СТЕНЫ ИЗ ПЕНОБЕТОНА

Как известно, последнее десятилетие характеризуется поиском и применением эффективных легких теплоизоляционных и конструкционных материалов. Это связано с повышенными требованиями по энергосбережению в промышленности и строительстве. Особое место отводится теплозащиты ограждающих конструкций зданий (Закон РФ «О энергосбережении», программы «Жилище» и «Свой дом», значительная двухэтапная корректировка СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника»). Следует отметить, что в указанном СНиП требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций зданий увеличено против старых нормативов в 2-3 раза [1].
Изделия и конструкции из традиционных материалов, наряду с положительными свойствами, имеют существенные недостатки: большой объемный вес и плохие термоизоляционные качества. Эти недостатки наиболее рационально разрешаются применением пенобетона.
Пенобетон находит все больше применение в отечественной практике. Как показывает опыт [2], наиболее эффективным оказывается применение его в ограждающих конструкциях здания. В основном это блоки из пенобетона, имеющие размеры до 600 300 250 мм. По ГОСТ 21520-89 различают 10 типов пенобетонных блоков, размеры которых отличаются в зависимости от вида кладки (на растворе или на клею).
Применение неавтоклавных пеноблоков в строительстве по сравнению с другими материалами приводит к уменьшению массы зданий (т.к. уменьшается толщина стены 3-4 раза по сравнению с керамзитобетоном и кирпичом), теплопроводности (особенно важна для ограждающих конструкций) и трудоемкости производства работ. С увеличением размеров блоков и уменьшением средней плотности возрастает теплоэффективность стен, так как уменьшается его теплопроводность и продуваемость. Еще одним фактором повышения эффективности применения пенобетонных блоков для однослойных конструкций является замена традиционного цементно - песчаного раствора специальным раствором для получения швов толщиной 2 мм, где в качестве заполнителя раствора используется тонко измельченный кварцевый песок.
Как известно в кладке камень и раствор находится в условиях сложного напряженного состояния. Даже при центральном сжатии материалы могут одновременно подвергаться изгибу, растяжению, срезу, смятию, и внецентренному сжатию. Причиной такого состояния могут являться неоднородность растворной смеси (даже при тщательном перемешивании), различие деформационных свойств камня и раствора, наличие большого количества вертикальных швов. Такое состояние приводит к появлению трещин, особенно в швах или в камне (над или под вертикальными швами).
Установлено, что прочность кладки зависит от прочности, размеров, формы камней и др. факторов. Исследования прочности неавтоклавных ячеистых бетонов, выполненные, в последние годы в нашей стране показали, что для ячеистых бетонов процесс формирования структуры является одним из основных факторов. Прочность бетона зависит от пористости, от равномерности распределения пор по сечению, толщины и прочности межпоровых стенок. Равномерность структуры повышает прочность бетона при сжатии. Также повышается прочность ячеистых бетонов уменьшением свободной влаги в них. До сих пор не установлена четкая зависимость между прочностью при сжатии и средним размером макропор, так как межпоровые стенки неравнопрочны. Существующие методы определения прочности бетонов показывают, что она зависит от объемного веса и с увеличением объемного веса ячеистого бетона увеличивается его прочность (рис.1).
Исследования показали [3,4], что очень сложно определить момент появления первых микротрещин в пенобетоне (в отличие от тяжелого бетона). Это объясняется структурой материала и тем, что в межпоровых стенках имеются микротрещины. При сжатии бетона вследствии его уплотнения развиваются продольные деформации. Однако увеличения поперечных размеров при этом не происходит. Не всегда можно получит положительный результат также при применения ультразвука. Необходимо отметить, что установлено линейная зависимость между нагрузкой и деформацией. Опытным путем доказана влияния влажности на деформации ячеистого бетона. С увеличением влажности снижается деформация и уменьшается модуль деформации
Влияние размера камня (особенно его высота) является более значительным. Если при увеличении прочности на 50% невысокого камня (до 150 мм), прочность кладки увеличивается лишь незначительно (около 10%), то при увеличении прочности высокого камня (до 500 мм) на такую же величину прочность кладки увеличивается до 50 %, т. к. увеличивается момент сопротивления и площадь поперечно сечения камня, уменьшается количество швов (рис. 2). Установлено, что нормальные напряжения в кладке от изгиба камня находится в обратном зависимости от момента сопротивления сечения материала и чем больше высота камня, тем меньше значения нормальных напряжений.

Рис.1. Зависимость прочности ячеистых бетонов от их объемного веса

Увеличение прочности (марки) раствора в 2-3 раза не может увеличить прочность кладки больше 10-15%, а чем толще шов, тем больше отрицательное влияние усилий при сложном напряженном состоянии камня внутри кладки. Поэтому при уменьшении толщины шва и их количества увеличивается прочность кладки и соответственно увеличивается трещиностойкость, при этом не появляется никаких препятствий передачи нагрузок, и кладка не может быть подвержена расслаиванию. Другим немаловажным фактором является уменьшение расхода материалов, особенно портландцемента, в несколько раз (5-6 раз или до 10 кг на 1 м2 стены), увеличения теплоемкости стен и др. В конечном итоге энергоемкость строительного производства существенно понижается за счет уменьшения толщины стен, снижения транспортных расходов и уменьшения энергозатрат при эксплуатации построенного жилья. При применении пенобетона как стенового материала резко снижается стоимость 1 м2 стены (6 раз по сравнению с керамзитобетоном, 7-8 раз с кирпичом) [3]

Рис. 2 Взаимосвязь прочности кладки и прочности камня:

В многослойных конструкциях пенобетон средней плотности 300-400 кг/м3 используется в качестве теплоизоляционного слоя ( =260-300 мм для центральных регионов России). В практике современного строительства известны два типа слоистых конструкций каменных стен, с жесткими и гибкими связями наружных и внутренних слоев. В каменных стенах из традиционных мелкоштучных материалов (кирпича или мелких блоков) жесткие связи выполненные из кирпича и других материалов являются теплопроводными включениями и ухудшают теплотехнические характеристики стены. Прогрессивными считаются слоистые каменные стены с гибкими связями. В качестве этих связей применяется арматурная сталь и стеклотканевая сетка или арматура. Такое решение можно считать целесообразным при применения пенобетонных блоков в качестве утеплителя.
При улучшении работы контактной зоны материалов конструкций увеличиваются прочностные и деформативные характеристики стены в целом, если строго соблюдать технологии приготовления и применения монолитного пенобетона. Приготовление пенобетона со стабильными характеристиками непосредственно на строительной площадке не является проблемой.