Введение к работе
Актуальность темы. Работа посвящена совершенствованию ограждающих конструкций существующих зданий и сооружений различного назначения путем улучшения теплотехнических характеристик стеновых материалов и обеспечения надежного крепления навесных фасадных систем. Эти материалы и конструкции востребованы при устройстве стен новых зданий, они обладают технологичностью, надежностью, эстетичностью и имеют высокие теплозащитные качества. Разработаны эффективные направления совершенствования и улучшения качества навесных фасадных систем с применением высокоэффективных теплоизоляционных материалов и плотных защитных элементов, что позволило существенно снизить теплопотери зданий и уменьшить энергозатраты на отопление. За счет использования теплоизоляции с низким коэффициентом теплопроводности показатели тепловой защиты зданий возросли в 2-3 раза.
Однако для эксплуатируемых зданий, особенно в суровых климатических условиях Сибири, когда из-за эксплуатационных воздействий стеновые материалы имеют минимальные прочностные характеристики и низкую удерживающую способность, данные мероприятия по устройству навесных фасадов и повышению термического сопротивления не всегда могут быть реализованы с требуемым уровнем качества. В данном случае необходимо повышение прочностных свойств стеновых материалов путем пропитки полимерными или другими укрепляющими композициями. Хороший эффект может быть достигнут при использовании различных водорастворимых и поли-мерсодержащих составов, например, жидкого стекла, латекса, ПВА, акриловых смол, эпоксидных и прочих полимеров. Применение таких композиций для бетонов и каменных материалов положительно влияет на структуру и увеличивает срок эксплуатации конструкций, способствует формированию органоминерального композита с улучшенными теплофизическими показателями, позволяет решить экономические задачи, продляя срок службы зданий и сооружений.
Кроме того, введение пропитывающего компонента существенно повышает деформативаость стенового бетона, позволяя использовать демпфирующий эффект и дополнительные внутренние резервы материала.
Работа выполнялась по программе 04.87.0.001.003 Мннсельхоза Российской Федерации, тема XIV «Разработать методы повышения
долговечности и эффективности работы строительных конструкций сельскохозяйственных зданий и сооружений» и по программе 5.02 «Экология, охрана окружающей среды Сибири».
Цель работы. Разработать принципы усиления стеновых материалов эксплуатируемых зданий и сооружений путем пропитки композиционными составами и увеличения адгезионной прочности для обеспечения надежности крепления навесных фасадных систем.
Задачи исследования. Изучить свойства стеновых материалов эксплуатируемых зданий и сооружений с обоснованием степени их деструкции и выработки требований к пропитывающим композициям.
Произвести анализ существующих пропитывающих композиций с целью определения рационального использования для стен из различных материалов с различной степенью деструктивных процессов.
Установить закономерности влияния вида и количества пропитывающего состава и способов его введения на прочностные показатели каменных и легкобетонных стеновых материалов и удерживающую способность анкерных систем.
Разработать оптимальные составы, режимы и технологию введения пропиточных составов для обеспечения гарантированных показателей прочности анкерных систем эксплуатируемых объектов.
Отработать методику определения качественных и количественных характеристик анкерных систем; запроектировать, изготовить и опробовать прибор для проверки качества крепления анкерных систем различного диаметра в стеновых материалах различной степени деструктивного износа с различными видами усиливающей пропитки.
Разработать технологический регламент производства работ и необходимую нормативно-регламентирующую документацию.
Осуществить опытно-производственное внедрение результатов исследований и дать технико-экономическую оценку выполненной работы.
Научная новизна работы.
1. Установлена возможность повышения прочностных свойств и адгезионной прочности анкерных систем навесных фасадов из каменных и бетонных материалов, подвергнутых деструктивным процессам в ходе длительной эксплуатации, путем пропитки полимерсодержа-щими композициями. Для этой цели может быть эффективно использована композиция, содержащая натриевое жидкое стекло и водную дисперсию поливинилацетата (ПВА).
Определены свойства системы: жидкое стекло - ПВА при различной концентрации компонентов. Минимальные значения вязкости и максимальная глубина пропитки строительных материалов соответствует концентрации жидкого стекла 50-60 % по массе. При добавлении воды вязкость системы и время пропитки уменьшаются; при этом возрастает время отверждения композиции и уменьшается её прочность после отверждения. Оптимальный состав композиции соответствует содержанию жидкого стекла и ПВА соответственно 60-80 и 20-40 массовых частей. Введение воды более 40% по массе в состав композиции нецелесообразно.
Совместное введение жидкого стекла и ПВА обеспечивает более высокую стойкость пропитанных материалов (кирпич, легкий бетон, газобетон, шлакобетон) к агрессивному действию растворов кислот (H2S04, НС1), щелочей (КОН), органических соединений (ацетон), чем при введении жидкого стекла и ПВА порознь. Прочность полимерсиликатной композиции со временем твердения возрастает до 7-8 МПа (за 24 часа).
При пропитке стеновых материалов полимерсиликатной композицией снижается содержание крупных пор. Водопоглощение материала за 24 часа уменьшается в 1,5-2,5 раза. Несущая способность анкерных (крепежных) элементов увеличивается на 40-120%.
Практическое значение результатов работы. Предложен состав полимерсиликатной композиции, содержащей жидкое стекло и ПВА для пропитки стеновых материалов в местах крепления навесных фасадных систем, что позволяет увеличить несущую способность анкерных (крепежных) элементов на 40-120%.
Разработана технология введения пропитывающих композиций непосредственно в гнездо анкера, что позволяет ускорить процесс устройства навесных фасадов и обеспечить надежность их функционирования.
Разработан прибор для проведения работ по определению несущей способности крепежных элементов навесных фасадов. Прибор опробован на различных строящихся и эксплуатируемых объектах г. Новосибирска и Новосибирской области.
Разработаны Временные технические условия ВТУ 119-08.05 на производство работ по пропитке и усилению стеновых материалов «Композиции полимерсиликатные для пропитки стеновых пористых строительных материалов». Опытно-промышленное внедрение ре-
зультатов исследований осуществлено на ряде объектов строительно-монтажного предприятия «Сибирские фасады» г. Новосибирска.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы в докладах и сообщениях обсуждались на международных, всероссийских и региональных научно-технических конференциях и семинарах в Новосибирске (2003-2009 г.г.), в Москве (2006-2009 г.г.), в Одессе (2005-2009 г.г.), на ежегодных научно-технических конференциях Новосибирского государственного аграрного университета, Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета, Новосибирской государственной академии водного транспорта (Новосибирск, 2003-2009 г.г.), на Юбилейной международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию журнала Строительные материалы, в рамках выставки Стройсиб - 2005 «Сибирской ярмарки» (Новосибирск, 2005 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе две статьи в журнале с внешним рецензированием, оформлена заявка на патент.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 151 наименования и приложений. Работа изложена на 148 страницах машинописного текста, включает 16 таблиц и 30 рисунков.
На защиту выносятся. Теоретически обоснованная и экспериментально доказанная возможность повышения удерживающей способности анкерных систем для устройства навесных фасадов на эксплуатируемых зданиях, стены которых подверглись интенсивному износу в ходе эксплуатации.
Данные о свойствах стеновых материалов и рекомендации по их ранжированию, рациональной пропитке для обеспечения надежной удерживающей способности анкерных систем в зависимости от пористости и остаточной прочности кирпича, шлакоблоков и легких бетонов.
Разработанные оптимальные пропитывающие композиции для введения в массив стен, позволившие повысить эксплуатационную надежность навесных фасадных систем и улучшить свойства стеновых материалов.
Способ пропитки стеновых материалов и метод определения несущей способности анкерных систем специально сконструированным прибором, что обеспечивает надежную оценку усиливающей роли
пропитывающей композиции и повышению удерживающей способности крепежных элементов навесных фасадных систем.
Результаты опытно-производственной проверки н Рекомендации по эффективному использованию полимерсиликатных пропитывающих композиций для усиления стен зданий и сооружений, что способствует повышению экономической эффективности, снижению энергозатрат на отопление при улучшении эстетического вида эксплуатируемых объектов.
