СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УСТРОЙСТВА НАРУЖНЫХ СТЕН ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ ПАЛЕСТИНЫ

Аннотация. B статье анализируются и разрабатываются новые методы устройства наружных стен в условиях Палестины с сохранением традиционных архитектурных форм. Так как Палестина находится в жарком регионе, эти новые методы возведения наружных стен должны позволить значительно экономить энергию зимой на отопление, а летом - на охлаждение жилых и общественных зданий. При разработке новых конструкций зданий необходимо учитывать климатические условия Палестины, расходы тепловой энергии и состояние строительного комплекса в стране, а также применяемые в данном случае конструкции наружных стен.

Ключевые слова: строительство, наружные стены, жилые здания, жаркий климат, глинобетонные блоки, пустотообразователи.

Актуальность. В настоящее время в связи с недостатком энер­гетических ресурсов и высокими ценами на энергоносители в строительной отрасли остро обозначилась необходимость сокращения энергопо­требления. Из-за недостаточного термического сопротивления стен существующих зданий, что приводит к большим затратам электроэнергии на кондициониро­вание зданий и создание таким образом комфортных условий для проживания в них людей. В этой связи одной из главных проблем в жилищном строительстве Палестины - это создание ограждающих конструкций из экологически чистых, тра­диционных местных строительных материалов, доступных для населения, про­стых в технологии устройства, долговечных и с достаточным сопротивлением теплопередаче в жилых домах каркасной системы.

Научная гипотеза. Цели и задачи исследований. На основании проведенного анализа состояния устройства наружных ог­раждающих конструкций жилых зданий в Палестине выдвинута следующая научная гипотеза: совершенствование технологии уст­ройства наружных стен жилых и общественных зданий с учетом вековых тра­диций и тенденции развития строительства в Палестине может осуществляться с сохранением сложившихся архитектурных форм и материалов, ориентированных, в основном, на обли­цовку фасадов зданий естественным местным камнем светлых тонов. Применяемые в настоящее время конструктивные и технологические ре­шения устройства наружных стен для каркасных и бескаркасных зданий, пре­дусматривают сочетание естественного облицовочного камня с монолитными, сборно-монолитными или сборными вариантами их устройства, и могут со­вершенствоваться за счет использования традиционных и современных строи­тельных материалов, новых конструктивных решений стен на основе внедре­ния новых монтажно-крепежных систем, разработанных ведущими фирмами мира, с существенным облегчением стен и уменьшением их толщины.

Цель: заключается в разработке новых техно­логических и конструктивных решений устройства наружных стен жилых зда­ний с использованием традиционных и современных строительных материалов при сохранении сложившихся архитектурных форм для условий Палестины. [6]

Для достижения поставленной цели необ­ходимо решить следующие задачи: разработать новые технологические и конструктивные решения наруж­ных стен с использованием традиционных и современных строительных мате­риалов и монтажно-крепежных систем; исследовать технологию устройства и теплотехнические параметры применявшихся ранее и существующих в настоящее методов устройства на­ружных стен жилых зданий в условиях Палестины; исследовать технологию изготовления полых сборных и устройство монолитных глинобетонных ограждающих конструкций с использованием по­лимерных пустотообразователей и утилизацией полимерных отходов.[7]

Научная новизна обусловлена: разработанной технологией устройства наружных стен жилых зданий с использованием традиционных и современных строительных материалов и но­вых комбинированных монтажно-крепежныж систем для облицовки зданий; установленными критериями оценки эффективности разработанных технологических решений; установленными закономерностями влияния технологии изготовления и устройства глинобетонных блоков и стен с пустотообразователями на кине­тику влагопотерь в зависимости от коэффициентов неопалубливаемости и объ­емной пустотности; теоретическими положениями, обеспечивающими надежность крепле­ния и последующей эксплуатации облицовочных плит облегченных конструк­ций при изменяющихся температурных воздействиях и ветровых нагрузках.

Огромный дефицит и высокая стоимость электроэнергии в стране остро обозначили необходимость нового конструктивного и технологического реше­ния наружных стен жилых зданий [1, 2, 3, 4].

Предлагается возврат к широкому примене­нию самого распространенного, традиционного и наиболее дешевого материала для наружных стен - глинобетону с обязательным сочетанием его с каркасными системами зданий и новыми способами облицовки фасадов с использованием современных крепежных систем ведущих фирм мира.

Технология изготовления глинобетонных блоков с пустотообразователями.

На данном этапе исследований для изготовления блоков применялись традиционные составы, которые веками были известны.

Как считают многие экологи в мире, материалы, для производства кото­рых необходимы столь высокие затраты энергии как для производства цемента или кирпича, не могут иметь перспективы. В этой связи безобжиговые мате­риалы на основе глины должны получить широкое внедрение в практику строительства в сочетании с другими прогрессивными энерго- и ресурсосбере­гающими технологиями [10].

Требования, предъявляемые к исходным материалам для при­готовления глинобетонной массы.

Основным сырьем для производства самана является повсеместно рас­пространенные глинистые грунты, которые при определенной сте­пени увлажнения способны переходить в пластичное состояние.[8]

Характерной особенностью глинистых грунтов является изменение их свойств в зависимости от влажности. В сухом состоянии они обладают доста­точной механической прочностью, значения которой с ростом влажности уменьшаются.

Местные глинистые грунты содержат песок обычный с размером частиц 0,25-3,0 мм, пылеватый и тонкий 0,01-0,25мм, пыль с размером частиц от 0,005 до 0,01мм и глинистых частиц размером менее 0,005 мм. В глинистых грунтах количество частиц размером менее 0,005 мм составляет более 30%, в суглинках тяжелых 30 - 20 %, в суглинках средних 20-15 %, в суглинках лег­ких 15-10 % [5].

Солома должна быть по возможности сухой (влажность не более 18%), эластичной и тонкой, так как жесткая солома недостаточно гибка и плохо сцеп­ляется с глиной, образуя комки и пустоты, вследствие чего становится более рыхлой и легко насыщаемой водой. Солома, предназначенная для производства самана, должна быть без плесени и других признаков гниения. Ее предваритель­но измельчают, длина сечки 50-70 мм. Соотношение между количеством глиня­ного теста и соломы в составе саманной массы подбирается опытным путем.

Для этого 1 м глиняного теста делят на пять равных частей, и добавляют в них солому: в первую часть 4 кг, во вторую - 3,5, в третью - 3, в четвертую - 2,5 и в пятую - 2; перемешивают полученную массу до однородности, выдерживают два - три дня под навесом, а затем из каждого состава формируют блоки приня­тых для строительства размеров 20 х 20 х 40 см.

Блоки из хорошо приготовленной саманной массы должны удовлетво­рять следующими требованиям: иметь правильную форму параллелепипеда с прямыми гладкими реб­рами; их грани не должны иметь глубоких трещин, расслоений и сильных ис­кривлений (допускаются лишь мелкие волосяные трещины на поверхности); ребра должны быть прямолинейными и без заусенцев; в изломе тело саманного блока должно иметь равномерную смесь гли­ны с соломой или другими волокнистыми материалами, при воздействии огня в течение 1-2 часов саман не должен разрушатся, сгорать или деформироваться.

Блоки можно изготовлять несколькими способами. В одном случае их делают вблизи места приготовления саманной массы в деревянных формах. Для существенного увеличения теплосопротивления ограждающих конструкций из глинобетона предлагается применять для строительства жилых зданий: глинобетонные блоки с пустотообразователями из полимерных бутылок, являющихся бытовым отходом.[5]

Для изготовления блоков применяются ранее описанные составы глино­бетона и традиционные деревянные формы, размером 20 х 20 х 40см полимерные трубчатые изделия. Пустотообразователь располагаются внутри мо­нолитной стены вдоль по периметру. В качестве фиксаторов пустотообразователей применяются деревянные пробки, что обеспечивает неизменность поло­жения пустотообразователей во время заливки глинобетонной смеси. Для обес­печения устойчивости и прочностных характеристик стен по сечению череду­ются слои глинобетона и пустотообразователей. Преимущества предложенного метода устройства стен из пустотных блоков и монолитных стен с использованием пустотообразователей заключаются в существенном повышении теплотехнических характеристик глинобетонных стен, так как сопротивление теплопередаче через стену, изго­товленную из глинобетона с пустотобразвателями толщиной 40см, значительно выше, чем у стены из сплошных глинобетонных конструкций и больше требуе­мого сопротивления. При устройстве стен из монолитного глинобетона с пустотообразовате­лями возможны два варианта их (пустотообразователей) расположения в сече­нии стены: сплошное секционное расположение пустотообразователей; зазорное расположение пустотообразователей. При сплошном секционном расположении блока пустотообразователей по сечению стены глинобетонные перемычки толщиной около 10см между сек­циями должны обеспечивать устойчивость и требуемые прочность и теплотех­нические характеристики стены. При зазорном расположении пустотообразователей в сечении стены рас­стояния между пустотообразователями по высоте стены определяется также как прочностными, так и теплотехническими характеристиками стены. [8]

Один из главных вопросов в технологии монолитного глинобетона - равномерное высыхание стен. Чем толще ограждающая конструкция и больше её высота, тем более длительным становится процесс её высыхания, и менее качественным будут эксплуатационные свойства глинобетона. В этой связи технология устройства современных монолитных глинобе­тонных ограждающих конструкций требует теоретического обоснования и ра­циональных решений опалубочных систем, включая в себя технологию укладки и выслушивания глинобетона, а также повышение теплозащитных свойств на­ружных стен. Одной из важнейших характеристик наружных ограждающих конструкций является коэффициент пустотности, равный отношению пло­щадей всех пустотообразователей в сечении стены к общей поперечной площади стены [9]

В предложенной конструкции стен предусмотрено распо­ложения в сечении одного-двух пустотообразователей. При толщинах стен от 20 до 40см коэффициент пустотности может колебаться от 0,75 до 1см.

В работе установлены закономерности изменения термического сопро­тивления от коэффициента пустотности стен. Так как требуемое термическое сопротивления согласно СНиП П-3-79 для наружных стен средней климатической зоны Палестины составляет 1.1, то согласно полученным графикам толщины стен (без учета валяния облицовки и вентилируемого слоя) должны быть в пределах от 0,30 до 0,40 м. Наличие пустотообразователей в глинобетонных блоках и монолитных стенах, решают проблемы снижения массы, коэффициента теплопроводности и расхода материалов на устройство стен. При этом наличие пустотообразовате­лей приводит и к снижению прочностных показателей стен. Наиболее полной характеристикой, оказывающей основное влияние на прочностные и теплотехнические свойства глинобетона, является коэффициент объемной пустотности, численно равный отношению объема пустообразователей в глинобетонном блоке к объему Блока. Исследования показали, что коэффициент объемной пустотности может изменяться в пределах от 0,05 до 0,4.

В работе при участии автора для случая применения в качестве пустотообразователей полимерных бутылок разработана технология их крепления в мо­нолитных стенах с помощью специальных металлических фиксаторов диамет­ром 8-12мм, выполненных из гладких арматурных стержней. Пустотообразователи нанизываются на металлические фиксаторы в про­цессе производства работ до укладки очередных слоев глинобетона в опалубку. После достижения глинобетоном начальной прочности металлические фиксато­ры извлекаются через отверстия в торцах опалубки, на которые они опираются в процессе монтажа и бетонирования стен. Использование системы крепления полимерных пустотообразователей с помощью металлических фиксаторов позволило существенно упростить произ­водство работ по установке пустотообразователей, их равномерному распреде­лению по сечению и повышению термического сопротивления стен до расчет­ных значении. Пустотообразователи из полимерных бутылок равномерно расположены в сечении стены, и не образуют между собой зазоров - мостиков холода. [6]

Далее приведены основные технологические методы и последовательности производства для строительства монолитных глиняно-бетонных стен с прерывистым и непрерывным секционным расположением полости формирующих полимерных труб и рециркулируемых полимерных бутылок в условиях Палестины. 60 см, Толщина 30 см, а длина платформы - 6 метров. При изменении размеров яруса глинисто-бетонной стены технологические схемы могут быть представлены по аналогии с технологиями производства.

При устройстве монолитных глинобетонных стен с пустотообразователями из полимерных отходов (бутылок) на строительной площадке выполняется следующая технологическая последовательность операций: установка опалубки одного яруса стены; нанизывание полимерных бутылок на горизонтальные фиксаторы (ар­матурные стержни); установка блоков пустотообразователей с их креплением в отверстия на торцевых элементах опалубки; установка промежуточных вертикальных фиксаторов. (Данная опера­ция выполняется как при сплошном секционном так и зазорном распо­ложении пустотообразователей). укладка глинобетонной смеси; уплотнение глинобетонной смеси с заглаживанием поверхности; извлечение вертикальных фиксаторов.

Вертикальные фиксаторы устанавливаются через 1,5-2 метра (по расче­ту в зависимости от гибкости арматуры горизонтальных фиксаторов) и опира­ются на боковые поверхности опалубки. После окончания бетонирования уча­стка стены вертикальные фиксаторы извлекаются из глинобетона следующим способом: арматурный стержень вертикального фиксатора путем надавливания сверху опускается на 3-5 см; фиксатор поворачивается вокруг своей оси на 180°; фиксатор извлекается путем его вертикального поднятия.

Выводы:

1. Разработаны технологии изготовления глиннобетонных блоков и устройства монолитных глинобетонных стен с пустотообразователями, они позволили уменьшить расход материалов на 20-35 %, трудозатрат на 20 - 30%, нагрузки на основаания и сейсмические нагрузки на здания с увеличением приведеного сопротивления теплопередаче в 2 - 3 раза.
2. При устройстве наружных стен из монолитного глинобетона с пустотообразователями исследованы варианты со сплошным секционным и зазорным расположением пустотообразователей, определены основные соотношения параметров стен, обеспечивающих устойчивость и прочность глинобетонных конструкций.
3. Предложены критерии оценки приведенной пустотности блоков и стен, позволяющие интегрально оценивать технологические показатели ограждающих конструкций. Получены зависимости изменения приведенного термического сопротивления наружных стен от значений приведенных коэффициентов термического сопротивления наружных стен и величин приведенных коэффицентов пустотности стен.
4. Разработана технология фиксации полимерных пустотообразователей для равномерного расположения их по сечению стены и создания постянного термического сопротивления стен по высоте.
5. Исследована кинетика изменения влагопотерь по сечению глинобетонных блоков и монолитных стен в зависимости от коэффицентов объемной приведенной пустотности и коэффициетов неопалублености конструкций.

Список литературы:

1. Айрапетов Г. А., Ворока И.Ф., Тюменев Р.И. Совершенствование техно­логии устройства наружных стен жилых домов в условиях Иордании. Материа­лы международной научно-практической конференции «Строительство-2000». Тезисы докладов - Ростов-на-дону: Рост. гос. строит, ун-т, 2015. -С. 9-10.
2. Айрапетов Г.А., Сабанчиев З.М., Ворока И.Ф. Совершенствование спо­собов крепления облицовочных плит фасадов в условиях Иордании. Материалы всероссийской научно-практической конференции. Тезисы докладов. Нальчик 2016. С. 83.
3. Жилой дом из самана. // Жилищное строительство: Стройиздат. -2016,- -№ 6. С. 130.
4. Инструкция по изготовлению применению самана для стен жилых и сельскохозяйственных здании. -М.: НИИ Сельстрой, - 2012. -289 с.
5. Карасева Л. В, Л. Н. Михалкович. Теплофизические основы проектиро­вания ограждающих конструкций здания. Ростов-на-Дону, 2016. -76 с.
6. Карасева Л. В, Л. Н. Михалкович. Теплофизические основы проектиро­вания ограждающих конструкций здания. Ростов-на-Дону, 2013. -76 с.
7. Картавый Н.Г., Ю.И. Сычев., И.В. Волуев. Оборудование для произ­водства облицовочных материалов из природного камня. -М.: Машинострое­ние, 2014. -239 с.
8. Кашин. А. Н. Передовые методы возведения стен из кирпича. -М.: Стройиздат, 2013. -124 с.
9. Миткин Г. С. неметаллическая опалубка сборного железобетона. -М.: Стройиздат, 2015. - 136 с.
10. Невский А. С., Теплообмен излучением в металлургических печах топ­ках паровых котлов. -Свердловск, Гостехиздат, 2013. - 215 с.