ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕНОПОЛИСТИРОЛА ПРИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ УТЕПЛЕНИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

В связи с тем, что температура и другие внешние воздействия резко влияют на прочность и долговечность пенополистирола прогноз долговечности возможно провести по методике [75], основанной на термофлуктуационной концепции разрушения и деформирования.

1. Для пенополистирола в конкретном изделии или конструкции определяется характер силового воздействия, т. е. вид действующего статического нагружения.

2. Определяются напряжения (ст), возникающие в материале и температуры эксплуатации (Т), а также внутренние и внешние факто­ры, влияющие на долговечность (агрессивные среды, климатические воздействия и т. д.).

3. В режиме заданных постоянных напряжений и температур проводятся длительные испытания образцов фанеры. Полученные зависимости обрабатываются в координатах: логарифм времени до разрушения ^(т) или критического деформирования 1§(0) от напряже­ния (о) и температуры (Т). Экспериментальные результаты представ­ляют различные семейства прямых.

4. Определяется характер зависимостей долговечности при раз­рушении или деформировании и устанавливаются описывающие их уравнения.

5. Графоаналитическим способом определяются константы вхо­дящие в уравнения долговечности (7) и (10).

6. Зная величины констант при установленных эксплуатацион­ных параметрах (ст и Т) по аналитическим зависимостям рассчитывает­ся теоретическая долговечность ^(т) - время потери формы или раз­рушения.

Образцы для испытаний изготавливают согласно [65], однако их следует вырезать в направлении вспенивания плиты (реальное поло­жение утеплителя в конструкции) и они должны иметь поверхностную плёнку, в отличие от [65], в котором рекомендуется механическое из­готовление образцов, при котором нарушается структура материала и увеличивается содержание дефектов. Поскольку в пенопласте проис­ходят колебания плотности по высоте блока (см. гл. 1), то образцы вы­бираются на каждую точку испытаний, исходя из их средней кажу­щейся плотности.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ

Методика проведения кратковременных и длительных испы­таний при разрушении поперечным изгибом. Длительные испытания при разрушении поперечным изгибом проводят в режиме заданных постоянных напряжений и температур (в интервале от 16 до 80°С) по следующей методике. Образцы выдерживают при заданной темпера­туре в течение часа (термостатируют), помещают в испытательную секцию установки и нагружают до определённой величины. В резуль­тате испытаний фиксируют время от момента начала нагружения до разрушения образца.

При проведении кратковременных испытаний образцы ступенча­то нагружают до их полного разрушения. В итоге фиксируют макси­мальную нагрузку, выдерживаемую материалом. В одинаковых усло­виях для получения одной точки испытывают шесть образцов. За ко­нечный результат принимают их среднее арифметическое значение.

Методика проведения испытаний на долговечность при де­формировании длительным сжатием и пенетрацией. Испытания образцов на долговечность при деформировании сжатием и пенетра - цией проводят по следующей методике.

До приложения нагрузки образцы термостатируют в течение часа. Затем при заданной температуре и напряжении (твёрдости) с помощью секундомера фиксируют время погружения индентора на заданную глубину (К), при деформировании пенетрацией, или достижения за­данной деформации (е) при деформировании сжатием. Для серии об­разцов фиксируют изменение величины деформации через определён­ные промежутки времени с помощью индикатора часового типа. Экс­перимент проводят при различных температурах (18 ... 60 °С) и трёх напряжениях (твёрдости). Для получения одной точки в одинаковых условиях испытывают 5-6 образцов. За конечный результат принима­ют их среднее арифметическое значение.

Методика проведения испытаний при воздействии жидких сред. Методика проведения испытаний на водопоглощение и набу­хание. Испытания проводят на водопоглощение фанеры по массе и набухание по толщине. Для проведения испытаний используют пред­варительно взвешенные образцы которые погружают полностью в ем­кость с водой, при температуре 2 ... 20 °С. Через определённые про­межутки времени образцы извлекают из воды, протирают фильтро­вальной бумагой и фиксируют изменение массы и толщины.

На основании этих измерений производят вычисление водопо - глощения и набухания.

Методика проведения испытаний при воздействии жидких агрессивных сред. Для различных агрессивных сред проводят испыта­ния на кратковременную и длительную прочность (долговечность) фанеры, а также определяют набухание по её толщине и поглощение среды.

Испытания проводят по методике, изложенной выше. Для опре­деления химической стойкости фанеры образцы выдерживают задан­ное время в агрессивной среде, а затем подвергают испытаниям на кратковременную и длительную прочность при поперечном изгибе.

Методика проведения испытаний при климатических воздей­ствиях. Методика проведения испытаний в натурных условиях. Испытания в натурных условиях проводят на долговечность при раз­рушении поперечным изгибом и деформировании (пенетрации) на ус­тановках, приведённых в [12, 75]. От прямого воздействия дождя и снега образцы изолируют специальным навесом. Колебания темпера­туры фиксируют с помощью спиртового термометра. В процессе ис­пытаний при разных напряжениях определяют долговечность (время до разрушения образца).

Методика проведения испытаний на тепловое старение и УФ-облучение. Испытания на тепловое старение и УФ-облучение про­водят следующим образом. В течение заданного времени образцы под­вергают тепловой обработке (рекомендуемая температура прогрева от 50 до 80 °С), или выдерживают определённое время под лампами ПРК. После старения их охлаждают при комнатной температуре. После чего подвергают испытаниям на кратковременную прочность при разруше­нии поперечным изгибом, деформировании (пенетрации), а также на водопоглощение и набухание.

Последовательность проведения испытаний на водопоглощение, набухание, кратковременную прочность при разрушении поперечным изгибом приведены выше.

Методика проведения циклических испытаний при воздейст­вии замораживания-оттаивания. Испытания при воздействии замо-

Раживания-оттаивания проводят следующим образом. Образцы зама­чивают в воде в течение часа при температуре 2 ... 20 °С, затем замо­раживают в морозильной камере в течение 3 - 5 часов при температуре

- 20 °С. Замороженные образцы вытаскивают из морозильной камеры и оттаивают при комнатной температуре в течение 18 . 20 часов.

После оттаивания их подвергают испытаниям на долговечность при разрушении и деформировании по методике предлагаемой выше.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ И ЭМПИРИЧЕСКИХ КОНСТАНТ

Методика определения физических термофлуктуационных констант графоаналитическим методом. Для пенополистирола ПСБ М35 при разрушении наблюдается зависимость в виде классиче­ского "прямого" пучка, описываемого уравнением (7) и представлен­ного на рис. 59.

Определение физических термофлуктуационных констант для за­висимости в виде "прямого" пучка, полученного при разрушении, осуществляют графоаналитическим способом, по схеме, показанной на рис. 59.

Согласно схеме, полученные экспериментальные значения вы­страивают в координатах логарифма долговечности (^т) от напряже­ния (о) (рис. 59, а), а затем перестраивают в виде зависимости лога­рифма долговечности от обратной температуры (103/Т), из которой определяют по положению полюса (П) физические константы тт и Тт (рис. 59, б). Затем, по формуле

(11)

Для каждого напряжения вычисляют значения энергии активации, и строят график зависимости полученных значений и от напряжения (ст) (рис. 59, в). Экстраполяцией прямой на ось ординат получают макси­мальную энергию активации (и0), а определяя тангенс угла наклона прямой - величину структурно-механической константы у. При де­формировании долговечность описывается уравнением (7), однако константы, входящие в уравнение имеют другой смысл (см. гл. 10).

Процесс деформирования так же подчиняется принципу темпера­турно-временной силовой эквивалентности. Физические константы, входящие в уравнение (7), определяются графоаналитическим спосо­бом так же как, при разрушении.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ (РАБОТОСПОСОБНОСТИ) В КОНСТРУКЦИЯХ УТЕПЛЕНИЯ

Рассмотрим в качестве примера определение долговечности пе­нопласта ПСБ-С М35 при применении его в несъёмной опалубке. Для этого вида конструкций долговечность (работоспособность) утеплите­ля зависит от действующего на него напряжения [12].

Рассмотрим несъёмную опалубку фирмы "Velox" (см. гл. 9, рис. 26).

Для расчёта несъёмной опалубки фирмы "Velox" характеристики материалов взяты из табл. 16 [12]; схема ограждающей конструкции приведена на рис. 60. Расчёт ведём в следующей последовательности.

Определяем давление бетонной смеси, согласно

P = gh = 24-0,5 = 12-10 (МПа),

Где у - объёмный вес бетонной смеси; И - высота панели.

В качестве расчётной схемы принимаем однопролётную балку, нагруженную равномерно распределённой нагрузкой. Для расчёта на несущую способность вырежем полосу длиной 1 м. Нагрузка, дейст­вующая на материалы опалубки

TOC o "1-5" h z д = Р/2 = 12-10 - 3/2 = 6-10-3 (МПа). (13)

Древесностружечная плита работает на поперечный изгиб. По­этому напряжение, воспринимаемое плитой от давления бетонной сме­си, определяем по формуле:

Стизг = ыт = 0,188-10 - 3/3,3-10 - 5 = 5,7 (МПа), (14)

Где ЫдСП = (дИ2)/8 = (6-0,52)/8 = 0,188 (кН-м) - изгибающий момент, действующий на ДСП; тДСП = (ИЬ2)/6 = (0,5-0,022)/6 = 3,3-10 5 (м3) - момент сопротивления, Ь - толщина панели.

12 3 1

Стсж = А/Л = 1,5-10 - 3/0,045 = 0,033 (МПа), (15)

Где АППС = (дк)/2 = (6-0,5)/2 = 1,5 (кН) - нагрузка, приложенная к пено - полистиролу; АППС = Ьк = 0,09-0,5 = 0,045 (м2) - площадь утеплителя, воспринимающая нагрузку от бетонной смеси.

Долговечность ДСП и пенополистирола должна быть не менее 28 суток (время твердения бетонной смеси), т. е. х (9) = 106,4. Рассчи­танные её значения по формулам (10) - для ДСП и (8) - для пенополи- стирола приведены в табл. 16. Полученные результаты показали, что ДСП и пенополистирол марки М35 удовлетворяют данному требо­ванию.

Для экструзионного пенополистирола рассмотрим в качестве при­мера расчёт долговечности в дорожной конструкции. Для этого вида конструкций долговечность (работоспособность) утеплителя так же за­висит от действующего на него напряжения. На рисунке 61 приведён пример эффективного применения экструзионного пенополистирола

Рис. 61. Конструкция нежёсткой дорожной одежды с применением экструзионного пенополистирола ТЕХНОПЛЕКС 45 для дороги III категории

В конструкции дорожной одежды для дороги III категории, запроектиро­ванной для наиболее неблагоприятных условий Тамбовской области (3 тип местности по условиям увлажнения, в основании применён третий по степени пучинистости грунт - супесь лёгкая). Конструкция дорожной одежды запроектирована в соответствии с требованиями [65, 66, 68].

Действующие на материал напряжения вычисляются по методике, изложенной в [8]. В этом случае для определения напряжённо - деформированного состояния, возникающего в земляном полотне и сло­ях дорожной одежды, многослойную конструкцию с неоднородными свойствами слоёв приводят к эквивалентному однородному массиву.

Эквивалентная толщина дорожной одежды определяется зависи­мостью:

Д/Еверх / Ен

Где г - толщина слоя покрытия; Еверх, Ениж - соответственно модули упругости вышележащего и нижележащего слоёв.

Значения напряжений можно определить по формуле М. И. Яку­нина [8]:

Ро

1+&/ б)2

Где р0 - давление колеса на покрытие, 2э - эквивалентная толщина до­рожной одежды, Б - диаметр круга, равновеликого площади контакта колеса с покрытием.

Кроме внешней нагрузки на материал действует собственный вес грунта и вес дорожной одежды. Пример расчёта распределения напря­жений приведён на рис. 62.

Методика, предложенная в [43], позволяет определить температу­ру в земляном полотне, зная температуру поверхности грунтов откры­того поля. Уравнение для вычисления температуры в любой плоскости дорожной конструкции или открытого поля имеет следующий вид:

*П = + ^ Я + £ Кп ), (18)

Где £ Яп - суммарное тепловое сопротивление вышележащих п-х

Слоёв; Я - тепловое сопротивление дорожной конструкции; Гв - темпе­ратура воздуха; Гг - температура грунта; Гп - температура в рассматри­ваемом слое.

Температура грунта определяется с определённой вероятностью по климатическим данным региона. Среднегодовая температура участ­ков естественной поверхности рассчитывается по формуле [45]:

Гг = Гв + В—ЬЕ + 0,07АМЛ/Ян, (19)

Ак

Где Гг - температура поверхности грунта; Гв - температура воздуха; В - радиационный баланс, ккал/м2 мес; ЬЕ - затраты тепла на испаре­ние, ккал/м2 мес; Ам - годовая амплитуда колебаний температуры воз­духа, град; Ясн - термическое сопротивление снега, м2часград/ккал; ак - коэффициент теплоотдачи, ккал/м2часград.

При помощи данной методики была определена температура на поверхности пенополистирольных плит в летний и зимний периоды эксплуатации (рис. 61).

С учётом вышеизложенного, в табл. 18 вычислена долговечность экструзионного пенополистирола для конструкции дорожной одежды, приведенной на рис. 60.

18. Долговечность экструзионного пенополистирола ТЕХНОПЛЕКС 45

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

22. Технические характеристики пенополистирола, изготовленного по беспрессовой технологии (ГОСТ 15588-86)

23. Технические характеристики пенополистирола, изготовленного по прессовой технологии (ТУ 2244-461-05761784-01)

[1] Простые и сложные эфиры (диэтиловый эфир, растворители на основе этилацетата, метилацетата).

• Бензин, керосин, дизельное топливо.