925

рифленые валики, что способствует лучшему пропитыванию холстов и выходу вовлеченного воздуха из адгезионного слоя. После прикатки осуществляется выдержка в течение 30 мин, после чего укладывается следующий слой адгезива и холста. По завершении наклейки всех слоем на верхний слой наносится защитное покрытие из расчета 0,5 кг/м2. Для усиления сцепления холстов с конструкцией производится установка бандажей и хомутов из холста. Композит формируется при отверждении эпоксидной смолы в естественных условиях.

Ламинаты изготавливают длиной до 250 м, шириной 5-15 см при толщине 1,2-1,5 мм. Их доставляют на объект свернутыми в рулон и разрезают на гильотинных ножницах или обрезной машиной на отрезки необходимой длины (рис.2.92).

Рис.2.92. Хранение и обрезка ламинатных полос

Перед установкой на усиливаемую конструкцию ламинаты очищают мягкой тканью, смоченной в ацетоне. После этого на поверхность ламината

ина подготовленную поверхность усиливаемой конструкции наносят адгезионный слой и прикатывают резиновым валиком для плотного прилегания к поверхности. Приклеенный ламинат не должен подвергаться механическим воздействиям в течение суток (до затвердевания адгезионного слоя).

Важнейшей проблемой при использовании композиционных материалов является обеспечение их совместной работы с усиливаемым элементом. Для этого перед наклейкой ламинатов и холстов осуществляется подготовка бетонной поверхности путем удаления частиц бетона в разрушенных зонах и обработки их специальными ингибиторами. При этом каверны

ираковины на бетонной поверхности заделываются высокопрочными быстротвердеющими растворами. После очистки подготовленная к наклейке бетонная поверхность обрабатывается грунтовочным составом с целью улучшения сцепления адгезива и композиционного материала с бетонной поверхностью.

Усиление сжатых и внецентренно сжатых конструкций (колонны, простенки) осуществляется путем устройства вокруг сечения элементов бандажей с направлением волокон перпендикулярно продольной оси усиливаемого элемента (рис.2.93, а).

231

Усиление плитных конструкций производится наклейкой на нижнюю поверхность поперечных и продольных накладок ФАП с направлением волокон перпендикулярно друг другу (рис.2.93, б).

. Для усиления изгибаемых элементов (балок) наклейка ФАП производится на нижнюю поверхность ребра с направлением волокон вдоль оси усиляемой конструкции, либо наклонных хомутов в приопорной зоне с направлением волокон перпендикулярно продольной оси (рис.2.93, в).

Рис.2.93. Принципиальные схемы усиления колонн (а), плит (б) и балок (в)

На рис. 2.94 приведен вариант нанесения адгезионного слоя на углеродное волокно опоры моста через реку Ока у г. Каширы.

Рис.2.94. Усиление моста через реку Ока у г. Каширы

Стоимость углеродных композитов превышает стоимость стальных усиливающих элементов, однако это компенсируется их уникальными свойствами и простотой в работе. Малая масса и плотность обеспечивают легкость транспортировки и обработки материала. Использование углеродных материалов не требует применения тяжелых вспомогательных приспособлений. Они способны легко повторять любые формы усиливаемой конструкции. Для этого достаточно лишь прижать их рукой или прикатать ва-

232

ликом и организовать временное крепление к поверхности усиливаемого элемента.

Высокие механические и технологические качества углеводородных материалов открывают широкие перспективы использования их при реконструкции зданий и сооружений с целью усиления и реставрации конструкций из бетона и железобетона. Этому способствуют разработанные в НИИЖБ в 2012 г. «Рекомендации по расчету усиления железобетонных конструкций системой внешнего армирования из полимерных материалов».

Использование нанобетонов. Развитие нанотехнологий на сегодняшний день является актуальной темой, позволяющей получить тот или иной материал с заранее заданной определенной структурой. Особенно широкое внедрение нанотехнологии нашли в строительстве при изготовлении новых строительных материалов с уникальными физико-техническими свойствами /50/.

Принято считать нанобетоном такой материал, который содержит в своей структуре наночастицы размером от 1 до 100 нанометров. Наиболее широким наномодификатором для изготовления нанобетонов является микрокремнезем (МК), образующийся как побочный продукт при производстве ферросилиция, металлического кремния.

Для производства нанобетонов используются также фуллерены и фуллероиды. Фуллерены являются упрочнителями цементного камня, но из-за своей высокой стоимости в широкой практике не используются. Фуллероиды в виде одно, и многослойных нанотрубок, более дешевые, чем фуллерены и применяются достаточно широко.

В результате исследований был разработан целый класс специализированных нанобетонов, включающих:

-легкие нанопенобетоны для индивидуального строительства и возведения легких перегородок в помещениях различного назначения;

-нанобетоны средней плотности, обладающие повышенной прочностью и другими качествами, делающими их перспективными для использования в строительстве мостов, дорожных и аэродромных покрытий и т.д.

-нанобетоны высокой и сверхвысокой прочности для лифтовых шахт, балок, ферм, других несущих конструкций в жилищном и промышленном строительстве. Исследованиями установлено, что механическая прочность нанобетонов в 1,5 - 2 раза выше прочности обычного бетона. Вес конструкции, выполненной из такого бетона, снижается в 6 раз. Его характеристики жаропрочности, морозо- и водостойкости также лучше, чем у обычного бетона. К преимуществу данного материала можно причислить способность сохранения цвета зданий или конструкций, в течение длительного времени при условии агрессивного городского окружения. Перечисленные уникальные свойства нанобетонов высокой прочности позволяют изготавливать железобетонные конструкции меньшего сечения, снижать

233

расход бетона и собственный вес конструктивных элементов. Установлено, что нанобетон может с успехом применяться при усилении старых железобетонных конструкций. При нанесении нанобетона на поверхность железобетонных конструкций происходит заполнение даже микропор в бетоне, в результате чего осуществляется процесс полимеризации и восстановление прочности бетона. Кроме того, вновь образованное вещество вступает в реакцию с коррозионным слоем проржавевшей арматуры и восстанавливает ее сцепление с бетоном.

Посредством данной технологии был отремонтирован мост через реку Волга в 2007 году в г. Кимры и мост «Дружба» через Сайменский канал в г. Выборг в 2011г. Выполнены работы при реставрации Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге для защитной его облицовки. Суперлегкие нанобетоны были использованы при восстановлении очистной станции в Новочеркасске и укреплении зданий, расположенных в сейсмоопасных зонах (Сочи). Выполнение работ по укреплению зданий производилось без предварительного расселения жильцов. Технология изготовления нанобетонов не требует нового технологического оборудования. Приготовление бетонной смеси осуществляется в стандартных смесителях, причем в начале (не менее 10 мин) цемент и составляющие нанобетона смешиваются "всухую", затем подаются вода, наполнители и различные добавки.

При усилении строительных конструкций нанобетон может наноситься на подготовленные бетонные поверхности методом торкретирования с помощью торкрет-пушки или бетонной смеси, нагнетаемой бетоншприцмашиной. В отличие от торкрет-бетона смесь, наносимая набрызгом, помимо цементного раствора может содержать щебень крупностью до 25 мм. Использование нанотехнологий способствует прогрессу в области создания новых строительных материалов и совершенствования уже имеющихся, повышению качества готовых изделий, увеличению прочности возводимых зданий, значительно увеличивая их эксплуатационную надежность.

2.10. Усиление и реконструкция деревянных перекрытий

В процессе эксплуатации деревянные перекрытия утрачивают прочностные, деформативные, тепло- и звукоизоляционные свойства, а также подвергаются загниванию, грибковым заболеваниям и т.п., поэтому, чтобы продлить их срок службы, необходимо выполнить ряд мероприятий по ликвидации вышеуказанных недостатков.

Поврежденные части балок отпиливают и заменяют протезами. Длину протезов принимают на 10% больше двойной длины обрезанного конца балки.Наиболее часто для замены удаленного дефектного участка деревян-

ных балок используют деревянные или металлические протезы /30/.

234

Металлические протезы представляют собой жесткие обоймы решетчатой конструкции треугольной или прямоугольной формы из круглой стали и прокатных профилей со сплошными опорными площадками

(рис. 2.95).

При протезировании поврежденные части балок отпиливают, оставшиеся концы антисептируют и подготавливают для установки протеза или нового участка балки. При установке протезов балкам обязательно придают строительный подъем.

Рис. 2.95. Усиление опорных концов деревянных балок с помощью металлических протезов:

а) – пруткового протеза С.Д. Дайдбекова; б) – протеза из жестких профилей конструкции Н.А.Ануфриева; в) – протез из швеллеров

Деревянные протезы устраивают путем сращивания на накладках и болтах новых частей балок со старыми или присоединением к старым бал-

кам тем же способом двух накладок меньшей толщины (рис.2.96).

Рис. 2.96.Усиление деревянной балки с помощью концевого деревянного протеза:

1 – накладка; 2 – поперечины из швеллера; 3 – усиливаемая балка; 4 – болты; 5 – шурупы или гвозди; 6 – деревянная антисептированная подкладка по слою гидроизоляции; 7- теплоизоляционный слой

235

В том случае, когда возникает необходимость в сохранении исторического ценного потолка в деревянном перекрытии, то данная задача по данным Н.П. Шепелева /66/ решается путем устройства несгораемого перекрытия в виде монолитной железобетонной ребристой плиты или железобетонной плиты по стальным балкам (рис.2.97).

Рис.2.97. Устройство несгораемого перекрытия при частичном или полном сохранении исторического деревянного перекрытия:

а – из монолитной железобетонной ребристой плиты; б – железобетонной плиты по стальным балкам: 1 – деревянные балки; 2 – черепные бруски; 3 – накат; 4 – засыпка; 5 – штукатурка; 6 – демонтируемый пол; 7 – монолитные железобетонные балки, заделанные в гнезда несущих стен; 8

– монолитная железобетонная плита; 9 – деревянная опалубка; 10 – опорные прокладки; 11 – пол; 12 – стальные скобы подвески деревянных балок к монолитному перекрытию; 13 – стальная балка

В первом случае (рис.2.97, а) в реконструируемом перекрытии разбирается пол, убирается звукоизолирующая засыпка и к деревянным балкам прибиваются металлические строительные скобы таким образом, чтобы верхний отгиб скоб находился после бетонирования в монолитной железобетонной плите, что предохраняет деревянные балки от прогибов при их дальнейшей эксплуатации. Затем через опорные прокладки устанавливается несъемная опалубка для балок железобетонного перекрытия и монолитной железобетонной плиты, в которую после установки рабочей арматуры заливают бетонную смесь. Для соединения железобетонной плиты и балок со стеной в последней пробивают горизонтальные штрабы (для плиты) и гнезда (для балок), в которые также заводится арматура.

Вместо монолитных железобетонных балок могут применяться стальные профилированные балки, которые как и монолитная железобетонная плита заводятся в специально вырубленные в стене гнезда (рис.2.97, б).

236

Глава 3 Повышение изоляционных качеств

ограждающих конструкций зданий

3.1. Необходимость повышения тепловой защиты зданий

Известно, что жилые здания, построенные в основном в послевоенное время, имеют низкую энергоэффективность по сравнению с жильем, возведенным в то же время в ряде зарубежных стран с аналогичными климатическими условиями.

В странах Западной Европы работа по энергосбережению в жилищном строительстве является одним из основных направлений повышения эффективности экономики и возведена в ранг государственной политики. В результате проделанной работы в течение последних 30 лет по утеплению зданий в странах Западной Европы расход на их отопление сократился на 40-50% и составляет в настоящее время около 40-50 кВ ч / м3 в год, в то время как для обогрева жилых зданий Российской Федерации расходуется от 80 до 100 кВ ч / м3 в год.

Основными причинами столь разительного отличия является низкая теплозащита наружных ограждающих конструкций, нерациональные архи- тектурно-планировочные решения жилых домов, значительные потери в сетях теплоснабжения и отопления, отсутствие регулирования теплопотребления и несовершенство инженерного оборудования.

Тепловые потери через стены составляют 42-49%, через окна – 32-35% , через чердачные и подвальные перекрытия – 11-18% , через входные двери

–5-8% от общего количества тепловой энергии на отопление здания.

Вцелях экономии энергоресурсов за счет сокращения потерь тепла через ограждающие конструкции зданий и сооружений Министерство строительства Российской Федерации в июле 1999 г. внесло существенные изменения в строительные нормы и правила в сторону ужесточения по тепловой защите зданий. В результате этих изменений нормируемые сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций повысились в 2-3,5 раза, поэтому все здания, построенные до 1999 г., нуждаются в реконструкции тепловой защиты наружных ограждающих конструкций. Кроме того, в ходе реформы жилищно-коммунального хозяйства продекларирован принцип бездотационной оплаты тепловой энергии на отопление зданий, поэтому утепление жилых зданий является одной из важнейших проблем строительства.

Вопросам повышения теплоизоляции наружных ограждающих конструкций посвящены многие работы, такие как работа Е.П. Матвеева /21/, Г.М. Бадьина и Н.В. Таничева /3/ и др. Однако эти работы не соответствуют

237

новым требованиям по тепловой защите зданий и не могут быть использованы при теплотехнических расчетах.

В связи с проводимой в стране с 1999 г. энергосберегающей политики возросли требования по тепловой защите зданий, нашедших отражение в нормативных документах. На смену СНиП 11-3-79** «Строительная теплотехника» введен в действие новый СНиП 23-02-03»Тепловая защита зданий», в котором приведены повышенные требования к наружным ограждениям с целью обеспечения ими нормируемых показателей тепловой защиты зданий. Для практической реализации требований СНиП 23-02-03 разработан СП 23-101-04 «Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование тепловой защиты зданий», в котором содержатся методы проектирования и теплотехнического расчета ограждающих конструкций зданий, рекомендации и справочные материалы для проектировщиков. Положения свода правил позволяют проектировать здания с рациональным использованием тепловой энергии путем выявления суммарного энергетического эффекта от использования планировочных, строительных и инженерных решений, направленных на экономию энергетических ресурсов.

Сцелью повышения уровня гармонизации нормативных требований

севропейскими и международными нормативными документами, применения единых методов определения эксплуатационных характеристик и методов оценки в 2012 г. разработан новый Свод правил актуализированной редакции СНиП 23-02 2003 «Тепловая защита зданий», введенный в действие

с1 января 20012 г.

Взамен СНиП 2.01.01-82 с 01.01.2000 г. введен в действие новый СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», в котором отражены изменения климатических параметров, необходимых для проектирования тепловой защиты зданий, систем отопления и кондиционирования воздуха с учетом экономии энергетических ресурсов.

Таким образом, в последние годы произошли значительные изменения в нормативных требованиях и методах их обеспечения, которые приводятся только в специализированных нормативных изданиях. Однако в них не рассматриваются вопросы теоретического объяснения физических процессов, происходящих в ограждающих конструкциях и помещениях при воздействии на них тепловой, звуковой и световой энергии.

Все эти вопросы довольно подробно рассмотрены в учебнике «Основы строительной физики», изданном в 1975 г. профессором Н.М. Гусевым /23/. Однако, за последние 30 лет после издания Н.М.Гусевым учебника по основам строительной физики изменились взгляды и методы на проектирование ограждающих конструкций, основанные на повышенных требованиях к комфортности, долговечности, архитектурной выразительности и экономичности зданий, что послужило толчком подробного освещения этих

238

вопросов в разработанном в 2007г. А.Н Шиховым и А.И. Маковецким учебном пособии «Физико – техническое проектирование ограждающих конструкций зданий» /103/.

Учебное пособие является естественным продолжением подобных работ, направленных на раскрытие теоретических основ, протекающих в ограждающих конструкциях при воздействии на них не силовых факторов

ввиде отрицательных и положительных температур, влажности, естественного и искусственного света, солнечной радиации и звука. Целью разработки учебного пособия является изложение в нем последних достижений результатов исследований в области тепловой защиты зданий, звукоизоляции помещений от шума, обеспечения Разработка

Вучебном издании приведены теоретические основы, объясняющие физические явления при прохождении теплового потока и водяного пара через ограждающие конструкции, которые помогают проектировщикам понять суть выполняемых теплотехнических расчетов.

Дальнейшим продолжением начатых в 2007г. работ явилось издания

в2013г. А.Н Шиховым и Д.А Шиховым нового учебного пособия «Архитектурная и строительная физика» /113/, в котором помимо инженерных задач по тепловой защите зданий, звукоизоляции и естественного освещения проектируемых помещений рассмотрены вопросы, связанные с повышением тепловой защиты существующих зданий, нормированием и проектированием искусственного освещения городской застройки, обеспечением нормативных требований по звукоизоляции существующих помещений и защите от шума селитебных территорий. По каждому из рассматриваемых

вучебном пособии вопросов приведены соответствующие расчеты, которые дают проектировщикам более широкие возможности при решении практических задач.

3.2. Теплоизоляционные материалы, рекомендуемые

для утепления зданий

При утеплении зданий основное внимание должно уделяться утепляющему материалу, так как от него в основном зависит тепловая защита здания. По количеству выпускаемых теплоизоляционных материалов Россия в 5-7 раз уступает Швеции, США и Финляндии.

В настоящее время на российском рынке широко представлены высококачественные теплоизоляционные материалы из стекловолокна зарубежных и отечественных производителей. Эти материалы несколько дороже, например, пенополистирольных, но зато с ними гораздо проще и удобнее, а главное, безопаснее работать. К ним относятся: «ISOVER» (Финляндия), «URSA» (Германия). Теплопроводность изделий «ISOVER» очень низкая и находится в пределах 0,029 – 0,40 Вт/м ∙оС.

239

Впоследнее время широко начинают применяться «каменные» материалы на основе базальта - «ROCKWOOL» (Дания) и «PAROK» (Финляндия). Это негорючий экологически чистый материал, обладающий водоотталкивающими свойствами, но в то же время паропроницаемый. Он также выпускается в виде рулонов, мягких и жестких матов и плит. По своим теплоизоляционным свойствам базальтовые материалы превосходят стекловаты, однако, они дороже последних.

ВРоссии налажен выпуск теплоизоляционных материалов под марками: «ТИСМА», «ТЕХНО», «ПЕНОПЛЭКС», «ИЗОРОК» и многие другие.

Чтобы теплоизоляция давала требуемый эффект, необходимо правильно подобрать утеплитель, так как от этого достигаются следующие преимущества:

- сокращаются расходы на отопление здания за счет повышения температуры внутренней поверхности наружного ограждения;

- ликвидируются сквозняки; - обеспечивается приятный и здоровый микроклимат в помещении

благодаря равномерности температуры.

Теплоизоляционные материалы делятся на несколько крупных групп: - минераловатные; - стекловатные и стекловолокнистые;

- газонаполненные полимеры (пенопласты): полистирольные и пенополистирольные, полиуретановые и пенополиуретановые, полиэтиленовые, полиэфирные и из фенольной пены;

- модифицированные бетоны: газобетон и пенобетон; - из натуральных материалов и продуктов их переработки.

Кчислу наиболее высокоэффективных утепляющих материалов относятся стекло - и минераловатные материалы, доля производства которых составляет в последние годы 40-60%. Они отличаются пожаробезопасностью, химической стойкостью, низким водопоглощением и хорошей звукоизоляцией.

Впоследнее время широко начинают применяться «каменные» утепляющие материалы на основе базальта. Это негорючий экологически чистый материал, обладающий водоотталкивающими свойствами, но в то же время паропроницаемый. Он выпускается в виде рулонов, мягких и жестких матов и плит. По своим теплоизоляционным свойствам базальтовые материалы превосходят стекловаты.

Одним из самых эффективных видов теплоизоляции являются газонаполненные полимеры, среди которых наибольшее применение находит пенопласт и пенополистирол.

240