Структурные и физико-химические изменения в силикатном кирпиче на интервале 70-ти летней эксплуатации

5/2011 ВЕСТНИК

.МГСУ

СТРУКТУРНЫЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В СИЛИКАТНОМ КИРПИЧЕ НА ИНТЕРВАЛЕ 70-ТИ ЛЕТНЕЙ

ЭКСПЛУАТАЦИИ

STRUCTURAL AND PHYSICAL AND CHEMICAL CHANGES IN THE SILICATE BRICK ON THE INTERVAL 70 SUMMER OPERATIONS

А.И. Бедов1, В. В. Бабков2, А. И. Габитов2, Н. С. Самофеев2

A.I.Bedov1, V.V.Babkov2, A.I.Gabitov2, N.S.Samofeev2

'ГОУ ВПО МГСУ, 2ГОУ ВПО УГНТУ

В статье проанализированы деструктивные процессы физико-химической природы, протекающие в структуре кирпича наружных стен жилых домов постройки 1940-2010 гг. в г. Уфе.

In article analyzed the destructive processes of physical and chemical nature, occurring in the structure of the brick's exteriors walls of houses built 1940-2010 gg. in Ufa.

Одним из основных строительных материалов, применяющихся в современном жилищном строительстве, является силикатный кирпич. Его массовое применение в 1940-70 гг. в СССР связано с ростом индустриализации и необходимостью быстрого решения жилищной проблемы в послевоенные годы. В крупных городах Республики Башкортостан значительная часть жилого фонда (около 25-30 %), также реализована в этом материале. Первые заводы в Уфе, начавшие выпуск силикатного кирпича, действуют с начала 20 века. Очевидно, что данный материал имеет сравнительно небольшую историю использования в климатических условиях республики, что требует оценки состояния этого материала в наружных стенах зданий. Стоит отметить, что построенные в 40-70 гг. жилые здания не соответствуют современным теплотехническим нормам по уровню теплозащитных характеристик ограждающих конструкций, что предопределяет их моральный износ.

Первичная оценка физического состояния наружных стен жилых домов в г. Уфе постройки 40-70 гг. проведена специалистами кафедры «Строительные конструкции» УГНТУ с участием специалистов МГСУ на основе визуального и инструментального осмотров слоя наружных стен с выявлением имеющихся дефектов и повреждений. На основе этих обследований авторами было предложено ранжирование категорий объектов по степени поврежденности ограждающих стеновых конструкций (табл. 1), а также выявлены основные деструктурирующие факторы, воздействующие на силикатный кирпич в конструкции наружных стен:

1) Попеременное увлажнение и высушивание наружного поверхностного слоя кирпича. При действии этого фактора в материале возникают неравномерные в объеме деформации набухания-усадки, обусловленные действием механизма сорбции-десорбции, а также напряжения капиллярного стягивания, что приводит к развитию

внутренних напряжений и локальным структурным повреждениям, деструкции материала. Влагостойкость материала против действия этого фактора зависит от амплитуды и числа циклов попеременного увлажнения и высушивания.

2) Попеременное замораживание - оттаивание поверхностного слоя. При отрицательных температурах во влажном капиллярно - пористом материале, каким является силикатный кирпич, происходят фазовые превращения жидкой поровой влаги. Определенная ее доля переходит в лед с 9 %-ным увеличением объема. При этом носитель прочности - твердая фаза испытывает давление льда и гидростатическое давление еще не замерзшей воды, захваченной льдом, блокирующим ее выход в резервные поры.

Этот механизм реализуется в виде многократных повторных воздействий с накоплением локальных повреждений и снижением прочности [3]. Реализуется в поверхностных слоях наружной зоны кладки при ее периодическом переувлажнении выше сорбционной влажности с полной деструкцией этих слоев.

3) Карбонизация структурообразующих фаз. Химическое взаимодействие С02 воздушной среды, для которой достаточно доступна пористая структура силикатного кирпича, с носителем прочности и водостойкости материала - кристаллами и кристаллитами гидросиликатов кальция (как правило, низкоосновными в возрасте свыше 20 лет) приводит к карбонизации гидросиликатных фаз с образованием кальцита СаС03 при выделении кремнекислоты и потерей объема носителя прочности - кристаллической фазы. Химическое взаимодействие ускоряется при увлажнении и при полном осушении.

Диагностика физико-химических и физико-механических параметров, связанных с уровнем эксплуатационной надежности силикатного кирпича в составе стены, проведена на образцах 40-х, 70-х и 2000-х гг (рис. 1.).

1>«в и?111г отаню

Пк 1, Л л1 пин вше пишя ийу кн ишч» 1 7|>ч. 2Ш0 п I

Измерение щелочности среды в объеме образцов (рис. 2) показало снижение уровня РН в водной вытяжке кирпича с 12.5 (образец 2010г) до 7.9 (образец 40 гг.).

Рентгенофазовым анализом (рис. 3) установлено изменение содержания кальцита (СаС03) в материале кирпича и кладочного цементно-песчаного раствора с увеличением интенсивности пиков в образцах более раннего возраста, что отражает происходящие процессы карбонизации в кирпиче и растворе. Минералогический состав (рис. 3) силикатного кирпича 40-го и 70-го года по данным рентгенофазового анализа по основной структурообразующей фазе представлен преимущественно низкоосновными гидросиликатами кальция (ксонотлит (С6БбН), тоберморит (С5Б6Н55), гиролит (С2Б3Н25)) с соотношением СаО/БЮ2 менее 1, кальцитом и а-кварцем. Минералогический состав «молодого» (2010 г) кирпича (рис. 3) представлен в большей степени средне - и высокоосновными гидросиликатами (гиллербрандит (С2БН1Л7), фошагит (2С5Б3Н.3), афвиллит (С3Б2Н.3) ) со степенью основности более 1, кальцитом (следы) и

5/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

а-кварцем [4]. Качественное увеличение низкоосновных гидросиликатов и кальцита в более «зрелом» кирпиче характеризуется 2-х стадийным протеканием перекристаллизации высокоосновных гидросиликатов кальция под влиянием С02 в низкоосновные и кальцит [1,2]. Перекристаллизация основных структурообразующих фаз силикатного кирпича представлена в таблице 2.

Анализ измерения прочностных характеристик, проведенных на образцах 70 гг, показал изменение прочности с её увеличением в приповерхностных слоях кирпича ложкового ряда облицовочного слоя (рис. 4). Увеличение прочности объясняется уплотнением структуры приповерхностного слоя за счет карбонизации и кольматации порового пространства в этой области кирпича [3]. При этом прочность материала приповерхностного слоя оказалась выше исходной марочной прочности кирпича на сжатие по ГОСТ 8462-85 на 10-15% (рис. 5).

Глубина полностью деструктированного слоя по данным натурных обследований элементов кладки, вызванного попеременным замачиванием - осушением в летний и замораживанием-оттаиванием в переходные периоды (осень - зима, зима - весна), на объектах 70-х годов составила 3-4 мм, на объектах 40-хх - 8-10 мм.

На объектах 40-х гг, имеющих дефекты и повреждения, соответствующие 1 категории поврежденности наружных стен (табл.1), без принятия защитных мероприятий, через 10-15 лет состояние кирпича ухудшиться до критического, глубина деструктированного слоя будет расти более интенсивно и, учитывая повышающееся влагопог-лощение, объем влаги аккумулирующийся в объеме материала, негативно повлияет не только на его прочностные, но и на теплотехнические характеристики.

С целью сохранения остаточного ресурса и повышения эксплуатационной надежности поврежденных наружных стен жилых зданий, рекомендуются следующие уровни санации:

I - Радикальный. Включает ремонт крупных дефектов и поврежденной поверхности наружной стены, утепление с использованием беспрессового или экструдиро-ванного пенополистирола при исполнении противопожарных рассечек и последующим исполнением многослойной гидроизоляционной защиты.

1-1 k>W|lF'<

i-

4-1 IM AHjj.

T'i. k i.i i iiri n . L

JL

1

Lr. -Pí-tíii^h :< i' "FI-'tii H ,i H. IjwHIMIJJI-

4- í WH№HfГ J;.T- jl  Гцьити-ЛИ,.!

*-l'»jpii' HTtU

»

L-iil^ j ♦ /л j >± ^ it

1

»Mir.

i- П lim v<< Ï- h-ir-..

I-Luib.Y^nn.'.'iiai . J. ЛЮТШГНДОМ

T^wm.vML:! '. KhlIFlMJ" .4JP-

Sí-

^ t b-wlr-il'J^KI.bT^I

bt -LlbJh jp----^_JL

J.

Рис. 3.

5/2011

ВЕСТНИК

_МГСУ

II - Умеренный. Включает восстановление фактуры и гидроизоляционных качеств поверхности наружной стены, ремонт дефектов на фасаде и установку гидроизоляции.

II I- Упрощенный. Включает устранение дефектов путем шпаклевки, рихтовки и нанесение глубокопроникающего гидрофобизатора методом пульверизации или кис-теванием.

Ожидаемый ресурс продления надежной работы наружной стены после качественной реализации работ по I уровню санации составит не менее 60-70 лет, для II уровня не менее 30 (пример оценки продления остаточной долговечности наружных стен приведен в табл. 3).

Механизм защиты наружной стены для всех трех уровней санации предполагает, прежде всего, ее защиту от атмосферных воздействий, которые наиболее существенным образом влияют на деструктивные процессы в материале [3], однако радикальный уровень санации, включающий термомодернизацию ограждающей стеновой конструкции, позволяет также перевести конструктив наружной стены в комфортный режим работы в годовом цикле эксплуатации при снижении затрат на отопление до 40-50 %.

Предлагаемые уровни санации апробированы в городах Республики Башкортостан в рамках Республиканской программы по капитальному ремонту многоквартирных жилых домов, реализованной в 2008-2010 гг с участием авторов.

Литература

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

2. Бабков В.В., Мохов В.Н., Капитонов С.М., Комохов П.Г. Структурообразование и разрушение цементных бетонов. - Уфа, ГУП «Уфимский полиграфкомбинат», 2002. - 376 с.

3. Хавкин Л.М. Технология силикатного кирпича. - М.: Стройиздат, 1982. - 384 с.

4. Кржеминский С.А., Судина Н.К., Кройчук Л.А., Варламов В.П. Автоклавная обработка силикатных изделий. М.: Стройиздат, 1974. - 160 с.

The literature

1. Silaenkov E.S. Durability of products from cellular concrete. - Moscow: Stroyizdat, 1986. -

176 p.

2. Babkov V. V., Mohov V. N., Kapitonov S.M., Komohov P. G. Structurization and destruction of cement concrete. - Ufa: State Unitary Enterprise «Ufa polygraphic industrial complex», 2002. -376 p.

3. Havkin L.M. Technology of a silicate brick. - Moscow: Stroyizdat, 1986. - 384 p.

4. Krzheminsky S.A., Sudina N.K., Kroychuk L.A., Varlamov V.P. Autoclave processing of silicate products. - Moscow: Stroyizdat, 1974. - 160 p.

Ключевые слова: карбонизация структурообразующих гидросиликатных фаз, поврежден-ностъ наружных стен, уровни санации, эксплуатационная надежность.

Key words: carbonisation of the structure-phase hydrosilicate, erosion of the exterior walls, retracement levels, serviceability

e-mail авторов: gbk@mgsu.ru

Рецензент: М.К.Ищук, канд.техн.наук, заведующий лабораторией реконструкции уникальных каменных зданий и сооружений ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко ОАО «НИЦ «Строительство»»