МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ЖЕСТКИХ ПЕНОПЛАСТОВ ПРИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ УТЕПЛЕНИИ ЗДАНИЙ

Длительные статические испытания на поперечный изгиб

В. П. Ярцев, К. А. Андрианов.

В настоящее время остро стоит вопрос об утеплении зданий. В качестве утеплителей часто применяют жесткие пенопласты (напряжение сжатия при 50 %-ой деформации более 0,15 МПа), но какой именно тип ячеистого материала будет более надежен и долговечен при эксплуатировании его в строительных конструкциях в качестве утеплителя неизвестно.

Лабораторные работы посвящены исследованию как прочностных, так и деформационных свойств теплоизоляционных материалов. Это позволяет на основании лабораторных испытаний перейти к прогнозу долговечности, прочности и термостойкости таких органических утеплителей непосредственно в самих конструкциях и создать методику прогнозирования работоспособности пенопластов в широком диапазоне нагрузок, температур и времени эксплуатации.

Лабораторная работа 1

Цель работы. Определение прочности, долговечности и термостойкости жестких пенопластов при поперечном изгибе.

Оборудование и приборы. Испытания проводятся на шестипозиционном стенде (рис. 1). Он состоит из рамы 1, Выполненной из уголков. К ней сверху крепятся два стержня 2 диаметром 6 мм. Образец 9 помещается на опоры 2

Широкой стороной и нагружается посередине рабочего участка образца с помощью стержня 3 диаметром 6 - 8 мм и нижней тяги 6, на которую навешиваются грузы. Повышенная температура создается стержневыми тепло-электронагревателями 4 И кожухом 8 в виде полуцилиндра. ТЭНы крепятся к скобе 7, а кожух к П-образным стойкам, закрепленным на раме. Температура задается и регулируется ЛАТРом 5, а измеряется при помощи термометра с точностью ± 1 °C. Шарик термометра должен быть расположен в зоне разрушения рабочего участка образца. Для устранения влияния колебаний при разрушении образцов применяется

Демпфирующее устройство - емкость, заполненная песком.

Конструкция образцов. Для испытаний используются образцы прямоугольной формы. Конструкция и размеры образцов показаны на рис. 2.

Порядок выполнения работы. Испытания проводятся в следующей последовательности:

1) изготовление образцов; образцы могут изготавливаться как механическим способом, так и с помощью нагреваемой нихромовой проволоки, причем, образцы из листа пенопласта вырезают таким образом, чтобы их толщина совпадала с направлением вспенивания материала; образцы должны быть без видимых нарушений ячеистой структуры; после изготовления проверяют размеры поперечного сечения образцов на опорах и в средней части;

2) перед испытанием образцы кондиционируют по ГОСТ 12423-66 при температуре 20 ± 0,2 °С в течение 24 ч и относительной влажности 65 ± 5 %;

3) образец помещают на опоры широкой стороной и определяют разрушающую нагрузку (Жразр);

4) ЛАТРом задается необходимая температура для испытаний и поддерживается с помощью ТЭНов;

5) образцы нагружаются ступенчато постоянной нагрузкой, равной 0,1 от Жразр, причем, нагрузку уменьшают до такой величины, чтобы время до разрушения было равно нескольким десяткам секунд;

6) фиксируют время от момента начала нагружения до разрушения образца (долговечность);

7) вычисляют напряжение в образце по формуле

3 Nl Ст = —

2 ЬН2

Где N - нагрузка, приложенная к образцу; L - рабочая длина образца; B, H - ширина и высота образца соответственно. Схема нагружения образца показана на рис. 3.

Обработка результатов испытаний. Полученные экспериментальные данные заносятся в табл. 1.

1 Значения времени до разрушения при заданных напряжении и температуре

Экспериментальные данные обрабатываются с позиции термофлуктуационной концепции прочности твердых тел, где на тело кроме приложенной нагрузки действует и тепловое движение атомов, как решающий фактор механического разрушения [1].

При постоянных заданных температуре и напряжении одновременно испытывается 6 - 12 образцов на каждую точку. За результат испытаний принимается среднее арифметическое. Нагрузка варьируется в таких пределах, чтобы получить не менее четырех точек на одну прямую при заданной температуре (берутся минимум три различные температуры). Достоверность экспериментальных данных проверяется по ГОСТ 14359-69.

По экспериментальным данным строится график в координатах lg [т] - ст (рис. 4, а). Для выявления

Аналитической зависимости, связывающей время до разрушения, напряжение и температуру зависимости перестраиваются в координаты lg [т] - 1/Т (рис. 4, б). Уравнения, описывающие связь долговечности т с напряжением ст и температурой Т, приведены в [2] и имеют вид для:

Долговечности

И0 - YCT

Т = Ттехр

RT

Прочности

2,3RT Л т — lg—

1 - TlTm тт

Термостойкости

Где - тт (период колебания кинетических единиц), u0 (энергия активации), y (структурно-механический фактор), Tm

(предельная температура существования материала) - физические константы материала; ст - напряжение; Т - температура; R -

Универсальная газовая постоянная; т - время до разрушения (долговечность).

Величины констант определяются графоаналитическим способом. Так, т„, и Tm - определяются как координаты полюса

(точка пересечения прямых) из зависимости lg [т] - 1/Т. По тангенсу угла наклона прямых (рис. 4, б) по формуле

,,2,3 R Д lg т ГТ, Л ч

U = —д(1/T) рассчитываются значения U при заданных напряжениях и строится график в координатах U - ст (рис. 4, в).

При экстраполяции на ст = 0 определяется величина u0; по тангенсу угла наклона прямой определяется y. Значения рассчитанных констант сводятся в табл. 2. Проверка правильности определения констант производится на ЭВМ по программе "Konstanta. exe". Блок - схема программы приведена в прил. 1.

Рис. 4 Схема определения

Физических констант при разрушении жестких пенопластов

Определив константы, по уравнениям (1) - (3) необходимо рассчитать величины прочности, долговечности и термостойкости при заданных параметрах испытания и занести полученные результаты в табл. 2.

В СТ] СТ2 СТ3 СТ4

2 Значения констант уравнений (1) - (3) и параметры прочностной работоспособности жестких пенопластов

Литература: [1, с. 61 - 66], [2, с. 59 - 74].

Лабораторная работа 2