Гибкие базальтопластиковые связи для применения в трехслойных панелях наружных стен Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 699.86

В.П. БЛАЖКО, канд. техн. наук, руководитель отдела конструкций жилых и общественных зданий ([email protected]), М.Ю. ГРАНИК, канд. техн. наук, заведующий лабораторией технологии декоративных и модифицированных бетонов

ОАО «ЦНИИЭП жилых и общественных зданий (ЦНИИЭП жилища)» (127434, г. Москва, Дмитровское ш., 9, стр. 3)

Гибкие базальтопластиковые связи для применения в трехслойных панелях наружных стен

Приведены результаты экспериментальных исследований несущей способности гибких базальтопластиковых связей на выдергивание из бетона. Представлена общая методика проведения экспериментальных исследований. Проведены опытные формовки фрагментов наружного слоя из бетона различных классов с разными типами базальтопластиковых гибких связей и способами их замоноличивания в бетон. Рассмотрены основные виды разрушения при выдергивании связей из бетона. Проанализированы результаты, полученные при прочностных испытаниях экспериментальных образцов. Определены оптимальные рабочие нагрузки для применения данных связей. Сформулированы условия применения связей для трехслойных стеновых панелей.

Ключевые слова: трехслойные железобетонные панели наружных стен, фасадный слой, гибкие связи, связи-подвески, связи-распорки, базальтопластик, опрессованные втулки из коррозионно-стойкой стали, выдергивание связей, прочностные испытания, глубина анкеровки, энергоэффективность, энергосбережение.

V.P. BLAZHKO, Candidate of Sciences (Engineering), Head of Division of Structures for Residential and Public Buildings ([email protected]) M.Yu. GRANIK, Candidate of Sciences (Engineering), Head of Laboratory of Decorative and Modified Concretes Technology OAO «TSNIIEP zhilykh i obshchestvennykh zdaniy (TSNIIEPzhilishcha)» (9, structure 3, Dmitrovskoye Highway, 127434, Moscow, Russian Federation)

Flexible Basalt-Plastic Ties for Using in Three-Layer Panels of External Walls

Results of the experimental study of bearing capacity of flexible basalt-plastic ties on pulling out from concrete are presented. The general methodology of conducting the experimental study is presented. Experimental forming of fragments of the external layer made of concretes of different classes with different types of basalt-plastic flexible ties and methods for their grouting in concrete were made. The main types of destruction in the course of pulling out from concrete are considered. Results obtained in the course of strength tests of experimental samples have been analyzed. The optimal working loads for using these ties have been determined. Conditions of the application of ties for three-layer wall panels have been formulated.

Keywords: three-layer reinforced concrete panels of external walls, facade layer, flexible ties, tie-hangers, tie-spreaders, basalt-plastic, molded sleeve made of corrosion-resistant steel, extraction of ties, strength tests, embedment depth, energy efficiency, energy saving.

В последние годы неуклонно расширяется применение композитной полимерной арматуры в строительстве, и в частности появляется возможность ее использования в трехслойных панелях наружных стен [1—9]. Однако требования, предъявляемые к композитной полимерной арматуре в обычных конструкциях и регламентируемые ГОСТ 31938—2012 «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций», существенно отличаются от требований, которым должны соответствовать гибкие связи в трехслойных панелях.

Общие технические требования к таким панелям нормируются ГОСТ 31310—2005 «Панели стеновые трехслойные железобетонные с эффективным утеплителем». Этот ГОСТ не предусматривает применения композитной полимерной арматуры в качестве связей. В то же время совершенствование технологии изготовления композитной полимерной арматуры и повышение ее качества могут в ближайшем будущем сделать применение связей из такой арматуры достаточно перспективным. Для соблюдения требуемой надежности трехслойных железобетонных панелей с композитными связями необходимо разработать их конструктивные решения и провести большой объем экспериментальных исследований, включая испытания как отдельных элементов панелей со связями, так и панелей в целом. В первую очередь это касается вопросов анкеровки, антикоррозионной защиты и огнестойкости связей.

Поэтому в ОАО «ЦНИИЭП жилища» в 2014 г. были проведены исследования по определению прочности

анкеровки базальтопластиковых связей для возможного применения в трехслойных железобетонных панелях наружных стен.

Гибкие связи в трехслойных панелях выполняются в виде подвесок, распорок и подкосов. Каждый вид связи выполняет определенные функции: подвески воспринимают вес наружного слоя панели, распорки фиксируют расстояние между слоями панели, подкосы предотвращают смещение наружного слоя панели относительно внутреннего в горизонтальном направлении.

Основные схемы прочностных испытаний воспроизводили условия работы связей-подвесок и связей-распорок при распалубке и эксплуатации трехслойных железобетонных панелей. Потеря несущей способности связей-подвесок происходит при их выдергивании из бетона, в первую очередь из тонкого и менее армированного наружного слоя, где зона анкеровки ограничена его физическими размерами.

Связи-подкосы работают аналогично связям-подвескам, только в горизонтальном направлении.

Связи-распорки располагаются перпендикулярно плоскости наружного слоя и имеют наименьшую глубину анкеровки. Помимо растягивающих усилий на связи-распорки могут действовать и сжимающие усилия (в основном от ветровой нагрузки). Большая часть сжимающих усилий воспринимается утеплителем. Однако при разрушении утепляющего слоя нагрузка полностью будет восприниматься связями-распорками.

Применяемые в настоящее время полимерные композитные связи для более надежной анкеровки имеют

58

научно-технический и производственный журнал

май 2015

iA ®

Рис. 1. Общий вид связей из базальтопластика

<ь

Т _;

3 2

Рис. 2. Схемы прочностных испытаний на выдергивание связей: а - для связи-подвески; б - для связи-распорки; 1 - фрагмент наружного слоя; 2 - стержень связи; 3 - динамометр; 4 - индикатор перемещения

на концах утолщения из полимернои составляющей и песка. Исследуемые авторами гибкие базальтопласти-ковые связи 07 мм были выполнены с опрессованны-ми на концах втулками из коррозионно-стойкой стали толщиной 1 мм. Длина втулок составляла 10—11 мм, расстояние втулки от конца связи 4—5 мм (рис. 1). Применение втулок обусловлено тем, что связь бетона с базальтопластиком на поверхности их контакта с течением времени утрачивается. Втулки изолируют бетон от базальтопластика, а также обеспечивают анкеровку связи в бетоне.

Связи, в том числе и втулки, были выполнены с посыпкой из мелкозернистого песка, склеенного связующим из полимерного компаунда. Для исключения влияния посыпки на результаты экспериментов часть стержня связи, находящуюся в бетоне, выше втулки покрывали парафином.

Схемы проведенных прочностных испытаний представлены на рис. 2.

Прикладывая усилие Р, производили вытягивание стержня из бетона фрагмента. Расстояние б между бетонной поверхностью фрагмента и точкой снятия показаний индикатора перемещения выполняли минимальным для

Рис. 3. Варианты образцов с разными углами наклона стержней: а - для связей-подвесок (угол 45о); б - для связей-распорок (угол 90о)

исключения влияния на результаты погрешностей, связанных с удлинением стержня.

Образцы для испытаний представляли собой фрагменты наружного слоя железобетонной панели размерами 200x200x70(h) мм (рис. 3), армированные по контуру проволокой Вр-1 04—5 мм для исключения возможности раскалывания всего образца при выдергивании стержня. Образцы изготавливали из бетонов классов В15, В20, В25 и В30. Глубину заделки стержней связей-подвесок и связей-распорок выполняли в двух вариантах, которые соответствовали двум значениям толщин наружного слоя — 50 и 70 мм.

Для каждого варианта (с учетом класса бетона, угла наклона стержня, глубины заделки стержня) было изготовлено и испытано по шесть образцов. Испытания проводили на специально изготовленном стенде при помощи ручного гидравлического домкрата HYDRAJAWS Model 2000 FIXING TESTER 675 430370 мощностью 25 кН с точностью измерения 0,01 кН. Перемещения (деформации) определяли с помощью индикатора часового типа с точностью 0,01 мм. Нагрузку к стержню подавали с постоянным увеличением ступенями по 0,2 кН и выдержкой на каждом этапе 10 мин. В стенде была предусмотрена возможность закрепления образцов с 45 и 90о расположением стержня связи.

В результате испытаний на выдергивание базальто-пластиковых стержней из бетона были получены данные, на основе которых построены усредненные графики зависимости «нагрузка—деформация» (рис. 4—6).

Максимальное значение деформации на графиках ограничено 4 мм, так как при деформации свыше 2—3 мм приращение нагрузки Р незначительно. При значении деформации выше Д=4 мм стержень связи в заделке практически полностью теряет несущую способность.

Разрушение испытанных образцов при выдергивании стержня из бетона происходит либо за счет выкалывания бетона, причем металлическая втулка остается на стержне, либо за счет вытягивания стержня из бетона, причем металлическая втулка остается в бетоне и выкалывания бетона не происходит. С увеличением глубины заделки стержня связи и повышением класса бетона по прочности до В25—В30 вероятность разрушения образца, сопровождающегося выкалыванием бетона, уменьшается, а вероятность проскальзывания стержня во втулке возрастает. В связи с этим решающее значение приобретает качество и надежность обжима втулок на стержне связи, которых можно добиться только при использовании специализированного оборудования.

Как видно из приведенных графиков, с увеличением глубины заделки стержня максимальное усилие выдергивания возрастает. Причем при угле установки связи 45о прирост составляет от 0 до 30%, а при угле 90о - до 35%.

_ Усилие вырыва стержней существенно зависит от прочности (класса) бетона на сжатие. При увеличении класса бетона с В15 до В30 максимальное усилие выдергивания возрастает примерно в 1,5 раза. При классе бетона В20 и В25 графики зависимости «нагрузка-деформация» практически совпадают.

Максимальное усилие выдергивания не в полной мере позволяет оценить несущую способность связи, потому что оно вызывает достаточно большие деформации, сопоставимые с глубиной заделки стержня. В этой связи наиболее точным показателем является усилие, при котором отмечается начало необ-

a

4

4

Cj научно-технический и производственный журнал

® май 2015 59"

kN

4 7 Л ~ ---

_____- ■---- -

/ / / 3 ,2 — • - -

\ 1

/ / / /

4

- А, мм

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8

Рис. 4. График зависимости «нагрузка-деформация» при угле установки связи 45о, глубине заделки 55 мм и классе бетона: 1 - В15; 2 - В20; 3 - В25; 4 - В30

Р кМ 9

8

7

6

5

4

3

2

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 "Л' ™

Рис. 5. График зависимости «нагрузка-деформация» при угле установки связи 45о, глубине заделки 80 мм и классе бетона: 1 - В15; 2 - В20; 3 - В25; 4 - В30

4 — *-— ----

У 2 ___- да»

/ / ____— — —

/ 3 1

/ / / /у"

/ L V // 'у

kN

2 Л

/ / -- ■ - - -

1

1 /У i

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4

Рис. 6. График зависимости «нагрузка-деформация» при угле установки связи 90о, классе бетона В30 и глубине заделки: 1 - 40 мм; 2 - 60 мм

ратимых перемещений стержня связи в бетоне (т. е. фактически первая фаза разрушения). Такие перемещения появляются, как правило, в диапазоне 0,2— 0,8 мм и соответствуют усилию выдергивания в диапазоне 1,5—4 кН. При дальнейшем приложении нагрузки эти перемещения постоянно увеличиваются, что приводит либо к разрушению бетона вокруг связи, либо к вытягиванию стержня связи из металлической

втулки. Указанные изменения отчетливо видны на графиках, где наклонная часть постепенно переходит в практически горизонтальную. Следует отметить, что в большинстве случаев на графиках отсутствует характерный излом, указывающий на появление структурных разрушений, или они происходят без значительных изменений угла наклона графика «нагрузка—деформация». Угол наклона графиков зависит от класса применяемого бетона и в меньшей степени от глубины заделки стержня связи.

Все представленные графики построены на основе усредненных данных. Реальные минимальные и максимальные значения усилий выдергивания, полученные при проведении испытаний, находятся в достаточно широком интервале. При этом невозможно учесть все факторы, влияющие на прочность замоноличивания в бетон стержня связи, например неоднородность структуры бетона вокруг связи, связанную с размером, формой и плотностью укладки зерен крупного заполнителя, соотношение между мелким и крупным заполнителями, а также ряд других факторов.

Поэтому, несмотря на высокие абсолютные значения усилий выдергивания, полученные при испытаниях, рекомендуемые расчетные значения меньше в 3—4 раза и не должны превышать 1,2—1,5 кН. Такая расчетная несущая способность композитных связей может быть компенсирована большим их количеством.

Все сказанное ранее не учитывает производственных и технологических факторов, которые также могут оказывать существенное влияние на точность установки и качество замоноличивания гибких базальтопластиковых связей. В отличие от металлических связей ба-зальтопластиковые не крепятся к каркас т влияние «человеческого фактора». Чтобы уменьшить зависимость от указанных причин, необходимо в производственных условиях разработать эффективную систему контроля установки гибких композитных связей и включить ее в технологический регламент на изготовление панелей.

В заключение следует отметить, что проведенные испытания несущей способности гибких базальтопластиковых связей являются лишь начальным этапом широкого комплекса исследований по возможному применению таких связей в трехслойных железобетонных панелях наружных стен, и необходимы дополнительные испытания как натурных образцов панелей на прочность, так и самих связей на долговечность.

Список литературы

1. Острецов В.М., Магай А.А., Вознюк А.Б., Горел-кин А.Н. Гибкая система панельного домостроения // Жилищное строительство. 2011. № 3. С. 8—11.

- А, мм

Р

7

4

3

2

научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" ~6Ö май 2015 Ь^ШШ'

2. Николаев С.В. Возрождение крупнопанельного домостроения в России // Жилищное строительство. 2012. № 4. С. 2-8.

3. Тихомиров Б.И., Коршунов А.Н. Линия безопалубочного формования — завод КПД с гибкой технологией // Строительные материалы. 2012. № 4. С. 22—29.

4. Соколов Б.С., Миронова Ю.В., Гатауллина Д.Р. Пути преодоления кризисного состояния крупнопанельного домостроения // Строительные материалы. 2011. № 3. С. 4—6.

5. Юмашева Е.И., Сапачева Л.В. Домостроительная индустрия и социальный заказ времени // Строительные материалы. 2014. № 10. С. 3—11.

6. Ярмаковский В.Н., Костин А.Н., Фотин О.В., Кон-дюрин А.Е. Теплоэффективные наружные стены зданий, возводимые с использованием монолитного полистиролбетона с высокопоризованной и пластифицированной матрицей // Строительные материалы. 2014. № 6. С. 18—24.

7. Савин В.К. Энергоэкономика. М.: Лазурь, 2011. 415 с.

8. Карпенко Н.И., Ярмаковский В.Н., Школьник Я.Ш. Состояние и перспективы использования побочных продуктов техногенных образований в строительной индустрии // Экология и промышленность России. 2012. № 10. С. 50—55.

9. Умнякова Н.П. Возведение энергоэффективных зданий в целях уменьшения воздействия на окружающую среду // Вестник МГСУ. 2011. № 3. С. 221—227.

References

1. Ostretsov V.M., Magay A.A., Voznyuk A.B., Gorelkin A.N. Flexible System of Panel Housing Construction.

Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2011. No. 8, pp. 8-11. (In Russian).

2. Nikolaev S.V. Revival of large-panel housing construction in Russia. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2012. No. 4, pp. 2-8. (In Russian).

3. Tikhomirov B.I., Korshunov A.N. The line of bezopalubochny formation — efficiency plant with flexible technology. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 4, pp. 22—26. (In Russian).

4. Sokolov B.S., Mironova Yu.V., Gataullina D.R. Ways of Overcoming of Crisis Situation in Large-Panel Housing Construction. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2011. No. 3, pp. 4—6. (In Russian).

5. Yumasheva E.I., Sapacheva L.V. The house-building industry and the social order of time. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2014. No. 10, pp. 3—11. (In Russian).

6. Yarmakovsky V.N., Kostin A.N., Fotin O.V., Kondyu-rin A.E. Thermal Efficient External Walls of Buildings Built with the Use of Monolithic Polysterene Concrete with High-Porous and Plasticized Matrix. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2014. No. 6, pp. 18—24. (In Russian).

7. Savin V.K. Energoekonomika [Power economy]. Moscow: Lazur. 2011. 415 p. (In Russian).

8. Karpenko N.I., Yarmakovsky V.N, Shkolnik Ya.Sh. State and using perspectives of by-products in building industry. Ecologiya ipromishlennost Rossii. 2012. No. 10, pp. 50—55. (In Russian).

9. Umniakova N.P. Rising of energo-effective buildings to reduce the action for sustainable. Vestnik MGSU. 2011. No. 3, pp. 221—227. (In Russian).

_ЮБИЛЯРЫ ОТРАСЛИ

К бО-летию Мухадина Чашифовича Тамова

3 мая 2015 г. исполнилось 60лет Мухадину Чашифовичу Тамову, д-ру техн. наук, действительному члену Российской инженерной академии, заслуженному строителю Карачаево-Черкесской Республики, почетному строителю России, генеральному директору ООО «Черкесскстром».

Судьба М.Ч. Тамова вначале мало отличалась от жизненного пути многих советских молодых людей: после окончания строительного техникума отслужил в армии, начал работать мастером в СМУ-3 треста «Карачаево-Черкесскпромстрой». Поступил на заочное отделение факультета ПГС Ставропольского политехнического института. Работал и учился, продвигался по служебной лестнице, последовательно прошел путь от мастера до главного инженера.

В 1992 г. Мухадин Чашифович Тамов принял судьбоносное решение — создать собственный бизнес по строительству и производству строительных материалов. Имея профильное образование, опыт производственной и организационной работы, он собрал коллектив единомышленников и начал реализовывать задуманный план. Вскоре на предприятии заработали производство товарного бетона и две линии по выпуску керамзитового гравия, постоянное высокое качество которого было обусловлено передовыми технологическими и инженерными решениями, автором многих из них был М.Ч. Тамов с коллегами. По рекомендации Героя социалистического труда, бывшего заместителя председателя Госстроя СССР М.Г. Чентемирова, одного из инициаторов внедрения керамзита в строительство, Мухадин Чашифович начал заниматься научной деятельностью. Завершив обучение в аспирантуре НИИЖБа, в 1998 г. он успешно защитил кандидатскую диссертацию.

Результаты научных исследований незамедлительно внедрялись в производство. Оснащение заводской лаборатории, а также возможность проводить полномасштабные промышленные эксперименты позволили М.Ч. Тамову продолжить научную работу, результатом которой стали защита докторской диссертации в 2005 г., получение ряда патентов, постоянная модернизация производства и совершенствование технологии.

В августе 2007 г. на базе заводской лаборатории «Черкесскстром» был создан испытательный центр по строительным материалам, аккредитованный Госстандартом РФ. Под руководством д-ра техн. наук М.Ч. Тамова в нем разрабатывались рецептуры сухих строительных смесей для нового завода, начавшего выпуск продукции в конце 2008 г.

М.Ч. Тамов не останавливается на достигнутом. Строится завод по производству гипсового вяжущего. Ведутся перспективные исследования. Успех ООО «Черкесскстром», которое создал и бессменно возглавляет М.Ч. Тамов, свидетельствует о высокой эффективности сочетания научного и производственного потенциала в промышленности.

Редакция, редакционный совет, коллеги поздравляют Мухадина Чашифовича Тамова с 60-летием и желают крепкого здоровья, реализации самых смелых бизнес-планов, новых научных достижений и большого счастья.

Ы ®

научно-технический и производственный журнал

май 2015

61