. Durability of exterior building envelope. - M: NIISF RAASN, 2003. -
332p.
3. Silaenkov E.S. Durability of products of cellular concrete. - M.: Stroyizdat, 1986. - 176p.
4. Gagarin V.G., Kurilyuk I.S. Conclusion on a theme «To execute experimental researches vapor permeability and resistance vapor permeability glue and stucco compositions of the BAUMIT, NIISF, RAASN, Moscow, 2010, 12p.
Ключевые слова: автоклавные газобетонные блоки, карбонизация, многослойные паропрони-цаемые штукатурки.
Key words: autoclaved aerocrete blocks, carbonation, multilayered vapor permeable stucco.
E-mail авторов: gbk@mgsu.ru
Рецензент: М.К.Ищук, кандидат технических наук, заведующий лабораторией реконструкции уникальных каменных зданий и сооружений ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко ОАО «НИЦ «Строительство»
