Многослойные стены с использованием пенополистирола.

Современные тенденции жи­лищного строительства, учиты­вающие повышенные требова­ния к комфортности и энерго­сбережению, разнообразие конструктивных решений, воз­ведение зданий при минималь­ной механизации строитель­ных работ потребовали новых конструктивных решений сте­нового заполнения.

Одним из вариантов, наиболее полно удовлетворяющим вышеизложенным требованиям, является конструкция трехслойной стены(многослойной стены), где внутренняя (несущая) часть может быть выполнена из кирпи­ча, бетонных или газобетонных блоков, дерева и т.д., наружная часть (самонесущая или навес­ ная) —из железобетона, облицо­вочного кирпича, облицовочной керамической плитки и т.д., а теп­лоизоляция стен достигается уста­новкой плоских теплоизоляцион­ных плит из экструдированного пенополистирола не­обходимой толщины между внут­ренним и наружным слоем.

Рис 1. Трехслойная стена с утеплением.

Традиционно в качестве тепло­изоляционного слоя применяются минераловатные плиты или пено­пласт, долговечность и теплоизоля­ционные свойства которых сильно зависят от влажности. Так, при уве­личении влажности теплоизоляционных материалов этого типа на 1%, коэффициент теплопроводно­сти их ухудшается на 4-6% .

В процессе их доставки, хране­ния, установки и эксплуатации ве­роятно увеличение влажности ма­териалов выше расчетной, что мо­жет привести к значительной по­тере ими теплоизоляционных свойств. Поэтому со стороны несущей стены перед теплоизоляци­ ей выполняется пароизоляцион­ный слой, а для «проветривания» изоляции между ней и облицов­кой должен быть организован сплошной воздушный зазор, что значительно усложняет конструк­цию стены и требует особой тща­тельности при выполнении работ.

Применение в 3-слойных сте­нах утеплителя  поз­воляет эффективно решить выше­ указанные проблемы с точки зрения достижения теплового ком­форта внутри здания и долговеч­ности конструкции.

Рис 2. Трехслойная стена

Для обеспечения устойчивости 3-слойной конструкции внутрен­ний (несущий) и наружный (за­щитный) слои соединяются между собой пластиковыми или металли­ческими коннекторами (рис. 2) с шагом 600 мм по высоте здания.

При выборе типа ограждаю­ щей конструкции следует учиты­вать степень огнестойкости и класс функциональной и конст­ руктивной пожарной опасности здания.

«Дышит или не дышит?»

Часто приходится слышать, что стена, изолированная пенополистирольными плитами, не будет «дышать», так как пенополистирол практически воздухо- и паронепроницаемы. В связи с этим приводим высказы­вание одного из основоположников строительной теплофизики, доктора технических наук Кон­стантина Федоровича Фокина:

«Гигиенисты рассматривают воз­духопроницаемость ограждений как положительное качество, обес­печивающее естественную вентиля­цию помещений. С теплотехниче­ской точки зрения воздухопро­ницаемость ограждений скорее отрицательное качество, так как в зимнее время инфильтрация вызы­вает дополнительные потери тепла ограждениями и охлаждение помещений, а эксфильтрация может неблагоприятно отразиться на влажностном режиме наружных ограждений, способствуя конден­сации в них влаги».

В приложении «Э» СП 23-101 «Проектирование тепловой защи­ты зданий» приведен пример расчета на сопротивление паропроницанию наружной много­слойной стены жилого дома. Стена состоит из следующих слоев, считая от внутренней по­верхности:

1. гипсовая штукатурка тол­щиной 5 мм, паропроницаемость р= 0,11 мг/(м·ч·Па);
2. железобетон толщиной 100 мм, паропроницаемость р = 0,03 мг/(м·ч·Па);
3. утеплитель пенополистирол толщиной 100 мм, паропроница­емостьр= 0,006 мг/(м·ч·Па);
4. кирпич глиняный обыкно­венный толщиной 120 мм, паро­проницаемость р = 0,11 мг/(м·ч·Па);
5. штукатурка толщиной 8 мм, паропроницаемость р = 0,43 мг/(м·ч·Па).

Рис. 3. График распределения парциального давления водяного пара в ограждающей конструкции (слева направо — от внутренней поверхности к наружной)

На рисунке 3 построен график распределения максимального парциального давления E1 водяно­го пара и график изменения действительного парциального дав­ления е1 водяного пара по толще стены в масштабе сопротивлений паропроницанию его слоев.

При сравнении величин макси­мального парциального давления Е1 ( ———) водяного пара и вели­чин действительного парциаль­ного давления е1 (…………) водяно­го пара на соответствующих гра­ницах слоев видим, что все вели­чины е1, ниже величин Е1, что указывает на отсутствие возможности конденсации водя­ного пара в ограждающей конструкции. Очевидно, что эти кривые не пересекаются, что также доказывает невозмож­ность образования конденсата в ограждении.

Кроме долговечности и отсут­ствия возможности образования конденсата 3-слойная конструк­ция с применением плит пенополистирола имеет ряд экономических преимуществ:

• высокие теплозащитные свойства и низкая плотность плит позволяют использовать плиты небольшой толщины (100 мм в среднем), что позволяет умень­шить толщины стен и фундамен­тов. При строительстве много­ этажных зданий с монолитно­блочным ячеистым каркасом и последующим стеновым заполне­нием каменными материалами, применение данной конструкции, за счет уменьшения толщины ог­раждающих стен, позволяет «выиграть» дополнительные полезные квадратные метры;
• нет необходимости в устрой­стве пароизоляционного слоя и вентиляционного зазора, как в случае с другими утеплителями;
• отсутствие необходимости ус­тройства вентиляционного зазора при выполнении работ позволяет монтировать слои, двигаясь «сна­ружи — вовнутрь», что предостав­ляет возможность отказаться от устройства внешних лесов;
• выполнение работ не зависит от погодных условий.

 

 

Бетон с противоморозными добавками

Структура и прочность бетона с противоморожными добавками

В настоящее время в строительстве интенсивно развиваются и внедряются в производство технологии монолитного домостроения, позволяющие значительно сокращать сроки возведения объектов, снижать себестоимость строительства и расширять гамму конструктивных и архитектурно-планировочных решений зданий и сооружений. В связи с этим повышаются и требования к технологическим свойствам бетонных смесей и физико-механическим характеристикам бетона. Сегодня стало очевидным, что получение высококачественных бетонных смесей и бетонов невозможно без применения комплекса химических и минеральных модификаторов бетонов, позволяющих варьировать свойства материалов в широких пределах. Следует отметить, что расширение области применения монолитного бетона сдерживается некоторыми негативными факторами, например, такими, как климатические, а также производственными, поскольку бетон укладывается и набирает прочность в условиях, существенно отличающихся от заводских.

 

В климатических условиях средней полосы России, не говоря уже о северных районах, продолжительность холодного периода составляет 4-6 мес., что требует не только создания благоприятных температурных условий для набора прочности бетона, но и научно-обоснованного и рационального применения противоморозных и комплексных добавок.

 

Одним из способов повышения эффективности зимнего бетонирования является применение комплексных добавок, активизирующих процессы твердения и понижающих температуру замерзания жидкой фазы бетона. Добавки могут применяться как индивидуально, так и совместно с другими способами зимнего бетонирования, и являются наиболее технологичным и малозатратным способом производства бетонных работ при пониженных температурах. Традиционно в качестве противоморозных добавок применяются сильные и слабые электролиты, понижающие температуру замерзания жидкой фазы растворов и бетонов и активирующие процессы гидратации и твердения растворов и бетонов.

 

Наиболее эффективными в этом отношении являются неорганические вещества, которые, в соответствии с законом Рауля, понижают температуру замерзания воды тем в большей степени, чем меньшее значение имеет их молекулярная масса. Сложность проектирования комплексных добавок заключается не только в исследовании криоскопических свойств растворов добавок, но и в анализе их влияния на процессы формирования структуры, схватывание и основные свойства растворов и бетонов.

 

Достаточно широкое распространение в технологии зимнего бетонирования получили комплексные добавки на основе бесхлоридных компонентов, таких, как нитрит натрия, нитрат кальция, ацетаты и формиаты кальция и натрия и некоторые другие, используемые, как правило, совместно с пластифицирующими добавками и суперпластификаторами.

 

Анализ влияния бесхлоридных добавок на формирование структуры и состав продуктов гидратации цементных систем необходим для расширения представлений о механизмах действия ускоряющих и противоморозных добавок на формирование ранней структуры цементных растворов и бетонов, поскольку именно на начальном этапе гидратации и твердения добавки влияют па изменение качественного и количественного составов продуктов гидратации цементных материалов, что отражается на кинетике структурообразования. Чрезвычайно важными являются представления о характере влияния добавок на свойства растворов и бетонов, подвергающихся раннему замораживанию, т. к. более значительным деструктивным воздействиям отрицательных температур может подвергаться структура, находящаяся на стадии начала кристаллизационного упрочнения (особенно в присутствии активирующих добавок) и не достигшая критической прочности. Например, для цементно-песчаных растворов более безопасным, с точки зрения влияния деструктивных процессов, является замораживание смесей сразу после изготовления. Однако для бетонов раннее замораживание является весьма негативным и способствует значительному снижению физико-механических свойств материала.

 

Таблица 1. Кинетика твердения C3S с добавками-ускорителями

Состав	Количество добавки, % от  массы вяжущего	Прочность, МПа,  через, 7 сут	Прочность, МПа,  через, 14 сут	Прочность, МПа,  через, 28 сут	Прочность, МПа,  через, 90 сут
C3S бездобавок B/T=0,5	-	10,7	11,8	22,9	26,1
с добавкой CaCl2	1	34,2	38,8	43,1	44,6
-	2	36,5	42,8	45,7	46,7
с добавкой MgCl2	1	28	29	29,7	30,5
-	2	28,1	28,6	29,3	31,3
с добавкой NaCl	1	18,3	25,2	28,8	31,4
-	2	20	26,8	30	32,2
с добавкой KCl	1	21,6	23,5	24,9	27,9
-	2	22,1	24	25,4	28,8
с добавкой NaNO2	1	12	14	24,5	27
-	2	13,1	14,7	25	27,2
с добавкой Ca(NO3)2	1	10,7	12,3	24,6	32,8
-	2	11,6	12,9	25,7	34,6
с добавкой CH3COONa	1	14,3	17,5	29,8	30,8
-	2	15,4	19,1	31,4	32
с добавкой Ca(CH3COO)2	1	17,9	21,5	30,4	32,6
-	2	18,7	22,8	32	33

 

Анализ механизмов действия добавок и процессов начального структурообразования позволит не только назначать оптимальные дозировки добавок, но и направленно воздействовать на процессы схватывания и твердения цементных материалов.

 

В работе была выполнена серия рентгено-фазовых исследований влияния добавок Ca(N0₃)₂ и NaNO₂ на состав продуктов гидратации и прочность основного минерала цементного клинкера — трехкальциевого силиката (C₃S). Оценка влияния добавок на формирование начальной структу ры цементных материалов проводилась по изменению кинетики нарастания пластической прочности (Р_т) цементно-песчаных растворов состава 1:2 при В/Ц = 0,5-0,55, твердеющих в нормальных условиях в течение 36 — 48 часов. Исследования проводились с добавками Ca(NO₃)₂ NaNO₂, а также с хлоридами кальция и натрия при обычных и повышенных дозировках.

 

При сравнении рентгенограмм C₃S с добавками NaNO₂, и Ca(N0₃) отмечается значительное увеличение интенсивности линий СН и торберморитового геля в присутствии добавки Ca(N0₃)₂. Для состава с нитритом натрия, так же, как и хлоридом натрия, характерным является увеличение интенсивности линий торберморитового геля как по абсолютной величине, так и относительно наиболее стабильной фазы Ca(N0₃)₂(CH). Таким образом, соли натрия в большей степени способствуют формированию и кристаллизации тоберморитового геля, в отличие от солей кальция, для которых в большей степени характерно увеличение количества извести в системе и повышение степени ее закристаллизованности. Однако в присутствии нитрата кальция происходит увеличение интенсивности линий не только СН, но и гидросиликатов кальция. Снижение интенсивности линий извести (4,93 А), по сравнению с контрольным составом и с составами с другими добавками, связано с образованием большего количества тоберморитового геля. Следует отметить, что прочность образцов C₃S с добавкой Ca(N0₃)₂ в возрасте 90 сут. ниже, чем с добавкой СаСl₂, но в среднем выше, чем с другими добавками, поэтому, с точки зрения влияния на фазовый состав и прочностные показатели C₃S, нитрат кальция является одной из наиболее «универсальных» добавок (табл. 1).

 

Отметим, что не всегда состав и характер изменения количества гидратных фаз в присутствии добавок коррелирует с кинетикой твердения и изменением прочности не только цементов, но и клинкерных материалов. Это может быть связано с характером влияния различающихся по электронному строению катионов добавок на процессы растворения вяжущих, кристаллизацию и перекристаллизацию новообразований. Деформационные напряжения, возникающие под действием добавок электролитов (особенно при повышенных дозировках) затрудняет распад твердых растворов гидросиликатов кальция, в результате кристаллизация не завершается в течение длительного периода. Для процессов гидратации, схватывания и твердения большую роль играет «биография» кремнеземистой составляющей, ее состояние, удельная поверхность, присутствие добавок, состояние воды затворения, водотвердое отношение, температура, механическое воздействие (перемешивание, виброобработка) и много других случайных факторов. Переменный характер таких динамических характеристик любого химического взаимодействия, как энергия активации и константа скорости химической реакции, говорит о том, что гидросиликаты кальция образуются по разным механизмам через различные переходные состояния, которые зависят от перечисленных выше факторов. Именно поэтому в одной и той же системе СаО — SiO₂— Н₂0 могут формироваться гидросиликаты кальция различной структуры.

 

Рентгенофазовый анализ и исследования процессов гидратации и твердения C₃S свидетельствуют о том, что механизм повышения прочности C₃S в присутствии ускорителей твердения связан с активацией процессов образования ГСК различной структуры и кристаллохимических свойств и изменением соотношения между гидросиликатами кальция и СН в твердеющей системе. Увеличение степени закристаллизованное гидратов в присутствии добавок, гранулометрическая неоднородность и разность плотностей образовавшихся фаз приводят, в целом, к повышению прочности материала.

 

Исследования влияния модифицирующих добавок на процессы начального структурообразования цементных композиций представляют значительный научный и практический интерес, т. к. позволяют проанализировать характер действия добавок на формирование коагуляционной и начальной кристаллизационной структуры, во многом определяющей последующие процессы твердения и свойства цементных материалов.

Рассматривая процессы гидратации и твердения вяжущих веществ с модифицирующими добавками, следует отметить, что существенная роль в формировании структуры и прочности цементных композиций принадлежит обменным химическим реакциям и реакциям присоединения, протекающим с образованием основных солей и сложных по составу солей-гидратов. Продукты химических реакций, являясь структурными элементами, могут также осаждаться на гидратирующихся зернах вяжущего, создавая (усиливая) экранирующий эффект. Алюминатные и алюмоферритовые фазы являются наиболее активными в этом отношении составляющими портландцементного клинкера.

 

Бетон с противоморозными добавками

Оценка влияния добавок на формирование первичного каркаса цементных композиций имеет особое значение при использовании некоторых ускорителей твердения при повышенных дозировках в качестве противоморозных. Достаточно известны случаи, когда добавки, являющиеся эффективными ускорителями твердения при использовании их в небольших количествах, приводят к совершенно противоположному эффекту при увеличении дозировок.

 

Исследования влияния ускорителей твердения на раннее структурообразование цементно-песчаных композиций проводились как с использованием индивидуальных добавок, так и комплексных — на основе замедлителей твердения — углеводов в смеси с электролитами.

Известно, что углеводы (как моно-, так и дисахариды) являются эффективными замедлителями твердения силикатных фаз цемента. Характер замедляющего влияния углеводов на твердение силикатных фаз цемента в основном зависит от количества добавки. Например, в наших исследованиях кинетики твердения C₃S с добавками сахарозы и глюкозы увеличение дозировки с 0,2 до 0,5% от массы вяжущего приводит к сильнейшему замедлению процесса твердения.

 

Таким образом, используя углеводы в составе комплексных добавок в количестве до 0,5-0,7% на ранних этапах твердения, можно исключить участие силикатных фаз в формировании структурной прочности и оценить влияние добавок-электролитов на образование первичного алюминатного каркаса цементных композиций. В качестве замедлителя твердения была использована сахароза (дисахарид), поскольку в присутствии этой добавки происходит сильное замедление процессов гидратации силикатных фаз и в меньшей степени, по сравнению с моносахаридами (глюкозой, рамнозой, фруктозой и др.), проявляется ускоряющее действие в отношении алюминатных фаз.