Особенности расчета кладки, выполненной в зимнее время

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности расчета кладки, выполненной в зимнее время

Кузнецов Д.А., Гаврилов А.А., кандидат технических наук Оренбургский государственный университет

В данной статье изложен исторический анализ и результаты опытов и экспериментов по возведению первых кирпичных зданий в зимнее время. Приведены основоположники, разработавшие первые способы по ведению каменных работ в зимнее время. Перечислены основные методы и способы по возведению кирпичных зданий при отрицательных температурах, основные достоинства и недостатки этих методов. Рассмотрены особенности расчета кладки выполненной в зимнее время, методом раннего и последующего замораживания, а также кладки с применением противоморозных добавок, проведен анализ и сравнение с расчетом кладки выполненной в летнее время.

До 1920 г. кладка зимой производилась редко и лишь в тепляках, охватывающих все сооружение.

Огромный размах социалистического строительства привел к необходимости вести работы круглый год. В 1930 г. тресты «Мосстрой», «Металлострой» и другие начали широко применять легкие перемещаемые тепляки. С 1931 г. Впервые стали использоватьметод термоса-- работы зимой стали производиться на открытом воздухе с подогретым кирпичом и раствором, а выложенная кладка утеплялась термоизоляционными материалами.

Для кладки метод термоса не дал ожидаемого эффекта: охлаждение замедляется теплотой, выделяющейся при гидратации цемента, а в кладке его относительно мало (цемент содержится лишь в швах). Опыт показал, что такие мероприятия, как подогрев камня и раствора, повышение содержания цемента в растворе и утепление, не предохраняют кладку от замерзания, если она возводится при температуре ниже - 10°С. При такой температуре раствор в ней замерзает, не достигнув сколько-нибудь существенной прочности [1,11].

Также было выявлено, что свежезамороженная кладка в период оттаивания и некоторой выдержки при положительных температурах приобретает достаточную прочность. В связи с этим возникла мысль применять к возводимой на холоде кладке метода замораживания.

Первые опыты по применению метода раннего замораживания провели зимой 1931/1932 года В.М. Медведев и С.А. Миронов в ЦНИПС, М.В. Челбаев и А.К. Гове в тресте «Мосстрой», В.Н. Сизов в тресте «Строитель». Ценные выводы дали исследования свойств замороженной кладки, произведенные в 1937 г. А.А. Шишкиным в ЦНИПС.

По данным крупных экспериментальных исследований и на основе опыта зимнего строительства, осуществляемого в СССР, проф. А.А. Шишкиным разработана ныне действующая инструкция [15]. В ней приводятся все основные указания по применению метода замораживания и других наиболее передовых методов, возникших и развившихся благодаря трудам советских ученых и производственников.

Опыты с замороженной кладкой выявили следующее:

- Кирпичный раствор, замерзший в период кладки, после оттаивания продолжает набирать прочность. Но если раствор замерз сразу после укладки, его конечная прочность получается меньшей, чем проектная, и чем быстрее замерзает раствор тем меньшей получается конечная прочность;

- Конечная прочность раствора на сжатие из-за раннего замерзания понижается на 20 - 30%;

- Раннее замерзание кладки также приводит к пониженному сцеплению раствора с кирпичом, так как образовавшаяся наледь на кирпичах нарушает сцепление между раствором и камнем. Особенно заметно это снижение в кладке из камней, не отсасывающих воду из растаявшего раствора, например, из насыщенных водой кирпича или бетонных камней. В кладке из сухого кирпича, шлакобетонных и других пористых камней сцепление после оттаивания несколько нарастает, но обычно даже при прочных растворах не превышает 0,1Мн/м²;

- Сцепление раствора с арматурой снижается по той же причине что и сцепление кирпича с раствором;

- Замерзший в свежем состоянии раствор обжимается в кладке значительно меньше, чем раствор, уложенный в летних условиях. Поэтому кладка при оттаивании дает значительную осадку. При замерзании на большом морозе (ниже -- 10°С) хорошо выполненная кирпичная кладка может дать осадку до 2 мм/м, кладка из постелистого бута - до 4 мм/м, кладка с толстыми неровными швами -- 7 мм и более;

- Если замерзание свежеуложенного раствора в кладке произошло при небольшом морозе (до -- 10 С), осадка кладки после оттаивания получается значительно (в 2--3 раза) меньшей, чем по предыдущему пункту;

- При замерзании раствора, достигшего 20% и более нормативной прочности, уменьшения прочности на сжатие и снижения сцепления раствора с кирпичом и арматурой не происходит;

- Бесцементные известковые или глиняные растворы после замораживания в свежем состоянии и затем оттаивания больше не твердеют. Это объясняется значительным содержанием в них влаги (около 30%) и образованием вследствие этого скоплений кристаллов льда, безвозвратно нарушающих связь между зернами заполнителя в растворах [2,15].

Основным методом возведения кладки в зимних условиях является метод раннего замораживания. При данном способе допускается замерзание кладочного раствора до достижения им 20% от номинальной прочности. С наступлением теплого времени года, раствор оттаивает и начинает постепенно набирать прочность под влиянием положительной температуры. Зачастую дополнительно используют искусственный обогрев кладки изнутри здания. Эти мероприятия проводятся для того чтобы повысить прочность кладки до момента оттаивания, и для того, чтобы была возможность проводить отделочные работы внутри здания.

Также существует способ и последующего замораживания, его отличие в том, что замерзание раствора допускается лишь при достижение им более 20% от номинальной прочности. Чтобы получить требуемую прочность раствора, кладку вначале согревают искусственно и затем защищают от быстрого охлаждения, применяя для этой цели способ «термоса», обогреваемые тепляки, электропрогрев, прогрев паром и т. п. Некоторое повышение температуры и скорости твердения можно достигнуть и применением в смешанных растворах молотой негашеной извести вместо известкового теста. Требуемая температура раствора в момент укладки кирпича приведена в таблице 1 [2,8,12].

Таблица 1- Требуемая температура раствора в момент укладки кирпича

Кладка в период оттаивания имеет наименьшую прочность. Поэтому способом замораживания в течение одного зимнего периода допускается возводить каменные конструкции высотой не более 15 м и не более 4 этажей.

Рисунок 1 - Укладывание стальных связей в углу и примыкании внутренней стены к наружной

В углах и местах соединения поперечных и внутренних стен на уровне перекрытий укладывают стальные связи [3].

Понижение температуры замерзания кладочного раствора на морозе и хорошее сцепление раствора с камнем после оттаивания может быть обеспечено введением в растворы небольшого (4-7% от массы воды затворения) количества химических добавок: поташа (углекислого калия К2С03), хлористого кальция (СаС12), хлористого аммония (нашатыря), хлористого натрия (поваренной соли NaCl). По предложению Н. Н. Березина для затворения применяют и хлорированную воду -- раствор хлорной извести (СаОС12) - плотностью от 1040 до 1080 кг/м³. При приготовлении хлорированной воды выделяется газообразный хлор (отравляющий газ). Поэтому ее применение допустимо лишь с разрешения органов охраны труда при условии строгого соблюдения соответствующих предписаний по технике безопасности [5].

Кирпичную кладку ответственных и сильно нагруженных конструкций производят на растворе марки 50 и выше, приготовленном на смешанном цементе. Этот цемент предложен докторами технических наук С. А. Мироновым и В. Н. Сизовым, состоит на 75% из портландцемента и на 25% из глиноземистого цемента. Эти растворы набирают большую прочность даже при отрицательных температурах.

Панельные и крупноблочные стены возводят способом замораживания с применением при морозах до t = -10°С обыкновенных портландцементных растворов, при t от -11 до -20°С - растворов с добавкой поташа или нитрита натрия в количестве 5°/о и при t ниже -20°С - в количестве 10% от массы воды затворения [2,15].

Также существует еще один наиболее современный способ ведения зимней кладки - электропрогрев кирпичной стены. Этот методпредусматривает использование электродов, заложенных в кладочные швы. Электроды укладываются в горизонтальные швы по ходу кладки через каждые два ряда. Расстояние между электродами составляет не менее 25 см при напряжении в сети 220 В, а при напряжении в 380 В - на расстоянии 40 см. Расход электроэнергии колеблется от 95 до 180 кВт·ч/м3. На подогрев раствора уходит не более 25% тепла, которое выделяется проводкой. Остальное тепло уходит на нагрев самого кирпича, а также окружающего воздуха. Этот метод не обладает высокой эффективностью, поэтому в настоящее время не получил широкого применения, хотя этот способ более практичен и прост, чем сооружение тепляков. В качестве электродов используются металлические прутки или проволока диаметром 6-8 мм. Необходимо следить, чтобы все вертикальные швы в кирпичной кладке были заполнены раствором - электроды нагревают растворные швы до температуры 30-35 градусов [9].

Рисунок 2 - Электропрогрев кладки

Расчет кладки, возводимой методом раннего или последующего замораживания, производят для двух стадий готовности здания: основной расчет -- для законченного здания с кладкой в возрасте 28 суток (после оттаивания) и дополнительный расчет -- для стадии первого оттаивания (которое может произойти и зимою, во время оттепели).

Особенности расчета зимней кладки по отношению к расчету летней кладки зависят от способа возведения кладки зимой:

1. Расчет кладки, возводимой способом замораживания. Несущая способность конструкций, возводимых на обыкновенных растворах, должна рассчитываться для двух стадий готовности здания:

1.1 основной расчет -- для законченного здания по истечении 28 дней после оттаивания;

1.2 дополнительная проверка несущей способности конструкций -- в стадии первого оттаивания.

В зависимости от температуры наружного воздуха, при основном расчете прочность кладки, выполненной в зимнее время R_t принимается ниже летней R:

а) если кладка выполнялась при температуре не ниже -3°С, то в расчете принимают марку раствора, равную проектной (по летним условиям); следовательно, прочность кладки не понижают и она равняется летнейR_t=R;

б) если кладка выполнялась при температуре -4°С и ниже, прочность кладки R_tпонижается, так как в период оттаивания раствор не набирает проектную прочность. Согласно [6], при температуре от -4 до -20°С прочность раствора понижается на одну марку, при t=-20°С,и ниже -- на две марки.

При температуре наружного воздуха менее -4°С, чтобы при расчете не понижать прочность кладки, принимают марку раствора выше на 1 - 2 пункта, о чем в журнале производства работ должна быть сделана соответствующая запись. Поэтому зимой необходимо постоянно контролировать температуру воздуха и своевременно уточнять марки раствора [1,2,11].

Прочность затвердевшей кладки R_t можно определять по формуле:

,(1)

где R_tи R - расчетная конечная прочность при сжатии оттаявшей зимней кладки, возводившейся при температуре t, н расчетное сопротивление сжатию летней кладки; t - среднесуточная отрицательная температура, °С, при которой возводилась кладка (берется со знаком минус).

Обозначая можно записать Значенияz_t при разных значениях отрицательной температуры t = -°С даны в таблице 2.

Таблица 2 - Значения коэффициента z_t

Раннее замерзание растворов в зимней кладке при t = -°С увеличивает ее конечную деформативность после оттаивания. Это приводит к уменьшению упругой характеристики б, которая должна учитываться в расчетах:

(2)

где б_tи б- упругая характеристика зимней и летней кладки; t - отрицательная температура, принимаемая со знаком минус.

При дополнительном расчете расчетную прочность обыкновенных растворов в стадии первого оттаивания зимней кладки принимают в размере (кгс/см²):

а) 2 - при растворах марки 25 и выше на портландцементе и толщине стен и столбов 38 см и более;

б) нулевую прочность - при растворах на шлакопортландцементе или пуццолановом портландцементе и при быстрооттаивающих стенах и столбах толщиной менее 38 см на всех видах растворов.

Также в расчет вводятся дополнительные коэффициенты условий работы, учитывающие снижение прочности кладки из-за слабого сцепление раствора с кирпичом и арматурой. Данные коэффициенты приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Дополнительные коэффициенты условий работы для кладки, возводимой методом раннего замораживания

2. Расчет кладки, возводимой на растворах с химическими добавками также должен выполняться для двух стадий готовности зданий. При основном расчете марка раствора принимается равной проектной (летней), если каменная кладка или монтаж конструкций из крупных блоков и крупных панелей выполняется при среднесуточной температуре наружного воздуха до -20°С; при температуре ниже -20°С прочность раствора в расчетах снижается на одну марку.

При дополнительной проверке в стадии оттаивания расчет несущей способности кладки, возведенной на растворах с химическими добавками, производится с учетом накопленной ими прочности. При расчете прочности такой кладки понижающие коэффициенты условий работы и не учитываются.

Таким образом, прочность кладки, выполненной зимой, в основном, зависит от температуры наружного воздуха. Чем ниже температура воздуха, тем ниже прочность кладки. Уменьшить влияние отрицательных температур на кладку помогает введение противоморозных добавок в раствор. В этом случае, марка раствора принимается равной летней при температуре не ниже -20°С, а без применения добавок не ниже -4°С. Слишком раннее замерзание раствора приводит к большей деформативности кладки в период оттаивания, что должно учитываться при расчете. Также сцепление кладки с раствором, выполненной зимой, ниже, чем в летнее время, что также учитывается понижающими коэффициентами при расчете.

Как показывает практика, наступление холодного времени года не является поводом останавливать строительство. На сегодняшний день существует достаточно много способов ведения кладки в зимнее время, однако все же не стоит рассчитывать на качество кладки, присущей летнему периоду.

В результате обзора статей и литературы можно сделать следующие выводы:

- до сих пор наиболее эффективным и часто применяемым способом является комбинирование метода замораживания с применением противоморозных добавок;

- при соблюдении всех требований по расчету и технологии строительства прочность и качество зимней кладки будет почти такой же, как и летней;

- кратковременные зимние оттепели действуют на кладку благоприятно: во время таких оттепелей раствор в кладке оттаивает и приобретает некоторую прочность, которой не лишается и в самый неблагоприятный период весеннего оттаивания;

- действие на свежезамороженную кладку устойчивого мороза и затем резкого большого весеннего потепления для кладки неблагоприятно: при потеплении раствор на некоторое время размягчается полностью и лишается какой бы то ни было прочности.

Такие условия должны быть учтены при намерении возвести кладку методом раннего замораживания.

кирпичный кладка зима замораживание

Список литературы

1 Т.Н. Цай, М.К. Бородич, А.Ф. Богданович, Л.М. Пешковский, А.П. Мандриков, Строительные конструкции. Том 1. Металлические, каменные, армокаменные и деревянные конструкции, Стройиздат, 1977. - 273 с.;

2 А. М. Розенблюмас. Каменные конструкции, Изд. «Высшая школа», М:, 1964- 302 с.;

3 И.И. Ищенко, Каменные работы, Изд. «Высшая школа», М:, 1987- 239 с.;

4 Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. Изд. 3-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1975. - 700 с.;

5 Невелева Н.И., Шатов А.Н. Противоморозные добавки для бетонов // Гидротехника. 2009. № 1. С. 84-86;

6 СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-22-81»;

7 Осипов А.М. Бетонирование при низких температурах // Инженерный вестник Дона. 2012. Т. 23. № 4-2 (23). С. 161;

8 Ткаченко В.И. Технология строительных процессов / В.И. Ткаченко. - М.: Высш. шк., 2002. - 392 с.

9 Головнев С.Г. Современные строительные технологии // Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ. 2010. С. 268;

10 Миронов С.А., Малинина Л.А. Ускорение твердения бетона // Москва, Стройиздат. 1967;

11 Москвин В.М. Деформации цементного камня, раствора и крупного заполнителя при раннем замораживании бетона // Бетон и железобетон. 1969. № 12;

12 Теличенко В.И., Терентьев О.М., Лапидус. Технология возведения зданий и сооружений. М.: Высшая школа. 2006. С. 446;

14 Руководство по зимнему бетонированию с применением метода термоса // НИИЖБ, М.: Стройиздат. 1976. С. 1-194;

15 Инструкция по производству каменных работ в зимних условиях (И-184 - 54). М-1957;

16 Поляков С.В., Фалевич Б.Н. Каменные конструкции. М., 1960.

Размещено на Allbest.ru