книги из ГПНТБ / Ильинский В.М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий) учеб. пособие

Повышение физико-химической активности поверхности запол­ нителя ведет к увеличению сцепления и существенному улучшению структурных свойств композиционного материала. В этом отноше­ нии предварительное дробление заполнителей, т. е. обнажение новых поверхностей с высокой физико-химической активностью, является целесообразным технологическим приемом, обеспечиваю­ щим повышение любых видов стойкости производимых материалов (высокая стойкость бетона с дробленым гравием и щебнем, ячеи­ стых бетонов с наполнителем из дробленого песка и т. д.). Увеличе­ ние сцепления на поверхности заполнителя является одним из наиболее доступных в технологическом отношении приемов, обес­ печивающих формирование более совершенной макрострук­ туры с повышенным запасом внутренней энергии в объеме мате­ риала.

Наиболее явно выраженное разрушающее действие колебаний температур отмечается для ограждающих конструкций производст­ венных зданий с наличием интенсивных выделений лучистого теп­ ла, где температура поверхности железобетонных конструкций может достигать свыше 100°, в результате чего отмечается значи­ тельное ослабление сцепления бетона с арматурой и постепенное нарушение сцепления цементного камня с поверхностью заполни­

телей.

Поверхность стен любых зданий и, в частности, наружная часть крупных панелей также могут подвергаться существенным темпе­ ратурным колебаниям, особенно при нагреве их солнечной радиаци­ ей. В летнее время в южных районах средние значения колебаний температуры поверхности составляют величину порядка 30° (на­ пример, от +15 до +45°); однако наиболее опасны колебания тем­ ператур в зимнее время в районах с интенсивной солнечной радиа­ цией (южная Сибирь, Приморский край и т. д.), происходящие на поверхности стен, обращенных на юг и юго-запад, примерно, с та­ кой же или еще большей разностью температур в течение суток (например, от —18 до +18°), но связанные с ежесуточными наибо­ лее разрушительными для наружной части стен переходами через нуль.

Для сравнительной оценки вероятности активного образования трещин, которое может быть вызвано такими климатическими воз­ действиями, важны: 1) число переходов через нуль в наружной ча­ сти панели п; 2) безразмерная амплитуда колебаний температур At (например, отношение разности экстремальных ее значений в рас­ сматриваемом сечении конструкции к среднегодовой температуре); 3) объемное влагосодержание материала со0.

Степень стойкости материала (в частности, его морозостойкость должна назначаться в соответствии с величинами этих показате­ лей для наиболее опасного сечения в наружной части панели. При­ ближенно все три показателя могут быть выражены одной число­ вой характеристикой, например, их произведением, которое можно считать пропорциональным количеству внешней энергии Е, затра­ чиваемой на деструкцию материала (ЕтпАцо0)- Эта числовая ха­

2Э0

293

можного повышения стойкости, но обладающего малой пластично­ стью, требует интенсивных вибрационных воздействий; в тех случаях, когда это представляет некоторые трудности, большое зна­ чение приобретает применение поверхностно-активных добавок, повышающих пластичность бетонов с малым водоцементным отно­ шением и облегчающих их укладку. Одновременно применение та­ ких добавок способствует повышению морозостойкости бетонных изделий.

Введение поверхностно-активных веществ, например, сульфитно­ спиртовой барды или абиетиновой смолы, ведет к более совершен­ ному обволакиванию заполнителей цементным тестом и вытесне­ нию с их поверхности воздушной пленки, а следовательно, повы­ шению сцепления. Образование структуры цементного камня имеет свои особенности в зависимости от вида и свойств вводимых доба­ вок. При введении активных гидрофобных добавок типа абиетино­ вой смолы вытесненные с поверхности заполнителей мельчайшие пузырьки воздуха образуют в цементном тесте замкнутые и рав­ номерно распределенные по объему материала поры, мало доступ­ ные для проникновения в них влаги. Подобная структура бетона обеспечивает малую проницаемость и повышает долговечность конструктивных элементов, находящихся в воздушной среде, но периодически подвергающихся увлажнению и замерзанию (напри­ мер, бетонных ступеней наружных лестниц, бордюрных камней тротуаров и парапетов и т. д.).

Электронно-микроскопическими исследованиями установлено, что при затворении бетона с поверхностно-активными добавками кристаллы трехкальциевого алюмината и других основных мине­ ралов, входящих в состав цемента, утрачивают обычную форму пластинчатых шестиугольников, создающих слоистую структуру, и приобретают вытянутую форму палочкообразных кристаллов, рас­ тущих преимущественно в длину. Эти вытянутые кристаллы обра­ зуют в процессе роста скелетную сетчатую структуру цементного камня, значительно повышающую его прочность на растяжение, а следовательно и стойкость.'

Помимо применения стойких материалов, общая целесообраз­ ность конструктивного решения проектируемого ограждения долж­ на заключаться в обеспечении наиболее однородного распределе­ ния температур, отсутствии недопустимого увлажнения отдельных зон или элементов, опасных в отношении преждевременного раз­ рушения, а также соответствия требованиям нормальной эксплу­ атации и удобного проведения ремонтов.

Конструкции, в которых сочетается применение относительно мало теплопроводных материалов с полностью или частично пере­ секающими их в направлении параллельном потоку тепла сталь­ ными или железобетонными теплопроводными элементами, не удо­ влетворяют требованиям достаточной долговечности в условиях сурового или влажного климата.

Зоны пониженных, а иногда и отрицательных температур, воз­ никающие вблизи теплопроводных включений, какими являются

294

стальные крепления, железобетонные ребра панелей и другие эле­ менты, обеспечивающие жесткость и начальную прочность конст­ рукции, становятся очагами постепенного разрушения, поскольку вместе с периодическими понижениями температуры возникают

внутренняя поверхность

увлажнения, замерзания влаги, образование трещин и процессы коррозии.

Конструкции с однородным температурным полем, характеризу­ емым монотонным, равномерным распределением изотерм и огра­ ниченной величиной температурного градиента, отличаются боль­ шей надежностью в отношении длительных сроков службы и неиз­ менности необходимых эксплуатационных качеств.

В слоистых конструкциях с применением эффективных тепло­ изоляционных материалов утепляющие слои ни в коем случае не должны пересекаться теплопроводными включениями; несущие конструктивные элементы из более тяжелых и плотных материа­ лов, когда это не противоречит теплофизической целесообразности, следует располагать у теплой поверхности конструкции, так же как и стальные элементы конструкции и сварки.

295

Для конструкций капитальных зданий должны быть предусмот­ рены гораздо более длительные сроки службы, чем, например, для конструктивных решений наземного, воздушного и водного тран­ спорта, подвергающихся более быстрой моральной амортизации, плотность и стойкость теплоизоляционных материалов, применяе­ мых в строительстве капитальных зданий, должны быть выше, чем в вагоно-, самолето- и пароходостроении. В частности, применение для этих строительных объектов пенопластов с объемным весом менее 100 кг/м3 вряд ли можно считать целесообразным.

При проектировании ограждающих конструкций следует по воз­ можности обеспечивать равную надежность и долговечность отдель­ ных элементов конструкции. Для многих конструкций характерны места, зоны, детали, обладающие наименьшим сопротивлением разрушению или подвергающиеся более интенсивным внешним воздействиям. Таковы пристенные, прикарнизные и водоотводящие устройства кровель, наиболее увлажняемые атмосферной вла­ гой части стен, парапетов и наружных входов, стальные крепления и уплотняющие заполнения в сопряжениях крупных панелей и т. д. Состояние этих зон и конструктивных деталей может решающим образом влиять на общее снижение эксплуатационных качеств, конструкции, а потому должно привлекать особое внимание в смыс­ ле обеспечения их наибольшей защиты от внешних воздействий и повышения надежности при проектировании.

Долговечность конструкций т2 зависит не только от стойкости

применяемых материалов, но и от ограничения распространения разрушающих воздействий, т. е. т2 = / (Ст; 1jD), где D — коэффи­

циент диффузии агрессивного вещества.

Долговечной будет и хорошо защищенная конструкция из нестойких материалов. При этом виды защиты могут быть самыми разнообразными как естественными, так и искусственными. Приме­ ры этого разнообразия, заимствованные из опыта эксплуатации зданий и сооружений, многочисленны. Из практики эксплуатации химических предприятий, загрязняющих прилегающую к зданиям почву агрессивными веществами, известно, что фундаменты и дру­ гие подземные части зданий долго служат в глинистых грунтах, защищающих от фильтрации, и разрушаются в песчаных, хорошо фильтрующих атмосферную влагу, растворяющую агрессивные ве­ щества.

В одном случае защита обеспечивается естественными условия­ ми, в другом требуется осуществить ее глиняной изоляцией, уши­ ренной асфальтовой отмосткой и исключением наружного неорга­ низованного отвода воды с кровель.

Известно, что возведенные из нестойкого грунтового материала стены Приоратс-кого дворца под Ленинградом служили несколько веков, вплоть до того, как были повреждены в годы Великой Оте­ чественной войны. Длительный срок службы этих стен объяснялся хорошей их защитой наружными и внутренними штукатурными слоями из мелкозернистого известкового бетона. Подобные же при­ меры защиты фактурными и облицовочными слоями стен из не­

296

стойких материалов (грунтовых и неморозостойкого кирпича) дает опыт строительства жилых зданий в тридцатые и сороковые годы в Москве и на Крайнем Севере (Мончегорск).

Благоприятное влажностное состояние конструкции в ряде слу­ чаев может быть обеспечено не только изоляцией от внешних влия­ ний, но и активной вентиляцией сухим воздухом. В частности, целесообразна вентиляция пустотных конструкций, снимающая ат­ мосферное увлажнение и обеспечивающая сохранность недостаточ­ но стойких материалов.

Вентилируемые воздушные прослойки являются наиболее эф­ фективной защитой от перемещений влаги в жидкой фазе; конст­ рукции с такими прослойками целесообразны и для защиты от атмосферного увлажнения во влажном климате с устойчивыми пе­ риодическими ветрами и при разработке ограждающих конструк­ ций для помещений с большими выделениями влаги.

Целесообразное конструктивное решение в состоянии повысить в несколько раз сроки службы проектируемых ограждающих кон­ струкций зданий.

Таблица перевода размерностей теплофизических величин из системы МКГСС в СИ

297

П Р И Л О Ж Е Н И Я

Приложение I

Насыщающие парциальные давления водяного пара (Е , мм pm. cm. ) при различных температурах и нормальном барометрическом давлении

298

Приложение 2

Расчетные величины теплофизических показателей строительных материалов

(применительно к данным СНиП-ІІ.А.7—71]

I. Асбестоцементные изделия

299

Продолжение прилож. 2

300