Экспериментальные исследования работы трехслойных конструкций со средним слоем из бетона низкой теплопроводности в нестационарном тепловлажностном режиме

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ТРЕХСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ БЕТОНА НИЗКОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ В

НЕСТАЦИОНАРНОМ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОМ РЕЖИМЕ

EXPERIMENTAL RESEARCH OF THREE-LAYER STRUCTURE WITH MIDDLE LAYER OF CONCRETE WITH LOW THERMAL CONDUCTIVITY IN NONSTATIONARY HEAT AND HUMIDITY

MODE

E.M. Пугач, O.A. Король

E. Pugach, O. Korol

МГСУ

В данной статье представлены результаты климатического исследования многослойной ограждающей конструкции в нестационарном тепловлажностном режиме. По результатам исследований определен характер изменения температуры в толще конструкции и ее теплотехнические характеристики. Также были получены данные о механических характеристиках конструкции.

This article presents the results of climatic research of multi-layer structure in nonsta-tionary heat and humidity mode. The results of research defined the nature of temperature changes in the structure and its thermal characteristics. We also defined the mechanical characteristics of the structure.

B ходе выполнения работ по государственному контракту в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, были проведены экспериментальные исследования модели трехслойной ограждающей конструкции монолитного сечения с наружными слоями из керамзитобетона и средним теплоизоляционным слоем из полистиролбетона. Целью испытаний было определение теплотехнических характеристик ограждающей конструкции в условиях эксплуатации для сопоставления их с ранее полученными результатами расчета для данного типа конструкций.

С целью проведения испытаний были изготовлены трехслойные образцы элементов ограждающей конструкции - фрагменты панелей и блоки - толщиной 400 мм с внутренним полистиролбетонным и наружными керамзитобетонными слоями толщинами 300 и 50 мм соответственно.Для изготовления образцов использовались керам-зитобетон средней плотностью 1000 кг/м3 и полистиролбетон плотностью 300 кг/м3. Укладка бетона в опалубку происходила послойно с последующим виброуплотнением каждого слоя. При этом на границе соседних слоев образовывалась монолитная связь за счет взаимного проникновения компонентов смесей (контактный слой). Для осуществления контроля изменения температуры в толще конструкции в ходе эксперимента на стадии изготовления в образцы закладывались датчики температуры

3/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

М1сгосЫрТС1047Ли влажности Нопеу№е11Н1Н-4000-004. Из опытных образцов была собрана модель ограждающей конструкции для проведения испытаний с помощью приставной климатической камеры (рис. 1).

Оаи рмидщдчн* кмопшша и уидиоимдштинкдцчшм

гляия уамвий лтмт

I ВЦП

Рис. 1. Схема испытываемой конструкции, размещения внешних и внутренних

датчиков

В ходе климатических испытаний опытная конструкция с наружной стороны подвергалась воздействию нестационарного тепловлажностного режима с диапазоном температур от -35 °С до +70 °С при влажности воздуха от 15 до 100% соответственно. Перед началом каждого этапа отрицательных температурных воздействий наружная поверхность образцов подвергалась увлажнению из дождевальной установки (рис. 2). Параметры микроклимата на внутренней поверхности соответствовали требованиям ГОСТ для жилых помещений.

Рис. 2. Параметры заданного нестационарного тепловлажностного режима для наружной поверхности испытываемой конструкции

12838116

Перед началом испытаний были взяты контрольные образцы для определения исходных характеристик материалов, в соответствии с начальными условиями откалиб-рованы датчики. На всем протяжении эксперимента с помощью крейтовой системы сбора данных ЬТК-Ц-16-1 производства «Ь-Сагё» осуществлялось считывание показаний с размещенных в конструкции датчиков.

Грйфнхн иЗнрннкнп температуры  сОчкннн кйнструкци

. 1 :  -.¡...т 1-.Л

После окончания испытаний конструкция была визуально обследована на предмет видимых дефектов, были взяты контрольные образцы материалов. Для обработки и анализа полученных эмпирических данных и проверки соответствия с результатами расчета, была написана компьютерная программа. Анализ полученных с датчиков данных о распределении температуры и влажности на поверхностях и в толще конструкции показал высокую степень сходимости с полученными ранее данными, определенными на основе расчета нестационарных двумерных тепловых полей на всей протяженности эксперимента. Отклонения эмпирических данных от теоретических на участках с устоявшимся тепловым потоком не превышают 8% и составляют, в среднем, 4...5%, на нестационарных участках отклонения - около 8... 12%, в отдельных случаях - до 15.20%. Основная часть больших отклонений носит явно случайный характер и связана, вероятнее всего, с относительной неравномерностью характеристик реальной конструкции по сравнению с теоретической моделью. Относительные сдвиги и «сужения» графиков температур связаны с незначительными колебаниями создаваемых климатической камерой тепловлажностных условий, как во времени, так и в зависимости от положения части конструкции в пространстве камеры (что подтверждается при сравнении полученных с датчиков наружной и внутренней среды значений с заданными). «Типовой» график изменения температур в точке конструкции во времени показан на рис. 3, где широкой серой линией обозначена теоретическая кривая, а тонкими линиями - данные, полученные с отдельных датчиков. Вычисленное по результатам эксперимента среднее термическое сопротивление конструкции составило Яехр = 3.84 м2-°С/Вт. Время установления стационарного режима работы

3/2011

ВЕСТНИК МГСУ

конструкции при заданной температуре на наружной поверхности в -35°С составляет 2 суток.

С целью исследования влияния заданного режима эксплуатации на прочностные свойства контактного слоя с наружной стороны конструкции были засверлены несквозные отверстия диаметром 50 мм и глубиной 70 мм. Получившиеся керны были испытаны на отрыв с помощью прибора для испытания на адгезию НР 1000 [2]. Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Таблица 1

№ Показания силоизмери-теля, кН Напряжение отрыва, МПа Минимальное ожидаемое напряжение отрыва, МПа Процент от минимально ожидаемого напряжения отрыва Максимальное ожидаемое напряжение отрыва, МПа Процент от Максимально ожидаемого напряжения отрыва Зона разрыва

1 0,33 0,12 0,12 101% 0,46 26% КС

2 0,40 0,15 0,12 122% 0,46 32% КС

3 0,32 0,12 0,12 98% 0,46 25% КС

4 0,34 0,12 0,12 104% 0,46 27% КС

5 0,39 0,14 0,12 119% 0,46 31% КС

6 0,37 0,14 0,12 113% 0,46 29% КС

7 0,72 0,26 0,12 220% 0,46 57% КРБ

8 0,66 0,24 0,12 201% 0,46 53% КРБ

9 0,71 0,26 0,12 217% 0,46 56% КРБ

10 0,81 0,30 0,12 247% 0,46 64% КРБ

11 0,63 0,23 0,12 192% 0,46 50% КРБ

12 0,67 0,25 0,12 204% 0,46 53% КРБ

13 0,21 0,08 0,12 64% 0,46 17% ПСБ

14 0,28 0,10 0,12 85% 0,46 22% ПСБ

15 0,20 0,07 0,12 61% 0,46 16% ПСБ

16 0,21 0,08 0,12 64% 0,46 17% ПСБ

17 0,25 0,09 0,12 76% 0,46 20% ПСБ

18 0,26 0,10 0,12 79% 0,46 21% ПСБ

*Обозначения: ПСБ - слой полистиролбетона; КРБ - слой керамзитобетона; КС -контактный слой.

Из таблицы видно, что максимальное снижение прочности на растяжение полистиролбетона в среднем слое после эксперимента составило не более 39%. При этом для образцов, разрушение которых произошло по контактной зоне, разрушающее усилии во всех случаях выше, чем для среднего слоя. Таким образом, можно заключить,

что зона контакта слоев бетонов не ухудшает общей монолитности конструкции, а, напротив, упрочняет более слабый материал в непосредственной зоне контакта. Эта зависимость не изменяется при жестких нестационарных тепловлажностных условиях, и в конструкции не происходит образования трещин или расслоения.

Таким образом, в ходе экспериментальных исследований работы трехслойной стеновой конструкции с теплоизоляционным слоем из бетона низкой теплопроводности в нестационарных условиях эксплуатации выявлено, что работа конструкции соответствует теоретическим данным с отклонениями, не превышающими допустимой погрешности.

Литература

1. Король Е.А. Трехслойные ограждающие железобетонные конструкции из легких бетонов и особенности их расчета. M., АСВ, 2001.

2. Король Е.А., Быков Е.Н., Харькин Ю.А., Экспериментальные исследования влияния климатических воздействий на монолитную связь бетонных слоев различной прочности в многослойных конструкциях. М., Вестник МГСУ №3/2010, с. 164-169.

Literature:

1. Korol' E.A. Trehsloinye ograjdayuschie jelezobetonnye konstrukcii iz leg-kih betonov i osobennosti ih rascheta. M., ASV, 2001.

2. Korol' E.A., Bykov E.N., Har'kin Yu.A., Eksperimental'nye issledovaniya vliyaniya klimaticheskih vozdeistvii na monolitnuyu svyaz' betonnyh sloev razlichnoi prochnosti v mnogosloinyh konstrukciyah. M., Vestnik MGSU №3/2010, s. 164-169.

Ключевые слова: энергоэффективность, легкие бетоны, многослойные конструкции, климатические испытания, бетоны низкой теплопроводности, прочность, полистиролбетон.

Keywords: energy efficiency, lightweight concrete, sandwich structures, climatic tests, concrete with low transcalency, strength, polystyrene aggregate concrete.

E-mail авторов: e.m.pugach@mail.ru