V. Эксплуатационная стойкость ограждающих конструкций из керамзитобетона и арболита

В первые 2-3 года эксплуатации зданий в экстремальных климатических условиях г.Якутска проявляются усадочные деформации легких бетонов стеновых конструкций в виде сетки мелких трещин на отделочном слое из цементно- песчаного раствора, бетона и возможны другие виды дефектов (рис.3.1).

С установлением стационарного температурно-влажностного режима в материале стен в отдельных случаях возможно снижение эксплуатационной стойкости из-за разности температурных деформаций компонентов бетона.

Принято считать о хорошей совместимости по данному фактору бетона и стали, что справедливо при умеренных диапазонах колебаний и их небольшой частоте. Так, коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) бетона на плотном заполнителе в среднем принят 9-11*10^-6 1/˚С, а стали- 10- 12*10^-6 1/˚С.

Анализ климатических данных по г. Якутску, представленный в табл.2.1, а также натурные наблюдения выявили интенсивность и большую частоту колебаний температуры наружного воздуха: сезонных до 103 ˚С, месячных до 40˚С, в течение суток до 20 ˚С. Циклические колебания подсчитаны как с переходом через 0˚С, так и отдельно в области отрицательных и положительных температур.

На рис. 5.1 представлены значения КЛТР и характер их изменения при отрицательных температурах, полученные нами для местных материалов совместно с ВНИИФТРИ дилатометрическими методами исследования компонентов бетона. Термическая совместимость цементного камня с плотным заполнителем из песчаника довольно высокая, а с бестяхским керамзитом и даурской лиственницей существенно ниже, следовательно, при многократных колебаниях температуры на границах (в контактной зоне) возможны значительные внутренние напряжения с образованием микротрещин.

Наличие пористого заполнителя способствует формированию более прочной и морозостойкой микроструктуры контактной зоны и самого керамзитобетона. Убедительным доказательством этого являются результаты испытания на морозостойкость керамзитобетонных образцов при температуре замораживания -15˚С, -34˚С и -55˚С, представленные на рис.3.2. При умеренных отрицательных температурах замораживания упрочнение структуры наблюдается вплоть до 60 циклов при -15 ˚С и до 25 циклов при -34˚С. И только при замораживании в климатической камере при-55˚С идет деструкция, приводящая к потере прочности на 25% уже при 23 циклах испытания (рис.3.2).

О поведении преднапряженного железобетона с арматурой из стали разног вида можно судить по результатам исследований, где отмечается, что из-за меньшего значения КЛТР бетона, чем у КЛТР стали (табл.5.1), развиваются температурные напряжения.

Таблица 5.1.

Характеристика бетона: состав – гранитный щебень и песок; расход цемента 320 кг/м³; В/Ц= 0,48; О.К.=8 см; содержание воздуха в смеси 4%. Образцы –цилиндры 75х150 мм уплотняли вибрированием, выдерживали в камере твердения в течение 20 суток, после чего помещали в пластиковые мешки до 28- суточного возраста перед испытанием. Авторы отмечают изменение величины коэффициента температурного расширения в процессе цикла замораживания и оттаивания. После первого температурного цикла образцы поглотили воду в количестве от 0,1 до 0,3% по массе. Это обстоятельство и возможное набухание образцов должны приниматься во внимание при анализе температурных деформаций.

Повышению морозостойкости керамзитобетона и арболита слитного строения в суровых климатических условиях способствует выбор компонентов с близкими значениями КЛТР заполнителя и растворной части, а также введение в керамзитобетон комплексной добавки КОСЖК-КСДБ в количестве 0,2% от массы цемента. Метод одностороннего замораживания – оттаивания фрагментов стеновой панели позволил исследовать влияние отделочного слоя на морозостойкость керамзитобетона и определить теплофизические свойства арболила в условиях, близких к эксплуатационным параметрам.

Независимо от вида наружной отделки основным требованием на Севере остается долговечность совместной работы конструктивного материала ограждения и отделочного слоя в условиях переменных и отрицательных температур. Неравномерные деформации материалов ограждения и отделочного слоя при превышении внутренних напряжений предельной растяжимости и прочности сцепления вызовут растрескивание или отслоение отделочного слоя. Таким образом, при значительных колебаниях наружного воздуха, характерных для Центральной Якутии, становится необходимым учитывать термические свойства структурных составляющих бетонного конгломерата, а также материала защитно-декоративного слоя. При прочих равных условиях близкие значения КЛТР этих составляющих способствуют сохранению монолитности ограждающих конструкций. И наоборот, чем больше разность КЛТР, другими словами, термическая несовместимость, тем выше вероятность внутреннего растрескивания отделки и бетона, снижающего морозостойкость и общую долговечность ограждения.

В свете новых достижений в технологии цементных систем можно утверждать, что 40-50 лет назад было правильно выбрано направление для легких бетонов в сторону улучшения поровой структуры цементного камня применением комплексной добавки на основе пластификатора КСДБ и гидрофобизатора (воздухововлечения) КОСЖК, а также учета для Севера температурных деформаций слоистых систем, т.е. термической совместимости компонентов бетона для ограждающих стеновых конструкций в частности.

Заключение.

Развитие научно-технического прогресса и инновационной деятельности в промышленности строительных материалов должно обеспечить повышение качества строительной продукции, высокие потребительские характеристики зданий и сооружений, их надежности, безопасности, эксплуатационной экономичности и долговечности, преобразование архитектурно – строительной среды до уровня, соответствующего современным достижениям социально благополучных и технически развитых стран.

Основными строительными материалами, необходимыми для реализации крупных инвестиционных проектов, а также строительства жилья, объектов социально-культурного назначения являются: вяжущие материалы (цемент, строительная известь); сборные железобетонные изделия; нерудные строительные материал (заполнители для бетонов и растворов); эффективные стеновые материалы.

Наилучшие результаты в строительстве и производстве строительных материалов и изделий могут быть достигнуты объединением усилий и творческого потенциала отечественных ученых и специалистов строительного профиля, развитием международного сотрудничества с зарубежными коллегами и ведущими предприятиями по разработке и приобретению новых видов продукции и технологий их изготовления.

Использованная литература:

1. Местников А.Е, Абрамова П.С, Антипкина Т.С, Егорова А.Д. Каменные материалы и конструкции в северном строительстве. – Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2008. – 168с.:ил.

2. Местников А.Е, Абрамова П.С, Антипкина Т.С, Егорова А.Д. Тепловая защита зданий на севере: материалы, изделия и конструкции. –М.: Изд-во АСВ, 2009. – 236с., ил.

3. Местников А.Е. Северное жилище: энергосбережение, безопасность. – Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2006. – 168с.:ил.

4. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение: Учеб. Пособие для строит.спец.вузов – М.: Высш.шк., 2003, - 701 с.: ил.