Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования
1.1. Конструкции наружных многослойных стен 11
1.2. Анализ результатов обследования наружных многослойных стен с кирпичной облицовкой
1.3. Краткий обзор проведенных исследований работы анкерных изделий в конструкциях из различных материалов
1.4. Обзор современных конструкционно-теплоизоляционных материалов, применяемых при возведении однослойных наружных стен
1.5. Новые конструкционно-теплоизоляционные легкие бетоны на основе пористых стекловидных заполнителей 37
1.6. Выводы по главе 1 43
Глава 2 Исследование прочностных и деформативных характеристик легких бетонов на стекловидных заполнителях в качестве материала наружых стен
2.1 Методика эксперимента 45
2.2. Предел прочности при сжатии 46
2.3. Призменная прочность легких бетонов на стекловидных заполнителях
2.4. Начальный модуль упругости при сжатии 52
2.5. Предел прочности при растяжении 55
2.6. Ползучесть легких бетонов на стекловидных заполнителях 57
2.7. Усадка легких бетонов на стекловидных заполнителях 60
2.8. Исследование теплопроводности легких бетонов на стекловидных заполнителях
2.9. Выводы по главе 2 64
Глава 3 Экспериментальные и теоретические исследования напряженно-деформированного состояния кладки стен из блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях в зоне крепления анкеров при действии на них продольных сил
3.1. Описание экспериментальных образцов фрагментов стен, анкерного крепежа и гибких связей
3.2. Программа и методика эксперимента 72
3.2.1. Результаты испытаний химических (клеевых) анкеров 79
3.2.2. Результаты испытаний полиамидных дюбелей с металлическими шурупами
3.2.3. Результаты испытаний гибких связей из базальтопластиковой арматуры, установленных в растворные швы кладки
3.3. Численный анализ напряженно-деформационного состояния анкерного узла в стене из блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях с помощью трехмерной расчетной модели
3.4. Выводы по главе 3 109
Глава 4 Рекомендации по проектированию конструкций наружных стен из легких бетонов на стекловидных заполнителях
4.1. Конструкции наружных стен из легких бетонов на стекловидных заполнителях
4.2. Рекомендации по оценке влияния теплопроводных включений на приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен
4.2.1. Методика исследования теплозащитных характеристик 114
4.2.2. Анализ результатов исследований влияния теплопроводных включений на приведенное сопротивление теплопередачи наружных стен
4.3. Исследование напряженно-деформированного состояния наружных стен на основе легкого бетона на стекловидных заполнителях
4.3.1. Расчетные модели стены с наружным слоем из облицовочного кирпича
4.3.2. Расчетная модель стены с навесной фасадной системой 126
4.4. Разработка рекомендаций по проектированию и расчету наружных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях с учетом данных по несущей способности и деформативности исследованных анкерных креплений и гибких связей из базальтопластиковой арматуры.4
4.4.1. Методика вычисления параметров анкерных креплений в кладке стен из легких бетонов на стекловидных заполнителях и рекомендации по их применению
4.5. Выводы по главе 4 140
Заключение и выводы 142
Список литературы 144
Приложение 1. 162
- Новые конструкционно-теплоизоляционные легкие бетоны на основе пористых стекловидных заполнителей
- Ползучесть легких бетонов на стекловидных заполнителях
- Численный анализ напряженно-деформационного состояния анкерного узла в стене из блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях с помощью трехмерной расчетной модели
- Расчетная модель стены с навесной фасадной системой
Введение к работе
Актуальность темы. В результате проводимой технической политики по энергосбережению основным типом наружных стен в жилых и общественных зданиях стали многослойные конструкции на основе блоков из ячеистых или легких бетонов с применением плитных утеплителей и наружной облицовкой из различных материалов.
При эксплуатации таких стен обнаружен ряд недостатков, приводящих к появлению дефектов уже на начальной стадии эксплуатации, связанных с низкой прочностью и долговечностью узлов крепления наружной облицовки во внутреннем слое на основе легких или ячеистых бетонов плотностью 600кг/м3 и менее. В случае использования более плотных и прочных бетонов необходимо дополнительное утепление, что ограничивает долговечность эксплуатационных качеств наружных стен сроком службы утеплителя, составляющего не более 25 лет, и ухудшает теплотехническую однородность конструкции.
Одним из направлений решения этой проблемы является применение в наружных стенах легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов на основе новых пористых заполнителей, твердая фаза которых находится в аморфизированном стекловидном состоянии (в дальнейшем – стекловидных).
Такие бетоны могут обеспечить необходимые физико-механические свойства наружных стен без применения плитных утеплителей и, в сравнении с равноплотными ячеистыми бетонами, существенно повысить эксплуатационные качества конструкций, в том числе при креплении к ним различных фасадных облицовок.
В основу работы положена научно-техническая гипотеза о том, что
применение легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов на
стекловидных заполнителях в наружных стенах жилых и общественных зданий обеспечит их безаварийную эксплуатацию, в том числе при креплении к ним различных облицовочных слоев и конструкций, а их высокие теплотехнические характеристики позволят отказаться от применения недолговечных плитных утеплителей в большинстве регионов страны.
4 Целью диссертационной работы является экспериментальное и теоретическое обоснование основных принципов конструирования и развитие методов расчета наружных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
по результатам натурных обследований проведен анализ существующих технических решений наружных стен с выявлением основных недостатков, приводящих к образованиям дефектов в процессе эксплуатации, даны предложения по их устранению;
проведены экспериментальные исследования прочностных и деформативных характеристик легких бетонов на стекловидных заполнителях и предложены аналитические зависимости для их определения при проектировании конструкций;
проведены экспериментальные исследования несущей способности анкерного крепежа и гибких связей различного типа, заделанных в стеновых образцах из блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях;
построена трехмерная расчетная модель анкерного узла, достоверность которой подтверждена результатами экспериментальных исследований;
установлены значения минимальных толщин кладки наружных стен без использования дополнительного утепления при различных конструктивных решениях с учетом их теплотехнических характеристик и неоднородности конструктивных решений;
предложена аналитическая расчетная модель облицовки (кирпичной кладки), связанной с внутреннем слоем стены с помощью гибких связей, выполненной с опиранием на перекрытие через металлический уголок;
даны рекомендации по расчету наружных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях с различными фасадными облицовками для всех ветровых районов страны с учетом параметров анкеровки исследованных типов анкерного крепежа и гибких связей.
Объектом исследования являются наружные стены на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях. Предмет исследования – особенности конструирования и расчета наружных стен с учетом физико-
5 механических свойств легких бетонов на стекловидных заполнителях и характера напряженно-деформируемого состояния анкерных узлов.
На защиту выносятся:
результаты проведенного анализа существующих технических решений наружных стен с выявлением основных недостатков, приводящих к образованиям дефектов в процессе эксплуатации, даны предложения их устранению;
результаты экспериментальных исследований прочностных и деформативных характеристик легких бетонов на стекловидных заполнителях и аналитические зависимости для их определения при проектировании конструкций;
результаты экспериментальных исследований несущей способности анкерного крепежа и гибких связей, заделанных в стеновые образцы из блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях при действии на них продольных сил, проведенные по адаптированной методике;
результаты численного анализа напряженно-деформированного состояния кладки стен из блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях в зоне заделки анкера на основе предложенной трехмерной расчетной модели;
результаты исследований и адаптированная методика определения влияния теплопроводных включений (растворных швов, арматуры, гибких связей и пр.) на приведенное сопротивление теплопередаче различных конструктивных решений наружных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях;
аналитическая расчетная модель облицовки (кирпичной кладки), связанной с внутреннем слоем стены с помощью гибких связей, выполненной с опиранием на перекрытие через металлический уголок;
рекомендации по расчету наружных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях с различными фасадными облицовками для всех ветровых районов страны с учетом параметров анкеровки исследованных типов анкерного крепежа и гибких связей.
Научная новизна работы:
экспериментальные значения прочности и деформативности легких бетонов на стекловидных заполнителях при различной плотности, даны рекомендации для определения этих характеристик с использованием аналитических зависимостей при проектировании конструкций;
экспериментальные значения прочности и деформативности анкерного крепежа и гибких связей из базальтопластиковой арматуры, установленных в стены из легких бетонов на стекловидных заполнителях при действии продольных сил;
трехмерная расчетная модель заделанного в стену анкера, подтвержденная результатами экспериментальных исследований;
аналитическая расчетная модель кирпичной облицовки наружной многослойной стены позволила в первом приближении оценить усилия, возникающие в гибких связях и элементах опирания при внешних воздействиях.
Практическое значение работы:
определена рациональная область применения наружных стен на основе бетонов на стекловидных заполнителях;
даны предложения по совершенствованию существующих технических решений наружных многослойных стен, в том числе путем применения в основном слое стены конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов на стекловидных заполнителях;
даны рекомендации по выбору толщин основного слоя наружных стен из легкого бетона на стекловидных заполнителях различной плотности и различных конструктивных решений с учетом влияния теплопроводных включений, для проектирования их без дополнительного утепления в климатических условиях Московского региона;
рекомендации по расчету наружных стен и выбору крепежа при проектировании конструкций наружных стен на основе блоков из легкого бетона на стекловидных заполнителях с наружной облицовкой из различных материалов с учетом различной ветровой нагрузки;
Апробация работы осуществлена в докладах на научно-технических конференциях преподавателей, сотрудников и аспирантов «Современные инженерные технологии» Инженерного факультета РУДН в 2010 и 2012 гг.
Публикации. Основные положения диссертации и результаты проведенных исследований опубликованы в 8 научных работах, в том числе 7 работ в изданиях, включенных в перечень ВАК.
Структура и объем работ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации - 144 страницы, в том числе 59 рисунков, 25 таблиц, список использованной литературы из 183 наименований, 93 страницы приложений.
Новые конструкционно-теплоизоляционные легкие бетоны на основе пористых стекловидных заполнителей
Легкие бетоны на пористых заполнителях, в сравнении с ячеистыми бетонами, обладают более высокой прочностью при равной плотности, меньшей усадкой и ползучестью, что позволяет изготавливать крупноразмерные изделия. При правильном назначении состава бетона обеспечивается первичная защита арматуры от коррозии без дополнительных затрат, а пористость таких бетонов регулируется как на уровне заполнителя, так и на уровне растворной составляющей, что позволяет получать структуры, обладающие благоприятной для формирования микроклимата сорбционной влажностью. В связи с этим такие бетоны весьма перспективны для применения в наружных ограждающих конструкциях.
В связи с этим внимание исследователей давно акцентировано на возможности расширения сырьевой базы и производства новых пористых заполнителей, в частности, гравиеподобных, имеющих сплошную оболочку с закрытой пористостью, твердая фаза которых более чем на 90% находится в аморфизированном стекловидном состоянии (в дальнейшем – стекловидных). Большое содержание стеклофазы, полученной от введения в шихту искусственного или природного стекла, и равномерное распределение мелких пор правильной формы является общей особенностью заполнителей такого типа. По данным исследований прочностных показателей стеклофазы заполнителей, проведенных в НИИСМ им. С.А. Дадашева [46,121], фактическая прочность материала стенок пор в пористых заполнителях увеличивается в 2 – 2,5 раза при наличии в исходном сырье стеклофазы. Согласно теории, разработанной Онацким С.П. и Петровым Л. К. [100,101,105], повышенная прочность и низкая плотность стекловидных заполнителей обеспечивается в период поризации и вспучивания кристаллических фаз, имеющихся в исходном сырье и в пиропластической массе. Кристаллические фазы в стеклофазе стенок пор заполнителей армируют их, создают жесткий каркас и повышают прочность заполнителей. Таким образом, стекловидные заполнители имеют повышенные прочностные и теплозащитные свойства и обеспечивают получение эффективных легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов с улучшенными показателями деформативно-прочностных и теплозащитных характеристик в сравнении с известными легкими бетонами на обжиговых заполнителях [112,133,117,121].
К стекловидным заполнителям с частично или полностью аморфизированной структурой зерна относятся: азерит, диолит, пеностеклогранулят (ПСГ), баротелит, пеностекло, вспученный туфоаргелитовый гравий (ВТГ), вспученный витрозитовый гравий (ВВГ) и многие другие заполнители. Все большее распространение получают разработанные в настоящее время новые виды заполнителей этого класса -пеностекло и ПСГ. Бетоны на гранулированном пеностекле, ПСГ из продуктов переработки стеклобоя и перлитовых пород, вспученном обсидиановом щебне изучены в работах Минского НИИСП, МИСИ им. В. В. Куйбышева, ГИСИ им. В. П. Чкалова, Донецкого ПромстройНИИпроекта, Армянского НИИСА, НИИЖБа и других [118,133,171,175]. Полученные бетоны имели среднюю плотность 500 - 1300 кг/м3 при прочности на сжатие от 2 до 15 МПа и коэффициентом теплопроводности 0,126–0,383 Вт/м0С
В работах [41,42,43,44] подробно исследованы заполнители с аморфизированной структурой – стеклогрануляты (СГ), изготавливаемые на основе кремнесодержащих пород, такие как вспученный туфоаргеллитовый гравий (ВТГ), пеностеклогрануляты из отходов перлитового производства (ПСГ), вспученный витрозитовый гравий (ВВГ). В общем, суть технологии производства перечисленных заполнителей заключается в расплавлении исходного минерального сырья, вспучивании расплава и быстром охлаждении в течение 30 – 60 мин. В качестве сырья могут быть использованы как искусственное, так и природное стекло, содержащиеся в кремнеземистых породах, таких как туфоаргеллиты, витрозиты, витрофиры, отходы перлитового производства и другие.
Легкие бетоны, полученные на основе ПСГ и ВТГ, характеризуются наилучшими показателями «прочность–плотность» и превосходят, в частности керамзитобетон, особенно в области низких (до 700 кг/м3) и более высоких (свыше 1000 кг/м3) значений средней плотности бетона, на 10 - 20%. Прочность таких бетонов при марках по плотности D 600 – D 1000 составляет: на основе ПСГ – 3,2 - 14,2 МПа; на ВТГ – 3,1 - 13,9 МПа; на ВВГ – 1,7 - 14,0 МПа.
Использование бетонов на основе СГ дает преимущества перед традиционными бетонами на обжиговых заполнителях (см. табл. 1.5.2). В соответствии с данными исследований [43,44], теплозащитная керамзитобетон --ПСГ - -ВВГ ВТГ g полистиролбетон " -ячеистый бетон эффективность бетонов на стекловидных заполнителях в сравнении с керамзитобетоном составляет в зависимости от условий эксплуатации и средней плотности составляет: до 19% - для бетона на ПСГ; до 23% - для бетона на ВВГ и до 27% - для бетона на ВТГ, что объясняется высокой пористостью заполнителей и низкой сорбционной влажностью бетонов на их основе (см. рис. 1.5.1). По результатам исследований установлено, что бетоны на основе ПСГ, ВТГ и ВВГ обеспечивают защитные свойства по отношению к арматуре. , Вт/м0С
Ползучесть легких бетонов на стекловидных заполнителях
В результате экспериментальных исследований было установлено, что зависимость меры и коэффициента ползучести легких бетонов на стекловидных заполнителях от предела прочности при сжатии аналогична общеизвестной зависимости для тяжелых бетонов с разницей только в численных коэффициентах к и z: сп = — кг5 , (2.6.1) к где к=322 и z=l,04 для тяжелых бетонов.
Также было установлено, что ползучесть исследованных образцов аналогична известным зависимостям также и по скорости ее нарастания (кинетики). По результатам проведенных испытаний (рис. 2.6.1) легкий бетон на ПСГ показал самые высокие показатели ползучести в сравнении с бетонами на ВВГ и ВТГ. При этом легкий бетон на ВВГ показал наименьшую величину ползучести, в том числе в сравнении с ВТГ. Таким образом, значения меры ползучести бетонов на ВТГ и ПСГ в зависимости от прочности на сжатие имеют схожие показатели, а бетон на ВВГ на 50-100% ниже в сравнении с ними [42].
При этом предельные прогнозируемые значения меры ползучести исследованных легких бетонов на ПСГ, ВТГ и ВВГ ниже у равнопрочных тяжелых и керамзитобетонов.
Таким образом, мера ползучести для легких бетонов на стекловидных заполнителях может быть описана зависимостью Co(R) по формуле 2.6.1 с коэ ф фициентами:
для легких бетонов на ПСГ - к=404 и z=l,47;
для легких бетонов на ВТГ - к=284 и z=1,31;
для легких бетонов на ВВГ - к=164 и z=l,27.
Развитие деформаций ползучести было исследовано на экспериментальных образцах легкого бетона на основе ПСГ с разными показателями прочности на сжатие по методике [21]. Были отобраны образцы с прочностями 3,5МПа, 5МПа, 7,5МПа, 10МПа и 15МПа. В результате проведенных исследований установлено, что деформации ползучести (рис. 2.6.2) удовлетворительно описываются известной зависимостью [90; 91]: eCR = a(b + с In г ), (2.6.2) где а, Ь, с - числовые коэффициенты, равные:
для бетона прочностью 3,5МПа а=0,68; Ь=0,76; с=0,066;
для бетона прочностью 15,0МПа а=0,3; Ь=0,76; с=0,066.
В таблице 2.6.1 указаны предложения по нормированию значений меры ползучести для всех типов легких бетонов на стекловидных заполнителях в зависимости от предела прочности на сжатие. Необходимо отметить, что разница в величине меры ползучести для различных бетонов на стекловидных пористых заполнителях уменьшается с ростом прочности на сжатие. Так, например, для бетонов с R7,5МПа разница в значениях составляет уже не более 15%. Ползучесть легких бетонов на стекловидных заполнителях Таблица 2.6. Типзаполнителя легкого бетона Применяемые коэффициенты в формуле 2.6.1 Значение меры ползучести, (10-5)/ прочность бетона (МПа) Анализируя результаты проведенных экспериментальных исследований, представленных на рис. 2.7.1 стоит отметить, что бетоны на ВВГ и ПСГ с прочностью 10МПа по деформациям усадки схожи с тяжелым бетоном, при меньших значениях прочности ( 10МПа), деформации усадки бетонах на ВВГ и ПСГ возрастают быстрее, чем у тяжелых. При этом деформациями усадки бетона на ВТГ имеют более высокие значения в сравнении с бетонами на ВВГ и ПСГ. Также, в сравнении с керамзитобетоном, усадка легких бетонов на стекловидных заполнителях прочностью 3,5МПа имеет меньшие значения в сравнении с керамзито бетоном. В соответствии с результатами исследований деформации усадки легких бетонов на стекловидных заполнителях могут быть удовлетворяют известной зависимости: єш=а\пт + Ь (2.7.1) Обобщенные данные проведенных исследований по определению усадочных деформаций легких бетонов на стекловидных заполнителях [42], которые иллюстрирует рис. 2.7.1, представлены в табл. 2.7.1: для ПСГ и ВВГ, в диапазоне прочности от 3,5 до 15,0МПа, для ВТГ, в диапазоне прочности от 5,0 до 10,0МПа, Усадка легких бетонов на стекловидных заполнителях Таблица 2.7.1. 2.8. Исследование теплопроводности легких бетонов на стекловидных заполнителях Основным показателем расчета наружной ограждающей конструкции на сопротивление теплопередачи является теплопроводность материала несущего слоя, в рассматриваемом варианте - легкого бетона на стекловидных заполнителях. В отличие от предыдущих исследований [41, 42, 43, 44], автором была изучена теплопроводность легких бетонов на стекловидных заполнителях в сухом состоянии в широком диапазоне плотностей от 400 до 1000кг/м , в том числе легких бетонов на стекловидных заполнителях последнего поколения, так называемых «стеклопорах»: порогране («контур»), пороглассе, неопорме и др. В инженерной практике для оценки теплопроводности от пористости (плотности) широко используются эмпирические зависимости, в основном, базирующиеся на формуле Одолевского В.И. из его теории обобщенной проводимости гетерогенных систем:
Понятно, что теплопроводность Л,с может существенно изменяться в зависимости от природы материала. Однако в пределах одного «вида» материалов, к которым безусловно можно отнести легкие бетоны на стекловидных заполнителях, эту величину можно считать постоянной.
Приведенные на рис. 2.8.1 результаты свидетельствуют о том, что теплопроводность равноплотных легких бетонов на стекловидных заполнителях ниже, чем у керамзита по данным СП 50.13330.2012 на 20-40%, а в сравнении с реальными данными испытаний керамзитобетона в ограждающих конструкциях на 50-100%. Высокие теплозащитные качества исследованных бетонов обусловлены, прежде всего, свойствами самого заполнителя, пониженная теплопроводность которого обеспечена высоким содержанием стеклофазы до 98% и мелкой замкнутой пористостью гранул. , Вт/мC
Таким образом, полученные данные позволяют эффективно применять бетоны на различных видах стекловидных заполнителях в наружных ограждающих конструкциях. В дальнейших расчетах автором, исходя из полученных данных и данных по сорбционной влажности бетонов на стекловидных заполнителях [44], определялись расчетные коэффициенты теплопроводности для эксплуатаций в климатических условиях Московского региона.
Исходя из полученных данных, могут быть определены расчетные значения коэффициентов теплопроводности легких бетонов на стекловидных заполнителях для условий эксплуатации А и Б при наличии информации о сорбционной влажности таких бетонов.
Численный анализ напряженно-деформационного состояния анкерного узла в стене из блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях с помощью трехмерной расчетной модели
В качестве гибких связей была принята базальтопластиковая арматура отечественной фирмы «Гален» диаметром 4мм, 6мм и 7,5мм. Для анкеровки в растворных швах поверхность стержней базальтопластиковой арматуры покрыта песчаным напылением. Гибкие связи закладывались в процессе монтажа экспериментальных образцов-столбов в вертикальные и горизонтальные кладочные швы, в т.ч. армированные, на глубину 5-25мм с шагом 2,5мм. В качестве продольной арматуры была принята металлическая сварная сетка Вр1 4мм с ячейкой 50х50мм, уложенная в швы кладки экспериментальных образцов-столбов №3 и №4.
На каждый типоразмер было проведено не менее 3-х испытаний. Испытания производились с помощью специально изготовленного адаптера-захвата (см. рис. 3.2.3).
Испытание гибких связей из базальтопластиковой арматуры, установленных в растворные швы кладки стеновых блоков плотностью 600кг/м3 кладки экспериментального образца №1 на действие продольных сил.
В процессе эксперимента было установлено, что различие прочностных и деформативных характеристик блоков легкого бетона плотностью 600кг/м3 и 800кг/м3 в кладке экспериментальных столбов не оказывает существенного влияния на несущую способность гибких связей, поэтому для определения нормативных усилий, действующих при вырыве, приняты средние результаты испытаний для представленных образцов-столбов из блоков разной плотности. Результаты испытаний были разделены по типу растворных швов кладки в экспериментальных столбах на растворные швы, армированные сеткой, и швы без армирования и диаметру связей. Марка раствора в швах экспериментальных столбов по результатам испытаний составила М100 (см. приложение 3). Испытания проводились после набора раствором 100% прочности (более чем через 28 суток после выполнения кладки).
Распределение контактных усилий по длине связи происходило неравномерно. На диаграммах N=f(), представленных в приложении 3, как правило, наблюдался «хрупкий» характер разрушения узла анкеровки. Характер деформаций анкерного узла до момента вырыва связи носит упругий характер.
При испытании связи с глубиной заделки менее 10см в растворных швах без арматурной сетки, при вытягивании связи происходило поверхностное разрушение растворного шва (см. рис. 3.2.11).
В случае испытания связей в растворных швах с армированием или без армирования с глубиной заделки более 10см разрушение анкерного узла, как правило, происходило по цилиндрической поверхности связи без образования конуса вырыва.
Связи, установленные в вертикальные швы кладки, также вырывались без видимых разрушений, в основном, по причине отсутствия достаточной зоны контакта с цементно-песчаным раствором вследствие наличия пустот в вертикальных швах.
В таблице 3.2.6 представлены результаты испытаний гибких базальтопластиковых связей на %.
При увеличении глубины вырыв из горизонтальных растворных швов кладки. 95 По результатам испытаний установлено, что более половины гибких связей 4мм и 6мм с глубиной заделки 50-75мм и менее, а также связей, установленных в вертикальные растворные швы, выпадали из растворных швов, при нагрузке, не превышающей 0,3-0,5кН, или вытаскивались руками. При увеличении диаметра связи с 4мм до 6мм несущая способность при глубине заделки 100-200мм увеличивается в среднем на 12,65%, с 6мм до 7,5мм – практически не изменяется. Также, при увеличении диаметра связи с 4мм до 6мм и с 6мм до 7,5мм наблюдается уменьшение деформаций на величину в среднем до 25заделки арматуры наблюдается увеличение несущей способности на действие продольных сил:
для арматуры 4мм, установленной в растворные швы без армирования, при изменении длины анкеровки (Lан) с 75мм до 100мм и со 100мм до 125мм наблюдается увеличение несущей способности на 50%, далее, до Lан=225мм, с увеличением глубины анкеровки на каждые 25мм несущая способность связи на действие продольных сил увеличивается в среднем на 10%;
для арматуры 4мм, установленной в растворные швы с армированием, при изменении длины анкеровки (Lан) с 75мм до 200мм с увеличением глубины анкеровки на каждые 25мм несущая способность связи на действие продольных сил увеличивается в среднем на 13-14%;
для арматуры 6мм при Lан=100…200мм и 7,5мм при Lан=100…150мм, установленных в растворные швы с армированием, при изменении длины анкеровки (Lан) с 75мм до 200мм с увеличением глубины анкеровки на каждые 25мм несущая способность связи на действие продольных сил увеличивается в среднем на 22%;
для арматуры 6мм, установленной в растворные швы с армированием, при изменении (Lан) с 75мм до 100мм несущая способность связи увеличивается в среднем на 37,5%, при Lан= 75-250мм на каждые 25мм несущая способность связи на действие продольных сил увеличивается в среднем на 9%;
для арматуры 7,5мм, установленной в растворные швы с армированием, при изменении (Lан) с 100мм до 200мм несущая способность связи на действие продольных сил на каждые 25мм увеличивается в среднем на 12%.
Необходимо отметить, что с увеличением глубины анкеровки связи приращение несущей способности уменьшается.
В случае анкеровки связей в горизонтальных растворных швах кладки из блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях несущая способность арматурных стержней 4мм, 6мм, 7,5мм из базальтопластика на действие продольных сил увеличивается на величину до 56% при глубине заделки 100мм и менее. При увеличении глубины анкеровки Lан=100…225мм несущая способность связи увеличивается в среднем на 6-7% для арматуры 4мм и на 3% для арматуры 6мм и 7,5мм. При увеличении длины анкеровки связей рост несущей способности на действие продольных сил при наличии арматурной сетки в горизонтальных швах кладки уменьшается.
Таким образом, при проектировании конструкций наружных стен на основе кладки стеновых блоков из легких бетонов на стекловидных заполнителях плотностью 600-800кг/м3, прочностью В2,0-В5,0 на цементно-песчаном растворе марки М100 с использованием гибких связей рекомендуется:
анкеровку связей осуществлять только в горизонтальных швах вследствие сложности заполнения кладочным раствором вертикальных швов кладки и образованием в них пустот;
анкеровку связей выполнять длиной не менее 100мм – для растворных швов без армирования и не менее 75мм для растворных швов с армированием по указанным выше параметрам.
Расчетная модель стены с навесной фасадной системой
1. В главе представлены обобщенные конструктивные решения наружных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях с различными видами облицовок – кирпичной кладки, навесной фасадной системы и декоративной штукатурки. На основе результатов экспериментальных исследований, проведенных в главах 2 и 3, выполнены комплексные теоретические исследования конструкций наружных стен, включая проработку необходимых для расчета и проектирования вопросов: теплотехнических, отделки фасадов, подбора крепежных устройств для наружной облицовки. 2. Выполнен комплексный теплотехнический расчет конструкций наружных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях с различными типами облицовок с учетом влияния теплопроводных включений (наличия узлов примыкания перекрытий, вида наружной облицовки, теплопроводности и толщины горизонтальных растворных швов, наличия армирования). Предложены наиболее рациональные толщины кладки внутреннего слоя из легкобетонных блоков на стекловидных заполнителях, удовлетворяющих требованиям энергосбережения в климатических условиях Москвы без применения эффективных утеплителей. 3. Для определения параметров системы и вычисления характеристик ее напряженно-деформированного состояния предложены аналитические расчетные модели наружных стен зданий с различными типами навесной облицовки – кирпичной кладки, выполненной с опиранием на плиты перекрытия или металлические уголки и связанные с основной кладкой с помощью гибких связей, и навесной фасадной облицовки из декоративных плит, связанных с основной стеной с помощью анкерного крепежа. Получены угловые и линейные перемещения верха облицовочной кирпичной стены в зависимости от силы ветра, а также усилия в анкерных связях. Выполнен расчет навесной фасадной облицовки из облицовочных плит по деформированной 141 схеме, дано сравнение полученных внутренних усилий с расчетом той же схемы с абсолютно жесткими анкерными связями. 4. Даны предложения по определению обобщенной деформации анкерного узла в зависимости от величины вырывающей силы через приведенный модуль деформации. Приведены предельные ограничения по величине разрушающей силы и предельным деформациям анкерных узлов, которые необходимо учитывать при проектировании наружных стен из легких бетонов на стекловидных заполнителях. 5. В результате проведенных теоретических исследований для стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях предложена методика расчета параметров крепления наружной навесной фасадной системы из керамических плит и кирпичной облицовки с применением анкерных крепежей и гибких связей из базальтопластика. 6. На основе результатов экспериментальных исследований несущей способности и деформативности анкерных креплений, проведенных в главе 3, даны рекомендации по их подбору и параметрам установки в наружных стенах на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях при проектировании различных фасадных облицовок с учетом различных внешних воздействий.
1. Анализ результатов натурных обследований конструкций наружных стен жилых зданий, выполненных на основе ячеистых бетонов показал, что повреждения в виде трещин, расслоений и обрушений локализуются, как правило, в облицовочных слоях. Причиной этого является низкая несущая способность анкерных узлов или недостаточное количество соединений с внутренним слоем стены.
2. Выполненные экспериментальные исследования позволили получить прочностные и деформативные характеристики легких бетонов на стекловидных заполнителях, а предложенные зависимости для определения этих характеристик могут быть использованы при проектировании конструкций на основе этих бетонов;
3. Результаты проведенных экспериментальных исследований несущей способности анкерного крепежа и гибких связей из базальтопластиковой арматуры, установленных в кладке стен из блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях, на действие продольных сил (усилий вырыва) показали, что несущая способность анкеров в таких бетонах до 2-х раз выше, чем аналогичных анкеров в равноплотных ячеистых бетонах;
4. Предложенная трехмерная расчетная модель напряженно-деформированного состояния кладки стен из блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях в зоне заделки анкера дает согласованные с натурным экспериментом результаты: максимальное отклонение по напряжениям и деформациям не превышает 10,9%.
5. На основе проведенных теплотехнических исследований наружных стен с учетом имеющихся теплопроводных включений (наружной облицовки, толщины кладочных швов и пр.) установлен диапазон эффективных толщин различных видов конструктивных решений наружных стен из легкого бетона на стекловидных заполнителях для климатических условий Московского региона.
6. На основе предложенных аналитических расчетных моделей облицовочных слоев наружных многослойных стен, связанных с внутренним слоем с помощью гибких связей или анкерного крепежа, разработаны рекомендации, позволяющие подбирать параметры и тип крепежа в зависимости от внешних воздействий (например, ветровой нагрузки или ширины опирания облицовки на элементы перекрытий и пр.).
7. Проведенные исследования показали, что применение легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов на стекловидных заполнителях в наружных стенах жилых и общественных зданий может обеспечить их безаварийную эксплуатацию, в том числе при креплении к ним различных облицовочных слоев и конструкций, а их высокие теплотехнические характеристики позволят отказаться от применения недолговечных плитных утеплителей в большинстве регионов страны.
