Экспериментальное определение скорости выхода начальной влаги из кладки из автоклавного газобетона в климатических условиях г. Киева

УДК 666.973.6

С.Д. ЛАПОВСКАЯ1, д-р техн. наук; О.В. СИРОТИН2, инженер, Г.И. ГРИНФЕЛЬД3, инженер

1 Украинский научно-исследовательский институт строительных материалов и изделий

2 Всеукраинская ассоциация производителей автоклавного газобетона

3 Национальная ассоциация производителей автоклавного газобетона

Экспериментальное определение скорости выхода начальной влаги из кладки из автоклавного газобетона в климатических условиях г. Киева

Представлены результаты замеров влажности кладки из стеновых блоков из ячеистого бетона автоклавного твердения марок по средней плотности D300, D400, D500, D600 толщиной 300 мм в начальный период эксплуатации в климатических условиях г. Киева. Проведено натурное исследование кинетики влагопереноса в однослойных ограждающих конструкциях из автоклавного ячеистого бетона и определены сроки снижения влажности стен от начальной до равновесной (эксплуатационной). В процессе эксперимента контролировались температура и влажность внутреннего воздуха ограждаемого экспериментальными конструкциями помещения и фактические значения среднемесячных температуры и влажности воздуха в г. Киеве в период с ноября 2011 по август 2013 г. Сделан вывод о возможности снижения расчетной влажности автоклавного ячеистого бетона в ДБН «Тепловая защита зданий».

Ключевые слова: начальная влага, кладка, автоклавный газобетон, однослойные ограждающие конструкции.

S.D. LAPOVSKAYA1, Doctor of Sciences

1 Ukrainian Scientific and Research Institute of Building Materials and Products

2 All-Ukrainian Association of Autoclaved Aerated Concrete Producers

3 National Association of Autoclaved Aerated Concrete Producers

Experimental Definition of Speed of Initial Moisture Escape from Masonry Made of Autoclaved Aerated Concrete under Climatic Conditions of Kiev

Results of measurements of humidity of the masonry made of wall blocks of cellular concrete of autoclaved hardening of the average density D300, D400, D500, D600 of 300 mm thickness at the initial stage of operation under climatic conditions of the city of Kiev are presented. A full-scale study of the kinetics of moisture transfers in single-layer enclosing structures made of autoclaved cellular concrete has been conducted; terms of reducing the moisture content of wall from the initial until the equilibrium (operational) have been defined. In the course of the experiment the temperature and humidity of the inside air in the premises with experimental enclosing structures and factual values of monthly mean temperatures and humidity in Kiev from November 2011 until August 2013 were controlled. The conclusion about possibility to reduce the calculated moisture content of autoclaved cellular concrete in DBN «Heat protection of buildings» is made.

Keywords: initial moisture content, masonry, autoclaved aerated concrete, single layer enclosing structures.

Начальный период эксплуатации каменной кладки характеризуется повышенным содержанием в ней влаги. Это свойство универсально для любой кладки и описано в работах первой половины ХХ в. [1]. Технологическая влага привносится в кладку как камнями, так и кладочными растворами. Строительная — попадает при хранении материалов и производстве работ. Мокрые отделочные работы дополнительно увлажняют стеновую конструкцию.

Ячеистые бетоны автоклавного твердения сразу после автоклавирования имеют влажность более 30%. Ячеистые бетоны пониженной плотности на выходе из автоклавов имеют влажность около 40 мас. %. Оказавшись в стене, ячеисто-бетонные блоки начинают интенсивную влагоотдачу. Кинетика выхода конструкций из автоклавных ячеистых бетонов на квазистационарный влажностный режим изучалась как в 1970-80-х гг. [2—4], так и в наше время [5—8]. Рассмотренные работы показывают, что снижение средней плотности и увеличение толщины ячеисто-бетонных конструкций за 40 лет привело к заметному снижению влажности бетона в стене. Важность изучения кинетики влагосодержания в начальный период эксплуатации показана в работе [9], расчетная методика, применимая для оценки влажности кладки из автоклавного газобетона [10], была разработана уже после завершения описываемой нами работы и хорошо согласуется с ее результатами.

Одной из практических задач эксперимента стало обоснование корректировки ряда нормативных документов Украины (ДСТУ на ячеистые бетоны и ДБН по проектированию тепловой защиты).

В соответствии с разработанным календарным планом выполнения научно-исследовательской работы ГП «НИИСМИ» (г. Киев) проводились исследования влажностного состояния ограждающих конструкций из ячеистого бетона автоклавного твердения, выполненных в оконных проемах лабораторного помещения ГП «НИИСМИ». Для проведения долгосрочных натурных испытаний влажностного состояния ячеистого бетона на первом этаже института в лабораторном помещении в оконных проемах северо-западной ориентации выполнены фрагменты стеновых конструкций с использованием блоков марок средней плотности D300, D400, D500 и D600 с размерами 600x200x300 мм. В установленные сроки (1; 2; 3; 6; 9; 12; 15; 18 и 21 мес с даты окончания кладочных и отделочных работ) выполнен отбор кернов ячеистого бетона. Отобранные керны были распилены на цилиндры высотой 50 мм и промаркированы в зависимости от глубины залегания. С цилиндров, примыкающих к наружной и внутренней поверхностям кладки, был удален штукатурный слой. Отверстие, остающееся после выемки керна, заполнялось заранее приготовленным керном из газобетона соответствующей плотности. Образцы взвешивались с точностью до 0,001 г и высушивались до постоянной

18

научно-технический и производственный журнал

август 2015

J^j

Рис. 1. Схема исследуемых фрагментов стеновых ограждений из ячеистого бетона

массы в вентилируемом сушильном шкафу при температуре 105оС.

На основании полученных данных согласно ДСТУ Б В.2.7-170:2008 было рассчитано содержание wm влаги в отдельных слоях ограждающей конструкции из ячеистого бетона по формуле, мас. %: т-тп ____

где m — масса влажного образца; m0 — масса образца, высушенного до постоянной массы.

В период всего срока испытаний фиксировалось значения температуры и влажности в середине лабораторного помещения, а также температуры и влажности наружного воздуха (по данным интернет-ресурса http:// www.meteoprog.ua).

Характеристики исследуемого газобетона представлены в табл. 1.

С целью моделирования наиболее неблагоприятных условий перед обустройством фрагментов стеновых ограждений блоки марок по средней плотности D500 и D600 были дополнительно увлажнены до влажности 40 мас. %.

Кладку фрагментов стеновых ограждений выполняли на растворе для тонкошовной кладки. В процессе выполнения фрагменты были тщательно изолированы от конструкции оконных проемов и друг от друга.

Рис. 2. Исследуемые фрагменты кладки

Схема выполненных фрагментов стеновых ограждений приведена на рис. 1, внешний вид до оштукатуривания — на рис. 2. Для изготовления каждого фрагмента было использовано по 10 блоков каждой марки по средней плотности.

После кладки блоков на фрагменты стеновых ограждений был нанесен штукатурный слой на основе сухой строительной смеси. Толщина слоя штукатурки внутренней отделки составила 3 мм, наружной — 5 мм. По своим характеристикам штукатурка гидрофобная, имеет коэффициент паропроницаемости ц=0,15 мг/(м-час-Па), повышенную трещиностойкость и морозостойкость F50.

Лабораторное помещение, предназначенное для проведения долгосрочных натурных испытаний, представляет собой рабочую комнату, температура в которой в отопительный период поддерживается на уровне 16оС, относительная влажность составляет 55—65%. Высота оконных проемов составляет 2400 мм, ширина — 1400 мм.

Конструктивные особенности проемов позволили относительно легко выполнить монтаж фрагментов кладки и обеспечили возможность сравнения теплозащитных свойств и влажностного состояния разных фрагментов, которые были исследованы одновременно в одинаковых условиях до наступления квазистационарного влажностного режима, который характеризует величину эксплуатационной влажности.

При проведении натурных испытаний наружных ограждающих конструкций из ячеистого бетона определено значение фактической влажности газобетона в начальный период эксплуатации и изменение ее во времени.

Закономерности кинетики влажностного состояния ячеистых бетонов при взаимодействии с окружающей средой есть функция характеристик материала и параметров среды. В результате проведенных натурных испытаний получены кривые распределения влажности по толще стены в зависимости от марки по плотности ячеистого бетона. Согласно календарному плану работ период испытаний составил 21 мес.

Распределение влаги по толщине стены для каждой из плотностей в начальный период и по окончании испытаний приведено на рис. 3 и 4.

Общее влагосодержание для каждого из стеновых фрагментов в ходе испытаний в разные периоды времени показано в табл. 2 и на рис. 5.

Таблица 1

Размер изделия Класс бетона по прочности при сжатии Марка бетона по средней плотности Марка по морозостойкости Теплопроводность в сухом состоянии, Вт/(м^К) Послеавтоклавная влажность, мас. %

300X200X600 В1,5 D300 F35 0,08 42,1

300X200X600 В2 D400 F100 0,1 40,8

300X200X600 В2 D500 F100 0,12 35

200X288X600 В2 D600 F100 0,13 34,5

fj научно-технический и производственный журнал

август 2015 19~

Таблица 2

Период 2011 2012 2013

ноя дек янв фев мар апр май июн июл авг сен окт ноя дек янв фев мар апр май июн июл авг

Возраст кладки, мес 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

D300 34,5 30,22 30,4 27,9 19,7 12,6 10,6 9,14 6,8 4,91

D400 34,1 31,3 31,64 31,6 23,6 17,9 14,7 14,22 9,5 4,86

D500 35,46 32,8 30,86 30,4 22,1 15,8 16,9 15,68 10,8 4,78

D600 3 2 30,62 31,32 28,1 20,1 18,3 15,5 14,3 11 4,76

Парам. нар.возд. Т, оС -1 5 -5 -12 2 11 23 23 28 24 22 17 7 1 -2 1 3 17 24 22 24 27

ф, % 89 95 86 78 91 94 87 81 82 86 86 87 93 95 87 80 83 96 85 СО 80 76

Парам. внутр. возд. Т, оС 16 16 16 16 16 17 20 22 22 22 21 19 16 17 16 16 17 20 22 22 22 22

ф, % 62 63 62 63 63 56 62 63 63 63 62 63 63 57 57 63 63 63 63 63 62 62

Влажность бетона в толще стены в начальный период распределена в сечении ячеистого бетона достаточно равномерно, с некоторым снижением от середины до наружной (20—25 см) и внутренней (0—5 см) поверхностей стены.

Полученные результаты влажности бетона в толще стены принимаются за начальные данные и относительно их в дальнейшем проводятся исследования интенсивности снижения влажности стеновой конструкции.

Через 21 мес эксплуатации средняя влажность ячеистого бетона стены составила:

- фрагмент № 1 D300 4,91%;

- фрагмент № 2 D400 4,86%;

- фрагмент № 3 D500 4,78%;

- фрагмент № 4 D600 4,76%.

В результате проведенных исследований определена скорость снижения влажности ячеистого бетона стены от начальной (40 мас. %) до равновесной. Исследовано изменение влажности бетона при эксплуатации однослойных ограждающих конструкций с наружной и внутренней тонкослойной минеральной штукатуркой.

За первые три месяца эксплуатации (декабрь, январь, февраль) стеновой конструкции выявляется интенсивное высыхание внутренней поверхности стены на глубине до 5-10 см.

Скорость снижения влажности ячеистого бетона стены значительно увеличивается и происходит по всей толще стены в весенний, летний и осенний периоды эксплуатации (с 3 по 12 мес). Внутренние слои бетона теряют в этот промежуток времени влажность на уровне 30-60%. А бетон марки D300 - до 70%.

45

40

35

30

25

20

15

»_______»

4 ЭЗОО 1 Э400

Э500 Э600

0-5 5-10 10-15 15-20 20-25

Глубина от внутренней поверхности, см

Рис. 3. Распределение влажности бетона по толщине стены после ее возведения

В зимние месяцы (с 12-го по 15-й мес) наблюдается значительное замедление высыхания. Внутренняя часть кладки (на глубине 0-15 см) теряет влажность лишь на 2-4%, в наружных слоях влажность увеличивается.

За следующие шесть месяцев весенне-летнего периода (с 12-го по 15-й мес) влажность бетона однослойной ограждающей конструкции из мелких блоков ячеистого бетона снизилась до значений, не превышающих 5%: для марки D300 - 4,91%; D400 - 4,86%; D500 - 4,78%; D600 - 4,76%.

6

б

N

сс ^

со

1 С 300 400 500 600

С 1 С  С

0-5 5-10 10-15 15-20 20-25

Глубина от внутренней поверхности, см

Рис. 4. Распределение влажности бетона в толще стены через 21 мес после ее возведения

40

35 30 25

б

§ 20 ^ 15 10 5 0

• эзоо

0400 1 0500 Э600

V ^ \ 1

11

Ноябрь 2011 -март 2012 Апрель - Ноябрь 2012 -октябрь 2012 март 2013 Апрель -август 2013

5

20

10 15

Возраст кладки, мес

Рис. 5. Среднее влагосодержание исследуемых фрагментов кладки в разном возрасте

5

4

3

2

научно-технический и производственный журнал £J\±Jг\i>\'::

20 август 2015 Ы

Выводы. Анализ исследования влажности фрагментов стены показал, что влажность по массе ячеистого бетона изменяется как по величине, так и по характеру распределения в сечении стены. В первый зимний период эксплуатации кладки (1-й, 2-й и 3-й мес) ее высыхание происходило внутрь, в 10—15 см слое стены со стороны отапливаемого помещения. Влажность наружных слоев, наоборот, несколько возрастала. С 6-го месяца эксплуатации при повышении температуры окружающей среды высыхание в наружных слоях кладки ускорилось и дальнейший влагоперенос осуществлялся интенсивно в обоих направлениях от центра стены к ее поверхностям.

Полученные экспериментальные данные по кинетике влагосодержания кладки в начальный период эксплуатации позволяют обосновать:

— рекомендации по установлению расчетных характеристик ячеистых бетонов при проектировании конструкций из них;

— рекомендации к рациональному применению ячеистого бетона в конструкциях;

— предложения по уточнению теплофизических показателей стен из ячеистого бетона, в том числе для определения конструкции внешних стен в условиях обеспечения нормативного термического сопротивления для реального диапазона годовой динамики эксплуатационного влагосодержания материала;

— исключение из нормативов требований к значению отпускной влажности бетона.

Список литературы

1. Васильев Б.Ф. Натурные исследования темпера-турно-влажностного режима жилых зданий. М.: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре, 1957. 215 с.

2. Гаевой А.Ф., Качура Б.А. Качество и долговечность ограждающих конструкций из ячеистого бетона. Харьков: Вища школа, 1978. 224 с.

3. Автоклавный ячеистый бетон: Пер. с англ./ Ред. совет: Г. Бове и др. М.: Стройиздат, 1981. 88 с.

4. Силаенков Е.С. Долговечность изделий из ячеистых бетонов. М.: Стройиздат, 1986. 176 с.

5. Семченков А.С., Ухова Т.А., Сахаров Г.П. О корректировке равновесной влажности и теплопроводности ячеистого бетона // Строительные материалы. 2006. № 6. С. 3-7.

6. Гринфельд Г.И., Куптараева П.Д. Кладка из автоклавного газобетона с наружным утеплением. Особенности влажностного режима в начальный период эксплуатации // Инженерно-строительный журнал. 2011. № 8 (26). С. 41-50.

7. Славчева Г.С., Чернышов Е.М., Коротких Д.Н., Кухтин Ю.А. Сравнительные эксплуатационные теплозащитные характеристики одно- и двухслойных стеновых газосиликатных конструкций // Строительные материалы. 2007. № 4. С. 13-15.

8. Schoch T., Kreft O. The influence of moisture on the thermal conductivity of AAC // 5th International conference on Autoclaved Aerated Concrete «Securing a sustainable future». Bydgoszcz, Poland. 2011. September, 14-17, pp. 361-370.

9. Крутилин А.Б., Рыхленок Ю. А., Лешкевич В.В. Теплофизические характеристики автоклавных ячеистых бетонов низких плотностей и их влияние на долговечность наружных стен зданий // Инженерно-строительный журнал. 2015. № 2 (54). С. 46-55.

10. Гагарин В.Г., Пастушков П.П. Количественная оценка энергоэффективности энергосберегающих мероприятий // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 7-9.

11. Пастушков П.П., Гринфельд Г.И., Павленко Н.В., Беспалов А.Е., Коркина Е.В. Расчетное определение эксплуатационной влажности автоклавного газобетона в различных климатических зонах строительства // Вестник МГСУ. 2015. № 2. С. 60-69.

References

1. Vasil'ev B.F. Naturnye issledovaniya temperaturno-vla-zhnostnogo rezhima zhilykh zdanii [Field investigations of temperature and humidity conditions of residential buildings]. Moscow: State Publishing House of Literature on construction and architecture. 1957. 215 p.

2. Gaevoi A.F., Kachura B.A. Kachestvo i dolgovechnost' ograzhdayushchikh konstruktsii iz yacheistogo betona [The quality and durability of the frame structures of cellular concrete]. Kharkov: Vishcha shkola. 1978. 224 p.

3. Avtoklavnyi yacheistyi beton [Autoclaved aerated concrete]. Trans. from English / Ed. Board: G. Bove and others. Moscow: Stroyizdat. 1981. 88 p.

4. Silaenkov E.S. Dolgovechnost' izdelii iz yacheistykh bet-onov. [Durability of products from cellular concrete]. Moscow: Stroyizdat. 1986. 176 p.

5. Semchenkov A.S., Ukhova T.A., Sakharov G.P. On the adjustment of the equilibrium moisture content and thermal conductivity of aerated concrete. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials] 2006. No. 6, pp. 3-7. (In Russian).

6. Grinfel'd G.I., Kuptaraeva P.D. Autoclaved aerated concrete masonry with external insulation. Features of moisture conditions during the initial period of operation. Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal. 2011. No. 8 (26), pp. 4150. (In Russian).

7. Slavcheva G.S., Chernyshov E.M., Korotkikh D.N., Kukhtin Yu.A. Comparative performance heat-shielding characteristics of one- and two-layer silicate wall constructions. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2007. No. 4, pp. 13-15. (In Russian).

8. Schoch T., Kreft O. The influence of moisture on the thermal conductivity of AAC. 5th International conference on Autoclaved Aerated Concrete «Securing a sustainable future». Bydgoszcz, Poland. 2011. September, 14-17, pp. 361-370.

9. Krutilin A.B., Rykhlenok Yu. A., Leshkevich V.V. Thermal characteristics of autoclaved aerated concrete of low densities and their impact on the durability of the exterior walls of buildings. Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal. 2015. No. 2 (54), pp. 46-55. (In Russian).

10. Gagarin V.G., Pastushkov P.P. Quantitative assessment of energy efficiency of energy saving measures. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 6, pp. 7-9. (In Russian).

11. Pastushkov P.P., Grinfel'd G.I., Pavlenko N.V., Bespalov A.E., Korkina E.V. Calculated certain operating humidity of AAC in different climatic zones of construction. Vestnik MGSU. 2015. No. 2, pp. 60-69. (In Russian).

ПОДПИСКА

НА ЭЛЕКТРОННУЮ версий

— ' U\\

журнала «Строительные материалы»

http://ejournaLrifsm.ru/

Ы

научно-технический и производственный журнал

август 2015

21