Наиболее неблагоприятные условия эксплуатации ограждающих конструкций животноводческих зданий создаются в осенне-зимний период, когда происходит интенсивная конденсация пара на внутренних поверхностях наружных стен и покрытий.
Газобетонные панели в стенах и покрытиях находятся в воздушной среде, содержащей углекислый газ и аммиак, концентрация которых во многом зависит от эффективности вентиляции и от времени года.
Содержание аммиака остается ниже предела, допустимого нормами для производственных зданий (20 мг/м3). По всей вероятности имеющийся в воздухе животноводческих зданий аммиак не вызывает коррозии бетона, но в результате взаимодействия с углекислым газом образует на поверхностях пор газобетона легкорастворимый карбонат аммония. Химической коррозии газобетона в животноводческих зданиях в течение 8 лет нами не было обнаружено.
Расчеты показывают, что в зимний период влагосодержание ячеистобетонных изделий в животноводческих зданиях должно повышаться в зависимости от термического сопротивления ограждения и от температуры внутреннего воздуха на 30-40%. Ячеистый бетон, характеризующийся высокой влагопроводностью и интенсивным влагообменом с окружающим воздухом, обнаруживает резкое повышение влагосодержания зимой и такое же резкое его снижение летом. По натурным исследованиям Уралпромстройниипроекта влагосодержание стеновых панелей из газобетона в коровниках Пензенской области колебалось в пределах от 5 до 60%.
Если газобетон обладает относительно закрытой пористостью (например, сланцезольный газобетон, широко применяемый для строительства животноводческих зданий), то таких резких изменений влагосодержания не обнаруживается. Примерно 7-летние наблюдения за динамикой влагосодержания стеновых панелей и панелей покрытия в свинарниках и коровниках показывают, что периоды небольшого влагонакопления чередуются с периодами высыхания, а в общем итоге в течение года происходит медленное уменьшение влагосодержания панелей.
Наиболее интенсивная конденсация обнаруживается в торцах животноводческих помещений (как на потолке, так и на стенах), где имеет место дефицит тепла, более высокая относительная влажность и более низкая температура воздуха.
Стеновые панели находятся в худшем положении, чем панели покрытия, ввиду большей продолжительности конденсационных процессов и дополнительного воздействия влаги от атмосферных осадков.
Повышенное содержание СО2 в животноводческих зданиях вызывает более интенсивную карбонизацию газобетона на внутренних поверхностях панелей по сравнению с наружными. Например, количество связанной СО2 в поверхностных слоях сланцезольно-газобетонных панелей возрастает с первоначального значения (около 2,5% после автоклавной обработки) в течение первых лет эксплуатации до 8% на наружной и до 12-13% на внутренней поверхности.
Степень карбонизации сланцезольного газобетона после 3-6 месяцев эксплуатации достигает 43-48% (с учетом карбонизации, происходящей до сдачи объекта в эксплуатацию) и после 2-3 лет она повышается в поверхностных слоях до 55-73%. Дальнейшее развитие карбонизационных процессов протекает весьма медленно и имеет затухающий характер.
Карбонизация поверхностных слоев панелей после 3 лет практически прекращается и развивается только вглубь элемента. В связи с этим усадочный градиент перпендикулярно к поверхности элемента наибольший на втором и третьем году с начала эксплуатации здания. В это время и опасность трещинообразования также наибольшая.
Построено свыше 400 животно- птицеводческих зданий с наружными стенами и совмещенным покрытием из 6-метровых однослойных сланцезольно-газобетонных панелей толщиной 30 см. Сухая объемная масса газобетона 700-800 кг/м3, средняя морозостойкость выше 35 циклов, арматура защищена горячим сланце-битумно-цементным покрытием. Сами панели не имеют никакого защитного покрытия.
В течение 8 лет проводились систематические обследования более 100 объектов (около 30 тыс. панелей). При этом получены следующие данные об их состоянии.
- Трещинообразование. Соответствующие расчеты показывают, что в незащищенных крупных панелях животноводческих помещений, особенно в коровниках, при суммировании воздействия внешних факторов (неравномерное высыхание, интенсивная карбонизация, многократное попеременное увлажнение-высыхание) общая деформация газобетона (без приложения внешней нагрузки) достигает 0,25-0,3*10-3 и более, что в случае изгибаемых элементов должно привести к образованию трещин в растянутой зоне. Опасность трещинообразования в панелях покрытия из сланцезольного газобетона повышается также из-за битумно-цементного антикоррозионного покрытия арматуры, снижающего прочность ее сцепления с бетоном почти в два раза.
На нижних поверхностях панелей покрытия образуются поперечные трещины, ширина раскрытия которых в основном не превышает 0,2 мм, и сетки волосных усадочных трещин шириной около 0,05 мм. Начало образования волосных трещин относится к второму году эксплуатации; после третьего зимнего периода около 60% панелей имеют сетки трещин.
Трещинообразование происходит более интенсивно в покрытиях коровников и в панелях, имеющих пониженную объемную массу (600 кг/м3). Однако после 5-6-летней эксплуатации количество панелей с видимой сеткой усадочных трещин уменьшается, т. е. имеющиеся мелкие трещины вследствие ежегодной побелки помещений закрываются и заново не открываются. По всей вероятности, процесс развития усадочных трещин, наиболее интенсивный в первые годы эксплуатации, в дальнейшем постепенно затухает.
Усадочные трещины появляются на наружных поверхностях стеновых панелей в основном около поверхности земли и под окнами (если отсутствуют подоконники). При высоте цоколя 35-40 см трещины на нижних краях стеновых панелей почти не появляются. - Повреждения от мороза. Наибольшие повреждения стеновых панелей от многократного попеременного замораживания и оттаивания обнаруживаются вокруг оконных проемов, при отсутствии водосливов. Количество панелей с такими повреждениями составляет всего 6% от общего числа стеновых панелей.
- Состояние арматуры. Натурные обследования и лабораторные опыты показывают, что горячая цементно-битумная обмазка является в настоящее время одним из наиболее надежных противокоррозионных средств. Однако и это покрытие не гарантирует 100%-ной защиты.
Состояние арматуры в сланцезольно-газобетонных панелях в 30 коровниках и свинарниках (всего 659 открытых мест), находящихся в эксплуатации в течение от 2 до 6 лет, оценивается в 7,7 баллов (по 10-балльной шкале). Для сравнения следует отметить, что оценка состояния арматуры в железобетонных ребристых плитах типа ПНС в двух коровниках после 8-летней эксплуатации характеризуется в среднем 5,5 баллами.
Причинами неудовлетворительного состояния арматуры являются недостаточная толщина защитного слоя (менее 26 мм), нарушение целостности защитного покрытия при укладке арматурных каркасов в формы и дефекты самих панелей (отколы и т. д.).
Лабораторные испытания показывают, что трещины, вызванные давлением со стороны коррозионных продуктов, образуются в сланцезольном газобетоне при потере в весе арматуры 1,1-1,6 кг/м2 или при редуцированной глубине коррозии 0,13-0,2 мм. После 8-летней эксплуатации такая степень коррозии арматуры в сланцезольно-газобетонных панелях нигде не обнаруживалась. Образование трещин и отслаивание защитного слоя вследствие коррозии некачественно защищенной арматуры, по ориентировочным расчетам, может происходить не раньше 50 лет.
Крупномасштабное строительство сельскохозяйственных производственных зданий из ячеистого бетона началось в 1962-1963 годах и к настоящему времени возведено около 900 животно- птицеводческих зданий. Несмотря на короткий срок эксплуатации, получено много поучительных данных. Недоучет особенностей эксплуатационных условий и физико-механических свойств ячеистого бетона привел во многих случаях к отрицательным результатам и большим убыткам.
Основные ошибки, являющиеся общими почти для всех построенных животноводческих зданий, можно разделить на три группы:
- Применение в изделиях незащищенной или недостаточно защищенной против коррозии арматуры. Опыт показывает, что широко примененные цементно-казеиновая и битумно-глиняная обмазки не эффективны.
- Технологические ошибки и недостаточный контроль на заводах за изготовлением ячеистого бетона. Неправильное регулирование процессов структурообразования до и во время автоклавной обработки приводило к выпуску ячеистобетонных изделий с относительно открытой пористостью, что обусловливает большое водопоглощение и низкую морозостойкость изделий.
- Пренебрежение конструктивными мерами против непосредственного увлажнения ячеистого бетона. К недостаткам такого рода относятся: отсутствие подоконных водосливов. Низкий цоколь и малая ширина карниза, оставление мостиков холода, неэффективная вентиляционная система, неправильное проектирование плотного фактурного слоя и т. д. Толщина панелей для наружных стен часто была недостаточной для данных климатических условий, вследствие чего ухудшался микроклимат помещений и происходила интенсивная конденсация водяного пара на внутренних поверхностях панелей в холодный период года.
Состояние ячеистобетонных конструкций в сельскохозяйственных зданиях во многих случаях неудовлетворительно. Животноводческие здания (коровники, свинарники и птичники из однослойных панелей) и часть коровников (из двухслойных панелей) эксплуатируются нормально, а имеющиеся дефекты устраняются конструктивными мероприятиями.
Выводы
Анализ опыта применения ограждающих конструкций из ячеистого бетона в сельскохозяйственных производственных зданиях позволяет сделать вывод о том, что ячеистобетонные детали с определенным народнохозяйственным эффектом (индустриализация строительства, снижение веса конструкций, снижение себестоимости) можно применять с успехом, но при этом необходимо выполнять условия, перечисленные ниже.
В зданиях следует оборудовать эффективную систему вентиляции, обеспечивающую относительную влажность воздуха помещений в заданных пределах (не выше 85%).
Наружные стены и покрытия должны иметь термическое сопротивление, соответствующее местным климатическим условиям: минимальная толщина стен из ячеистобетонных элементов (с объемной массой около 700 кг/м3) для средней полосы европейской части страны должна быть не менее 30 см.
Необходимо предусматривать следующие конструктивные меры для предотвращения обильного влагонакопления в изделиях:
- Высота цоколя и выступ карниза – не менее 40 см; оборудование сквозных водосливов под окнами для защиты стен от увлажнения как с наружной, так и с внутренней сторон; тщательное заполнение раствором швов между панелями, а также щелей между оконными коробками и ячеистобетонными деталями панелей; устройство тамбуров у ворот перед основными помещениями.
- Применяемый ячеистый бетон должен иметь относительно закрытую пористую структуру (объемное водопоглощение ниже 40%), морозостойкость не ниже 35 циклов, величину усадочных деформаций не более 0,3 мм/м и надежную антикоррозионную защиту арматуры с цементно-битумной (или равноценной) обмазкой.
- Ограждающие конструкции сельскохозяйственных зданий II класса должны быть защищены с внутренней стороны изоляционными покрытиями, подлежащими обновлению через каждые 5-8 лет.
- Целесообразно также использовать двухслойные панели для наружных стен и покрытия, где внутренний слой толщиной до 5 см выполнен из тяжелого бетона.