Применение неавтоклавных фибропенобетонных блоков в навесных фасадах



В статье рассматриваются проблема определения несущей способности навесной фасадной системы и обеспечения ее безопасной эксплуатации в аспекте применения конкретных строительных материалов и изделий в подсистемах (на примере фибропенобетонных стеновых блоков).

Ключевые слова: фибропенобетон, навесной вентилируемый фасад, анкерная конструкция, усилие вырыва, энергоэффективность.

В современных условиях чрезвычайно важным является решение проблемы энергоресурсосбережения. В этой связи в настоящее время в странах Европейского союза и РФ перспективным направлением является проектирование и строительство энергоэффективных зданий.

В России проектирование, строительство и реконструкция зданий и сооружений выполняется в соответствии с требованиями СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Для достижения повышенной энергетической эффективности зданий и сооружений и снижение потребления энергоресурсов в системах жизнеобеспечения зданий возможно использование различных современных теплоизоляционных материалов и конструктивных приемов [5]. Одним из широко применяемых решений являются навесная фасадная система (НФС), в составе которой используют ячеистые бетоны, в том числе и блоки из фибропенобетона (ФПБ) неавтоклавного твердения. ФПБ характеризуется сравнительно низкой средней плотностью от 80 кг/м ³ до 480 кг/м ³ и коэффициенте теплопроводности от 0,04 Вт/(м* ⁰ С) до 0,16 Вт/(м* ⁰ С). Одновременно с этим фибропенобетон обладает удобообрабатываемостью (гвоздимость, фрезерование, пиление, сверление и т. п.), а также малой усадкой, высокими трещиностойкостью и морозостойкостью за счет дисперсного армирования, благоприятным образом влияющего на формированипе оптимальной поровой структуры [6].

Для получения высоких значений термического сопротивления и создания надежной и безопасной эксплуатации НФС к блокам из ФПБ при помощи анкеров осуществляют крепление подоблицовочной конструкции (подконструкции) и элементов завершающей отделки [2].

Как показывает накопленный опыт, технические рекомендации производителей анкеров и нормативные требования, закрепленные в том числе в СП 293.1325800.2017, не в полной мере описывают реальную работу анкерных креплений. Поэтому целесообразно также учитывать требования СТО НОСТРОЙ 2.14.67–2012 и СТО НОСТРОЙ 2.14.96–2013, применение которых, как указано в предисловии СТО НОСТРОЙ 2.14.67, «должно способствовать повышению безопасности и надежности эксплуатации НФС за счет качественного проведения строительно-монтажных работ по устройству анкерных креплений».

Рассматривая работу анкерного крепления в блоки из ФПБ, стоит учитывать особенности этого материала и работу анкера в нем.

К примеру, при установке стандартных типов анкеров, например, механических, там забивных, распорных, клиновых, или же химических, широко представленных на рынке, при вырывающей нагрузке происходит местное смятие фибропенобетона и анкер легко вытягивается из блока.

В аккредитованном в национальной системе Испытательном центре СПбГАСУ была проведена серия сравнительных испытаний по определению несущей способности механических распорных анкерных креплений в фибропенобетонных блоках неавтоклавного твердения, который отличался следующими свойствами: средняя плотность в сухом состоянии не превышала 558 кг/м ³ , а предел прочности при сжатии — не более 1,5 МПа. Результаты подтвердили низкие механические характеристики данного крепления. Одновременно с этим было отмечено, что при повышении влажности ФПБ с 10,8 % до 33,8 % фактическое значение усилия вырыва анкера резко уменьшалось до 2,99 кН с ярко выраженным характером вытягивания анкерного крепления из материала (максимальном усилии 5,15 кН анкер вытягивался на 6 мм, что недопустимо в реальных условиях).

По результатам комплексного исследования установлено:

1) Представленные фибропенобетонные стеновые блоки не пригодны для устройства вентилируемого фасада в силу того, что под нагрузкой типовой анкер проскальзывает (имеет место пластическая деформация).

2) Исследованный тип фибропенобетонных стеновых блоков может применяться для наружных ограждающих конструкций при подтверждении звукоизоляционных и теплотехнических характеристик для конкретного климатического района строительства.

Ниже представлен один из графиков испытаний на вырыв полипропиленового дюбеля четырехраспорного с манжетом из ФПБ (рис. 1).

Рис. 1. График зависимости перемещения от приложенного усилия

Поэтому для повышения несущей способности системы требуется либо увеличивать количество устанавливаемых анкеров (повышать густоту расстановки), либо увеличивать глубину заделки, либо предусматривать переход на иной тип анкеров.

В этой связи оптимальным решением этой проблемы может быть использование базальтоплатикового анкера (БПА) с дополнительным песчаным напылением, что позволяет добиться повышение сцепления с ФПБ (рис. 2).

Рис. 2. Базальтопластиковые стержни с песчаным наконечником

Базальтопластик — это композитный материал на основе базальтовых волокон и органического связующего, характеризуемый высокими прочностью и щелочестойкостью [3]. Также в сравнении с металлическими анкерами БПА имеет более низкий коэффициент теплопроводности., в последнем случае это позволяет избежать формирования т. н. мостиков холода, что приведет также к дополнительному снижению потери тепла в жилых и промышленных зданиях.

Рассмотрим более подробно механизм работы БПА.

Данный анкер удерживается в материале основания за счёт реализации двух основных рабочих принципов:

1. Трение боковой поверхности анкера о материал основания. Для повышения трения необходимо получать применять анкер с большой площадью поверхности, а также возможно повышение за счет дополнительного распора.
2. Упор за счет компенсации внутренними силами сопротивления материала смятию на определенной глубине установки анкера [1].

Разрушение анкерного крепления происходит в самом слабом его месте. Рассмотрев анкер как составную часть НФС, выделим основные характерные виды разрушений:

1. Вырыв анкера без нарушения целостности материала основания (можно фиксировать лишь незначительные деформации в месте установки анкера).
2. Срез анкера за счет сдвига.
3. Излом или пластический изгиб анкера — полное или частичное разрушение анкера под воздействием превышающих допустимые изгибающих сил при дистанционном монтаже закрепляемого элемента.
4. Вырыв материала основания анкером в силу приложения нагрузок, превышающих предел прочности материала основания. Существует два наиболее частых вида вырыва: вырыв конуса материала основания и излом кромки материала основания (при установке анкера вблизи края базового материала) [1].

Максимальная величина усилия вырыва анкера зависит от структуры и прочности материала основания (тяжелого бетона, ячеистого бетона) и особенностей, в том числе и геометрических параметров, анкера.

При испытании композитной гибкой связи БПА был получен график деформации в зависимости от прилагаемого усилия вырыва (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость перемещения (деформации анкера) от усилия вырыва

Так, для анкера 8 мм вырывающая сила из тяжелого бетона класса по прочности на сжатие В25 в зависимости от типа — 1–15 кН (100–1500 кгс), но рабочая нагрузка не должна превышать 20 %...25 % от вырывающей силы.

В результате для решения проблемы обеспечения энергоэффективности зданий имеет смысл выбирать систему навесного фасада с учетом принципа сочетаемости материалов (например, блок из ФПБ с БПА). Применение БПА может способствовать решению нескольких проблем, возникающих при эксплуатации композитных анкеров (ломкость, низкая прочность крутящего момента, повреждения при установке [1, 4]), также ликвидируются мостики холода, которые характерны для металлических анкерных креплений.

Литература:

1. Будівництво, реконструкція і відновлення будівель міського господарства: матеріали ІV міжнар. наук.-техн. інтернет-конф. 25 листопада — 25 грудня / Жилінський ун-т (Словаччина), Техн. ун-т Варни (Болгарія), Харк. нац. ун-т міськ. госп-ва ім. О. М. Бекетова та ін. Харків: ХНУМГ ім. О. М. Бекетова, 2014. 148 с.
2. Воробьев В. Н. Навесные фасадные системы. Рекомендации по проектированию и монтажу анкерных креплений [электронный ресурс]. 2017. 44 с. Точка доступа: http://pa-stroy.ru/images/stati/vorobyov/Anker.pdf
3. Золотов С. М., Еремеева Т. Г. Базальтопластиковые анкера для крепления различного технологического оборудования // Будівництво, конструкція, ремонт будівель та споруд міського господарства. 2015. Вып. 123. 21–25 с.
4. Киселев, Д. А. Прочность и деформативность анкерного крепежа при действии статической и динамической нагрузок: автореферат дис.... кандидата технических наук: 05.23.01. Москва, 2010. 29 с.
5. Лысёв В. И., Шилин А. С. Направления повышения энергоэффективности зданий и сооружений // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Холодильная техника и кондиционирование. 2017. № 2. 18–25 с.
6. Моргун, В. Н. Структурообразование и свойства фибропенобетонов неавтоклавного твердения с компенсированной усадкой: автореферат дис.... кандидата технических наук: 05.23.05. Ростов-на-Дону, 2004. 23 с.