Прочность и деформативность каменной кладки из ячеисто-бетонных блоков автоклавного твердения на полиуретановых швах. Часть 2. Прочность на растяжение при изгибе

УДК 693.1:691.42.001.5

В.Н. ДЕРКАЧ, д-р техн. наук

Филиал Республиканского унитарного предприятия «Институт БелНИИС» «Научно-технический центр»

Прочность и деформативность каменной кладки из ячеисто-бетонных блоков автоклавного твердения на полиуретановых швах Часть 2. Прочность на растяжение при изгибе

Приведены результаты экспериментальных исследований на растяжение при изгибе образцов каменной кладки из ячеисто-бетонных блоков на тонкослойных полиуретановых швах. На основании экспериментальных исследований выявлены особенности разрушения опытных образцов, получены значения прочности каменной кладки на растяжение при изгибе по перевязанному и неперевязанному сечениям. Определена степень анизотропии прочности на растяжение при изгибе кладки на полиуретановых швах. Установлено, что при действии изгибающего момента перпендикулярно плоскости кладки на полиуретановых швах ее разрушение происходит в результате исчерпания прочности материала блока на растяжение. Выполнено сопоставление полученных результатов с результатами экспериментальных исследований каменной кладки из ячеисто-бетонных блоков на тонкослойных клеевых полимерцементных швах. Показано отличие в характере разрушения образцов кладки на полимерцементном клеевом растворе и на клей-пене, а также их прочностных характеристик на растяжение при изгибе.

Ключевые слова: каменная кладка, ячеисто-бетонные блоки, полиуретановый клей, прочность на растяжение при изгибе, перевязанное сечение, неперевязанное сечение.

Для цитирования: Деркач В.Н. Прочность и деформативность каменной кладки из ячеисто-бетонных блоков автоклавного твердния на полиуретановых швах. Часть 2. Прочность на растяжение при изгибе // Строительные материалы. 2017. № 7. С. 30-33.

V.N. DERKACH, Doctor of Sciences (Engineering) (v-derkatch@yandex.ru),

Branch of Republican Unitary Enterprise "Institute BelNIIS", "Scientific-Technical Center"

Strength and Deformability of Stone Masonry Made of Cellular Concrete Blocks of Autoclaved Hardening with Polyurethane Joints. Part 2. Bending Tensile Strength

Results of the experimental study of bending tensile of the samples of stone masonry made of cellular-concrete blocks with thin-layer polyurethane joints are presented. On the basis of experimental studies, peculiarities of the destruction of experimental samples have been revealed, values of bending tensile strength of stone masonry along bound and unbound sections have been obtained. The level of anisotropy of bending tensile strength of the masonry with polyurethane joints has been determined. It is established that when the bending moment acts perpendicular to the plane of the masonry with polyurethane joints, its destruction is due to the exhaustion of tensile strength of block's material. The comparison of results obtained with results of the experimental study of the stone masonry made of cellular concrete blocks with thin-layer glue polymer-cement joints has been made. The difference in the destruction nature of masonry samples on polymer-cement glue solution and adhesive foam as well as their strength characteristics at tensile bending are shown.

Keywords: stone masonry, cellular-concrete blocks, polyurethane glue, ending tensile strength, bound section, unbound section.

For citation: Derkach V.N. Strength and deformability of stone masonry made of cellular concrete blocks of autoclaved hardening with polyurethane joints. Part 2. Bending tensile strength. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 7, pp. 30-33. (In Russian).

Работа каменной кладки при изгибе в плоскости перпендикулярной плоскости стен встречается во многих случаях практики, например:

— в наружных несущих и самонесущих стенах зданий при ветровых и особых воздействиях;

— во внутренних стенах при нагрузке от веса закрепленных на стенах тяжелых предметов, мебели. В EN 1991-1-1 содержатся указания, согласно которым внутренние стены должны рассчитываться на действие линейной равномерно распределенной переменной нагрузки, приложенной на высоте 1,2 м от уровня пола, характеристические значения которой зависят от категории использования помещений и могут достигать 5 кН/м;

— в стенах подвалов и подпорных стенах, подвергающихся горизонтальному давлению и др.

Отдельно следует отметить поэтажно опертое стеновое ограждение многоэтажных каркасных зданий, которые получили массовое применение в современной строительной практике. Наружные стены таких зданий подвергаются значительным ветровым воздействиям. В зависимости от способа закрепления стенового ограждения к конструкциям каркаса сопротивление стены изгибу может определяться прочностью кладки на растяжение при изгибе как

по перевязанному, так и по неперевязанному сечениям [1-5]. В то же время СНиП II-22-81 и СП 15.13330 не допускают проектирования элементов каменных конструкций, работающих на изгиб по неперевязанному сечению.

В последнее время при возведении стенового заполнения каркасных зданий начали находить применение кладки из эффективных стеновых материалов на одно-компонентной полиуретановой клей-пене. При этом прочностные показали данных кладок на растяжение при изгибе в действующих нормативных документах отсутствуют. Указанное обстоятельство определило необходимость проведения настоящих исследований.

Опытные образцы кладки выполнялись из ячеисто-бетонных блоков автоклавного твердения плотностью D400, размерами 600x400x250 мм. Среднее значение приведенной прочности блоков при сжатии fb, установленное в соответствии с СТБ EN 772-1, составило 2,5 МПа.

Кладка ячеисто-бетонных блоков производилась на однокомпонентную полиуретановую клей-пену торговой марки «TITAN PROFESSIONAL» производства Республики Польша, которая наносилась тремя полосами на опорную и стыковую поверхности блока. В соответствии с требованиями СТБ EN 1052-2 было изготов-

30

научно-технический и производственный журнал

июль 2017

Рис. 1. Схема испытаний и общий вид образца в нагружающем устройстве при испытаниях кладки на изгиб: а - по неперевязанному сечению; б - по неперевязанному сечению; 1 - испытываемый образец кладки; 2 - внешние опоры; 3 - внутренние нагружаемые опоры

лено по пять образцов кладки на клей-пене для испытаний на изгиб в плоскостях параллельной и перпендикулярной плоскости горизонтальных швов, а также по одному образцу на полимерцементном клеевом растворе М75 при сплошном заполнении горизонтальных и вертикальных швов кладки.

Форма и размеры опытных образцов кладки назначались в соответствии с СТБ EN 1052—2. Сразу после изготовления к каждому испытуемому образцу прикладывали предварительную вертикальную равномерно распределенную сжимающую нагрузку таким образом, чтобы сжимающие напряжения в сечении образца достигали около 2,5—3^10-3 МПа. В нагруженном состоянии образцы хранились в лабораторных условиях при температуре + 10°С и влажности воздуха 60—70%. Испытание образцов, изготовленных на клей-пене, производилось в возрасте 8 сут, а образцов на полимерцементном клеевом растворе, в возрасте 28 сут.

Прочность каменной кладки на растяжение при изгибе определялась в соответствии с СТБ EN 1052—2 на образцах-стенках прямоугольного сечения, которые ис-пытывались по балочной схеме. Каждый испытуемый образец устанавливался в вертикальное положение, после чего к нему с помощью специального устройства прикладывалась испытательная нагрузка. Для обеспечения равномерного обжатия образца между ним и роликовыми опорами предусматривались упругие прокладки из резины. С целью исключения влияния сил трения в основании испытуемого образца его помещали на металлическую пластину на роликовых опорах. Нагрузка прикладывалась со скоростью, обеспечивающей приращение напряжений от 0,03 до 0,3 МПа/мин. В ходе испытаний регистрировались величина разрушающей нагрузки и характер разрушения опытных образцов.

Схема испытаний и общий вид образцов в нагружающем устройстве представлены на рис. 1.

При изгибе кладки параллельно плоскости горизонтальных швов разрушение четырех образцов, выполненных с применением полиуретановой клей-пены, произошло в результате разрыва материала ячеисто-бетонных блоков в швах вдоль полос полиуретановой клей-пены (рис. 2, а, б). В одном образце имело место разрушение блоков второго ряда по наклонной трещине (рис. 2, в).

Среднее значение прочности на растяжение при изгибе по неперевязанному сечению ^ кладки на полиуре-тановых швах составило 0,23 МПа.

Разрушение образца каменной кладки на полимерце-ментных швах произошло по горизонтальному шву в результате разрыва материала шва без нарушения целостности ячеисто-бетонных блоков (рис. 3). Прочность кладки на полимерцементных швах ^=0,04 МПа оказалась в 5,8 раза ниже значения ^ кладки на полиуретано-вых швах. Данный вывод следует относить к конкретному виду полимерцементного раствора. Исследования кладок из ячеисто-бетонных блоков, которые были выполнены в филиале «БелНИИС»—НТЦ, показывают, что при более высоких прочностных и адгезионных показателях тонкослойных полимерцементных растворов разрушение кладки происходит по материалу блоков.

Результаты определения прочности каменной кладки на растяжение при изгибе по неперевязанному сечению приведены в табл. 1.

В соответствии с Еврокодом 6 [6] характеристическое значения прочности кладки из ячеисто-бетонных блоков на тонкослойных растворных швах определяется по формуле: ^=0,035^. При ^=2,5 МПа, ^к1=0,09 МПа. Из табл. 1 следует, что опытное значение ^ кладки на полиуретановых швах в 1,7 раза превысило значение

б

Рис. 2. Характер разрушения каменной кладки на полиуретановых швах по неперевязанному сечению: а, б -полиуретановых швов; в - разрыв блоков по наклонной трещине

разрыв материала блоков вдоль полос

а

в

научно-технический и производственный журнал

&

У'Л^ЪД-Г июль 2017 31

Таблица 1

Результаты определения прочности кладки на растяжение при изгибе по неперевязанному сечению

№ образца Геометрические параметры Разрушающая нагрузка F Н i,max' Прочность на растяжение при изгибе fx1i, МПа Характеристическое значение прочности на растяжение при изгибе fxk1, МПа

b, мм tu, мм l1, мм l2, мм

Кладка на полиуретановых швах

ИН1 925 400 1167 543 39320 0,25 0,17

ИН2 922 396 1167 543 31660 0,2 0,14

ИН3 920 400 1167 543 39250 0,25 0,17

ИН4 922 400 1167 543 38230 0,24 0,16

ИН5 923 399 1167 543 33980 0,22 0,14

Среднее значение 36488 0,23 0,15

Коэффициент вариации, % 9,5 8,8 8,8

Кладка на полимерцементных швах

ИцН1 922 393 1135 555 6510 0,04 0,03

установленное по аналитическом зависимости согласно [6].

При испытании образцов каменной кладки на изгиб по перевязанному сечению имело место хрупкое разрушение по вертикальному сечению, проходящему по яче-исто-бетонному блоку и вертикальным швам, независимо от вида растворных швов. При этом в образцах кладки на полиуретановой клей-пене в вертикальных швах наблюдался разрыв полиуретана или его отрыв от ячеисто-бетонного блока без нарушения целостности материала блока. В образце, выполненном на полимерцементном растворе, разрыв вертикальных швов происходил по раствору без нарушения его сцепления с ячеисто-бетонным блоком. Характер разрушения опытных образцов кладки показан на рис. 4.

Среднее значение прочности на растяжение при изгибе по перевязанному сечению fx2 кладки на полиуретановых швах оказалось на 40% выше прочности кладки на полимерцементных швах (табл. 2). Это можно объяснить более высоким сопротивлением горизонтальных полиу-ретановых швов растяжению и сдвигу по сравнению с полимерцементными швами. При заполнении вертикальных швов полиуретановой клей-пеной полимеризация происходит в условиях отличных от горизонтальных

швов кладки, где клей-пена обжимается весом ячеисто-бетонных блоков. Соответственно деформативность вертикальных полиуретановых швов оказывается существенно выше, а прочность сцепления с ячеисто-бетон-ными блоками ниже, чем горизонтальных швов. По этой причине влияние вертикальных полиуретановых швов на прочность кладки на растяжение при изгибе по перевязанному сечению является несущественным.

Значение отношения fx2/fx1, которое характеризует степень анизотропии прочности на растяжение при изгибе для кладки на полиуретановых швах, было равно 0,57. Примерно такие же значения fx2/fx1 для кладки на полиуретановых швах приводятся в работе [7]. В техническом свидетельстве на полиуретановую клей-пену [8] для кладки из ячеисто-бетонных блоков значение fx2/fx1=0,66.

В соответствии с [6] для кладки из ячеисто-бетонных блоков прочностью fb=2,5 МПа на тонкослойных растворных швах fxk2=0,035fb=0,09 МПа при заполненных раствором вертикальных швах. В случае отсутствия заполнения вертикальных швов раствором 1^=0,0254=0,06 МПа. Полученное по результатам испытаний кладки на полиу-

Рис. 3. Характер разрушения каменной кладки на полимерцементных швах по неперевязанному сечению

Рис. 4. Характер разрушения каменной кладки по перевязанному сечению: а - на полиуретановых швах; б - на полимерцементных клеевых швах

научно-технический и производственный журнал г;, JJ-j г I

июль 2017 Ы- 'ErJ> ¿\J: LI*

а

Таблица 2

Результаты испытаний образцов кладки на растяжение при изгибе по перевязанному сечению

№ образца Геометрические параметры Разрушающая нагрузка Fimax, Н Прочность на растяжение при изгибе fx2i, МПа Характеристическое значение прочности на растяжение при изгибе fXk2, МПа

b, мм tu, мм l1, мм l2, мм

Кладка на полиуретановых швах

ИП1 749 400 1522 877 16700 0,13 0,09

ИП2 747 399 1522 877 14410 0,12 0,08

ИП3 748 400 1522 877 17720 0,14 0,1

ИП4 749 400 1522 877 16980 0,14 0,1

ИП5 749 399 1522 877 15230 0,12 0,08

Среднее значение 16208 0,13 0,09

Коэффициент вариации, % 8,3 8,1 8,1

Кладка на полимерцементных швах

ИцП1 750 400 1504 876 10900 0,09 0,06

ретановых швах значение fxk2 соответствовало аналитическому значению fxk2 для кладок с заполненными вертикальными швами [6].

На основании проведенных исследований можно заключить, что при действии изгибающих моментов разрушение кладки из ячеисто-бетонных блоков D400 прочностью fb=2,5 МПа на однокомпонентной полиуретановой клей-пене в плоскости, параллельной плоскости горизонтальных швов, происходит вследствие разрыва материала блоков. Опытные значения fxk1 в 1,7 раза пре-

Список литературы

1. Ищук М.К. Отечественный опыт возведения зданий с наружными стенами из облегченной кладки. М.: Стройматериалы, 2009. 360 с.

2. Деркач В.Н. Сопротивление ветровым воздействиям поэтажно опертых многослойных стен с облицовочным слоем // Инженерно-строительный журнал. 2015. № 8. С. 38-43.

3. Деркач В.Н. Особенности расчета каменного заполнения каркасных зданий // Архитектура и строительство. 2015. № 4. С. 50-53.

4. Schmidt U., Jäger W., Brameshuber W., Bakeer T. Biegezugfestigkeit von Mauerwerk // Mauerwerk. 2015. № 19. S. 27-39.

5. Orlowicz R., Jaworski R. Wplyw zbrojenia na nosnosc scian z betonu komörkowego poddanych sciskaniu ze zginaniem // Przeglad budowlany. 2015. № 10. S. 31-33.

6. Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten. Teil 1-1: Allgemeine Regeln für bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk: EN 1996-1-1:2005. Berlin: Deutsches Institut für Normung, 2005. 127 p.

7. Jäger А., Kuhlemann C., Habian E., Kasa M., Lu S. Verklebung von Planziegelmauerwerk mit Polyurethanklebern // Mauerwerk. 2011. № 15. S. 223-231.

8. Poliuretanowa Zaprawa Murarska TBM w postaci piany, do cienkich spoin. Aprobata Techniczna ITB AT-15-9365. 2014. 14 s.

высили аналитические значения fxk1, установленные в соответствии с [6].

Разрушение кладки в плоскости, перпендикулярной плоскости горизонтальных швов, происходит по вертикальному сечению, проходящему по ячеисто-бетонному блоку и вертикальным швам при значениях растягивающих напряжений в кладке fx2, составляющих 0,5—0,6fx1. Установленное экспериментально значение fxk2, соответствовало аналитическому значению fxk2 согласно [6] для кладки с заполненными вертикальными швами.

References

1. Ishchuk M.K. Otechestvennyy opyt vozvedeniya zdaniy s naruzhnymi stenami iz oblegchennoy kladki [Domestic experience of erecting of buildings with outside walls made of lightweight masonry]. Moscow: Stroymaterialy. 2009. 360 p.

2. Derkach V.N. Resistance to wind load by every floor supported multilayered walls with a facing layer. Inzhhenerno-stroitelnyy zhurnal. 2015. No. 8, pp. 38—43. (In Russian).

3. Derkach V.N. Features of masonry filling in the frame buildings. Arkhitektura istroitelstvo. 2015. No. 4, pp. 50—53. (In Russian).

4. Schmidt U., Jäger W., Brameshuber W., Bakeer T. Biegezugfestigkeit von Mauerwerk. Mauerwerk. 2015. No. 19, pp. 27-39.

5. Orlowicz R., Jaworski R. Wplyw zbrojenia na nosnosc scian z betonu komörkowego pod-danych sciskaniu ze zginaniem. Przeglad budowlany. 2015. No. 10. pp. 31-33.

6. Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten. Teil 1-1: Allgemeine Regeln für bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk: EN 1996-1-1:2005. Berlin: Deutsches Institut für Normung, 2005. 127 p.

7. Jäger A., Kuhlemann C., Habian E., Kasa M., Lu S. Verklebung von Planziegelmauerwerk mit Polyurethanklebern. Mauerwerk. 2011. No. 15, pp. 223-231.

8. Poliuretanowa Zaprawa Murarska TBM w postaci piany, do cienkich spoin. Aprobata Techniczna ITB AT-15-9365. 2014. 14 p.

Подписка на электронную версию http://rifsm.ru/page/S7

научно-технический и производственный журнал

июль 2017

33