Разработаны новые методы определения долговечности кирпичной кладки
В связи с повышенными требованиями к энергосбережению строительная отрасль переходит на многослойные ограждающие конструкции. Это требует пересмотра подходов к расчету долговечности материалов, используемых в таких конструкциях.
Дмитрий ЖЕЛДАКОВ старший научный сотрудник НИИСФ РААСН
Проблема состоит в том, что и проектировщики, и строители (реставраторы) оценивают строительные конструкции только по их прочности, которая не имеет никакого отношения к долговечности, и морозостойкости.
Кирпичная кладка является старейшим и типичным представителем взаимодействия двух строительных материалов между собой. С точки зрения конструктивных характеристик она абсолютно правильно рассматривается как однослойная конструкция. Однако на уровне ионообменных процессов и кирпич, и особенно цементно-песчаный раствор при наличии в них влаги представляют собой сложную химическую систему.
Натурные исследования деструкции кирпичной кладки, проведенные в разных по климату регионах земного шара, таких, как Италия (города Сиена и Болонья), Оман (Маскат и Хасаб), Болгария (София) и Россия (Москва и Владивосток), позволили сделать следующие выводы. Прежде всего необходимо отметить, что деструкция строительных материалов происходит и в тех регионах, где температура наружного воздуха не опускается ниже нуля градусов. При этом в регионах с теплым и резко континентальным климатом процессы деструкции протекают одинаково. Известны также процессы высокотемпературной деструкции кирпича, которые тем более не могут быть объяснены процессами замораживания-оттаивания.
Следовательно, принятый в настоящее время подход к определению долговечности материала на основании количества циклов замерзания-оттаивания некорректен. Представляется более правильным оценивать долговечность материала, особенно при его работе в ограждающей конструкции совместно с другими материалами, на основании процессов химической деструкции. При этом влияние процесса замораживания-оттаивания, а также климатическое воздействие на конструкцию, полностью не отрицается, но данные процессы должны рассматриваться как второстепенные, способные лишь ускорять или замедлять деструкцию материала.
Принципиальная схема основного процесса химического разрушения строительной керамики, протекающего в системе кирпич-раствор, описывается на первом этапе реакциями образования гидроксида кальция в растворе (реакции выщелачивания) и щелочей в кирпиче при гидратации оксидов щелочных и щелоче-земельных металлов аморфной части кирпича. На втором этапе — реакциями взаимодействия щелочей со структурой материала кирпича как кристаллической, так и аморфной.
Для подтверждения правильности данной теории мною была проведена термодинамическая оценка 265 реакций, возможных при протекании процесса химической деструкции. Термодинамические расчеты позволили определить наиболее вероятные реакции процесса. Инструментальные исследования проводились на рентгенофлуоресцентном спектрометре, порошковом рентгеновском дифрактометре, на приборе для проведения термогравиметрического анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии, сканирующем микроскопе. По результатам исследования до и после взаимодействия кирпича с гидроксидом кальция зафиксировано изменение фазового состава системы с возможным образованием гиролита, гидросиликатов и гидроалюминатов кальция в системе. Результаты экспериментальных исследований, также как и результаты термодинамических расчетов, полностью подтвердили выдвинутую гипотезу о процессе химической деструкции материала кирпичной кладки.
В настоящее время на основании проведенных теоретических и инструментальных исследований мною разработаны новые методы аналитического исследования материала кирпича: метод определения скорости химической деструкции и метод определения активных ионов. Данные методы позволяют получить характеристики материала кирпича, по которым возможно рассчитать долговечность кирпичной кладки в ограждающей конструкции, выраженную в годах.
Представляется перспективным
Олег Пономарев, заместитель директора ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко:
«В работе Дмитрия Желдакова затронута одна из важных проблем строительного комплекса — проблема повышения долговечности конструкций, возводимых из наиболее востребованного строительного материала — керамического кирпича. Автор отмечает, что при оценке долговечности кладки необходимо учитывать не только морозостойкость материалов, но и их совместимость. Как показали проведенные исследования, несовместимость материалов способствует ускорению процесса коррозионных повреждений.
Коррозионным повреждениям подвергаются, в основном, наиболее уязвимые части сооружений — цоколи, фасады, конструкции, расположенные выше кровли зданий. Причем наибольшие повреждения получают незащищенные конструкции, расположенные вблизи морей и океанов, в цехах химического производства и т.п. Результаты выполненных исследований позволили автору статьи сделать вывод о наличии факторов несовместимости материалов, которые могут значительно усилить коррозионные воздействия на кладку. В частности, это касается воздействия некоторых видов цементно-песчаных растворов на керамический кирпич, что приводит к коррозионным повреждениям кладки даже при отсутствии процессов замораживания и оттаивания.
Предложенное автором направление по учету влияния щелочной коррозии на долговечность кладки из керамических стеновых материалов представляется весьма перспективным. Учет влияния щелочной коррозии при проектировании и эксплуатации позволит повысить долговечность конструкций зданий и сооружений, возводимых с применением керамических кладочных стеновых изделий».
С новым подходом
Владислав Геращенко, директор ассоциации производителей керамических стеновых материалов (АПКСМ):
«Более девяти тысяч лет прошло с тех времен, как человечество стало использовать керамический кирпич. Великая Китайская стена, Колизей в Риме и Московский Кремль — материалы, из которых они возведены, прекрасно сохранились до наших дней. Введение повышенных требований к теплозащите зданий и сооружений с целью снижения затрат на отопление зданий привело к применению многослойных конструкций наружных стен, в которых облицовочный слой отделен плитным утеплителем от конструктивной части стены, что ухудшает его температурный режим и повышает число циклов замораживания и оттаивания. Столь серьезное качественное изменение физических процессов в наружных ограждающих конструкциях должно обеспечиваться изменением требований к физическим свойствам материалов. Эти обстоятельства побудили Дмитрия Желдакова исследовать долговечность с точки зрения химической коррозии кирпичной кладки. При этом он критически оценивает традиционный подход к определению долговечности материала на основании количества циклов замерзания-оттаивания, который не объясняет такие процессы, как деструкция при положительных температурах. Хочется пожелать автору исследований не останавливаться на достигнутых результатах, а использовать их для создания нормативных документов по долговечности строительных материалов. Причем не только керамических, но и других, которые претендуют на звание «долговечные строительные материалы».
Номер публикации: №18 от 13.05.2019