842

УДК 633.3:631.52+631.584.5

М.А. Токарев – студент; П.Ю. Иванов – научный руководитель, ассистент,

ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, г. Пермь, Россия

ПРИМЕНЕНИЕ ФИБРОПЕНОБЕТОНА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Аннотация. Наиболее материалоемкими из возводимых конструкций являются наружные стены зданий и сооружений, основным материалом для которых до недавнего времени был кирпич. Ввод новых строительных норм и правил по теплотехнике приводит к необходимости замены кирпича на другой, более эффективный материал.

Ключевые слова: фибропенобетон, ФБП, материал, монолитное, штучное,

блоки.

Наиболее материалоемкими из возводимых конструкций являются наружные стены зданий и сооружений, основным материалом для которых до недавнего времени был кирпич. С вводом Минстроем России новых строительных норм и правил по теплотехнике (СНиП II-3-79*) термосопротивление наружной стены возросло более чем в 3 раза, и толщина кирпичной стены соответственно должна возрасти с 64см до нескольких метров, что приводит к необходимости замены кирпича на другой, более эффективный материал.

Фибропенобетон — композиционный строительный материал, представляющий собой затвердевший цементный бетон ячеистой структуры, хаотично армированный отрезками синтетических волокон.

Сырьем для изготовления фибропенобетонов служат следующие материалы:

портландцемет и его разновидности, за исключением сульфатостойкого

ипластифицированного;

мелкий заполнитель — песок или топливные шлаки с размером частиц не более 2,5 мм; золы уноса ТЭС, полые микросферы, шлам-отходы химводоочистки, мягкий мел и т.п.;

волокна синтетические (полиамидные, полиэфирные, полипропиленовые и т.п.) длиной не более 100 мм и диаметром не более 0,05 мм;

пенообразователи — клееканифольный, смолосапониновый, и др., любые пригодные для изготовления пенобетонов;

вода.

Фибропенобетон применяют в монолитном строительстве для устройства стен и перегородок, тепло- и звукоизоляции перекрытий и т.п., а также при изготовлении штучных изделий.

В заводских условиях выпускаются блоки стандартных размеров

200х300х600, 100х300х600,600х300х200, 600х300х100 мм.

При крупных заказах возможно изготовление штучных элементов любых размеров, например, перемычек для оконных и дверных проемов.

Изготовление плит перекрытий с использованием фибропенобетона. Устройство напольных стяжек, тепло- и звукоизоляции из фиброренобетона.

281

Преимущества фибропенобетона:

Надежность. Фибропенобетон является практически вечным материалом, не подверженным воздействию времени, не гниет, обладает высокой прочностью. Фибропеноблок в несущей стене толщиной 40 см способен удерживать нагрузку 3-х этажного дома с железобетонными плитами перекрытий.

Теплота. Здания из фибропенобетона способны аккумулировать тепло, что при эксплуатации позволяет снизить расходы на отопление на 20-30%. Стена из фибропеноблока толщиной 40 см по теплосбережению эквивалентна кирпичной кладке толщиной 2 метра.

Микроклимат. Фибропенобетон регулирует микроклимат помещений - предотвращает значительные потери тепла зимой и слишком высокие температуры летом, не боится сырости, регулирует влажность воздуха.

Быстрота монтажа. Большие размеры блоков позволяют в несколько раз увеличить скорость кладки, в том числе и на плиточный клей наружного применения, что значительно сокращает затраты времени и средств.

Звукоизоляция. Фибропенобетон обладает относительно высокой способностью к поглощению звука.

Экологичность. При эксплуатации фибропенобетон не выделяет токсичных веществ и по своей экологичности уступает только дереву.

Экономичность. Фибропеноблок обладает высокой геометрической точностью размеров изделий и позволяет значительно уменьшить толщину внутренней и наружной штукатурки, а также общий расход кладочной смеси. Вес пенобетона меньше от 10% до 87% по сравнению со стандартным тяжелым бетоном и кирпичом, поэтому нет необходимости делать мощные и дорогие фундаменты.

Пожаробезопасность. Изделия из фибропенобетона соответствуют первой степени огнестойкости, при воздействии открытого огня не теряют прочности

ине выделяют вредных веществ.

Транспортировка. Соотношение веса, объема и упаковки делает все строительные конструкции удобными для транспортировки.

Широта применения. Тепло- и звукоизоляция крыш, полов, утепление труб, изготовление сборных блоков и панелей перегородок, этажных перекрытий

ифундаментов в зданиях.

Монолитное строительство зданий в съемной и несъемной опалубке. При этом способе непосредственно на стройплощадке монтируется опалубка, повторяющая контуры будущего конструктивного элемента, например, стены, перекрытия, в которые устанавливается по проекту арматура и укладывается фибропенобетонная смесь из специального смесителя. Твердение смеси происходит естественным путем, как у обычного бетона. После затвердевания фибропенобетона получаются готовые конструктивные элементы здания. Опалубочные элементы либо демонтируются, либо становятся частью конструкций.

Для приготовления высокоэффективного фибропенобетона на объектах выпускаются мобильные комплексы. Любая из платформ может использоваться на объектах для получения фибропенобетона различного назначения. В состав мобильного комплекса входят устройства загрузки и транспорта сыпучих компонентов, воды, пенообразователя, фибры и готовой смеси. Все компоненты дози-

282

руются по весу. Мобильные комплексы позволяют подавать готовую смесь на расстояние до 50 м. Комплекс обслуживают: мастер-технолог и оператор, а также 1 – 2 подсобных рабочих.

Кровля из монолитного ФПБ. Заливка кровли фибропенобетоном поможет уберечь здание от прохудившихся крыш. Этот материал применим и для новых кровель, как на промышленных предприятиях, так и на жилых домах. Нет ограничений по высоте кровель, по их объему или назначению. Важным преимуществом является то, что основанием для укладки фибропенобетона может служить любая «неровная», шероховатая или бугристая поверхность, которую фибропенобетон с легкостью выравнит, а также профнастил. Заливают кровлю обычно фибропенобетоном плотностью от 200 до 500 кг/м3.

Использование монолитного фибропенобетона в колодцевой кладке. Может показаться, что для строительства стен жилых домов кирпич становится не пригодным, но это не совсем так. Одним из выходов является использование в конструкции более эффективных материалов. В результате чего были разработаны конструкции облегчѐнных кирпичных кладок с заполнением монолитным фибропенобетоном.

Применение штучного ФПБ. Использование мелкоразмерных стеновых и перегородочных блоков и перемычек ручной укладки для строительства коттеджей и зданий до 3-х этажей.

Такие же блоки используются для самонесущего стенового заполнения многоэтажных каркасно-монолитных и других зданий. Этот способ лучше всего освоен в практике строительства, и многолетний опыт показывает высокую эффективность использования изделий из фибропенобетона для уменьшения сроков строительства, и улучшения теплотехнических характеристик зданий. Использование фибропенобетонных армированных перемычек решило проблему «мостиков холода» над окнами, которая ранее неизбежно возникала при применении железобетона для их изготовления. Благодаря точности размеров блоков заводского изготовления значительно уменьшаются расходы и время на отделочные работы – стены и перегородки не требуется выравнивать при помощи гипсокартона или штукатурки, достаточно шпатлевки по виниловой сетке под чистовую отделку. Благодаря высокой морозостойкости наружные поверхности не требуют защиты от воздействия атмосферных факторов, но для улучшения архитектурного облика здания, может выполняться облицовка кирпичом, декоративное оштукатуривание, или применяться вентилируемые фасады. Разнообразить архитектурный облик зданий позволяет использование декоративных фасадных элементов из фибропенобетона (рустов, карнизов, розеток, пилястр, сандриков, замковых камней, кронштейнов, молдингов, и других элементов), которые гораздо легче и долговечнее традиционных из гипса и гипсобетона, и при этом легко отделываются, что позволяет улучшить внешний вид здания при наименьших затратах. Благодаря тому, что фибропенобетон хорошо держит закручивающиеся анкера и саморезы, с креплением облицовки и декоративных фасадных элементов не возникает проблем.

Строительство зданий из крупных блоков и плит перекрытия и покрытия из фибропенобетона. Этот способ развивает полносборное строительство зданий из высококачественных изделий заводского изготовления и позволяет возводить все конструктивные элементы здания из одного материала с высокой скоро-

283

стью как для массового, так и для индивидуального строительства. Полностью построенные из фибропенобетона здания обладают высокими потребительскими качествами – экологически чистые, с хорошей тепло- и звукоизоляцией. Стены выполняются из крупных блоков трехили четырехрядной разрезки. Перекрытия и покрытие выполняются из армированных фибропенобетонных плит. Из таких же плит выполняется скатная кровля. В этом случае плиты укладываются с необходимым уклоном, заменяя собой стропильные конструкции, и исключая необходимость в устройстве сложной тепло- и гидроизоляции.

Строительство монолитных железобетонных зданий любой этажности с использованием несъемной опалубки из фибропенобетона. Перспективный способ строительства каркасно-монолитных зданий, при котором монтируется несъемная опалубка колонн, стен, балок и перекрытия из фибропенобетонных элементов заводского изготовления, в которые устанавливаются арматурные каркасы, и укладывается смесь из тяжелого бетона. Такой способ строительства позволяет ускорить строительство – отпадает необходимость в ожидании набора прочности бетона, снятии и перемонтировании опалубки. В зданиях отсутствуют мостики холода и значительно улучшаются акустические характеристики.

Литература

1.Г.А. Айрапетов и др. Учебно-справочное пособие «Строительные материалы». Изд-во

«Феникс», 2005/ (http://www.bibliotekar.ru)

2.Набоков С.М. Статья «Проектирование домов из фибропенобетона»/

(http://www.sarmat-tornado.ru)

3.Сайт: «Архитектура и архитекторы»/ (http://www.archandarch.ru)

4.Сайт: ООО «Новые Строительные Технологии»/ (http://www.nnnst.ru)

5.Сайт: ООО «Профстройбизнес»/ (http://p-s-b.ru)

6.Сайт: ООО «Северокамское кирпичное производство»/ (http://еврокирпич59.рф)

7.Сайт: ООО «Фриз»/ (http://www.betonsibir.narod.ru)

УДК 625.731.8: 625.855.3

А.В. Федосеев – студент 3 курса; А.А. Зуев – ассистент;

В.Н. Зекин – научный руководитель, канд. техн. наук, профессор, ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, г. Пермь, Россия

УНИВЕРСАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ «ДЕМЕТР» ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В СЕЛЬСХОЙ МЕСТНОСТИ

Аннотация. В условиях стремительного истощения природных материалов и постоянного стремительного удорожания строительства зданий и сооружений, необходим поиск недорогих, малозатратных и экологически чистых конструкций. Все это сочетают в себе деревянные конструкции с металлическим сердечником по технологии «Деметр».

Технология «Деметр» представляет каркас, выполненный из деревянных элементов, которые армированы металлом. Все элементы каркаса – стойки и балки – унифицированы, что значительно снижает стоимость их изготовления. Технология «Деметр» особенно эффективна для строительства животноводческих помещений, т.к. его конструкции устойчивы к агрессивной среде.

284

Ключевые слова: технология быстрого возведения зданий и сооружений; металлический профилированный лист; несущая способность элементов, элементы каркаса.

Технология «Деметр» представляет собой каркас, выполненный из деревянных элементов, которые армированы металлом. Все элементы каркаса – стойки и балки – унифицированы, что значительно снижает стоимость их изготовления. Данная технология разработана сотрудниками кафедры строительного производства и материаловедения. Предлагаемая технология позволяет использовать отходы деревообрабатывающей промышленности и древесину лиственных пород, которая сейчас почти не используется, в качестве несущих элементов каркаса.

Сердечник внутри деревянных балок и стоек выполнен из профилированных оцинкованных листов. Способы соединения элементов каркаса защищены патентами.

Срок службы зданий с данным каркасом – 50 лет.

Спомощью данной технологии можно возводить производственные здания

ицеха, мини заводы и усадьбы, жилые дома и школы.

Немаловажным фактором является экологическая частота, что хорошо для жилых и животноводческих зданий.

Рассмотрим пример коровника построенного из обычного металлического каркаса, и по технологии «Деметр»:

На рис. 1 представлен каркас однопролетного здания коровника из металлических конструкций. Для этого необходимо большое количество 18-ти метровых металлических ферм, что требует больших материальных затрат. Следует отметить, что металл не устойчив к агрессивной среде коровника и требует дополнительных затрат на их покраску. На рис.2 представлен каркас коровника, выполненный по технологии «Деметр», с использованием отходов древесины при изготовлении балок и стоек по клееной технологии. Это снижает стоимость элементов каркаса. Кроме того каркас выполнен из 3-х пролетов, что снижает нагрузки на колонны, балки и фундаменты. Еще плюс в том, что деревянные конструкции лучше приспособлены к агрессивной среде коровника.

285

Данная конструкция получается более экономически выгодной:

По технико-экономическим показателям видно, что вариант 2 дешевле 3,2 раза. Так же уменьшилась трудоемкость работ и продолжительность строительства.

Из всего этого можно сделать вывод, что благодаря использованию этой технологии снижаются транспортные расходы, уменьшаются нагрузки на фундамент и расходы материала. Технология «Деметр» благодаря своим экономическим показателям является наиболее эффективной для строительства зданий различного назначения для АПК Пермского края.

Литература.

1.Зекин В.Н, И.В Соргутов «Каркасные здания. Инновационное развитие АПК – научное обеспечение». Пермь: ПГСХА, 2010

2.Зекин В.Н., И.В. Соргутов. «Каркасные здания из дерева – быстро, дешево, экономично» / Строительная наука – 2010. Сборник научных трудов международной научно-технической конференции. Г. Архангельск.

3.Каркас здания: пат. 78500 Рос. Федерации № 110599/08; заявл. 5.06.08, опубл. 27.11.08, Бюл. №45 (1ч). 4с.

4.Каркас здания:спат. 58567 Рос. Федерации № 202336/06; заявл. 13.06.06, опубл. 28.09.06, Бюл. №83 (3ч). 5с.

5.Каркас здания: пат. 85922 Рос. Федерации № 453744/09; заявл. 17.08.09, опубл. 11.11.09, Бюл. №14 (2ч). 3с.

6.Строительное изделие: пат. 65126 Рос. Федерация № 26234/06; заявл. 14.12.06; опубл. 4.03.07, Бюл. №4 (1ч). 2с.

7.Зекин В.Н. «Эффективная технология строительства для Пермского края». Экономика Прикамья.2008.

8.Зекин В.Н. Технология «Деметр». Книга «Современные технологии в строительстве. Технология и практика», 2009г.

УДК 633.1:631.542.4

А.О. Ходкова, А.Л. Попова – студентки 5 курса; О.В. Третьякова – научный руководитель, доцент, ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, г. Пермь, Россия

МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В УСЛОВИЯХ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ

Аннотация. В статье рассматривается влияние сил морозного пучения грунта при строительстве и ремонте инженерных сооружений. Описывается процесс морозного пучения и силы, с которыми действует грунт при этом явлении на

286

подобного типа конструкции. В заключение, на основе рассмотрения сущности каждого метода, выбран наиболее эффективный и приведены его положительные стороны.

Ключевые слова: морозное пучения, глубина промерзания, силы морозного пучения, уровень грунтовых вод, подсыпка, теплоизоляция, пенополиуретан, анкер.

Инженерные сооружения являются неотъемлемой частью застройки городов и промышленных территорий. Их рациональное проектирование является на сегодняшний день актуальной темой.

Инженерные сооружения, такие как трубы, кабели, тоннели, фундаменты (подпорные стенки), прокладываются выше границы промерзания грунта и попадают в зону действия сил морозного пучения .

Морозное пучение грунта заключается в увеличении объема почвы при наличии отрицательных температур, т.е. в зимний период. В грунте содержится влага, которая замерзает и увеличивается в объеме.

Плотность воды равна 1000 кг/м³, а плотность льда 916 кг/м³. таким образом, при равной массе лед будет занимать больший объем, чем вода (разница в 9%). Вода в составе грунта зимой превращается в лед, увеличивается в объеме, и соответственно, давит на грунт. Грунт начинает перемещаться от этого давления. Но такая сила не может воздействовать на плотные слои грунта, лежащие внизу, поэтому подвергающиеся перемещению верхние, более легкие слои, а вместе с ними и фундамент.

Силы морозного пучения оказывают негативное влияние на конструкции, вызывая деформацию элементов, просадку (Просадка грунта - уплотнение грунта, находящееся под действием внешней нагрузки или собственного веса), выпучивание фундамента при заложении его выше уровня промерзания, отрыв и выпучивание фундамента при заложении его ниже уровня промерзания, сдвиг, подъѐм сооружений (Н - нагрузка на фундамент СГ - сопротивление грунта МП - силы морозного пучения).

Большие по величине силы морозного пучения возникают в глинистых грунтах. Глина не пропускает воду, именно поэтому глинистые грунты накапливают влагу с увеличением объема грунта от 10 до 15%. Соответственно, если слой глинистого грунта равна 1,5 метрам, то начальная глубина промерзания составит от 15 до 20 сантиметров. Менее подвержены силам промерзания и морозного пучения песчаные грунты. Между частицами гравия и песка вода просачивается довольно легко, уходя в нижние слои. Влага в песчаном грунте распределяется более равномерно. Вот почему пучение в такой почве происходит также равномерно, и не влияет губительно на подпорные стены. Практически не подвержены всему этому скальные и каменистые грунты.

Сила, с которой действует грунт при пучении на фундамент (или подпорные стенки), всегда различна. Все силы морозного пучения можно поделить на два вида:

касательные силы (появляются в результате замерзания грунтов у боковых граней фундамента)

287

где F - максимальная касательная сила морозного пучения, зарегистрированная показаниями приборов, МН (кгс);

u - периметр поперечного сечения образца фундамента, м (см); df - глубина сезонного промерзания (оттаивания) грунта, м (см); G - вес образца фундамента, МН (кгс).

нормальные силы (вызваны ограничением увеличения объема грунтов при промерзании)

основания по боковой поверхности фундамента, определяемое по результатам опытных исследований

При касательной силе, грунт, примерзая к боковым стенкам фундамента, поднимает фундамент с помощью боковых трений. Грунт кроме поднятия фундамента, также расслаивает его на части. Сила при этом может достигать огромной величины – до 7т на один квадратный метр фундамента.

При неизбежности промерзания пучинистого грунта под подошвой фундамента должна производиться проверка устойчивости фундамента на совместное действие касательных и нормальных сил морозного пучения.

Проверка выполняется по формуле

n1 – коэффициент перегрузки, принимаемый равным 0,9;

Nн - нормативная нагрузка на основание в уровне подошвы фундамента,

кгс;

n - коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1,1;

ηн - нормативное значение удельной касательной силы пучения, принимаемое равным 1; 0,8 и 0,6 соответственно для сильнопучинистых, среднепучинистых и слабопучинистых грунтов;

F - площадь боковой поверхности части фундамента, находящейся в пределах расчетной глубины промерзания, см

Fф - площадь подошвы фундамента,см;

h1 - глубина промерзания грунта, считая от подошвы фундамента, см;

ζн- нормативное значение нормального давления морозного пучения, создаваемое 1 см промороженного слоя грунта, кгс/см3.

Значение ζн принимается в зависимости от степени пучинистости грунта и от размеров площади подошвы фундамента. (На основании опытных данных по табл. 2.)

288

Врасчетах глубину промерзания грунта под подошвой фундамента h1 при небольшом заглублении принимают не более 1 м, а для заглубленных фундаментов более 0,5 м, слой мерзлого грунта рекомендуется принимать не более0,5 м.

Для уменьшения воздействия сил морозного пучения на подземные конструкции при строительстве и ремонте существуют следующие методы:

Устройство подсыпки (1) толщиной 100-200 мм под подошву фундамента(подпорной стенки) из непучинистого грунта: гравелистого, крупного или средней крупности песка, гравия, щебня или песчано-щебеночной смеси (песок 40%, щебень 60%)

(Причина: Воздействие нормальных сил морозного пучения на подошву фундамента (подпорной стенки))

При возведении конструкций на пучинистых грунтах необходимо под их основанием устроить подушку (рис. 1) из промытого песка, гравия или гравели- сто-щебеночную подсыпку. Основание из этих непучинистых материалов будет препятствовать воздействию на подошву конструкции нормальных (выталкивающих) сил морозного пучения.

Следует отметить, что при повышении уровня грунтовых вод (в осенний период, а также во время таяния снегового покрова) подсыпка оказывается окруженной водой, насыщенной частицами пылевато-глинистого грунта. Мигрируя вместе с водой, эти частицы проникают в подсыпку и засоряют ее, постепенно превращая непучинистый грунт в пучинистый.

Врезультате после нескольких лет эксплуатации конструкция вновь оказывается стоящим на грунте, деформирующемся при замерзании. Предотвратить заиливание подсыпки позволяет использование специальных фильтрующих материалов (стеклохолст, "Тайпар" и т.п.), хорошо пропускающих воду, но препятствующих проникновению мельчайших пылевато-глинистых частиц

впесчаную подушку.

Для уменьшения воздействия на подпорную стенку (либо фундамент) касательных сил пучинистый грунт, соприкасающийся с вертикальными поверхностями, рекомендуется заменить непучинистым. Обратную засыпку, которая выполняется по всему периметру здания, необходимо (как и в предыдущем случае) защитить слоем фильтрующего материала (рис. 1а).

Значительное увлажнение пучинистых грунтов приводит к тому, что при замерзании они увеличиваются в объеме намного больше, чем грунты с меньшей влажностью. Это влечет за собой возрастание уровня деформаций, и, как следствие, - необходимость более серьезной защиты фундаментов от воздействия сил морозного пучения. Одним из путей уменьшения активности пучинистых грунтов является устройство дренажа, позволяющее понизить влажность грунта за счет снижения уровня грунтовых вод.

289

При наличии фильтрующего материала укладывать слой гравия вокруг дренажных трубок не обязательно, но рекомендуется для увеличения площади проникновения воды в дренажную систему.

Утепление оснований фундаментов и подпорных стенок

Рассмотренные мероприятия дают возможность уменьшить воздействие сил морозного пучения, но не ликвидировать их причину. Исключить морозное пучение грунтов позволяет устройство теплоизоляции вокруг здания. Сущность этого метода заключается в том, что находящийся около здания грунт защищается теплоизоляционными материалами от промерзания и тем самым ликвидируется причина, вызывающая морозное пучение.

Для устройства теплоизоляции материала используют утеплители, способные сохранять необходимые теплозащитные качества во влажной среде и воспринимать нагрузки от расположенных над ними конструкций. Этим требованиям в наибольшей степени отвечает пенополиуретан (ППУ) и экструдированный пенополистирол (ЭПП) различных марок.

Пенополиуретан, является самым эффективным, как в пересчете на требуемую толщину теплоизоляции, так как обладает самым низким коэффициентом теплопроводности, так и по сроку службы, благодаря уникальной химической и биологической стойкости. ППУ применяется в плитах и в виде напыления.

Напыляемый ППУ имеет наибольшую эффективность утепления при использовании в водонасыщенных грунтах, поскольку, благодаря бесшовности, обеспечивает также дополнительную гидроизоляцию, что устраняет термодинамические конвенционные потоки влаги охлаждающие фундаменты и цокольные этажи.

Напыляемый ППУ Пеноглас обладает самыми лучшими характеристиками по теплопроводности, прочности и долговечности, вследствие наиболее качественной микропористой структуре. Немаловажное значение имеет тот факт, что предлагаемая технология может быть реализована как при возведении новых до-

290