Опыт эксплуатации изделий из ячеистых бетонов

ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ
Первые натурные исследования ячеистобетонных конструкций в нашей стране проводили И.Т. Кудряшев, Б.Ф. Васильев, Н.К. Де вятова, а также Е.И. Бабенко и Е.И. Шестеперова, Г.М. Щербо, П.А. Теслер и др.
В последние годы натурными исследованиями конструкций из ячеистых бетонов занимались во ВНИИжелезобетоне 26, 30, НИИЖБе 33 и других организациях. Поведение ячеистобетон ных конструкций в производственных сельскохозяйственных зданиях изучается в НИИ строительства Госстроя Эстонской ССР 26. Вопросы поведения ячеистобетонных конструкций в эксплуатационных условиях исследовали Я. Гранхольм 09, С.Д. Сведн сен ПО, , О. Граф и Г. Шеффлер 2, А. Рихтер 3 и С. Бергстрем 08. Они рассматривали, главным образом, изменение влажности ячеистого бетона и сохранность облицовок зданий со стенами из него, а также деформации бетона в изделиях 2. Однако проявление этой деформации не связывалось с другими процессами, происходящими в бетоне в условиях эксплуатации. Несмотря на сравнительно широкий круг работ по натурным исследованиям ячеистобетонных конструкций, не были сопоставле.. ны дефекты, возникающие в этих конструкциях в различных условиях эксплуатации, с дефектами, принятыми нормативными документами в качестве критерия при оценке пригодности ячеистого бетона. Вследствие этого факторы, агрессивно действующие на ячеистые бетоны в эксплуатационных условиях, не изучались, а основное внимание обращалось на фиксацию дефектов в ячеистобетонных конструкциях. Учитывая это, в проведенных нами натурных исследованиях, помимо обобщения опыта эксплуатации конструкций из ячеистых бетонов, были выявлены факторы, агрессивно действующие на долговечность ячеистых бетонов в различных условиях эксплуатации.
Основные особенности предлагаемой методики натурных исследований — систематичность фиксации изменений свойств ячеистых бетонов с момента выхода изделия из автоклава и в течение ряда лет эксплуатации, а также комплексность фиксируемых изменений свойств бетона.
Выполняли визуальный осмотр конструкций с зарисовкой и фотографированием. Определяли влажность бетона, его химический состав и размеры деформации. В ряде случаев вытаивали образцы бетона для определения предела прочности при сжатии и стальной арматуры для определения степени коррозии. Всего было обследовано около 00 производственных и жилых зданий со сроком эксплуатации до 40 лет. Конструкции в этих зданиях были представлены мелкими и крупными блоками и панелями стен, мелкими и крупными плитами покрытий из пено и газобетона, пеносиликата, газошлакосиЛиката и газошлакозо лосиликата, пено и газозолобетона (табл. и 2).Обследованные производственные здания можно разделить на две группы. К й — относятся объекты с нормальным темпе ратурно влажностным режимом, относительная влажность воздуха в них не более 60%, способы производства с повышенным выделением влаги не применяются, системы отопления и вентиляции работают исправно, кровля находится в хорошем состоянии. Ко 2 й группе отнесены здания с повышенной относительной влажностью воздуха, а также с непосредственным контактом ячеисто бетонных конструкций с жидкой влагой.Внешнее состояние конструкций. По виду отделки фасадной поверхности обследованные конструкции стен можно разделить на следующие группы: без отделки, окрашенные, офактуренные раствором с окраской, офактуренные каменными дроблеными материалами, офактуренные штучными материалами — керамическими плитками, стеклянной плиткой ириской, а также боем плитки; с отделкой «Декор».Одно и двухэтажные здания в Риге со стенами из мелких газобетонных блоков без отделки фасадной поверхности эксплуатируются около 40 лет. Блоки имеют ровную, гладкую поверхность, четкие углы и грани (рис.). Результаты обследования этих зданий позволяют прийти к выводу, что стены из мелких газобетонных блоков достаточно долговечны без какой либо защиты их фасадной поверхности от атмосферных воздействий.Из красок, которыми окрашивали фасады обследованных зданий, наиболее употребительны известковые, перхлорвиниловые, цементные и на основе стирол бутадиеновых латексов. Как правило, при обследованиях обнаруживались дефекты нанесения окрасочных составов. Небрежно очищена поверхность от пыли и масляных пятен, отсутствует шпаклевка, покрытие нанесено в один слой без грунтовки и др. Эти дефекты, независимо от вида окрасочного состава, приводят к неудовлетворительному внешнему виду окрашенных фасадов зданий уже через 2—3 года эксплуатации. В то же время с увеличением срока эксплуатации дальнейшее изменение внешнего вида зданий зависит не только от качества, но и от вида окраски. Известковая покраска после 4 летней эксплуатации представляет собой отдельные пятна на общей плошали фасада со смытой или отслоившейся краской. После 7 лет эксплуатации первоначальный цвет перхлорвиниловой краски значительно изменяется. Окрашенная поверхность выцветает и приобретает сероватый оттенок. Однако отслоений этой краски в 7 летнем возрасте не отмечено. Цементные краски и краски на основе сти ролбутадиеновых латексов аналогично изменяются уже после 5 6 лет эксплуатации. Следует также отмстить разнотонность окраски панелей в случае, если окончательная их отделка выполнялась в заводских условиях. Но главное, ни один из обследованных окрасочных составов не предохраняет поверхностный слой ячеистого бетона от появления трещин.
Характерный дефект поверхности пенобетонных панелей отслаивание цементной пленки. Цементная пленка образуется при формовании панелей, а отпадает в процессе эксплуатации. После, 5—2 лет эксплуатации на более чем 70% пенобетонных панелей появляются участки с отслоившейся пленкой. У конструкций из а юбетона этого дефекта нет.Рассмотрим состояние фактурных слоев из различных раствори». В обследованных зданиях по способу выполнения отделочных слоев и по использованным для них материалам можно выделить следующие виды отделок растворами: офактуривание плотным раствором автоклавного твердения и поризованным раствором автоклавного твердения; оштукатуривание цементным и сложным раствором.Конструкции из ячеистых бетонов с отделкой автоклавными растворами возможно изготовлять только «лицом вниз», т.е. располагать отделочный слой на две формы. Поэтому поверхность автоклавного раствора получается разнотонной с пятнами от масла и высолами. К этим дефектам добавляются пятна от заделки штукатурным раствором механических повреждений, случающихся при распалубке и транспортировке изделия Таким образом, при, менение фактурных слоев из автоклавных растворов не освобождает от необходимости покраски изделий. Поэтому фасады всех обследованных объектов с фактурными слоями из автоклавных растворов были покрашены.
У всех осмотренных объектов отделочный слой из плотного автоклавного раствора имеет трещины, расположенные как беспорядочно, так и вдоль арматуры. Ширина трещин у зданий со сроком службы 3 года 0,2—0,3 мм, а со сроком службы 9 лет — до 0.5 мм. В панелях полосовой разрезки наиболее широкие трещины расположены вдоль арматурных стержней, а в панелях на комнату под и над оконным проемом и особенно от углов проема. При удалении отделочного растворного слоя отмечено, что трещины в нем в большинстве случаев повторяют характер трещин в бетоне панели. Трещинообразование у поризованного раствора аналогично плотному, однако трещин вдоль арматуры меньше, чем в плотном.Сцепление фактурного слоя из плотного автоклавного раствора с ячеистым бетоном повсеместно отсутствует. Так, в доме № 6 по ул. Челюскинцев в г. Березниках из 8 блоков первого ряда 4 (более 70%) имеют признаки отслоения фактурного слоя. В доме N 8а по ул. Парковой в Первоуральске из 52 панелей го этажа лишь 4 не имеют признаков отслоения фактурного слоя. Фактурный слой отделяется от панели, обнажая ровную поверхность, не имеющую каких либо признаков сцепления между зтим слоем и пенобетоном. По внешнему виду ячеистого бетона после удаления фактурного слоя совершенно незаметно, что он был ранее офактурен. Отпадению отделочного слоя препятствует лишь арматура, проходяшая из ячеистого бетона в этот слой. Неудовлетвориельно также сцепление поризованного раствора с ячеистым бетоном у крупных блоков. После 5—7 летней эксплуатации более 90% блоков имеют нарушенное сцепление раствора с ячеистым бетоном.
Как видно из приведенных данных, в эксплуатационных условиях не удается обеспечить совместную работу отделочного слоя из плотного или поризованного раствора автоклавного твердения средней плотностью 400— 500 кг м3 и ячеистого бетона. Причиной этому, по видимому, служит значительная разница деформации ячеистого бетона и раствора. При сравнимых условиях опыта усадка ячеистого бетона примерно в 3,5—4 раза больше усадки автоклавного раствора 22, 30. Ползучесть ячеистого бетона превышает ползучесть автоклавных растворов примерно в 2—3 раза 46, 89.
Значительное влияние на долговечность поризованных слоев на ячеистобетонных панелях оказывает вид ячеистого бетона и плотность поризованного бетона. Так, по данным ТВ. Косточки ной и Т.В. Щербаковой, сцепление поризованного раствора плотностью 200— 400 кг м3 с газосиликатом за 0— 2 лет эксплуатации зданий практически не уменьшилось. Они обследовали 30 объектов с газосиликатными конструкциями, изготовленными Ступинским заводом ячеистого бетона 44. В некоторых случаях в зданиях с повышенной влажностью отпадение плотного растворного слоя от ячеистобетонных стен обусловлено накоплением влаги под цементной штукатуркой в зимний период и размораживанием водонасышенного ячеистого бетона.
Обследованные дома со стенами, оштукатуренными сложным раствором, эксплуатировались от 4 до 40 лет. У некоторых домов в Риге стены из газобетонных блоков оштукатурены сложным раствором толщиной —, 5 см. Например, дом № 6 по ул. Сток голмес построен и оштукатурен в 1939 г. При обследовании этого дома П.В. Рудиным и В.И. Ивановым в 1948 г. штукатурка не имела видимых нарушений и хорошо держалась на стене. При обследовании, проведенном автором в 1962 г., отмечено значительное количество трещин в штукатурке и отслоение ее на отдельных участках. Трещины преимущественно вертикальные и главным образом под окнами. Ширина трещин 0,2 2 мм. В отдельных частях здания видны и горизонтальные трещины. Примерно на 30%. ающа ди фасадов го этажа штукатурка потеряла сцепление с газобетоном. Таким образом, потеря сцепления и отслоение штукатурки. от газобетона произошли в этом доме в течение 0—23 лет. Подобные нарушения наблюдаются и в других оштукатуренных домах. В доме № 5 по ул. Дзербенес отпадение штукатурки произошло на значительных участках, 2 и даже 3 го этажей.
Отпадение штукатурки из сложного и известкового растворов от газобетонных мелкоблочных стен после 0 5 лет эксат гтации отмечают также Я. Гранхольм и С. Сведсен, изучавшие сохранность облицовок стен зданий в Швеции и Норвегии 09, 0.
Таким образом, на стенах из мелких блоков штукат рка из сложного раствора выдерживает 0 летнюю эксплуатацию без заметных по внешнему виду повреждений. На штукатурке стен из крупных блоков трещины развиваются интенсивнее. Так. штукатурка крупных пеносиликатных блоков в Орше покрылась сеткой трещин после 3—4 лет эксплуатации, причем ширина некоторых трещин составила 0,2 мм. Усиленное развитие трещин в штукатурнмх слоях на крупных блоках связано с тем, что с увеличенном и «меров отделываемого изделия увеличивается влияние его деформации на деформацию отделочного слоя.
Разработанный в Уральском ПромстройНИИпроекте вид отделки каменными дроблеными материалами впервые начал широко применяться с 96 г. в Свердловске и Первоуральске. Натурные исследования ведутся с 96 г. на домах, офактуренных мелким и крупным щебнем из кварца, гранита, мрамора, горнблендита и красного строительного кирпича. После 23 летней эксплуатации никаких изменений качества этой отделки ни в одном из объек гоп не отмечено.
Рассмотрим состояние конструкций из ячеистых бетонов в промышленных зданиях й группы (см. табл. 2). Покрытие главного корпуса завода «Автозлектроприбор» в Риге, выполненное из газобстонных плит, обследовалось после 40 лет эксплуатации. Поверхность плит снизу ровная и гладкая, покрыта известковой покраской. Детально, с близкого расстояния, было осмотрено 30 плит. На трех из них отмечены еле заметные под слоем побелки поперечные волосяные трещины шириной 0, мм. Две плиты имели по очной, а третья — две трещины. Каких либо трешин на верхней поверхности плит под рулонным ковром не обнаружено. Состояние газобетонных плит хорошее (рис. 2). Иначе выглядят пенобетонные плиты, эксплуатировавшиеся 20 24 года.. У большинства плит с нижней поверхности отслаивается цементная пленка.О состоянии покрытий из крупноразмерных армированных плит (КАП) можно судить по результатам обследования а.мми ачпо компрессорного цеха, галереи газогенераторного цеха и деревообделочного цеха Березниковского комбината. Плиты в покрыт: этих объектов имеют хорошее состояние. Видимых нарушений, кроме усадочных трещин, в пенобетоне шириной 0, — 0,2 мм не обнаружено.
Для характеристики общего состояния стеновых панелей в производственных зданиях этой группы приведем данные обследования панелей в ограждениях объектов Уралмашзавода, экспериментальной базы Уралпромстройниипроекта и цеха Т 5 Новотрубного завода в Первоуральске. Панели изготовлены по серии СТ 02 6. Ограждения объектов Уралмашзавода выполнены из пенобетонных и газошлакозолосиликатных панелей. Все панели окрашены известковой или цементной краской. У пенобетонных панелей серьезным дефектом является отслоение плотной цементной корочки. У газошлакозолосиликатных панелей этот дефект отсутствует. Пенобетонные панели цеха Т 5 были офактурены апотным раствором автоклавного твердения. Отделочный слой потерял сцеп пение с ячеистым бетоном и частично отпал у 25% осмотренных панелей. На всех панелях с плотным облицовочным слоем обна р жено значительное количество трешин шириной 0. 0,2 мм (максимум 0,8 мм). Расположение трещин беспорядочное.
Пенобетонные панели здания экспериментальной базы отделаны каменным дробленым материалом. Случаи отслоений отделочного слоя или появления каких либо дефектов на них отсутствуют.
Обследования показали, что по внешнему виду газобетонные изделия, длительное время эксплуатирующиеся в промышленных зданиях с нормальным температурно влажностным режимом, вполне жизнеспособны и имеют высокие эксплуатационные качества. Отдельные дефекты за исключением трещин, обнаруженных у изделий после длительной эксплуатации, объясняются главным образом грубыми нарушениями правил эксплуатации. Аналогичен вывод и других исследователей 26, 30.
Пенобетонным изделиям повсеместно присущ недостаток — расслоения и отпадение цементной пленки. Это не только портит внешний вид конструкций, но и снижает толщину защитного слоя.
Рассмотрим теперь состояние ячеистобетонных конструкций при эксплуатации в цехах с повышенной относительной влажностью воздуха. Необходимо заметить, что в большинстве случаев применения ячеистобетонных конструкций во влажных условиях толщина их назначалась такой же, как и для нормальных условий эксплуатации Защита ячеистого бетона от увлажнения не предусматривалась. Это приводило к прогрессирующему увеличению влажности ограждения и снижению морозостойкости ячеистого бетона. Стальная арматура в обследованных конструкциях, эксплуатировавшихся при повышенной влажности, защитными обмазками при изготовлении изделий не покрывалась. Однако даже при этих условиях ячеистобетонные, а особенно газобетонные, конструкции проявляют довольно высокую жизнестойкость. Например, покрытие автоклавного отделения цеха газобетона Рижского цементно шиферного завода выполнено из газобетонных плит плотностью 900 000 кг м3 размером 2500x500 мм. Толшина плит 20 мм вместо требуемой по теплотехническому расчету для покрытия этого цеха 220 мм.
Инженеры П.В. Рудин и В.И. Иванов обследовали состояние плит этого цеха после 0 лстней эксплуатации. Они отметили, что нижняя поверхность плит не оштукатурена и не покрашена. Никаких трещин в газобетоне или признаков коррозии не обнаружено.
Автором было обследовано это покрытие после 23 лет эксплуатации. Около 75% плит имели видимые нарушения — в основном, отпадение защитного слоя и обнажение арматуры. Однако визуально фиксируемых прогибов или потери несущей способности ни у одной из плит не отмечено.
Обследование пенобетонных конструкций, эксплуатирующихся более 20 лет при повышенной влажности, показало, что характер появляющихся в них дефектов в целом аналогичен рассмотренным выше. Однако отпадение цементной пленки в этих условиях эксплуатации особенно ухудшает состояние пенобетонных конструкций, так как уменьшает защитный слой бетона и способствует коррозии арматуры.
Результаты визуального обследования конструкций из ячеис тою бетона, эксплуатирующихся длительное время в промышленных зданиях 2 й группы, показывают, что в таких условиях необходима специальная защита ячеистобетонных конструкций от увлажнения.
Влажность бетона. Допускаемая величина отпускной влажности для ячеистого бетона на кварцевом песке по нормам составляет 25, а для бетона на золе — 35% по массе. По СНиП 3 79 (с изм.) установившаяся влажность ячеистого бетона в зависимости от его вида и условий эксплуатации принимается равной 8—22%. Вследствие разных величин отпускной и нормируемой установившейся влажности термосопротивление ограждения из ячеистого бетона в первые годы эксплуатации будет меньше запроектированного до того момента, когда фактическая влажность бетона снизится до уровня, принятого СНиП.
Изменение влажности бетона влияет не только на его теплофи зические свойства. С ним также связано развитие влажностной усадки. Уровень влажности ячеистого бетона во многом определяет его стойкость при замораживании и оттаивании. От величины влажности бетона зависит его реакционноспособность по отношению к газовым составляющим окружающей атмосферы. В армированных конструкциях влажность бетона часто является фактором, контролирующим развитие коррозии стали. Все это обусловливает особое влияние уровня влажности и характера его изменения на эксплуатационные свойства и долговечность конструкций из ячеистого бетона.
При исследовании влажности газозолобетонных стен жилых домов в Свердловске пробы отбирались из стен, ориентированных на север, северо восток или северо запад. Период отбора проб декабрь январь. Пробы отбирали шлямбуром диаметром 2 мм через 5 см по всей толщине панели. Были отобраны пробы из 69 панелей в 42 домах с отделкой каменными дроблеными материалами и из 8 панели в 33 домах с отделкой «Декор» (рис. 3.).
Корреляционное отношение этого уравнения для панелей с отделкой каменными дроблеными материалами равно 0,833, а для панелей с отделкой «Декор» 0,623. Коэффициенты А, В, С и D соответственно равны 7,4; 38,6; 26,4; 6,2 и 4,8; 6, 8; 00,6; 56,9.
Полученные результаты показывают, что по среднестатистическим данным нормативная влажность газозолобетона (для условий Свердловска 5% по массе) устанавливается в панелях с отделкой «Декор» после 3,7 лет, а в панелях с отделкой каменными дроблеными материалами после 4,3 лет эксплуатации. В последующие годы интенсивность естественной сушки панелей уменьшается. После 3— 4 лет эксплуатации среднестатистическая влажность достигает 0% по массе и дальнейшее ее уменьшение малозаметно. Эту величину влажности можно считать установившейся. Она в, 5 раза меньше уровня влажности газозолобетона, Hop Hpve oro СНиП.
В табл. 3 даны разовые определения влажности стен из ячеистых бетонов, эксплуатировавшихся как без отделки, так и с различными отделками фасадной поверхности. В стенах, не имевших с фасадной стороны плотных отделочных слоев, влажность ячеистых бетонов быстро снижается до уровня, нормируемого СНиП. Так, влажность газошлакосиликата в середине стены снизилась за, 5 года эксплуатации с 25 до 5%. Влажность пенобетона в середине стены через 3 года службы составила, 3, а под отделочным слоем 5,7%. Средняя влажность в этом случае меньше уровня 0%, установленного СНиП для этого бетона при эксплуатации в условиях Свердловска.В 5, 40, 78, 99 приведены данные о быстром уменьшении влажности до нормативного уровня стен из газобетона, пеносиликата, газосиликата при обеспечении свободного высыхания. Отделка наружной поверхности плотными растворными слоями или штукатурка могут существенно замедлить высыхание стен. Например, ненобетонные стены жилых домов в Свердловске и Березниках с отделкой цементным раствором толщиной 7— 0 мм после 2,5— 3 лет эксплуатации имели влажность в, 5—2 раза выше нежели аналогичные стены с известковой покраской. Фактурный слой из поризованного раствора и штукатурка из сложного раствора значительно благоприятнее сказываются на влажностном режиме стен из ячеистого бетона. Максимальная влажность пенобетона в стене с фактурным слоем из поризованного раствора после 7 лет эксплуатации наблюдается в середине стены и составляет 0%. На основании этих данных можно было бы прийти к выводу, что стены жилых зданий из всех видов ячеистых бетонов с отделкой достаточной паропроницаемости в первые же 3—5 лет эксплуатации высыхают до уровня, предусмотренного СНиП.СНиП не нормирует срок эксплуатации, в течение которого влажность ячеистого бетона должна снизиться до нормативного уровня или величину обеспеченности этого уровня в зависимости от срока эксплуатации. В то же время даже результаты единичных опытов, приведенные в табл. 3, а также в 5,78,99, показывают, что в зависимости от вида бетона и отделки скорость высыхания ячеистобетонных стен может существенно меняться. У ячеистого бетона возможный относительный разброс значений влажности в первые годы эксплуатации выше, чем у других стеновых материа лов, ввиду повышенной его начальной влажности и более резкого различия проницаемости ячеистого бетона и отделочных слоев по «сравнению с этим различием в стенах из других материалов, напри мер кирпича или керамзитобетона. Поэтому при оценке характера изменения влажности ячеистобетонных стен необходимо использо4 вать такое количество опытов, которое позволит получить статис ч тически обоснованные результаты.
Анализ кривых доверительного интервала (см. рис. 3), определяющих область возможных колебаний влажности газозолобетон ных стен в различные сроки эксплуатации при надежности 0,95, показывает, что вплоть до 2 го года эксплуатации почти все стены имеют влажность выше нормируемой СНиП, т.е. выше 5%, и поэтому обеспеченность нормативной влажности в этот период близка к нулю. Между 4 и 5 м годами эксплуатации она возрастает до 50%. Лишь к 0 му году эксплуатации влажность всех панелей понижается до 5%, а обеспеченность нормативной влажности становится равной 00%. $ некоторых производственных сельскохозяйственных здани o мечена повышенная влажность ячеи сто бетонных стен. Напримс, плажиость пеносиликатных стен птичника толщиной 20 см с и ментной штукатуркой толщиной 2 3 см в совхозе им. В.И. Лени) Московской обл. после 0 лет эксплуатации была 65—67% по се, что более чем в 2 раза выше начальной влажности. Неоштукат репные участки этих же стен имеют влажность в наружном c 3, %, а в середине —, 6% по массе. Повышение влажности бетон в этом случае объясняется неправильным конструктивным реил пнем стен: недостаточной их толщиной и устройством отделочны слоев, задерживающих в стене влагу. Отсутствие препятствий дл; высыхания стен улучшает их влажностный режим даже при экс нлуатации в зданиях с повышенной влажностью.Рассмотрим влажностный режим ограждающих конструкци промышленных зданий. На рис. 4 показаны влажность и деформа ция газошлакозолосиликатных панелей ограждения копра шахть Магнетитовая бис в Нижнем Тагиле. Замеры проводили в течений 5 лет. Отмечена четкая зависимость между влажностью воздуха в помещениях и бетона в панелях. Относительная влажность воздухг в зимний период в помещениях копра составляет в среднем на от метке +9 ~ 85%, на отметке +32 ~ 80% и на отметке + 56 ~ 70%, Влажность бетона панелей в помещениях на отметках +32 и +56 неуклонно снижается, а в помещении на отметке +9 повышается. О влажности пенобетонных панелей можно судить по результа там обследования панелей серии СТ 02 6, эксплуатировавшихся в ограждениях цеха Т 5 Первоуральского Новотрубного завода и Блока цехов сварных металлических конструкций в Свердлов ске Средняя влажность бетона в панелях южных стен после 2 лет эксплуатации не превышает 6, а в панелях, обращенных на север, 0% но массе.
Некоторые данные о влажности ячеистого бетона в покрытия* промзданий, полученные нами при разовых обследованиях, при ведены в табл. 4. Они показывают, что влажность ячеистого бетона заиисит от условий эксплуатации. Показательно в зтом отношении покрытие газобетонного цеха Рижского цементно шиферного ком бниата. В плитах покрытия автоклавного отделения этого цеха влажность бетона под рулонной кровлей 35,2%, в середине плиты 7,5% и с нижней поверхности —, 24%, в то время как в плитах покрытия отделения распалубки этого же цеха с относительно» влажностью воздуха около 60%, влажность газобетона в слое пог кровлей лишь 7%, т.е. в 5 раз меньше, чем у плит автоклавной отделения.В 1939— 1940 гг. И.Т. Кудряшев исследовал влажность пенобе тонных плит покрытий цехов тракторного завода в Челябинске Через год и 8 мес эксплуатации влажность плит оказалась в сред нем 2,5%. По данным наших обследований, влажность плит пост 24 лет эксплуатации составляет в верхнем слое 2,4—3, ; в сред нем 2,7 4 и в нижнем 2,6—2,9% по массе. Следовательно, за корогкий срок около 2 лет влажность пенобетона снизилась в среднем до 2,5—3% и в последующем не изменялась.
Можно заключить, что покрытия из ячеистого бетона в цехах относящихся по условиям эксплуатации к й группе, быстро вы сыхают и имеют в эксплуатационных условиях весьма низкую влажность даже в слое бетона под кровлей.Как уже отмечалось, конструкции из ячеистых бетонов применялись в зданиях с повышенной влажностью среды без теплотехни ческого обоснования их толщины. Недостаточная толщина ячеис, тобетонных конструкций и отсутствие условий для их высыхания приводили к тому, что они при эксплуатации имели повышенную влажность, зачастую даже выше начальной (см. табл. 4).
Влажностное состояние наружного поверхностного слоя стены из ячеистого бетона заслуживает особого внимания, гак кгк этот слой подвергается непосредственному влиянию атмосферных осадков. По нашим опытам, влажность наружного поверхностного слоя панели на глубине до 3 см при непрерывно моросящем дожде длительностью 48 ч увеличилась с 7 9 до 0 2% по массе. На крыш ной станции Свердловской гидрометеостанции в течение 3 лет ис пытывались образцы ячеистых бетонов с различной отделкой и без нее. Испытания преследовали цель выявить количественные изменения влажности поверхностного слоя ячеистобетонной стены при косых дождях. Начальная влажность образцов составляла 20 25% по массе. Наблюдения показали, что количество влаги, поглощенное через открытую поверхность бетона, может при неблагоприятных условиях равняться 50 80 г дм2. Влажность образцов изменяется скачкообразно, увеличиваясь в период косых дождей в несколько раз. Среднегодовое количество увлажнений и высыханий бетона в Свердловске при перепаде влажности более 0,9% по массе составило около 25 циклов. Даже при дождях незначительной интенсивности влажность поверхностных слоев бетона на глубину до 0 мм увеличивается с 6 2 до 25—40% по массе.
Особый интерес представляет влияние глубины проникания влаги в толщу стены на поведение арматуры. В табл. 5 приведены некоторые результаты опытов, проведенных нами на Свердловской Изменение влажности бетона может составить 25 метеостанции. Плотность бетона 700 кг м3. Образцы были ориенти
рованы фасадной поверхностью навстречу ветру. Отмечено резкое увеличение влажности поверхностных слоев толщиной 3 см. Лишь при затяжных дождях возможно ощутимое увеличение влажности бетона и на большей глубине. Можно отметить, что увеличение влажности бетона при затяжных дождях происходит не только от непосредственного увлажнения, но и вследствие сорбционных. И процессов. Влияние их тем сильнее, чем длительнее дождь.
Деформация бетона. Как отмечалось выше, в мелких блоках из ячеистого бетона трещины практически не развиваются, даже если стены из этих блоков эксплуатируются без отделки. Другая картина наблюдается у крупных блоков и стеновых панелей. Трещины в этих конструкциях во многих случаях наблюдаются еще до начала эксплуатации. С увеличением размеров блоков и панелей интенсивность образования и ширина трещин возрастают. Размер плит покрытий также оказывает существенное влияние на ширину трещин. В мелких плитах покрытий в зданиях с нормальными условиями эксплуатации трещины весьма малочисленны, их ширина не превышает 0, 5 мм. Заметим, что длительность эксплуатации этих плит достигла 40 лет. В крупноразмерных изделиях, например, в плитах КАП, уже в первые годы эксплуатации ширина трещин составляет 0,2 мм и более.Наблюдения показали, что во всех случаях с увеличением размеров изделия из ячеистого бетона ширина и количество трещин в нем при всех прочих равных условиях увеличиваются. Это вызвало необходимость особо детально исследовать деформации и образование трещин в крупноразмерных изделиях с момента выхода их из автоклава и в течение ряда лет эксплуатации.Опыты длились более 5 лет и включали наблюдения за панелями, расположенными на складе и смонтированными в здания. Для замера деформации в панелях на глубине 4 см были закреплены марки (реперы). Измерения проводили индикатором с удлинителем на базе 800 мм. Параллельно исследовали влажность бетона, его химический состав, зарисовывали и фотографировали трещины. Влажность бетона панели определяли в слоях толщиной 4 см. Отбор проб бетона и замеры длины в течение первых 2 лет испытания осуществляли через каждые полмесяца, а впоследствии — через месяц. Прочность при сжатии газошлакосиликата была 5, а пенобетона 4 МПа при плотности 750—800 кг м3. Расход портландцемента при изготовлении пенобетонных панелей 300 кг м3. Запаривали их по режиму S+4+8 при 0,8 МПа. Газошлакозолосиликат состоял из известково шлакового вяжущего (450 кг м 3) и золы уноса (270 кг м). Состав вяжущего, %: шлак гранулированный 80, из весть кипелка 5, гипс 5. Удельная поверхность вяжущего 4000 см2 г. Газошлакозолосиликатные панели запаривали по режиму 0+4+8 при 0,8 МПа.Примечание. До черты приведены данные для газозолобетона, после черты для пенобетона.Исследование влажности ячеистобетонных констр киий позво ляет сделать некоторые выводы. Установившаяся влажность ячеис тобетонных конструкций в зданиях с нормальным температурно влажностным режимом в, 5—2 раза меньше значения, установлен ного СНиП для теплотехнических расчетов. Срок эксплуатации, в течение которого влажность стен из ячеистого бетона достигает нормативного уровня, зависит от вида бетона и условий эксплуа тации и, например, в условиях Среднего Урала для газозолобетон ных панелей жилых зданий при обеспеченности 00% может соста вить 0 лет.Опыты с газошлакозолосиликатными панелям» на складе длились около, 5, а с пенобетонными около 2,5 лет. За этот период влажность наружных слоев газошлакозолосилнкатных панелей снизилась с 7,5 до 0%, а середины с 2, 5 до 20% по массе. Соответственно у пенобетонных панелей влажность уменьшилась с 5 до 6,5% и с 20,5 до 4,5%. Средняя влажность пенобетонных панелей снизилась с 7,8 до 0, а газошлакозолосилнкатных — с 9,5 до 5,5% по массе. Деформация пенобетонных панелей состан вила 0,28, а газошлакозолосиликатных — 0,3 мм м. На панеля образовалась сетка волосных трещин. К концу опыта ширина неко торых трещин достигла 0,2 0,3 мм. Деформация панелей на складе четко соответствовала сезонным изменениям температуры возду ха. Амплитуда колебаний деформаций в периоды зима—лето 0,28 0,32 мм м при температурной амплитуде 30 42ОСНа рис. 5 показаны деформация и изменение влажности панелей в условиях эксплуатации. Влажность поверхностных слоев панеле интенсивно уменьшается с 6 8 до 4 8% по массе в течение nep вых 2 8 мес эксплуатации. В дальнейшем в этих слоях она сни жается до 3—5% и остается на этом уровне, подвергаясь сезонны; колебаниям. Влажность в середине пенобетонной панели уменьша ется с 6 до 0% в первые 8 мес эксплуатации, а у газошлакоза лосиликатной с 2 до 5% в течение 8 мес. В дальнейшем влаж. 3 деформщиЯп7ноёёгонныГшнТ4 деформация гсзошлако ность бетона в середине панели снижается медленно. У газошлако: золоси.шкатных панелей; 5,7,8 влажность газошаакозолосшгикашсоот золосиликата после 42 мес эксплуатации она составила 4%, а у встственно в середине, в поверхностном слое изнутри помешрния «„т и ш пенобетона после 60 мес 6,5% по массе. После эксплуатации в течение 5 мес шири на некоторых трещин составила 0,2—0,3 мм. После 8 месячной эксплуатации фасад дома был покрашен и большинство трещин закрыто слоем краски. После, 5 лет эксплуатации раскрылись не только трещины, закрытые слоем краски, но и появились новые; Ширина первоначально образовавшихся трешин увеличилась незна чительно.В панелях с проемами трещинообразование обусловлено не l только перепадом усадки, но и неравномерностью деформаций, вызванных нагру жением панели. Глухие панели, в отличие от панелей с проемами, нагружены по всему сечению равномерно. Рас кръгтие трешин в них обусловлено, главным образом, перепадом Усадки по толщине панели. Этим объясняется разница в характере трещинообразования панелей глухих и с проемами.
Деформация бетона в простенках панели го этажа значи емов трещины распространены по всей площади панели и Игельно превышает деформацию бетона в перемычках. После 3 лет являются в разнообразных направлениях эксплуатации разница составила 0,86 мм м. Деформация бетона в
Контроль влажности и химического состава показал, что в пан простенках и в перемычках панели 5 го этажа после 2 лет эксплуа пшемами и без проемов снижение влажности и изменет г тип была одинакова, а через 3 года разница между деформациями химического состава происходит в одинаковой мере. Следовател простенка и перемычки панели 5 го этажа уменьшилась до 0, 4 мм но, особый характер трещинообразования в панелях с проемам. Изменения влажности бетона обеих панелей были совершенно Влияние С02, содержащегося в воздухе, на цементные бетоны и растворы нормального твердения в начале нашего века изучали Ц.. Лямин, А.Р. Шуляченко и др. Позднее этим вопросом занимались Л.А. Банков, В.А. Кинд, Ф.Ф. Лаптев, В.Н. Юнг, Борисова, С. Майерс и другие ученые. Они установили, что Г02 воздуха, взаимодействуя со свободным оксидом кальция и ичросиликатами цементного камня, образует малорастворимый и относительно устойчивый карбонат кальция и что наличие карбонизированного слоя на поверхности цементного бетона заметно повышает его прочность и стойкость. В результате этих исследоваст весьма медленно, так как пленка карбоната кальция, образующаяся в поверхностных слоях, препятствует распространению карбонизации в толщу изделия. В.М. Москвин 5 привел данные В.Н Чарномского и А.А. Байкова, а также результаты своих наблюдений, из которых следует, что карбонизация бетона в зависимости or его плотности распространяется на глубину —5 мм в течение юла.
Сведения о влиянии атмосферного С02 на автоклавные ячеистые бетоны до наших исследований отсутствовали. Анализ химического состава ячеистого бетона показал постепенное повышение содержания в нем углекислоты при увеличении длительности эксплуатации.
В табл. 7 приведена степень карбонизации бетона в средней но толщине части изделия. Плотность бетонов 750—900 кг м3.
В помещении на отметке +9, 3 относительная влажность воздух в среднем была 86%, а на отметке +32,5 — 75%. В помещении нД отметке +56,5 влажность воздуха колеблется в зимний период около 70%, а в летний снижается до 40—45%.Для панелей на всех трех отметках характерна интенсивная де формация в первые полгода эксплуатации. В дальнейшем на дефорт мации панелей, особенно на отметке +9, 3, сказываются сезонный колебания температуры воздуха и влажности бетона. Видно, что веТ личина деформации зависит от влажности бетона. Так, максималь ная деформация бетона на отметке +9, 3 составила 0,38 мм м, то время как на отметках +32,5 и +56,5 почти в 2 раза больше Соответственно влажность бетона панелей на отметке +9. 3 был более высокой, чем на отметках +32,5 и +56,5 (см. рис. 3).Химический и минералогический состав и прочность бетона а_ Рис 8 показаны пенобетонные образцы, выпиленные из сте Один из основных процессов, происходящих в бетонах при ююв _пшли жилого дома в Свердловске и обработанные раство эксплуатации, — карбонизация. Это объясняется тем, что продукты гидратации цементного клинкера разлагаются при возлействш Под степенью карбонизации понимается отношение СаО, связанного с углекислоты. При этом на них обозначился карбонизированный слой бетона (белый цвет). Видно, что после 5 лет эксплуатации карбонизация проникла почти на 3 см в глубину панели. Следовательно, за один год пенобетонная стена плотностью 750— 800 кг м3 карбонизируется на глубину около см. Граница карбонизированного и некарбонизированного бетона четко не прослеживается. Она размыта. Имеется переходная зона, в которой произошла лишь частичная карбонизация.В начале эксплуатации между степенью карбонизации наружных и внутренних слоев изделия сушествует значительный разрыв (табл. 8). В последующем разница в степени карбонизации поверхностных и средних слоев изделия несколько выравнивается. Например, степень карбонизации середины газобетонных стен жилого дома по ул. Агенскална, 7 в Риге после 20 лет эксплуатации бьша равна 6, 5%, а в поверхностных слоях — 8, 5%.
Таблица 8. Степень карбонизации бетона в различных слоях стены 50, а через 2 4 года 80—98%. Степень карбонизации слоя газобетона на глубине 9— 5 см от фасадной поверхности после 2—4 лет эксплуатации составляет 2 34%, а после 5 6 лет 75 9 %. Таким образом, повышенная плотность межпоровых перегородок, которой отличается вибрированный газобетон, не замедляет процесс карбонизации.
М. Матоушек и И. Мишковский определяли степень карбонизации ячеистого бетона плотностью 600—700 кг м3 в стенах производственных сельскохозяйственных зданий в Чехословакии после 3—4 лет эксплуатации 2. М. Матоушек и М. Мишковский отмечают, что у ячеистых бетонов изменение степени карбонизации по толщине стены плавное, без скачков, поэтому нельзя установить точную границу проникания карбонизации, как это иногда делается в отношении плотных бетонов.Автор определил, что скорость карбонизации ячеистого бетона при влажности его 5% по массе в, 4—, 5 раза меньше, чем при влажности 2— 5% 92 «. В связи с этим представляло интерес исследование степени карбонизации и образующихся продуктов бетона, длительное время эксплуатировавшегося при повышенных температурах, по сравнению с аналогичным бетоном, эксплуатировавшимся этот же срок в нормальных условиях.
Степень карбонизации пенобетона в покрытии сборочного цеха Сибсельмаша составила 3 —4 %, а кузнечно прессового — около 50%. Бетон в плитах покрытия ТЭЦ 3 имел степень карбонизации 45—48%. Степень карбонизации бетона аналогичных состава, технологии изготовления и плотности, эксплуатировавшегося тот же срок в плитах покрытий вентиляционных камер кузнечного цеха и цеха „300“ Челябинского металлургического завода, соответственно 64 и 65%.
Газобетон, прослуживший 2 год в обмуровке автоклава в Риге, имел степень карбонизации 56%, а такой же газобетон, прослуживший этот же период в стене неотапливаемого сарая, — 73% (рис. 9).Таким образом, хотя карбонизация ячеистого бетона при эксплуатации в условиях повышенных температур и пониженной влажности замедляется, но все же степень карбонизации бетона в этих условиях достигает 50—56%.
В образце из стены сарая обнаружены крупные до 0, —0,2 мм зерна кальцита с резкой псевдоабсорбцией и с показателями преломления Л =, 658, N =, 48. Кристаллы преимущественно прозрачные, но есть с бурыми гелевидными включениями. На термограмме этого образца большой зндоэффект при 9 0°С связан с диссоциацией кальцита.В образце из обмуровки автоклава обнаружены мелкие до 0,0 мм кристаллы карбонатов кальция. На кривой дифференциального температурного анализа (ДТА) два небольших эндотермических эффекта при 850 и 700°С, как первый, так и второй ассоциируются с С02 На рентгенограммах газобетона ясно выраженных отражений гидросиликатов нет. В образце из обмуровки автоклава карбонаты кальция представлены кальцитом (d равно 388; 305; 250; 228; 209; 92; 88 пм) и ватеритом (d равно 427; 328; 273; 228; 207; 84 пм). Отражение витерита с d = = 428 пм налагается на отражение кварца, а с d = 228 пм — на отражение кальцита, поэтому они увеличены по сравнению с истинной величиной. Кроме того, возможно есть небольшое количество арагонита (отражение d = 98,7 пм).Таким образом, карбонизация ячеистого бетона при повышенных температурах приводит к образованию не только кальцита, но и ватерита и, возможно, арагонита. Карбонатная структура бе топа, карбонизировавшегося в таких условиях, отличается мелкокристаллическим строением.
При исследовании образца из стены сарая было определено, что карбонаты кристаллизуются преимущественно в виде кальцита (с равно 386; 304; 250; 228; 209; 92; 88,7 пм). Г.Я. Амханиц кий и С.Н. Левин также констатируют, что карбонат в вибрирован ном газобетоне после естественной карбонизации в нормальных температурно влажностных условиях представлен кальцитом.По данным 3. Шаумана, при действии СО2 на CSH (), CSH () и тоберморит C5S6H5 образуется, кроме S C renn, сначала ва терит, который позднее превращается в стабильную модификацию — кальцит. Метастабильная фаза — арагонит образуется лишь в незначительной мере. Шауман считает, что морфология кристаллов тоберморита в ячеистом бетоне при его карбонизации изменяется незначительно, несмотря на то, что химический состав материала полностью изменился. Это, по его мнению, объясняет незначительное влияние карбонизации на прочность ячеистого бетона, отмеченное в его опытах 25. Проведенные исследования позволяют заключить, что карбонизация ячеистых бетонов, в отличие от плотных, не ограничивается поверхностным слоем конструкции. Это относится как к конструкциям стен жилых и производственных зданий, так и к покрытиям. Полная карбонизация ячеистобетонных конструкций происходит в первые 5—20 лет эксплуатации. При нормальных температурно влажностных условиях карбонат кристаллизуется преимущественно в виде кальцита. При повышенной температуре наблюдается также образование ватерита и некоторого количества арго нита.
На рис. 0 показаны результаты испытаний 93 газобетонных и 56 пенобетонных образцов, выпиленных из эксплуатируемых конструкций. Возраст пенобетонных конструкций 5—22, а газобетонных 20—23 года. Размер образцов кубиков в большинстве случаев от 4x4x4 до 6x6x6 см. Перед испытаниями их высушивали при Г05°С.Из конструкций, эксплуатировавшихся в ограждениях производственных? даний при нормальных температурно влажностных условиях, и из стен жилых зданий, было отобрано 5 газобетоннын и 52 пенобетонных образца. Плотность газобетонных образцов колебалась от 830 до 000 кг м3 при среднем значении около 900 кг м3, а средняя прочность составила около 5,2 МПз. Плотность пенобетонных образцов 700—850 кг м3, а средняя прочность около 3,2 МПа. О начальных характеристиках пенобетона имеются более четкие сведения, чем о характеристиках газобетона. По И.Т. Кудряшеву, пенобетон в плитах, изготовленных в Новосибирск.
Можно лишь констатировать, что средняя прочность газобетона в конструкциях, эксплуатировавшихся 20 и более лет в нормальных температурно влажностных условиях, составляет 75, а пенобетона 60% прочности, определенной по формуле В.В. Макаричева и Н.И. Левина. Заметим, что по этой формуле прочность ячеистого бетона плотностью 700 кг м3 равна 4,35 МПа, что ниже требуемой существующими нормами.
Была определена статистическая вероятность уменьшения прочности ячеистого бетона. Для этого результаты определения прочности образцов, выпиленных из эксплуатируемых конструкций, были обработаны математически в предположении, что среднеквадратичные отклонения фактической прочности и прочности, определенной по формуле В.В. Макаричева и Н.И. Левина, одинаковые. Для пенобетона вероятность уменьшения прочности равна 0,95—0,999, для газобетона в зависимости от плотности это значение колеблется от 0,8 до 0,999.
Уверенно можно констатировать значительное снижение прочности ячеистого бетона при эксплуатации во влажных условиях. Например, средняя прочность газобетонных образцов, выпиленных из конструкций, эксплуатировавшихся при повышенной влажности, составляла около 3 МПа при средней плотности бетона 900 кг м3. Это почти в 2 раза меньше прочности бетона в конструкциях, эксплуатировавшихся тот же срок при нормальных температ рно влажностных условиях, и в 2,5 раза меньше прочности, определенной по формуле В.В. Макаричева и Н.И. Левина