Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные технологии возведения многослойных наружных стен гражданских зданий в монолитном домостроении 12
1.1 Основные конструктивные типы многоэтажных монолитных зданий и их влияние на выбор конструктивно-технологических решений ограждающих конструкций 12
1.2 Анализ состава технологических процессов и операций основных конструктивно-технологических решений многослойных наружных стен 15
1.3 Опыт применения несъемной опалубки для возведения наружных стен в монолитном строительстве 29
1.4 Сравнительный анализ технологических особенностей возведения многослойных наружных стен в монолитном домостроении 33
Выводы по главе 1 35
Глава 2. Исследования параметров технологических процессов возведения многослойных монолитных наружных стен с теплоизоляционным слоем из бетона низкой теплопроводности и их основных физико-технических характеристик 37
2.1 Формирование состава работ и их влияние на трудоемкость возведения многослойной монолитной наружной стены 37
2.2 Исследование и выбор рациональных геометрических и физико-механических параметров несъемной опалубки 40
2.2.1 Расчет плит несъемной опалубки на нагрузки от уплотнения бетонной смеси 40
2.2.2 Определение минимальной толщины плит опалубки, исходя из нагрузок, возникающих при транспортировке 45
2.3 Экспериментальное исследование технологических параметров возведения монолитной многослойной ограждающей конструкции 48
2.3.1 Изготовление экспериментальных образцов 48
2.3.2 Определение параметров технологических процессов изготовления образцов 53
2.4 Экспериментальные исследования прочности сцепления слоев многослойной монолитной наружной стены при воздействии попеременного замораживания и оттаивания 55
2.4.1 Планирование эксперимента 55
2.4.2 Изготовление опытных образцов в лабораторных условиях, подготовка эксперимента 59
2.4.3 Испытание образцов при климатических воздействиях 64
2.4.4 Испытания контактной зоны слоев конструкции в ходе климатического воздействия 68
2.4.5 Результаты исследований и их оценка в зависимости от физико-механических характеристик материалов 71
Выводы по главе 2 78
Глава 3. Технологические и организационные особенности возведения монолитных многослойных наружных стен 81
3.1 Технология возведения многослойных монолитных наружных стен с теплоизоляционным слоем из бетона низкой теплопроводности 81
3.2 Организация работ по возведению многослойных монолитных ограждающих конструкций 87
Выводы по главе 3 89
Глава 4. Оценка технологичности возведения монолитных многослойных наружных стен 91
4.1 Технологичность ограждающих конструкций монолитных зданий 91
4.2 Оценка трудоемкости и продолжительности производства работ 93
4.3 Организационно-технологические модели возведения вертикальных несущих и ограждающих конструкций этажа 102
4.4 Оценка стоимости производства работ 107
Выводы по главе 4 114
Основные выводы по работе 115
Литература 117
Приложение 1 127
- Анализ состава технологических процессов и операций основных конструктивно-технологических решений многослойных наружных стен
- Изготовление опытных образцов в лабораторных условиях, подготовка эксперимента
- Технология возведения многослойных монолитных наружных стен с теплоизоляционным слоем из бетона низкой теплопроводности
- Оценка трудоемкости и продолжительности производства работ
Введение к работе
Актуальность темы. Технологии возведения современных гражданских монолитных зданий во многом определяются объемно-планировочными и конструктивно-технологическими решениями, а также особенностями технологических процессов возведения ограждающих конструкций. Распространенные в практике современного строительства технологии возведения ограждающих конструкций, как правило, отличаются повышенной трудоемкостью, продолжительностью, предусматривают применение преимущественно ручного труда, что в совокупности приводит к увеличению сроков строительства и окупаемости инвестиций.
Одной из распространенных конструктивных схем многоэтажных монолитных многосекционных гражданских зданий является конструктивная схема с несущими монолитными поперечными стенами, в том числе наружными стенами без проемов. Устройство теплоизоляционного и наружного отделочного слоев таких стен осуществляется на последующих этапах строительства после возведения несущей части стены. Для обеспечения требуемого термического сопротивления наружных монолитных глухих стен применяют различные технологии, среди которых наиболее распространенными являются навесные системы с отделкой тонкими штукатурными слоями и теплоизоляцией из плит минеральной ваты и системы с вентилируемым воздушным зазором.
Важной особенностью возведения многослойных стен, как по технологии вентилируемого, так и «мокрого» фасада, является производство работ в два основных этапа со значительным перерывом во времени. Сначала осуществляется возведение несущей монолитной стены с последующим ее выдерживанием до набора необходимой прочности, затем устройство системы теплоизоляции и отделки фасада. При этом для проведения второго этапа работ требуются дополнительные специализированные бригады, возникают дополнительные работы по обеспечению защиты теплоизоляционных и других, требовательных к погодным условиям материалов, фасада, установке лесов, подмостей и подъемных механизмов.
Альтернативная технология возведения в едином технологическом цикле монолитных многослойных наружных стен с использованием конструкционных бетонов, выполняющих несущие функции, и бетонов низкой плотности, выполняющих теплоизоляционные функции, позволяет повысить долговечность конструкции за счет применения в теплоизоляционном слое бетона низкой теплопроводности, имеющего срок службы, сопоставимый с конструкционным бетоном. Кроме того, очевидные преимущества разработанной технологии в сравнении с аналогами обеспечиваются за счет снижения продолжительности и трудоемкости возведения конструкционного и теплоизоляционного слоев наружной стены в составе одного вида работ - бетонные работы.
Одной из рациональных областей применения данной технологии могут являются наружные поперечные несущие стены в многоэтажных монолитных многосекционных жилых зданиях.
Степень разработанности проблемы. В настоящее время большинство проведенных исследований многослойных конструкций из бетонов различной прочности относится к построению расчетных моделей, методов расчета, в том числе с учетом особенностей напряженно-деформированного состояния контактной зоны слоев, а также особенностям физико-механических характеристик низкотеплопроводных легких бетонов для использования их в качестве теплоизоляционного слоя многослойных ограждающих конструкций. Среди наиболее известных фундаментальных и прикладных трудов в этой области следует отметить работы Бондаренко В.М., Карпенко Н.И., КолчуноваВ.И., Колчунова Вл.И., Коробко В.И., Король Е.А., Клюевой Н.В., КолчинаЯ.Е., Лушникова С.Д., Меркулова СИ., Римшина В.И., Скобелевой Е.А., ЧиненковаЮ.В., Федорова B.C., Баширова X. 3. и др. Вопросы использования легких бетонов низкой теплопроводности в качестве теплоизоляционного слоя многослойных ограждающих конструкций и технологии их производства наиболее широко отражены в работах Крылова Б.А., Ерофеева В.Т., Савина В.И., Милых Т.И., Евдокимова А.А., Ярмаковского В.Н., Шапиро Г.И., Пугача Е.М., Белова Ю.А., Рубецкого В.Л. и др.
Вместе с тем экспериментальные и теоретические исследования технологии возведения многослойных наружных стен из бетонов с различными физико-механическими характеристиками в едином технологическом цикле в условиях строительной площадки малочисленны.
В условиях монолитного строительства использование сложных систем опалубки и наличие значительных временных перерывов в изготовлении монолитной конструкции ведет к увеличению сроков строительства. В то же время, технология изготовления многослойных монолитных стен, предусматривающая одновременный набор прочности всеми слоями бетона после укладки, способна обеспечить сохранение необходимых темпов возведения монолитных конструкций этажа.
Объектом исследования являются технологические процессы возведения монолитных многослойных наружных стен гражданских зданий с применением в несущем слое конструкционных бетонов и в теплоизоляционном слое легких бетонов низкой теплопроводности.
Предметом исследования являются параметры технологических процессов возведения в построечных условиях монолитных многослойных ограждающих конструкций зданий.
Цель работы: теоретическое и экспериментальное обоснование научных положений по разработке и совершенствованию технологии возведения монолитных многослойных стен гражданских зданий с теплоизоляционным слоем из бетона низкой теплопроводности.
Для реализации поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:
обобщение и анализ современных технологий возведения многослойных наружных стен в монолитном домостроении;
сравнительный анализ состава и основных параметров технологических процессов возведения монолитных многослойных наружных стен гражданских зданий;
исследование технологических особенностей изготовления многослойных монолитных наружных стен с теплоизоляционным слоем из бетона низкой теплопроводности;
экспериментальное исследование основных физико-технических характеристик элементов многослойной наружной стены из бетонов различной прочности, в том числе в зоне контакта слоев;
разработка технологии возведения монолитных многослойных наружных стен с применением в качестве теплоизоляционного слоя легкого бетона низкой теплопроводности, оценка ее технологичности;
экспериментальное исследование параметров технологических процессов возведения многослойных наружных стен с несущим слоем из конструкционного бетона и теплоизоляционным слоем из бетона низкой теплопроводности, определение технико-экономических показателей разработанной технологии;
- разработка рекомендаций по возведению многослойных монолитных
наружных стен с применением в теплоизоляционном слое бетона низкой
теплопроводности.
Методика исследований:
- сравнительный анализ существующих технологий возведения
наружных торцевых стен монолитных зданий, с целью выявления основных
недостатков существующих способов и определения путей повышения
эффективности разрабатываемой технологии;
экспериментальное исследование строительно-технологических свойств многослойных конструкций, изготовленных с учетом особенностей разрабатываемой технологии, для определения диапазона основных конструктивно-технологических параметров многослойных монолитных наружных стен;
- экспериментальные исследования параметров технологических
процессов возведения монолитных многослойных стен на натурных
образцах;
численные исследования и организационно-технологическое моделирование параметров технологических процессов разработанной технологии;
- обработка и анализ полученных экспериментальных данных,
определение рациональных технологических режимов возведения наружных
стен со средним слоем из теплоизоляционного бетона.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
на основании проведенного сравнительного анализа современных технологий возведения многослойных ограждающих конструкций определены основные технологические параметры, существенно снижающие их технологичность: наличие технологических перерывов в устройстве отдельных слоев ограждающей конструкции, необходимость в привлечении дополнительных специализированных бригад, высокая трудоемкость изготовления, необходимость в дополнительных вспомогательных технологических процессах;
на основании исследования физико -механических характеристик многослойной монолитной ограждающей конструкции, а также контактной зоны слоев, были установлены рекомендуемые параметры бетонов, в том числе для обеспечения совместной работы слоев конструкции с учетом климатических воздействий;
- организационно-технологические модели возведения наружных стен,
отражающие снижение трудоемкости, продолжительности, стоимости работ
по устройству наружных многослойных монолитных стен с использованием
теплоизоляционных бетонов по сравнению с аналогами;
- технологические параметры изготовление опытных образцов
элементов монолитных многослойных стен при последовательной укладке в
вертикальные конструкции бетонов с различными физико-механическими
характеристиками;
-параметры основных технологических процессов,
регламентированные результатами экспериментальных и численных исследований монолитных многослойных ограждающих конструкций с внутренним слоем из конструкционного бетона, средним слоем из легкого бетона низкой теплопроводности и наружным слоем из несъемной фибробетонной опалубки.
Практическая значимость работы:
разработана технология возведения многослойных наружных стен монолитных зданий для альтернативного конструктивно-технологического решения, предусматривающего возведение несущего и теплоизоляционного слоев из легкого бетона низкой теплопроводности в едином технологическом цикле.
определены области рационального применения разработанной технологии - преимущественно торцевые несущие наружные стены монолитных гражданских зданий без проемов.
разработаны рекомендации по возведению монолитных многослойных наружных стен с применением в теплоизоляционном слое бетонов низкой теплопроводности.
Достоверность результатов диссертационной работы обеспечена применением общепринятых гипотез и методик расчета, стандартных методик испытаний, сертифицированных испытательных приборов и лабораторного оборудования, соотнесением полученных экспериментальных
и теоретических данных с работами других авторов, выполняющих исследования в данной области.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались на XIII Международной межвузовской научно-практический конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности» в г.Москве, 2010 г; на XX Российско-Польско-Словацком семинаре "Теоретические основы строительства" в г. Жилина. 2011 г; на Международной научной конференции «Интеграция, партнёрство и инновации в строительной науке и образовании» в г. Москве, МГСУ, 2013 г.
Новизна исследования подтверждается двумя патентами РФ: № RU 2430833 «Способ изготовления многослойных строительных изделий» и № RU 2434742 «Способ изготовления элементов многослойных ограждающих конструкций».
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованных источников, состоящего из 105 наименований. Содержание работы изложено на 132 страницах печатного текста, включая 48 иллюстраций, 22 таблицы, 1 приложение.
Анализ состава технологических процессов и операций основных конструктивно-технологических решений многослойных наружных стен
Современные требования по тепловой защите зданий определяют конструктивно-технологические решения ограждающих конструкций. Преимущественное большинство их выполняется многослойными с применением эффективных теплоизоляционных материалов. Основными видами теплоизоляционных материалов в массовом строительстве являются плитные утеплители из минеральной ваты и пенополистирола [1, 3, 16, 18, 49, 52, 58, 83, 85].
Распространенные в практике современного строительства технологии возведения ограждающих конструкций, предусматривающие применение данных материалов (системы с тонкими штукатурными слоями, с вентилируемым воздушным зазором, с облицовкой из кирпича), в основном характеризуются низкой степенью механизации труда, наличием разнородных технологических процессов, сложностью обеспечения требований к качеству выполнения работ, зависимостью от погодных условий [1, 13, 15, 18, 48, 58, 84, 98].
Возведение наружных стен по технологии «мокрого фасада» осуществляется в два основных этапа и включает в себя следующие технологические процессы. При возведении конструкционного слоя стены на первом этапе производится изготовление арматурного каркаса, установка опалубки, укладка и уплотнение бетонной смеси, выдерживание и уход за уложенным бетоном, разборка опалубки. Крепление утеплителя производится на втором этапе после перерыва во времени, необходимого для набора прочности несущего слоя наружной стены, обеспечения требований по безопасности производства работ, установки необходимых лесов, обеспечения защиты фасада от атмосферных воздействий. Производство работ по устройству теплоизоляционного слоя ппредусматривает следующие технологические процессы и операции: подготовка бетонного основания, включающая его очистку, выравнивание и грунтовку, нанесение клеевого состава, приклеивание плит утеплителя, закрепление их при помощи тарельчатых дюбелей, нанесение армирующего слоя с погруженной в него армирующей сеткой из щелочестойкого стекловолокна, нанесений грунтовочных и финишных декоративных слоев [1, 18, 49].
При передаче плоскостей фасадов для производства фасадных работ составляются карты поверхностей с указанием всех сверхнормативных отклонений, что позволяет оценить затраты на их устранение. Также контролируется влажность основания. Перед приклеиванием плит теплоизоляции на высокопористые и загрязненные поверхности стен производится обработка грунтовочными материалами в соответствии с техническими условиями. Предусматривается защита металлических закладных деталей на фасаде от коррозии, вызванной агрессивной средой системы. В технологических картах на возведение фасада разрабатываются схемы крепления лесов, учитывающие количество и расположение мест крепления лесов к фасаду, расчет необходимого относа лесов от поверхности фасада, мероприятия по удалению мусора с лесов, защите фасада от атмосферных воздействий (козырьки, защитные сетки). При монтаже плит теплоизоляции производится подготовка поверхности плит, необходимая для создания нормальной адгезии клеевых составов. При этом срок выдерживания клея составляет до 3 суток. Поверхность приклеивания должна составлять не менее 60% площади плиты. Зазоры между плитами заполняются материалом утеплителя. Закрепление плит происходит с обязательной перевязкой по фасаду. Дюбели, используемые для устройства теплоизоляционного слоя, должны соответствовать требованиям по теплопроводности, коррозионной стойкости и долговечности - как правило, гильзы выполняются из полимерных материалов (полиамид, полиэтилен), исключающих коррозию, возникающую при конденсации паров в месте расположения дюбеля. В процессе устройства армированного слоя производится усиление ответственных мест системы при помощи дополнительных армирующих сеток. Важно выполнить требования к щелочестойкости армирующих сеток, расположению их целиком в армированном слое, перехлесту полотен сетки. В системах с отделкой тонкими штукатурными слоями повышенные требования предъявляются к соблюдению толщины штукатурных слоев в соответствии с техническими условиями системы. Нанесение финишного покрытия происходит непрерывно в пределах сплошного участка фасада, для обеспечения отсутствия заметных швов и различных оттенков участков на фасаде.
В настоящее время широкое распространение получили навесные системы фасадной теплоизоляции с вентилируемым воздушным зазором. [13, 16, 97] На данный момент таких сертифицированных систем насчитывается около 80. Основные проблемы при возведении вентилируемых фасадов связаны с заменой материалов и некорректным исполнением узлов системы на стадии проектирования и возведения, отступлениями от принятой технологии возведения (привлечением низкоквалифицированных специалистов для производства работ, отказом от сотрудничества с фирмой-разработчиком системы для непосредственного выполнения работ по монтажу фасада либо технического сопровождения монтажа). [48, 98].
Возведение наружной стены по технологии «вентилируемого фасада» на этапе устройства конструкционного слоя включает в себя те же технологические процессы, что и «мокрый фасад»: изготовление арматурного каркаса, установка опалубки, укладка и уплотнение бетонной смеси, разборка щитов опалубки, выдерживание уход за бетоном. Изготовление теплоизоляционного и облицовочного слоев фасада включает в себя следующие процессы и операции: подготовка бетонного основания, геодезическая разбивка мест установки несущих элементов, установка кронштейнов для крепления направляющих фасада, крепление плит теплоизоляции при помощи дюбелей, крепление ветрогидрозащитной мембраны, установка металлических направляющих, крепление облицовки фасада [3, 48, 56, 59].
В соответствии с установленной производителями фасадов технологией [13, 15, 16, 48, 56, 59, 80, 81, 84, 97], перед началом монтажа конструкций вентилируемого фасада производится контроль качества бетонной поверхности стены с испытанием несущей способности анкерных болтов. Минимальная глубина анкеровки дюбеля в бетон составляет 50 мм. При подготовке поверхности производится очистка основания от наплывов бетона, участки с низкой прочностью бетона восстанавливаются. Для осуществления привязки несущих конструкций фасада к основанию производится геодезическая съемка всего фасада, устанавливаются вертикальные и горизонтальные маяки для определения положения несущих элементов, производится разметка мест крепления несущих кронштейнов. Крепление кронштейнов производится при помощи дюбелей с использованием паронитовых прокладок, для предотвращения коррозии и снижения теплотехнической неоднородности в месте установки кронштейна. В качестве теплоизоляции, как правило, используются жесткие минераловатные плиты. Установка плит ведется снизу вверх при помощи пластиковых дюбелей тарельчатого типа с обязательной перевязкой швов по высоте и между слоями. Допустимая ширина шва между плитами - 2 мм. Минимальное количество дюбелей на плиту теплоизоляции размером 1000 х 600 мм составляет 4 штуки. Окончательное крепление теплоизоляции дюбелями происходит после укрытия плит полотнами ветрогидрозащитной мембраны с перехлестом в 100-150 мм. Ветрогидрозащитная мембрана крепится дюбелями из расчета 4 шт. на 1 м . С момента начала крепления минераловатных плит и до их укрытия мембраной, теплоизоляция должна быть защищена от попадания атмосферной влаги. Крепление направляющих к кронштейнам производится после устройства теплоизоляции с контролем их положения геодезическими приборами. Материал кронштейнов и направляющих может быть алюминием (системы «Гранитогрес», «Каптехнострой», «U-KON», «Алюком»), нержавеющей или оцинкованной сталью («Диат»). Направляющие могут располагаться как горизонтально, так и вертикально. Монтаж облицовки фасада ведется снизу вверх. Крепление облицовки, в зависимости от материала и типа системы может быть открытым (при помощи кляммеров («Гранитогрес», «Каптехнострой», «U-KON», «Диат», «Алюком»), клипс («U-KON»), винтов и заклепок («Диат», «Алюком»)) и скрытым (при помощи скоб («U-KON»), самораспорных винтов («Гранитогрес»), скрытых кляммеров («Диат»)) [80, 81]. Облицовочные панели могут быть выполнены из керамогранита, композитных материалов (Alucobond, Reynobond), фибробетона, гранита, листов алюминия или стали. Минимальная ширина воздушного зазора составляет 40 мм. При производстве работ по монтажу элементов вентилируемого фасада каждый из этапов работ подлежит контролю аттестованными специалистами с составлением актов освидетельствования скрытых работ. Таким образом, ввиду большого количества вариантов материалов системы и узлов, в каждом конкретном случае требуется привлечение специализированных исполнителей для устройства конкретной системы вентилируемого фасада.
Возведение многослойных наружных стен с использованием эффективного утеплителя и облицовкой из кирпича базируются на использовании традиционных отечественных технологий и состоит из меньшего количества технологических процессов и операций [4, 59, 98 и др.]. Однако они имеют ряд эксплуатационных проблем, связанных с разрушением облицовочного слоя — образованием трещин на фасаде, появлением высолов, выпадением отдельных камней из кирпичной кладки, обрушением облицовки торцов перекрытия, обрушением наружного слоя фасада, а также образованием конденсата, плесени на внутренней поверхности стены, промерзанием стены в зоне перекрытия. Данные проблемы значительно снижают безопасность эксплуатации данных фасадов, требуют значительных затрат на проведение ремонтных работ, установку защитных сеток для предотвращения падения кирпича на землю. Возникновение данных дефектов обусловлено тепловлажностным режимом работы наружного слоя стены - при использовании теплоизоляции согласно современным нормам по энергосбережению, облицовочный увлажненный слой стены промерзает полностью, вырабатывая значительное количество циклов за сезон. В связи с этим, В Москве, Московской области и Казани применение таких фасадов запрещено[88, 89].
Изготовление опытных образцов в лабораторных условиях, подготовка эксперимента
Для проведения экспериментальных исследований были изготовлены опытные модели элементов ограждающей конструкции толщиной 400 мм с наружными слоями толщиной 50 мм из керамзитобетона плотностью 800, 1000, 1200 кг/м3 и прочностью на сжатие 50, 100, 200 кг/см2, и средним слоем из полистиролбетона низкой теплопроводности толщиной 200, 240, 300 мм средней плотностью 200, 300, 400 кг/м3 и прочностью на сжатие 5, 11, 14,5 кг/см2:
— образец №1: 1000x800x300 мм, наружные слои из керамзитобетона прочностью на сжатие 50 кг/см , средний слой из полистиролбетона прочностью на сжатие 5 кг/см ;
- образец №2: 1000x800x340 мм, наружные слои из керамзитобетона прочностью на сжатие 50 кг/см , средний слой из полистиролбетона прочностью на сжатие 11 кг/см2;
- образец №3: 1000x800x400 мм, наружные слои из керамзитобетона прочностью на сжатие 50 кг/см , средний слой из полистиролбетона прочностью на сжатие 14,5 кг/см2;
- образец №4: 1000x800x300 мм, наружные слои из керамзитобетона прочностью на сжатие 100 кг/см , средний слой из полистиролбетона прочностью на сжатие 5 кг/см ;
- образец №5: 1000x800x340 мм, наружные слои из керамзитобетона прочностью на сжатие 100 кг/см , средний слой из полистиролбетона прочностью на сжатие 11 кг/см ;
- образец №6: 1000x800x400 мм, наружные слои из керамзитобетона прочностью на сжатие 100 кг/см, средний слой из полистиролбетона прочностью на сжатие 14,5 кг/см ;
- образец №7: 1000x800x300 мм, наружные слои из керамзитобетона прочностью на сжатие 200 кг/см2, средний слой из полистиролбетона прочностью на сжатие 5 кг/см2;
- образец №8: 1000x800x340 мм, наружные слои из керамзитобетона прочностью на сжатие 200 кг/см , средний слой из полистиролбетона прочностью на сжатие 11 кг/см2;
- образец №9: 1000x800x400 мм, наружные слои из керамзитобетона прочностью на сжатие 200 кг/см2, средний слой из полистиролбетона прочностью на сжатие 14,5 кг/см .
Перед изготовлением элементов многослойной конструкции произведено определение необходимых геометрических и физико-механических параметров элементов. Произведена подготовка опалубки. Использовалась металлическая опалубка с откидными бортами, обеспечивающая высокое качество изделий и точность их геометрических размеров. В местах границ слоев на внутренней стороне опалубки красной несмываемой краской были нанесены риски, по которым происходила укладка бетонной смеси. Также для обеспечения снятия данных о теплофизических процессах в конструкции во время испытаний в опалубке на растянутых нитях через равное расстояние вывешивались датчики температуры и влажности Microchip ТС1047А и Honeywell ШН-4000-004. Шаг расположения для наружных четырех датчиков - 25 мм, для остальных -50 мм. (рисунок 2.10). Провода от датчиков выводились в специально устроенные отверстия в опалубке. Перед укладкой бетонной смеси в опалубку, внутренние поверхности обрабатывались отработанным машинным маслом для уменьшения сцепления бетона с поверхностью бортов и дна.
Первый слой из керамзитобетона укладывался по нижней риске и уплотнялся в течение 50 сек. Далее без выдерживания технологического перерыва укладывался слой полистиролбетона толщиной 200-300 мм (до второй риски). Время уплотнения полистиролбетонной смеси составило 30 60 сек во избежание расслоения. Затем, чтобы предотвратить погружение более плотного третьего слоя из керамзитобетона, выдерживался технологический перерыв продолжительностью 40-60 мин и укладывался керамзитобетон третьего слоя. Третий слой уплотнялся поверхностным воздействием в течение 50-100 сек. Укладка слоев происходила равномерно для предотвращения перемешивания разнородных бетонных смесей. Приготовление смесей производилось в бетоносмесителе принудительного действия.
После начала схватывания свободная поверхность изделий была укрыта тканным материалом под слоем влажных опилок, для обеспечения благоприятных условий твердения бетона (предотвращения высыхания). В таком виде изделия выдерживались в цеховых условиях в течение 7 суток. Далее происходило распалубливание изделий и складирование в цехе для дальнейшего набора прочности. В целом время выдерживания составило не менее 28 суток при температуре 18-20С и влажности 50-70%.
Элементы размерами по фасаду 800x1000 мм устанавливались с помощью лебедки и системы блоков (рисунок 2.12). Установка происходила с выполнением требований по допускам в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Не допускалось отклонение от вертикали более чем на 10 мм на высоту конструкции. Поверхность стены также проверялась двухметровой рейкой.
Перед проведением климатических испытаний провода от датчиков температуры и влажности, расположенных в толще конструкции и закрепленных на ее поверхности, были коммутированы (рисунок 2.13) для снятия данных с помощью прибора L-Card LTR-U-16 (16-местный крейт с интерфейсом USB 2.0). Данные с датчиков передавались на персональный компьютер. Было проведено тестирование климатической камеры, заданы режимы работы в ходе эксперимента.
Технология возведения многослойных монолитных наружных стен с теплоизоляционным слоем из бетона низкой теплопроводности
Основными конструктивно-технологическими элементами многослойной монолитной наружной стены являются бетонные слои -наружный, выполняющий декоративную и защитную функцию, теплоизоляционный и внутренний конструкционный. Наружный слой имеет толщину не более 50 мм и выполняется из дисперсно армированного стекловолокном бетона, плотностью не более 1800 кг/м3. Теплоизоляционный слой выполняется из полистиролбетона, плотность, теплопроводность и толщина слоя которого принимается согласно теплотехническому расчету для климатического района, в котором ведется строительство. Характеристики бетона и армирования внутреннего несущего слоя принимаются исходя из требований проекта. Совместная работа наружного и внутреннего слоев конструкции обеспечивается за счет арматурных выпусков из плиты несъемной опалубки, соединяемых с выпусками из несущего слоя.
До начала возведения многослойной наружной стены с теплоизоляционным слоем из бетона низкой теплопроводности при устройстве перекрытия нижележащего этажа по периметру устраивается перфорация с установкой термовкладышей из экструдированного пенополистирола. Из нижележащих несущих конструкций устраиваются выпуски рабочей арматуры длинной, равной расчетной длине анкеровки.
При возведении многослойной монолитной наружной стены на строительной площадке, арматурные каркасы внутреннего несущего слоя наиболее эффективно предварительно изготавливать в приобъектном арматурном цеху с подачей краном готового каркаса к месту устройства ограждающей конструкции. Каркасы собираются из отдельных стержней с соединением вязальной проволокой при помощи пистолета или крючка для вязки арматуры. Каркас привязывается к выпускам арматуры из нижележащих конструкций. Поперечная арматура конструкционного слоя выпускается в средний теплоизоляционный слой для обеспечения лучшей совместной работы слоев и временного закрепления каркаса до бетонирования. Диаметр поперечной арматуры составляет не более 5 мм, во избежание значительной теплотехнической неоднородности конструкции. Величина защитного слоя арматуры составляет не менее 2 см, что обеспечивается использованием инвентарных фиксаторов. На границе слоев к поперечной арматуре крепится при помощи вязальной проволоки стальная тканая сетка с ячейкой размером 5 мм, служащая разделителем слоев при бетонировании. Крепление сетки производится к п-образным хомутам из арматурной проволоки, расположенным с шагом, равным шагу рабочей арматуры каркаса таким образом, чтобы обеспечить требуемый защитный слой рабочей арматуры (рисунок 3.1).
При изготовлении конструкции используется несъемная опалубка с наружной стороны стены и щитовая опалубка с внутренней. Несъемная опалубка представляет собой щиты из бетона плотностью не более 1800 кг/м3 толщиной до 50 мм с дисперсным армированием стекловолокном. Фибра изготавливается из щелочестойкого стекловолокна по ТУ 21-38-233-92. Щиты изготавливаются в заводских условиях в соответствии с проектным решением здания. При этом может быть использован окрашенный в массе фибробетон, либо применено отделочное покрытие, закладываемое в форму при изготовлении. В местах соединения щитов опалубки стяжными штырями устраиваются технологические отверстия. На вертикальном стыке в верхнем щите имеется паз а в нижнем — гребень, что позволяет предотвратить смещение облицовочных плит друг относительно друга в разных уровнях. Для более надежной фиксации наружной опалубки при устройстве конструкции и обеспечения ее связи с внутренним слоем при эксплуатации, из плиты устраиваются выпуски арматурной проволоки В 500, связываемые с поперечной арматурой основного каркаса.
С внутренней стороны стены используются инвентарные щиты опалубки с металлической рамой и многослойной ламинированной фанерой в качестве палубы. Наружная несъемная опалубка разрабатывается с учетом возможности ее использования вместе с конкретной опалубочной системой. Так как обеспечение соответствия взаимного расположения швов щитов внутренней опалубки и наружных бетонных плит затруднено в связи с требованиями к архитектурной выразительности фасадов (обеспечению регулярности рисунка фасада), в наружных плитах устраиваются отверстия в местах пропускания стяжных штырей. При этом выравнивание наружных плит происходит за счет использования прогонов-стеновыравнивателей (рисунок 3.2). После снятия внутренней опалубки отверстия для стяжных штырей в облицовочных плитах заделываются окрашенными в массе ремонтными составами.
Подача опалубки к месту установки производится башенным краном. Перед установкой опалубки с наружной стороны к нижележащим конструкциям крепятся подмости для обеспечения возможности установки и крепления наружных щитов опалубки. Первоначально устанавливаются наружные щиты несъемной опалубки с соединением их с арматурным каркасом и временным закреплением при помощи подкосов. Затем производится установка инвентарных щитов опалубки с внутренней стороны стены, установка стеновыравнивателей, соединение щитов винтовыми стяжками в количестве не менее трех по высоте щита, выверка и закрепление опалубки при помощи подкосов, установка подмостей.
Демонтаж инвентарной опалубки производится укрупненными панелями с внутренней стороны стены. На демонтируемой панели откручивают крыльчатые гайки, вытаскивают стяжки, отсоединяют замки, соединяющие панель с соседними. С помощью подкосов щиты отрывают от бетона. Далее панель переносят краном к месту осмотра, чистки и ремонта. После снятия внутренней инвентарной опалубки, происходит заделка отверстий в наружных фибробетонных плитах, после чего можно производить демонтаж наружных подмостей.
Бетонная смесь может быть как доставлена на объект в автобетоносмесителе, так и приготовлена непосредственно на строительной площадке. Подача бетонной смеси к месту укладки осуществляется при помощи бетононасосов (гидравлического для тяжелой бетонной смеси и пневматического для полистиролбетонной) либо в бадье при помощи башенного крана, в зависимости от объемов работ и принятой организационной схемы. Подвижность бетонной смеси составляет 10-20 см. Первоначально укладывается теплоизоляционный бетон на всю высоту конструкции с послойным уплотнением глубинным вибратором, после чего производится укладка тяжелой бетонной смеси в конструкционный слой. Последующий слой конструкции должен укладываться до начала схватывания предыдущего, этим обеспечивается монолитность связи слоев и исключаются дополнительные швы в сечении конструкции. Для обеспечения данного условия захватка разделяется на технологически зоны таким образом, чтобы время укладки бетонной смеси в конструкционный слой в каждой зоне составляло не больше времени схватывания бетона в теплоизоляционном слое.
На технологической схеме (рисунок 3.4) отражена следующая последовательность работ: 1 - установка арматурного каркаса, установка плиты несъемной опалубки; 2 - установка щитов инвентарной опалубки, подкосов и подмостей. Закрепление и выверка опалубки. 3 - укладка полистиролбетона; 4 - уплотнение полистирол бетона; 5 - укладка и уплотнение конструкционного бетона; 6 - снятие подмостей, подкосов, демонтаж щитов инвентарной опалубки.
При уплотнении бетонной смеси не допускается опирание вибратора на арматуру, закладные детали, винтовые стяжки, сетку. Глубина погружения вибратора в бетонную смесь должна обеспечивать углубление в его ранее уложенный слой на 5..Л0 см. Шаг перестановки глубинных вибраторов не должен превышать полуторного радиуса их действия. Извлекать вибратор при перестановке следует медленно, и не выключая его, давая тем самым пустоте под наконечником равномерно заполняться бетонной смесью.
Оценка трудоемкости и продолжительности производства работ
Для оценки технологичности монолитных многослойных наружных стен на примере секции монолитного здания серии С-220 (рисунок 4.1) было проведено исследование изменения показателей трудоемкости изготовления торцевых стен типового этажа на основе действующих нормативных документов. Сравнение проводилось для 4 типов конструкций: а) с минераловатной теплоизоляцией, выполненная по технологии «вентилируемого фасада»; б) с минераловатной теплоизоляцией, выполненная по технологии «мокрого фасада»; в) с минераловатной теплоизоляцией и облицовочным слоем из кирпичной кладки; г) монолитная с использованием полистиролбетона в теплоизоляционном слое (рисунок 4.2).
По результатам исследования установлено, что трудоемкость возведения наружной стены с теплоизоляционным слоем из бетона низкой теплопроводности в 1,63 раза меньше, чем для наружной стены с теплоизоляционным слоем из минеральной ваты и облицовкой из кирпича: 2,12 чел-ч, 3,46 чел-ч; на 1м2 ограждающей конструкции соответственно, а также в 3,04 раза меньше, чем для «мокрого фасада» и в 3,33 раза меньше, чем для вентилируемого фасада. На рисунке 4.3. представлено сравнение трудоемкости по отдельным технологическим процессам в составе технологии возведения наружной стены для: а) технологии «вентилируемого фасада»; б) технологии «мокрого фасада»; в) наружной стены с минераловатной теплоизоляцией и облицовочным слоем из кирпичной кладки; г) монолитной наружной стены с использованием полистиролбетона в теплоизоляционном слое.
Применительно к отдельным видам работ получены следующие результаты: удельная трудоемкость опалубочных работ для монолитной наружной стены с использованием полистиролбетона в теплоизоляционном слое выше на 11%, арматурных - на 3%, бетонных - в 2,3 раза, чем для обычных однослойных аналогов. Однако значительный вес в суммарной удельной трудоемкости возведения стен по технологии «вентилируемого фасада», «мокрого фасада» и стены с облицовкой кирпичом имеет возведение наружных слоев, включающее теплоизоляционные работы и работы по устройству облицовки: 4,96 чел.-ч для «вентилируемого фасада» при трудоемкости бетонных, опалубочных и арматурных работ 1,54 чел.-ч; для «мокрого фасада» соответственно 4,36 чел.-ч и 1,54 чел.-ч; для стены с облицовкой кирпичом 1,37 чел.-ч и 1,54 чел.-ч. В технологии возведения многослойной монолитной стены этап устройства наружных слоев, следующий после окончания выполнения бетонных работ, отсутствует, что позволяет в целом снизить трудоемкость возведения стены. Кроме того, данная технология не требует установки лесов по фасаду здания, что также позволяет снизить трудоемкость работ на 0,46 чел.-ч.
Исследование продолжительности возведения наружных торцевых стен типового этажа с многослойной наружной стеной с теплоизоляцией из минеральной ваты и облицовкой кирпичом показало, что при одном и том же составе специализированных бригад расчетное время производства работ составило для наружной стены с теплоизоляционным слоем из бетона низкой теплопроводности 7 смен, а для наружной стены с теплоизоляционным слоем из минеральной ваты и облицовкой из кирпича 12 смен. При этом возведение стены с теплоизоляционным слоем из минеральной ваты и облицовкой кирпичом требует привлечения дополнительных трудовых ресурсов для производства работ по устройству теплоизоляционного и облицовочного слоев, установки лесов, что в рассматриваемом случае составило дополнительно 3 изоляционщика, 4 каменщика, 4 плотника. Кроме того, при устройстве наружной стены с теплоизоляционным слоем из минеральной ваты и облицовкой из кирпича возникает значительный перерыв во времени, необходимый для набора прочности несущего слоя стены, обеспечения защиты изготавливаемых наружных слоев конструкции от внешних воздействий. Наружная стена с теплоизоляционным слоем из бетона низкой теплопроводности возводится в едином технологическом цикле. На рисунке 4.4 представлены циклограммы производственных потоков, отражающие продолжительность возведения наружных стен и количество исполнителей для: а) монолитной многослойной наружной стены с применением полистиролбетона в теплоизоляционном слое; б) многослойной наружной стены с применением плитного утеплителя и облицовочным слоем из кирпича; в) многослойной наружной стены с отделкой тонкими штукатурными слоями; г) многослойной наружной стены с вентилируемым воздушным зазором.
В представленных на рисунке 4.4 циклограммах присутствуют следующие производственные потоки, разделенные по видам выполняемых работ: I - изготовление арматурного каркаса, II - установка опалубки; Ш -укладка и уплотнение бетонной смеси; ПГ - укладка и уплотнение бетонных смесей конструкционного и теплоизоляционного слоев; IV - интенсификация и уход за бетоном; V - разборка щитов опалубки; VI - установка лесов; VII -крепление плит теплоизоляции; VIII - кладка облицовочного слоя; IX разборка лесов; X — крепление плит теплоизоляции; XI - крепление щелочестойкой штукатурной сетки; ХП - нанесение штукатурных слоев; ХПІ — окраска фасада; XIV - разборка лесов; XV - крепление плит теплоизоляции и ветрогидрозащитной мембраны; XVI - монтаж несущих элементов фасада; XVII - устройство облицовки фасада; XVIII - разборка лесов
С целью оценки прогнозируемого снижения продолжительности возведения вертикальных несущих и ограждающих конструкций здания при применении технологии монолитной многослойной наружной стены с теплоизоляционным слоем из бетона низкой теплопроводности был проведен сравнительный анализ продолжительностей возведения вертикальных конструкций этажа монолитного жилого дома в двух вариантах. В первом возведение наружных торцевых стен производилось согласно вышеуказанной технологии, во втором - согласно наиболее близкой по трудоемкости, как видно из рисунка 4.3, технологии возведения многослойной наружной стены со средним слоем из плитного утеплителя и облицовочным слоем из кирпича. Для сравнения был использован план этажа монолитного жилого здания с поперечно-стеновой конструктивной схемой и глухими монолитными торцевыми наружными стенами. Продольные наружные стены в обоих вариантах представляли из себя трехслойные конструкции с внутренним слоем из бетонных блоков размером 190x390x185 мм, средним слоем из плитного утеплителя и наружным слоем из облицовочного кирпича толщиной 120 мм. Несущие вертикальные конструкции — монолитные стены толщиной 200 мм. Высота стен - 2,8 м. Общий объем бетона железобетонных вертикальных конструкций этажа составляет 92 м3. Площадь фасада высотой в 1 этаж за вычетом проемов -216,6 м2. Толщина слоя полистиролбетона в многослойной монолитной торцевой стене — 300 мм. Схемы расположения захваток на этаже представлены на рисунке 4.5.
Из представленных на рисунках 4.6, 4.7 графиков видно, что в процессе возведения вертикальных несущих конструкций этажа использование технологии возведения монолитной многослойной наружной стены с теплоизоляционным слоем из полистиролбетона увеличивает продолжительность за счет повышения объема бетонных и арматурных работ, в то же время незначительно снижая затраты на разборку щитовой опалубки. В данном примере расчетная продолжительность возведения вертикальных несущих конструкций этажа возросла на 3,1 часа, то есть на 3,7% в сравнении с вариантом без применения вышеуказанной технологии. Однако данная технология позволяет сократить затраты на установку и разборку лесов по фасаду здания, устройство теплоизоляционного и облицовочного слоев наружных стен после завершения возведения монолитных конструкций, так как торцевые стены полностью возводятся вместе с несущими вертикальными конструкциями этажа и исключаются из фасадных работ. В приведенном примере сокращение расчетной продолжительности возведения фасада составило 17,8 часов, или 33% в сравнении с вариантом без применения технологии возведения монолитной многослойной наружной стены с теплоизоляционным слоем из полистиролбетона. Таким образом, применение данной технологии позволило снизить общую продолжительность работ по возведению вертикальных конструкций этажа монолитного жилого здания на 14,7 часов, илина11%.
