Категория: Uncategorized

О морозостойкости строительных материалов

Материалы, предназначенные для устройства несущих конструкций, должны обладать каким-то запасом долговечности. Вообще, долговечность — это свойство конструкции, а не материала. Но для материалов тоже есть критерии оценки применимости для устройства ответственных зданий с большим расчетным сроком службы.

Для определения долговечности металлических конструкций применяют понятие коррозионной стойкости. Для металлов предусматривают способы защиты от коррозии: покрытия, легирование, защитные слои бетона вокруг арматурных стержней. Для полимеров иногда нормируют стойкость к деполимеризации и охрупчиванию. Однако полимеры в качестве элементов несущих конструкций почти не применяются, поэтому их долговечность на безопасную эксплуатацию влияет мало. Для каменных конструкций в качестве критерия долговечности используют марку по морозостойкости материала наружного слоя кладки.

Основной механизм старения камней — исчерпание ресурса морозостойкости внешними слоями кладки, подвергающимися воздействию дождей и мороза.  Нормируется морозостойкость материала наружных 12 см однослойной каменной кладки или морозостойкость наружного слоя слоистой стены, а также морозостойкость материала верхней части каменных фундаментов — на всю толщину кладки (требования изложены в СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции»).

Если каменная конструкция спроектирована правильно — с учетом недопустимости влагонакопления в толще стены в отопительный период — то морозостойкость слоев, не подвергающихся прямому воздействию осадков, становится не важным фактором.

Нормируется морозостойкость через марку по морозостойкости. Для стен жилых и офисных зданий с расчетным сроком эксплуатации 100 лет и более, морозостойкость камня должна быть не ниже марки F35. Для зданий, которые строятся на побережье Северного Ледовитого океана — не ниже F50. Для тонких каменных облицовок требования жестче — F75.

Что такое марка по морозостойкости? Это количество лабораторных циклов замораживания водонасыщенного материала до температуры –18 °С с последующим оттаиванием без высушивания, при котором не происходит снижения эксплуатационных свойств материала. Критерии проверки качества циклически промороженных материалов отличаются. У бетонов проверяется потеря прочности (должна быть не более 15%). У кирпича проверяется сохранение внешнего вида.

Для оценки применимости материалов и долговечности конструкций из них следует понимать, что численное значение марки никак не связано с ожидаемым количеством лет безаварийной эксплуатации. Просто в первой половине ХХ века, когда разрабатывали методы оценки применимости камней для кладки ответственных конструкций, определили опытным путем, что камни, в лаборатории показывающие 35 циклов, в натурных условиях европейской части России обеспечивают более ста лет неизменности свойств наружных стен.

Для примера возьмем знакомые нам здания из массовой застройки Ленинграда: кирпичные 12 этажные точечные дома со стенами в 2 щелевых кирпича, строившиеся в 1970-х гг., построены из кирпича морозостойкостью по большей части F25–35; газобетонные панельные «корабли» серии 600.11 — из газобетона марки F25. И те и другие эксплуатируются по полвека без признаков разрушения. Их ресурс далек от исчерпания.

Заключение: практически все каменные материалы, из представленных на современном рынке, обладают достаточной морозостойкостью для строительства домов, которые прослужат не одному поколению жильцов. Важно обеспечивать их грамотную эксплуатацию: водоотвод с подоконников и парапетов, наружная отделка, не запирающая влагу в толще стены, нормальный влажностный режим помещений, ограждаемых каменными стенами или пароизоляция на их внутренней поверхности.

Подготовка к строительному сезону

Прошли новогодние праздники, прошли предвесенние гендерные дни, — настала пора готовить телегу, т.е. начать подготовку к строительному сезону. Строительный сезон в наших краях ограничен по времени: оптимальное время бетонных работ и ведения каменной кладки — май–октябрь. Зимнее бетонирование и кладка на морозе тоже возможны и даже имеют свои достоинства, но требуют большой тщательности контроля. Строительство же в «высокий сезон» ведет к более предсказуемому результату. Поэтому использовать теплый сезон надо по максимуму.

Как оптимально распределить финансовые и временные ресурсы для тех, кто собрался строить из газобетона?

Во-первых, газобетон сейчас можно купить. Цены еще зимние, а дороги еще не закрыты на просушку. Материал можно завезти на участок и оставить до начала строительства на ветру подсыхать. Полезно срезать с упаковки пленку с боков поддона, оставив поддон под полиэтиленовым колпачком. Тогда за пару–тройку месяцев из блоков успеет испариться какое-то количество технологической влаги.

Во-вторых, за зиму–весну следует доработать проект дома. Наличие проекта позволяет понять последовательность строительства, потребность в материалах, объемы и виды работ. Проект можно купить готовый, заказать индивидуальный или, что особенно оправдано, заказать оптимизацию готового проекта — в готовых проектах как правило заложены избыточно затратные решения, универсально применимые с любыми материалами. Есть смысл адаптировать проект к тем материалам, из которых будете строить вы.

В-третьих, именно сейчас есть смысл озаботиться поиском подрядчика (бригады, фирмы или частника-прораба). Подбирая подрядчика загодя, вы получаете возможность устроить кастинг и сторговать разумную цену, а не соглашаться впопыхах на любое предложение, лишь бы успеть построиться до зимы.

Итак, три основных возможности подготовиться:

— купить и завезти основные строительные материалы;

— разработать и оптимизировать проект;

— найти подрядчика и зафиксировать расценки на работы.

(подготовлено для http://zdspb.ru)

Выбор толщины несущих стен

Встречается мнение, что несущие каменные стены не могут быть тоньше полутора кирпичей, т.е. 380 мм. Дескать, низкое качество работ, случайный эксцентриситет и расчетная внецентренность приложения нагрузки с высокой вероятностью приведут к потере такими стенами устойчивости и их обрушению.

Это заблуждение.

Все опасения, которые сторонники такой точки зрения перечисляют через запятую (пустошовка, отклонения от вертикали, смещение опорных площадок…), были известны и при разработке отечественных и зарубежных норм по каменной кладке. В результате в отечественных нормативах закрепился коэффициент перехода от временного сопротивления сжатию к расчетному примерно равный 2, а в ряде европейских норм этот коэффициент запаса варьируется в зависимости от надежности контроля над качеством работ и составляет от 1,7 при жестком контроле до 2,2 при смягченном.

Гибкость же стен и ползучесть кладки под нагрузкой учитываются при расчете несущей способности введением весьма обоснованных понижающих коэффициентов.

 

Итак, как подобрать толщину несущей стены.

Несущая стена передает нагрузки от себя и всего, что на ней, на фундамент.

Несущая способность стены зависит от прочности кладки (ее расчетного сопротивления), коэффициента продольного изгиба стены/простенка (зависит от отношения высоты к толщине и модуля упругости кладки), ползучести и характера приложения нагрузки (центральная — по оси стены, или смещенная от центра внутрь или наружу — с эксцентриситетом).

1. прочность кладки. Расчетное значение не рассчитывается, а принимается по таблице (табл. 2–10 СП 15.13330.2012). Зависит от вида камня и его прочности, и от вида раствора и его прочности;
2. коэффициент продольного изгиба. Зависит от гибкости (H/h) и начального модуля упругости. (п. 7.2 и табл. 19 СП 15.13330).
3. ползучесть (табличное значение для вида материала).
4. коэффициент учета эксцентриситета (расчетная величина на основании в т.ч. и суммы случайного и моментного эксцентриситетов; случайный эксцентриситет 0,02 м учитывается для стен толщиной 250 мм и меньше).

Короче. Формулу в здешнем текстовом редакторе не написать. Мало того, считаю, что документов с этими формулами выложено уже предостаточно. Например, СТО НААГ 3.1–2013 (раздел 9).

Поэтому здесь дам ссылку на небольшую презентацию, содержащую уже результат расчета и ряд дополнительных рекомендаций: как опирать перекрытия, какую же толщину стены выбрать и т.п.

Экологичность газобетона

Заметки на эту тему я даю уже восемь лет. Была даже пара подробных статей. Но основные тезисы кратки.

Считаю, что тема экологичности газобетона не должна являться предметом многословного разбора. Это минеральный материал, и разговор о его экологических свойствах не является актуальным.

1. Да, минеральные материалы различаются по активности естественных радионуклидов, но даже наименее благополучные в этом отношении керамические материалы и бетон с гранитным щебнем не дают причин для реального беспокойства.
2. Все минеральные материалы негорючи. огнестойкость конструкций из автоклавных ячеистых бетонов наибольшая из всех типов каменных или монолитных конструкций, но для малоэтажных домов достаточной является и огнестойкость гипса.
3. Все минеральные материалы обладают нулевой эмиссией в окружающую среду продуктов деструкции синтетических полимеров. И вообще нулевой эмиссией чего бы то ни было. Когда стена ничего не выделяет, ни в холодном, ни в горячем виде.
4. Грибы не живут на каменных стенах. Грибам нужна органика. Плесень может поразить обои, грунтовку, органическую краску, но плесень не коснется каменной стены. Ей там нечем заняться.

Итак, газобетон обладает ничтожной активностью естественных радионуклидов, он не горюч и огнестоек, будучи минеральным материалом, не выделяет неполезной органики и не является субстратом для высших грибов и грибковых колоний.

Разговоры об экологической чистоте строительных материалов появились в 1960-е гг., вслед за повсеместным проникновением в быт синтетических полимеров. Такой разговор актуален в отношении именно синтетической органики, а не минеральных материалов.

Каменная кладка на морозе

Зимнее строительство

Россия страна холодная, поэтому короткое лето традиционно посвящалось сельскому хозяйству. А строительство, как одна из разновидностей отхожих промыслов, основные рабочие руки получало к зиме. Поэтому зимой строили много.

Специальный раздел о производстве работ в зимнее время был в каждом государственном документе о стройке, будь то «Урочное положение» Российской Империи или «Строительные Нормы и Правила» Советского Союза. Мы наследуем тем государственным образованиям и продолжаем строить зимой.

Каменная кладка была основным видом городского строительства до 1960-х гг. Поэтому правила ее возведения в зимнее время отработаны у нас веками. Основная сложность зимней кладки — обеспечить набор прочности раствором, чтобы необходимые прочность и устойчивость конструкций достигались на всех стадиях возведения и эксплуатации. Для выполнения зимней кладки отработаны два способа: кладка способом замораживания на обычном растворе и кладка на растворе с противоморозными добавками.

Способы зимней кладки

Способ замораживания древнее. Его суть в том, что на слой подогретого раствора успевают разложить камни до того, как он заледенеет и встанет колом. Кладку при этом рассчитывают по прочности и устойчивости в период возведения исходя из нулевой прочности раствора. Предполагается, однако, что раствор не выдавится из швов при оттаивании, поскольку оттаивание происходит не вдруг, и за время, пока внутренние слои раствора еще сохраняют ледяную форму, наружные наберут начальную прочность, предотвращающую расползание швов. Такой способ хорошо подходил для известковых кладочных растворов, но оказался не так хорош для цементных — конечная прочность замерзших в раннем возрасте цементных растворов заметно снижалась.

Зато цементные растворы хорошо работают с противоморозными добавками. Противоморозные добавки это соли или полярные растворители, понижающие температуру замерзания воды (рассола или смеси жидкостей). Кладочный раствор, затворенный таким рассолом, не замерзает до определенной температуры. А значит, не теряет подвижности при нанесении на промерзший камень. Это также значит, что гидратация цемента продолжается при отрицательных температурах.

Зимняя кладка с тонким швом

Сейчас в России больше половины изделий для каменной кладки выпускаются с малыми отклонениями размеров. Кладку из таких изделий принято вести с тонким кладочным швом («на клею»). Тонкий шов повышает прочность кладки и обеспечивает ряд дополнительных преимуществ. Растворы для тонких швов всегда цементные. И раствор, раскладываемый тонким слоем, остывает до температуры камня за считанные секунды. Поэтому кладку с тонким швом при низких температурах следует вести только на растворах с противоморозными добавками.

Зимняя кладка с тонким швом предпочтительней зимней кладки на растворе. Прочность тонкошовной кладки при сжатии не зависит от прочности раствора, поэтому итоговая несущая способность каменных конструкций менее критична к качеству кладочных работ. Однако при зимних работах необходима большая тщательность — риск случайных ошибок возрастает: необходимо обеспечить отсутствие наледи на камнях и инструменте, полностью отказаться от осаживания блоков киянкой и устранять местные неровности только шлифованием.

При выборе, строить или не строить зимой, следует соблюдать взвешенность. Зимой работать сложнее, рабочий день без прожекторов короче, а качество работ неизбежно снижается. С другой стороны, если сроки критичны, а теплая бытовка для рабочих и инвентаря стоит на объекте — работы на зиму можно не останавливать.

(для http://zdspb.ru)

Пенопласт и муравьи

— Ой, что это такое на картинке?
Кораллы, которые Карл у Клары? Или какая другая фигня?
— Не-а, не кораллы. Другая фигня. Это обычный стеновой утеплитель — пенополистирол ПСБ-С-25Ф. Хороший такой, самозатухающий, достаточно плотный.
— А чё это с ним? Пожар? Капли расплавленного олова покапали ему за шиворот?
— Снова мимо. Пожар? Ну, в некотором роде. Ожог. Химический. Муравьиной кислотой. А может и не ожог, а механическое повреждение. Погрызы хелицерами.

Способ, которым они сделали это вторичен. Важен результат: муравьи заселили пенопласт, стоявший в стене, превратив его в муравейник.

ппс и муравьи

Итак: иногда муравьи используют поризованные пластики в качестве матрицы для постройки муравейника. Если у них будет хорошая кормовая база, муравейник может стать большим.

Впервые размещено 2 года назад тут.

Формообразование. Криволинейная кладка из газобетона

(Для журнала «Загородный дом»)

Каменная кладка с момента своего возникновения стала наиболее пластичным способом оболочечного формообразования. До наших дней дошли глиняные с каменным армированием мечети Мали и «небоскребы» Йемена. В древнерусском каменном зодчестве использование плинфы для армирования формообразующего известково-песчаного раствора позволило создавать округлые в плане сводчатые со скошенными стенами церкви, зернохранилища и оборонительные сооружения.
Позже, когда к природному камню и керамическому кирпичу добавились другие виды стеновых камней и блоков, возможности каменной кладки расширились. Больше всего возможностей для архитектурного творчества привнес автоклавный газобетон в виде блоков. Высокая точность изготовления и малая плотность создали ряд новых возможностей.
Физические предпосылки новым возможностям:
— прочность кладки на тонкослойном растворе (клею) почти равна прочности самого блока [а для мелкоформатного кирпича на толстых растворных прослойках прочность кладки относительно прочности камня снижалась в 3-6 раз];
— плотность кладки снизилась в 4–5 раз (с 1800-2000 кг/куб.м до 400-500 кг/куб.м);
— обрабатываемость ручным инструментом выросла относительно природного камня и керамического кирпича в разы. Там, где раньше нужна была полноценная тёска, теперь достаточно легкой обработки ручной ножовкой и крупнозубой тёркой. Современный газобетон обрабатывается легче сосны.
В результате нагрузки от собственного веса кладки снизились, а прочность сохранилась на прежнем уровне. Это дало возможность перекрывать арками и многолучевыми сводами бОльшие пролеты, чем при кладке ракушечника или керамического кирпича на известковом растворе. Легкая распиловка и шлифовка вдохнули своей технологичностью новую жизнь в округлые каменные эркеры и разнорадиусные (эллиптические, например) своды. Возможности придания газобетонной кладке криволинейных форм практически безграничны и отличаются малой трудоемокостью.

Баня из газобетона

(Для журнала «Загородный ДОМ», http://zdspb.ru)

Общепризнанными знатоками бань являются финны. Для них газобетонные стены бань являются устоявшейся нормой. Это не самое распространенное техническое решение, но с середины 1980-х гг. второе по частоте после цельного бревна. Дальнейшему росту доли газобетона в стенах бань препятствуют традиции, но объективно он лучше дерева подходит для роли ограждения жаркого помещения, которое требуется быстро нагреть.

Причина этого в более выигрышных характеристиках газобетонной кладки в сравнении с массивом дерева. Даже если мы не будем брать в расчет воздухопроницаемость уплотнений между бревнами, кладка из газобетона обеспечит лучшие параметры парной.

Экономичность. Во-первых, газобетон (будем рассматривать наиболее распространенные на северо-западе плотности 400 и 500 кг/м³) обладает меньшей теплопроводностью, чем древесина (0,11—0,15 Вт/м×К против 0,16—0,18 Вт/м×К). Это значит, что при толщине кладки 150 мм теплопотери через стену будут меньше, чем через сруб из бревен 200—240 мм.

Динамичность температурного режима. Во-вторых, объемная теплоемкость газобетона меньше чем у дерева почти в два раза. Пока внутренняя поверхность бревен будет поглощать энергию на собственный прогрев, газобетон придет в динамическое равновесие с внутренним убранством парной (отделка в любом случае остается дощатой).

Дополнительные плюсы газобетона перед деревянным массивом: герметичность, негорючесть, отсутствие усадки.

 

Рекомендации. Советуем использовать для устройства бань газобетон марок D400—D500 толщиной 150—200 мм (если стенка несущая – 200 мм, если перегородка в доме – 150 мм). Внутренняя отделка должна включать пароизоляцию. Это может быть фольга с проклейкой швов фольгированным скотчем или двуслойная пропитка стен олифой. Затем должна идти обрешетка и обшивка. Газобетонная баня проще в исполнении и надежней, чем деревянная и потому, что современные пиломатериалы отличаются низкой однородностью, а газобетон – наиболее однородный из современных констуркционно-теплоизоляционных материалов.

Перекрытия в домах с газобетонными стенами

Комментарий к статье о перекрытиях в загородном доме (журнал «Загородный ДОМ», 2014. №8. С.84, http://zdspb.ru)

Газобетонные стены не накладывают ограничений на конструкцию перекрытия. Кладка из газобетонных блоков – это разновидность каменной кладки. На каменную кладку можно опирать балки и плиты перекрытий. При передаче местных нагрузок (зоны опирания балок и плит) важно следить, чтобы местная прочность каменной кладки была достаточной. Иногда, при перекрытии больших пролетов в кладке из газобетона с ограниченной прочностью (классы В1,5, В2,0), под опорными концами балок и плит следует устраивать распределительные подушки, которые распределят нагрузки на бОльшую площадь. Часто вокруг плит перекрытия устраивают обвязочный пояс, повышающий жесткость перекрытия, обеспечивающий совместность работы плит, увеличивающий их опорную зону. Устраивать под опорными концами плит перекрытия некий «распределительный пояс», имеющий у нас высокое распространение, как правило не нужно. Основные рекомендации по расчету газобетонной кладки и перекрытию проемов в несущих стенах из нее приведены в документе СТО НААГ 3.1-2013 «Конструкции с применением АВТОКЛАВНОГО ГАЗОБЕТОНА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ зданий и сооружений. Правила проектирования и строительства».
Стоит, пожалуй, упомянуть и такой забытый у нас способ перекрытия каменной кладки, как каменные своды. Сводчатые перекрытия распространены в цокольных этажах в кирпичных зданиях центральной части Петербурга, в церквях. Газобетонные своды легче кирпичных, поэтому снятие распора с них легко решаемая техническая задача. Такие своды предоставляют много возможностей архитекторам и дизайнерам. Думаю, пора о них вспомнить не только в экзотических строениях, но и в массовой практике.