Полный текст

Введение В последнее время все чаще в процессе строительства домов и во внешней отделке зданий отдают предпочтение натуральным материалам. В тот или иной период популярностью пользуются многие материалы, но среди них есть те, которые востребованы в течение длительного времени. В связи с растущим спросом на загородные дома, самым распространенным и недорогим материалом для строительства и оформления фасадов стал ракушечник [1]. Основная часть Ракушечник - это разновидность известняковой пористой породы, имеющей осадочный тип образования. Состоит преимущественно из раковин морских животных и их обломков [2]. Основные месторождения этого природного камня расположены в южных районах, где раньше находились доисторические моря. Со временем эти моря высыхали, берега и дно обнажались вместе с осевшими в них останками морских существ. Даже сейчас на срезах плит из ракушечника можно встретить скелеты этих доисторических животных. За долгие годы под тяжестью собственного веса сформировалась слоистая, пористая, но довольно плотная порода [3]. Значительные залежи находятся на полуострове Крым, в Молдавии, в Средней Азии, на Кавказе (Дагестан) и в Украине (Одесская и Донецкая области) [4]. Химический состав этого строительного камня содержит только органические вещества. Это кальций (содержание его практически равно 100 %), кремний, йод и углерод. Благодаря такому составу ракушечник относят к экологически чистым материалам. В помещении, который отделан этим материалом, возникает специфичный состав воздуха, усиливающий иммунитет и укрепляющий здоровье в целом. На нем также не размножается грибок, он не гниет, не взаимодействует с другими материалами, обладает гипоаллергенными свойствами и препятствует проникновению чужеродных химических веществ в помещение, играя роль фильтра [4]. В довершение ко всему этот камень не вызывает аллергических реакций. Как утверждают люди, живущие в домах из ракушечника, у человека в них поднимаются настроение и жизненный тонус, улучшается общее состояние организма [5]. Еще одно очень важное преимущество перед другими строительными материалами - дом из ракушечника не любят мыши и крысы. Для загородного дома это существенный показатель [3]. По внешним признакам строительный ракушечник подразделяют на две группы: желтый, имеющий предел прочности при сжатии 5-15 кгс/см2, и белый, с пределом прочности при сжатии 10-20 кгс/см2. Объемный вес ракушечника составляет 700-2300 кг/м3 [6]. За счет высокой пористости ракушечник имеет низкий показатель теплопроводности - 0,2-0,6 Вт/(м·К) - и обеспечивает хорошую шумоизоляцию. К тому же у ракушечника очень высокая морозоустойчивость - до 70 циклов. Благодаря «дышащей» структуре лишняя влага там не задерживается, а сам ракушечник долгое время остается прочным и невредимым. Немалым его достоинством является и непроницаемость для радиоактивных излучений. Все вышеперечисленные достоинства делают ракушечник в своем роде уникальным [3]. По плотности, весу и прочности ракушечник делят на три марки - М15, М25 и М35. Самая прочная и наименее пористая марка - М35, используется, например, для строительства цоколя, фундамента. Вес одного такого блока доходит до 25 кг [4]. Из блоков марки М25 (вес кирпича от 14 до 17 кг), обладающих средней плотностью и пористостью, кладут одно-, двух- и трехэтажные жилые дома, а также возводят внутренние стены помещений [4]. Самые легкие (вес до 12 кг) и непрочные, с самой высокой теплопроводностью, а следовательно, наименее способные сохранять тепло - блоки марки М15. Из них выкладывают хозяйственные помещения, гаражи, ограды [4]. Хотя ракушечник является одним из самых простых строительных материалов, вопросы, связанные с его сохранением, сложны. При работе с этим материалом человек сталкивается с широким спектром угроз этому хрупкому материалу - от естественной эрозии до повреждения от вибрации, вызванной движением транспорта [6]. Стойкость к ударному воздействию у данных камней оставляет желать лучшего, поэтому следует обязательно соблюдать осторожность при обращении с ракушечником, как при доставке, так и на строительной площадке [7]. Для того чтобы на место возведения дома ракушечные блоки прибыли целыми, перевозить их следует на грузовых автомобилях с ровными кузовами, в поддонах, скрепленных лентами или тросами [7]. Добывается материал карьерным способом при помощи специальных машин, которые режут пласты ракушечника. Добыча ведется в несколько этапов. Сначала землеройная техника освобождает от грунта и выравнивает ракушечный массив. После этого на площадке устанавливают машину с огромной фрезой, которая медленно движется по рельсам и нарезает пласты нужной толщины [8]. Доля участия человека в производстве ракушечника ограничивается лишь нарезкой камня на куски требуемых размеров [9]. Несмотря на свою прочность, ракушечник легко пилится даже ручной пилой и можно без особых затруднений получать плиты и блоки самых разных размеров. По этой же причине доступно изготовление деталей различных форм и размеров, например колонн. Стандартный размер блоков - 18×18×38 см либо 20×20×40 см. В одном блоке ракушечника 5,5 кирпичей. При обработке плит им придают разные виды поверхностей: обычная пиленая, полированная, шероховатая [2]. При добыче ракушечник достаточно мягкий. Эта мягкость позволяет легко удалить его из карьера и вырезать его в форму. Тем не менее камень поначалу слишком мягкий, чтобы его можно было использовать для строительства. Для применения ракушечника в качестве строительного материала камень оставляют насухо в течение определенного времени, в процессе чего камень затвердевает в пригодную для использования форму [10]. Как строительный материал ракушечник применяется в самых различных областях. Ракушечник прекрасно подходит для возведения наружных стен, межкомнатных перегородок и декоративной внутренней отделки. Его жаропрочные свойства позволяют использовать этот камень при наружной отделке очагов и каминов. Самое объемное применение, конечно, в строительстве домов. Блоки с необработанной пиленой поверхностью можно использовать в возведении стен, заборов, арок. Дом из ракушечника получается теплым и не пропускает лишнего шума с улицы, поэтому не требует дополнительной изоляции, что значительно снижает затраты на строительство. В районах с повышенной влажностью, частыми дождями, обильными снегопадами после окончания строительства стены необходимо обработать гидроизолирующими средствами [3]. Если дом уже построен, но предстоит работа по его «внешности», то стоит задуматься об отделке ракушечником. Причем ископаемое совершенно универсально, им можно отделать стены изнутри, создав «морской климат» или же - снаружи, придав постройке и повышенные технические свойства, такие как непроницаемость по всем показателям, и презентабельный «дорогой» вид [11]. Плитка из ракушечника идеальна для наружной отделки фасадов. Малый вес не создает дополнительной нагрузки на фундамент. Полированная поверхность плитки не нуждается в дополнительной обработке [2]. Шероховатая поверхность плит из ракушечника устойчива к истиранию, и поэтому используется для облицовки ступеней лестниц, крыльца, дорожек, площадок внутри двора [2]. Камни из ракушечника предлагают богатую текстуру и уникальную визуальную привлекательность при использовании в архитектуре, поэтому ресурсы ракушечника стремительно сокращаются из-за его высокой популярности в декоре зданий и оформлении внутреннего интерьера [12]. В строительстве также отдают предпочтение таким материалам, как кирпич, пенобетон и газобетон. Для того чтобы понять, какой материал больше подойдет для строительства, необходимо проанализировать их характеристики (табл. 1). Таблица 1 Сравнительные характеристики строительных материалов Table 1 Comparative characteristics of building materials Параметр Единицы измерения Ракушечник Пенобетон Газобетон Полнотелый кирпич М150 Размер мм 180×180×380 200×300×600 200×300×600 250×120×65 Объемный вес кг/м3 700-2 300 300-1200 600-800 1650-1730 Предел прочности на сжатие кгс/см2 5-20 20-150 25-150 150 Показатель морозостойкости цикл F50-70 F35 F35 F35-100 Показатель теплопроводности Вт/(м·К) 0,2-0,6 0,05-0,38 0,18-0,28 0,4-0,7 Стоимость материала по состоянию на 01.01.2018 г. на складе в Пермском крае* руб./м3 3240* 2700 3000 3400 *Стоимость приведена с учетом транспортных расходов. Сравнительные характеристики ракушечника и других строительных материалов Поскольку пеноблок и газоблок являются искусственными материалами, их качества полностью зависят от производителя. Пеноблоки производятся из смеси цемента, песка, воды и пенообразователя, газоблоки - из кварцевого песка и цемента. Такая доступность производства приводит к появлению на рынке откровенно плохой продукции [13]. Поскольку пеноблок, газоблок и кирпич можно производить в любом регионе, их стоимость стабильна и зависит от марки плотности. Стоимость ракушечника зависит от региона. В местах добычи ракушечник является одним из самых дешевых строительных материалов. По мере удаления от карьера его цена растет [13]. Несмотря на все свои преимущества, ракушечник обладает одним существенным недостатком - материал очень гигроскопичен, что необходимо учитывать перед началом строительства [14]. Существует несколько особенностей, которые связаны с гигроскопичностью ракушечника и часто игнорируются [14]: 1. Строительство дома ведется не один год. Незавершенные объекты в периоды межсезонья и зимы подвергаются не только активному воздействию атмосферных осадков, но и температурным перепадам, в результате чего камень начинает разрушаться еще до окончания строительных работ. 2. Теплопроводность ракушечника зависит от его влажности, от того, содержится ли в его порах воздух или вода. При намокании она резко возрастает, так как воздух в порах замещается водой, которая имеет гораздо более высокий коэффициент теплопроводности. 3. Использование пенопластов (как и минеральной ваты) приводит к образованию плесени и грибка, а также нарушает микроклимат внутри помещений, так как отделочный слой с более низкой паропроницаемостью приводит к накапливанию влаги в толще самого ракушечника. Эффективным решением, позволяющим учесть описанные выше особенности ракушечника, является использование кремнийорганических гидрофобизаторов. Кремнийорганические гидрофобизаторы - это жидкости, придающие поверхности минеральных строительных материалов водозащитные свойства. Достаточно поверхность/конструкцию обработать такой жидкостью - и камень не будет намокать даже во время сильного дождя со снегом. Принцип действия гидрофобизаторов таков: проникая в глубь пор и капилляров, составы полимеризуются, выстилая их поверхность тончайшей пленкой, которая и обеспечивает камню водозащитные свойства. Пленка настолько тонка (несколько десятков молекул), что практически не снижает паропроницаемости строительного материала [10]. Расчет нагрузок, которые способны выдержать стены из ракушечника и кирпича Произведем сбор нагрузок на обрез фундамента под несущую стену по оси Б двухэтажного жилого дома (рис. 1). В качестве примера нами выбран район строительства г. Перми, так как здесь на рынке строительных материалов ракушечник завоевал свою нишу. Рис. 1. Разрез здания, план первого и второго этажей Fig. 1. Section of the building, the plan of the first and second floors Состав покрытия: двухслойный направляемый ковер, удельная нагрузка 10 кг/м2; асбоцементная плита размером 1×2 м, массой 36 кг; плита ППЖ в два слоя, толщина одного слоя 5 см, плотность 200 кг/м3, пароизоляция, удельная нагрузка 4,5 кг/м3, железобетонная плита массой 2,5 т, размером 5,98×1,19 м. Состав перекрытия: паркет с удельной нагрузкой 9 кг/м3; пробковое покрытие плотностью 120 кг/м3, толщиной 30 мм; железобетонная плита массой 2,5 т, размером 5,98×1,19 м. Балки перекрытия железобетонные, сечением 200×400 мм. Собираем нагрузку на 1 м покрытия (табл. 2). Собираем нагрузку на 1 м перекрытия (табл. 3). Таблица 2 Сбор нагрузок на 1 м покрытия Table 2 Collecting loads on 1 meter of coverage № п/п Нагрузки Подсчет Нормативная нагрузка, кПа γf Расчетная нагрузка, кПа Постоянные нагрузки 1 Железобетонная плита 3,513 1,1 3,864 2 Пароизоляция 0,045 1,3 0,058 3 Утеплитель - плита ППЖ в два слоя 0,2 1,3 0,26 4 Асбоцементная плита 0,18 1,3 0,234 5 Двухслойный направляемый ковер 0,1 1,3 0,13 Временные нагрузки 1 Снеговая нагрузка 2,8 1,4 3,92 Всего Таблица 3 Сбор нагрузок на 1 м перекрытия Table 3 Collecting loads on 1 meter of overlap № п/п Нагрузки Подсчет Нормативная нагрузка, кПа γf Расчетная нагрузка, кПа Постоянные нагрузки 1 Железобетонная плита 3,513 1,1 3,864 2 Цементная стяжка 0,54 1,3 0,702 3 Пробковое покрытие 0,012 1,3 0,0156 4 Паркет 0,09 1,3 0,117 Временные нагрузки 1 Нагрузка на перекрытие (кинотеатр) - 1,5 1,2 1,8 Всего Собираем нагрузку на низ кирпичной стены по оси Б: (1) где - нормативная нагрузка кирпичной стены, кН; ρ - плотность кирпичной стены, кг/м3; h - толщина кирпичной стены, м; H - высота этажа, м. (2) где - расчетная нагрузка кирпичной стены, кН; γf - коэффициент надежности по нагрузке. (3) где - нормативная нагрузка балки, кН; b - ширина балки, м; h - толщина балки, м; l - длина балки, м; γ - удельный вес балки, кН/м3. (4) где - расчетная нагрузка балки, кН; γf - коэффициент надежности по нагрузке. Нормативная нагрузка на низ кирпичной стены: 287,148 кН, (5) где Nn - нормативная нагрузка на низ кирпичной стены, кН; - нормативная нагрузка от перекрытия, кН; - нормативная нагрузка от покрытия, кН; - грузовая площадь, м2; - количество балок, опирающихся на стену; - нормативная нагрузка балки, кН; - нормативная нагрузка кирпичной стены, кН. Расчетная нагрузка: (6) где N - расчетная нагрузка на низ кирпичной стены, кН; - расчетная нагрузка от перекрытия, кН; - расчетная нагрузка от покрытия, кН; - грузовая площадь, м2; - количество балок, опирающихся на стену; - расчетная нагрузка балки, кН; - расчетная нагрузка кирпичной стены, кН. Собираем нагрузку на низ стены из ракушечника толщиной 0,4 м по оси Б: (7) где - нормативная нагрузка стены из ракушечника, кН; ρ - плотность стены из ракушечника, кг/м3; h - толщина стены из ракушечника, м; H - высота этажа, м. (8) где - расчетная нагрузка стены из ракушечника, кН; - нормативная нагрузка стены из ракушечника, кН; γf - коэффициент надежности по нагрузке. (9) где - нормативная нагрузка балки, кН; b - ширина балки, м; h - толщина балки, м; l - длина балки, м; γ - удельный вес балки, кН/м3. (10) где - расчетная нагрузка балки, кН; γf - коэффициент надежности по нагрузке. Нормативная нагрузка: кН, (11) где Nn - нормативная нагрузка на низ стены из ракушечника, кН; - нормативная нагрузка от перекрытия, кН; - нормативная нагрузка от покрытия, кН; - грузовая площадь, м2; - количество балок, опирающихся на стену; - нормативная нагрузка балки, кН; - нормативная нагрузка стены из ракушечника, кН. Расчетная нагрузка: (12) где N - расчетная нагрузка на низ стены из ракушечника, кН; - расчетная нагрузка от перекрытия, кН; - расчетная нагрузка от покрытия, кН; - грузовая площадь, м2; - количество балок, опирающихся на стену; - расчетная нагрузка балки, кН; - расчетная нагрузка стены из ракушечника, кН. Полученные значения нормативных и расчетных нагрузок на кирпичную стену оказались незначительно больше, чем нагрузки на стену из ракушечника. Теплотехнический расчет наружной стены здания из ракушечника I. Сбор исходных данных для г. Перми 1. Расчетная температутра наиболее холодных пяти суток (табл. 3.1, столб. 5 СП 131.13330.2012 «Строительная климатология»): 2. Средняя температура отопительного периода (табл. 3.1, столб. 12 СП 131.13330.2012 «Строительная климатология»): 3. Продолжительность отопительного периода (табл. 3.1, столб. 11 СП 131.13330.2012 «Строительная климатология»): дней. 4. Расчетная температура внутреннего воздуха: 5. Относительная влажность воздуха: 6. Влажностный режим помещения (прил. В, СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»): сухой. 7. Зона влажности (табл. 1, СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»): нормальная. 8. Условия эксплуатации (табл. 2, СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»): A. II. Определение градусо-суток отопительного периода (13) где ГСОП - градусо-сутки отопительного периода, °С·сут/год; - расчетная температура внутреннего воздуха; - средняя температура отопительного периода, °С; - продолжительность отопительного периода, дни. По табл. 3 СП 50 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» определяем используя интерполирование таблицы: (14) где - требуемое сопротивление теплопередаче, м2·°С/Вт; - минимальное сопротивление теплопередаче в табл. 3 СП 131.13330.2012 «Строительная климатология», м2·°С/Вт; - максимальное сопротивление теплопередаче в табл. 3 СП 131.13330.2012 «Строительная климатология», м2·°С/Вт; - минимальные градусо-сутки отопительного периода в табл. 3 СП 131.13330.2012 «Строительная климатология», °С·сут/год; - максимальные градусо-сутки отопительного периода в табл. 3 СП 131.13330.2012 «Строительная климатология», °С·сут/год. III. Определение толщины утеплителя и приведенного сопротивления теплопередаче многослойной ограждающей конструкции В табл. 4 представлены характеристики материалов принятой стены здания. Таблица 4 Характеристики материалов Table 4 Characteristics of materials № п/п Наименование материала r, кг/м3 d, м l, Вт/м×°С R, м2×°С/Вт 1 Ракушечник 1500 0,2 0,3 0,67 2 Плита минераловатная 125 d2 0,064 d2/0,064 3 Облицовочный кирпич 1300 0,12 0,3 0,4 Находим требуемые условные сопротивления теплопередаче по формуле (15) где - требуемое условное сопротивление теплопередаче, м2·°С/Вт; - требуемое сопротивление теплопередаче, м2·°С/Вт; r - коэффициент теплотехнической однородности, принимаемый равным 0,87 (табл. 6 СП 23-10-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»). Определяем требуемые значения сопротивления теплопередаче слоя утеплителя по формуле (16) где - требуемое сопротивление теплопередаче слоя утеплителя, м2·°С/Вт; - требуемое условное сопротивление теплопередаче, м2·°С/Вт; - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции: , м2·°С/Вт; - сопротивление тепловосприятию. В данном выражении заменяется коэффициентом теплоотдачи внутренней поверхности (табл. 4 СНиП II-3-79*): (17) - сопротивление теплоотдаче на наружной поверхности, заменяется коэффициентом теплоотдачи наружной поверхности ограждения (18) Определяем требуемое сопротивление теплоотдаче слоя утеплителя: (19) Рассчитываем толщину утеплителя: (20) где - толщина слоя утеплителя, м; - требуемое сопротивление теплопередаче слоя утеплителя, м2·°С/Вт; - коэффициент теплопроводности слоя утеплителя, Вт/м2·°С. IV. Определение приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены (21) где - приведенное сопротивление телопередаче наружной стены, м2·°С/Вт; - сопротивление тепловосприятию; - сопротивление теплоотдаче на наружной поверхности; - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2·°С/Вт: . (22) где - сопротивление теплопередаче наружной стены, м2·°С/Вт; - приведенное сопротивление телопередаче наружной стены, м2·°С/Вт; r - коэффициент теплотехнической однородности, принимаемый равным 0,87. Проверяем условие: - условие сопротивления теплопередаче выполнено, значит, толщина утеплителя подобрана верно. V. Проверка конструкции на невыпадение конденсата на внутренней поверхности ограждения Определяем температуру внутренней ограждающей конструкции: (23) где - температура внутренней поверхности ограждающей конструкции, °С; - расчетная температура внутреннего воздуха, °С; - расчетная температутра наиболее холодных пяти суток, °С; - сопротивление теплопередаче наружной стены, м2·°С/Вт; - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности; n - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху (n = 1). Температура точки росы равна 10,7 °С. Проверяем условие: - условие невыпадения конденсата на внутренней поверхности ограждения выполняется. VI. Определение толщины промерзания ограждающей конструкции (графическим методом) Строим график и определяем глубину промерзания конструкции (рис. 2). Из графика видим, что глубина промерзания ограждающей конструкции Рис. 2. График промерзания стены Fig. 2. The chart of freezing of the wall VII. Выполнение проверки ограждающей конструкции на температурный перепад Температурный перепад между температурой воздуха внутри помещения и температурой ограждающей конструкции не должен превышать нормированный Проверяем условие: - условие выполняется. Таким образом, температурный перепад выполнен. Заключение Подводя итоги, можно с уверенность сказать, что, являясь красивым материалом и обладая при этом хорошими эксплуатационными характеристиками, ракушечник идеально подходит для строительства и оформления жилья.

Об авторах

А. В Болотин

Северо-Восточный государственный университет

А. А Лунегова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Г. Г Жукова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Д. Н Овсянникова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 754

PDF (Russian) - 277

Ссылки

• Ссылки не определены.