Заполнение наружных стен

От правильного выбора конструкции панелей наружных стен в первую очередь зависят эксплуатационные качества жилого дома. Удельный вес наружных стен в общем объеме работ по сооружению крупнопанельного дома весьма значителен и составляет 20—25% по стоимости и 15—20% по трудоемкости.

Как показала практика панельного домостроения последних лет, наименее изучены вопросы теплоизоляции, водонепроницаемости и долговечности наружных стен. Не оправдал себя подход к проектированию наружных стен, при котором их конструкция определялась только по морозостойкости стенового материала и минимальному сопротивлению теплопередаче, необходимому лишь для того, чтобы предотвратить промерзание стены. При таком методе не учитывался весь комплекс сложных явлений, связанных с действительной работой панельных наружных стен. Для обеспечения требуемых эксплуатационных качеств наружных стен впоследствии стали учитывать влияние температурных и усадочных воздействий, начальной влажности материала стен, увлажнения и обмятия уплотнителей при формовании, изменений физических параметров во времени и т. п.

В практике московского строительства получили применение две конструктивные разновидности панелей наружных стен — однослойные, в основном керамзитобетонные, и многослойные железобетонные с утеплителями из пеностекла, .цементного фибролита, минераловатных плит и др.

Однослойные панели

Основным типом однослойной панели в московском полносборном строительстве служит панель из керамзитобетона (рис. 6.1). Преимущества однослойной конструкции в ее технологичности — возможности изготовления механизированным способом с минимальным использованием ручного труда. С технологической точки зрения керамзитобетон обладает качествами, особенно важными при массовом производстве: легкостью механизированного формования, быстротой твердения, его можно применять для изготовления изделий конвейерным или другим поточным способом. По расходу стали, по стоимости, а также по трудоемкости однослойная керамзитобетонная панель выгоднее, чем многослойная (табл. 6.1).

Керамзитобетон как материал для однослойной конструкции является оптимальным, так как обладает лучшими сочетаниями показателей прочности и веса, т. е. имеет наименьший объемный вес при заданной прочности (при легком керамзите). В настоящее время керамзитовый гравий считается основным и лучшим по качеству искусственным пористым заполнителем.

Толщина наружных стен из керамзитобетона практически равна толщине стен из ячеистых бетонов и близка к толщине трехслойных железобетонных панелей с эффективным утеплителем. По сравнению с панелями из ячеистого бетона керамзитобетонные панели имеют меньшую усадку, большую трещиностойкость, просты в изготовлении (без автоклавов).

В теплотехническом отношении однослойная конструкция выгодно отличается от многослойной отсутствием теплопроводных включений в виде железобетонных ребер, что определяет лучший по сравнению с многослойными панелями температурно-влажностный режим.

Необходимая прочность и трещино-стойкость панелей обеспечивается прежде всего правильным выбором материала (по марке бетона и морозостойкости), а также системы армирования.

Однослойные панели в московском строительстве выполняются из керамзитобетона марки 50—75. Такая прочность, определяемая физико-механическими показателями керамзитового гравия, получаемого из подмосковных глин, достаточна для выполнения несущих наружных стен толщиной 32—34 см в домах высотой до 9 этажей, а самонесущих — в домах до 12 этажей.

Исследования выявили неравномерность структуры керамзитобетона по плоскости и поперечным сечениям панелей. Так, например, испытания призм, выпиленных из стеновых панелей, после исследования прочности панели в целом показали дву-трехкратный разброс прочности бетона одного и того же изделия.

Легкобетонные смеси труднее поддаются уплотнению, более подвержены расслоению. Дело в том, что при уплотнении легкобетонных смесей вибрированием возникающие инерционные силы оказываются недостаточными для полного преодоления сравнительно больших сил внутреннего трения, обусловленных шероховатой и развитой поверхностью заполнителей. В результате, как показали исследования ВНИИЖе-лезобетона, при вибрировании легкобетонных смесей дедоуплотнение бетона может достигнуть 15% и более; при этом недоуплотнение керамзитобетона всего на 5% снижает его прочность при сжатии на 25%, а недоуплотнение на 10% — до 50%.

Однако систематическое изучение распределения прочности и плотности керамзитобетона в панели показало, что неравномерность структуры материала не приводит к падению прочности изделия ниже того минимума несущей способности, который необходим для несущих стен девятиэтажных домов. Несущая способность керамзитобетонных панелей по результатам систематической проверки изделий на испытательных стендах домостроительных предприятий превышает в 2—3 раза расчетную.

Влияние неравномерности структуры бетона на сохранность арматуры может быть в значительной степени нейтрализовано применением бетонов плотной структуры при полном заполнении раствором межзернового пространства и надежном обволакивании арматуры цементным тестом. Это требование обеспечивается при содержании в бетонной смеси цемента с тонкодисперсной частью песка не менее 250 кг/м3 и расходе цемента марки 400 не менее 200 кг/м3.

Наиболее рациональная система армирования керамзитобетонных панелей — пространственными сварными каркасами из стержней диаметром 6—8 мм и хомутов 4 мм. Стержни должны располагаться по контуру панели и проемов (см. рис. 6.1). Площадь сечения конструктивной арматуры у каждой грани вертикального и горизонтального сечения панели должна быть не менее 0,3 см2/пог. м. Во избежание недопустимого раскрытия трещин во входящих углах проемов арматуру горизонтальных каркасов, обрамляющих проем, нужно заводить за его грани по всей ширине панели, а участки панели, примыкающие к углам проемов, усиливать сетками из тонкой проволоки с ячейкой не более 50×50 мм.

Поскольку коррозия арматуры может возникнуть под воздействием как атмосферной, так и сконденсированной влаги, проникшей из помещения, в наружной стене должна быть обеспечена надежная защита арматуры от воздействия обоих видов увлажнения. Снаружи защитным слоем служит отделочный слой из цементного раствора толщиной не менее 20—25 мм с гидрофобизующей поверхностно-активной добавкой мылонафта (0,12—0,2% расхода цемента), которая вдвое увеличивает сопротивление отделочного слоя водопроницанию, или из керамической либо другой облицовки по слою раствора, которая получает в последнее время самое широкое применение (см. ниже).

При толщине отделочного слоя более 20 мм и раскрытии трещин на фасаде до 0,2 мм арматура не подвергается коррозии. При защитных слоях меньших толщин (5—15 мм) коррозия арматурных стержней наблюдается далее при раскрытии трещин менее 0,1 мм.

При надежных водоизоляционных слоях высокая начальная влажность (15—20% по весу) керамзитобетона стен падает до 4—6% в течение первых лет эксплуатации. Эти показатели меньше значений «критической влажности», при которой может развиваться коррозия арматуры под воздействием конденсирующейся влаги. С внутренней стороны керамзитобетонных панелей должен быть создан слой из плотного цементного раствора толщиной 25—30 мм.

Многослойные панели

Многослойные панели (рис. 6.2) имеют достаточно высокую несущую способность; это расширяет область их применения для сильно нагруженных стен; рабочая арматура панелей, располагаемая в слое тяжелого бетона, надежно защищена от коррозии.

Недостаток многослойных панелей по сравнению с однослойными — повышенная сложность и трудоемкость изготовления, в процессе которого в форму должны быть уложены три различных материала — тяжелый бетон на нижнюю и верхнюю плиты, утеплитель в середину панели и легкий бетон в ребра, соединяющие железобетонные плиты. Для того чтобы обеспечить требуемые эксплуатационные качества панелей, все эти материалы должны быть уложены с точным соблюдением проектных размеров. Отклонения от требований проекта и технических условий, которые допускались в натуре, приводили к резкому снижению теплотехнических качеств стен.

Недостаточная технологичность многослоиных панелей определяется главным образом тем, что их изготовление практически не поддается механизации.

В многослойных панелях наблюдалась коррозия арматурных стержней в зоне сопряжения бетонов различного состава (такая конструкция применялась в пятиэтажных домах серии 1605). Это определяет недопустимость дальнейшего применения сопряжений железобетонных слоев в трехслойных стенах с помощью монолитных ребер из легкого бетона.

Рациональная конструкция трехслойной панели — с увеличенной толщиной внутреннего бетонного слоя до 8—10 см (вместо ранее применяемого 4—5 см). Исследования и расчеты показали, что в этом случае утолщенный бетонный слой становится «тепловым насосом», который как бы нагнетает тепло из помещения внутрь панели, перемещая точку росы в сторону наружной части панели, в результате чего соединительные бетонные ребра оказываются всегда в зоне положительных температур.

Читайте также:  Модерн-хаус в д. Лесково

Это позволяет выполнить ребра из обычного, а не из легкого бетона и получить трехслойную панель нового качества, из которой исключен третий материал — легкий бетон. В такой конструкции значительно улучшились теплотехнические качества и температурно-влажностный режим, так как со стороны помещения создан плотный паронепроницаемый слой.

При конструировании таких панелей необходимо учитывать работу соединительных ребер на изгиб из плоскости под воздействием переменных температур, чтобы предупредить образование трещин.

Толщина наружного слоя трехслойной панели (включая отделочный слой) должна быть не менее 60 мм. Наружный слой следует армировать сварной сеткой с ячейкой 100х100 мм. Толщину внутреннего бетонного слоя наиболее правильно принимать 100 мм (в тех случаях, когда по расчету не требуется большей толщины). Армирование внутреннего несущего слоя должно быть двусторонним из арматурных каркасов (см. рис. 6.2). Площадь сечения конструктивной вертикальной арматуры в простенках и горизонтальной арматуры в перемычках панелей должна составлять не менее 1 см2 у каждой грани сечений простенка и перемычки.

Толщину соединительных ребер следует принимать не менее 40 мм, а расстояние между ребрами — не более 1200 мм.

Целесообразным решением трехслойной панели представляется конструкция с гибкими связями из нержавеющей стали с точки зрения как долговечности, так и распределения температурных деформаций в конструкции и однородности теплоизоляции и ограждения. Расход нержавеющей стали будет составлять при этом около 1 т на 1000 м2 жилой площади. Переход от жестких железобетонных связей к гибким существенно уменьшает участие внешнего бетонного слоя в работе внутреннего слоя. Такая конструкция особенно целесообразна для несущих панелей, так как в ней создаются условия для самостоятельной деформации внутреннего несущего и наружного ненесущего слоя.

Применению панелей с гибкими связями, получившими значительное распространение в практике зарубежного крупнопанельного строительства, препятствует пока дефицит нержавеющей стали, из которой должны в этом случае выполняться гибкие связи.

Для обеспечения атмосфероустойчивости и долговечности наружных панелей морозостойкость бетона должна быть не ниже Мрз 25, а наружного отделочного слоя бетона не менее Мрз 35. Морозостойкость бетона и наружного отделочного слоя цокольных панелей следует принимать не ниже Мрз 35.

Однако важнейшая задача при проектировании наружных стен крупнопанельных домов не обеспечение прочности и несущей способности, а создание необходимых теплотехнических качеств.

Особенности действительной работы панелей наружных стен

В результате натурных обследований керамзитобетонных панелей, проведенных научно-исследовательскими и проектными организациями — ЦНИИСК, МНИИТЭП, НИИМосстроем, Моспроек-том и др., установлено, что наиболее распространенным дефектом в домах массовых серий является повышенное трещинообразование наружного слоя панели. Наблюдается часто раскрытие трещин до 0,2—0,3 мм.

Исследования действительной работы наружных стен показали, что они испытывают постоянные как обратимые, так и необратимые деформации. Обратимые деформации вызываются колебаниями температуры и изменением влажностного режима, и вследствие этого панели и стыки между ними находятся в постоянном движении, испытывая деформации растяжения и сжатия (рис. 6.3). При этом раскрытие трещин в вертикальных стыках достигает значительных величин — порядка 1—2 мм, а в наружном слое панелей, при повышенной жесткости стыков,— до 0,3 мм. Температурные деформации имеют развитие по высоте здания и достигают максимума в верхних этажах.

Так, измерения температурных деформаций наружных стен одного из панельных домов серии I-515 показали, что при наружной температуре —18° С общая длина стены в верхнем этаже уменьшалась на 6,5 мм, а при температуре +22° С стена удлинилась на 2 мм. Таким образом, при разнице наружных температур в 40° длина стены изменилась на 8,5 мм.

В то же время отмечались деформации изгиба панелей из плоскости. При понижении наружной температуры панель изгибается из плоскости, концы панели поворачиваются, в результате чего раскрываются швы между наружными гранями. Этому препятствуют поперечные связи. Так как средняя часть панели жестко опирается на перекрытие, в связях возникают усилия растяжения (см. главу 8). При температуре —18° шов между панелями с наружной стороны увеличился на 1 мм.

Фундаменты здания практически не испытывают температурных деформаций вследствие стабильности температур в грунте, поэтому длина стены на границе с фундаментами почти не изменяется. В результате, панели, особенно вблизи к торцам здания, испытывают значительный перекос.

Необратимые деформации вызываются усадкой и ползучестью материала самих панелей, а также неравномерной осадкой зданий; эти деформации приводят к развитию в панелях растягивающих или сжимающих усилий. Наиболее действенная мера борьбы с деформациями— повышение общей пространственной жесткости панельного дома и, как важнейшая мера, — создание конструктивно замоноличенных стыков, равнопрочных сечению панелей.

Вследствие местной концентрации напряжений во входящих углах проемов возникают характерные косые трещины (в тех случаях, когда при армировании панелей не учитывается характер этого явления).

Рассмотрим основные особенности температурно-влажностного состояния панельных стен.

Характерное снижение фактического сопротивления теплопередаче на 10—20% против проектного происходит вследствие того, что при проектировании не учитываются две технологические особенности: повышенная производственная влажность изделий и неоднородность материала по объемному весу.

Фактические значения влажности в первые годы эксплуатации превышают нормативные на 15—20%, поскольку начальная влажность стенового материала существенно выше равновесной; соответственно заниженным оказывается и фактическое сопротивление теплопередаче. Скорость снижения влажности материала стен до равновесных значений зависит от структуры материала и технологии производства панелей, определяющих их начальную влажность, а также от надежности водоизоляции наружной поверхности и стыков.

В керамзитобетонных стенах, имеющих начальную весовую влажность 15%, а часто и более, при водонепроницаемой поверхности и при удовлетворительной заделке стыков высыхание происходит интенсивно: влажность бетона достигает равновесных значений (4—6%) через 2— 3 года эксплуатации.

Однако надежная водоизоляция может быть обеспечена только в тех случаях, когда плотный растворный слой не только расположен со стороны фасадной поверхности стен, но и переходит на оконные и дверные откосы и на наружную зону торцов панелей, а также при надежной герметизации мест примыканий деревянных коробок к бетону панелей.

При недостаточной плотности (или толщине) отделочных слоев и плохой заделке стыков начальная влажность бетона не снижается из-за поглощения поверхностью панели атмосферной влаги. Так, натурными исследованиями зафиксированы повышенные значения средней влажности (10—13%) керамзитобетонных стен ряда зданий серии I-515 через 4—5 лет эксплуатации.

Объемный вес керамзитобетона в панелях зачастую превышает нормативную величину (в сухом состоянии) на 5—10%, достигая 1000 кг/м3 вместо 900 кг/м3. При этом объемный вес керамзитобетонных панелей, изготовленных методом, вибропроката, изменяется и по толщине панелей. Увеличение плотности идет от внутренней поверхности панели к наружной. Разница в объемных весах превышает 200 кг, или 20%, при нормативном допуске 7%1.

По теплотехническим свойствам конструкции многослойных панелей существенно отличаются от однослойных. Для слоистых стен характерна резкая нестабильность фактических значений сопротивления теплопередаче и значительно большее число случаев выпадения конденсата на внутренней поверхности стен. Фактические значения сопротивления теплопередаче слоистых стен обычно превышают в 1,5—2 раза требуемые. Образование конденсата и промерзание на участках внутренней поверхности стен против мест расположения теплопроводных включений отмечаются в стенах с общим сопротивлением теплопередаче, превышающим требуемое (иногда в 1,5 раза). Сопротивление теплопередаче по плоскости панели, утепленной минераловатными плитами на фенольной связке, изменяется в пределах 35% как из-за колебаний толщины утепляющего слоя, которое достигает 30%, так и из-за падения его теплозащитной способности вследствие увлажнения при формовании.

Большое влияние на ухудшение теплотехнических качеств оказывает произвольное утолщение соединительных бетонных ребер, особенно в панелях с мягким утеплителем, поскольку опалубкой при формовании ребер служат рыхлые плиты утеплителя. Значительное улучшение дает применение жесткого утеплителя, например: пеностекла или цементнофибролитовых плит, а также решение панелей с утолщенным внутренним бетонным слоем. При этом сопротивление теплопередаче между ребрами должно быть не менее 1,5 ккал/м2 • ч • град. Благодаря высокой теплоемкости внутреннего утолщенного бетонного слоя влияние теплопроводных включений на распределение температур снижается и температурный градиент на поверхности стен по полю ограждения между ребрами и против ребер падает с 3—6° С (при толщине внутреннего слоя 4—5 см) до 1—3°С (при толщине внутреннего слоя 8—10 см).

Читайте также:  Энергосберегающие технологии: энергосберегающие краски и особенности их применения.

Помимо искажений проектных толщин ребер на теплозащитных свойствах слоистых стен отражается начальная влажность конструкций. В этом отношении решающей оказывается влажность утепляющего слоя, так как бетонные слои обычно имеют небольшую толщину и начальную влажность (5—8%) и поэтому очень быстро высыхают.

Существенное влияние на теплозащитные качества наружных стен оказывают размеры окон, которые значительно увеличились в последних архитектурных решениях жилых домов. В общем балансе теплопотерь слоистой стены соотношение теплопотерь ее отдельными элементами в среднем таково: 60—50% через оконные проемы, 20—25% через плоскость стены и 20—25% через теплопроводные включения (соединительные ребра).

В настоящее время в СНиП II-A.7-62 введен поправочный коэффициент, учитывающий повышенные теплотехнические требования к панельным стенам, равный 1,1 Rтр0. Этот коэффициент учитывает главным образом качественную неоднородность изготовления панели. Влияние ветра должно быть учтено введением при расчете сопротивления теплопередаче стен зданий повышенной этажности дополнительного коэффициента 1,15.

Существенное влияние на фактические теплотехнические качества наружных ограждений оказывает правильный учет инфильтрации, которая приобретает особое значение в зданиях повышенной этажности. С увеличением высоты здания в связи с ростом гравитационного давления усиливается инфильтрация через ограждение нижних этажей. В верхних этажах увеличивается воздействие ветрового напора и усиливается экс-фильтрация.

Рядом исследований2 выявлено влияние инфильтрации на температуру внутренней поверхности стены в зоне вертикального стыка и определены дополнительные теплопотери за счет инфильтрации для вариантов стыков однослойных и трехслойных панелей.

Для определения влияния воздухопроницаемости стыка на температуру внутренней поверхности в его зоне во время теплотехнических испытаний одновременно с температурным перепадом по обеим сторонам опытной конструкции создавался перепад давлений.

На первом этапе испытаний имитировалось состояние стыков между наружными стеновыми панелями только что выстроенного здания, когда соединения еще не претерпели деформаций, приводящих к появлению трещин в стыковых швах. Коэффициенты фильтрации опытных стыков не превышали нормируемой величины, которая составляла для стыка однослойных панелей 0,298 кг/м3·ч·мм вод. ст. и стыка трехслойных панелей 0,27 кг/м3·ч·мм. вод. ст. Таким образом, предназначенные для испытания стыки, с точки зрения их воздухопроницаемости, удовлетворяли требованиям СНиП, несмотря на то что никаких специальных мер по их герметизации не было принято: стыки заполнялись утепляющим вкладышем и замоноличивались плотным бетоном, наружный шов между панелями оставался незаполненным. На втором этапе испытания имитировалось состояние стыка в процессе эксплуатации здания, когда вследствие плохого качества работ или в результате различного рода воздействий (неравномерной осадки здания, температурных деформаций и т. д.) в стыках могут появиться трещины. В опытных стыках искусственно были созданы трещины размером около 1 мм.

Анализ температурных полей стыков, полученных на втором этапе испытания, показал, что стык керамзитобетонных панелей был неудовлетворительным уже при минимальной величине перепада давлений между камерами стенда — 0,15 мм; температура внутренней поверхности у трещины равнялась 7,6° С, т. е. ниже допустимой 8,8° С. Наблюдалось резкое смещение нулевой изотермы в сторону внутренней поверхности по мере возрастания перепада давления, вызывающего фильтрацию холодного воздуха через трещину в стыке. Так, с увеличением перепада давлений от 0,15 до 14,6 мм вод. ст., минимальные температуры внутренней поверхности понизились: у стыков трехслойных фрагментов с 11,6 до 5,8° С и с 10,8 до 4,3° С, у стыков керамзитобетонных фрагментов с 10,3 до 4,6° С и с 7,6 до 2° С.

Исследования ЦНИИСК, проведенные в последние годы, показали, что наружные панели помимо температурных деформаций испытывают также периодические и непериодические влажностные деформации. Величина деформаций под влиянием температуры и влажности в панелях может превышать деформации элемента от действия полезных нагрузок.

Наличие нестационарного температурного поля, а также градиента влажности и температуры по сечению конструкции приводит к развитию знакопеременных деформаций, что в свою очередь вызывает образование внутренних напряжений, которые могут превышать предел прочности материала панелей и стыков.

В крупнопанельных зданиях нарушение стыков в основном происходит из-за влажностных деформаций. Внутренние напряжения при температурных деформациях по абсолютной величине меньше, чем при влажностных деформациях, и в определенных условиях могут совпадать или не совпадать с ними по направлению.

Стены зданий при температурновлажностных воздействиях деформируются как пластинки, заделанные по одной стороне. Анализ данных измерений позволил установить, что при этом стены зданий испытывают несколько независимых деформаций, которые вызываются: годовыми колебаниями температуры воздуха; годовыми колебаниями относительной влажности воздуха; усадочными явлениями, которые возникают при постепенном высыхании стен от высокой начальной (строительной) до равновесной влажности; периодическим увлажнением стен.

При совместном действии нескольких факторов (что наблюдается в реальных условиях эксплуатации зданий) соответствующие напряжения и деформации, исходя из принципа независимости действия сил, суммируются с учетом фаз колебаний.

Влажностные деформации наиболее интенсивно развиваются на сравнительно небольшом интервале изменения влажности: от 0 до 2,5—3% по весу для тяжелых бетонов и до 4—20% для легких бетонов.

Весовая влажность материала стен панельных зданий в момент ввода здания в эксплуатацию бывает, как правило, выше предела сорбционного насыщения и достигает 15—20%, а потом постепенно снижается до постоянной равновесной влажности, изменения которой уже связаны с периодическими колебаниями относительной влажности воздуха (рис. 6.4, а). Однако влажность стен, достигнув равновесного состояния, по толщине распределяется неравномерно. Для легких бетонов она может в средних слоях достигать 15—35%, а в наружных слоях снижается до 1,5—3%. Большой градиент влажности по сечению панели приводит к ее изгибу. Наиболее интенсивны процессы десорбции при нагреве до 50—60°С наружной поверхности панели в летнее время. При таких условиях фактически происходит сушка материала, в результате резко сокращаются размеры наружной части панели и раскрываются стыки. В этом случае температурные деформации противоположны по знаку, но по абсолютной величине значительно меньше влажностных.

При замоноличенных стыках стеновая панель под действием переменных деформаций работает как балка-стенка с усилиями, приложенными в местах замоноличивания.

Во время эксплуатации здания возможно резкое изменение влажности и температуры материала. В частности, внутри помещения относительная влажность воздуха может повышаться от 30 до 80—90%, а температура материала панели от 10 до 25° С. В этих условиях при ограничении свободы деформации от изменения влажности и температуры, как показывают расчеты, могут возникнуть внутренние напряжения в бетоне панелей до 12—15 кГ/см2. Эти усилия могут приводить к возникновению в углах косых трещин, раскрытие которых у растянутого края панели может составлять 2—3 мм. Во избежание разрушения углов стеновых панелей по наклонным трещинам необходимо панели дополнительно армировать с учетом возникающих напряжений от влажностных и температурных деформаций.

По данным натурных измерений, непериодические влажностные деформации связаны с необратимой потерей начальной влажности, а периодические влажностные деформации связаны с увлажнением стен вследствие годовых колебаний относительной влажности воздуха и термодиффузии. Основные результаты этих измерений показаны на рис. 6.4, а. Кривые деформаций свидетельствуют о затухающем характере развития усадки во времени. Период относительной стабилизации деформаций (после ввода зданий в эксплуатацию) наступил для керамзитобетонных стен через 2—2,5 года. К моменту стабилизации абсолютная величина усадочных деформаций была равна 5—5,5 мм.

Читайте также:  Отделка стен в квартире варианты

Исследование деформаций стен и динамики развития трещин на их поверхности показало, что непериодические усадочные деформации — основная причина появления и развития в стенах трещин.

Вторым характерным видом влажностных деформаций являются периодические деформации (см. рис. 6.4, б), которые представляют собой сумму двух составляющих: деформаций, связанных с годовыми колебаниями относительной влажности наружного воздуха, и деформаций, связанных с периодическим увлажнением стен в сезон отопления и последующим высыханием в летний период. Периодические влажностные деформации, как это видно из рис. 6.4, б, не затухали во времени. Амплитуда этих деформаций в домах, построенных 4—5 лет назад, была примерно такой же, как и в зданиях, построенных год назад. Периодические влажностные деформации наружных стен зданий были по величине примерно в 2—3 раза меньше температурных.

Из приведенных данных следует, что периодические и непериодические влажностные деформации могут существенно влиять на работу стен и их следует учитывать при проектировании зданий в целях снижения трещинообразования и повышения их надежности и долговечности.

Рассматривая динамику развития поверхностных сетчатых трещин, следует отметить, что растягивающие напряжения, вычисленные в предположении упругой работы материала, значительно превосходят прочность бетона при растяжении. В связи с этим в поверхностных слоях неизбежно должны появляться сетчатые трещины, развитие которых может происходить в течение значительного периода времени до тех пор, пока усадочные напряжения, постепенно уменьшаясь, не достигнут предела прочности бетона при растяжении.

Количество сетчатых трещин на поверхностях панелей несравненно больше, чем так называемых «силовых», вызываемых внешними силовыми воздействиями.

Основной вывод, который должен быть сделан из анализа приведенных явлений,— следует применять материалы с небольшим коэффициентом линейного расширения а,к которым относятся прежде всего керамические материалы (в частности, керамзит и т. п.), а также материалы с высокой предельной растяжимостью εрпр и большим коэффициентом теплопроводности λ.

Наиболее благоприятными конструкциями оказываются керамзитобетонные панели, а также трехслойные с наружными слоями из тяжелого бетона.

Важное значение для повышения трещиностойкости имеет правильное армирование панелей. Работа армированных стен при температурно-влажностных воздействиях резко отличается от неармированных. Введение продольной арматуры, воспринимающей растягивающие напряжения, значительно уменьшает (но не исключает) раскрытие трещин на длине армированного участка.

Рассмотренные явления учитываются в рекомендуемых схемах армирования керамзитобетонных панелей, которые приведены на рис. 6.1, и трехслойных железобетонных— на рис. 6.2.

Деформации панелей, связанные со сложным температурно-влажностным характером их работы, должны с особой тщательностью учитываться при переходе к более длинным наружным панелям — с разрезкой на две или три комнаты. В больших по размерам панелях значительно увеличиваются деформации удлинения и укорочения. Так, если в панелях шириной 3,2 м максимальное укорочение при перепаде температур 60° в совокупности с влажностными деформациями составляет 2,2 мм, то при ширине 6,4 и 9,6 м — соответственно 4,5 и 6,7 мм. Это создает существенные колебания размеров швов между панелями и может привести к потере эффективности герметизации стыков, особенно при применении жгутовых материалов — пороизола и гернита.

Обеспечение совместной работы наружных отделочных слоев с основным материалом панелей

Применяемые для облицовки наружных панелей керамическая плитка, стекломозаика, различные каменные фактуры получили широкое распространение и стали по существу основным видом отделки, обладающей долговечностью и высокими художественными качествами. Вопрос о надежности совместной работы наружных отделочных слоев с основным материалом панелей особенно важен в связи с переходом к многоэтажному строительству и соответственно значительным ростом напряжений в несущих панелях.

Работы ЦНИИСК позволили изучить особенности совместной работы панелей, облицованных различными материалами, и дать рекомендации, исключающие имевшиеся ранее случаи отслоения или разрушения облицовки, определить характер напряженного состояния стен с облицовками и распределения этих напряжений.

Испытания стеновых панелей из различных, материалов с облицовкой керамическими и стеклянными плитками размерами от 24X24 до 150X75 мм показали, что отслаивание облицовочных слоев при сжатии панелей происходит при нагрузках, меньших, чем разрушающие. Совместная работа облицовок с материалом панелей надежно обеспечивается при технологии изготовления панелей фасадной стороной вниз и при креплении облицовки на цементно-песчаных растворах марок 100—150. В керамзитобетонных панелях, изготовленных по этой технологии, отслаивание плиток наблюдалось при сжатии по геометрической оси при нагрузках 0,9 Nр. В случае формования панелей «лицом вверх» происходило более раннее отслаивание облицовки при нагрузках 0,6 Nр.

Прочность и податливость соединений на растворе определяется свойствами адгезии облицовочных плиток. Наибольшая прочность сцепления с растворами получена для керамики и стеклянной плитки Rр=25—30 кГ/см2.

Несущая способность панелей с облицовкой оказалась на 5—10% ниже по сравнению с панелями без облицовки. Это уменьшение несущей способности облицованных панелей объясняется влиянием разной жесткости слоев и возникающего при этом эксцентрицитета вследствие смещения физической оси относительно геометрической, по которой прикладывалась нагрузка.

При совместной работе кирпичной кладки с керамической облицовкой девятищелевыми камнями несущая способность кладки не используется полностью. Для всех видов кирпича и растворов прочность кладки с облицовкой меньше, чем кладки без облицовки. Несущая способность кладки с облицовкой зависит от типа их перевязки. Наиболее благоприятные условия совместной работы кладки с облицовкой девятищелевыми камнями обеспечивались при перевязке тычковыми рядами камней через три ложковых ряда (25% тычков). При более редкой перевязке (11% тычков) в опытах получено значительное снижение несущей способности кладки стен (до 25%).

Ползучесть материалов приводит к значительному перераспределению напряжений в слоях и увеличению напряжений в более жестком облицовочном слое. За 10 лет эксплуатации напряжения в облицовочном слое увеличиваются в ряде случаев более чем в 1,5 раза.

На основании проведенных исследований ЦНИИСК рекомендуется расчет стен с облицовками производить по двум предельным состояниям: по прочности и по деформациям. Причем расчет по прочности рекомендуется производить по формулам для однослойных сечений, а совместную работу с облицовкой учитывать коэффициентами условий работы, которые на основе исследований могут быть приняты равными: для легких бетонов с облицовкой ковровой и стеклянной мозаикой на растворах марок 100—150 m=0,95; то же, с плиткой «кабанчик» m=0,9; для тяжелого бетона с облицовкой ковровой керамикой и стеклянной мозаикой на растворах марок 100—150 m=1.

Декоративную отделку для керамзитобетонных панелей рекомендуется применять из растворов, каменной крошки (способом присыпки или отмывки), пастообразных полимерцементных составов. Использование фасадной керамической плитки или стекломозаики возможно при обеспечении нормативной начальной влажности керамзитобетона до 12%. Целесообразно при этом применять малогабаритную плитку.

Большие перспективы открывает применение для отделки панелей растворов на основе коллоидно-цементного клея (КЦК). Коллоидно-цементный клей, приготовленный из белого или цветного портландцемента марки 400 и кварцевого песка с наполнителем в виде люберецкого песка или песка, полученного дроблением горных пород (мрамор, известняк и т. п.), создает прочный, долговечный защитный фасадный слой. С применением КЦК по существу получено новое качество фактурного растворного слоя.

Наиболее целесообразно состав раствора на основе КЦК наносить на поддон формы или на уложенные на него рельефные матрицы из резины или формопласта. Отформованные таким образом изделия имеют гладкие, прочные и долговечные фактуры с рельефом или рисунком. Этот способ, простой и экономичный, может применяться в условиях большинства заводов.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *