CC BY
29УДК 666.9.015.42
В.В. БАБКОВ, д-р. техн. наук, Д.В. КУЗНЕЦОВ, канд. техн. наук, А.М. ГАЙСИН, канд. техн. наук, О.А. РЕЗВОВ, инженер ([email protected]), Уфимский государственный нефтяной технический университет; Е.В. МОРОЗОВА, канд. техн. наук, Л.С. АРСЛАНБАЕВА, инженер, ООО «Баумит» (Санкт-Петербург, Уфа)
Проблемы надежности наружных стен зданий из автоклавных газобетонных блоков и возможности их защиты от увлажнения
В практике производства и применения автоклавных газобетонных изделий на основе известково-крем-неземистых или смешанных вяжущих в наружных стенах, ставших в последние годы особенно актуальными в связи с повышением требований к теплозащите ограждающих конструкций зданий, важной и требующей разрешения является проблема защиты и обеспечения
долговечности таких стен. Опыт эксплуатации зданий с подобными стенами невелик (не более 50 лет).
Автоклавный газобетон в составе наружной стены эксплуатируется в широком диапазоне влажности, в условиях попеременного увлажнения и высушивания. При действии этого фактора в материале возникают неравномерные в объеме деформации набухания —
Таблица 1
Реакции карбонизации Исходные кристаллические фазы до карбонизации Кристаллические продукты карбонизации Коэффициент изменения объема кристаллической фазы
Молекулярная масса, mx Плотность, yx, г/см3 Молекулярная масса, my Плотность, Yy, г/см3
1 Са(ОН)2 + СО2 => СаСО3 + Н2О 74,09 2,23 100,09 2,71 1,111
2.1(гиллебрандит) => (ксонотлит) 6C2SH1 17 + 6CO2 => =>C6S6H + 6СаСО3 + 6Н20 2.2 (ксонотлит) C6S6H + 6СаСО3 + 6Н20 + 6CO2 => =>12СаСО3 + 6SiO2 + 7Н20 1159,8 2,64 714,96 600,54 120,1 2,69 2,71 2,71 1,11 1,01
3.1 (фошагит) => (ксонотлит) 2C5S3H3 + 4CO2 => => C6S6H + 4СаСО3 + 5H2O 3.2 (ксонотлит) C6S6H + 4СаСО3 + 5Н20 + 6CO2 => 10СаСО3 + 6SiO2 + 6Н20 1029,28 2,67 714,96 400,36 1000,1 2,69 2,71 2,71 1,073 0,957
4.1 (афвиллит) => (ксонотлит) 3C3S2H3 + 3CO2 => => C6S6H + 3СаСО3 + 8H2O 4.2 (ксонотлит) C6S6H + 3СаСО3 + 8Н20 + 6CO2 => => 9СаСО3 + 6SiO2 + 9Н20 1027,14 2,64 714,96 300,27 600,54 2,69 2,71 2,71 0,994 0,877
5 (ксонотлит) C6S6H + 6CO2 => => 6СаСО3 + 6SiO2 + H2O 714,96 2,69 600,54 2,71 0,834
6 (риверсайдит) C5S6H3 + 5CO2 => => 5СаСО3 + 6SiO2 + 3H2O 694,98 2,6 500,45 2,71 0,691
7 (тоберморит) C6S5H55 + 5CO2=> => 5СаС03+6Si02+5,5Н20 739,8 2,43 500,45 2,71 0,606
8 (гиролит) C2S3H25 + 2CO2 => =>2СаСО3 + 3SiO2 +2,5H2O 328,4 2,4 200,18 2,71 0,54
Примечание: C - CaO; S - SiO; H - H2O.
научно-технический и производственный журнал
усадки, обусловленные реализацией механизма сорбции-десорбции, а также напряжений стягивания водных менисков в капиллярах, что приводит к развитию внутренних напряжений и локальным структурным повреждениям, деструкции материала [1]. Влагостойкость материала в данном случае связана с амплитудой цикла и числом циклов попеременного увлажнения и высушивания.
Структура автоклавного бетона со средней плотностью 400—600 кг/м3 имеет большой объем резервной пористости, что при увлажнении на уровне сорбцион-ного в условиях действия попеременного замораживания-оттаивания не приводит к развитию внутриструк-турных напряжений. Однако при влагонакоплении выше сорбционного в порах структуры формируются водные мениски, происходит частичное или полное заполнение пор водой, что при фазовых превращениях жидкой поровой влаги в лед с увеличением объема 9% обусловливает развитие внутриструктурного давления льда и гидравлическое давление еще не замерзшей воды, захваченной льдом и твердой фазой стенок пор [2]. Этот механизм реализуется в виде многократных повторных воздействий и также приводит к снижению прочности. В соответствии с распределением температуры по толщине стены размораживание сочетается с интенсивным замачиванием наружной стены при косом дождевании, при конденсации влаги в переходные периоды зима—весна, осень—зима и локализуется в наружных слоях стены.
Оптимизация технологии производства автоклавных стеновых изделий основывается, как правило, практически на единственном критерии — максимальной прочности применительно к конкретной плотности. В соответствии с этим проектирование составов известко-во-кремнеземистых или смешанных вяжущих применительно к кремнезему определенной дисперсности (3000—5000 см2/г) базируется на минимальном соотношении С^ с формированием в цикле автоклави-рования низкоосновных гидросиликатов кальция типа ксонотлита (С^6Н), тоберморита (С^6Н6) при полном связывании извести. Такая система в силу высокой пористости 75—85% и попеременного увлажнения-осушения уязвима по воздухостойкости из-за доступности стуктурообразующих фаз в виде гидросиликатов кальция для углекислого газа воздуха. Карбонация ячеистого бетона атмосферной углекислотой протекает во много раз быстрее, чем в плотных силикатных бетонах или на цементной основе. Скорость карбонизации не останав-
ливается в поверхностных слоях стены, как это происходит у тяжелых бетонов. Глубокому проникновению С02 в толщу стены и сравнительно высокой скорости протекания карбонизационных процессов способствует сеть сквозных капилляров и макропор, характерных для ячеистых бетонов, пористость которых формируется за счет газообразователя.
Карбонизация низкоосновных гидросиликатов кальция, преобладающих в автоклавном газобетоне, происходит с перекристаллизацией в карбонаты кальция при выделении кремнекислоты с потерей объема носителя прочности — кристаллической фазы. Более благоприятным для сохранения прочности и обеспечения долговечности будет растянутый во времени двухстадийный процесс перекристаллизации высокоосновных гидросиликатов кальция частично в низкоосновные гидросиликаты и частично в кальцит (первая стадия). Имеющаяся при этом непрогидратировав-шая известь также будет перекристаллизовываться в СаС03, при этом объем носителя прочности — кристаллической фазы будет прирастать. На второй стадии перекристаллизации низкоосновных гидросиликатов в карбонаты также будет наблюдаться увеличение объема кристаллической фазы. Эти выводы подтверждаются результатами расчетов, представленных в табл. 1.
Результаты исследований, проведенных Е.С. Сила-енковым по принудительной карбонизации автоклавного газобетона, показали снижение прочности ячеистых бетонов на известково-кремнеземистых вяжущих, сформированных из низкоосновных гидросиликатов, относительно показателей до карбонизации [3]. Механизм снижения прочности газобетона при действии атмосферной углекислоты связан с повреждением структурообразующего элемента — межпоровых перегородок.
Отметим также, что снижению прочности ячеисто-бетонной стены будет способствовать не только влажно-стная и карбонизационная усадка, но и градиент влажности и карбонизации материала по толщине стены, обусловливающий развитие дополнительных конструкционных напряжений растяжения.
Таким образом, необходимым условием воздухо-стойкости автоклавного газобетона в исходном состоянии является наличие в его структуре гидросиликатов повышенной основности и свободной извести.
Проблему защиты наружной стены на основе автоклавных газобетонных блоков от действия названных выше негативных факторов может решить гидрозащит-
Таблица 2
№№ п/п Элемент защитной системы Толщина, мм Коэффициент паро-проницаемости мг/(м-ч-Па) Сопротивление паропро-ницанию R м^ч-Па/мг
1а Базовый слой в виде клеевого состава Haftmörtel по синтетической сетке, включая грунтовку из того же материала 5 0,06 0,083
1б То же, KlebeSpachtel 5 0,03 0,166
2 Минеральная декоративная штукатурка EdelPutzSpezial Natur 2 0,085 0,024
Сопротивление паропроницанию декоративно-защитной системы по варианту 1а+2 - 0,107 м2-ч-Па/мг; по варианту 1б+2 - 0,19 м2-ч-Па/мг.
Таблица 3
Компоновка стены Определяемый параметр Характеристики наружных стен толщиной 400 мм из автоклавных газобетонных блоков различной средней плотности, кг/м3
400 500 600
Внутренняя цементно-песча-ная штукатурка (20 мм) + стена толщиной 400 мм + фасадная деко-ративно-защит-ная система «Баумит» (KlebeSpachtel + EdelPutzSpezial Natur) Общая толщина стены,м 0,43 0,43 0,43
Ro\ (м2-°С)/Вт 3,531 3,055 2,698
Rup, (м2-ч-Па)/ мг 2,123 2,384 2,737
ДМаи, сумма за период, % 2,04 1,09 0,45
научно-технический и производственный журнал rj>J"f ^ JJbrlbJ"
56 февраль 2011
Многоэтажные жилые дома в районе Сипайлово г. Уфы с наружными стенами из автоклавных газобетонных блоков и фасадной отделкой в виде декоративно-защитного покрытия на основе материалов системы «Бау-мит»
ная штукатурная система, совмещающая также декоративную функцию, т. е. декоративно-защитная система.
Такая система должна обладать гидрофобностью, обеспечивающей блокировку поступления влаги при косом дождевании, конденсатной влаги, локализующейся на поверхности стены в переходные периоды. Адгезия системы к автоклавному газобетону должна быть на уровне прочности основы газобетона на растяжение, т. е. примерно 1,5ЯМп (Я^ — нормативное сопротивление ячеистого бетона на растяжение). Для бетонов средней плотности 400—600 кг/м3 это соответствует диапазону характеристик адгезии 0,2—0,4 МПа. Элементы защитной системы должны обладать минимальной усадкой, повышенной растяжимостью и морозостойкостью. Материалы системы должны быть паропро-ницаемыми, чтобы обеспечить защиту стены от переувлажнения по двум критериям: из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период и из условия ограничения влаги за период с отрицательной среднемесячной температурой наружного воздуха ЛЖаи. Эти условия должны согласовываться с высоким коэффициентом паропроница-емости высокопористого газобетона (ц = 0,23—0,17 мг/ (м-ч-Па) для ячеистых бетонов со средней плотностью 400—600 кг/м3) и низким сопротивлением паропрони-цанию стены (для толщины стены 400 мм = 1,8 — 2,4 м2-ч-Па/мг).
В условиях Республики Башкортостан в системах теплоэффективных стен по фасадной теплоизоляции, а также рассматриваемой стены на основе автоклавных газобетонных блоков опробована декоративно-защитная система «Баумит», характеристики которой получены В.Г. Гагариным и представлены в табл. 2 [4]. Данные
расчета влагонакопления стены на основе автоклавных газобетонных блоков толщиной 400 мм приведены в табл. 3. Расчеты показывают, что по критериям влагона-копления стены в рабочем диапазоне средних плотностей 400—600 кг/м3 удовлетворяют требованиям СНиП 23-02—2003 «Тепловая защита зданий» (ЛЖаи < 6%).
На рисунке представлены многоэтажные каркас-но-монолитные жилые дома постройки 2006 г. в Уфе со стенами-заполнениями толщиной 400 мм из автоклавных газобетонных блоков со средней плотностью 500 кг/м3 с фасадной декоративно-защитной системой «Баумит». После четырех лет эксплуатации защитная система не показала каких-либо повреждений, а стена доказала свою полноценность по теплозащите, темпе-ратурно-влажностному режиму помещений и по состоянию внутренней поверхности стен.
Ключевые слова: автоклавные газобетонные блоки, многослойные штукатурки.
Список литературы
1. Чернышов Е.М., Потамошнева Н.Д. Материаловедение и технология автоклавных бетонов на основе хвостов обогащения железистых кварцитов. Воронеж: Воронежский госуд. арх.-строит. ун-т, 2004. 160 с.
2. Александровский С.В. Долговечность наружных ограждающих конструкций. М: НИИСФ РААСН, 2003. 332 с.
3. Силаенков Е.С. Долговечность изделий из ячеистых бетонов. М.: Стройиздат, 1986. 176 с.
4. Гагарин В.Г., Курилюк И.С. Заключение по теме «Выполнить экспериментальные исследования паро-проницаемости и сопротивления паропрони-цанию клеевых и штукатурных составов ВАиМ1Т», М.: НИИСР РААСН, 2010. 12 с.
26-29 АПРЕЛЯ 2011
СМИ, ПАВИЛЬОНЫ у Мори ори
2011
Е^ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ВЫСТАВКИ
I игипти ОНШШГ» ! КЛН и «
шин шли, аяягпсчи яшл*
^ МНЛ1 ийШ Нот-, и» счюо!1-ч'к( 43 мэг:4<ш£]к г лтичплии ъ сюты-з
, рнк!Р1ЫШЛ :141
л иял |Й|Щ> пиана ваи-ии*.
» ШИПЯ ЕНЛМС1
О- '/экспо
тать
ЬЫ| м;. <ч» ишИыК И'П I. Ьи-
Тйи'фмг (¡!4?:1 Ы1 700. 5.33. Г+и51 7^ 77 и*
Ао^иЙИЙЦ^в ги я** Щ
'Э||||'.'.1П*1*Л С1№Сф Гр|Мп1 1.Г*Я-11:1> -П^ИГОДМ-
научно-технический и производственный журнал
