автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Разработка и исследование системы повышения теплозащиты газозолобетонных панельных стен с отделкой каменными дроблеными материалами на Среднем Урале

Ня пряма руетпнсн

САЛЬНИКОВ Виктор Борисович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТЫ ГАЗОЗОЛОБЕТОННЫХ ПАНЕЛЬНЫХ СТЕН С ОТДЕЛКОЙ КАМЕННЫМИ ДРОБЛЕНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ НА

СРЕДНЕМ УРАЛЕ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2006

Работа выполнена на кафедре строительных конструкций ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ»

Научный руководитель: — доктор технических наук, профессор,

академик РААСН Яков Иванович Ольков

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент РААСН, Заслуженный деятель науки России Семен Макеевич Скоробогатов - кандидат технических наук, Заслуженный строитель России Арно Яковлевич Эпп

Ведущая организация: — ГУ «УралНИИпроект РААСН»

Зашита состоится 14 декабря 2006 года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.285.06 в ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет—УПИ» по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, аудитория С-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ».

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, Уральский государственный технический университет — УПИ, Ученому секретарю совета университета.

Автореферат разослан 13 ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Алехин В.Н.

Общая характеристик« работы

Актуальность работы определяется тем, что в Свердловской области и г.Екатеринбурге эксплуатируется более 10 млн. м2 жилых домов с панельными стенами из автоклавного газозолобетона, причем более 50% из них с фасадной отделкой каменными дроблеными материалами, которые' нуждаются в повышении теплозащиты. Разработка экономичного способа повышения теплозащиты позволит уменьшить затраты на сохранение жилого фонда этих зданий и сократить дефицит жилья, что согласуется с задачами национального проекта «Доступное жилье». Кроме того, нельзя не учитывать то обстоятельство, что большая часть квартир в домах старой застройки одно- и двухкомнатные, востребованность которых на рынке вторичного жилья возрастает в большей степени, чем для многокомнатных квартир.

Увеличение теплозащиты ограждающих конструкций жилых зданий требует значительно больших удельных затрат по сравнению с затратами на другие энергосберегающие мероприятия, например, на изоляцию магистральных трубопроводов или совершенствование систем теплоснабжения.

Однако без повышения теплозащиты ограждающих конструкций нельзя обеспечить выполнение современных санитарно-гигиенических требований к жилым помещениям. Поэтому повышение теплозащитных свойств ограждающих конструкций зданий старой застройки является необходимым условием их сохранения и дальнейшей эксплуатации.

В связи с длительным сроком эксплуатации отделка панелей уже не выполняет своих функций, то есть не защищает поверхностные слои газозолобетона от увлажнения и не предохраняет стальную арматуру от коррозии. Развитие этих процессов может вызвать необходимость замены панелей.

Таким образом, с одной стороны, существует реальная необходимость повышения теплозащитных качеств панелей, чтобы удовлетворить современным санитарно-гигиеническим требованиям и требованиям по уменьшению энергопотребления в зданиях, с другой - необходимо проводить работу по защите стальной арматуры от коррозии в панелях из газозолобетона. Суммарные затраты на проведение этих мероприятий при их совместном осуществлении могут быть существенно снижены.

Ежегодно количество домов с панелями, нуждающимися в ремонте, увеличивается и к 2010 году составит около 1 млн. м1 общей площади. При

3

стоимости существующих систем утепления это потребует капитальных затрат на продление срока службы наружных стен зданий в сумме не менее 1 млрд. рублей. При этом следует учитывать, что особенности панельных стен с отделкой каменными дроблеными материалами не позволяют использовать существующие способы без существенной модификации, либо требуют дополнительных затрат на предварительную подготовку утепляемой поверхности.

Автором предложена система утепления панельных газозолобетонных наружных стен с отделкой каменными дроблеными материалами, учитывающая их особенности и позволяющая повысить их теплозащитные качества и, одновременно, обеспечить защиту панели от увлажнения атмосферными осадками.

Целью настоящей работы является выполнение исследований, обосновывающих предлагаемую автором систему повышения теплозащиты панельных стен для зданий старой застройки.

Дня достижения этой цели были решены следующие задачи:

— определены специфические свойства панельных стен зданий старой застройки из газозолобетона с отделкой каменными дроблеными материалами, которые могут повлиять на выбор системы утепления этих панелей;

— определена возможность использования существующих систем повышения теплозащиты зданий для этих панелей с учетом их специфических свойств;

- разработана и исследована конструкция системы утепления наружных стен для использования в домах с крупнопанельными стенами из газозолобетона, обеспечивающая требуемую ТСН теплозащиту и защиту арматуры панелей от коррозии при минимальных материальных затратах;

- проверена технологичность предложенной системы и определены ее технико-экономические показатели.

Достоверность полученных результатов обуславливается простотой выбранного расчетного аппарата, использованием известных расчетных компьютерных программ. В работе использован метод математического планирования эксперимента, для проверки достоверности результатов —

статистические метода их обработки. При проведении экспериментальных исследований использованы современные средства * измерений, прошедшие метрологическую поверку. Результаты расчетов по предложенным моделям подтверждаются их сопоставлением с результатами проведенных экспериментальных исследований. Результаты и выводы, полученные в диссертационной работе, научно обоснованы.

Автор защищает:

- принципиальные основы выбора рационального способа повышения теплозащиты н конструкцию системы утепления для панельных стен из газозолобетона, отделанных каменными дроблеными материалами, в зданиях старой застройки;

- инновационную конструкцию системы утеплений и анкерного устройства для утепления зданий старой застройки со стенами из газозолобетона с отделкой каменными дроблеными материалами;

— результаты исследования и расчетные характеристики системы утепления н анкера предложенной конструкции;

— экономические показатели предложенной системы утепления.

Научная новизна работы заключается в следующих положениях:

— результаты анализа возможности экономичного решения системы утепления наружных стен из газозолобетона зданий старой застройки с использованием известных систем утепления наружных стен;

— результаты исследований свойств газозолобетона в стенах зданий старой застройки, учет которых позволяет оптимизировать экономические показатели системы утепления таких зданий;

- Конструкция системы повышения теплозащиты наружных панельных стен из газозолобетона, учитывающая специфические свойства материала этих панелей и позволяющая, одновременно с повышением теплозащиты, обеспечить условия для сохранности стальной арматуры в панелях;

- конструкция плоского металлического анкера, заделанного в цилиндрическую растворную пробку, для использования в предложенной системе утепления;

- результаты исследования несущей способности предложенной конструкции анкерного устройства в зависимости от характеристик его отдельных элементов.

Практическая ценность работы заключена в том, что разработанная автором система утепления наружных стен позволяет обеспечить уменьшение затрат на отопления до величин, указанных в современных нормативных документах, и продлить срок службы зданий, общая площадь которых в Свердловской области составляет около 10 млн. м2, и, тем самым, существенно способствовать уменьшению дефицита жилья.

Опробование системы произведено при устройстве опытного участка.

Апробация работы и публикации. Основные положения работы доложены и обсуждены на III Международных академических чтениях (г. Курск, 2004 г.), VI Всероссийском совещании-выставке по энергосбережению (г. Екатеринбург, 2005 г.), VI, VII, VIII, IX Отчетных конференциях молодых ученых УГТУ-УПИ (г. Екатеринбург, 2004 - 2006 гг.). Работа включена в перечень «Важнейшие законченные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР)» (УрО РАН, г. Екатеринбург, 2005 г.). Результаты выполненных исследований опубликованы в 16 статьях и защищены 5 патентами на полезную модель.

Все эксперименты выполнялись при непосредственном участии автора на кафедре строительных конструкции строительного факультета ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, а также на испытательной базе ОАО «Институт УралНИИАС». Расчеты с помощью ЭВМ проводились при поддержке специалистов кафедры САПР ОС строительного факультета ГОУ ВПО УГТУ-УПИ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и библиографического списка. Работа содержит 129 страниц, включая 23 таблицы, 53 рисунка, а также перечень литературы из 117 наименований.

Содержание работы

В первой главе дан обзор существующих способов утепления стен зданий.

Наружные системы утепления стен зданий, имеющие технические свидетельства, можно разделить на две группы.

Первая труппа — системы утепления, в которых фасадный защитно-отделочный слой прикрепляется к утеплителю, который, в свою очередь, крепится к стене и служит несущим элементом системы, передавая нагрузку от отделочного слоя, ветровую нагрузку и случайные воздействия на основной материал стены. Крепление утеплителя осуществляется приклеиванием к фасадной поверхности стены и пластиковыми дюбелями с тарельчатой шляпкой. Эта группа систем утепления отличается также тем, что защитно-отделочный слой выполняется с использованием мокрых процессов.

Вторая труппа — системы утепления, в которых нагрузки на основной материал стены передаются специальными конструкциями, а утеплитель несет нагрузку только от собственного веса. Система утепления П группы имеет следующее принципиальное решение — с внешней стороны утепляемой стены к монтированным на стене кронштейнам закрепляется несущий каркас из металла или дерева, на который навешивается плитный или листовой отделочный слой (облицовка). Расстояние между основанием и облицовкой заполняется утеплителем, кроме того, между слоем утеплителя и облицовкой оставляется вентилируемый воздушный зазор 40 - 60 мм.

Существенными ограничениями для широкого применения систем первой группы являются требования по подготовке поверхности стены и узкий диапазон температур, при которых рекомендуется проводить монтаж таких систем - от +5 до +28°С. Кроме того, недостаточно данных по долговечности систем I группы.

Главным достоинством систем второй труппы является отсутствие в процессе монтажа мокрых процессов, т.е. устройство систем может производиться в широком диапазоне температур. Наличие вентилируемого воздушного зазора обеспечивает удаление излишков влаги, накапливающейся в конструкции стены за зимний период, поддерживая влажность утеплителя и материала стены на минимальном уровне.

Основные выводы по первой главе сводятся к следующим положениям: I. Системы утепления наружных стен делятся на две группы: с вентилируемым воздушным зазором и без него. Принципиальными конструктивными особенностями систем обеих групп являются:

— жесткие требования к выравниванию поверхности основания (сплошное для систем I группы или частичное для систем П группы);

— использование плитного утеплителя;

7

— закрепление утеплителя на стене специальными средствами: клеем или

дюбелями.

2. Стоимость систем утепления без учета стоимости утеплителя при применении наиболее дешевого материала облицовки составляет от 800 до 1050 руб. за м1 и более.

3. Утепление домов старой застройки в ^Екатеринбурге носит единичный характер. Имеющийся опыт не позволяет сделать вывод о возможности массового применения использованных методов утепления без проведения дальнейших исследований.

Во второй главе приводится описание предлагаемого автором решения.

Для разработки была принята система наружной теплозащиты панелей, которая, как показали исследования НИИСФ РААСН, обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с утеплением изнутри помещений. Для домов со стеновыми панелями из газозолобетона наружное утепление позволяет одновременно решать не только вопрос теплозащиты, но и проблему возобновления водозащитных свойств отделки фасадной поверхности и, как результат, предотвращение развитая коррозии арматуры.

Для выявления возможности использования существующих систем утепления наружных стен для панельных стен из газозолобетона с отделкой каменными дроблеными материалами были рассмотрены характеристики этих стен, которые могут повлиять на выбор конструкции системы утепления (состояние фасадной поверхности, установившаяся влажность газозолобетона, прочность газозолобетона).

Состояние фасадной поверхности. Натурные исследования, проведенные автором, показали, что после 35-40-летнего срока эксплуатации отделка каменными дроблеными материалами фактически перестала защищать материал панелей от увлажнения, поскольку открытая поверхность бетона составляет до 40%. Выпадение каменного материала отделки вызывает образование горизонтальных и наклонных участков газозолобетона на фасадной поверхности, воздействие на которые атмосферных осадков вызывает интенсивное увлажнение в поверхностных слоях и увеличенную глубину проникновения влаги в панель.

Для использования систем первой группы такую неровную поверхность надо оштукатуривать полностью, а для применения систем второй группы — частично. Сплошное оштукатуривание является малотехнологичиой и

8

дорогостоящей операцией, кроме того, надежность совместной работы штукатурки и газоэолобетона требует проведения специальных исследований. Что касается систем второй группы, то они отличаются повышенной стоимостью и длительными сроками окупаемости.

Таким образом, состояние фасадной поверхности панелей из газоэолобетона с отделкой каменными дроблеными материалами определяет необходимость использования системы утепления с несущим элементом, передающим нагрузку от системы утепления на основной материал стены без промежуточных элементов, исключая тем самым необходимость предварительного выравнивания поверхности.

Установившаяся влажность газоэолобетона. В действующих нормативных документах не указано расчетное массовое отношение влаги материала стен для зданий старой застройки после длительной эксплуатации. Между тем эта характеристика влияет не только на удельный расход материалов на утепление, но и на конструктивное решение системы утепления.

'Фундаментальные натурные исследования, проведенные институтом «УралпромстроЙНИИпроекг» совместно с НИИЖБ АСИА СССР в г.Екатеринбурге, для зданий с наружными стенами из газоэолобетона сроком эксплуатации 20-25 лет показали, что уровень установившейся влажности к этому периоду составляет 6-7% и имеет тенденцию к уменьшению. Автором продолжены эти исследования для домов со сроком эксплуатации 35 лет. Результаты этих исследований приведены на рис. 1.

Полученные данные показывают, что к 50 годам эксплуатации величина влажности газоэолобетона в панельных стенах в ^Екатеринбурге составит около 5,5%.

При этом уровне влажности фактический коэффициент теплопроводности будет существенно отличаться от расчетного коэффициента, указанного в ТСН. На этом основании можно рекомендовать для теплофизических расчетов системы утепления наружных стек из газоэолобетона на кислых золах от сжигания экибастузских углей коэффициент теплопроводности, установленный экспериментально в ходе исследований ОАО «Институт «УралНИИАС», X - 0,2 Вт/(м°С), соответствующий влаокности материала 6% для средней плотности материала 600 кг/м\

я

* я

:

а30

|ю

5 О

* иссчиаыня удонитс N имов к ишкдсмииял&лфм

—Среднее тяени

Рис. 1. Влажность газозолобетона в панелях наружных стен с отделкой каменными дроблеными материалами в домах серии 1-468 в зависимости от срока эксплуатации При величине установившейся влажности газозолобетона в панелях на среднем уровне менее 6% развитие коррозии арматуры панелей не происходит, это значит, что конструкция системы утепления должна обеспечивать уровень влажности в материале стены не превышающий это значение.

Прочность газозолобетона. Прочность газозолобетона определялась по слою бетона в плоскости расположения наружных стержней арматурного каркаса панелей. Установлено, что прочность газозолобетона стабильно превосходит прочность газозолобетона блоков современного производства. Это позволяет проводить исследование характеристик анкера с использованием изделий из газозолобетона, изготавливаемых в настоящее время. Одновременно показано, что эта плоскость может быть принята как граничная для торцов анкерных устройств при их монтаже.

В существующих системах утепления, как правило, используется плитный утеплитель плотностью 80 - 130 кг/м\ между тем экономичнее использовать мягкий утеплитель. В исследованных литературных источниках данных по долговечности утеплителей не достаточно. Было проведено натурное исследование состояния минераловатного мягкого утеплителя в стенах зданий в г. Березовском и г. Екатеринбурге после 50-летней эксплуатации. Утеплитель располагался в среднем слое трехслойных железобетонных панелей. При визуальных обследованиях во всех случаях было отмечено отличное состояние слоя минеральной ваты под железобетонной скорлупой. Минеральная вата не рассыпалась, а вынималась слоями. Никаких

10

N 1

■+ V

1

3 10 15 29 И 30 И 40

СЬпившупнщмт

внешних особенностей образцов минеральной ваты, извлеченных из панелей, которые отличали бы их от свежеизготовленной минеральной ваты, не было отмечено. Установлено, что характеристики минеральной ваты после длительной эксплуатации соответствуют требованиям действующего ГОСТ на минераловатные изделия.

Описанные исследования свойств газозолобетона после длительной эксплуатации позволили сформулировать принципы для разработки эффективной системы утепления стен зданий из этих бетонов:

- использование анкеров, передающих нагрузку от элементов системы непосредственно на материал стены без использования промежуточных элементов;

- использование мягкого минераловатного утеплителя и учет при расчете его толщины фактических тешювлажностных характеристик материала стен;

- исключение требований по предварительному выравниванию утепляемой поверхности стены.

Предлагаемая конструкция системы утепления дня домов с панельными стенами из газозолобетона приведена на рис. 2, а (вариант системы с вентилируемым зазором) и 2, б (вариант системы без вентилируемого зазора).

Основное отличие предлагаемой системы заключается в том, что в ней предусмотрена передача нагрузки непосредственно на основной материал стены без промежуточных элементов. Это достигается использованием анкера, конструкция которого показана на рис. 3. Предлагаемый анкерный элемент имеет плоское сечение с высокой жесткостью в вертикальном направлении. Фиксаторы обеспечивают заданное положение анкера в отверстии и увеличение сцепления анкера с растворной пробкой. Конструкция анкера и его модификация защищены патентами на полезную модель № 43280, опубл. 2005.01.10; № 29943, опубл. 2003.06.10.

Система утепления, использующая данное анкерное устройство, может выполняться с вентилируемым зазором или без него с дополнительным слоем пароизоляции. При этом возможно использование мягкого или полужесткого утеплителя. Утеплитель прижимается к стене вертикальными направляющими и облицовочной плитой, а также традиционно используемыми пластиковыми дюбелями с тарельчатой шляпкой. Предусматривается возможность сопряжения облицовочных плит консольными участками. Конструкция

11

системы и ее модификации защищены патентами на полезную модель № 45745. опубл. 2005.05.27; № 37739, опубл. 2004.05.10; № 29944, опубл. 2003.06.10.

—-рм

......ШШ

Рис. 2. Предлагаемая система утепления Условные обозначения на- рис. 2: 1 - утепляемая стена; 2 - растворная часть анкера; 3 - металлическая часть анкера; 4 — утеплитель; 5 - гвдроветрозащитна* паропроницаемая пленка; б - дюбели для крепления утешителя; 7 - вертикальная направляющая; 8 — воздушный зазор; 9 — фасадная плита; 10 - финишная отделка; И - паро изоляционная пленка.

Каитактцц смак»

1

Г

\Омастяе Ляп дтиаснк*

V

-V

Змелывмни часть ншр«

Рис. 3. Коиструкци* анкерного элемента системы Основные выводы по второй главе сводятся к следующим положениям: 1. Определены и исследованы- специфические свойства гаэоэолобетона в стенах зданий старой застройки, обусловливающие необходимое«, особого

подхода к выбору конструктивного решения по повышению теплозащиты стен этих зданий.

2. Установлено, что отделка каменными дроблеными материалами после длительной эксплуатации потеряла водозащитные свойства и не обеспечивает предохранение газозолобетона от увлажнения атмосферными осадками в зоне расположения арматуры.

3. Предложена принципиально новая конструкция системы утепления стен из газозолобетона, при разработке которой учтены специфические свойства газозолобетона в стенах зданий старой застройки.

4. Предложена конструкция анкерного устройства, при использовании которой не нужно предварительно выравнивать поверхность стены. Предложенная конструкция позволяет передавать нагрузку от элементов системы и ветрового давления непосредственно на материал стены без промежуточных элементов.

5. Показана перспективность использования мягкого мннераловатного утеплителя, исходя из его долговечности, в качестве утепляющего слоя систем утепления без вентилируемого зазора.

В третьей главе определяются теплотехнические характеристики предлагаемой системы утепления, важнейшей из которых является приведенное сопротивление теплопередаче слоя эффективного утеплителя с учетом «мостиков холода». Для определения этого показателя использовался модуль HSTAR, входящий в программный комплекс Cosmos/M версия 2.5.

В среде Cosmos рассчитывались два варианта системы утепления: с учетом н без учета вентилируемого зазора. Расчеты проводились для двух температурных режимов: стационарного при температуре наружного воздуха *ati ™ -35 °С (температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92), а также в нестационарном режиме с использованием годичного графика изменения температуры.

На рис. 4 показаны графики изменения температуры по толщине стены с системой утепления в разрезе по анкеру и в разрезе без влияния анкера для системы без вентилируемого зазора. По результатам расчетов сопротивление теплопередаче слоя утеплителя, обеспечивающее нормативные санитарно-гигиенические требования по разнице температуры внутреннего воздуха помещений и температуры внутренней поверхности наружной стены, для всех вариантов системы должно составлять не менее = 1,25 м3-аС/Вт.

13

Температура внутренней поверхности стены в месте теплопроводного включения для рассчитанных вариантов системы составляла 17,4 °С для системы с вентилируемым зазором и гшш\7,7°С для системы без вентилируемого зазора. Определено, что возможное сближение анкеров, при котором их взаимное влияние не будет вызывать изменение температуры на внутренней поверхности стены, должно составлять не менее А = 0,4 м. Этот показатель должен учитываться при проектировании расположения анкеров

Рис. 4. Изменение температуры по толще стены с системой утепления в разрезе по анкеру к в

разрезе без влияния анкера Для варианта системы без вентилируемого зазора для предотвращения увеличения влажности стены с системой утепления предусмотрено устройство дополнительного пароизоляционного слоя.

Вариант системы утепления без вентилируемого зазора является инновационным решением, которое рекомендуется для экспериментального строительства с целью накопления опытных данных, необходимых для прогнозирования долговечности системы. Проведение таких исследований также необходимо ввиду конструктивных особенностей системы, количественное влияние которых на динамику влажности стены неопределённо и должно быть обосновано .длительными натурными исследованиями.

Автором установлено, что после 35- 40-летней эксплуатации влажность газозолобетона в стенах исследуемой группы зданий'составляет около 5,5 %. Определено, что годовой баланс влаги для стены с предлагаемыми системами утепления отрицателен. В этом случае предлагаемая система утепления может рассматриваться гак система, обеспечивающая не только повышение комфортности проживания в доме, но и сохранность арматуры и продление сроков эксплуатации здания.

Основные выводы по третьей главе сводятся к следующим положениям:

1. Определено сопротивление теплопередаче утеплителя (Д^ — 1,25 м1*вС/Вт), обеспечивающее выполнение санитарно-гигиенических требований ТСН с учетом теплопроводных включений, а также предельно допустимое сближение мест установки анкерных устройств (Д = 0,4 м), не оказывающее влияния на общее теплотехническое состояние конструкции.

2. С помощью компьютерного моделирования рассмотрено влияние различного расположения пароиэоляционных слоев на влажностное состояние стены с предлагаемой системой утепления. Рекомендуемое решение обеспечивает сохранение уровня влажности материала в зоне расположения арматуры ниже уровня, при котором возможно развитие ее коррозии.

р четвертой главе приведены результаты исследования несущей способности предлагаемого автором анкерного устройства.

Исследование работы анкерного элемента, заделанного в бетон, проводили Б.Н. Жемочкин, Н.М. Мулин, Г.Г. Шорохов, М.М. Холмянский, В.М. Кольнер, АЛО. Тевелев, В.М. Поздншсин и др. Ими получены многочисленные закономерности и расчетные показатели, которые, однако, не могут быть непосредственно использованы для расчета анкера предложенной конструкции.

Автором экспериментально определялась несущая способность предлагаемого анкера при действии усилий, вызывающих поперечный изгиб, осевое выдергивание, и равнодействующего усилия. Схемы испытательных установок приведены на рис. 5. Перемещения анкерного элемента фиксировались прогибомерами. Для определения положения центра вращения анкерного элемента и возможного изменения его положения при увеличении нагрузки, вызывающей поперечный изгиб, использовалось два прогибомера.

Исследования проводились с использованием метода математического планирования эксперимента. Факторы, оказывающие наибольшее влияние на несущую способность анкерного устройства, были определены в ходе предварительных опытов.

Рис. 5. Схемы непитательных установок: а - равнодействующее усилие; б - осевой вырыв;

в—поперечный изгиб. Условные обозначения на рис, 5: 1 - стенда 2 - газозолобетонный блок; 3 - анкер; 4 - подвес; 5 - дополнительная планка; б - прогибомер.

По результатам испытаний получены следующие зависимости для

определения несущей способности анкерного устройства на действие

равнодействующего, изгибающего и вырывающего усилий соответственно:

уЛы -560,8+26,8*, +16,5*, +140,Ох,; (1)

=459,4 + 54,9*1+ЮД*,+123,4х,+12,6*|*1+15.9*1*а; (2)

У^р =783,3+101,3*, +170,8*з +21,0*, (3)

где X] — глубина заделки анкерного устройства; Хг — диаметр фиксаторов; хз — прочность раствора на сжатие.

За нулевой уровень, на основании предварительных опытов по оценке несущей способности, приняты следующие значения: (к] = 75 мм, 0х2 = 5 мм, 0*3 = 9 МПа. При проведении исследований единица варьирования Я* факторов составляла: X] = 15 мм, А^ — 1 мм, Хз = 4,5 МПа.

Полученные данные показывают, что наибольшее влияние на несущую способность заделки при любом виде испытаний оказывает прочность раствора заделки, наименьшее влияние - диаметр фиксаторов.

При испытании на поперечный изгиб и равнодействующее усилие разрушение образцов происходило с выкалыванием части газозолобетона в устье заделки под растворной пробкой. Разрушение образцов при испытаниях на осевое выдергивание происходило скачкообразно без образования конуса

16

вырыва, Как показали проведенные эксперименты, анкер при приложении к нему нагрузок ие деформировался, то есть его жесткость оказалась достаточной и позволяет принять распределение деформаций бетона линейными.

Подтверждено для конструкций из малопрочных материалов положение, установленное исследователями несущей способности анкерных устройств в высокопрочных бетонных конструкциях, о том, что при заделке анкера в цилиндрическое высверленное отверстие несущая способность анкера не связана с величиной конуса вырыва, так как в нашем случае он не образуется. Этот результат, с одной стороны, ограничивает факторы, влияющие иа несущую способность анкера, в основном характеристиками цементно-песчаной заделки, с другой стороны, требует повышенного внимания к контролю качества работ по устройству этой заделки.

Дополнительно испытывались анкера с перфорацией заделываемой части. Прирост несущей способности в зависимости от диаметра перфорации составил 8-12%.

Для возможности проведения контроля качества монтажа анкерных элементов непосредственно в условиях строительной площадки для зданий до 5 этажей был определен коэффициент Кк 1,245, связывающий несущую способность при действии равнодействующего усилия и усилия, вызывающего поперечный изгиб.

Были проведены испытания после длительного хранения образцов (180 и 360 суток). Результаты показывают тенденцию замедления влияния роста прочности цементно-песчаной заделки на несущую способность анкерного устройства.

Всего было испытано 143 образца, в том числе предварительные испытания для определения факторов влияния - 34 шт., при проведении эксперимента по методу математического планирования - 72 шт., «нулевых анкеров» - 15 шт., длительное испытание - 4 шт., дополнительные испытания (варианты с перфорацией заделываемой части металлической пластины) — 18 шт.

Наряду с экспериментальными исследованиями был проведен расчет анкеров по предложенным автором моделям (рис. 6).

В таблице приведены результаты экспериментальных исследований и данные, полученные по расчетным моделям. Данные показывают достаточно высокую сходимость экспериментальных и теоретических значений.

17

а б

Рис. 6. Предложенные модели расчетной схемы анкерного элемента: а - модель при осевом выдергивании; б - модель при поперечном изгибе ' В результате расчетов были предложены графики, позволяющие определить разрушающую* нагрузку в зависимости от вылета консоли при различных вариантах глубины заделки анкера.

Сравнение расчетных и экспериментальных значений разрушающей нагрузки

Вид разрушающей нагрузки, Н Поперечный изгиб Осевое выдергивание

Глубина заделки, м 0,06 0,075 0,09 0,06 0,075 0,09

Экспериментальная 567 762 856 870 1045 1200

Расчетная 411 615 845 712 816 989

Разница экспериментальных и расчетных значений, % 25 19 1,5 18 21 18

При расчете значений несущей способности анкера и определении необходимого их количества на 1 м2 стены по эмпирическим формулам (1) — (3) рекомендуется вводить следующие коэффициенты: К] = 0,85, учитывающий изменение сцепления газозолобетона и раствора со временем вследствие возможного влияния процесса усадки, и Яз = 0,77, учитывающий разницу в условиях лаборатории и построечных условиях.

Основные выводы по четвертой главе сводятся к следующим положениям:

1. Установлены зависимости несущей способности анкера при действии усилий различного вица от характеристик анкерного устройства (глубина заделки, прочность раствора, диаметр фиксаторов, наличие перфорации). Наибольшее влияние на несущую способность оказывает прочность растворной части анкера, наименьшее—диаметр фиксаторов.

2. Рекомендованы расчетные показатели для проектирования.

3. Эмпирические данные в достаточной степени согласуются с теоретически рассчитанными по предложенным автором моделям. Расхождение в основном составило 18 — 20%.

В пятой ртав^ приводится описание процесса монтажа системы на опытном участке, а также производится экономический расчет сроков окупаемости мероприятий по утеплению зданий старой застройки со стенами из газоэолобетона с отделкой каменными дроблеными материалами.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой системы утепления определялась двумя расчетами. В первом случае учитывалась только та часть затрат, которая относится непосредственно к повышению энергоэффективности здания, т.е. учитывались только затраты непосредственно на утеплитель и его монтаж. Во втором расчете производилось сравнение стоимости материалов, необходимых для устройства предлагаемой системы повышения теплозащиты, без учета стоимости утеплителя, в сравнении с существующими системами.

Для расчета принята норма потребления тепла на отопление для условий г. Екатеринбурга Оьу ■= 965 МД^с/м^щ.^ = 0,231 Гкал/м^щ.™ за год, а стоимость 1 Гкал тепловой энергии - 430,155 рублей. Срок окупаемости мероприятий по утеплению стен здания составил около б лет. Учитывая неизбежное повышение стоимости тепловой энергии, с каждым годом этот срок будет уменьшаться.

Приводятся расчеты, которые показывают, что предлагаемая система на 20-25% экономичнее применяемых в настоящее время систем.

Для предлагаемой системы утепления данные о технологии изготовления и монтажа отсутствуют, специальные инструменты не изготавливаются. Использование утепления в виде матов не опробовано. Могло оказаться так, что трудозатраты по устройству системы утепления и затраты по производству монтажных элементов будут настолько велики, что перекроют выгоды от предлагаемого конструктивного решения. Для проверки технологичности системы был смонтирован опытный участок.

Устройство опытного участка выполнялось звеном рабочих в составе двух человек фирмы «Оника», специализирующейся "на работах по фасадных конструкций. Примерные трудозатраты на устройство системы утепления составили 2 чел-чУм1.

По заключению специалистов ООО «Оника», проводивших монтаж опытного участка, предлагаемая система утепления с использованием минераловатного утеплителя может иметь стоимость до 1250 руб/м1 с учетом стоимости монтажа.

Трехлетние наблюдения за состоянием опытного участка не выявили образования каких либо дефектов наружной отделки, оседания или иной деформации утеплителя.

Основные выводы по пятой главе сводятся к следующим положениям:

1. Проведенная работа показала, что предлагаемая система утепления достаточно технологична и может выполняться специалистами по монтажу фасадных систем, при этом примерные трудозатраты на устройство системы утепления составляют 2 чел-ч/м2.

2. Все элемента, использованные при устройстве системы, могут выполняться из материалов отечественного производства.

3. Стоимостные показатели предлагаемой системы ниже соответствующих показателей других систем, используемых в настоящее время, на 20- 25 %.

Общие выводы по работе

1. На Среднем Урале эксплуатируется около 10 млн. м2 общей площади жилых зданий, с наружными панельными стенами из автоклавного газозолобетона. Срок эксплуатации некоторых из них составляет около 50 лет. Механические свойства ограждающих и несущих конструкций этих зданий могут обеспечить их дальнейшую надежную эксплуатацию. В то же время теплозащитные свойства наружных стен не достаточны и не могут обеспечить комфортные условия проживания, в особенности, с учетом современных требований по энергоэкономичности зданий. Особенностью панелей из автоклавного газозолобетона является необходимость возобновлять водозащитные свойства фасадной отделки для предохранения от увлажнения газозолобетона атмосферными осадками и предотвращения развития коррозии стальной арматуры. Поэтому мероприятия по

повышению теплозащиты должны рассматриваться одновременно и как способы предотвращения развития коррозии стальной арматуры в панелях.

2. Показано, что принципиальным положением, обусловливающим эффективность систем утепления для зданий старой застройки, является всесторонний анализ и учет особенностей материалов стен этих зданий после длительной эксплуатации. -Установлено, что известные системы утепления не могут быть эффективно использованы без существенной модификации для утепления стен зданий старой застройки из газозолобетонных панелей с отделкой фасадной поверхности каменными дроблеными материалами, общая доля которых от объема крупнопанельных зданий составляет около 50%.

3. Предложена система утепления крупнопанельных стен из газозолобетона и конструкция анкерного элемента для такой системы, при разработке которых учтены особенности отделки этих стен, в частности отделки каменными дроблеными материалами, и свойства материала стен -газозолобетона — после длительной эксплуатации. Предложенная система и анкерное устройство защищены патентами.

4. Проведено компьютерное моделирование стены с системой утепления с учетом возникающих «мостиков» холода. Определены возможные конструктивные решения устройства пароизоляционных слоев, обеспечивающие стабильный уровень влажности материала стены, не превышающий уровень, установившийся после длительной эксплуатации, при котором не происходит развитие коррозии стальной арматуры.

5. Определены показатели несущей способности предложенных анкерных устройств, позволяющие при проектировании рассчитывать требуемое количество анкеров, исходя из различных условий эксплуатации. Значения, определенные эмпирическим путем, и расчетные, определенные по предложенным автором моделям, дали удовлетворительную сходимость результатов. Получена математическая зависимость несущей способности анкерного элемента от различных показателей заделки. Установлено, что при всех вариантах загружения наибольшее влияние на несущую способность анкерного устройства оказывает прочность раствора заделки.

6. Технологичность монтажа предложенной системы проверена при устройстве опытного участка. Опробованы и получили положительные оценки специальные приспособления, предложенные для выполнения цементно-

21

песчаной заделки и установки в нее плоского металлического анкера. Предложенная система утепления позволяет уменьшить затраты по сравнению с существующими системами утепления на 20-25%. Кроме того, затраты на мероприятия по повышению теплозащиты, при их совмещении с мероприятиями по повышению водозащитных свойств фасадной отделки, могут быть существенно снижены, и срок их окупаемости для предложенной системы утепления панелей при современном уровне цен не будет превышать б лет.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Сальников В.Б. Фасадные системы утепления наружных стен и возможности их применения для утепления стен из ячеистого бетона, отделанных каменным дробленым материалом / В.Б. Сальников, В.М. Резников // Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные н возобновляемые источники энергии: сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научно-практической конференции и выставки студентов, аспирантов и молодых ученых; 18-21 декабря 2002 года. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002.148 с.

2. Сальников В .Б. Свойства минеральной ваты после длительной эксплуатации в стенах зданий на Среднем Урале / BJS. Сальников // Строительные материалы. 2003. №3 (579).

3. Сальников В.Б. Учет фактических теплотехнических показателей стеновых материалов после длительной эксплуатации при проектировании систем утепления наружных стен / В.Б. Сальников // Наука. Технологии. Инновации: материалы докладов Всероссийской научной конференции молодых ученых: В б ч. Ч. 2. Новосибирск: НГТУ, 2003.

4. Сальников В.Б. Возможность использования плоского металлического анкера в качестве несущего элемента системы утепления / В.Б. Сальников, ЯЛ. Ольков // Научные труды VI отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ: сборник статей. В 2 ч. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. Ч 1.445 с.

5. Сальников В.Б. Решение анкерного устройства системы утепления зданий с наружными стенами из ячеистого бетона, отделанными каменным

дробленым материалом / В.Б. Сальников, Я.И. Ольков, АЛ. Чебыкян // Вестник УГТУ-УПИ №11(41). Строительство й образование: сборник научных трудов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. Вып.7.367 с.

6. Сальников В.Б, Реальные пути уменьшения стоимости утепления наружных стен при реконструкции домов старой застройки / В.Б. Сальников, Я.И. Ольков II Проблемы обеспечения безопасности строительного фонда России: материалы III Международных академических чтений 20-22 мая 2004 г. Курск: КГТУ, 2004.340 с.

7. Сальников В.Б. Проблемы сохранения жилого фонда крупнопанельных зданий в Свердловской области и г.Екатеринбурге / В .Б. Сальников, Я.И. Ольков И VI Всероссийское совещание-выставка по энергосбережению 21-25 марта 2005 г: сборник материалов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005.140 с.

8. Сальников В.Б. Комплексный способ повышения теплозащиты и долговечности панельных стен из ячеистого бетона в зданиях старой застройки / В.Б. Сальников // Важнейшие законченные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР). Екатеринбург: УрО РАН, 2005. Вып. 9.170 с.

9. Сальников В .Б. К вопросу долговечности стеновых панелей из автоклавного ячеистого бетона / В.Б. Сальников, Я.И. Ольков // Научные труды IX отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ: сборник статей. В 4 ч. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. Ч. 1.326 с.

10.Пат. 29943 Российская Федерация, МПК7 Е04В1/41. Анкер для крепления облицовки к стене / Сальников В.Б. № 2002121421/20; заяв. 12.08.2002; опубл. 10.06.2003.

ИЛат. 29944 Российская Федерация, МПК7 Е04В1/41. Устройство для утепления наружных стен / Сальников В.Б. № 2002129496/20; заяв. 06.11.2002; опубл. 10.06.2003.

12,Пат. 37739 Российская Федерация, МПК7 Е04В1/41, Система утепления наружных стен / Сальников В.Б. № 2003136007/20; заяв. 16.12.2003; опубл. 10.05.2004.

13.Пат. 43280 Российская Федерация, МПК7 Е04В1/41. Анкер для крепления облицовки к стене / Сальников В.Б. № 2004122551/22; эаяв. 23.07.2004; опубл. 10.01.2005.

14.Пат. 45745 Российская Федерация, МПК7 Е04В1/74, Система утепления наружных стен / Сальников В.Б. № 2004135871/22; заяв. 07.12.2004; опубл. 27.05.2005.

Подписано в печать 9.11.2006 Формат 60x84 1/16 Бумага типографская Плоская печать Усл. печ. л. 1,39 Уч.-изд.л. 1,17_Тираж 120_Заказ 207/96_Бесплатно

Центр оперативной полиграфии «АСМ - Электроника» 620075 г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, I

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ УТЕПЛЕНИЯ

НАРУЖНЫХ СТЕН.

1.1. Основные сведения о системах утепления.

1.2. Примеры утепления домов старой застройки.

Выводы по главе 1.

Глава 2. ПРЕДЛАГАЕМАЯ СИСТЕМА УТЕПЛЕНИЯ.

2.1. Исследование некоторых характеристик газозолобетона в панельных стенах зданий старой застройки.

2.2. Выбор типа утеплителя.

2.3. Предлагаемая система утепления.

Выводы по главе 2.

Глава 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПРЕДЛАГАЕМОЙ СИСТЕМЫ УТЕПЛЕНИЯ.

Выводы по главе 3.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

ПРЕДЛАГАЕМОГО АНКЕРНОГО УСТРОЙСТВА.

4.1. Обзор литературных данных по исследованиям анкеровки закладных деталей.

4.2. Экспериментальные исследования несущей способности предлагаемой анкерной заделки.

4.3. Теоретический расчет несущей способности предлагаемого анкерного устройства.

4.4. Расчет предлагаемой системы утепления в целом.

Выводы по главе 4.

Глава 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СИСТЕМЫ.

5.1. Определение экономического эффекта от устройства предлагаемой системы утепления.

5.2. Опытный участок.

Выводы по главе 5.

Актуальность работы определяется тем, что в Свердловской области и г. Екатеринбурге эксплуатируется более 10 млн. м2 жилых домов со стенами из автоклавного газозолобетона, которые нуждаются в повышении теплозащиты [66]. Разработка экономичного способа повышения теплозащиты позволит уменьшить затраты на сохранение жилого фонда этих зданий и сократить дефицит жилья, что согласуется с задачами национального проекта «Доступное жилье».

Увеличение теплозащиты ограждающих конструкций жилых зданий требует значительно больших удельных затрат по сравнению с затратами на другие энергосберегающие мероприятия, например, на изоляцию магистральных трубопроводов или совершенствование систем теплоснабжения.

Однако без повышения теплозащиты ограждающих конструкций нельзя обеспечить выполнение современных санитарно-гигиенических требований. Поэтому повышение теплозащитных свойств ограждающих конструкций зданий старой застройки является необходимым условием их сохранения и дальнейшей эксплуатации.

Стоимость рекомендуемых в настоящее время систем утепления стен с учетом стоимости работ по их монтажу составляет 1500-3000 и более руб./м . При таком уровне начальных затрат, которые окупаются в срок до 30 лет, муниципалитеты не в состоянии финансировать работы по повышению теплозащиты зданий.

В Москве пятиэтажные здания старой застройки в ряде случаев сносятся для строительства на освободившейся территории высотных зданий. В г. Екатеринбурге и Свердловской области это может быть оправдано и экономически обосновано лишь в редких случаях. Кроме того, нельзя не учитывать то обстоятельство, что большая часть квартир в домах старой застройки - одно- и двухкомнатные, востребованность которых на рынке вторичного жилья возрастает в большей степени, чем для многокомнатных квартир.

Анализ показал невозможность использования существующих систем повышения теплозащиты зданий без их существенного изменения для газозолобетонных панельных стен. В первую очередь это связано с тем, что в большом количестве панельных зданий использована наружная отделка каменными дроблеными материалами.

Количество таких зданий составляет около 50% от общего числа. В связи с длительным сроком эксплуатации отделка панелей уже не выполняет своих функций, то есть не защищает поверхностные слои газозолобетона от увлажнения и не предохраняет стальную арматуру от коррозии. Развитие этих процессов может вызвать необходимость замены панелей.

Это значит, что, независимо от мероприятий по повышению теплозащиты зданий, для сохранения безопасности эксплуатации необходимо проводить работы по восстановлению защитно-отделочного слоя панелей.

Таким образом, с одной стороны, существует реальная необходимость повышения теплозащитных качеств панелей, чтобы удовлетворить современным санитарно-гигиеническим требованиям и требованиям по энергопотреблению в зданиях, с другой - необходимо проводить работу по защите стальной арматуры от коррозии в панелях из газозолобетона. Суммарные затраты на проведение этих мероприятий при их совместном осуществлении могут быть существенно снижены.

Ежегодно количество домов с панелями, нуждающимися в срочном ремонте, увеличивается и к 2010 году составит около 1 млн. м2 общей площади, При стоимости существующих систем утепления это потребует капитальных затрат на продление срока службы наружных стен зданий в сумме не менее 1 млрд. рублей. Таким образом, разработка системы повышения теплозащиты панельных стен с одновременным повышением долговечности эксплуатации является важной проблемой, решение которой будет способствовать повышению срока службы существующих зданий и, следовательно, уменьшению дефицита жилого фонда.

Автором предложена система утепления панельных газозолобетонных наружных стен [41], учитывающая их особенности и позволяющая выполнить мероприятия как по энергосбережению, так и по замене защитно-отделочного покрытия панелей в зданиях старой застройки.

Целью настоящей работы является выполнение исследований, обосновывающих предлагаемую автором систему повышения теплозащиты панельных стен из газозолобетона с отделкой каменными дроблеными материалами для зданий старой застройки.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

- определены специфические свойства панельных стен из газозолобетона с отделкой каменными дроблеными материалами, которые могут повлиять на выбор системы утепления этих панелей;

- определена возможность использования существующих систем повышения теплозащиты зданий для этих панелей с учетом их специфических свойств;

- разработана и исследована конструкция системы утепления наружных стен для использования в домах с крупнопанельными стенами из газозолобетона, обеспечивающая требуемую ТСН теплозащиту и защиту арматуры панелей от коррозии при минимальных материальных затратах;

- проверена технологичность предложенной системы и определены ее технико-экономические показатели.

Достоверность полученных результатов обуславливается простотой выбранного расчетного аппарата, использованием известных расчетных компьютерных программ. В работе использован метод математического планирования эксперимента, для проверки достоверности результатов -статистические методы их обработки. При проведении экспериментальных исследований использованы современные средства измерений, прошедшие метрологическую поверку. Результаты расчетов по предложенным моделям подтверждаются их сопоставлением с результатами проведенных экспериментальных исследований. Результаты и выводы, полученные в диссертационной работе, научно обоснованы.

Автор защищает:

- принципиальные основы выбора рационального способа повышения теплозащиты и конструкции системы утепления для панельных стен из автоклавного газозолобетона, отделанных каменными дроблеными материалами, в зданиях старой застройки;

- инновационную конструкцию системы утеплений и анкерного устройства для утепления зданий старой застройки со стенами из автоклавного газозолобетона с отделкой каменными дроблеными материалами;

- расчетные характеристики системы утепления и анкера предложенной конструкции;

- экономические показатели предложенной системы утепления.

Научная новизна работы заключается в следующих положениях:

- результаты анализа возможности экономичного решения системы утепления наружных стен из газозолобетона зданий старой застройки с использованием известных систем утепления наружных стен;

- результаты исследований свойств газозолобетона в стенах зданий старой застройки, учет которых позволяет оптимизировать экономические показатели системы утепления таких зданий;

- конструкция системы повышения теплозащиты наружных панельных стен из газозолобетона, учитывающая специфические свойства материала этих панелей [41] и позволяющая, одновременно с повышением теплозащиты, обеспечить условия для сохранности стальной арматуры в панелях;

- конструкция плоского металлического анкера, заделанного в цилиндрическую растворную пробку [40], для использования в предложенной системе утепления;

- результаты исследования несущей способности предложенной конструкции анкерного устройства в зависимости от характеристик его отдельных элементов и свойств газозолобетона после длительной эксплуатации.

Практическая ценность работы заключена в том, что разработанная автором система утепления наружных стен позволяет обеспечить уменьшение затрат на отопление до величин, указанных в современных нормативных документах, и продлить срок службы зданий, общая площадь которых в Л

Свердловской области составляет около 10 млн. м , и, тем самым, существенно способствовать уменьшению дефицита жилья.

Произведено опробование системы при устройстве опытного участка.

Основные положения работы доложены и обсуждены на III Международных академических чтениях (г. Курск, 2004 г.), VI Всероссийском совещании-выставке по энергосбережению (Екатеринбург, 2005 г.), VI, VII, VIII, IX Отчетных конференциях молодых ученых УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2004-2006 гг.). Работа включена в перечень «Важнейшие законченные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР)» (УрО РАН, Екатеринбург, 2005 г.).

Результаты выполненных исследований опубликованы в 16 статьях и защищены 5 патентами на полезную модель.

Все эксперименты выполнялись при непосредственном участии автора на кафедре Строительных конструкции Строительного факультета ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», а также на испытательной базе ОАО «Институт УралНИИАС». Расчеты с помощью ЭВМ проводились при поддержке специалистов кафедры САПР ОС Строительного факультета ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ».

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На Среднем Урале эксплуатируется около 10 млн. м2 общей площади жилых зданий с наружными панельными стенами из автоклавного газозолобетона. Срок эксплуатации некоторых из них составляет около 50 лет. Механические свойства ограждающих и несущих конструкций этих зданий могут обеспечить их дальнейшую надежную эксплуатацию. В то же время теплозащитные свойства наружных стен недостаточны и не могут обеспечить комфортные условия проживания, в особенности, с учетом современных требований по энергоэкономичности зданий. Особенностью панелей из автоклавного газозолобетона является необходимость возобновлять водозащитные свойства фасадной отделки для предохранения от увлажнения газозолобетона атмосферными осадками и предотвращения развития коррозии стальной арматуры. Поэтому мероприятия по повышению теплозащиты должны рассматриваться одновременно и как способы предотвращения развития коррозии стальной арматуры в панелях.

2. Показано, что принципиальным положением, обусловливающим эффективность систем утепления для зданий старой застройки, является всесторонний анализ и учет особенностей материалов стен этих зданий после длительной эксплуатации. Установлено, что известные системы утепления не могут быть эффективно использованы без существенной модификации для утепления стен зданий старой застройки с отделкой фасадной поверхности каменными дроблеными материалами.

3. Предложена система утепления крупнопанельных стен из газозолобетона и конструкция анкерного элемента для такой системы, при разработке которых учтены особенности отделки этих стен, в частности, отделки каменными дроблеными материалами, и свойства материала стен -газозолобетона - после длительной эксплуатации. Предложенная система и анкерное устройство защищены патентами.

4. Проведен компьютерный расчет распределения температурных полей в стене с системой утепления с учетом возникающих «мостиков» холода. Определены возможные конструктивные решения устройства пароизоляционных слоев, обеспечивающие стабильный уровень влажности материала стены, не превышающий уровень, установившийся после длительной эксплуатации, при котором не происходит развитие коррозии стальной арматуры.

5. Определены показатели несущей способности предложенных анкерных устройств, позволяющие при проектировании рассчитывать требуемое количество анкеров, исходя из различных условий эксплуатации. Значения, определенные эмпирическим путем, и расчетные, определенные по предложенным автором моделям, дали удовлетворительную сходимость результатов. Получена математическая зависимость несущей способности анкерного элемента от различных показателей заделки. Установлено, что при всех вариантах загружения наибольшее влияние на несущую способность анкерного устройства оказывает прочность раствора заделки.

6. Технологичность монтажа предложенной системы проверена при устройстве опытного участка. Опробованы и получили положительные оценки специальные приспособления, предложенные для выполнения цементно-песчаной заделки и установки в нее плоского металлического анкера. Предложенная система утепления позволяет уменьшить затраты по сравнению с существующими системами утепления на 20-25%. Кроме того, затраты на мероприятия по повышению теплозащиты, при совмещении их с мероприятиями по повышению водозащитных свойств фасадной отделки, могут быть существенно снижены и срок их окупаемости для предложенной системы утепления панелей не будет превышать 6 лет.

1. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника. М.: Стройиздат, 1998.44 с.

2. Сальников В.Б. Проблемы утепления стен зданий старой застройки / В.Б. Сальников, А.Ю. Коковин // Стройкомплекс Среднего Урала: ежемесячное специализированное издание. 2002 .№11 (59).

3. Перечень технических свидетельств, выданных для использовании на территории Российской Федерации от 27.03.2006 // БСТ. 2002. №4

4. ТС-07-1126-05. Теплоизоляционные системы для фасадов Tex-color А2 и В: инструкция по монтажу. М., 1999.

5. Рекомендации по проектированию и применению для строительства и реконструкции зданий в г. Москве фасадной системы с вентилируемым воздушным зазором «Краспан». М., 2002.

6. ТС-07-1226-06. Система навесного вентилируемого фасада «Краспан»: Альбом технических решений. Красноярск, 2002.

7. ТС-07-1282-06. Система навесного вентилируемого фасада «U-Kon»: Альбом технических решений. Нижний Новгород, 2004.

8. Быстрые методы статистической обработки и планирование экспериментов / И.П. Ашмарин и др. JL: Изд-во Ленингр. ун-та, 1974. 80 с.

9. Бобров Ю.Л. Долговечность теплоизоляционных материалов / Ю.Л. Бобров. М: Стройиздат, 1987. 168 с.

10. Горчаков Г.М. Строительные материалы: учебное пособие для ВУЗов / Г.М. Горчаков, Ю.М. Баженов. М: Стройиздат, 1986. 688 е.: ил.

11. ГОСТ 5802-86 Растворы строительные. Методы испытаний. М., 1986.

12. Гришко Н.М. Отделка наружной поверхности панелей из ячеистого бетона каменными дроблеными материалами: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Н.М. Гришко. Свердловск: УПИ им. Кирова, 1963. 140с.

13. Зайцев А.Г. Вопросы долговечности строительных материалов для крупнопанельного домостроения / А.Г. Зайцев. М.: Стройиздат, 1963.

14. Сальников В.Б. Свойства минеральной ваты после длительной эксплуатации в стенах зданий на Среднем Урале / В.Б. Сальников // Строительные материалы. 2003. №3 (579).

15. Сальников В.Б. Долговечность утеплителя минеральной ваты в стенах зданий на Среднем Урале / В.Б. Сальников, Е.С. Силаенков // Строительство и образование: сборник научных трудов. Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2002. Вып.5. 350 е.: ил.

16. Гришко Н.М. Отделка панелей из ячеистого бетона каменными дроблеными материалами / Н.М. Гришко, Е.С. Силаенков, P.JI. Турке. М.: Госстройиздат, 1963. 26с.

17. Указания по ремонту стен жилых домов из ячеисто-бетонных панелей / УНИИ АКХ им. К.Д. Памфилова. Свердловск, 1981.

18. Матросов Ю.А. Стратегия по нормированию теплозащиты зданий сэффективным использованием энергии / Ю.А. Матросов, И.Н. Бутовский // Жилищное строительство. 1999. №1-3.

19. Методика оценки долговечности плит из минеральной ваты производства ОАО «Тизол» (г.Нижняя Тура), ИЦ «Стройполимертест». М., 1999.

20. Михалко В.Р. Ремонт наружных стен из ячеисто-бетонных панелей / В.Р. Михалко, И.Г. Безлепкин. М.: Стройиздат, 1977. 112с.

21. Разработка нормативов теплопотребления для жилых домов различных групп со сроком эксплуатации более 20 лет: отчет (заключительный) о научно-исследовательской работе / ОАО «Институт УралНИИАС». Екатеринбург, 2000.

22. Изготовить опытную партию стеновых панелей, в том числе с использованием полистирол бетона, на опытном участке Северского завода ЖБИ: отчет о научно-исследовательской работе / Уральский ПромстройНИИпроект. Свердловск, 1987.

23. Инструментальное зимнее обследование санитарно-гигиенического режима в квартирах домов по ул. Латвийской, 36 и 38 микрорайона

24. Компрессорный: отчет о научно-исследовательской работе / ОАО УралНИАСцентр. Екатеринбург, 1999.

25. Временные технические указания по изготовлению каркасной арматуры для наружных стеновых панелей жилых домов серии 1-468. Свердловск: Главсредуралстрой, 1964. 16 с.

26. Постановление Региональной энергетической комиссии Свердловской области от 30.11.2005 г. № 258-ПК «Об утверждении тарифов на тепловую энергию, поставляемую энергоснабжающими организациями Свердловской области».

27. Пат. 29943 Российская Федерация, МПК7 Е04В1/41. Анкер для крепления облицовки к стене / Сальников В.Б. № 2002121421/20; заяв. 12.08.2002; опубл. 10.06.2003.

28. Программный комплекс для расчета и проектирования конструкций ЛИРА 9.0. Руководство пользователя. Книга 1. Основные теоретические и расчетные положения. Некоторые рекомендации // НИИАСС, 2002. 140 с.

29. Рекомендации по проектированию и устройству анкерных и нагельных креплений в стыковых соединениях конструкций из ячеистого бетона. М., 1970.

30. Рекомендации по проектированию наружных стен панельных жилых зданий для северной строительно-климатической зоны. Л., 1986.

31. Рыбьев И.А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ (искусственные строительные конгломераты): Учеб. пособие для вузов /И.А Рыбьев. М.: Высшая школа, 1978. 309 с.

32. Кривошеин А.Д. Принципы нормирования теплозащитных качеств ограждающих конструкций / А.Д. Кривошеин, Г.А. Пахотин, С.Н. Апатин

33. Жилищное строительство. 1998. №7.

34. Холмянский М.М. Податливость заделки в бетоне и поперечное давление сосредоточенных анкеров / М.М. Холмянский, Ф.С. Белавин, Н.Г. Ерин // Труды НИИЖБ. М., 1967. вып.13. 96с.

35. Пат. 43280 Российская Федерация, МПК7 Е04В1/41. Анкер для крепления облицовки к стене / Сальников В.Б. № 2004122551/22; заяв. 23.07.2004; опубл. 10.01.2005.

36. Пат. 45745 Российская Федерация, МПК7 Е04В1/74. Система утепления наружных стен / Сальников В.Б. № 2004135871/22; заяв. 07.12.2004; опубл. 27.05.2005.

37. Методика определения долговечности системы утепления наружных стен с эффективным утеплителем / Е.С. Силаенков и др. // Строительные материалы. 2001. №1 (553).

38. Заключение № 50 от 05.06.2002 «Долговечность газозолобетона производства ООО «Рефтинский завод газозолобетонных изделий»» // ОАО «Институт УралНИИАС». Екатеринбург, 2002. 15 с.

39. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия. С изм. 2003. М.: Стройиздат, 2003. 66 с.

40. СНиП 2.08.01-89* Жилые здания. М.: Стройиздат, 2000.

41. СНиП 23-01-99 Строительная климатология. М.: Стройиздат, 2000.

42. СНиП Н-22-81 Каменные и армокаменные конструкции. М.: Стройиздат, 1995.

43. СП 23-101-2000 Проектирование тепловой защиты зданий. М.: Стройиздат, 2001.

44. Пат. 29944 Российская Федерация, МПК7 Е04В1/41. Устройство для утепления наружных стен / Сальников В.Б. № 2002129496/20; заяв. 06.11.2002; опубл. 10.06.2003.

45. Пат. 37739 Российская Федерация, МПК7 Е04В1/41. Система утепления наружных стен / Сальников В.Б. № 2003136007/20; заяв. 16.12.2003; опубл. 10.05.2004.

46. Указания по отделке панелей из автоклавных ячеистых бетонов каменными дроблеными материалами // НИИ по строительству. -Свердловск: Металлургиздат, 1962. 20 с.

47. Ясин Ю.Д. Пенополистирол. Ресурс и старение материала. Долговечность конструкций / Ю.Д. Ясин, В.Ю. Ясин, А.В. Ли // Строительные материалы. М., 2002. №5 (569).

48. Ильинский В.М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий) / В.М. Ильинский. М.: Высшая школа, 1974. 320 с.

49. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. М.: Стройиздат, 2004.

50. ТСН 23-301-2004. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Екатеринбург, 2004.

51. Франчук А.У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов/ А.У. Франчук. М.: Строийиздат, 1949. 120 с.

52. Рынок систем утепления фасадов Москвы и области. СПб.: ЗАО «Агентство строительной информации», 2005. 38 с.

53. СНиП 2.03.01 84*. Бетонные и железобетонные конструкции. М.:ГУП ЦПП, 2001.76 с.

54. Положение о проведении планово-предупредительного ремонта жилых и общественных зданий / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1965.

55. Концепция по реконструкции крупнопанельных жилых домов первых массовых серий в городе Екатеринбурге. Екатеринбург, 1999.

56. Ливчак В.Н. Стратегия энергосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве и социальной сфере / В.Н. Ливчак // АВОК. 2001. №6.

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

58. Макаричев В.В. Расчет конструкций из ячеистых бетонов /

59. B.В. Макаричев, Н.И. Левин. М.: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1961. 156 с.

60. СНиП II-A.7-62. Строительная теплотехника. М.: Госстройиздат, 1963. 32 с.

61. СНиП II-A.7-71. Строительная теплотехника. М.: Госстройиздат, 1973. 32 с.

62. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1998.

63. СНиП 2.01.02-85. Противопожарные нормы. М.: Стройиздат, 1985.

64. РСН 29-68. Временная инструкция по заводской отделке и защите фасадных поверхностей стеновых панелей и блоков из ячеистых бетонов. М.: Стройиздат, 1968. 24 с.

65. ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. С изм. 1991. М.: Стройиздат, 1991. 20 с.

66. Кашкаров К.П. Контроль прочности бетона и раствора в изделиях и сооружениях / К.П. Кашкаров. М.: Изд. Литературы по строительству, 1967. 96 с.

67. Рекомендации по определению прочности бетона эталонным молотком Кашкарова по ГОСТ 22690.2-77 / НИИОУС при МИСИ им. В.В. Куйбышева. М.: Стройиздат, 1985. 24 с.

68. Розин Л.А. Расчет гидротехнических сооружений на ЭЦВМ. Метод конечных элементов / Л.А. Розин. Л.: Наука, 1971. 206 с.

69. Ухов С.Б. Расчет сооружений и оснований методом конечных элементов /

70. C.Б. Ухов. М.: МИСИ, 1973. 158 с.

71. Алямовский А.А. SolidWorks/COSMOSWorks: инженерный анализ методом конечных элементов / А.А. Алямовский. М.: ДМК-Пресс, 2004.432 с.

72. Kurowski P. Engineering Analysis with CosmosWorks / P. Kurowski. I I Schroff Development Corporation, 2006. 460 c.

73. Силаенков E.C. Как повысить теплозащиту в старых зданиях / Е.С. Силаенков // Строительная газета. 2001. №20.

74. Кольнер В.М. Работа арматурного стержня в бетоне при поперечном нагружении / В.М. Кольнер, Ю.А. Тевелев // Труды НИИЖБ. М., 1967. Вып.13. 96 с.

75. Рекомендации по проектированию стальных закладных деталей для железобетонных конструкций / НИИЖБ. М.: Стройиздат, 1984. 24 с.

76. Белов Б.П. Расчет глубины заделки штырей в стыках сборных конструкций / Б.П. Белов // Бетон и железобетон. 1984. №6.

77. Людовский И.Г., Шарстук В.И. Прогрессивные методы крепления оборудования к фундаментам / И.Г. Людовский, В.И. Шарстук. М.: Стройиздат, 1978. 154 с.

78. Карпенко Н.И. К построению модели сцепления арматуры с бетоном, учитывающей контактные трещины / Н.И. Карпенко // Бетон и железобетон. 1973. №1.

79. Зарин Р.А. Исследование условий сохранности стальной арматуры в панелях из ячеистого бетона: автореферат диссертации, представленной на соискание степени кандидата наук / Р.А. Зарин. Калинин, 1970. 25 с.

80. СН 277-70 Инструкция по технологии изготовления изделий из ячеистых бетонов. М.: Стройиздат. 1971. 98 с.

81. Инструкция по архитектурной отделке и защите от атмосферных воздействий фасадной поверхности стеновых панелей из ячеистых бетонов в заводских условиях. М.: ВНИИстром им.П.П.Будникова, 1977. 102 с.

82. Снитко Н.К. Статическое и динамическое давление грунтов и расчет подпорных стенок/Н.К. Снитко. М.: Госстройиздат, 1963. 296 с.

83. Лалетин Н.В. Расчет жестких безанкерных шпунтовых стенок / Н.В. Лалетин. М.: Стройиздат, 1940.

84. Яропольский М.Я. Полевые и лабораторные исследования устойчивости и прочности свай и шпунтовой стенки / М.Я. Яропольский // Труды ЦНИИВТ, 1935. Вып. 155.

85. Мулин Н.М. Стержневая арматура железобетонных конструкций / Н.М. Мулин. М.:Стройиздат, 1975. 233 с.

86. Борок М.М. Сцепление арматуры с бетоном на шлакопортландцементе / М.М. Борок. Киев: Гостехиздат Украины, 1947. 84 с.

87. Справочник по бетонам и растворам. 2-е изд. перераб. и доп. / А.П. Чехов и др. Киев: Буд1вельник, 1979. 256 с.

88. Железобетонные конструкции. Общий курс. / В.И. Мурашев и др. М.: Гос. изд. литературы по строительству и архитектуре и строительным материалам, 1969. 650 с.

89. Жемочкин Б.Н. Расчет упругой заделки стержня / Б.Н. Жемочкин. М.: Госстройиздат, 1948. 246 с.

90. Миронов B.C. Практический метод расчета свай на действие горизонтальных нагрузок / B.C. Миронов // Известия вузов. Серия «Строительство и архитектура». 1965. №5. 84 с.

91. ЮО.Холмянский М.М. Закладные детали сборных железобетонных элементов / М.М. Холмянский. М.: Стройиздат, 1968. 112 с.

92. Шорохов Г.Г. Несущая способность и деформативность анкеров при статическом нагружении / Г.Г. Шорохов // Труды Казахского филиала АСиА: Сборник 4161. Алма-Ата, 1962.

93. Шорохов Г.Г. Испытание анкерных связей на статическую и вибрационную нагрузку / Г.Г. Шорохов // Строительная механика и расчет сооружений. М.: Стройиздат, 1965. №1. 96 с.

94. Жиляков Я.Г. К расчету стержней, заделанных в упругое полупространство / Я.Г. Жиляков // Строительная механика и расчет сооружений. М.:Стройиздат, 1962. №6. 92с.

95. Жемочкин Б.Н. Практические методы расчета фундаментных балок и плит на упругом основании / Б.Н. Жемочкин, А.П. Спицин. М.: Госстройиздат,1962. 230 с.

96. Ю5.Мулин Н.М. Сварные стыки сборных железобетонных плит / Н.М. Мулин //Вопросы современного строительства. М.: Госстройиздат, 1952. 124 с.

97. Мулин Н.М. Экспериментальные исследования сварных стыков сборных железобетонных конструкций: автореферат диссертации на соиск. уч. ст. канд. техн. наук / Н.М. Мулин. М., 1958. 28 с.

98. Поздникин В.М. Исследование деформативности анкерующих стержней в железобетонных конструкциях: диссертация на соиск. уч. ст. канд. техн. Наук / В.М. Поздникин. Свердловск, 1969. 220 с.

99. ТС-07-0751-03/2 Многослойные фасадные системы "Сэнарджи® МвС" и "Сэнарджи® ПпС-3". Альбом технических решений / ООО Лэдекс-М. М., 2002. 82 с.

100. ТС-07-1350-06 Фасадная система с толстым наружным штукатурным слоем "Термофасад" / ЗАО Хантер-Стар. М., 2006.

101. ТС-07-1309-06 Фасадная система с толстым наружным штукатурным слоем "SERPOROC" / MAXIT OY АВ. М„ 2006.

102. ТС-07-1299-06 Фасадная система с тонким наружным штукатурным слоем "ROCKFACADE" / ЗАО Минеральная Вата. М., 2006.

103. ТС-07-1272-06 Конструкции навесной фасадной системы с воздушным зазором "Навек-020" / ООО «Архелон». М., 2006.

104. Василев Б.Ф. Натурные исследования температурно-влажностого режима жилых зданий / Б.Ф. Василев. М.: Госстройиздат, 1957.

105. Заключение №37 от 28.04.94 «Исследовать состояние арматуры в стеновых панелях и плитах покрытий и перекрытий из автоклавного газозолобетона» /Уральский ПомстройНИИпроект. Научная часть, Свердловск, 1994. 51 с.

106. ГОСТ 4640-93 Вата минеральная. Технические условия. С изм. 1997. М.: Стройиздат, 1997

107. Бойков В.Н. Железобетонные конструкции / В.Н. Бойков, Э.Б. Сигалов. М.: Стройиздат, 1985.

108. Бойков В.Н. Железобетонные конструкции. Специальный курс / В.Н. Бойков и др. М.: Стройиздат, 1981.