Влияние кладочной базальтовой композитной сетки "NOVAGRID" на прочность кладки при действии нагрузок

Базальтовая кладочная сетка NOVAGRID BASALT

Аннотация.

Мы публикуем научную статью из Журнала "Промышленное и гражданское строительство", подготовленную специалистами ФГБОУ Национальный исследовательский Московский Государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), Грановским А.В., Джамуевым Б.К., Хайрнасовым К.З., Ишнахаровым А.Г.

Разработка методов расчета каменных конструкций из различных стеновых материалов на дей­ствие температуры - одна из актуальных проблем в теории каменной кладки. Действие температуры существенно влияет на характер работы как конст­рукции, так и здания в целом. При этом могут зна­чительно изменяться и свойства кладки (снижение прочности, повышение пластичности и т. д.), и вид ее напряженного состояния: с учетом возможного появления трещин конструкция может перейти к одноосному, плоскому или объемному напряженным состояниям [1, 2].

На основе эксперименталь­ных и теоретических исследований в работах [3, 4] даны рекомендации по определению напряжен­но-деформированного состояния (НДС) кладки стен из керамического кирпича при температурных воздействиях. К сожалению, СП 15.13330.2012 «СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конст­рукции» не содержит каких-либо указаний по оценке напряженного состояния кладки с учетом длительности и величины температурных воздействий, а также конструктивных рекомендаций по обеспечению прочности и трещиностойкости кладки в зависимости от характера распределения тем­пературы в здании. Начиная с 1990-х гг. мы перепи­сываем старые нормы по каменным конструкциям, совершенно не учитывая, что живем в другую эпоху: появились кладочные материалы и связующие в виде клеевых растворов и клеев, стальную армату­ру во всем мире заменяют в кладке на композитную и т. д.

Следует отметить, что в настоящее время единственный нормативный документ, который позволяет проектировать каменные стеновые конструкции на основе ячеистобетонных блоков, армирован­ные композитной сеткой, — СП 339.1325800.2017 «Конструкции из ячеистых бетонов. Правила проектирования», разработанный коллективом НИИЖБ им. А. А. Гвоздева под руководством д-ра техн. наук В. Ф. Степановой.

Попытка установить параметры температурных воздействий на кладку лицевого слоя многослой­ной стены и оценить характер распределения напряжений в ней при температурных колебаниях на­ружного воздуха на основе отдельных экспериментальных и численных исследований впервые была сделана в работах [5, 6]. Для восприятия растягивающих напряжений, возникающих в кладке стен при температурных воздействиях, в проектной практике используются различные конструктивные решения: армирование кладки стальной арматурной сеткой или устройство температурных швов.

В последние годы в связи с широким применени­ем композитных материалов в строительстве про­водятся исследования по оценке прочностных характеристик кладки из различных материалов, ар­мированной композитной сеткой, при разных видах ее напряженного состояния (сжатие, изгиб, растя­жение и т. д.). Большой объем исследований непосредственно композитной арматуры на локальное тепловое воздействие или на различный уровень температурной нагрузки показал, что в интервале температур от —50 до 80 °С прочность на растяже­ние арматуры из базальтового волокна не изменяется [8—10]. Однако экспериментальных исследований поведения кладки стен, армированной композитной сеткой, при действии температуры или си­ловых воздействий, моделирующих температурные воздействия, не проводилось.

В Научно-исследовательском институте экспери­ментальной механики НИУ МГСУ в соответствии с комплексной программой экспериментально-теоретических исследований железобетонных и каменных конструкций, армированных композитной арматурой, были проведены испытания фрагментов кладки стен из ячеистобетонных блоков автоклавного твердения (далее — АЯБ) с использованием тонкошовной кладки на основе связующего из клеевой смеси, армированной композитной сеткой из базальтового волокна марки «NOVAGRID», на нагрузки, модели­рующие температурные воздействия.

Цель проведения исследований — определение прочности и монолитности кладки стен из АЯБ при использовании в качестве связующего клеевой сме­си марки «AeroStone», а также оценка влияния ком­позитной сетки из базальтового волокна марки «NOVAGRID» для армирования кладки стен на прочность при растяжении по перевязанному сечению.

Для испытаний изготовили опытные образцы на основе таких материалов, как:

• композитная базальтовая кладочная сетка "NOVAGRID": поверхностная плотность — 250 ± 20 г/м2; модуль упругости - 50 000 МПа; разрывная нагрузка по ос­нове и по утку на 1 м — 50 кН; размер ячейки - 25x25 мм ± 5 %; удлинение сетки при разрыве — не более 4 %;

• ячеистобетонные блоки из автоклавного газо­бетона фирмы «АэроСтоун», класс плотности — D600, класс бетона при сжатии - В2,5;

• клеевая смесь марки «AeroStone», обеспечива­ющая шов толщиной 1-3 мм и равномерное рас­пределение нагрузки между газобетонными блока­ми, прочность при сжатии изготовленных из клеевой смеси кубов - от 9,9 до 11 МПа, в расчетах марку клеевой смеси по прочности при сжатии при­нимали М100.

Один из основных показателей, определяющих эксплуатационную надежность кладки стен, — ее монолитность, т. е. целостность, неразрывность и слитность элементов кладки - связующего и камня. А одним из прочностных параметров кладки, определяющих ее монолитность, является проч­ность кладки при осевом растяжении (нормальное сцепление) по неперевязанному шву. В работах [11, 12] исследовано влияние различных марок клеевых смесей на прочностные параметры кладки из АЯБ и крупноформатного камня.

Рис.1 Испытание образцов на осевое растяжение

Для проведения испытаний на осевое растяжение (рис. 1) были изготовлены образцы, выпиленные из ячеистобетонных блоков производства фирмы «АэроСтоун» и склеенные между собой с помощью кле­евой смеси марки «АэроСтоун». Разрушение образ­цов при осевом растяжении произошло не по шву, а по телу ячеистого бетона (рис. 2). Это позволяет сделать вывод о равнопрочности зоны сцепления образцов и материала блоков при растяжении.

Рис.2 Характер разрушения образцов при растяжении

Анализ результатов испытаний позволяет отме­тить следующее. Напряжения в опытных образ­цах в момент их разрушения при осевом растяже­нии изменялись в интервале от 0,168 до 0,286 МПа при среднем значении Rtcp = 0,215 МПа. Нормаль­ное сцепление при осевом растяжении по непере­вязанному сечению (Rtcp = 0,215 МПа) превысило значение временного сопротивления кладки стен из АЯБ на цементном растворе (табл. 11 СП 15.13330.2012) при осевом растяжении в 1,22 раза.

Для оценки прочности кладки стен из АЯБ при растяжении по перевязанному сечению изготовили две серии образцов:

• серия I — эталонные (неармированные) фрагменты стен из ячеистобетонных блоков размером 250x1815 мм при высоте 1220 мм;

• серия II — аналогичные фрагменты, армированные композитной сеткой на основе базальтового волокна марки «NOVAGRID», которую устанавливали в каждом ряду по высоте кладки.

Методика и результаты испытаний

Образцы стен испытывали с использованием си­ловой установки, включающей в себя два домкрата мощностью по 1000 кН каждый, которые передава­ли нагрузку (растягивающие усилия) через распре­делительные балки из двух швеллеров №27 непо­средственно на экспериментальный образец. Испы­тания проводили по методике ГОСТ 8829 с пошаго­вым нагружением конструкций горизонтальной си­лой. Схема испытаний показана на рис. 3.

Рис.3 Схема нагружения образцов горизонтальной силой

Деформа­ции кладки стен из АЯБ измеряли с помощью элект­ронных индикаторов часового типа с ценой деления 0,001 мм. С каждой продольной стороны опытных образцов устанавливали по два индикатора для за­мера горизонтальных деформаций. Один индикатор размещали по верхней горизонтальной грани образ­ца. Фрагмент стены эталонного образца с установ­ленными на нем силовыми домкратами до начала испытаний на растяжение приведен на рис. 4.

Рис.4 Экспериментальный образец до начала испытаний

Анализ результатов испытаний эталонного об­разца на действие растягивающего усилия позво­ляет отметить следующее:

• разрушение образца произошло при суммарной растягивающей нагрузке от двух домкратов, рав­ной 35 кН (3500 кгс);

• при этом образовалась вертикальная трещина по всей высоте опытного образца (рис. 5а);

Рис.5а Характер разрушения эталонного образца

•напряжение в кладке, соответствующее времен­ному сопротивлению при осевом растяжении по пе­ревязанному шву для ячеистого бетона с влажно­стью ~15%, составило Rtn = 0,12 МПа.

Одновременно были проведены испытания экс­периментального образца серии II, армированного композитной сеткой на основе базальтового волок­на марки «NOVAGRID». Сетка располагалась в ка­ждом ряду по высоте опытного образца. Испыта­ния армированного образца на растяжение по пе­ревязанному сечению показали, что:

• разрушение образца произошло при суммарной растягивающей нагрузке, равной 45 кН (4500 кгс);

Рис.5б Характер разрушения опытного образца, армированного композитной сеткой

• вертикальная трещина образовалась по всей вы­соте опытного образца (рис. 5б), а также имел ме­сто разрыв композитной сетки в горизонтальных швах по высоте образца (рис. 6);

Рис.6 Фрагмент кладки в зоне трещины с разрывом арматуры

• напряжение в кладке, соответствующее сопро­тивлению при временном осевом растяжении по перевязанному шву для ячеистого бетона с влажно­стью ~15 %, Rtn = 0,15 МПа.

Как видно из рис. 6, в момент разрушения об­разца произошел разрыв сетки с включением всех 11 стержней (ровингов). При этом усилие на каж­дый композитный стержень по сечению стены в мо­мент разрушения составило: Ni= 4500/(3* 11) = 1,3 кН.

По данным технического паспорта на композитную сетку из базальтового волокна с ячейкой 25x25 мм, разрушающая нагрузка на 1м составляла N = 50 кН, усилие на каждый стержень Ni = 5000/40 = 1,25 Н.

Таким образом, данные испытаний достаточно хорошо коррелируются с прочностными характеристиками сетки марки «NOVAGRID».

Сравнение результатов испытаний на растяжение эталонного образца и образца с армированием позволило установить, что композитная сетка марки «NOVAGRID» в швах кладки стен из АЯБ сдерживает деформации кладки при растяжении по перевязанному шву, препятствуя более раннему разрушению армированного образца.

Как показали исследования, наличие связующего в виде клеевой смеси марки «AeroStone» и композитной сетки марки «NOVAGRID» при армировании горизонтальных швов кладки увеличило уровень на­грузки при растяжении образца по перевязанному сечению на 28 % по сравнению с неармированной кладкой. При этом разрушение носило хрупкий ха­рактер с одновременным разрывом композитной сетки в каждом из трех горизонтальных швов.

Выводы

1. Применение клеевой смеси марки «AeroStone» для кладки стен из АЯБ позволило повысить монолитность кладки и увеличить ее прочность при осевом растяжении (нормаль­ное сцепление).

2. Прочность кладки при растя­жении по перевязанному шву из АЯБ класса В2,5 на клеевой смеси марки «AeroStone», армирован­ной композитной сеткой марки «NOVAGRID», при действии нагруз­ки, моделирующей температурные воздействия, на 28 % выше проч­ности неармированной кладки.

3. Необходимость замены арма­турной стальной сетки на компо­зитную при проектировании несу­щих, самонесущих и ненесущих (перегородок) стен из АЯБ с ис­пользованием в качестве связую­щего компонента клеевой смеси марки «AeroStone» (вариант тон­кошовной кладки при толщине шва до 3 мм) обу­словлена тем, что при толщине шва до 3 мм не до­пускается применение стальной сетки из арматуры диаметром 2 мм и более. Использование стальной арматурной сетки может привести к более раннему разрушению материала кладки при сжатии вслед­ствие продавливания бетона блоков и снижения уровня нормального (осевое растяжение) и каса­тельного (сдвиг) сцепления блоков из-за отсутствия связи между клеевой смесью и АЯБ.

Базальтовая кладочная сетка NOVAGRID BASALT

Эффективный армирующий материал, используемый при кладочных работах, а также для связевых работ и армирования стяжки. Использование базальтовых сеток увеличивает надежность, долговечность и теплоэффективность объектов.

Базальтовая сетка применяется при возведении объектов из кирпича, камня, ячеистого бетона и строительных блоков, а также используется как армирующий материал между облицовочным слоем и несущей стеной. Базальтовая сетка усиливает прочность кладки и облицовки.

NOVAGRID поставляется в метровых рулонах с намоткой 50 метров.

ЛИТЕРАТУРА

1. Изотова Д. Е. Влияние высоких температур на проч­ность строительных материалов (бетон, железобе­тон, металл) // Международная студенческая кон­ференция. Самара: СГАСУ, 2016.

2. Кричевский А. П. Расчет железобетонных инже­нерных сооружений на температурные воздейст­вия. М.: Стройиздат, 1984. 150 с.

3. Емельянов А. А. Температурные напряжения и рас­крытие трещин в наружных стенах каменных зданий // Теоретические и экспериментальные исследования каменных конструкций. М.: ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко, 1978. С. 59-85.

4. Емельянов А. А. Работа армированной и неармиро­ванной кладок при действии температуры. Там же. С. 120-161.

5. Ищук М. К., Зуева А. В. Назначение расчетной температуры наружных стен с лицевым слоем из кирпи­чной кладки // Строительная механика и расчет со­оружений. 2007. № 4. С. 71-73.

6. Ищук М. К., Зуева А. В. Исследование напряженно-деформированного состояния лицевого слоя из кирпичной кладки при температурно-влажностных воздействиях // Промышленное и гражданское строительство. 2007. № 3. С. 40-43.

7. Гороховых О. Г., Волосач А. В. Исследования по­верхностной твердости ячеистых бетонов, подверг­шихся температурному воздействию // Судебная экспертиза Беларуси. 2019. № 1(8). С. 54-58.

8. Субботин Е. В., Рыков А. А. Расчет напряженно-де­формированного состояния неизотропных матери­алов в условиях температурного воздействия // Научно-технический вестник Поволжья. 2016. N 3. С. 144-146.

9. Ширко А. В., Камлюк А. Н., Семиглазов А.В. Дробыш А. С. Определение механических свойств композитной арматуры с учетом температурного воздействия // Механика машин, механизмов и материалов. 2015. № 2(31). С. 59-65.

10. Степанова В. Ф., Степанов А. Ю., Жирков Е. П. Арматура композитная полимерная. М.: Бумаж­ник, 2013. 198 с.

11. Грановский А. В., Берестенко Е. И. Оценка монолитности кладки стен из крупноформатных многопустотных керамических камней // Жилищное строительство. 2013. №12. С. 31-33.

12. Грановский А.В., Джамуев Б.К., Вишневский А.А., Гринфельд Г.И. Экспериментальное определение нормального и касательного сцепления кладки из ячеистобетонных блоков автоклавного твердения на различных клеевых составах // Строительные материалы. 2015 №8. С. 22-25.

Грановский А.В., Джамуев Б.К., Хайрнасов К.З. Ишнахаров А.Г. влияние композитной сетки на прочность кадки при действии нагрузок, моделирующих температурные воздействия // Промышленное и гражданское строительство. 2020. №3. С.25-30.

DOI: 10.33622 / 0869-7019.2020.3.25-30.