Модуль упругости кладки из газобетона

Обновлено: 12.05.2024

Продукция изготовителей газобетонных блоков должна соответствовать нормам и требованиям ГОСТ 31359-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения» и ГОСТ 31360-2007 «Изделия стеновые неармированные из бетонов ячеистых автоклавного твердения».

Исходные данные для проектирования приняты по нормативным документам:
- ГОСТ 31359-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения»
- СНиП II-22-81* «Каменные и армокаменные конструкции»
- СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
- СТО 501-52-01-2007 «Проектирование и возведение ограждающих конструкций жилых и общественных зданий с применением ячеистых бетонов в Российской Федерации».

При расчетах нагрузок, возникающих в конструкциях из блоков, по действующим нормам проектирования следует использовать среднюю плотность кладки, которая рассчитывается с учетом влажности блоков 10%, а также толщины и плотности материала швов.

Взаимодействие газобетона с металлами

Автоклавный ячеистый бетон (газобетон) по химическим свойствам близок к обычному тяжелому бетону. Как и другие минеральные материалы на известковых и цементных вяжущих, во влажном состоянии газобетон дает слабую щелочную реакцию (рН = 9 – 10,5). Из-за высокой пористости и сравнительно низкой щелочности он не защищает стальную арматуру от коррозии так же хорошо, как плотный бетон. Поэтому арматура и крепежные металлические элементы, непосредственно контактирующие с ячеистым бетоном, должны быть предварительно защищены от коррозии каким-либо из существующих способов. В случае конструктивного армирования стен прутковой арматурой, закладываемой в штрабы, заполненные клеем или мелкозернистым бетоном, арматура может быть признана защищенной от коррозии слоем клея/бетона. Во внутренних частях зданий с сухим и нормальным режимами эксплуатации стальные элементы могут использоваться без антикоррозионной защиты.

Усадка газобетона при высыхании

Усадка при высыхании определяется при изменении влажности бетона от 35% до 5% по массе и составляет менее 0,3 мм/м. Именно такая усадка происходит при снижении влажности блоков от отпускной до равновесной, устанавливающейся через 1–2 года по окончании строительства. При высушивании до влажности ниже 2% и далее усадка бетона блоков значительно возрастает и для перехода влажности от 5% до 0% составляет около 2 мм/м. Это свойство нужно учитывать при кладке дымоходов, сушильных камер и подобных им конструкций, подвергающихся длительному воздействию сухого горячего воздуха.
Расчетные деформации усадки для кладки – 4х10 –4 (п. 3.26* СНиП II-22)

Тепловое расширение газобетона

Коэффициент линейного расширения кладки из газобетонных блоков α_t составляет 8х10 -6 /°С (для сравнения: α_t кирпича керамического 5х10 -6 /°С, бетона тяжелого 1,0х10 -5 /°С, стали 1,2х10 -5 /°С).

Теплоемкость газобетона

Удельная теплоемкость газобетона в сухом состоянии составляет 0,84 кДж/кг°С. В условиях эксплуатации при влажности 4–5% теплоемкость составит 1 – 1,1 кДж/кг°С.

Воздействие газобетона на окружающую среду

Газобетон имеет ту же реакционную способность, что и обычный тяжелый бетон. Это искусственный камень, ведущий себяв естественных условиях как инертное вещество.

В размолотом состоянии газобетон может быть использован в качестве сорбента.

ГАЗОБЕТОН. ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Газобетон является конструкционно-теплоизоляционным материалом и предназначен для кладки как несущих, так и ненесущих стен и перегородок. Высокая точность размеров позволяет вести кладку на тонкослойных клеевых смесях со средней толщиной шва 2±1 мм. Использование мелкозернистого клея не только повышает теплотехническую однородность кладки и увеличивает расчетные сопротивления кладки до 30% (в действующих нормах проектирования увеличение прочности при кладке на клею не отражено), но и ведет к общему снижению затрат на строительство.
Прочностные расчеты кладки из стеновых газобетонных блоков должны выполняться в соответствии с действующими нормативными документами, в частности СНиП II-22 и СНиП 52-01, СТО 501-52-01.

Расчет несущей способности кладки

Кладка из газобетонных блоков должна вестись на клею или строительном растворе марки не ниже М50.

Рис. 1. Растяжение кладки по неперевязанному сечению,
Рис. 2. Растяжение кладки по перевязанному сечению
Рис. 3. Растяжение кладки при изгибе по перевязанному сечению

Расчетный модуль деформации кладки должен приниматься равным:
1. При расчете конструкций по прочности для определения усилий в кладке Е = 0,5 х Е₀;
2. При определении кратковременных деформаций кладки от продольных и поперечных сил Е = 0,8 х Е₀.
Относительная деформация кладки из блоков с учетом ползучести ε = 3,5 х σ/Е₀, где σ – напряжение, при котором определяется ε.

Ненесущие конструкции

Значительное количество продукции из газобетона используется в многоэтажном домостроении при устройстве наружных ограждений каркасных зданий. В этом варианте газобетонные стены делаются с поэтажным опиранием на перекрытия. Несущей способности блоков классов по прочности В2,0 и В2,5 для восприятия вертикальных нагрузок оказывается более чем достаточно (при правильном устройстве деформационного шва между кладкой и вышележащим перекрытием).
Однако такие стены, особенно при большой этажности зданий, должны проверяться на устойчивость к горизонтальным нагрузкам (ветровой напор и отсос, кратковременные нагрузки от опирания на стены находящихся в помещении людей). В общем случае, газобетонные стены должны закрепляться к вертикальным несущим конструкциям в двух уровнях по высоте этажа.

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ГАЗОБЕТОНА

Теплотехнические характеристики наружных ограждений определяются исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий, а также из условий энергосбережения.
Проектирование тепловой защиты жилых и общественных зданий с круглогодичной эксплуатацией должно вестись из условий энергосбережения.
Для Санкт-Петербурга нормативно рекомендовано приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен R_req = 3,08 м 2 °С/Вт. При этом фактические значения сопротивлений должны приниматься не менее R_req(min) = 1,94 м 2 °С/Вт.
Для зданий сезонной эксплуатации, которые периодически используются в холодный период года, тепловая защита должна назначаться из санитарно-гигиенических и комфортных условий. Для Санкт-Петербурга требуемое сопротивление теплопередаче наружных стен составляет R_comfort = 1,32 м 2 °С/Вт. (для обеспечения температурного перепада Δ_tn к концу наиболее холодной пятидневки в пределах 4°С).
Для загородных строений, используемых как дачи и дома отдыха в выходные дни:
R_comfort = 1,32 м 2 °С/Вт;
Для жилых зданий, эксплуатируемых постоянно:
Rnorm > 1,94 м 2 °С/Вт

*λ_50% - средний коэффициент теплопроводности (используется при расчетах теплопотерь из условий энергосбережения);
λ_90% - коэффициент теплопроводности с обеспеченностью 0,9 (используется при расчетах температурного перепада из санитарно-гигиенических и комфортных условий).

Теперь о том, какими теплозащитными характеристиками обладает кладка, выполненная из газобетонных блоков.
1. При расчете стены по условиям энергосбережения берем в качестве расчетной среднюю теплопроводность газобетона при эксплуатационной влажности. Для жилых зданий Санкт-Петербурга и газобетона марки по средней плотности D400 получаем такие значения: расчетная влажность 5%, расчетная теплопроводность 0,117 Вт/м°С (ГОСТ 31359-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения»).
2. Коэффициент теплотехнической однородности кладки по полю стены (без учета откосов и зон сопряжения с перекрытиями) примем равным 1. Разные расчетные модели показывают, что при кладке на тонком клеевом шве 2±1 мм коэффициент теплотехнической однородности может снижаться до 0,95-0,97, но лабораторные эксперименты и натурные обследования такого снижения не фиксируют. В любом случае – в инженерных расчетах погрешностью в пределах 5% принято пренебрегать. 3. Теплоизоляция зон сопряжения с перекрытиями и оконных откосов – это отдельные конструктивные мероприятия, с помощью которых можно добиться повышения теплотехнической однородности до величин даже больших единицы.

Как видно из таблицы, уже при толщине 150 мм стена из газобетона D400 удовлетворяет требованиям, предъявляемым к стенам жилых зданий из условий комфортности проживания. А при толщинах 250 мм и более может использоваться как однослойная наружная стена жилых зданий, удовлетворяющих требованиям энергосбережения.

Воздухопроницаемость

При проектировании тепловой защиты большое внимание должно уделяться также воздухопроницаемости стен и защите их от переувлажнения. Неконтролируемая воздухопроницаемость («продувание») может свести на нет все усилия по «утеплению» стены. При устройстве многослойных утепленных стен неконтролируемая воздухопроницаемость возникает часто вследствие случайных ошибок при производстве работ либо становится результатом конструктивных просчетов.
Однослойная газобетонная стена столь проста (и в проектировании, и в строительстве), что риск случайных и сознательных ошибок при ее устройстве стремится к нулю. Если хотя бы с одной стороны стена отделана «мокрым» способом – опасность продувания практически исключается.

Защита от переувлажнения

Защита ограждающей конструкции от переувлажнения заключается в соблюдении двух условий:
1. За зиму внутри конструкции может сконденсироваться не больше воды, чем испарится за лето. Для однослойных стен в Европейской части России это условие выполняется всегда.
2. За зиму внутри конструкции может сконденсироваться не больше воды, чем принято в СНиП 23-02 для данного материала. Для однослойных стен жилых зданий в Европейской части России это условие выполняется всегда.
В случае, если стена проектируется с дополнительными слоями (плотная штукатурка, облицовка), целесообразно проверить выполнение вышеприведенных условий.

Огнестойкость

Кладка из газобетонных блоков – наиболее огнестойкая из однослойных конструкций. Пористая структура и высокие теплоизоляционные свойства защищают газобетонную кладку от повреждений, свойственных обычному бетону при интенсивном выделении и испарении воды. Поскольку жар огня проникает в конструкцию медленно, кратковременный сильный пожар приводит к возникновению сеточки усадочных трещин на поверхности кладки, не влияющих на несущую способность конструкции. Многочасовой пожар ведет к снижению влажности всей толщи кладки и развитию усадки до максимальных 2 мм/м.
Рост температуры сначала повышает прочность кладки, затем понижает до начальных значений (при нагреве до 700 °С). Дальнейший нагрев довольно быстро снижает прочность (до нуля при 900 °С).

Звукоизоляция

Вопросы звукоизоляции особенно актуальны для стен, разделяющих смежные квартиры (или секции сблокированных одноквартирных домов). При проектировании таких стен важно предотвращать косвенную передачу звука через объединяющие элементы: несущие конструкции и пропуски инженерных систем. В общем случае межквартирные стены должны иметь поверхностную плотность не менее 400 кг/м2 или не быть однослойными.
Изоляция воздушного шума зависит главным образом от веса стены, а также от наличия упругих соединений по периметру стен.
В таблице внизу приведены индексы изоляции воздушного шума, достижимые при устройстве однослойных газобетонных стен из газобетонных блоков со шпаклевкой поверхности.

Трещиностойкость (Армирование и деформационные швы)

Внешние воздействия (перепады температуры и влажности) вызывают объемные деформации в материале – тепловые расширение/сужение, влажностные усадка/набухание. Это приводит к возникновению внутренних напряжений в конструкциях. Газобетон имеет довольно низкое сопротивление растягивающим напряжениям, поэтому высыхание и понижение температур могут привести к образованию трещин. Причиной возникновения трещин может также стать недостаточная жесткость фундамента. Образующиеся волосяные трещины не влияют на несущую способность кладки, но могут испортить внешний вид отделанной поверхности и привести к локальной воздухопроницаемости стен.
При правильном проектировании и строительстве образования трещин можно избежать.
Для этого кладка разделяется на фрагменты деформационными швами или армируется. В качестве дополнительной защиты от трещин может быть использовано армирование отделочных слоев стекловолокнистой сеткой – эта мера предотвратит выход трещин на поверхность.
Расчетные армирование и температурно-усадочные швы должны назначаться в соответствии с требованиями СНиП II-22 «Каменные и армокаменные конструкции». Конструктивное армирование может быть целесообразным на границах проемов в нагруженных стенах; по длине конструкций, подвергающихся боковым нагрузкам (ветер, давление грунта для заглубленных стен), в ряде других случаев.
Для самонесущих стен, заполняющих ячейки несущего каркаса, целесообразней вместо армирования использовать более частое расположение деформационных швов.

Крепления

Газобетон пористый материал с невысокой прочностью при растяжении. Поэтому использование его в качестве основы для крепления навесного оборудования имеет свои особенности.

Крепеж применяемый в домах из газобетонных блоков

Литература:
- Руководство пользователя (пособие по работе с газобетонными блоками Aeroc)

Прочностные расчеты

Блоки AEROC предназначены для кладки как несущих, так и ненесущих стен и перегородок. Высокая точность размеров позволяет вести кладку на тонкослойных клеевых смесях со средней толщиной шва 2±1 мм.

Использование мелкозернистого клея не только повышает теплотехническую однородность кладки и увеличивает прочностные характеристики конструкций на 30% (в действующих нормах проектирования увеличение прочности при кладке на клею не отражено), но и ведет к общему снижению затрат на строительство.

Прочностные расчеты кладки из стеновых блоков должны выполняться в соответствии с действующими нормативными документами, в частности СНиП II-22 и СНиП 52-01. В развитие этих СНиПов выпущены пособия: «Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов» (НИИЖБ и ЦНИИСК им. Кучеренко) и «Рекомендации по применению мелких стеновых блоков из ячеистых бетонов» (ЦНИИСК им. Кучеренко).

Расчетные характеристики бетона блоков

Расчет кладки из блоков

Кладка из блоков AEROC должна вестись на клею или строительном растворе марки не ниже М50.

Расчетные сопротивления кладки из блоков, МПа

Модуль упругости (начальный модуль деформаций) кладки из блоков Е0, МПа:
Для блоков D500 В2,5 Е0 = 1687;
Для блоков D400 В2,5 Е0 = 1687.

Расчетный модуль деформации кладки должен приниматься равным:
1. При расчете конструкций по прочности для определения усилий в кладке Е = 0,5 . Е0 ;
2. При определении кратковременных деформаций кладки от продольных и поперечных сил Е = 0,8 / Е0 .

Относительная деформация кладки из блоков с учетом ползучести ε = 3,5 . σ / Е0 ,
где σ – напряжение, при котором определяется ε.

Ненесущие конструкции

Основное количество газобетона AEROC используется в многоэтажном домостроении при заполнении наружных ограждений каркасных зданий. В этом варианте газобетонные стены делаются с поэтажным опиранием на перекрытия. Несущей способности блоков классов по прочности В2,0 и В2,5 для восприятия вертикальных нагрузок оказывается более чем достаточно (при правильном устройстве деформационного шва между кладкой и вышележащим перекрытием).

Однако такие стены, особенно при большой этажности зданий, должны проверяться на устойчивость к горизонтальным нагрузкам (ветровой напор и отсос, кратковременные нагрузки от опирания на стены находящихся в помещении людей). В общем случае, газобетонные стены должны закрепляться к поперечным несущим стенам или колоннам в двух уровнях по высоте этажа.

Как известно, призменная прочность (Rпр) и модуль упругости (E) — основные прочностные характеристики ячеистого бетона. Исследования по определению этих характеристик для различных видов ячеистого бетона проводятся в ЦНИИСК Н.И. Левиным на протяжении ряда лет. Для практических целей упомянутым автором рекомендуется безотносительно от вида ячеистого бетона принимать значение призменной прочности (при влажности ячеистого бетона 8%) равным 0,57—0,6 кубиковой.

В НИИЖБ были проведены исследования по изменению призменной прочности и модуля упругости газобетона оптимального состава в зависимости от некоторых технологических факторов. Для определения этих характеристик были изготовлены образцы-призмы размером 15x15x60 см — по два близнеца для каждого испытания. Для равномерной передачи нагрузки по всему сечению на торцах призм в процессе их изготовления устанавливались строганые стальные пластинки толщиной 1 см. Загружались они ступенями, составляющими 0,1 ожидаемой разрушающей нагрузки. На каждой ступени нагрузки делалась 5-мин выдержка для перераспределения возникающих в образце напряжений и снятия отсчетов. Деформации определялись с помощью индикаторов с ценой деления 0,01 мм. Под нагрузкой деформации замерялись по четырем граням на базе 40 см. Разрушение призм носило хрупкий характер и сопровождалось откалыванием кусков. При нагрузках 0,7 разрушающей появлялись видимые трещины.

В табл. 50 приведены результаты испытаний газобетонных призм.

Испытания показали, что для различных видов газобетона отношение призменной прочности к кубиковой колеблется от 0,61 до 0,88 (в среднем 0,74). Примерно такие же результаты в последнее время были получены в ЦНИИСК Н.И. Левиным.

Модуль упругости газобетонов, вычисленный при напряжениях 0,2 и 0,5 Rпр, имеет примерно одинаковые значения. Это указывает на то, что в газобетонах зависимость между деформациями и напряжениями при нагрузке меньше 0,5Rпр близка к прямолинейной.

Повышение тонкости помола с 1500 до 6000 см2/г приводит к увеличению предела прочности при сжатии с 46 до 103 кГ/см2 и соответственно призменной прочности с 35 до 63 кГ/см2. Модуль упругости при с = 0,5Rпр возрастает с 2,43*10в4 до 3,17*10в4 кГ/см2, т. е. непропорционально увеличению прочности при сжатии и призменной прочности. Это связано, по-видимому, с тем, что деформации газобетона под нагрузкой происходят не только за счет деформирования материала межпоровых перегородок, но и за счет закрытия имеющихся в газобетоне микротрещин.

Прочность автоклавного и неавтоклавного газобетонов характеризуют классами по прочности на сжатие, определяемыми по ГОСТ 10180, ГОСТ Р53231.

Для газобетонов установлены ГОСТ 31359 следующие классы: В0,35; В0,5; В0,75; В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20.

Плотность газобетона нормируется марками по плотности D (Д), определяемыми по ГОСТ 27005. По показателями средней плотности назначают следующие марки газобетонов: D 200; D 250, D 300, D 350, D 400, D 450, D 500, D 600, D 700, D 800, D 900, D 1000, D 1100, D 1200.

Стабильность показателей газобетонов по плотности и прочности на сжатие характеризуется коэффициентами вариации, которые определяются в соответствии с требованиями СН 277, ГОСТ 27005 и ГОСТ Р53231. Средние значения коэффициентов вариации газобетонов не должны превышать: по плотности 5%; по прочности на сжатие – 15%.

Для учета российского зимнего фактора назначают и контролируют следующие марки газобетона по морозостойкости в циклах замораживания-оттаивания после водонасыщения: F 15; F 25; F 35; F 50; F 75; F 100, определяемые по ГОСТ 25485 или ГОСТ 31359.

Назначение марки газобетона по морозостойкости проводят в зависимости от режима эксплуатации конструкции и климатического района.

Показатели классов по прочности на сжатие и марок по морозостойкости в зависимости от марок по плотности приведены в таблице 3.2.

Нормативные сопротивления газобетонов сжатию, растяжению и срезу приведены в таблице 3.3, расчетные сопротивления – в таблице 3.4.

Значения начального модуля упругости Е _b при сжатии и растяжении для газобетонов с влажностью 10±2% (по массе) принимаются по таблице 3.5.

При соответствующем экспериментально обосновании допускается учитывать влияние не только класса газобетона про прочности и его марки по плотности, но и состава и вида вяжущего, а также условий изготовления и твердения газобетона, при этом допускается принимать другие значения Е _b .

Коэффициент линейной температурной деформации газобетонов а _bt при изменениях температуры от минус 90 о С до плюс 50 о С установлен равным а _bt =8,0*10 -5о С -1 .

При наличии данных о минералогическом составе цемента и заполнителей, рецептуре смеси, влажности газобетона и т.д. разрешается принимать другие значения а _bt , обоснованные экспериментально.

Начальный коэффициент поперечной деформации газобетонов (коэффициент Пуассона) V принимается равным 0,2, а модуль сдвига газобетонов G – равным 0,4 соответствующих значений Е _b , указанных в таблице 3.5.

Усадка при высыхании газобетонов, определяемая по ГОСТ 25484 (приложение 2), не должна превышать 0,5 мм/м.

Коэффициенты теплопроводности и паропроницаемости газобетонов приведены в таблице 3.6.

Отпускная влажность изделий и конструкций не должна превышать (% по массе):

· 25 – для газобетонов, изготовленных на основе песка;

· 30 – для газобетонов, изготовленных на основе сланцевой золы;

· 35 - для газобетонов, изготовленных на основе кислой золы-уноса теплоэлектростанций.

Показатели таблицы 4.7 для конструкций конкретного производства и режима эксплуатации могут быть уточнены в экспериментальном порядке на основе натурных испытаний с 90%-ной обеспеченностью (приложение В).

Таблица 3.2 – Показатели классов по прочности и марок по морозостойкости для разных марок ячеистых бетонов по плотности.

Хочу оценить реальную картину распределения напряжений в несущих стенах из газосиликатных блоков (например, ytong).

Из СП 15.13330.2012 выцепил с трудом 2-х линейный график работы кладки из газосиликата. Я брал газосиликат D400 ytong на клею ytong, толщина стены 625мм.

График сигма-эпсюлон в скрине. Предельные относительные деформации приняты с учётом ползучести. Больше данных нет на счёт предельных относительных деформаций.

Проблема - активное разрушение элементов кладки в опорной зоной плиты (глубина зоны опирания 200мм).

Нагрузка вроде не большая - 500кг/кв.м. и собственный вес. Считал в Лира САПР 2019, КЭ244, признак схемы 5.

Есть у кого идеи на счёт адекватности данного 2х линейного графика?

Для газобетона Д400 R=1.2МПа, Rt=0.12МПа по результатам испытаний.

Разрушаемые элементы отмечены красным в окне процессора. Плита ж.б. с лин-ми хар-ми бетона, стены из Д400 с нелин. хар-ми кладки

Поправьте, пож, должен быть "нелинейный".

Как развязаны кэ, описывающие железобетон, и кэ газосиликата?

Поправьте, пож, должен быть "нелинейный".

Как развязаны кэ, описывающие железобетон, и кэ газосиликата?

Не могу разобраться как изменить название.

Узлы не развязаны, они примыкают друг ко другу жёстко узел в узел. У КЭ-в стены заданы нелинейные характеристики жёсткости двухлинейной диаграммой.

S_Gagarin
А вы сначала в линейной постановке посчитали этот узел? Какие результаты (напряжения)?
Зачем вам понадобилось лезть в нелинейщину?

Нелинейка дает намного более адекватные результаты, чем линейка, где график сигма-эпсюлон устремляется в бесконечность по одному наклону. Тем более для не армированной кладки. Жб еще понятно с коэф. 0.6 жесткость понизил у сечения, которое потом заармируешь и голова не болит

----- добавлено через ~5 мин. -----

Ответь пожалуйста более подробно - где я ошибся в характеристиках или моделировании схемы. Я не глупый инженер.

На мой взгляд так этот узел можно без развязки моделировать там же камни примыкают к монолитной плите на растворе.

Я понимаю если бы по горизонтальному шву снаружи элементы разрушались, так они разрушаются прямо от сжатия под опорой плиты тоже. Могу чисто теоретически и в центр стены опирать, сделав изнутри вкладыш из пенополистирола. То есть, снаружи 150мм слой Д400, 50мм вертикальный слой пенополистирола, опорная зона плиты из маленького ребра 150-200мм, потом вкладыш горизонтальный из пенополистирола шириной 150-200мм и выйдет центральная передача давления на стену

Читайте также: