Открытое акционерное общество

"Уральский научно-исследовательский институт

   архитектуры и строительства"

Доверяйте профессионалам!

тел.: +7 (343) 374-48-50

факс: +7 (343) 378-89-20

e-mail: as-a-uralniias@nlmk.com

Статьи

Конструкции из полистиролбетона для строительства жилых зданий, сочетающие несущую и теплоизоляционную функции

Исследования полистиролбетона, как материала несущих строительных конструкций, обладающего неплохими теплоизоляционными характеристиками, в ОАО «Уральский научно-исследовательский институт архитектуры и строительства» (бывшая научная часть Уралпромстройниипроекта) были начаты еще в середине 1980-х гг.

Ранее проведенные в НИИЖБ, НИИСФ, ВНИИТЭП и других крупных научных и проектных институтах исследования показывают, что полистиролбетон – эффективный теплоизоляционный материал, который может использоваться, как конструкционный, однако достаточно широкого изучения его, как материала для воспринимающих нагрузку конструкций, не проводилось. Между тем, применение полистиролбетона повышенной прочности, как одного из наиболее эффективных для строительства материалов с точки зрения экономики и принципов энергосбережения востребовано и перспективно в будущем.

ОАО «Уральский научно-исследовательский институт архитектуры и строительства» в советское время являлся по своей сути региональным подразделением НИИЖБа при Госстрое РФ в Уральском регионе и всегда поддерживал приоритет в сфере научных исследований новых энергосберегающих строительных материалов и изделий.

Физико-механические и теплоизоляционные характеристики полистиролбетона несущих конструкций в диапазоне плотностей от 800 кг/м3 до 1450 кг/м3 не рассматриваются введенным в действие с 01.09.1999 г. государственным стандартом «Полистиролбетон. Технические условия.» (ГОСТ Р 51263-99), разработанным под руководством к.т.н., проф. В.А. Рахманова (ВНИИЖБ) [1]. Данный нормативный документ регламентирует характеристики теплоизоляционного полистиролбетона только в диапазоне плотностей от 250 кг/м3 до 600 кг/м3.

В лаборатории отдела Несущих железобетонных конструкций ОАО институт «УралНИИАС» совместно со Строительным факультетом ГОУ ВПО УГТУ-УПИ была поставлена задача, с помощью современных химических добавок изготовить и изучить достаточно легкие и прочные полистиролбетонные конструкции с хорошими теплоизоляционными характеристиками (λ от 0,23 Вт/м0К до 0,36 Вт/м0К).
Результаты промежуточных этапов научно-исследовательской работы по данной тематике, докладывались на Всероссийской научной конференции «Наука. Технологии. Инновации» в 2003 году в г. Новосибирске и удостоены диплома. Научно-исследовательская работа, имеющая прикладную направленность, была номинирована на премию Губернатора Свердловской области в 2004 году, как приоритетная в области решения проблем экологии [2].

При проектировании составов конструкционного полистиролбетона в качестве заполнителя, помимо кварцевого песка, использовались и местные заполнители – доменные гранулированные шлаки металлургических предприятий Уральского региона.
Тем самым, в соответствии с Программой переработки техногенных образований, проводимой в настоящее время Правительством Свердловской области, был реализован один из подходов к решению проблемы использования отходов черной металлургии в строительной индустрии, который основан на внедрении новых технологий [3].

В 2001 году в аккредитованном Госстроем России Испытательном центре ОАО институт «УралНИИАС» были проведены испытания прочности на сжатие серии простеночных блоков из полистиролбетона плотностью 1000 кг/м3 по рабочим чертежам шифра НП-086.01-КЖИ. Заказчиком работы выступил Северский завод ЖБИ г. Полевской.
Теплофизические испытания фрагмента наружной стены для жилых зданий из простеночных блоков были выполнены в климатической камере, в соответствии с требованиями ГОСТ 25254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций».
Фактическое приведенное сопротивление теплопередаче фрагмента стены из крупных блоков с учетом ребер и вертикального стыка составило 4,74 м2 К/Вт. Фактический температурный перепад «воздух - внутренняя поверхность стены находился в пределах 1,2 – 2,4 К, что значительно лучше нормируемого перепада - < 4 К.

Морозостойкость полистиролбетона плотностью D1000, прочностью на сжатие 8,5 МПа составила F100 без видимых внешних разрушений и потери массы.
Результаты проведенных испытаний доказали применимость крупных простеночных блоков из полистиролбетона для использования в строительстве жилых зданий высотой до 5 этажей.

В 2006-2007 годах на основе разработанных авторами составов конструкционного полистиролбетона плотностями 1150 кг/м3, 1250 кг/м3, 1350 кг/м3 и 1450 кг/м3, в рамках выполнения экспериментальных исследований в ходе плановой научно-исследовательской работы, были изготовлены и испытаны 16 серий несущих балок для изучения их работы в качестве изгибаемых элементов.
Фрагмент полистиролбетонной балки во время испытания на изгиб показан на рисунке 1.

Фрагмент полистиролбетонной балки во время испытания

 

Общее количество изготовленных и испытанных балок - перемычек – 52 штуки. Рабочее армирование балок представлено арматурными каркасами из четырех стальных стержней марки А-III диаметром 10 и 16 мм (в нижней растягиваемой зоне бетона), а в поперечном направлении хомутами из проволоки Вр-I.
Авторами работы сравнивалось трещинообразование железобетонных балок - близнецов, изготовленных из конструкционного полистиролбетона и ячеистого бетона условного класса по прочности В10- В12,5.

Расположение трещин на поверхности образцов балок свидетельствовало о том, что разрушение балок происходит по наклонным сечениям на околоопорных участках от воздействия двух грузов, приложенных в средней части пролета. Трещиностойкость нормальных сечений испытанных балочных образцов из полистиролбетона превышала теоретически рассчитанную величину по формулам Пособия по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов (к СНиП 2.03.01-84*) [4] на 40%.
Установлено, что конструкционный полистиролбетон более однороден, в нем трещины развиваются более равномерно, за счет влияния основного заполнителя – гранул пенополистирола. Первоначально при приложении ступенчатой нагрузки в материале образуется много трещин одного уровня, особенно микротрещин. Далее, когда микротрещины перестают сдерживать друг друга, возникают через стадию хрупкого разрушения мезотрещины. Их количество в 2,5 – 4 раза меньше. Далее при достаточном количестве мезотрещин появляются макротрещины.

По данным, приведенным в монографии С.М. Скоробогатова [5], ячеистый бетон более неоднороден. В этом материале на более ранних стадиях нагружения появляются более крупные мезо- и макротрещины.
Таким образом, поведение полистиролбетона под действием нагрузки при одинаковом классе бетона по сравнению с ячеистым бетоном более предсказуемо, и поэтому этот материал более надежен. Приведенные анализ результатов и выводы повлекли за собой необходимость формулировки рекомендаций в проектировании несущих конструкций из полистиролбетона.

При проектировании несущих конструкций из полистиролбетона, рекомендуется применять повышенные значения расчетного сопротивления на растяжение Rbtn относительно величин, принятых для ячеистого бетона класса В10 и В12,5 в табл. 4 п. 2.10 Пособия по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов (к СНиП 2.03.01-84*) приблизительно на 20%. Это также соответствует полученным в результате экспериментов повышенным значениям прочности на осевое растяжение.

При значении эксплуатационной нагрузки установленной при 0,6 разрушающего момента опытные перемещения образцов балок из конструкционного полистиролбетона были ниже теоретически рассчитанных, как для балок из ячеистого бетона по формулам из Пособия по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов (к СНиП 2.03.01-84*) на 30 %.

Экспериментально подтверждено, что на жесткость балок из полистиролбетона в стадии после образования трещин оказывает влияние относительно высокое сцепление полистиролбетона с арматурой, поэтому авторами предлагается принимать значение коэффициента φls (В 7,5-В 12,5), учитывающего влияние данного фактора (табл. 36 СНиП 2.03.01-84*), вместо 0,8 равным 1,0 в формуле:

 

где es,tot / h0 ≥ 1,2 / φls, h0 – высота элемента до нижней рабочей арматуры , φm – коэффициент, определяемый расчетом.

Расчет жесткости балок из конструкционного полистиролбетона с учетом предлагаемого авторами значения коэффициента дает результаты, близкие к опытным.
Испытанные несущие конструкции из полистиролбетона по своим прочностным, деформационным и теплоизоляционным характеристикам на 20-30% превышают существующие несущие конструкции из ячеистого бетона и керамзитобетона в том же диапазоне плотностей материала.

Практическая реализация проведенных авторами исследований обеспечена разработкой проекта Градостроительных норм Свердловской области «Бетонные и железобетонные конструкции из полистиролбетона», в который вошли основные результаты плановой научно-исследовательской работы, ТУ 5828-003-25057366-06 «Перемычки из полистиролбетона», новых редакций ТУ 5745-001-20875427-02 «Смеси полистиролбетонные», ТУ 5767-002-20875427-02 «Блоки полистиролбетонные» и «Рекомендаций по применению полистиролбетона в строительстве» для ООО Корпорации «Маяк» г. Екатеринбург.

На основании проведенных в ОАО институт «УралНИИАС» исследований совместно со Строительным факультетом ГОУ ВПО УГТУ-УПИ можно с уверенностью утверждать о том, что разработанные конструкции стеновых блоков и перемычек из полистиролбетона удовлетворяют требованиям СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры», допускается их рассчитывать по методике принятой в настоящее время для расчета несущих конструкций из ячеистого бетона, с необходимым запасом прочности.

Область применения несущих полистиролбетонных блоков и перемычек в строительстве ограничена жилыми и общественными зданиями высотой до 5 этажей и жилыми многоэтажными зданиями из монолитного железобетона (в качестве самонесущих ограждающих конструкций в пределах одного этажа).
Конструкции несущих стеновых блоков и перемычек из полистиролбетона были внедрены на опытном участке, на объекте гражданского строительства в г. Екатеринбурге (двухсекционный жилой дом с подземным паркингом в переулке Базовом).

Список литературы
1. ГОСТ Р 51263-99 Полистиролбетон Технические условия / Госстрой России – М.: ГУП ЦПП, 1999. – 20 с.
2. Носков А.С., Филиппов В.П., Беляков В.А. Проектирование составов конструкционного полистиролбетона с использованием современных химических добавок // Бетон и железобетон в Украине – 2005. № 4 (26). – С. 8-13.
3. Беляков В.А., Руднов В.С. Изготовление полистиролбетона. Экологическое значение использования отходов металлургического производства. р. Конструкционные материалы для стен // СтройПрофиль № 2(32) – Санкт-Петербург, 2004. – С. 14.
4. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов (к СНиП 2.03.01-84*) / Госстрой СССР - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 81 с.
5. Скоробогатов С.М. Принцип информационной энтропии в механике разрушения инженерных сооружений и горных пластов. – Екатеринбург: УРГУПС, 2000. – 420 с.

__________________________
 

Кандидат Технических наук В.А. БЕЛЯКОВ, кандидат технических наук  В.А. НИКИШКИН

 ОАО Уральский научно-исследовательский институт архитектуры и строительства.

 


Страница: 1 2 3 4 5

Продавливание железобетонных плит перекрытия колоннами

В настоящее время большое количество зданий выполняется с плоскими плитами перекрытия, опирающимися в большинстве случаев точечно на колонны. Это продиктовано потребностью в обеспечении свободных планировочных решений.

Стены жилых и общественных зданий из сборных элементов

Современный взгляд на экономику России предполагает снижение энергозатрат во всех областях жизнедеятельности, в том числе и при строительстве жилых и общественных зданий. Этот взгляд нашел свое отражение в современных строительных нормах (СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий").

Долговечность стеклопластиковой арматуры в многослойных ограждающих конструкциях

В настоящее время наиболее перспективным направлением улучшения теплозащитных характеристик наружных стен является переход на многослойные ограждающие конструкции с эффективным и легким утеплителем.

Конструкции из полистиролбетона для строительства жилых зданий, сочетающие несущую и теплоизоляционную функции

Исследования полистиролбетона, как материала несущих строительных конструкций, обладающего неплохими теплоизоляционными характеристиками, в ОАО «Уральский научно-исследовательский институт архитектуры и строительства» (бывшая научная часть Уралпромстройниипроекта) были начаты еще в середине 1980-х гг.

Страница: 1 2 3 4 5


 

© 2017 ОАО
«Уральский
научно-исследовательский
институт архитектуры и
строительства»

Контакты

тел.: +7 (343) 374-48-50

факс: +7 (343) 378-89-20

Коммерческий отдел:
+7 (343) 365-47-18

e-mail:as-a-uralniias@nlmk.com

620137, Екатеринбург, а/я 330,
ул.Блюхера, 26   [схема прое зда]

www.uralnias.ru