Главная | Архитектура и строительство | Статьи | Строительство | Конструкции из полистиролбетона для строительства жилых зданий, сочетающие несущую и теплоизоляционную функции

Строительство

Конструкции из полистиролбетона для строительства жилых зданий, сочетающие несущую и теплоизоляционную функции

В. А. БЕЛЯКОВ, к.т.н., В.А. НИКИШКИН, к.т.н., Уральский научно-исследовательский институт архитектуры и строительства

pic155Исследования полистиролбетона как материала несущих строительных конструкций, обладающего неплохими теплоизоляционными характеристиками, в Уральском научно-исследовательском институте архитектуры и строительства были начаты ещё в середине 1980-х гг.

Ранее проведённые в НИИЖБ, НИИСФ, ВНИИТЭП и других крупных научных и проектных институтах исследования показывают, что полистиролбетон – эффективный теплоизоляционный материал, который может использоваться, как конструкционный, однако достаточно широкого изучения его, как материала для воспринимающих нагрузку конструкций, не проводилось. Между тем применение полистиролбетона повышенной прочности, как одного из наиболее эффективных для строительства материалов с точки зрения экономики и принципов энергосбережения, востребовано и перспективно в будущем.

Физико-механические и теплоизоляционные характеристики полистиролбетона несущих конструкций в диапазоне плотностей от 800 кг/м3 до 1450 кг/м3 не рассматриваются введённым в действие с 01.09.1999 г. государственным стандартом «Полистиролбетон. Технические условия.» (ГОСТ Р 51263-99), разработанным под руководством к.т.н., проф. В. А. Рахманова (ВНИИЖБ) [1]. Данный нормативный документ регламентирует характеристики теплоизоляционного полистиролбетона только в диапазоне плотностей от 250 кг/м3 до 600 кг/м3.

В лаборатории отдела несущих железобетонных конструкций УралНИИАС, совместно со Строительным факультетом ГОУ «ВПО «УГТУ-УПИ», была поставлена задача – с помощью современных химических добавок изготовить и изучить достаточно лёгкие и прочные полистиролбетонные конструкции с хорошими теплоизоляционными характеристиками (λ от 0,23 Вт/м0К до 0,36 Вт/м0К).

При проектировании составов конструкционного полистиролбетона в качестве заполнителя, помимо кварцевого песка, использовались и местные заполнители – доменные гранулированные шлаки металлургических предприятий Уральского региона.

Тем самым, в соответствии с Программой переработки техногенных образований, проводимой в настоящее время правительством Свердловской области, был реализован один из подходов к решению проблемы использования отходов чёрной металлургии в строительной индустрии, который основан на внедрении новых технологий [3].

В 2001 году в аккредитованном Госстроем России Испытательном центре УралНИИАС были проведены испытания прочности на сжатие серии простеночных и перемычечных блоков из полистиролбетона плотностью 1000 кг/м3, изготовленных по рабочим чертежам шифра НП-086.01-КЖИ. Заказчиком работы выступил Северский завод ЖБИ, г. Полевской. Из таких стеновых блоков может монтироваться крупноблочное здание с двухрядной разрезкой наружных стен.

Теплофизические испытания фрагмента наружной стены для жилых зданий из простеночных и перемычечных блоков были выполнены в климатической камере, в соответствии с требованиями ГОСТ 25254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций».

Фактическое приведённое сопротивление теплопередаче фрагмента стены из крупных блоков с учётом рёбер и вертикального стыка составило 4,74 м2 К/Вт. Фактический температурный перепад «воздух – внутренняя поверхность стены» находился в пределах 1,2 – 2,4 К, что значительно лучше нормируемого перепада – < 4 К.

Морозостойкость полистиролбетона плотностью D1000, прочностью на сжатие 8,5 МПа составила F100 без видимых внешних разрушений и потери массы.

Результаты проведённых испытаний доказали применимость крупных простеночных блоков из полистиролбетона для использования в строительстве жилых зданий высотой до 5 этажей.

В 2006-2007 годах на основе разработанных авторами составов конструкционного полистиролбетона плотностями 1150 кг/м3, 1250 кг/м3, 1350 кг/м3 и 1450 кг/м3, в рамках выполнения экспериментальных исследований в ходе плановой научно-исследовательской работы, были изготовлены и испытаны 16 серий несущих балок для изучения их работы в качестве изгибаемых элементов.

Фрагмент полистиролбетонной балки во время испытания на изгиб показан на рисунке 1.

Общее количество изготовленных и испытанных балок – перемычек – 52 штуки. Рабочее армирование балок представлено арматурными каркасами из четырёх стальных стержней марки А-III диаметром 10 и 16 мм (в нижней растягиваемой зоне бетона), а в поперечном направлении хомутами из проволоки Вр-I.

Авторами работы сравнивалось трещинообразование железобетонных балок-близнецов, изготовленных из конструкционного полистиролбетона и ячеистого бетона условного класса по прочности В10- В12,5.

Расположение трещин на поверхности образцов балок свидетельствовало о том, что разрушение балок происходит по наклонным сечениям на околоопорных участках от воздействия двух грузов, приложенных в средней части пролёта. Трещиностойкость нормальных сечений испытанных балочных образцов из полистиролбетона превышала теоретически рассчитанную величину по формулам «Пособия по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов» (к СНиП 2.03.01-84*) [4] на 40%.

Установлено, что конструкционный полистиролбетон более однороден, в нём трещины развиваются более равномерно, за счёт влияния основного заполнителя – гранул пенополистирола. Первоначально при приложении ступенчатой нагрузки в материале образуется много трещин одного уровня, особенно микротрещин. Далее, когда микротрещины перестают сдерживать друг друга, возникают через стадию хрупкого разрушения мезотрещины. Их количество в 2,5 – 4 раза меньше. Далее при достаточном количестве мезотрещин появляются макротрещины.

По данным, приведённым в монографии С. М. Скоробогатова [5], ячеистый бетон более неоднороден. В этом материале на более ранних стадиях нагружения появляются более крупные мезо- и макротрещины.

Таким образом, поведение полистиролбетона под действием нагрузки при одинаковом классе бетона по сравнению с ячеистым бетоном более предсказуемо, и поэтому этот материал более надёжен. Приведённые анализ результатов и выводы повлекли за собой необходимость формулировки рекомендаций в проектировании несущих конструкций из полистиролбетона.

При проектировании несущих конструкций из полистиролбетона рекомендуется применять повышенные значения расчётного сопротивления на растяжение Rbtn относительно величин, принятых для ячеистого бетона класса В10 и В12,5 в табл. 4 п. 2.10 «Пособия по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов» (к СНиП 2.03.01-84*), приблизительно на 20%. Это также соответствует полученным в результате экспериментов повышенным значениям прочности на осевое растяжение.

При значении эксплуатационной нагрузки, установленной при 0,6 разрушающего момента, опытные перемещения образцов балок из конструкционного полистиролбетона были ниже теоретически рассчитанных, как для балок из ячеистого бетона по формулам из «Пособия по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов» (к СНиП 2.03.01-84*), на 30%.

Экспериментально подтверждено, что на жёсткость балок из полистиролбетона в стадии после образования трещин оказывает влияние относительно высокое сцепление полистиролбетона с арматурой, поэтому авторами предлагается принимать значение коэффициента φls (В 7,5-В 12,5), учитывающего влияние данного фактора (табл. 36 СНиП 2.03.01-84*), вместо 0,8 равным 1,0 в формуле:

где es,tot / h0 ≥ 1,2 / φls, h0 – высота элемента до нижней рабочей арматуры , φm – коэффициент, определяемый
расчётом.

Расчёт жёсткости балок из конструкционного полистиролбетона с учётом предлагаемого авторами значения коэффициента даёт результаты, близкие к опытным.

Испытанные несущие конструкции из полистиролбетона по своим прочностным, деформационным и теплоизоляционным характеристикам на 20-30% превышают существующие несущие конструкции из ячеистого бетона и керамзитобетона в том же диапазоне плотностей материала.

Практическая реализация проведённых авторами исследований обеспечена разработкой проекта градостроительных норм Свердловской области «Бетонные и железобетонные конструкции из полистиролбетона», в который вошли основные результаты плановой научно-исследовательской работы ТУ 5828-003-25057366-06 «Перемычки из полистиролбетона», новых редакций ТУ 5745-001-20875427-02 «Смеси полистиролбетонные», ТУ 5767-002-20875427-02 «Блоки полистиролбетонные» и «Рекомендаций по применению полистиролбетона в строительстве» для ООО «Корпорация «Маяк», г. Екатеринбург.

На основании провдённых в ОАО «Институт «УралНИИАС» исследований совместно со Строительным факультетом ГОУ «ВПО «УГТУ-УПИ» можно с уверенностью утверждать, что разработанные конструкции стеновых блоков и перемычек из полистиролбетона удовлетворяют требованиям СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры», допускается рассчитывать их по методике, принятой в настоящее время для расчёта несущих конструкций из ячеистого бетона с необходимым запасом прочности.

Список литературы

1. ГОСТ Р 51263-99 Полистиролбетон. Технические условия / Госстрой России – М.: ГУП ЦПП, 1999. – 20 с.

2. Носков А.С., Филиппов В.П., Беляков В.А. Проектирование составов конструкционного полистиролбетона
с использованием современных химических добавок // Бетон и железобетон в Украине – 2005. № 4 (26). –
С. 8-13.

3. Беляков В.А., Руднов В.С. Изготовление полистиролбетона. Экологическое значение использования отходов металлургического производства. р. Конструкционные материалы для стен // СтройПрофиль № 2(32) – СПб, 2004. – С. 14.

4. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов
(к СНиП 2.03.01-84*) / Госстрой СССР – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 81 с.

5. Скоробогатов С.М. Принцип информационной энтропии в механике разрушения инженерных сооружений
и горных пластов. – Екатеринбург: УРГУПС, 2000. – 420 с.

 
 
 
Баннер
Баннер
Баннер
Баннер
Закрыть

У нас новый сайт!

Вся актуальная информация на новом сайте!

idsmedia.ru

Перейти