В этой статье автор дает краткую характеристику некоторых физико-механических свойств автоклавного ячеистого бетона, влияющих на разные аспекты применения, а также анализирует их связь с прочностью и плотностью.
УДК 691.327.33, 692.29
Г.И. Гринфельд, исполнительный директор Национальной ассоциации производителей автоклавного газобетона (НААГ)
Ключевые слова: нормативная классификация, плотность, автоклавный ячеистый бетон, теплоизоляция, деформативность, цемент, раствор, кладочный шов
Keywords: regulatory classification, density, autoclaved aerated concrete, thermal insulation, deformability, cement, mortar, masonry seam
Традиционно для ячеистых бетонов существует нормативная классификация по назначению. В ГОСТ 25485 она была жестко увязана с плотностью. Для автоклавных ячеистых бетонов классификация по назначению выглядела так:
— теплоизоляционный D300-D400 при В0,75-В1,5;
— конструкционно-теплоизоляционный D500-D900 при В1-В10;
— конструкционный D1000-D1200 при В7,5-В15.
При разработке ГОСТ 31359 в силу необходимости следования традиции классификация была сохранена по форме, однако изменена по содержанию. Теперь жесткой привязки к плотности в нормативе нет, а сама классификация выглядит следующим образом.
— теплоизоляционный – не ниже В0,35 и не выше D400;
— конструкционно-теплоизоляционный – не ниже В1,5 и не выше D700;
— конструкционный – не ниже В3,5 и выше D700.
Как видим, из классификации устранена жесткая привязка назначения бетона к его плотности. Физико-механические характеристики, учитываемые при расчетах прочности и деформативности конструкций, определяются через класс бетона по прочности при сжатии, а теплофизические, используемые при расчетах тепловлажностного режима конструкций, – через марку по средней плотности.
Это понятное и очевидное деление основных характеристик материала на две группы позволяет устранить из нормативного поля требования к минимальной плотности материала из соображений несущей способности, обеспечения прочности и надежности. Однако в нормативах содержится большое наследство, оставшееся от периода, когда ГОСТ 25485 распространял свое действие как на синтезированные в автоклавах гидросиликаты, так на поризованные цементно-песчаные растворы естественного твердения. Существенно ограничивают применение автоклавных ячеистых бетонов требования к минимальной плотности изделий для строительства в сейсмических районах (СП 14.15330) и требования к минимальной плотности 500, 600 или даже 900 кг/м3 ячеистобетонных оснований под навесные фасадные системы, содержащиеся в различных нормативах и рекомендациях разной степени весомости.
НААГ последовательно проводит работу по снятию нижних ограничений плотности автоклавных ячеистых бетонов, мотивируемых соображениями прочности и конструкционной надежности. В этой статье кратко перечислю некоторые физико-механические свойства материала, влияющие на разные аспекты применения автоклавных ячеистых бетонов и их связь с прочностью и плотностью.
Деформативность, кладочные швы
Для проверки деформативности бетонов, их прочностных характеристик и выявления прочности образуемых ими кладочных швов в 2013-2014 гг. в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко были проведены испытания фрагментов кладок из ячеистых бетонов автоклавного твердения девяти пар «марка по средней плотности / класс по прочности при сжатии». Отчет об испытаниях находится в свободном доступе на сайте НААГ (Научно-технический отчет «Определение нормального и касательного сцепления в кладке из блоков из автоклавного ячеистого бетона», ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, Москва, 2014).
Результаты определения характеристик бетона приведены в табл. 1.
Таблица 1. Характеристики исследованных ячеистых бетонов. Кубиковая и призменная прочность, модуль упругости
| № п/п | Марка бетона по средней плотности | Класс бетона по прочности при сжатии | Кубиковая прочность, МПа | Призменная прочность, МПа | Модуль упругости, МПа |
| 1 | D300 | В1,5 | 1,92 | 1,53 | 630 |
| 2 | D400 | В1,5 | 1,97 | 1,70 | 780 |
| 3 | D300 | В2,0 | 2,31 | 1,93 | 740 |
| 4 | D400 | В2,0 | 2,56 | 1,83 | 970 |
| 5 | D400 | В2,5 | 2,83 | 3,07 | 1310 |
| 6 | D500 | В2,5 | 3,86 | 3,43 | 1550 |
| 7 | D500 | В3,5 | 4,23 | 4,17 | 1930 |
| 8 | D600 | В3,5 | 5,31 | 4,57 | 1690 |
| 9 | D600 | В5,0 | 7,32 | 5,23 | 2430 |
Зависимость модуля упругости ячеистых бетонов от призменной прочности показана на рис. 1.
При испытании призм помимо данных о прочности при сжатии и модуля упругости были получены данные о предельной деформативности автоклавных ячеистых бетонов. Обобщенный график зависимости σ=f(ε) приведен на рис. 2. Разрушение призм для всех видов бетона происходило при деформациях 2,5-3 мм/м.
Проверка прочности кладочных швов на растяжение и срез показала, что кладка II категории (нормальное сцепление ≥120 кПа) возникает при использовании любого автоклавного ячеистого бетона прочностью В1,5 и выше просто по факту использования кладочных составов для тонкошовной кладки. Кладка с тонким швом всегда применима в сейсмике и практически всегда относится к I категории (нормальное сцепление ≥180 кПа).
Достигнутые при испытаниях результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2. Достигнутые при испытаниях значения адгезии растворных и клеевых кладочных швов
| № | Вид бетона | Осевое растяжение, кПа | Срез, кПа | ||
| TLM-раствор | ППУ-клей | TLM-раствор | ППУ-клей | ||
| 1 | D300 В1,5 | 174 | — | 361 | 338 |
| 2 | D400 В1,5 | 142 | 185 | 341 | 335 |
| 3 | D300 В2 | 177 | 180 | 419 | 438 |
| 4 | D400 В2 | 193 | — | 297 | 411 |
| 5 | D400 В2,5 | 212 | 238 | 657 | 502 |
| 6 | D500 В2,5 | 263 | — | 462 | 1095 |
Выводы по разделу:
— модуль упругости линейно связан с прочностью бетона;
— предельная деформативность не зависит от прочности и плотности и одинакова для всех автоклавных ячеистых бетонов.
Следствия:
— при проектировании изгибаемых конструкций предпочтение можно отдавать менее плотным бетонам при условии обеспечения достаточной фактической прочности – снижение нагрузки от собственного веса, повышение теплозащитных свойств конструкций, используемых для создания теплового контура здания;
— при строительстве в сейсмике среди равнопрочных предпочтение следует отдавать менее плотным бетонам, поскольку это снизит инерционные силы в системе без ущерба для прочности.
Механический крепеж
На прошлой конференции НААГ (Краснодар, 2013) нами были описаны результаты испытаний анкерных креплений в газобетоне марок D300, D400, D500 и D600.
Результаты испытаний графически отображены на рис. 3.
Полученные экспериментальные данные были обработаны в Центре ячеистых бетонов. В результате были получены две формулы для расчета вытяжного усилия анкеров. Первая формула распространяется на анкера, устанавливаемые в форвардную скважину и не создающие распора в материале основания. Пример такого анкера приведен на рис. 4.
Усилие Na, воспринимаемое заделанной в газобетон частью анкера la, вычисляется по формуле:
Вторая методика универсальна и позволяет учесть уплотнение бетона при расширении оболочки распорных анкеров. Формула расчета вытяжного усилия приобретает вид:
Достоверность методики расчета подтверждается сравнением экспериментальных значений вытяжного усилия с расчетными.
Выводы по разделу:
— усилие осевого выдергивания анкеров из автоклавного ячеистого бетона зависит в первую очередь от прочности самого бетона и, при существенном расширении анкеруемой части в теле материала при монтаже, также от плотности в силу уплотнения материала в зоне заделки и увеличения эффективного радиуса действия анкерующихся формой элементов анкера;
Следствия:
— при монтаже навесных облицовок на кладку либо закреплении чего-либо к кладке можно подобрать крепеж, обеспечивающий требуемое вытяжное усилие в зависимости от прочности основания;
— для закрепления навесных фасадных систем в СТО НОСТРОЙ введено конструктивное требование к материалу основания из ячеистых бетонов автоклавного твердения – класс по прочности не ниже В2,5, требования к минимальной плотности отсутствуют.
Сохранность при транспортировке
Специальных исследований с широким сбором статистики по зависимости сохранности при транспортировке от прочности и плотности материала блоков мы не проводили. Но отдельные наблюдения (например, за процентом боя при доставке автотранспортном по маршруту Санкт-Петербург – Мурманск, 1500 км) позволяют прийти к заключению, что транспортные нагрузки (тряска вертикальная и ускорения при разгоне и торможении) имеют сходство с сейсмическими. При этом интенсивность повреждения блоков, так же как и ненагруженной кладки, зависит от соотношения плотности и прочности.
Выводы по разделу:
— сохранность при транспортировке при прочих равных будет тем выше, чем больше отношение R/D, где R – фактическая прочность бетона с учетом влияния влажности, D – фактическая плотность бетона с учетом влажности. При этом повреждения углов блоков будут выше при их водонасыщении при конденсации под упаковочной пленкой.
Общие выводы:
Ни одно из действующих или действовавших конструктивных ограничений плотности автоклавных ячеистых бетонов не было обоснованно. Ограничения вводились на основании субъективного опыта и основывались на ложном представлении о линейности и неизменности во времени связи между физико-механическими характеристиками автоклавных ячеистых бетонов и их плотностью.
Из практически значимых нормативных ограничений сохранилось требование к минимальной марке по плотности D600, необходимой материалу несущих стен для строительства в сейсмических районах. Остальные нормативные требования не создают препятствий для широкого внедрения автоклавных ячеистых бетонов низких плотностей в практику строительства.
Вместе с тем предубеждения к применению низкоплотных материалов в качестве основы для устройства несущих конструкций остаются распространенными. Предубеждения основаны на стереотипах, основываемых на ложно трактуемом личном или заимствованном опыте. Как и другие ментальные паттерны, стереотипы, связывающие требования к материалу стен с какой-либо конкретной маркой по плотности, живучи и будут в течение длительного времени влиять на предпочтения потребителей.
Ускорение смены стереотипов возможно только при сознательном воздействии на потребителя. Для продвижения низких плотностей на рынок следует не пассивно удовлетворять потребности, а активно влиять на их формирование. Не удовлетворять спрос, а создавать его.
Библиографический список
1. ГОСТ 25485-89. Бетоны ячеистые. Технические условия.
2. ГОСТ 31359-2007. Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия.
3. EN 771-4:2011. Изделия для каменной кладки. Часть 4. Блоки из автоклавных ячеистых бетонов
4. EN 1996-1-1:2005. Eurocode 6. Design of masonry structures. Part 1-1. General (Еврокод 6. Проектирование каменных конструкций. Часть 1-1. Общие положения).
5. СП 14.13330.2011. Строительство в сейсмических районах.
6. Научно-технический отчет «Определение нормального и касательного сцепления в кладке из блоков из автоклавного ячеистого бетона», ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, – Москва, 2014.
7. Вылегжанин В.П., Пинскер В.А., Гринфельд Г.И. Крепление навесных конструкций к газобетонным стенам // Еврострой, № 4, 2014, с. 37-40.
8. Гринфельд Г.И., Сытова Е.Н., Лисунов П.А., Хведченя О.В. Сравнительные испытания анкерных креплений в автоклавном газобетоне в зависимости от формы дюбеля и плотности, прочности и влажности основания // Сборник докладов конференции «Современный автоклавный газобетон». – Краснодар, 15-17 мая 2013, с. 68-73.
