КОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТА ЗДАНИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ОГНЕСТОЙКИЕ АРМИРОВАННЫЕ ЛЕГКИЕ ЦЕМЕНТНЫЕ ПАНЕЛИ И МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КАРКАС
BUILDING FOUNDATION STRUCTURE, COMPRISING FIRE-RESISTANT REINFORCED LIGHT CEMENT PANELS AND METAL FRAME

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к конструкциям фундаментов, содержащим металлические каркасы и легкие конструкционные цементные панели, указываемые в настоящем описании как КЦ-панели, предназначенные для жилых домов и зданий коммерческого назначения. Более конкретно изобретение относится к огнестойким конструкциям фундаментов, панели которых прикреплены к стальным каркасам с помощью механических или клеевых соединений. Панели используются в перегородках, противостоящих сдвигающим усилиям, и элементах фундаментов, несущих нагрузку от веса конструкций.
Предлагаемая конструкция фундамента при использовании со стальными каркасами обладает следующими достоинствами: огнестойкость, стойкость к действию воды, стойкость к действию плесени, высокая удельная прочность и жесткость, снижение стоимости строительства за счет убыстрения сборки, уменьшенные размеры фундамента благодаря снижению веса здания и увеличение отношения полезного объема здания к площади его основания. Также достоинством стенок фундамента является наличие в них полостей, которые могут быть заполнены изоляционным материалом, а также в них можно прокладывать электрические кабели, водопроводные трубы или другие инженерные коммуникации. Кроме того, внутренняя стенка фундамента в соответствии с настоящим изобретением не требует дополнительной отделки. Такая стенка практически не даст усадки, и соответственно исключается образование трещин, связанных с усадкой, что происходит в случае заливных фундаментов, когда испаряются излишки воды, добавленной в материал фундамента перед его заливкой. Кроме того, исключаются проблемы с воздействием на окружающую среду, которое происходит при получении на месте заливных фундаментов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Внутренние конструкции фундаментов жилых домов и легких зданий коммерческого назначения обычно состоят из забетонированных панелей и стен из залитого бетона или кирпичных стен, установленных на забетонированных фундаментных опорах.
Типичные фундаментные перекрытия представляют собой забетонированные панели, стоящие на забетонированных фундаментных опорах.
В последнее время при создании полезных площадей и возведении всей конструкции здания все более широко используются металлические каркасные конструкции. Самым известным и самым распространенным способом создания металлических каркасов является использование металлических профилей, обычно изготавливаемых путем прокатки стальных (иногда алюминиевых) листов. Такие металлические элементы каркасов или стойки, часто используемые при возведении и усилении конструкций жилых домов и зданий коммерческого назначения, представляют собой профили, имеющие в целом П-образную форму (швеллер) с широкой стенкой и сравнительно невысокими полками, имеющими постоянную толщину. Для улучшения характеристик прочности и жесткости стоек или элементов каркаса края полок швеллерного профиля загибаются внутрь для формирования выступов, параллельных плоскости стенки швеллера, так что полученный элемент имеет С-образный профиль.
Внешние размеры металлических элементов каркаса и стоек, их вес или толщина стенок могут варьироваться. Обычно такие элементы имеют следующие примерные размеры: ширина - 4 дюйма (10 см), глубина - 2 дюйма (5 см), что соответствует ширине и глубине деревянных каркасов, причем выступы могут отходить от полок стойки на расстояние от 1/4 дюйма до 1/2 дюйма (от 0,63 см до 1,3 см). Для изготовления конструкций жилых домов и конструкций стен зданий коммерческого назначения может использоваться металл толщиной 18-20. Для изготовления каркасов для некоторых жилых домов и зданий коммерческого назначения, в частности многоэтажных зданий, используется более толстый листовой металл.
Были разработаны различные способы соединения и фиксации металлических каркасов и стоек стен. В наиболее распространенном способе металлические стойки вставляют и закрепляют в металлических направляющих с помощью винтов, проходящих с наружной стороны направляющей в прилегающую металлическую стойку через просверленные отверстия. Аналогично, в имеющихся на рынке устройствах для соединения элементов металлических каркасов используются, например, соединительные скобы, соединительные элементы, работающие на срез, пластинчатые соединители, а чаще всего винты и болты, вводимые внутрь с внешней стороны направляющих или стоек.
В модифицированных металлических стойках и элементах каркаса формировались желобки, выступы и скобы, предназначенные для облегчения соединения этих стоек и элементов каркаса с соседними стойками и элементами каркаса и/или поперечинами или другими элементами, используемыми для усиления стоек и элементов каркаса. Обычно соединители, такие как, например, скобы, петли и пластинчатые соединители, используемые в настоящее время для соединения между собой металлических стоек, сверлятся и привинчиваются на месте установки. Сверление и привинчивание незакрепленных соединителей представляют опасность для рабочего, поскольку обычно соединители имеют небольшие размеры и вес, и поэтому могут легко захватываться и закручиваться ручной дрелью.
В патенте США 6,799,407 описывается система соединения металлических элементов каркаса, направляющих и стоек с помощью различных соединителей и перфораций. Соединители имеют специальную форму и предназначены для прилегания к элементам каркаса, направляющим и стойкам и соединения с ними. Соединители обеспечивают прикрепление одного элемента, направляющей или стойки к другому элементу, направляющей или стойке с помощью креплений, вставляемых изнутри соединителей наружу в такой элемент, направляющую или стойку. Направляющие имеют специальную форму для соединения с другими направляющими или стойками с помощью крепежных элементов, вставляемых изнутри или снаружи, в трех измерениях, причем рабочие поверхности направляющих и стоек при этом остаются свободными от головок крепежных элементов или от других выступов. Используется традиционный швеллерный профиль элементов каркаса или стоек, изготавливаемых из листовой стали или из листового алюминия. В предложенной системе швеллерные элементы содержат многие или все рамные элементы конструкций для жилых домов и зданий коммерческого назначения, такие как, например, стойки стен, направляющие, ригели, вальмы, балки перекрытия, стропила, полки, соединители стоек и т.п.
В патенте США №5,687,538 описывается конструкционный элемент каркаса, имеющий С-образный профиль и содержащий основную плоскую стенку и две боковые плоские полки, отходящие от основной стенки под прямым углом. Боковые полки снабжены направленным внутрь выступом, который в целом параллелен основной стенке. Характеристики секций балок металлических каркасов улучшаются путем штамповки продольных элементов жесткости, перпендикулярных верхней и нижней боковым полкам, имеющих минимальную глубину 0,01 дюйма (0,025 мм) и проходящих вдоль основной плоской стенки по всей длине секции. Путем соединения этих продольных элементов жесткости с выдавленными диагональными элементами жесткости (могут быть и другие варианты) создавался ряд примыкающих геометрических фигур между продольными соединениями для увеличения жесткости стенки примыкающими геометрическими элементами жесткости, которые обеспечивают несущую способность больше для аксиальных деформаций, чем для чистых деформаций сдвига.
В патенте США №6,620,487 описывается усиленная легкая конструкционная цементная панель (КЦ-панель), способная сохранять свои размеры, которая способна противостоять сдвигающим нагрузкам при ее креплении к каркасу, причем такие нагрузки равны или превышают сдвигающие нагрузки, обеспечиваемые панелями из многослойной фанеры или из древесных плит с ориентированной длинноразмерной стружкой. В панелях используется внутренний слой из однородной фазы, получаемой отверждением водной смеси альфа-полугидрата сульфата кальция, гидравлического цемента, активного пуццолана и извести, причем полученная однородная фаза усиливается стеклянными волокнами, стойкими к действию щелочей, и содержит керамические микросферы, или смесь керамических и полимерных микросфер, или же, при необходимости, вместо полимерных микросфер может использоваться дополнительная вода для регулирования плотности и гвоздимости (например, путем формирования однородной фазы из водной смеси, в которой отношение количества воды к количеству реакционноспособного порошка составляет от 0,6/1 до 0,7/1), или их комбинации. По меньшей мере одна внешняя поверхность панелей может содержать отвержденную однородную фазу, усиленную стеклянными волокнами и содержащую достаточное количество полимерных микросфер для улучшения гвоздимости или полученную при таком отношении количества воды к количеству реакционноспособного порошка, которое обеспечивает результат, аналогичный результату, получаемому при использовании полимерных микросфер, или их сочетания.
В патенте США №No. 6,241,815 раскрываются составы, пригодные для использования в КЦ-панелях.
В публикации США №2005/0064164 (патентная заявка США №10/666,294) раскрывается способ получения многослойного материала для конструкционных цементных панелей (КЦ-панелей) и КЦ-панели, получаемые с использованием такого способа. После первоначального осаждения свободно распределенных нарезанных волокон или слоя цементного теста на движущуюся ленту волокна осаждаются на слой цементного теста. Специальное устройство замешивает осажденные волокна в цементное тесто, после чего добавляются дополнительные чередующиеся слои цементного теста и нарезанного волокна с замешиванием добавленных волокон в цементное тесто. При необходимости процесс повторяется для каждого слоя плиты.
Для того чтобы КЦ-панели можно было использовать в строительстве, они должны удовлетворять требованиям строительных стандартов к характеристикам прочности на сдвиг, нагрузочной способности, разбуханию, вызываемому водой, и огнестойкости, измеряемых в соответствии с общепризнанными методиками, такими как ASTM E72, ASTM 661 и ASTM С 1185 или аналогичными, применяемыми к листам из конструкционной многослойной фанеры. КЦ-панели также испытываются на огнестойкость в соответствии с ASTM Е-136 (многослойная фанера не удовлетворяет требованиям этого стандарта).
При испытаниях панелей в соответствии с методикой ASTM 661 и методикой S-1 испытаний АРА (Американская ассоциация производителей фанеры) для пролета 16 дюймов (40,6 см) панели должны иметь предельную нагрузку не менее 550 фунтов (250 кг) при статическом нагружении, предельную нагрузку не менее 400 фунтов (182 кг) при ударном воздействии и отклонение менее 0,078 дюйма (1,98 мм) при статическом нагружении и ударном воздействии грузом 200 фунтов (90,9 кг).
- Предел прочности на сдвиг для панели толщиной 0,5 дюйма (12,7 мм), измеренный по методике ASTM E72 с использованием размера гвоздей и их шага, должен быть не менее 720 фунт/фут (1072 кг/м).
- Панель размерами 4×8 футов и толщиной 1/2 дюйма (1,22 м×2,44 м×12,7 мм) должна весить не более 99 фунтов (44,9 кг) и предпочтительно не более 85 фунтов (38,6 кг).
- Панель должна разрезаться циркулярными пилами, используемыми для распиливания дерева.
- Панель должна быть пригодна для крепления к элементам каркаса с помощью гвоздей или винтов.
- Панель должна быть пригодна для машинной обработки, так чтобы в ней можно было выполнить кромки выступов и канавок.
- Панель должна сохранять свои размеры при действии на нее воды, то есть ее расширение должно быть минимальным, предпочтительно менее 0,1% при измерении в соответствии с методикой ASTM С 1185.
- Панель должна быть стойкой к биологическому разложению и к атакам насекомых, она не должна гнить.
- Панель должна обеспечивать основу для нанесения внешних отделочных систем.
- Панель должна быть огнестойкой, как это определяется в ASTM E136.
3
3
- После отверждения в течение 28 дней изгибная прочность панели толщиной 0,5 дюйма (12,7 мм), имеющей плотность в сухом состоянии не более 65-95 фунт/фут (1041-1520 кг/м), после выдерживания в воде в течение 48 часов, должна быть не менее 2500 psi (17,2 МПа) при измерении в соответствии с ASTM С 947. Панель должна сохранять по меньшей мере 75% своей прочности, измеренной в сухом состоянии.
Имеется потребность в конструкции фундамента, которая была бы экономичной, простой в установке, огнестойкой и имела бы длительный срок службы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к конструкции фундамента для жилых домов и легких построек для коммерческих целей, причем конструкция содержит металлический каркас и легкие КЦ-панели в качестве стенок жесткости. Пол фундамента может быть выполнен из легких КЦ-панелей на металлическом каркасе или это может быть наливной бетонный пол.
Типичные композиции, используемые в вариантах КЦ-панелей в соответствии с настоящим изобретением, позволяющие получить необходимое сочетание низкой плотности, повышенной изгибной прочности, гвоздимости и способности к обработке резанием, содержат неорганический вяжущий материал (например, строительный гипс, портланд-цемент или другие гидравлические цементы), в котором по всему объему равномерно распределены стеклянные волокна, облегчающие наполнители (например, полые стеклянные микросферы, полые керамические микросферы и/или перлит), а также суперпластификатор, то есть высокоэффективная пластифицирующая добавка, например полинафталин-сульфонат, полиакрилаты и т.п. К смеси могут добавляться другие вспомогательные материалы, такие как ускоряющие или замедляющие добавки, а также добавки, регулирующие вязкость, для обеспечения требований используемых технологических процессов.
В предлагаемой в настоящем изобретении конструкции могут использоваться однослойные или многослойные КЦ-панели. Однослойная или многослойная панель при необходимости может быть снабжена сетчатым листом, например сеткой из стекловолокна.
В вариантах осуществления изобретения, в которых используется несколько слоев, композиции материалов слоев могут быть одинаковыми или могут отличаться. Например, КЦ-панель может содержать внутренний слой из однородной фазы и по меньшей мере один внешний слой из однородной фазы на каждой противолежащей стороне внутреннего слоя, причем по меньшей мере один внешний слой из однородной фазы на каждой противолежащей стороне внутреннего слоя содержит больше стеклянных волокон, в процентном содержании, по сравнению с внутренним слоем. При этом повышается жесткость и прочность панелей. Могут использоваться только стеклянные волокна или вместе с ними добавляют и другие негорючие волокна, например стальные.
В другом варианте используется панель с многослойной структурой, содержащей по меньшей мере один внешний слой с улучшенной гвоздимостью и способностью к обработке резанием. Это достигается за счет использования более высокого отношения количества воды к количеству реакционноспособного порошка (описан ниже) при получении внешних слоев по сравнению с внутренним слоем. Малая толщина поверхностного слоя, а также небольшое содержание полимера может улучшить гвоздимость без ухудшения огнестойкости. Однако высокое содержание полимера может приводить к тому, что продукт не будет удовлетворять требованиям по огнестойкости.
КЦ-панели могут быть соединены с элементами металлического каркаса, например со стойками, с помощью механических крепежных элементов, таких как, например, винты, заклепки и т.п., а также с помощью клеящих материалов. Клеящий материал может быть нанесен на панели на заводе или на месте установки. Если клеящий материал наносится предварительно, то это могут быть клеящие полосы, покрытые полосами удаляемой ленты.
Соединение КЦ-панелей с элементами металлического каркаса может обеспечивать улучшение механических характеристик конструкции, то есть панели и стойки или балки вместе могут выдерживать большие нагрузки по сравнению с каркасом без панелей.
Сочетание металлического каркаса с КЦ-панелями позволяет достигать синергического эффекта в получении полностью негорючей конструкции фундамента. Использование полностью негорючей КЦ-панели на легком металлическом каркасе позволяет получить конструкцию, все элементы которой удовлетворяют требованиям ASTM Е-136. Например, конструкция может содержать КЦ-панели на каркасе, в котором могут использоваться стандартные легкие холоднокатаные стальные швеллерные и двутавровые профили, трубы прямоугольного сечения и легкие строительные секции.
Предлагаемая в настоящем изобретении конструкция фундамента, состоящая из КЦ-панелей на металлическом каркасе, может иметь более высокую удельную жесткость по сравнению с конструкцией несущей кирпичной кладки. Удельная жесткость определяется как вес на единицу поверхности стенки жесткости в фунтах на квадратный фут, который удовлетворяет требованиям к расчетному отклонению и по меньшей мере одному требованию к соответствующей прочности для определенного пролета и условий нагружения. Под прочностью в вышеприведенном определении понимается прочность в продольном направлении, изгибная прочность и/или прочность на сдвиг для вертикальных и/или горизонтальных нагрузок, действующих на стенку жесткости. Вертикальные нагрузки состоят из полезной нагрузки и/или собственного веса.
Например, здание, в котором для стенок жесткости используются КЦ-панели на стальном каркасе, будут характеризоваться пониженным собственным весом по сравнению со зданием, в котором используются стенки из бетонных строительных блоков, имеющих такую же толщину и высоту. В качестве примера возьмем здание, для которого необходимо использовать 200 погонных футов (61 погонный метр) стенок жесткости с номинальной прочностью на сдвиг, равной 500 фунтов на погонный фут (744 кг/м), толщиной 4 дюйма (10 см) и высотой 8 футов (2,4 м). В этом случае использование конструкции, содержащей КЦ-панели на металлическом каркасе, уменьшает собственный вес стенок жесткости здания на 41600 фунтов по сравнению со стенками жесткости из бетонных строительных блоков. Такое уменьшение собственного веса может обеспечивать возможность уменьшения размеров конструкционных элементов на нижних этажах здания или уменьшения размеров фундамента здания. Сравнимая экономия веса достигается, когда конструкция фундамента, состоящая из КЦ-панелей на металлическом каркасе, используется вместо традиционных кирпичных или монолитных стенок одинаковой длины и высоты.
Предлагаемая в настоящем изобретении конструкция фундамента с вертикальной стенкой жесткости на легком металлическом каркасе, состоящем, как правило, из холоднокатаных элементов, обычно устойчива к действию воды и может быть загерметизирована для предотвращения просачивания грунтовых вод.
Предпочтительно несущая способность стенки жесткости предлагаемой в настоящем изобретении конструкции не должна снижаться более чем на 25% (более предпочтительно более чем на 20%) при действии воды в испытании, когда над горизонтально установленной КЦ-панелью толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленной к металлическому каркасу размерами 10×20 футов (3×6 м), в течение 24 часов поддерживается столб воды 2 дюйма (5,1 см). В таком испытании величина столба воды, равная 2 дюймам (5,1 см), поддерживается путем контроля и пополнения воды с 15-минутными интервалами. Затем конструкция устанавливается вертикально, и выполняется измерение несущей способности вертикальной стенки жесткости.
2
2
Предпочтительно предлагаемая в настоящем изобретении конструкция не должна поглощать более 0,7 фунт/фут (3,4 кг/м) воды при действии воды в испытании, когда над КЦ-панелью толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленной к металлическому каркасу размерами 10×20 футов (3×6 м), в течение 24 часов поддерживается столб воды 2 дюйма (5,1 см). В таком испытании величина столба воды, равная 2 дюймам (5,1 см), поддерживается путем контроля и пополнения воды с 15-минутными интервалами.
Кроме того, сочетание негорючих КЦ-панелей с металлическим каркасом позволяет получить конструкцию, которая устойчива к набуханию под действием воды. Предпочтительно предлагаемая в настоящем изобретении конструкция, представляющая собой перегородку размерами 10×20 футов (3×6 м) из КЦ-панелей, прикрепленных к металлическому каркасу размерами 10×20 футов (3×6 м), не должна разбухать более чем на 5% при действии воды в испытании, когда над КЦ-панелями, прикрепленными к металлическому каркасу, в течение 24 часов поддерживается столб воды 2 дюйма (5,1 см). В таком испытании величина столба воды, равная 2 дюймам (5,1 см), поддерживается путем контроля и пополнения воды с 15-минутными интервалами.
Кроме того, предлагаемая в настоящем изобретении конструкция стенок и пола фундамента, в которой используются соответственно стенки и перекрытие из КЦ-панелей на металлическом каркасе, является стойкой к гниению и к поражению плесенью. Предпочтительно каждый компонент предлагаемой в настоящем изобретении конструкции должен отвечать требованиям стандарта ASTM G-21, в испытаниях по которому конструкция получает оценку порядка 1, и требованиям стандарта ASTM D-3273, в испытаниях по которому конструкция получает оценку порядка 10. Предпочтительно для предлагаемой в настоящем изобретении конструкции, когда она находится в чистом состоянии, скорость роста бактерий должна быть практически равна нулю.
Другой характеристикой предлагаемой в изобретении конструкции, состоящей из КЦ-панелей на металлическом каркасе, является ее несъедобность для термитов.
Потенциальным достоинством настоящего изобретения является то, что благодаря прочности и легкости предлагаемая в изобретении конструкция, состоящая из горизонтального перекрытия, содержащего КЦ-панели толщиной 3/4 или 1/2 дюйма (1,9 см или 1,3 см) на металлическом каркасе, обеспечивает эффективное использование объема здания для заданной площади основания, в результате чего обеспечивается максимум объема здания для заданной площади основания. Таким образом, предлагаемая в настоящем изобретении конструкция может обеспечить более эффективное использование объема здания, более высокие потолки или даже большее число перегородок в зданиях с ограничениями по высоте. Для конструкции фундамента типичная толщина КЦ-панелей находится в диапазоне 0,5-1,5 дюйма (1,3-3,8 см).
Потенциальным достоинством настоящего изобретения является то, что благодаря своей прочности и легкости вертикальная стенка жесткости, содержащая КЦ-панели толщиной 3/4 или 1/2 дюйма (1,9 см или 1,3 см) на металлическом каркасе, обеспечивает эффективное использование объема здания для заданной площади основания, в результате чего обеспечивается максимум объема здания для заданной площади основания. Таким образом, предлагаемая в настоящем изобретении конструкция может обеспечить более эффективное использование объема здания, более высокие потолки или даже большее число стенок жесткости в зданиях с ограничениями по высоте.
Строительные нормы и стандарты содержат требования к минимальной толщине кирпичных стенок жесткости. Минимальная номинальная толщина кирпичных стенок жесткости для одноэтажных зданий составляет 6 дюймов. Минимальная толщина кирпичных стенок жесткости для зданий с количеством этажей более одного составляет 8 дюймов. Для стенок жесткости, содержащих КЦ-панели на стальном каркасе, аналогичные требования к минимальной толщине не предъявляются, и поэтому они могут рассчитываться в соответствии с принятыми методиками расчета при толщинах, которые меньше 6 дюймов (15 см) в случае одноэтажных зданий и меньше 8 дюймов (20 см) для зданий с количеством этажей более одного. Использование стенок жесткости, содержащих КЦ-панели на металлическом каркасе, толщиной 6 дюймов (15,2 см) вместо кирпичных стенок жесткости толщиной 8 дюймов может дать существенное увеличение полезного объема здания.
2
2
2
2
2
2
3
3
Возьмем в качестве примера трехэтажное здание общей площадью 30000 фут (2787 м), площадь каждого этажа которого может составлять 10000 фут (929 м), с высотой потолков 10 футов (3 м). Предположим, что здание имеет в плане квадратную форму с длиной стороны квадрата 100 футов (30,5 м), то есть длина периметра равна 400 футов (122 м). В этом примере предполагается, что для здания требуется 100 погонных футов (30,5 м) стенок жесткости в каркасе здания для выполнения требований к прочности здания на сдвиг. При использовании стенок жесткости, содержащих КЦ-панели на металлическом каркасе, включая стенки периметра, толщиной 6 дюймов (15,2 см) вместо кирпичных стенок жесткости толщиной 8 дюймов (20,3 см) полезный объем трехэтажного здания общей площадью 30000 фут (2787 м) увеличивается на 2500 фут (71 м).
Легкость конструкции позволяет ослабить проблему "мертвого груза", актуальную для кирпичных или бетонных конструкций. Меньший собственный вес также позволяет возводить здания сравнимых размеров на менее устойчивом грунте с меньшей несущей способностью.
Кроме того, достоинством настоящего изобретения является то, что предлагаемая в нем конструкция является ненаправленной. То есть панели, используемые в настоящем изобретении, можно устанавливать по длине параллельно или перпендикулярно металлическим стойками или балкам каркаса без потери прочности или несущей способности всей конструкции. Таким образом, способность конструкции успешно выдерживать собственный и полезный вес не меняется в зависимости от ориентации КЦ-панелей в металлическом каркасе.
Поскольку толщина плиты влияет на ее физические и механические характеристики, такие как, например, вес, несущая способность, прочность на сдвиг и другие, то требуемые характеристики будут изменяться при изменении толщины плиты. Таким образом, панель толщиной 0,5 дюйма (12,7 мм), используемая в стенке жесткости, должна удовлетворять, например, следующим требованиям.
Панель толщиной 0,5 дюйма (12,7 мм) при ее использовании в стенке должна иметь прочность на сдвиг не менее 720 фунтов на погонный фут (1072 кг/м) при измерении в соответствии с методикой испытаний ASTM E72 с использованием соответствующих металлических стоек, крепежных элементов, разнесения стоек и точек крепления.
Панель размерами 4×8 футов и толщиной 1/2 дюйма (1,22 м×2,44 м×12,7 мм) обычно весит не более 104 фунтов (47 кг) и предпочтительно не более 96 фунтов (44 кг).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 - вид в перспективе типичной конфигурации компонентов для первого варианта конструкции стенки фундамента в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 2 - вид в перспективе типичной конфигурации компонентов для второго варианта конструкции стенки фундамента в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 3 - вид в перспективе типичной конфигурации компонентов для третьего варианта конструкции стенки фундамента, стойки которой устанавливаются со сдвигом, в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 3А - вид сверху сечения по линии IIIA-IIIA конструкции, изображенной на фигуре 3, на которой можно видеть внутреннюю и внешнюю стенки.
Фигура 3В - вид в перспективе типичной конфигурации компонентов для четвертого варианта конструкции стенки фундамента в соответствии с настоящим изобретением, в которой используются два слоя КЦ-панелей, один горизонтальный и один вертикальный.
Фигура 4 - вид в перспективе конструкции перекрытия пола подвала, в которой используется стенка, изображенная на фигуре 1.
Фигура 5 - вид в перспективе увеличенной части конструкции пола подвала, изображенной на фигуре 4, в которой балки опираются на фундаментную опору.
Фигура 6 - вид в перспективе увеличенной части модифицированной конструкции пола подвала, изображенной на фигуре 4, в которой балки прикреплены к каркасу стенки.
Фигура 6А - вид в перспективе увеличенной части модифицированной конструкции пола, изображенной на фигуре 4, в которой балки опираются на балку-перемычку, опирающуюся на фундаментные плиты.
Фигура 7 - два вида в перспективе увеличенной части стенок, изображенных на фигуре 4, с КЦ-панелями, установленными горизонтально, причем на обоих видах показаны стержни-прокладки между КЦ-панелями: на одном виде показаны КЦ-панели перед тем, как они составляются вместе, и на другом виде КЦ-панели показаны прижатыми друг к другу.
Фигура 8 - вид в перспективе конструкции пола, используемой вместе со стенкой, изображенной на фигуре 1, причем КЦ-панели стенки ориентированы вертикально.
Фигура 9 - два вида в перспективе увеличенной части стенок, изображенных на фигуре 8, с КЦ-панелями, установленными вертикально, причем на обоих видах показаны стержни-прокладки между КЦ-панелями: на одном виде показаны КЦ-панели перед тем, как они составляются вместе, и на другом виде КЦ-панели показаны прижатыми друг к другу.
Фигура 10 - вид в перспективе устройства угла конструкции фундамента в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 10А - вид в перспективе предварительно изготовленного углового элемента, а также увеличенный вид верхней части углового элемента.
Фигура 10В - вид предварительно изготовленной угловой панели вместе со стойками в конструкции стенки фундамента (в разобранном и собранном положении).
Фигура 11А - вид фундаментной опоры вместе цементным или бетонным полом.
Фигура 11В - вид другого варианта конструкции пола фундамента, содержащей КЦ-панели, установленные на гофрированном металлическом листе, в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 12 - вариант устройства КЦ-панели, которая может использоваться в конструкции пола фундамента, изображенной на фигуре 4 или фигуре 11В, и в которой на КЦ-панель заранее наносятся полосы клеящего материала, и до использования эти полосы закрыты удаляемой лентой.
Фигура 12А - вид в перспективе варианта конструкции, изображенной на фигуре 12.
Фигура 12В - вид панели, изображенной на фигуре 12А, установленной на балки.
Фигуры 13, 14 и 15 - виды типовых конструкций с указанием размеров шипа и паза, используемых в КЦ-панели толщиной 0,75 дюйма (1,9 см).
Фигура 16 - вид сбоку многослойной КЦ-панели.
Фигура 17 - вид собранного металлического (напр., стального) каркаса пола.
Фигура 17А - вид крепления С-образных балок металлического каркаса к балке-перемычке.
Фигура 18 - увеличенный вид части каркаса, изображенного на фигуре 17.
Фигура 19 - схема испытательной конструкции пола из КЦ-панелей, прикрепленных к каркасу, изображенному на фигуре 17.
Фигуры 20, 21, 22 и 23 - увеличенные виды соответствующих частей пола, изображенного на фигуре 19.
Фигура 24 - вид каркаса, изображенного на фигуре 17, с прикрепленной стенкой жесткости, изображенной на фигуре 19, которая установлена на стенде для испытаний стенок жесткости (диафрагм).
Фигура 25 - увеличенный вид части стенда, изображенного на фигуре 24.
Фигура 26 - график изменения отклонения в зависимости от нагрузки, полученный по результатам испытаний на стенде для испытаний стенок жесткости (диафрагм).
Фигура 27 - фотография стенки жесткости, содержащей КЦ-панель и металлический каркас, установленной на испытательном стенде, схема которого представлена на фигуре 24, для испытаний на расчетную нагрузку.
Фигура 28 - фотография стенки жесткости, содержащей КЦ-панель и с металлический каркас, не прошедшей испытание на испытательном стенде, схема которого представлена на фигуре 24.
Фигура 29 - схематический вид в вертикальном разрезе установки, предназначенной для осуществления способа изготовления КЦ-панелей.
Фигура 30 - вид в перспективе станции подачи цементного теста, используемой в процессе изготовления КЦ-панелей.
Фигура 31 - вид сверху в плане части перемешивающего устройства, предназначенного для использования в процессе изготовления КЦ-панелей.
Фигура 32 - вид каркаса пола, использованного при проведении испытаний в соответствии с методикой AISI TS-7.
Фигура 33 - вид одного из полов из КЦ-панелей, использованного при проведении испытаний в соответствии с методикой AISI TS-7.
Фигура 34 - вид испытательного стенда, использованного при проведении испытаний в соответствии с методикой AISI TS-7.
Фигура 35 - график результатов испытаний пола типа диафрагмы (метод консоли) в соответствии с AISI TS-7 при использовании КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см) с шагом точек крепления 4-12 дюймов (10,1-30,5 см).
Фигура 36 - график результатов испытаний пола типа диафрагмы (метод консоли) в соответствии с AISI TS-7 при использовании КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см) в сравнении с многослойной фанерой толщиной 3/4 дюйма (1,9 см) с шагом точек крепления 6 -12 дюймов (15,2-30,5 см).
Фигура 37 - график результатов испытаний пола типа диафрагмы (метод консоли) в соответствии с AISI TS-7 при использовании КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см) с использованием клеящего материала.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фигуре 1 приведен вид в перспективе типичной конфигурации компонентов для первого варианта конструкции стенки 10 фундамента в соответствии с настоящим изобретением. Стенка 10 фундамента в соответствии с первым вариантом содержит КЦ-панели 4, составляющие вертикальные внешние стенки фундамента, прикрепленные к С-образным стойкам 12, которые прикреплены к нижней направляющей 16 и к верхней направляющей 14. КЦ-панели 4, 40 (см. фигуру 3А) могут быть прикреплены к внешней поверхности и, при необходимости, к внутренней поверхности стоек 12 с использованием любого известного способа. Нижняя направляющая 16 опирается на фундаментные опоры 20. В этом варианте конструкции фундаментные опоры 20 находятся ниже уровня "G" поверхности земли. На внешнюю поверхность внешней КЦ-панели 4 может быть нанесено гидроизоляционное покрытие, например смола или полимерное покрытие.
Наряду с другими требованиями, относящимися к сдвигающей нагрузке и несущей способности, стенки фундамента обычно выполняются таким образом, чтобы они противостояли напряжениям, возникающим при замерзании и оттаивании, были стойкими к ударам гравия и выдерживали давление окружающего грунта.
Стойки 12 обычно имеют С-образную форму. Более конкретно, стойки 12 состоят из стенки 13 и двух Г-образных полок 15, отходящих перпендикулярно от стенки 13. Металлические стойки 12 прикреплены одним концом к нижней направляющей 16 с использованием механических крепежных элементов, таких как, например, винты или заклепки. Металлические стойки 12 прикреплены к верхней направляющей 14 аналогичным образом. Нижняя направляющая 16 имеет швеллерный или С-образный профиль с центральной стенкой 17 и двумя полками 19, отходящими от стенки 17. В рассматриваемой конструкции фундамента стенка 19 нижней направляющей 16 обычно прикреплена к фундаментным опорам 20 с помощью традиционных крепежных элементов, таких как винты, болты, заклепки и т.п.
Через выровненные отверстия в стенках 13 стоек может пропускаться позиционирующий элемент 11. Как правило, позиционирующий элемент 11 стоек представляет собой длинный стержень, имеющий обычно U-образное или V-образное сечение по всей его длине и снабженный вырезами (не показаны) в плоских боковых частях. Вырезы открываются к продольному внешнему краю соответствующей боковой части для зацепления с соответствующим отверстием в стойке. Позиционирующий элемент необязательно должен иметь U-образное или V-образное сечение.
На фигуре 2 приведен вид в перспективе типичной конфигурации компонентов для второго варианта конструкции стенки 30 фундамента в соответствии с настоящим изобретением. Стенка 30 фундамента содержит КЦ-панели 4, составляющие вертикальные внешние стенки фундамента, прикрепленные к С-образным стойкам 12, которые прикреплены к нижней металлической обвязке 36 и верхней металлической обвязке 34. Полосы КЦ-панелей 40 прикреплены к внутренней поверхности стоек 12. КЦ-панели 4, 40 могут быть прикреплены к внешней поверхности и, при необходимости, к внутренней поверхности стоек 12 с использованием любого известного способа. Нижняя обвязка 36 опирается на фундаментные опоры 20. В этом варианте конструкции фундаментные опоры 20 находятся ниже уровня "G" поверхности земли.
Металлические стойки 12 прикреплены одним концом к нижней обвязке 36 с использованием механических крепежных элементов, таких как, например, винты, заклепки и т.п., обычно используемые с уголковыми кронштейнами 38. Аналогичным образом металлические стойки 12 прикреплены к верхней обвязке 34. В рассматриваемой конструкции фундамента стенка 19 нижней обвязки 36 обычно прикреплена к фундаментным опорам 20 с помощью традиционных крепежных средств, таких как винты, болты, заклепки и т.п.
На фигуре 3 приведен вид в перспективе типичной конфигурации компонентов для третьего варианта конструкции стенки 30 фундамента, стойки которой устанавливаются со сдвигом, в соответствии с настоящим изобретением.
На фигуре 3А приведен вид сверху сечения по линии IIIA-IIIA конструкции, изображенной на фигуре 3, на которой можно видеть внутреннюю и внешнюю стенки. С-образные стойки стенки 30 установлены со сдвигом и обращены друг к друг своими стенками, а КЦ-панели 4, 40 прижаты к внешним поверхностям их полок. Достоинством такой конструкции является дополнительная прочность, обеспечиваемая для выдерживания нагрузок, оказываемых грунтом, прижатым к стенкам КЦ-панелей 4. Обычно внешняя стенка 4 и внутренняя стенка 40 находятся на расстоянии "А", которое может варьироваться от 6 дюймов до 12 дюймов (15-30 см), например 8 дюймов (20 см). Обычно стойки 32 имеют ширину "В", которая может варьироваться от 4 дюймов до 8 дюймов (10-20 см), например 6 дюймов (15 см). Кроме того, обычное расстояние "С" между стойками 32 составляет 0,25-0,5 дюйма (0,6-1,3 см). В пространстве между стенками стоек 32 может устанавливаться разделитель 50. Стойки 32 могут прикрепляться к нижней направляющей 16 с помощью уголковых крепежных элементов 38.
На фигуре 3 В приведен вид в перспективе типичной конфигурации компонентов для четвертого варианта конструкции стенки фундамента в соответствии с настоящим изобретением, в которой используются два слоя КЦ-панелей 4, один горизонтальный и один вертикальный.
Внешние стенки фундамента могут иметь один (см. фигуру 1) или два (см. фигуру 3 В) слоя КЦ-панелей. При необходимости двойные слои внешних панелей могут быть устроены таким образом, чтобы швы первого слоя панелей стенок фундамента были смещены относительно швов второго слоя панелей стенок фундамента между углами здания. Это может способствовать предотвращению просачивания грунтовых вод через заглубленные в землю стенки фундамента.
На фигуре 4 приведен вид в перспективе фундамента 60, в котором используется пол подвала и стенка 10, изображенная на фигуре 1. Такой пол содержит балки 62, прикрепленные к краевым балкам 67, опирающимся на фундаментные опоры 20, проходящие по периметру подвала. Балки 62 также опираются на срединную фундаментную опору 66. Стенка 10 содержит внешние КЦ-панели 4 и внутренние КЦ-панели 6.
На фигуре 5 приведен увеличенный вид в перспективе части устройства пола фигуры 4, в котором балки 62 опираются на фундаментную опору 20. Фундаментная опора лежит в уплотненном грунте 7. На фигуре 5 также показана КЦ-панель 70, положенная на балки 62. КЦ-панель 70 может быть прикреплена к балкам 62 с использованием механических крепежных элементов или клеящих материалов. При необходимости между концами балок 62 и внутренними КЦ-панелями 5 может помещаться материал компенсационного соединения (обычно поставляется в форме рулонов или листов). Обычно под балками 62 помещается лист влагонепроницаемой преграды.
На фигуре 6 приведен вид в перспективе увеличенной части модифицированного устройства пола подвала, изображенного на фигуре 4, в котором балки 62 прикреплены к стойкам 12 выше уровня фундаментной опоры 20. На фигуре 6 также показана КЦ-панель 70, положенная на балки 62. Балки 62 могут быть прикреплены к стойкам 12 с использованием механических крепежных элементов, например с помощью заклепок. КЦ-панель 70 может быть прикреплена к балкам 62 с использованием механических крепежных элементов или клеящих материалов.
На фигуре 6А приведен вид в перспективе увеличенной части модифицированного устройства пола подвала, изображенного на фигуре 4, в котором балки 62 опираются на балку-перемычку 27, опирающуюся на фундаментную плиту 20. При необходимости балки могут также опираться на вертикальную часть КЦ-панели (не показана).
На фигуре 7 показаны два вида в перспективе увеличенной части стенок, изображенных на фигуре 4, с КЦ-панелями, ориентированными по горизонтали. Как можно видеть на фигуре 7, на первой боковой грани первой панели 4 имеется первый желобок 57, и на второй боковой грани второй панели 4 имеется второй желобок 57. В желобках 57 КЦ-панелей 4 помещается стержень-прокладка 63.
На одном виде фигуры 7 КЦ-панели 4 показаны непосредственно перед их сборкой. На другом виде "В" фигуры 7 КЦ-панели 4 показаны после того, как они установлены рядом друг с другом, так что первый и второй желобки 57 находятся друг напротив друга и вместе охватывают стержень-прокладку 63.
Кроме того, на фигуре 7 видно, что первый элемент (стойка 12) каркаса и второй элемент (стойка 12) каркаса примыкают друг к другу, и между противолежащими стенками этих элементов (стойки 12) каркаса размещена прокладка 65.
Стержни-прокладки 63 и прокладки 65 обычно изготавливают из полимерного материала с закрытыми ячейками.
На фигуре 8 приведен вид в перспективе конструкции фундамента 61, в которой используется пол подвала и модифицированная стенка 10, изображенная на фигуре 1, в которой КЦ-панели 4, 6 ориентированы вертикально. Такой пол содержит балки 62, прикрепленные к краевым балкам 67, опирающимся на фундаментные опоры 20, проходящие по периметру подвала. Балки 62 также опираются на срединную фундаментную опору 66.
На фигуре 9 приведены два вида в перспективе увеличенной части стенок, изображенных на фигуре 8, с КЦ-панелями 4, установленными вертикально, причем в желобках 57 КЦ-панелей 4 помещены стержни-прокладки 63 и между стойками 12 помещена прокладка 65. На одном виде фигуры 9 КЦ-панели 4 показаны непосредственно перед их сборкой. На другом виде "С" фигуры 9 КЦ-панели 4 показаны после того, как они составлены вместе. Стержни-прокладки 63 и прокладки 65 обычно изготавливают из полимерного материала с закрытыми ячейками.
На фигуре 10 приведен вид варианта конструкции внешнего угла фундамента. Угол составлен из КЦ-панелей 4, являющихся внешними стенками, частей 40 КЦ-панелей, являющихся внутренними поверхностями, и стоек 22. В том месте, где концы КЦ-панелей 4 образуют угол, соединение, сформированное перекрывающимися панелями, герметизируется путем наложения непрерывной водонепроницаемой ленты 65 от верхнего конца до нижнего конца стенки. В качестве водонепроницаемой ленты 65 используется армированная стекловолокном ткань с нанесенным битумом или полимером.
На фигуре 10А приведен вид в перспективе предварительно изготовленного углового элемента 72, имеющего стандартные размеры, а также увеличенный вид его верхней части. Угловой элемент 72 имеет полки 73, 75, которые формируют уголковый профиль. При необходимости может использоваться удлиненный уголковый элемент 72, так что между углами стен не будет вертикального шва. Длина L1 полки 73 может быть равна длине L2 полки 75, или же полки могут иметь разную длину. Это может способствовать предотвращению просачивания грунтовых вод через заглубленные в землю стенки фундамента. Заводская угловая панель 72 может быть изготовлена путем формирования рельефа длиной 6-8 дюймов (примерно 15-20 см, длины L3, L4) на передней и задней поверхностях КЦ-панелей 73 и 75, которые имеют длину 8-10 футов (примерно 2,4-3 м) и ширину 12-24 дюйма (примерно 30,5-61 см, длины L1, L2). Затем обе панели соединяются с использованием полимерного цемента, армированного стекловолокном, внедренным в рельеф поверхности, для получения цельной угловой панели, толщина которой в окончательном виде равна толщине панелей фундамента, которые формируют прямолинейные секции стенок.
На фигуре 10В приведен вид предварительно изготовленной угловой панели 72 вместе со стойками 22 в конструкции стенки фундамента (в разобранном и собранном положении).
На фигуре 11А приведен вид в перспективе увеличенной части модифицированной конструкции пола подвала, изображенной на фигуре 4, в которой пол из балок 62 и КЦ-панелей 70 заменен наливным цементным или бетонным полом 25. Обычно пол представляет собой плиту 25 из цемента или бетона, залитого на лист водопроницаемого материала (не показан), положенный на уплотненный грунт 78. При необходимости на цементный пол 25 может быть положено покрытие 76 из отделочного материала или из КЦ-панелей.
На фигуре 11В показан другой вариант конструкции пола фундамента в соответствии с настоящим изобретением, содержащей КЦ-панели 77, установленные на гофрированном металлическом листе 79 с верхними плоскими частями 71 и прикрепленные механически (винты и т.п.) или с помощью клеящего материала, наносимого на месте или нанесенного предварительно.
На фигурах 12 и 12А показан вариант конструкции КЦ-панели 77, которая может быть использована в конструкции пола фундамента, изображенной на фигуре 11, причем на КЦ-панелях 77 имеются полосы 81 клеящего материала, нанесенного предварительно в местах, которые касаются по меньшей мере некоторых верхних плоских частей 71. Полосы 81 клеящего материала закрыты удаляемой лентой 83, которая удаляется непосредственно перед установкой панели. На фигуре 12В показана установка панели 77 на балки 62.
КЦ-панели 4, 6, 40 стенок и КЦ-панели 70, 77 пола могут иметь соединительное устройство "шип-паз", которое может быть получено формированием боковых сторон панелей в процессе литья или вырезанием с помощью фасонно-фрезерного станка перед их использованием. Например, шип и паз панели 77 могут иметь наклонные боковые поверхности, облегчающие установку предлагаемых в настоящем изобретении панелей, как показано на фигурах 13, 14 и 15 (размеры указаны в дюймах). Панели стен обычно имеют толщину от 0,5 дюйма до 1 дюйма (1,3-2,5 см). Панели пола обычно имеют толщину от 0,75 дюйма до 1 дюйма (1,9-2,5 см). Любая пара противолежащих боковых сторон может быть снабжена сопрягающимися шипом и пазом.
Обеспечение водонепроницаемости
Для обеспечения водонепроницаемости фундаментов в соответствии с настоящим изобретением швы между КЦ-панелями, например между КЦ-панелями 4, 70, 77, обычно уплотняются битумным составом, наносимым в жидком состоянии, или для этого используется приклеиваемый листовой полимерный водонепроницаемый материал.
В общем случае, водонепроницаемость фундамента может быть обеспечена путем использования листовых или жидких изолирующих покрытий. Листовые изолирующие покрытия обычно имеют толщину примерно 60 мил или более, например 60-100 мил, и представляют собой вулканизированный асфальтовый битум, нанесенный на водонепроницаемую полиэтиленовую пленку. Типичным листовым материалом является самоклеящееся покрытие из вулканизированного асфальтового битума. Такое типичное изолирующее покрытие толщиной 60 мил представляет собой вулканизированный асфальтовый битум, нанесенный на водонепроницаемую полиэтиленовую пленку. Сторона, на которую нанесен асфальтовый битум, клейкая, и она покрыта удаляемой бумагой, которую снимают непосредственно перед использованием изолирующего покрытия.
Например, в качестве листового изолирующего покрытия может использоваться материал CRACK GUARD, поставляемый компанией Protective Coatings Technology, Inc., г.Меномони, штат Висконсин, США. Этот материал представляет собой самоклеящееся эластомерное изолирующее покрытие, наносимое в холодном состоянии и состоящее из слоя асфальтового битума, модифицированного полимером, нанесенного на пленку из полиэтилена высокой плотности.
Жидкие наносимые изолирующие покрытия представляют собой асфальтовые битумы, модифицированные полимером, или полиуретановые жидкие изолирующие покрытия. Асфальтовый битум, модифицированный полимером, обычно представляет собой жидкий асфальтовый битум, в который добавляют полимеры на основе каучуков. Такие полимеры улучшают способность асфальтового битума растягиваться над трещинами, появляющимися в результате усадки. Жидкость затвердевает, образуя на стене эластичное покрытие. Поставляются различные сорта обоих типов покрытий для нанесения с использованием кельмы, валика или распылителя. Типичная толщина нанесенного покрытия составляет примерно 60 мил или более.
Примером изолирующего покрытия из асфальтового битума, наносимого распылением, является материал TUFF-N-DRY (асфальтовый битум, модифицированный полимером), поставляемый компанией Tremco Barrier Solutions, г.Рейнолдсбург, штат Огайо, США.
Другим примером жидкого изолирующего покрытия из асфальтового битума является материал HYDRA-GUARD (асфальтовый битум, модифицированный полимером), поставляемый компанией Applied Technologies, г.Фэрфилд, штат Огайо, США. Обычно толщина нанесенного покрытия составляет примерно 60 мил во влажном состоянии и 40 мил в сухом состоянии. При необходимости они могут использоваться со стеклопластиковыми защитными панелями FibR-DRI, поставляемыми компанией Applied Technologies, г.Фэрфилд, штат Огайо, США. Например, изолирующее покрытие HYDRA-GUARD из асфальтового битума, модифицированного полимером, может наноситься на стенки, и затем устанавливаются стеклопластиковые защитные панели FibR-DRI. Стеклопластиковые защитные панели FibR-DRI предназначены для защиты гидроизолирующих покрытий HYDRA Guard от повреждений, а также для обеспечения дренажа и изоляции.
Состав КЦ-панелей
КЦ-панели, используемые с металлическим каркасом в соответствии с настоящим изобретением, могут представлять собой один однородный слой материала. Однако панели обычно изготавливаются с использованием процесса, в котором наносится несколько слоев. В зависимости от того, как эти слои наносятся и отверждаются, а также в зависимости от состава этих слоев они могут быть различимыми в готовых панелях, или же панели могут представлять собой однородный материал (слои не видны). На фигуре 16 приведена многослойная структура панели 31, состоящей из слоев 22, 24, 26 и 28. В многослойной структуре состав слоев может быть одинаковым или различным. Типичная толщина слоя (слоев) может варьироваться от примерно 1/32 дюйма до 1,0 дюйма (примерно 0,79-25,4 мм). В тех случаях, когда используется только один внешний слой, его толщина обычно не превышает 3/8 общей толщины панели.
Основными исходными материалами для изготовления КЦ-панелей являются неорганические связующие вещества, например альфа-полугидрат сульфата кальция, гидравлический цемент, пуццолановые материалы, облегчающие наполнители, например перлит, керамические или стеклянные микросферы, которые могут использоваться по отдельности или в сочетаниях, а также суперпластификаторы, например полинафталин-сульфонаты и/или полиакрилаты, вода и различные добавки.
Альфа-полугидрат сульфата кальция
4
2
4
2
Полугидрат сульфата кальция, который может использоваться в предлагаемых в изобретении панелях, получают из гипса, месторождения которого встречаются в природе (дигидрат сульфата кальция, CaSO·2HO). Если не указывается иное, то термин "гипс" должен пониматься как дигидратная форма сульфата кальция. После добычи исходный гипс подвергается термической обработке для получения сульфата кальция, который может быть в безводной форме, а чаще всего в полугидратной форме, CaSO·1/2HO. В известных применениях сульфат кальция вступает в реакцию с водой, в результате чего делается твердым, образуя дигидрат (гипс). Полугидрат имеет две известные структуры, называемые альфа-полугидрат и бета-полугидрат. Они отбираются для различных применений в зависимости от их физических характеристик и цены. Обе формы вступают в реакцию с водой, в результате чего образуется дигидрат сульфата кальция. Затворение водой альфа-полугидрата характеризуется ростом прямоугольных кристаллов гипса, а при затворении водой бета-полугидрата формируются кристаллы гипса игольчатой формы, обычно с большой величиной аспектного отношения. В настоящем изобретении альфа-форма и бета-форма могут использоваться отдельно или вместе в зависимости от требуемых механических характеристик. Бета-полугидрат формирует менее плотные микроструктуры, и поэтому он предпочтителен для продуктов с невысокой плотностью. Альфа-полугидрат формирует более плотные микроструктуры, в результате чего получаемые продукты имеют повышенную прочность и плотность по сравнению с бета-полугидратом. Таким образом, бета-полугидрат может быть заменен альфа-полугидратом для повышения прочности и плотности, или же эти формы могут использоваться совместно для регулирования характеристик.
Типичными вариантами неорганического связующего, используемого для изготовления предлагаемых в настоящем изобретении панелей, являются: гидравлический цемент, такой как портланд-цемент, высокоглиноземистый цемент, портланд-цемент с пуццолановыми добавками или их смеси.
Другими типичным вариантом неорганического связующего, используемого для изготовления предлагаемых в настоящем изобретении панелей, является смесь, содержащая альфа-полугидрат сульфата кальция, гидравлический цемент, пуццолан (вулканический туф) и известь.
Гидравлический цемент
ASTM (Американское общество по испытаниям материалов) определяет гидравлический цемент следующим образом: цемент, который схватывается и затвердевает в результате химической реакции с водой, и это может происходить под водой. Существует несколько типов гидравлического цемента, используемых в строительной индустрии. В качестве примеров гидравлических цементов можно указать портланд-цемент, шлаковые цементы, такие как, например, шлакопортланд-цемент и сульфатно-шлаковые цементы, кальций-сульфоалюминатный цемент, высокоглиноземистый цемент, расширяющиеся цементы, белый портланд-цемент, а также быстросхватывающиеся и быстрозатвердевающие цементы. Хотя полугидрат сульфата кальция схватывается и затвердевает в результате химической реакции с водой, он не входит в широкое определение гидравлических цементов в контексте настоящего изобретения. Все вышеуказанные гидравлические цементы могут использоваться для изготовления предлагаемых в изобретении панелей.
2
3
2
2
3
3
2
3
2
3
4
Наиболее популярным и широко используемым семейством гидравлических цементов является портланд-цемент. ASTM определяет портланд-цемент как "гидравлический цемент, полученный тонким измельчением клинкера, состоящего в основном из гидравлических силикатов кальция, обычно содержащих одну или несколько форм сульфата кальция в качестве добавки, введенной при дроблении. Для получения портланд-цемента однородная смесь известняка и глины обжигается в печи для получения клинкера, который затем направляется на дальнейшую обработку. В результате получают следующие четыре основные фазы портланд-цемента: трехкальциевый силикат (3CaO·SiO, также указываемый как CS), двухкальциевый силикат (2CaO·SiO, также CS), трехкальциевый алюминат (3СаО·Al2O или CA) и четырехкальциевый алюмоферрит (4СаО·AlO·FeO или CAF). К другим соединениям, присутствующим в небольших количествах в портланд-цементе, относятся сульфат кальция и другие двойные соли сульфатов щелочей, оксид кальция и оксид магния. Из всех известных типов портланд-цемента предпочтительным для изготовления предлагаемых в настоящем изобретении панелей является портландцемент типа III (по классификации ASTM) ввиду тонкости его помола, которая, как было обнаружено, обеспечивает повышенную прочность продукции. Для изготовления предлагаемых в настоящем изобретении панелей также могут успешно использоваться и другие известные классы гидравлических цементов, в частности шлаковые цементы, такие как шлакопортланд-цемент и сульфатно-шлаковые цементы, кальций-сульфоалюминатный цемент, высокоглиноземистый цемент, расширяющиеся цементы, белый цемент, быстросхватывающиеся и быстрозатвердевающие цементы, такие как цемент с регулируемым схватыванием, VHE-цемент и другие типы портланд-цемента. Шлаковые цементы и кальций-сульфоалюминатный цемент имеют низкую щелочность и также пригодны для изготовления предлагаемых в настоящем изобретении панелей.
Волокна
Стеклянные волокна обычно используются в качестве изолирующего материала, однако они также пригодны для использования в качестве армирующего материала. Волокна обеспечивают повышение прочности на разрыв материалов, которые в противном случае могли бы разрушиться под действием нагрузки. Волокна могут разрушаться под действием нагрузки, однако обычно композитные материалы, содержащие стекловолокно, разрушаются в результате деградации и нарушения сцепления между волокнами и однородной фазой материала. Таким образом, такое сцепление важно, если армирующие волокна должны сохранять со временем способность повышать вязкость и увеличивать прочность композитного материала. Было найдено, что цементы, армированные стекловолокном, со временем теряют прочность, что объяснялось действием на стекло извести, которая возникает при отверждении цемента. Одним возможным способом решения этой проблемы является покрытие стеклянных волокон защитным слоем, например слоем полимера. В общем случае такие защитные слои могут защищать от разрушающего действия извести, однако было обнаружено, что прочность предлагаемых в изобретении панелей снижается, и, таким образом, использование защитных слоев не является хорошим решением. Более дорогостоящим способом ограничения неблагоприятного действия извести является использование волокон специального стекла, стойкого к действию щелочей, такого как Nippon Electric Glass (NEG) 350Y. Было обнаружено, что волокна из такого стекла обеспечивают превосходную прочность связи с матрицей, и, таким образом, они являются предпочтительными для использования в предлагаемых в изобретении панелях. Стеклянные волокна - это мононити, имеющие диаметр от примерно 5 мк до примерно 25 мк и чаще всего от примерно 10 мк до примерно 15 мк. Нити обычно собираются в жгуты, состоящие из 100 нитей, которые могут собираться в пучки, состоящие примерно из 50 жгутов. Жгуты или пучки обычно нарезаются для получения отрезков нужной длины, например, от примерно 0,25 дюйма до примерно 3 дюймов (6,3-76 мм) и чаще всего от 1 дюйма до 2 дюймов (25,4-50,8 мм).
Также и другие негорючие волокна могут добавляться в предлагаемые в изобретения панели, например, могут добавляться стальные волокна.
Пуццолановые материалы
Как уже указывалось, при гидратации (отверждении) большей части портланд-цементов и других гидравлических цементов образуется известь. Желательно осуществить реакцию извести для уменьшения ее неблагоприятного воздействия на стеклянные волокна. Известно, что если имеется полугидрат сульфата кальция, то он реагирует с трехкальциевым алюминатом в цементе с формированием эттрингита, который может приводить к нежелательному растрескиванию затвердевшего продукта. Этот процесс часто указывается в технике как "сульфатная коррозия". Такие реакции можно предотвратить, добавляя пуццолановые материалы, которые определяются в ASTM C618-97 как "… кремнеземистые или кремнеземистые и глиноземистые материалы, которым сами по себе практически не обладают вяжущими свойствами, однако в тонкоизмельченной форме и в присутствии влаги они реагируют при обычной температуре с гидроокисью кальция, в результате чего образуются соединения, обладающие вяжущими свойствами". Одним из наиболее часто используемых пуццолановых материалов является тонкий кремнеземный порошок, тонкоизмельченная аморфная двуокись кремния, которую получают при производстве металлического кремния и ферросилициевых сплавов. Такой пуццолановый материал характеризуется высоким содержанием двуокиси кремния и низким содержанием глинозема. Различные природные и искусственные материалы обладают свойствами пуццолановых материалов, в том числе пемза, перлит, диатомовая земля, туф, тонкий вулканический туф, метакаолин, порошок двуокиси кремния, измельченный гранулированный котельный шлак и зольная пыль. Хотя тонкий кремнеземный порошок является особенно предпочтительным пуццолановым материалом для использования в предлагаемых в изобретении панелях, однако могут использоваться и другие пуццолановые материалы. В отличие от тонкого кремнеземного порошка метакаолин, измельченный гранулированный шлак и порошок зольной пыли содержат гораздо меньше двуокиси кремния и большие количества глинозема, однако могут быть эффективны как пуццолановые материалы. Кремнеземный порошок используют в количестве от примерно 5% до примерно 20%, предпочтительно от 10% до 15% от веса реакционноспособных порошков (а именно гидравлического цемента, альфа-полугидрата сульфата кальция, кремнеземного порошка и извести). Если используются другие пуццолановые материалы, то они берутся в таком количестве, которое обеспечивает такой же объем химических реакций, как и тонкий кремнеземный порошок.
Облегчающие наполнители/микросферы
3
3
3
3
3
Легкие панели, используемые в конструкциях в соответствии с настоящим изобретением, обычно имеют плотность от 65 до 95 фунтов на кубический фут (1,04-1,44 г/см), предпочтительно от 65 до 85 фунтов на кубический фут (1,04-1,36 г/см), более предпочтительно от 72 до 80 фунтов на кубический фут (1,15-1,28 г/см). Эти характеристики отличаются от характеристик типичных панелей, изготавливаемых на основе портланд-цемента без древесных волокон, которые имеют плотности в диапазоне 95-110 фунтов на кубический фут (1,52-1,76 г/см), в то время как панели на основе портланд-цемента с древесными волокнами имеют такие же плотности, как КЦ-панели, то есть 65-85 фунтов на кубический фут (1,04-1,36 г/см).
Для достижения таких низких плотностей в панели добавляют частицы облегчающих наполнителей. Средний диаметр таких частиц (средний размер частиц) обычно находится в диапазоне 10-500 микрон. Чаще их средний диаметр (средний размер частиц) находится в диапазоне 50-250 микрон и/или попадает в диапазон диаметров частиц (размер), составляющий 10-500 микрон. Средняя плотность частиц (удельный вес) находится в диапазоне 0,02-1,00. Микросферы или другие частицы облегчающих наполнителей имеют большое значение для предлагаемых в изобретении панелей, которые без их использования были бы тяжелее, чем это необходимо для конструкционных панелей. Микросферы, используемые в качестве облегчающих наполнителей, способствуют снижению средней плотности продукта.
Если микросферы полые, то их иногда называют пустотелыми шариками. Микросферы могут быть сами по себе негорючими, или же если они горючие, то их добавляют в достаточно малых количествах, которые не изменяют существенно характеристик огнестойкости КЦ-панелей. Типичные облегчающие наполнители, включаемые в смеси, используемые для изготовления предлагаемых в настоящем изобретении панелей, выбираются из группы, состоящей из керамических микросфер, полимерных микросфер, перлита, стеклянных микросфер и/или ценосфер зольной пыли.
2
2
3
Керамические микросферы могут производиться из самых разных материалов с использованием различных производственных процессов. Хотя самые разные керамические микросферы могут использоваться в качестве наполнителя в предлагаемых в изобретении панелях, однако предпочтительными керамическими микросферами для использования в изобретении являются микросферы, получаемые в качестве побочного продукта при сжигании угля и представляющие собой компонент зольной пыли, возникающей на тепловых электростанциях, работающих на угле, например, EXTENDOSPHERES-SG, производимые компанией Company Inc., г.Ментор, штат Огайо, США, или керамические микросферы FILLITE, производимые компанией Trelleborg Fillite Inc., г.Норкросс, штат Джорджия, США. Керамические микросферы, предпочтительные для использования в настоящем изобретении, состоят в основном из двуокиси кремния (SiO), примерно 50-75% вес., и глинозема (AlO), примерно 15-40% вес., и содержание других материалов может составлять до 35% вес. Керамические микросферы, предпочтительные для использования в настоящем изобретении, представляют собой полые сферические частицы, диаметр которых находится в диапазоне 10-500 микрон, причем толщина оболочки обычно составляет примерно 10% от диаметра шарика, и плотность частиц предпочтительно находится в диапазоне 0,50-0,80 г/мл. Прочность на раздавливание предпочтительных керамических микросфер, используемых в изобретении, превышает 1500 psi (10,3 МПа) и предпочтительно превышает 2500 psi (17,2 МПа).
Керамические микросферы являются предпочтительными для использования в изобретении прежде всего потому, что они примерно в 3-10 раз прочнее большинства типов микросфер, получаемых из стекла. Кроме того, керамические микросферы, предпочтительные для использования в изобретении, являются термоустойчивыми и повышают способность сохранения размеров предлагаемых в изобретении панелей. Керамические микросферы находят применение в ряде других областей: при производстве клеящих материалов, уплотнительных материалов, герметиков, материалов, используемых при устройстве кровли, ПВХ-материалов для покрытия полов, красок, покрытий промышленного применения и пластических композитных материалов, стойких к действию высоких температур. Хотя такие микросферы являются предпочтительными для использования в настоящем изобретении, однако они необязательно должны быть полыми и строго сферическими, поскольку наиболее существенными признаками являются плотность частиц и прочность на сдавливание, которые обеспечивают малый вес предлагаемых в изобретении панелей и их наиболее важные физические характеристики. В альтернативном варианте могут использоваться пористые частицы неправильной формы при условии, что получаемые при этом панели будет удовлетворять требованиям к их эксплуатационным характеристикам.
Полимерные микросферы обычно представляют собой полые шарики с оболочкой из полимерных материалов, таких как полиакрилонитрил, полиметаакрилонитрил, поливинилхлорид или поливинилиденхлорид или их смеси. Оболочка может содержать газ, используемый для надувания полимерной оболочки в процессе производства. Внешняя поверхность полимерных микроефер может иметь покрытие из инертного материала, такого как карбонат кальция, оксиды титана, слюда, кремнезем и тальк. Плотность полимерных микросфер предпочтительно находится в диапазоне 0,02-0,15 г/мл и их диаметры - в диапазоне 10-350 микрон. Использование полимерных микросфер может одновременно обеспечивать получение низкой плотности панелей и улучшение обрабатываемости резанием и гвоздимости.
Другие облегчающие наполнители, например стеклянные микросферы, перлит или полые алюминосиликатные ценосферы (микросферы, полученные из зольной пыли), также пригодны для использованиях в смесях для изготовления предлагаемых в настоящем изобретении панелей, причем они могут использоваться вместе с керамическими микросферами или вместо них.
Стеклянные микросферы обычно получают из стекла, устойчивого к действию щелочей, и они могут быть полыми. Типичные стеклянные микросферы поставляются компанией GYPTEK INC., 135, 16 Мидлейк Бульвар SE, г.Калгари, АВ, Т2Х 2Х7, Канада.
В одном из вариантов материалов предлагаемых в изобретении КЦ-панелей по всей толщине панели используются только керамические микросферы. Панель обычно содержит примерно 35-42% вес. керамических микросфер, равномерно распределенных по толщине панели.
В другом варианте материалов предлагаемых в изобретении КЦ-панелей по всей толщине панели используется смесь облегчающих керамических и стеклянных микросфер. Объем, занимаемый стеклянными микросферами в панели второго варианта осуществления изобретения, обычно находится в диапазоне 0-15% всего объема сухих ингредиентов, причем сухие ингредиенты композиции представляют собой реакционноспособные порошки (примеры таких порошков: гидравлический цемент, без добавок; смесь гидравлического цемента и пуццоланового материала; или смесь гидравлического цемента, альфа-полугидрата сульфата кальция, пуццолана и извести, керамических микросфер, полимерных микросфер и стекловолокна, устойчивого к действию щелочей). Отношение количества воды к количеству реакционноспособных порошков в типичной водной смеси не менее 0,3/1-0,7/1.
Композиции КЦ-панелей
Для изготовления устойчивых к сдвигу панелей в соответствии с изобретением используются следующие компоненты: гидравлический цемент, альфа-полугидрат сульфата кальция, активный пуццолан, такой как тонкий кремнеземный порошок, известь, керамические микросферы, стеклянные волокна, устойчивые к действию щелочей, суперпластификатор (например, натриевая соль полинафталин-сульфоната) и вода. Как правило, в обязательном порядке используется как гидравлический цемент, так и альфа-полугидрат сульфата кальция. Если не используется альфа-полугидрат сульфата кальция вместе с тонким кремнеземным порошком, то срок службы полученного материала снижается. Если не используется портланд-цемент, то ухудшается стойкость в отношении воды/влаги. Для регулирования характеристик схватывания исходного материала к композиции могут добавляться небольшие количества ускоряющих или замедляющих добавок. Типичными добавками являются: ускоряющие добавки для гидравлических цементов, такие как хлорид кальция; ускоряющие добавки для альфа-полугидрата сульфата кальция, такие как гипс; замедляющие добавки, такие как диэтилтриамин-пентауксусная кислота, винная кислота или щелочная соль винной кислоты (например, виннокислый калий); составы по снижению усадки, такие как гликоли, и захваченный воздух.
Предлагаемые в изобретении панели содержат однородную фазу, в которой равномерно распределены стеклянные волокна, устойчивые к действию щелочей, и облегчающие наполнители, например, микросферы. Однородную фазу получают в результате затвердения водной смеси реакционноспособных порошков (а именно смеси гидравлического цемента, альфа-полугидрата сульфата кальция, пуццолана и извести), предпочтительно с добавлением суперпластификатора и/или других добавок.
Типичные весовые соотношения компонентов (в сухом состоянии) в вариантах реакционноспособных порошков (неорганическое связующее), а именно гидравлического цемента, альфа-полугидрата сульфата кальция, пуццолана и извести, используемых в изобретении, представлены в Таблице 1. В Таблице 1А приведены типичные диапазоны содержания реакционноспособных порошков, облегчающего наполнителя и стекловолокна в композициях в соответствии с настоящим изобретением.
Таблица 1
Реакционноспособный порошок
Содержание (% вес.)
Возможное
Типичное
Гидравлический цемент
20-55
25-40
Альфа-полугидрат сульфата кальция
35-75
45-65
Пуццолан
5-25
10-15
Известь
до 3,5, или 0,2-3,5
0,75-1,25
Таблица 1А
Состав смеси для КЦ-панели (в пересчете на сухое вещество)
Типичное содержание(% вес.)
Типичное содержание (% вес.)
Реакционноспособный порошок
35-70
35-68
Облегчающий наполнитель
20-50
23-49
Стекловолокно
5-20
5-17
Известь не требуется для всех композиций в соответствии с изобретением, однако было обнаружено, что добавление извести обеспечивает получение панелей с превосходными характеристиками, и обычно она должна добавляться в количестве не менее 0,2% вес. Таким образом, в большинстве случаев количество извести в реакционноспособных порошках будет примерно в диапазоне 0,2-3,5% вес.
В одном из вариантов состава материала для предлагаемых в изобретении КЦ-панелей сухими ингредиентами композиции будут реакционноспособные порошки (а именно смесь гидравлического цемента, альфа-полугидрата сульфата кальция, пуццолана и извести), керамические микросферы и стекловолокно, стойкое к действию щелочей, а жидкими ингредиентами будет вода и суперпластификатор. Сухие и жидкие ингредиенты соединяют для получения предлагаемой в изобретении панели. Керамические микросферы равномерно распределяются в вяжущем материале по всей толщине панели. Состав сухих ингредиентов, используемых для получения предлагаемой в изобретении панели: реакционноспособные порошки - 49-56% вес., керамические микросферы - 35-42% вес. и стекловолокно, стойкое к действию щелочей, - 7-12% вес. Возможный состав сухих ингредиентов, используемых для получения предлагаемой в изобретении панели: реакционноспособные порошки - 35-58% вес., керамические микросферы - 34-49% вес. и стекловолокно, стойкое к действию щелочей, - 6-17% вес. Количества воды и суперпластификатора, добавляемые к сухим ингредиентам, должны быть достаточными для получения текучести цементного теста, удовлетворяющей требованиям определенного технологического процесса. Типичное количество добавляемой воды находится в диапазоне 35-60%, а суперпластификатора - в диапазоне 1-8% от веса реакционноспособных порошков.
Стеклянные волокна - это мононити, имеющие диаметр от примерно 5 микрон до примерно 25 микрон, предпочтительно от примерно 10 микрон до примерно 15 микрон. Мононити обычно собираются в жгуты, состоящие из 100 нитей, которые могут собираться в пучки, состоящие примерно из 50 жгутов. Длина стеклянных волокон обычно составляет от примерно 0,25 дюйма до 1-2 дюймов (от 6,3 мм до 25,4-50,8 мм) или примерно 1-2 дюйма (25,4-50,8 мм) и может быть от примерно 0,25 дюйма до 3 дюймов (6,3-76,2 мм). Волокна имеют случайную ориентацию, в результате чего обеспечивается анизотропность механических характеристик в плоскости панели.
Во втором варианте состава материала, пригодного для получения предлагаемых в изобретении КЦ-панелей, используется смесь облегчающих керамических и стеклянных микросфер, равномерно распределенных по всей толщине панели. Соответственно сухими ингредиентами композиции будут реакционноспособные порошки (а именно смесь гидравлического цемента, альфа-полугидрата сульфата кальция, пуццолана и извести), керамические микросферы и стекловолокно, стойкое к действию щелочей, а жидкими ингредиентами композиции будут вода и суперпластификатор. Сухие и жидкие ингредиенты соединяют для получения предлагаемой в изобретении панели. Объем стеклянных микросфер обычно составляет 7-15% от общего объема сухих ингредиентов смеси, используемой для получения предлагаемой в изобретении панели. Состав сухих ингредиентов, используемых для получения предлагаемой в изобретении панели: реакционноспособные порошки - 54-65% вес., керамические микросферы - 25-35% вес., стеклянные микросферы - 0,5-0,8% вес. и стекловолокно, стойкое к действию щелочей, - 6-10% вес. Возможный состав сухих ингредиентов, используемых для получения предлагаемой в изобретении панели: реакционноспособные порошки - 42-68% вес., керамические микросферы - 23-43% вес., стеклянные микросферы - 0,2-1,0% вес. и стекловолокно, стойкое к действию щелочей, - 5-15% вес. Количества воды и суперпластификатора, добавляемые к сухим ингредиентам, изменяются регулируемым образом, для того чтобы они были достаточными для получения текучести цементного теста, удовлетворяющей требованиям определенного технологического процесса. Типичное количество добавляемой воды составляет 35-70% от веса реакционноспособных порошков, однако оно должно превышать 60-70% (весовое отношение воды к реакционноспособному порошку составляет 0,6/1-0,7/1), предпочтительно 65-75%, когда необходимо использовать отношение воды к реакционноспособному порошку для уменьшения плотности панели и улучшения возможности ее обработки резанием. Количество суперпластификатора находится в диапазоне 1-8% от веса реакционноспособных порошков. Стеклянные волокна - это мононити, имеющие диаметр от примерно 5 микрон до примерно 25 микрон, предпочтительно от примерно 10 микрон до примерно 15 микрон. Они обычно сгруппированы в жгуты и пучки, как указано выше. Длина стеклянных волокон обычно находится в диапазоне от примерно 1 дюйма до 2 дюймов (25,4-50,8 мм) и может находиться в диапазоне от 0,25 дюйма до 3 дюймов (6,3-76,2 мм). Волокна имеют случайную ориентацию, в результате чего обеспечивается анизотропность механических характеристик в плоскости панели.
Третий вариант состава материала для изготовления КЦ-панелей, пригодного для использования в изобретении, содержит многослойную структуру панели, в которой внешний слой (слои) характеризуются улучшенной гвоздимостью и возможностью обработки резанием. Это достигается путем увеличения отношения количества воды к количеству цемента во внешнем слое (слоях), и/или изменением количества наполнителя, и/или добавлением достаточно малого количества полимерных микросфер, так чтобы панель при этом оставалась негорючей. Внутренний слой панели обычно содержит керамические микросферы, равномерно распределенные по толщине слоя, или, в альтернативном варианте, смесь керамических микросфер, стеклянных микросфер и ценосфер зольной пыли.
Сухими ингредиентами среднего слоя в этом третьем варианте являются реакционноспособные порошки (обычно гидравлический цемент, альфа-полугидрат сульфата кальция, пуццолан и известь), частицы облегчающего наполнителя (обычно микросферы, такие как керамические микросферы или смесь керамических микросфер, стеклянных микросфер и ценосфер зольной пыли) и стекловолокно, стойкое к действию щелочей, а жидкими ингредиентами среднего слоя является вода и суперпластификатор. Сухие и жидкие ингредиенты соединяют для получения среднего слоя предлагаемой в изобретении панели. Предпочтительный состав сухих ингредиентов, используемых для получения среднего слоя предлагаемой в изобретении панели: реакционноспособные порошки - примерно 49-56% вес., полые керамические микросферы - примерно 35-42% вес. и стекловолокно, стойкое к действию щелочей, - примерно 7-12% вес., или, в альтернативном варианте, реакционноспособные порошки - примерно 54-65% вес., керамические микросферы -примерно 25-35% вес., стеклянные микросферы или ценосферы зольной пыли 0,5-0,8% вес. и стекловолокно, стойкое к действию щелочей, - примерно 6-10% вес. Возможный состав сухих ингредиентов, используемых для получения среднего слоя предлагаемой в изобретении КЦ-панели: реакционноспособные порошки - примерно 35-58% вес., облегчающие наполнители, например керамические микросферы, - 34-49% и стекловолокно, стойкое к действию щелочей, - примерно 6-17% вес., или, в альтернативном варианте, реакционноспособные порошки - примерно 42-68% вес., керамические микросферы - примерно 23-43% вес., другие облегчающие наполнители, например стеклянные микросферы или ценосферы зольной пыли, - не более 1,0 вес., предпочтительно от 0,2 до 1,0% вес. и стекловолокно, стойкое к действию щелочей, - примерно 5-15% вес. Количества воды и суперпластификатора, добавляемые к сухим ингредиентам, изменяются регулируемым образом, для того чтобы они были достаточными для получения текучести цементного теста, удовлетворяющей требованиям определенного технологического процесса. Типичное количество добавляемой воды находится в диапазоне 35-70% от веса реакционноспособных порошков, но должно превышать 60-70%, если требуется использовать отношение воды к реакционноспособным порошкам для уменьшения плотности материала панели и улучшения гвоздимости, и суперпластификатора - в диапазоне 1-8% от веса реакционноспособных порошков. Когда отношение количества воды к количеству реакционноспособного порошка регулируется, состав цементного теста может изменяться для получения необходимых характеристик предлагаемых в изобретении панелей.
Полимерные микросферы и полимерные волокна в общем случае не добавляются, поскольку КЦ-панели могут стать горючими.
Сухими ингредиентами внешнего слоя (слоев) в этом третьем варианте являются реакционноспособные порошки (обычно гидравлический цемент, альфа-полугидрат сульфата кальция, пуццолан и известь), частицы облегчающего наполнителя (обычно микросферы, такие как керамические микросферы или смесь керамических микросфер, стеклянных микросфер и ценосфер зольной пыли) и стекловолокно, стойкое к действию щелочей, а жидкими ингредиентами внешнего слоя (слоев) является вода и суперпластификатор. Сухие и жидкие ингредиенты соединяют для получения внешних слоев предлагаемой в изобретении панели. Во внешнем слое (слоях) панели в этом варианте настоящего изобретения количество воды выбирается таким образом, чтобы обеспечить хорошие свойства панели по ее креплению и обработке резанием. Предпочтительный состав сухих ингредиентов, используемых для получения материала внешнего слоя (слоев) предлагаемой в изобретении панели: реакционноспособные порошки - 54-65% вес., керамические микросферы - 25-35% вес., стеклянные микросферы - 0-0,8% вес. и стекловолокно, стойкое к действию щелочей, - 6-10% вес. Возможный состав сухих ингредиентов, используемых для получения внешних слоев предлагаемой в изобретении панели: реакционноспособные порошки - 42-68% вес., керамические микросферы - 23-43% вес., стеклянные микросферы (и/или ценосферы зольной пыли) - до 1,0% вес. и стекловолокно, стойкое к действию щелочей, - 5-15% вес. Количества воды и суперпластификатора, добавляемые к сухим ингредиентам, изменяются регулируемым образом, для того чтобы они были достаточными для получения текучести цементного теста, удовлетворяющей требованиям определенного технологического процесса. Типичное количество добавляемой воды находится в диапазоне 35-70% от веса реакционноспособных порошков и, в частности, должно превышать 60-70%, когда отношение количества воды к количеству реакционноспособных порошков регулируется для уменьшения плотности материала панели и улучшения гвоздимости, и типичное количество суперпластификатора - в диапазоне 1-8% от веса реакционноспособных порошков. Предпочтительная толщина внешнего слоя (слоев) находится в диапазоне 1/32-4/32 дюйма (0,8-3,2 мм), и толщина внешнего слоя, при использовании только одного слоя, не должна превышать 3/8 общей толщины панели.
Для среднего и внешних слоев в этом варианте настоящего изобретения стеклянные волокна - это мононити, имеющие диаметр от примерно 5 микрон до примерно 25 микрон, предпочтительно от примерно 10 микрон до примерно 15 микрон. Эти мононити обычно сгруппированы в жгуты и пучки, как указано выше. Длина волокон обычно находится в диапазоне от примерно 1 дюйма до 2 дюймов (25,4 -50,8 мм) и может находиться в диапазоне от 0,25 дюйма до 3 дюймов (6,3-76,2 мм). Волокна имеют случайную ориентацию, в результате чего обеспечивается анизотропность механических характеристик в плоскости панели.
3
Четвертый вариант состава материала для предлагаемых в настоящем изобретении КЦ-панелей предназначен для изготовления многослойных панелей, имеющих плотность 65-90 фунтов на кубический фут (1,04-1,44 г/см) и способных противостоять сдвигающим нагрузкам при их креплении к каркасу, причем панели содержат средний слой, состоящий из однородной фазы, полученной в результате отверждения водной смеси, при этом смесь содержит следующие ингредиенты, в пересчете на сухое вещество: реакционноспособный порошок - 35-70% вес., облегчающий наполнитель - 20-50% вес. и стекловолокно - 5-20% вес., причем однородная фаза армирована стеклянными волокнами и содержит частицы облегчающего наполнителя, удельный вес которых находится в диапазоне 0,02-1,00 и средний размер - в диапазоне 10-500 микрон; и по меньшей мере один внешний слой другой однородной фазы, полученной в результате отверждения водной смеси, при этом смесь содержит следующие ингредиенты, в пересчете на сухое вещество: реакционноспособный порошок - 35-70% вес., облегчающий наполнитель - 20-50% вес. и стекловолокно - 5-20% вес., причем однородная фаза армирована стеклянными волокнами и содержит частицы облегчающего наполнителя, удельный вес которых находится в диапазоне 0,02-1,00 и средний размер - в диапазоне 10-500 микрон; на каждой стороне внутреннего слоя, причем по меньшей мере один внешний слой содержит больше стеклянных волокон (в процентном отношении) по сравнению с внутренним слоем.
Изготовление предлагаемой в изобретении панели
Реакционноспособные порошки (а именно смесь гидравлического цемента, альфа-полугидрата сульфата кальция, пуццолана и извести) и облегчающий наполнитель, например микросферы, смешиваются в сухом состоянии с использованием подходящего смесителя.
Затем в другом смесителе в течение 1-5 минут перемешиваются вода, суперпластификатор (например, натриевая соль полинафталин-сульфоната) и пуццолан (например, тонкий кремнеземный порошок или метакаолин). При необходимости на этой стадии добавляют замедляющую добавку (например, виннокислый калий) для регулирования характеристик схватывания цементного теста. Сухие ингредиенты добавляют в смеситель, содержащий жидкие ингредиенты, и перемешивают в течение 2-10 минут для формирования однородного цементного теста.
После этого цементное тесто соединяют со стекловолокном с использованием любого из известных способов, обеспечивающих получение однородной смеси цементного теста. После этого цементное тесто, содержащее волокна, заливают в соответствующую форму, имеющую необходимые размеры, для формирования цементной панели. При необходимости форму подвергают вибрации для хорошего уплотнения материала. Затем обрабатывают внешнюю поверхность панели с помощью гладилки или другого разравнивающего инструмента для получения необходимых характеристик поверхности.
Один из способов изготовления многослойных КЦ-панелей заключается в следующем. Реакционнослособные порошки (например, смесь гидравлического цемента, альфа-полугидрата сульфата кальция, пуццолана и извести) и облегчающий наполнитель, например микросферы, смешиваются в сухом состоянии с использованием подходящего смесителя. После этого вода, суперпластификатор (например, натриевая соль полинафталин-сульфоната) и пуццолан (например, тонкий кремнеземный порошок или метакаолин) перемешиваются в другом смесителе в течение 1-5 минут. При необходимости на этой стадии добавляют замедляющую добавку (например, виннокислый калий) для регулирования характеристик схватывания цементного теста. Сухие ингредиенты добавляют в смеситель, содержащий жидкие ингредиенты, и перемешивают в течение 2-10 минут для формирования однородного цементного теста.
После этого цементное тесто может быть соединено со стекловолокном, с использованием любого из известных способов, обеспечивающих получение однородной смеси. Стеклянные волокна обычно используют в форме пучков, нарезанных на короткие отрезки. В предпочтительном варианте осуществления изобретения цементное тесто и нарезанные стеклянные волокна одновременно распыляют в форму для отливки панели. Предпочтительно распыление осуществляют в несколько проходов для получения тонких слоев толщиной примерно до 0,25 дюйма (6,3 мм), которые формируют однородную панель, не имеющую внутренней структуры, толщиной от 1/4 дюйма до 1 дюйма (6,3-25,4 мм). Например, в одном из приложений панель размерами 3×5 футов (0,91×1,52 м) была получена за шесть проходов подачи материалов в направлении длины и ширины. После нанесения каждого слоя может использоваться ролик для обеспечения тесного контакта цементного теста со стеклянными волокнами. После прокатывания ролика слои могут быть выровнены с помощью гладилки или другого подходящего разглаживающего инструмента. Обычно для распыления цементного теста используют сжатый воздух. На выходе распыленного цементного теста из распылительной головки оно смешивается со стеклянными волокнами, которые нарезаются из пучков резаком, установленным на распылительном аппарате. Однородная смесь цементного теста и стеклянных волокон подается в форму для отливки панели, как описано выше.
При необходимости слои внешних поверхностей панели могут содержать полимерные шарики для облегчения присоединения крепежных элементов, обеспечивающих крепление панели к каркасу. Предпочтительная толщина таких слоев составляет примерно от 1/32 дюйма до 4/32 дюйма (0,8-3,2 мм). Вышеописанная технология, используемая для получения среднего слоя, может использоваться также для получения внешних слоев панели.
Для осаждения смеси цементного теста и стеклянных волокон могут использоваться и другие способы, известные специалистам в данной области техники. Например, вместо использования циклического процесса для изготовления каждой отдельной панели можно аналогичным способом изготавливать длинный лист, который после достаточного схватывания материала можно нарезать на панели нужного размера. Отношение количества волокон к количеству цементного теста (по объему) обычно находится в диапазоне от примерно 0,5% до примерно 3%, например может составлять 1,5%. Типичные панели имеют толщину примерно от 1/4 дюйма до 1 1/2 дюйма (6,3-38,1 мм).
В другом способе изготовления панелей в соответствии с настоящим изобретением используются стадии процесса, описанного в публикации патентной заявки США №2005/0064164, Dubey и др., вводимой ссылкой в настоящую заявку. В публикации патентной заявки США №2005/0064164, Dubey и др., описывается, как после первоначального осаждения свободно распределенных нарезанных волокон или слоя цементного теста на движущуюся ленту волокна осаждаются на слой цементного теста. Специальное устройство внедряет с уплотнением осажденные волокна в цементное тесто, после чего добавляются дополнительные чередующиеся слои цементного теста и нарезанного волокна с внедрением добавленных волокон в цементное тесто. При необходимости процесс повторяется для каждого слоя панели. По завершении волокна распределены в плите более однородно, в результате чего можно получать достаточно прочные панели без необходимости использования больших количеств армирующих волокон, как это уже известно из ранее разработанных технологий изготовления цементных панелей.
Более конкретно, в публикации патентной заявки США №2005/0064164, Dubey и др., раскрывается способ изготовления многослойных конструкционных цементных панелей, содержащий следующие стадии: (а) обеспечение движущегося полотна; (b) осаждение первого слоя свободно распределенных волокон; (с) осаждение на полотно слоя схватывающегося цементного теста; (d) осаждение второго слоя свободно распределенных волокон поверх слоя цементного теста; (е) внедрение второго слоя волокон в цементное тесто; (f) повторение стадий (с) и (d), пока не будет получено необходимое число слоев волокон и цементного теста в панели.
На фигуре 29 представлен схематический вид в вертикальном разрезе установки, предназначенной для осуществления способа, раскрытого в публикации патентной заявки США №2005/0064164, Dubey и др. На фигуре 29 представлена схематически производственная линия по производству конструкционных панелей, обозначенная в целом ссылочным номером 310. Производственная линия 310 содержит опорную раму или формовочный стол 312, установленный на опорах 313. На опорной раме 312 имеется движущий носитель 314, например бесконечная эластичная конвейерная лента с гладкой водонепроницаемой поверхностью, хотя могут использоваться и пористые поверхности. Как это хорошо известно в технике, опорная рама 312 может представлять собой по меньшей мере одну часть в форме стола на опорах 313. Опорная рама 312 также содержит главный приводной ролик 316 на дальнем конце 318 рамы и направляющий ролик 320 на ближнем конце 322 рамы. Кроме того, используется по меньшей мере одно направляющее и/или натяжное устройство 324 для поддержания необходимого натяжения и положения носителя 314 на роликах 316, 320.
Кроме того, в предпочтительном варианте на носитель 314 укладывается полотно 326 крафт-бумаги, прокладочной бумаги и/или другие известные в технике полотна поддерживающего материала, предназначенного для поддерживания цементного теста до его схватывания, для его защиты и/или предохранения от загрязнений. Однако панели, изготавливаемые на производственной линии 310, могут формироваться и непосредственно на носителе 314. В последнем случае используется по меньшей мере одно моющее устройство 328. Носитель 314 движется вокруг опорной рамы 312 с помощью двигателей, шкивов, ремней или цепей, которые осуществляют привод главного приводного ролика 316, как это известно в технике. Предполагается, что скорость носителя 314 может регулироваться в зависимости от конкретного применения.
В установке, схема которой приведена на фигуре 29, изготовление конструкционной цементной панели начинается осаждением слоя свободно распределенных нарезанных волокон 330 или слоя цементного теста на полотно 326. Преимущество первоначального осаждения волокон 330 перед осаждением первого слоя цементного теста заключается в том, что волокна будут внедрены возле внешней поверхности получаемой панели. В установке 310 могут использоваться различные устройства осаждения и нарезания волокон. Однако на фигуре 29 показана установка, в которой используется по меньшей мере одна стойка 331, удерживающая несколько бобин 332 с нитями стекловолокна, с которых они подаются в резательную станцию, также указываемую как резак 336.
В состав резака 336 входит вращающийся ролик 338, от которого отходят в радиальном направлении ножи 340, поперечно направлению движения носителя 314, причем ролик 338 находится в непосредственной близости от опорного вала 342 и взаимодействует с ним, так что они вращаются вместе. В предпочтительном варианте конструкции ролик 338 и опорный вал 342 расположены достаточно близко, так что вращение ролика 338 с ножами приводит к вращению и опорного вала 342, однако возможен и обратный вариант. Кроме того, опорный вал 342 предпочтительно покрывают упругим опорным материалом, на котором осуществляется резка нитей 334 на небольшие отрезки ножами 340. Расстояние между ножами 340 на ролике 338 определяет длину нарезанных волокон. Как можно видеть на фигуре 29, резак 336 размещен над носителем 314 возле ближнего конца 322 для максимального использования длины производственной линии 310. По мере того как нити 334 нарезаются, волокна 330 свободно падают на полотно 326 носителя.
После этого в станцию подачи цементного теста или подающий механизм 344 из бункера удаленной станции 347 перемешивания поступает цементное тесто 346. Однако процесс может начинаться и с первоначального осаждения на носитель 314 цементного теста. Цементное тесто предпочтительно состоит из портланд-цемента, гипса, инертного материала, воды, ускоряющих добавок, пластификаторов, пенообразователей, наполнителей и/или других ингредиентов, количества которых могут меняться и которые уже были указаны в настоящем описании и в вышеуказанных патентах, введенных ссылкой для изготовления КЦ-панелей. Относительные количества указанных ингредиентов могут варьироваться в зависимости от требуемых характеристик панелей, причем некоторые из указанных ингредиентов могут исключаться или могут добавляться другие ингредиенты.
Могут использоваться различные конструкции подающих механизмов 344, которые равномерно наносят цементное тесто на движущийся носитель 314. На фигуре 29 показан подающий механизм 344, которые содержит главный дозирующий ролик 348, установленный поперек направления движения носителя 314. Опорный ролик 350 расположен параллельно дозирующему ролику 348 достаточно близко к нему, так что между ними имеется небольшой зазор 352. Две боковые стенки 354 (фигура 30, показана одна стенка) выполнены из материала типа Teflon с низким коэффициентом трения, который предотвращает утечку цементного теста 346, заливаемого в зазор 352, по сторонам подающего механизма 344
Подающий механизм 344 обеспечивает осаждение ровного, сравнительно тонкого слоя цементного теста 346 на движущийся носитель 314 или полотно 326 носителя. Подходящая толщина слоя находится в диапазоне от примерно 0,05 дюйма до примерно 0,20 дюйма (0,127-0,508 см). Однако для четырех слоев, которые используются в предпочтительном варианте предлагаемой в настоящем изобретении КЦ-панели, и для подходящей стеновой панели толщиной примерно 0,5 дюйма (1,27 см) наиболее предпочтительной толщиной слоя цементного теста составляет примерно 0,125 дюйма (0,318 см).
Вышеуказанная толщина слоя цементного теста обеспечивается с использованием в подающем механизме 344 следующих конструктивных особенностей (см. фигуры 29, 30). Во-первых, для обеспечения однородного нанесения цементного теста 346 по всему полотну 326 тесто подается в подающий механизм 344 через рукав 356, находящийся в гидравлическом дозирующем устройстве 358 с тросовым приводом, которое осуществляет возвратно-поступательное движение в поперечном направлении, причем такие устройства хорошо известны в технике. Таким образом, цементное тесто, подаваемое из рукава 356, поступает в подающий механизм 344 при возвратно-поступательном движении в поперечном направлении и заполняет при этом резервуар 359, образованный роликами 348, 350 и боковыми стенками 354. Таким образом, вращение дозирующего ролика 348 вытягивает слой цементного теста 346 из резервуара 359.
Затем регулирование толщины слоя цементного теста 346, вытянутого из резервуара 359 подачи внешней поверхностью 362 главного дозирующего ролика 348, осуществляется с помощью ролика 360, размещенного немного выше и/или немного сзади, по ходу движения носителя, от вертикальной центральной линии главного дозирующего ролика 348. Кроме того, ролик 360 регулирования толщины слоя обеспечивает работу с цементным тестом, имеющим постоянно изменяющуюся вязкость. Главный дозирующий ролик 348, опорный ролик 350 и ролик 360 регулирования толщины слоя цементного теста вращаются по направлению "Т" движения носителя 314 и полотна 326 носителя, в результате чего минимизируются возможности преждевременного схватывания цементного теста на соответствующих внешних поверхностях. По мере того как цементное тесто на внешней поверхности 362 движется в направлении полотна 326 носителя, поперечная счищающая проволока 364, расположенная между главным дозирующим роликом 348 и полотном 326 носителя, предотвращает уход цементного теста 346 обратно через зазор 352 в резервуар 359 подачи, то есть обеспечивает подачу на полотно 326 всего цементного теста, вытягиваемого роликом 348. Счищающая проволока 364 также помогает предохранять главный дозирующий ролик 348 от схватывания на нем цементного теста и поддерживает сход с него сравнительно однородного слоя теста.
Вторая резательная станция или резак 366, предпочтительно аналогичная резаку 336, расположена после подающего устройства 344, по ходу носителя 314, для осаждения второго слоя волокон 368 на слой цементного теста 346. В варианте осуществления изобретения, представленном на фигуре 29, в резак 366 подаются нити 334 с той же стойки 331, с которой нити подаются в резак 336. Однако в зависимости от особенностей применения для каждого резака могут использоваться отдельные стойки 331.
На фигурах 29 и 31 показано устройство внедрения, обозначенное ссылочным номером 370, которое взаимодействует с цементным тестом 346 и движущимся носителем 314 производственной линии 310 для внедрения волокон 368 в цементное тесто 346. Хотя для этой цели могут использоваться различные устройства, в частности устройства вибрационного действия, однако в варианте, представленном на фигуре 31, используется устройство 370 внедрения, которое содержит два в целом параллельных вала 372, установленных поперек направления движения "Т" полотна 326 носителя на раме 312. Каждый вал 372 снабжен дисками 374 сравнительно большого диаметра, которые отделены друг от друга в аксиальном направлении дисками 376 малого диаметра.
В процессе изготовления КЦ-панелей валы 372 и диски 374, 376 вращаются вокруг продольной оси валов. Как это хорошо известно в технике, один из валов или оба валы могут быть снабжены силовым приводом, причем если силовым приводом снабжен только один вал, то второй вал может приводится во вращение с помощью ремней, цепей, зубчатых передач или других известных в технике силовых передач для обеспечения соответствующего направления и скорости приводимого вала. Валы 372 находятся рядом и предпочтительно параллельны, и диски 374, 376 одного вала 372 входят между соответствующими дисками 374, 376 другого вала 372, так что при вращении валов происходит "взбивание" цементного теста, в результате чего в него внедряются волокна 368, которые были осаждены ранее. Кроме того, поскольку диски 374, 376 находятся близко друг от друга и вращаются, то предотвращается отложение цементного теста 346 на дисках, и фактически происходит "самоочищение" дисков, в результате чего существенно сокращается время простоев производственной линии из-за образования комочков преждевременно затвердевшего теста.
Чередование дисков 374, 376 на валах 372 предусматривает близкое расположение противолежащих периферийных частей разделяющих дисков 376 малого диаметра и основных дисков 374 большого диаметра, что также способствует самоочищению дисков. Поскольку диски 374, 376 вращаются относительно друг друга, находясь в непосредственной близости (но предпочтительно в одном направлении), то затрудняется возможность задерживания в устройстве частиц цементного теста и их преждевременного схватывания. Два набора дисков 374, которые сдвинуты друг относительно друга в поперечном направлении, обеспечивают множественное разбиение ("замешивание") цементного теста 346, в результате чего волокна 368 еще в большей степени внедряются в цементное тесто 346.
После того как волокна 368 внедрены в цементное тесто, или после того как движущееся полотно 326 носителя минует устройство 370 внедрения, формирование первого слоя 377 на КЦ-панели завершено. В предпочтительном варианте осуществления изобретения высота или толщина первого слоя 377 находится примерно в диапазоне 0,05-0,20 дюйма (0,127-0,508 см). Было обнаружено, что такой диапазон обеспечивает необходимую прочность и жесткость, когда в КЦ-панели формируются несколько таких слоев. Однако могут использоваться и другие значения толщины слоя в зависимости от требуемых характеристик панели.
Для получения конструкционной цементной панели требуемой толщины необходимо нанести несколько слоев. Для этой цели над движущимся носителем 314 установлено второе устройство 378 подачи цементного теста, которое практически идентично подающему устройству 344 и предназначено для нанесения дополнительного слоя 380 цементного теста 346 на уже нанесенный слой 377.
Затем над рамой 312 устанавливается дополнительный резак 382, практически идентичный резакам 336 и 366 и предназначенный для нанесения третьего слоя волокон 384, подаваемых со стойки (не показана), устроенной и расположенной относительно рамы 312 так же, как и стойка 331. Волокна 384 наносятся на слой 380 цементного теста и внедряются с использованием второго устройства 386 внедрения. Второе устройство 386 внедрения имеет такую же конструкцию, как и устройство 370, однако оно установлено немного выше относительно движущегося полотна носителя 314, так чтобы не нарушать первый слой 377. Таким образом, создается второй слой 380 цементного теста с внедренными волокнами.
Таким образом, для каждого последующего слоя цементного теста и волокон на производственной линии 310 устанавливается дополнительная станция 344, 378, 402 подачи цементного теста, после каждой из которых устанавливаются резаки 336, 366, 382,404 и устройства 370,386,406 внедрения волокон соответственно (см. фигуру 29). В предпочтительном варианте осуществления изобретения для формирования КЦ-панели используются четыре полных слоя (см. например, панель 31 на фигуре 16). После нанесения четырех слоев схватываемого цементного теста с волокнами, как описано выше, для завершения верхней поверхности 396 панели предпочтительно используется формирующее устройство 394, установленное на раме 312. Такие формирующие устройства 394 известны в технике производства цементных панелей и обычно представляют собой подпружиненные или вибрирующие пластины, соответствующие высоте и форме многослойной панели для получения необходимых размеров.
Полученная панель содержит четыре слоя (см., например, слои 22, 24, 26, 28 панели 31 фигуры 16), которые при схватывании материала формируют сплошную массу, армированную волокнами. Если количество и размещение волокон в каждом слое регулируется и поддерживается в пределах некоторых требуемых параметров, как это описывается ниже, то будет практически невозможно разделить эти слои панели.
На этой стадии слои цементного теста начинают схватываться, и соответствующие панели отделяются друг от друга с помощью отрезного устройства 398, в качестве которого используется установка водоструйной резки (см. фигуру 29). Также и другие отрезные устройства, в том числе подвижные ножи, могут использоваться для выполнения этой операции, при условии, что они могут создавать острые углы панели из материала, указанного в описании. Отрезное устройство 398 расположено относительно производственной линии 310 и рамы 312 таким образом, чтобы получаемые панели имели требуемую длину, и их расположение может отличаться от показанного на фигуре 29. Поскольку скорость полотна носителя 314 сравнительно мала, то отрезное устройство 393 может быть установлено для отрезания перпендикулярно направлению движения полотна 314. Для повышенных скоростей полотна известна практика установки таких отрезных устройств под углом к направлению движения полотна 314. После отрезания отделенные панели 321 штабелируются для дальнейшей транспортировки, упаковки, хранения и/или отгрузки, как это хорошо известно в технике производства цементных панелей.
Проводился количественный анализ влияния числа слоев волокна и цементного теста, объемного содержания волокон в панели, толщины каждого слоя цементного теста и диаметра стекловолоконных нитей на эффективность использования волокон. В анализе использовались следующие обозначения параметров:
T
ν = полный объем композитного материала
s
ν = полный объем цементного теста панели
f
ν = полный объем волокон в панели
f,l
ν = полный объем волокон в одном слое
T,l
ν = полный объем композитного материала в одном слое
s,l
ν = полный объем цементного теста в одном слое
l
N = полное число слоев цементного теста; полный объем слоев волокон
f
V = полное объемное содержание волокон
f
d = эквивалентный диаметр отдельного пучка волокон
f
l = длина отдельного пучка волокон
t = толщина панели
l
t = полная толщина отдельного слоя, включая цементное тесто и волокна
s,l
t = толщина отдельного слоя цементного теста
= полное число волокон в слое волокон
= полная расчетная площадь поверхности волокон, содержащихся в слое волокон
= расчетная доля площади поверхности волокон в слое волокон.
Расчетная доля площади поверхности волокон,
l
f
Допустим, что панель составлена из равного числа слоев цементного теста и волокон. Пусть число этих слоев равно N, а объемное содержание волокон в панели равно V.
Таким образом, расчетная доля площади поверхности волокон, , слоя сети волокон, осажденных на четко выраженный слой цементного теста, выражается следующим математическим выражением:
f
f
l
s,l
где V - объемная доля волокон во всей панели, t - полная толщина панели, d -диаметр пучка волокон, N - полное число слоев волокон и t - толщина четко выраженного слоя цементного теста.
Соответственно для получения хорошей эффективности внедрения волокон доля площади поверхности волокон в целевой функции должна быть ниже некоторой критической величины. Примечательно, что путем изменения одной или нескольких переменных в уравнении можно подгонять долю площади поверхности волокон для получения хорошей эффективности внедрения волокон.
Определяются различные переменные, которые влияют на величину расчетной доли площади поверхности волокон, и были предложены способы подгонки "расчетной доли площади поверхности волокон" для получения хорошей эффективности внедрения волокон. Эти способы включают изменение одного или нескольких следующих переменных для удерживания расчетной доли площади поверхности волокон ниже критического порогового значения: число четко выраженных слоев волокон и цементного теста, толщина четко выраженных слоев цементного теста и диаметр пучков волокон.
На основании этого фундаментального подхода было найдено, что предпочтительные величины расчетной доли площади поверхности волокон, , должны быть следующими:
Предпочтительная расчетная доля площади поверхности волокон
Наиболее предпочтительная расчетная доля площади поверхности волокон, ,
f
Для расчетной доли объема волокон панели, V, получение вышеуказанных предпочтительных величин расчетной доли площади поверхности волокон может быть возможным за счет подгонки одной или нескольких переменных: полного числа четко различимых слоев волокон, толщина четко различимых слоев цементного теста и диаметра пучков волокон. В частности, требуемые диапазоны для этих переменных, которые обеспечивают предпочтительные величины расчетной доли площади поверхности волокон, следующие.
s,l
Толщина четко выраженных слоев цементного теста в многослойных КЦ-панелях, t
s,l
Предпочтительная толщина четко выраженных слоев цементного теста t≤0,20 дюйма (5,1 мм)
s,l
Более предпочтительная толщина четко выраженных слоев цементного теста, t ≤ 0,12 дюйма (3,0 мм)
s,l
Наиболее предпочтительная толщина четко выраженных слоев цементного теста, t ≤ 0,08 дюйма (2,0 мм)
l
Число четко выраженных слоев волокон в многослойных КЦ-панелях, N
l
Предпочтительное число четко выраженных слоев волокон N≥4
l
Наиболее предпочтительное число четко выраженных слоев волокон N≥6
f
Диаметр пучка волокон d
f
Предпочтительный диаметр пучка волокон d≥30 текс
f
Наиболее предпочтительный диаметр пучка волокон d≥70 текс
При использовании панелей в качестве несущей опорной поверхности для перекрытия пола они предпочтительно должны снабжаться элементами соединения "шип - паз", что может быть выполнено формированием краев панели при отливке или перед использованием путем вырезания шипа и паза с помощью фасонной фрезы. Предпочтительно шип и паз должны иметь наклонные боковые поверхности, как показано, например, на фигуре 12А, поскольку при этом облегчается установка предлагаемых в изобретении панелей.
ХАРАКТЕРИСТИКИ
Предлагаемая в настоящем изобретении конструкция, содержащая металлический каркас и КЦ-панели, предпочтительно имеет одну или несколько характеристик, указанных в Таблицах 2А-2D. Если не указано иное, характеристики даются для КЦ-панели толщиной 1/2 дюйма (12,7 мм).
Таблица 2А
Физические характеристики
Методика испытаний ASTM
Единицы
Предпочтительное заданное значение
Типичный диапазон
Примечания
Огнестойкость
Е-136
Потеря массы
≤50%
≤50%
Из ч. 8, Е-136
Рост температуры
≤54°F
≤54°F
Из ч. 8, Е-136
30 секунд
Не воспламеняется
Не воспламеняется
Из ч. 8, Е-136
Стойкость к действию воды:
Изгибная прочность покрытия
Сухая
С-947
psi
≥1800
1400-3500
Влажная
С-947
psi
≥1650
1300-3000
АМОЕ покрытия
Сухая
ksi
≥700
600-1000
Влажная
ksi
≥600
550-950
Вытягивание винта
(размер винта: проволока #8, длина 1 5/8" с головкой 0,25", миним.)
Панель толщиной 1/2" - сухая
D-1761
фунты
352
250-450
Экв. S-4 (АРА)
Панель толщиной 1/2"-влажная
D-1761
фунты
293
200-400
Усилие в % для КЦ-панели относит. OSB - 82%; % усилия для КЦ-панели относит. многослойной фанеры - 80%
Панель толщиной 3/4" - сухая
D-1761
фунты
522
450-600
Экв. S-4 (АРА)
Панель толщиной 3/4"-влажная
D-1761
фунты
478
450-550
Усилие в % для КЦ-панели относит. OSB - 82%; усилие в % для КЦ-панели относит. многослойной фанеры - 80%
Таблица 2В
Физические характеристики
Методика испытаний ASTM
Единицы
Предпочтительное заданное значение
Типичный диапазон
Примечания
Сопротивление винта боковой нагрузке
Размер винта: проволока #8, длина l 5/8" с головкой 0,25", миним.
Панель толщиной 1/2" - сухая
D-1761
фунты
445
350-550
Экв. S-4 (АРА)
Панель толщиной 1/2" - влажная
D-1761
фунты
558
400-650
Усилие в % для КЦ-панели относит. OSB - 73%; усилие в % для КЦ-панели относит. многослойной фанеры - 82%
Панель толщиной 3/4" - сухая
D-1761
фунты
414
400-500
Экв. S-4 (АРА)
Панель толщиной 3/4" - влажная
D-1761
фунты
481
400-500
Усилие в % для КЦ-панели относит. OSB - 73%; усилие в % для КЦ-панели относит. многослойной фанеры - 82%
Статическая и ударная прочность КЦ-панель толщиной 3/4")
Предельная
Статическая
Е-661
фунты
1286
1000-1500
S-1 (АРА); 16" между центрами, ≥550 фунтов
Последующий удар
Е-661
фунты
2206
1500-3000
S-1 (АРА); 16" между центрами, ≥400 фунтов
Отклонение при нагрузке 200 фунтов
Статическая
Е-661
дюймы
0,014
0,010-0,060
S-1 (АРА); 16" между центрами, 0,078"
Последующий удар
Е-661
дюймы
0,038
0,020-0,070
S-1 (АРА); 16" между центрами, 0,078"
Равномерная нагрузка
Панель толщиной 3/4" - сухая
фунт/фут<sup>2</sup>
330
300-450
16" между центрами, ≥330 фунт/фут<sup>2</sup>
Линейное расширение
Панель 1/2"-3/4"
Р-1 (АРА)
%
≤0,1
≤0,1
Требование Р-1 (АРА) -≤0,5%
Таблица 2С
Физические характеристики
Методика испытаний ASTM
Единицы
Предпочтительное заданное значение
Типичный диапазон
Примечания
Поглощение воды
Панель толщиной 1/2"
PRP-108 (АРА)
%
11,8
7-15
Поглощение воды КЦ-панелью в % относит. OSB толщиной 1/2" - 51,5%; поглощение воды КЦ-панелью в % относит. многослойной фанеры толщиной 1/2"-46,2%
Панель толщиной 3/4"
PRP-108 (АРА)
%
10,8
7-15
Поглощение воды КЦ-панелью в % относит. OSB - 51,3%; поглощение воды КЦ-панелью в % относит. многослойной фанеры - 48,1%
Увеличение толщины (вспучивание)
Панель толщиной 1/2"
PRP-108 (АРА)
%
2,3
1-5
Поглощение воды КЦ-панелью в % относит. OSB толщиной 1/2" - 22,2%; поглощение воды КЦ-панелью в % относит. многослойной фанеры толщиной 1/2"-7,8%
Панель толщиной 3/4"
PRP-108 (АРА)
%
2,4
1-5
Поглощение воды КЦ-панелью в % относит. OSB - 22,2%; поглощение воды КЦ-панелью в % относит. многослойной фанеры - 7,8%
Стойкость к плесени и к бактериям
Панель 1/2"-3/4"
G-21
0
0-1
OSB и многослойная фанера - съедобны
Панель 1/2"-3/4"
D-3273
10
10
OSB и многослойная фанера - съедобны
Стойкость к термитам
Панель 1/2"-3/4"
Несъедобна
Несъедобна
Таблица 2D
Физические характеристики
Методика испытаний ASTM
Единицы
Предпочтительное заданное значение
Типичный диапазон
Примечания
Расчетная прочность КЦ-перегородки на горизонтальный сдвиг
Панель толщиной 3/4", каркас - 10'×20'
Е-455
фунт/фут
487,2
300-1000В большинстве случаев - 400-800
Характеристика относится к свойствам панели, ширине и расстоянию между балками, шагу точек крепления и их типу.
Огнестойкость конструкции
КЦ-панель толщиной 5/8" - 3/4" на одной стороне металлического каркаса
Е-119
Время
1 ч 10 мин
1-1,5 ч
Стойка шириной 4", расстояние между центрами - 24", войлочная изоляция, 1 слой, гипсовая плита FIRECODE толщиной 5/8", USG.
КЦ-панель толщиной 3/4" на одной стороне металлического каркаса
Е-119
Время
2 ч 9 мин
2 ч
Балка шириной 10", расстояние между центрами - 24", войлочная изоляция, 1 слой, гипсовая плита FIRECODE толщиной 5/8", USG.
Расчетная прочность на горизонтальный сдвиг в Таблице 2D указывается для запаса прочности, равного 3.
При испытании конструкции, состоящей из КЦ-панелей толщиной 3/8-3/4 дюйма (9-19 мм), например 1/2 дюйма (12,5 мм), закрепленных с помощью механических или клеевых соединений на металлическом каркасе, в соответствии с методикой ASTM E-72 был получен номинальный предел прочности стенки на сдвиг от 200 до 1200, или от 400 до 1200, или от 800 до 1200 фунтов на линейный фут (928-1786, или 595-1786, или 1190-1786 кг на линейный метр).
При испытаниях типовых панелей толщиной 3/4 дюйма (19 мм) в соответствии с методиками ASTM E661 и АРА S-1 при расстоянии между опорами 16 дюймов (406,4 мм) была получена предельная нагрузка не менее 550 фунтов (250 кг) при статическом нагружении, предельная нагрузка не менее 400 фунтов (182 кг) при ударном воздействии и отклонение менее 0,078 дюйма (1,98 мм) при статическом нагружении и ударном воздействии нагрузкой 200 фунтов (90,9 кг).
3
3
3
3
3
3
После отверждения в течение 28 дней изгибная прочность КЦ-панели толщиной 0,75 дюймов (1,9 см), имеющей плотность в сухом состоянии от 65 фунт/фут до 90 фунт/фут (1,04-1,44 г/см) или от 65 фунт/фут до 95 фунт/фут (1,04-1,52 г/см), после выдерживания в воде в течение 48 часов должна быть по меньшей мере 1000 psi (7 МПа), например по меньшей мере 1300 psi (9 МПа), предпочтительно по меньшей мере 1650 psi (11,4 МПа), более предпочтительно по меньшей мере 1700 psi (11,7 МПа) при измерении в соответствии с методикой ASTM C947. Панель должна сохранять по меньшей мере 75% своей прочности, измеренной в сухом состоянии.
Обычно конструкция перекрытия пола из КЦ-панелсй имеет более высокую удельную жесткость по сравнению с конструкцией пола, состоящей из решетчатых балок, металлического перекрытия и заливного или выложенного из готовых элементов бетонного настила с верхней плитой на несущих стенах. Кроме того, обычно предлагаемая в настоящем изобретении конструкция обеспечивает более высокую удельную жесткость по сравнению с конструкциями деревянных полов.
Обычно несущая способность конструкции перегородки, работающей на горизонтальный сдвиг, не должна снижаться более чем на 25%, предпочтительно более чем на 20%, при действии воды в испытаниях, когда над КЦ-панелью толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленной к металлическому каркасу размерами 10 х 20 футов (3,05×6,1 м), в течение 24 часов поддерживается столб воды 2 дюйма (5,1 см).
2
2
Обычно конструкция не должна поглощать более 0,7 фунт/фут (3,4 кг/м) воды при действии воды в испытаниях, когда над КЦ-панелями толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленными к металлическому каркасу размерами 10×20 футов (3,05×6,1 м), в течение 24 часов поддерживается столб воды 2 дюйма (5,1 см).
Обычно конструкция в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, представляющая собой перекрытие толщиной 3/4 дюйма (1,9 см) и размерами 10×20 футов (3,05×6,1 м) из КЦ-панелей, прикрепленных к металлическому каркасу размерами 10×20 футов (3,05×6,1 м), не должна разбухать более чем на 5% при действии воды в испытаниях, когда над КЦ-панелями, прикрепленными к металлическому каркасу, в течение 24 часов поддерживается столб воды 2 дюйма (5,1 см).
Обычно каждый компонент предлагаемой в настоящем изобретении конструкции отвечает требованиям стандарта ASTM G-21, в испытаниях по которому конструкция получает оценку порядка 1, и требованиям стандарта ASTM D-3273, в испытаниях по которому конструкция получает оценку порядка 10. Кроме того, обычно для предлагаемой в настоящем изобретении конструкции, когда она находится в чистом состоянии, скорость роста бактерий практически равна нулю. Кроме того, обычно предлагаемая в настоящем изобретении конструкция несъедобна для термитов.
Благодаря своей прочности и легкости эта предлагаемая в настоящем изобретении конструкция, состоящая из КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см) на металлическом каркасе в качестве горизонтального перекрытия, обеспечивает эффективное использование объема здания для заданной площади основания, в результате чего обеспечивается максимум объема здания для заданной площади основания. Легкость конструкции позволяет ослабить проблему "мертвого груза", актуальную для фахверковых/цементных конструкций. Меньший мертвый груз позволяет возводить конструкции сравнимых размеров на менее устойчивом грунте. Более того, может использоваться ненаправленная конструкция, в которой длинные стороны панелей конструкции могут быть параллельны или перпендикулярны металлическим балкам каркаса, и при этом не ухудшаются прочностные или нагрузочные характеристики. Таким образом, способность конструкции успешно выдерживать собственный и полезный вес не меняется в зависимости от ориентации КЦ-панелей в металлическом каркасе. Кроме того, потенциальным достоинством предлагаемой в настоящем изобретении конструкции является ее повышенная прочность на сжатие. Это достоинство существенно для зданий, в которых стены опираются на части конструкции, например на периметр пола, сформированного панелями. По мере увеличения этажности вес дополнительных этажей может создавать очень большие сжимающие нагрузки на панели нижнего перекрытия.
Неожиданным достоинством настоящего изобретения оказались хорошие характеристики эксплуатации в условиях холодного климата. Традиционные цементные панели могут разрушаться в условиях холодного климата. Таким образом, установка таких панелей в зоне холодного климата потребует их тщательной обработки строительными рабочими. Однако предлагаемые в настоящем изобретении КЦ-панели, установленные на металлическом каркасе пола, могут выдерживать без растрескивания температуры внешней среды ниже 32°F (0°C) или даже ниже 20°F (-7,5°С). Это очень существенное достоинство, поскольку облегчается строительство в зонах суровых климатических условий зимой, в результате чего повышается производительность выполнения строительных работ. Предлагаемые в настоящем изобретении КЦ-панели могут устанавливаться для эксплуатации при таких низких температурах после выполнения обычной грубой обработки в процессе установки. Например, для указанных низких температур установка КЦ-панелей может включать стадию сбрасывания панели на металлические элементы конструкции пола, например на балки, так что по меньшей мере один конец панели может падать свободно без растрескивания по меньшей мере с высоты 2 фута (61 см), обычно по меньшей мере с высоты 3 фута (91 см), например с высоты 3-6 футов (91-183 см). Это может произойти, например, когда один конец панели помещают на один или несколько металлических элементов конструкции пола, и после этого противолежащий конец освобождается, в результате чего он свободно опускается на один или несколько металлических элементов пола.
ПРИМЕРЫ
В Примерах 1-5 проводились испытания (тесты) в отношении огнестойкости на сравнительном конструкционном перекрытии в лабораторной горизонтальной печи. В испытаниях участвовали пять образцов: конструкционная цементная панель (КЦ-панель) толщиной 1/2 дюйма (13 мм) в соответствии с настоящим изобретением, панель VIROC толщиной 3/4 дюйма (19 мм), панель NOVATECH (также КЦ-панель) толщиной 1/2 дюйма (13 мм), многослойная фанера (сорт А-С) толщиной 15/32 дюйма (12 мм) и плита с ориентированной длинноразмерной стружкой (OSB) толщиной 31/64 дюйма (12 мм), в качестве частей сборных узлов размерами 4х4 фута (1,2×1,2 м).
Каждый сборный узел содержал металлический каркас, CR-балки 358 размера 20 и ST-стойки 358, установленные с шагом 24 дюйма (61 см). В каждом из пяти испытаний испытательный материал наносился на поверхность, подвергаемую воздействию огня, и один слой шпатлевки SHEETROCK компании USG на гипсокартонном листе FIRECODE Type SCX толщиной 5/8 дюйма (16 мм) на поверхность, не подвергаемую воздействию огня. Материал на поверхности, подвергаемой воздействию, наносился перпендикулярно стойкам с соединением в середине пролета всего сборного узла. В двух полостях в нижней части панели, подвергаемой воздействию, и на поверхности, не подвергаемой воздействию, размещались термодатчики для сравнения температур сборных узлов. Температура печи регулировалась в соответствии с графиком изменения температуры во времени, приведенным в ASTM E119. В течение всего эксперимента выполнялись измерения температуры испытательного материала и поверхности, не подвергаемой действию огня. В течение эксперимента проводились наблюдения поверхности, подвергаемой действию огня, для оценки ее состояния, для измерений термопар в качестве пределов допустимых отклонений и окружающей среды ASTM E119, равные 250°F (136°C) для среднего значения и 325°F (183°C) для отдельных измерений. Целью испытаний было получение сравнительных данных в отношении огнестойкости испытываемых материалов. Испытания не предназначались для оценки огнестойкости всей конструкции.
Состав КЦ-панелей, используемых в испытаниях, проводимых в лабораторной горизонтальной печи, приведен в Таблице 2Е.
Таблица 2Е
Смесь реакционноспособных порошков
Ингредиент
Содержание (% вес.)
Портланд-цемент
29
Альфа-полугидрат сульфата кальция
58
Тонкий кремнеземный порошок
12
Известь
1
Композиция КЦ-панели
Ингредиент
Содержание (% вес.)
Портланд-цемент
12,3
Альфа-полугидрат сульфата кальция
24,7
Тонкий кремнеземный порошок
5,1
Известь
0,4
Керамические микросферы
26,4
Супсрпластификатор
1,9
Вода
21,9
Стекловолокно, стойкое к действию щелочей
7,2
1. Содержание в % вес. соответствует содержанию 3,06% об. стекловолокна в композиции. Длина стеклянных волокон, используемых в испытаниях в лабораторной горизонтальной печи, составляла 40 мм.
Результаты испытаний пяти образцов приведены в Таблице 3. Средние (А) и отдельные измерения даются в минутах, когда превышаются предельные значения по температуре для каждого испытания (теста). Плита из КЦ-панелей имеет состав панели в соответствии с настоящим изобретением.
Пример 1
Конструкция образца
Размер: 48×48 5/8 дюймов (122×124 см)
Стойки: 358 ST, размер 20 Разнесение: 24 дюйма (61 см) по центру
Балки: 358 CR, размер 20; полость: имеется
Внешнее покрытие: однослойная конструкционная цементная панель толщиной 1/2 дюйма (13 мм) компании USG (сторона, подвергаемая действию огня); однослойная панель SHEETROCK FTRECODE (тип X) толщиной 5/8 дюймов (16 мм) (сторона, не подвергаемая действию огня)
В Таблице 4 указаны плиты, использованные в этом примере в качестве испытательных материалов. Плиты подвергались нагреву, как указано в Таблице 5. Результаты наблюдений такого нагрева представлены в Таблице 6.
Таблица 4.
Пример 1 - испытательные материалы
КЦ-панель 1/2"×48"×96" (1,3×122×244 см)
Стеновая плита SHEETROCK@ 5/8"×48"×120" (1,6×122×305 см), тип С
Фунт/1000 фут<sup>2</sup>
2736
2290
Средняя толщина плиты, дюймы (мм)
0,528(13,4)
0,620 (15,7)
Средняя плотность, фунт/фут<sup>3</sup> (г/см<sup>3</sup>)
62,128 (0,995)
44,332 (0,710)
Средний вес панели, фунты (кг)
22,46(10,19)
37,13 (16,84)
Таблица 5.
Пример 1 - информация о температуре
Среднее значение
Отдельное значение
Поверхность, не подвергаемая действию огня Предельные значения температурыВнешняя - 79°F (29°С)
324°F (182°С)
399°F (229°C)
Поверхность, не подвергаемая действию огня Достижение температурой предельного значения
46:05 (мин:сек)
ТС #4 в 46:16 (мин:сек)
Окончательная оценкаПредельные значения температурыВнешняя - 79°F (29°C)
323°F (182°С)
398°F (229°C)
Окончательная оценкаДостижение температурой предельного значения
9:24 (мин:сек)
ТС #8 в 10:05 (мин:сек)
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ИСПЫТАНИЯ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ: 70 МИН 0 СЕК. ЗАВЕРШЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ: Плиты не отвалились.
Таблица 6.
Пример 1 - наблюдения
Время (мин:сек)
Давление в печи
Наблюдения
4:00
+0,10
Плита, подвергаемая действию огня, становится светло-коричневой.
12:00
+0,07
Из поверхности, не подвергаемой действию огня, начинает выходить дым и пар.
18:00
+0,08
Величина зазора в стыковом соединении составляет 1/16", макс. (визуальная оценка). Увеличилось количество дыма и пара, выходящих из поверхности, не подвергаемой действию огня.
22:00
+0,08
Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит очень густой дым и пар. Плита, подвергаемая действию огня, выглядит нормально и находится на своем месте.
30:00
+0,06
Величина зазора в стыковом соединении составляет 1/8", макс. (визуальная оценка).
33:00
+0,08
Прогиб панели между стойками составляет 1/8"-1/4", макс. (визуальная оценка).
38:00
+0,07
Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит легкий дым и пары.
41:00
+0,10
Прогиб панели между стойками составляет 1/8"-1/4", макс. (визуальная оценка).
48:00
+0,07
Величина зазора в стыковом соединении составляет 3/16"-1/4", макс. (визуальная оценка).
51:00
+0,08
Прогиб плиты между стойками составляет 1/2", макс. (визуальная оценка).
53:00
+0,09
Слышится отчетливый звук горящей бумаги на поверхности, не подвергаемой действию огня.
63:00
+0,08
Прогиб панели между стойками составляет 1/2"-5/8", макс. (визуальная оценка).
70:00
Испытание закончено. Плиты не отвалились.
Пример 2
Конструкция образца
Размер: 48×48 5/8 дюйма (122×124 см)
Стойки: 358 ST, размер 20 Разнесение: 24 дюйма (61 см) по центру
Балки: 358 CR, размер 20; полость: имеется
Внешнее покрытие: однослойная плита VIROC толщиной 3/4 дюйма (19 мм) (сторона, подвергаемая действию огня); однослойная панель SHEETROCK FIRECODE (тип X) толщиной 5/8 дюймов (16 мм) (сторона, не подвергаемая действию огня)
В Таблице 7 указаны плиты, использованные в этом примере в качестве испытательных материалов. Плиты подвергались нагреву, как указано в Таблице 8. Результаты наблюдений такого нагрева представлены в Таблице 9.
Таблица 7.
Пример 2 - испытательные материалы
Плита VIROC 3/4" ×48"×48 5/8" (1,3×122×124 см)
Стеновая плита SHEETROCK@ 5/8"× 48"×120" (1,6×122×305 см), тип Х
Фунт/1000 фут<sup>2</sup>
-
2290
Средняя толщина панели, дюймы (мм)
0,760 (19)
0,620 (15,7)
Средняя плотность, фунт/фут<sup>3</sup> (г/см<sup>3</sup>)
83,00 (1,33)
44,344 (0,710)
Средний вес панели, фунты (кг)
22,46 (10,19)
37,13 (16,84)
Таблица 8.
Пример 2 - информация о температуре
Среднее значение
Отдельное значение
Поверхность, не подвергаемая действию огняПредельные значения температурыВнешняя - 73°F (26°С)
323°F (182°С)
398°F (229°С)
Поверхность, не подвергаемая действию огняДостижение температурой предельного значения
48:42 (мин:сек)
ТС #4 в 47:49 (мин:сек)
Окончательная оценкаПредельные значения температурыВнешняя - 79°F(29°C)
325°F (183°С)
400°F (230°C)
Окончательная оценкаДостижение температурой предельного значения
19:16 (мин:сек)
ТС #8 в 21:52 (мин:сек)
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ИСПЫТАНИЯ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ: 60 МИН 0 СЕК. ЗАВЕРШЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ: Плиты не отвалились.
Таблица 9.
Пример 2 - наблюдения
Время (мин:сек)
Давление в печи
Наблюдения
2:30
+0,08
Из стыкового соединения идет дым, соединение темно-коричневого цвета. Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит дым.
6:00
+0,08
Плита, подвергаемая действию огня, обуглилась и почернела. Зазор в стыковом соединении составляет 1/8", макс. (визуальная оценка). Трещины в плите по ее западному периметру у центральной стойки.
9:00
+0,08
По всей поверхности плиты, подвергаемой действию огня, появляется пламя. Величина зазора в стыковом соединении составляет 3/16"-1/4", макс. (визуальная оценка). Прогиб плиты составляет 1/4"-3/8", макс. (визуальная оценка).
12:30
+0,08
Прогиб плиты составляет 1/2"-3/4", макс. (визуальная оценка). Величина зазора в стыковом соединении составляет 1/2", макс. (визуальная оценка) и происходит отслаивание. Поверхность продолжает гореть (небольшое пламя).
18:00
+0,08
Плита продолжает гореть по всей поверхности. Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит дым и пар.
19:30
+0,08
Размер зазора в стыковом соединении составляет 1", макс. (визуальная оценка), отслаивание продолжается. Прогиб плиты составляет 11/2", макс. (визуальная оценка). Плита, подвергнутая действию огня, продолжает гореть.
24:00
+0,08
Отверстие в стыковом соединении составляет 11/2"-2", макс. (визуальная оценка). На западной плите появилась трещина по центру у стойки. Винты крепления центральной плиты вышли из центральной стойки.
29:00
+0,08
Ширина трещины в центре западной плиты составляет 1/2", макс. (визуальная оценка). Прогиб плиты составляет 2 1/2"-3", макс. (визуальная оценка). Плита продолжает гореть. Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит дым и пар.
34:00
+0,07
Прогиб плиты составляет 4", макс. (визуальная оценка). В восточной плите трещина в центре у стойки.
40:00
+0,08
Прогиб западной плиты в направлении огня составляет 5", макс. (визуальная оценка). Размер трещины в восточной плите составляет 5/8", макс. (визуальная оценка). Плита продолжает гореть.
43:00
+0,08
Размеры зоны отслаивания образца плиты в направлении огня составляет 5"-6", макс. (визуальная оценка). Из-за отслаивания плиты становится видной полость в образце.
50:00
+0,0
Прогиб плиты в направлении огня составляет 6"-7", макс. (визуальная оценка), продолжается отслаивание в направлении огня. величина зазора в стыковом соединении составляет 3", макс. (визуальная оценка). Размеры трещин по центру восточной и западной плит составляют 11/2", макс. (визуальная оценка).
60:00
Испытание закончено. Плиты не отвалились.
Пример 3
Конструкция образца
Размер: 48×48 5/8 дюйма (122×124 см)
Стойки: 358 ST, размер 20 Разнесение: 24 дюйма (61 см) по центру
Балки: 358 CR, размер 20; полость: имеется
Внешнее покрытие: однослойная плита NovaTech толщиной 1/2 дюйма (13 мм) (сторона, подвергаемая действию огня); однослойная панель SHEETROCK FIRECODE (тип X) толщиной 5/8 дюймов (16 мм) (сторона, не подвергаемая действию огня)
В Таблице 10 указаны плиты, использованные в этом примере в качестве испытательных материалов. Плиты подвергались нагреву, как указано в Таблице 11. Результаты наблюдений такого нагрева представлены в Таблице 12.
Таблица 10.
Пример 3 - испытательные материалы
Плита NovaTech 3/4"×48"×48 5/8" (1,3×122×124 см)
Стеновая панель SHEETROCK, 5/8"× 48"×120" (1,6×122×305 см), тип Х
Фунт/1000 фут<sup>2</sup>
3163
2298
Средняя толщина плиты, дюймы (мм)
0,531 (13)
0,620 (15,7)
Средняя плотность, фунт/фут<sup>3</sup> (г/см<sup>3</sup>)
71,544 (1,15)
44,517 (0,713)
Средний вес панели, фунты (кг)
25,90 (11,75)
37,25 (16,9)
Таблица 11.
Пример 3 - информация о температуре
Среднее значение
Отдельное значение
Поверхность, не подвергаемая действию огняПредельные значения температурыВнешняя - 74Т (26°С)
324°F (182°C)
399°F (229°C)
Поверхность, не подвергаемая действию огняДостижение температурой предельного значения
46:42 (мин:сек)
ТС #2 в 47:13 (мин:сек)
Окончательная оценкаПредельные значения температурыВнешняя - 76°F (27°С)
326°F (183°C)
401°F (231°С)
Окончательная оценкаДостижение температурой предельного значения
12:52 (мин:сек)
ТС #8 в 13:27 (мин:сек)
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ИСПЫТАНИЯ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ: 70 МИН, 0 СЕК. ЗАВЕРШЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ: отслоение плит, плиты не отвалились
Таблица 12.
Пример 3 - наблюдения
Время (мин:сек)
Давление в печи
Наблюдения
2:30
+0,07
Южная половина западной плиты, подвергаемой действию огня, расслоилась и отвалилась. 1/4" толщины плиты у холодного соединения еще на месте (визуальная оценка). На остающейся части плиты видны стеклянные волокна.
8:00
+0,07
Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит легкий дым и пар.
18:00
+0,08
Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит больше дыма и пара. У винтов центральной стойки появилось больше трещин.
24:00
+0,07
Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит густой дым и пар. Величина зазора в стыковом соединении составляет 3/16"-1/4", макс. (визуальная оценка). Северо-восточный угол плиты расслоился в направлении печи, и зона расслоения составила 1/4", макс. (визуальная оценка). Толщина плиты уменьшилась.
32:00
+0,07
Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит меньше дыма и пара.
35:00
+0,07
Величина зазора в стыковом соединении составляет 3/8", макс. (визуальная оценка).
37:00
+0,08
Возле угла северо-восточной плиты выпал кусок размерами 1/4"×12"×24" (визуальная оценка).
45:30
+0,08
Очень светлый дым и пар выходит из поверхности, не подвергаемой действию огня. Прогиб панели, подвергаемой действию огня, составляет 1/2"-5/8", макс. (визуальная оценка).
53:00
+0,07
Величина зазора в стыковом соединении составляет 3/8"-1/2", макс. (визуальная оценка).
57:00
+0,08
Стеновая плита, не подвергаемая действию огня, становится коричневой возле стыкового соединения. Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит еле видный дым и пар.
61:00
+0,07
Прогиб панели составляет 1"-11/2", макс. (визуальная оценка).
63:00
+0,10
На юго-восточной части плиты начали появляться волосные трещины.
65:00
+0,09
Величина зазора в стыковом соединении составляет 1/2", макс.(визуальная оценка).
67:00
+0,10
Расслоение в северо-восточной части плиты, подвергаемой действию огня, увеличивается. Общее расслоение плиты составляет 15% (визуальная оценка).
70:00
Испытание закончено. Некоторое расслоение плит. Плиты не отвалились.
Пример 4
Конструкция образца
Размер: 48×48 5/8 дюйма (122×124 см)
Стойки: 358 ST, размер 20 Разнесение: 24 дюйма (61 см) по центру
Балки: 358 CR, размер 20; полость: имеется
Внешнее покрытие: однослойная плита из многослойной фанеры толщиной 15/32 дюйма (12 мм) (сторона, подвергаемая действию огня); однослойная панель SHEETROCK FIRECODE (тип X) толщиной 5/8 дюймов (16 мм) (сторона, не подвергаемая действию огня)
В Таблице 13 указаны плиты, использованные в этом примере в качестве испытательных материалов. Плиты подвергались нагреву, как указано в Таблице 14. Результаты наблюдений такого нагрева представлены в Таблице 15.
Таблица 13.
Пример 4 - испытательные материалы
Плита из многослойной фанеры 15/32"×48"×48 5/8" (1,2×122×124 см)
Стеновая плита SHEETROCK 5/8"× 48"×120" (1,6×122×305 см), тип Х
Фунт/1000 фут<sup>2</sup>
1644
2283
Средняя толщина плиты, дюймы (мм)
0,499 (12,6)
0,619 (16)
Средняя плотность, фунт/фут<sup>3</sup> (г/см<sup>3</sup>)
39,544 (0,633)
44,242 (0,709)
Средний вес панели, фунты (кг)
52,50 (28,8)
37,00 (16,78)
Таблица 14.
Пример 4 - информация о температуре
Среднее значение
Отдельное значение
Поверхность, не подвергаемая действию огняПредельные значения температурыВнешняя - 73°F (26°C)
323°F (182°C)
398°F (229°C)
Поверхность, не подвергаемая действию огняДостижение температурой предельного значения
23:42 (мин:сек)
ТС#3 в 23:31 (мин:сек)
Окончательная оценкаПредельные значения температуры Внешняя - 76°F (27°С)
325°F (183°C)
400°F (230°C)
Окончательная оценкаДостижение температурой предельного значения
06:40 (мин:сек)
ТС #7 в 07:10 (мин:сек)
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ИСПЫТАНИЯ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ: 32 МИН 0 СЕК. ЗАВЕРШЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ: Отваливание плиты
Таблица 15.
Пример 4 - наблюдения
Время (мин:сек)
Давление в печи
Наблюдения
0:30
+0,06
Плиты, подвергаемые действию огня, почернели; поверхность обуглилась.
2:00
+0,04
Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит густой дым.
4:00
+0,08
Плиты, подвергаемые действию огня, горят. Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит очень густой дым.
6:00
+0,08
Величина зазора в стыковом соединении составляет 1/4", макс. (визуальная оценка).
8:00
+0,08
Через смотровые окошки печи можно видеть интенсивное пламя. Образца не видно.
9:00
+0,07
1/2" многослойной фанеры, подвергаемой действию огня, отвалилось. Открылась полость.
14:00
+0,08
Из поверхности, не подвергаемой действию огня, продолжает выходить очень густой дым и пар.
19:00
+0,08
Через открытую полость можно видеть волосные трещины на поверхности стеновой плиты, подвергаемой действию огня.
28:00
+0,07
Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит меньше дыма и пара. Поверхность стеновой плиты, не подвергаемая действию огня, стала коричневой.
32:00
Испытание закончено. Плита отвалилась.
Пример 5
Конструкция образца
Размер: 48×48 5/8 дюйма (122×124 см)
Стойки: 358 ST, размер 20 Разнесение: 24 дюйма (61 см) по центру
Балки: 358 CR, размер 20; полость: имеется
Внешнее покрытие: однослойная плита с ориентированной длинноразмерной стружкой (OSB) толщиной 31/64 дюйма (12 мм) (сторона, подвергаемая действию огня); однослойная панель SHEETROCK FIRECODE (тип X) толщиной 5/8 дюймов (16 мм) (сторона, не подвергаемая действию огня)
В Таблице 16 указаны плиты, использованные в этом примере в качестве испытательных материалов. Плиты подвергались нагреву, как указано в Таблице 17. Результаты наблюдений такого нагрева представлены в Таблице 18.
Таблица 16.
Пример 5 - испытательные материалы
Плита OSB 15/32"×8"×48 5/8" (1,2×122×124 см)
Стеновая плита SHEETROCK 5/8"×48"×120" (1,6×122×305 см), тип Х
Фунт/1000 фут<sup>2</sup>
1644
2283
Средняя толщина плиты, дюймы (мм)
0,499 (12,6)
0,619 (0,157)
Средняя плотность, фунт/фут<sup>3</sup> (г/см<sup>3</sup>)
39,544 (0,633)
44,242 (0,709)
Средний вес панели, фунты (кг)
52,50 (28,8)
37,00 (16,78)
Таблица 17.
Пример 5 - информация о температуре
Среднее значение
Отдельное значение
Поверхность, не подвергаемая действию огняПредельные значения температурыВнешняя - 77°F (28°С)
327°F (184°C)
402°F (231°С)
Поверхность, не подвергаемая действию огняДостижение температурой предельного значения
24:25 (мин:сек)
ТС#3 в 23:30 (мин:сек)
Окончательная оценкаПредельные значения температуры Внешняя - 80°F (30°C)
330°F (186°C)
405°F (233°C)
Окончательная оценка Достижение температурой предельного значения
06:50 (мин:сек)
ТС #8 в 08:12 (мин:сек)
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ИСПЫТАНИЯ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ: 32 МИН 0 СЕК. ЗАВЕРШЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ: Отваливание плиты
Таблица 18.
Пример 5 - наблюдения
Время (мин:сек)
Давление в печи
Наблюдения
1:00
+0,02
Плита, подвергаемая действию огня, почернела, и из нее выходит дым.
1:30
+0,08
Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит густой дым.
3:00
+0,07
Вся плита охвачена пламенем. Поверхность твердая.
5:00
+0,08
Величина зазора в стыковом соединении составляет 1/8"-1/4", макс. (визуальная оценка).
6:00
+0,08
Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит очень густой дым.
8:00
+0,15
Прогиб плиты составляет 1", макс. (визуальная оценка). Горение продолжается.
9:30
+0,08
Плита, подвергаемая действию огня, вывалилась. Плиты, оставшиеся по периметру, продолжают гореть. Через открытую полость видно стеновую плиту, подвергаемую действию огня.
15:00
+0,07
Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит
густой дым и пар.
19:00
+0,08
На поверхности плиты, не подвергаемой действию огня, вдоль центральной стойки появилась трещина.
23:00
+0,07
Дым и пар, выходящие из поверхности, не подвергаемой действию огня, начинают ослабевать.
25:00
+0,08
Ширина трещины на поверхности плиты, не подвергаемой действию огня, вдоль центральной стойки составляет 1/8", макс. (визуальная оценка).
29:00
+0,07
На стеновой плите через открытую полость видны волосные трещины.
31:00
+0,07
Поверхность стеновой плиты, не подвергаемая действию огня, стала темно-коричневой. Из поверхности, не подвергаемой действию огня, выходит слабый дым и пар.
32:00
Испытание закончено. Плита отвалилась.
Пример 6
В этом примере определяется прочность перекрытия, в конструкции которого используется образец КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), в соответствии с методикой ASTM Е 455-98 проведения статических нагрузочных испытаний конструкций каркасных полов или перекрытий крыш зданий, метод однопролетной балки.
Материалы испытательного образца
А. Материалы перекрытия пола
Образец конструкционной цементной панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), армированной пучками стеклянных волокон, в соответствии с настоящим изобретением. Длинные стороны листов, имеющих размеры 4×8 футов (1,22×2,44 м), снабжены шипами и пазами с наклонными боковыми стенками. Состав материалов, используемый в образцах КЦ-панелей для этих испытаний, указан ниже в Таблице 18А.
Таблица 18А
Смесь реакционноспособных порошков
Ингредиент
Содержание (% вес.)
Портланд-цемент
29
Альфа-полугидрат сульфата кальция
58
Тонкий кремнеземный порошок
12
Известь
1
Композиция КЦ-панели
Ингредиент
Содержание (% вес.)
Портланд-цемент
12,2
Альфа-полугидрат сульфата кальция
24,4
Тонкий кремнеземный порошок
5,1
Известь
0,4
Керамические микросферы
27,4
Суперпластификатор
1,9
Вода
24,2
Стекловолокно, стойкое к действию щелочей
4,4
1. Содержание в % вес. соответствует содержанию в композиции 1,8% об. стекловолокна, стойкого к действию щелочей. Длина стеклянных волокон, используемых в испытаниях перекрытия пола, составляла 36 мм.
В качестве крепежных элементов использовались винты BUGLE HEAD GRABBER SUPER DRIVE™, размер 8-18, длина 1-5/8" (4,1 см), шаг между точками крепления - 6" (15 см) по периметру панелей и 12" (30 см) внутри периметра. Все крепежные элементы располагались на расстоянии по меньшей мере 3/4 дюйма (1,9 см) от краев панелей и 1/2 дюйма (1,3 см) от стыков. На углах панелей крепежные элементы располагались на расстоянии 2 дюйма (5,1 см).
На все стыковые соединения и соединения "шип-паз" наносился клеящий материал, пенополиуретановая пена производства компании Flexible Products Company of Canada, Inc. На дно паза перед сборкой соединения наносился один валик размером 3/8" (0,95 см). В стыковом соединении был оставлен зазор 3/8" (0,95 см) для нанесения в зазор одного валика 3/8" (0,95 см) клеящего материала перед осуществлением соединения.
В. Каркас перекрытия
На фигуре 17 приведен вид собранного металлического (напр., стального) каркаса 160 пола. Он состоит из следующих частей:
А. Поперечные балки 150: толщина - 16, ширина - 10 дюймов (25,4 см), длина - 10 футов (3,05 м), модель TRADE READY™ компании Dietrich Industries. На балках имеется маркировка Dietrich TDW5 W 10 IN×L 10 FT 28324013 16 GAUGE G60 50 KSI.
В. Продольные боковые направляющие 152: толщина - 16, ширина - 10 3/16 дюймов (25,9 см), длина - 16 футов (4,88 м), производство компании Dietrich Industries, с предварительно подготовленными площадками для посадки поперечных балок, которые устанавливаются с шагом 24 дюйма (61 см) между центрами. На направляющих имеется маркировка Dietrich TD16 W 9 1/4 IN×L 16 FT 28323858 16 GAUGE 3RD FI.
С. Стальные уголки 154 (фигура 18): размеры 0,125×2×2 дюйма (0,32 ×5,08×5,08 см), располагаются на каждой из крайних поперечных балок 156 с разнесением по несущей стороне и прикрепляются к соответствующим крайним поперечным балкам с помощью винтов DRIVALL, диаметр - 10, длина - 1 дюйм (2,54 см), с шагом между точками крепления - 6 дюймов (15,24 см).
D. Крепежные элементы
Винты DRIVALL с шестигранной головкой для прикрепления каркаса, диаметр - 10-16, длина - 3/4 дюйма (1,9 см).
Самонарезающие винты с круглой тонкой головкой, диаметр - 10-16, длина 3/4 дюйма (1,9 см), для прикрепления к каркасу с шагом между точками крепления 6 дюймов (15,24 см) по самому краю и по обеим сторонам стыковых соединений.
Конструкция испытательного образца
Конструкция одного образца, предназначенного для испытаний, имела габаритные размеры 10×20 футов (3,05×6,1 м). На фигуре 8 приведен вид в перспективе металлического каркаса.
На фигуре 17А приведен увеличенный вид части каркаса, изображенного на фигуре 17.
На фигуре 18 приведен увеличенный вид части АА каркаса, изображенного на фигуре 17.
На фигуре 19 приведен вид сверху КЦ-панелей 120 (с указанием размеров панелей), края которых, прикрепленные к металлическому каркасу, снабжены шипами и пазами (не показаны),
Фигуры 20, 21, 22 и 23 - увеличенные виды соответствующих частей ВВ, СС, DD и ЕЕ перекрытия пола, изображенного на фигуре 19.
А. Каждая балка была прикреплена на каждом ее конце к боковой направляющей с использованием трех винтов DRIVALL с шестигранной головкой (диаметр - 10-16, длина 3/4 дюйма (1,9 см)), ввинчиваемых в боковую сторону балки сквозь предварительно загнутую лапку, и одного самонарезающего винта с круглой тонкой головкой (диаметр - 10-16, длина 3/4 дюйма (1,9 см)), ввинчиваемого в балку сквозь верхнюю часть боковой направляющей. Стальные уголки 154 (0,125×2×2 дюйма (0,32×5,08×5,08 см), длина 5 дюймов (12,7 см)) прикреплялись к соответствующим балкам с помощью винтов DRIVALL длиной 3/4 дюйма (1,9 см), расстояние между центрами - 1 дюйм (2,54 см), и к боковой направляющей с помощью одного винта DRIVALL длиной 3/4 дюйма (1,9 см).
В. Конструкционные элементы 158 KATZ (прокладки), имеющие размеры 1 1/2×2 5/8×21 3/4 дюйма (3,8×6,7×145 см) и снабженные фланцами размерами 2×1 3/4 дюйма (5,1×4,5 см) на каждом конце, прикреплялись снизу к балкам по центральной линии перекрытия пола. Конструкционные элементы 158 крепились на каждом конце с помощью одного винта DRIVALL (размер - 10-16, длина - 3/4 дюйма (1,9 см)). В частности, конструкционные элементы 158 Katz располагались между поперечными балками 150 в шахматном порядке (сверху и снизу от центра) и прикреплялись с помощью одного винта DRIVALL (размер - 10-16, длина - 3/4 дюйма (1,9 см)) с каждой стороны.
С. В двух местах боковой направляющей 152, на ее внешней стороне, были установлены дополнительные конструкционные элементы (прокладки) для ее усиления в зонах нагружения. А именно были установлены конструкционные элементы 157 длиной 24 дюйма (61 см) вдоль продольной боковой направляющей между несколькими поперечными балками 150 для обеспечения опоры. Между каждой краевой поперечной балкой 156 и соответствующей предпоследней поперечной балкой 150 по продольной оси каркаса с помощью четырех винтов DRIVALL (размер - 10-16, длина - 3/4 дюйма (1,9 см)) с каждой стороны устанавливались конструкционные элементы 159 (прокладки) длиной 20 дюймов (51 см).
D. После сборки каркаса к нему прикреплялась КЦ-панель, как показано на фигуре 19. Образец КЦ-панели прикреплялся с шагом между точками крепления 6 дюймов (15,2 см) по периметру конструкции, с отступом 2 дюйма (5,1 см) от углов и с шагом 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра с помощью винтов GRABBER SUPER DRIVE™ (самонарезающие винты, размер - 8-18, длина - 1 5/8 дюймов (4,1 см)). Винты старались заворачивать таким образом, чтобы их головки были заподлицо с поверхностью или находились чуть ниже поверхности. В стыковых соединениях и в соединениях "шип-паз" наносился валик 3/8 дюйма (0,95 см) из клеящего полиуретанового материала ENERFOAM SF производства компании Flexible Products Company of Canada, Inc.
E. Затем к краевым балкам прикреплялись стальные уголки 1/8×2×2 дюйма (0,32×5,1×5,1 см), так чтобы они было заподлицо с нижней поверхностью балок для минимизации их смятия в точках опор. Кроме того, со стороны опор к краевым балкам заподлицо с верхней поверхностью балки прикреплялись дополнительные уголки длиной 6 дюймов (15,2 см), также для минимизации смятия.
F. Испытательный образец выдерживался не менее 36 часов для отверждения клеящего материала.
G. На фигуре 24 показан испытательный образец 181, состоящий из каркаса 160 (см. фигуру 17) и прикрепленной к нему плиты перекрытия, который был установлен на бетонном полу 98 на роликовых опорах 70, разнесенных на расстояние 2 фута (0,6 м) между центрами по периметру образца 181.
На фигуре 25 приведен увеличенный вид части FF фигуры 24. На обоих концах испытательного образца 181 располагались опорные элементы 74, 84. На противоположной стороне испытательного образца 181 находятся три силовых цилиндра 80. Нагружающие усилия передаются от цилиндров 80 через стальные балки на шесть опорных подушек размером 18 дюймов (46 см) для равномерного распределения нагрузки на испытательный образец 181. Вдоль опорной стороны испытательного образца 181 были установлены пять циферблатных индикаторов для измерения отклонений. На фигуре 24 показано прижимное устройство 92, снабженное промежуточными вставками 90. Другими элементами являются зазор 96 порядка 1/8 дюйма (0,32 см) и нагружающая подушка 94 размером 18 дюймом (46 см). Прижимное устройство 92 установлено на цементном полу 98. Другое прижимное устройство 82 установлено на другом краю испытательного образца 181. Прижимное устройство 92 опирается на сплошные ролики 72.
Испытательное оборудование
А. Три ручных гидравлических насоса ENERPAC Р-39.
В. Три гидравлических цилиндра ENERPAC RC-1010.
С. Пять циферблатных индикаторов: диапазон 0-2 дюйма, дискретность - 0,001 дюйма.
D. Три цифровых измерителя Omega.
Е. Три датчика давления Omega.
F. Три двутавровых балки длиной 6 футов (1,8 м).
G. Пять жестких опор, прикрепленных болтами к полу.
Порядок проведения испытаний
А. Нагрузки в каждой точке нагружения создавались с помощью трех гидравлических цилиндров 80 диаметром 1 1/2 дюйма (3,8 см) и с ходом поршня 10 дюймов (25,4 см). Приложенные нагрузки измерялись с помощью трех цифровых измерителей и трех датчиков давления. Величины приложенных нагрузок непрерывно записывались в протоколе испытаний.
В. Нагрузки создавались путем подачи гидравлического давления для получения механического усилия, пока цифровые измерители не показывали требуемой величины нагрузки.
С. Вся конструкция перекрытия пола нагружалась приращениями 700 фунтов (317,5 кг). Каждая величина нагрузки выдерживалась в течение 1 минуты для снятия показаний измерительных приборов. После нагрузки 14000 фунтов (6350 кг) снимались значения отклонений, после чего конструкция нагружалась со скоростью примерно 2800 фунтов (1270 кг) в минуту до ее разрушения.
На фигуре 27 приведена фотография стенки жесткости, содержащей КЦ-панель и металлический каркас, установленной на испытательном стенде, схема которого представлена на фигуре 24, для испытаний на расчетную нагрузку.
На фигуре 28 приведена фотография не прошедшего испытания перекрытия, содержащего КЦ-панель на металлическом каркасе, установленного на испытательном стенде, схема которого представлена на фигуре 24.
Результаты испытаний
В Таблице 19 приведены результаты испытаний перекрытия пола, полученные приложением нагрузки ко всей конструкции перекрытия. Ширина перекрытия пола составляла 120 дюймов (3,05 м).
С учетом запаса прочности, равного 3, были получены следующие величины.
Предельная нагрузка = 14618,5 фунтов/10 футов = 1461,8 фунт/фут (2175 кг/м).
Расчетная сдвигающая нагрузка = 1461,8/3,0 = 487,2 фунт/фут (725 кг/м).
Расчетная сдвигающая нагрузка определяется делением предельной нагрузки на запас прочности, равный 3.
Таблица 19.
Испытания перекрытия пола. Ширина перекрытия: 120 дюймов (3,05 м); расчетная нагрузка: 420 фунт/фут (оценка)
Испытательные нагрузки перекрытия
Приращения нагрузки
Суммарная нагрузка (фунты)
Нагрузка №1 (фунты)
Нагрузка №2 (фунты)
Нагрузка №3 (фунты)
Нагрузки нет
0
0
0
0
1
700
233
233
233
2
1400
467
467
467
3
2100
700
700
700
4
2800
933
933
933
5
3500
1167
1167
1167
6
4200
1400
1400
1400
7
4900
1633
1633
1633
8
5600
1867
1867
1867
9
6300
2100
2100
2100
10
7000
2333
2333
2333
11
7700
2567
2567
2567
Расчетная нагрузка
8400
2800
2800
2800
13
9100
3033
3033
3033
14
9800
3267
3267
3267
15
10500
3500
3500
3500
16
11200
3733
3733
3733
17
11900
3967
3967
3967
18
14000
4667
4667
4667
Предельная
29237
9717
9750
9770
нагрузка
Расчетная нагрузка - 487,3 фунт/фут
В Таблице 20 приведена информация по полученным отклонениям перекрытия при приложении нагрузок. На фигуре 26 приведен график, построенный по данным, приведенным в Таблице 20. На фигуре 26 представлена зависимость отклонения от испытательной нагрузки, полученная в результате испытаний перекрытия пола, в котором используется конструкционная цементная панель (КЦ-панель) толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), на испытательном стенде, схема которого приведена на фигуре 24.
Таблица 20.
Температура и влажность при сборке конструкции: 71°F/32%; температура и влажность при проведении испытаний: 73°F/35%; описание образца: КЦ-панель толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), приклеенная к стальным балкам (толщина - 16, ширина - 10 дюймов (25,4 см)) с использованием клеящего полиуретанового материала ENERFOAM SF.
Испытательные нагрузки перекрытия
Время Нагрузка/измерение
Приращения нагрузки
Нагрузка (фунты)
Пролет в свету
RD<sup>1</sup>
Индикатор #2
Индикатор #3
Индикатор #4
Изм.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Изм.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Изм.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
9:30
Нагрузки нет
0
0,100
0,100
0,100
9:31/9:32
1
700
0,168
0,068
0,155
0,055
0,133
0,033
0,003
9:33/9:34
2
1400
0,185
0,085
0,169
0,069
0,151
0,051
0,005
9:35/9:36
3
2100
0,203
0,103
0,185
0,085
0,163
0,063
0,009
9:37/9:38
4
2800
0,219
0,119
0,199
0,099
0,174
0,074
0,013
9:39/9:40
5
3500
0,231
0,131
0,210
0,110
0,184
0,084
0,016
9:41/9:42
6
4200
0,242
0,142
0,222
0,122
0,194
0,094
0,021
9:43/9:44
7
4900
0,253
0,153
0,233
0,133
0,204
0,104
0,025
9:45/9:46
8
5600
0,265
0,165
0,244
0,144
0,214
0,114
0,030
9:47/9:48
9
6300
0,276
0,176
0,255
0,155
0,224
0,124
0,034
9:49/9:50
10
7000
0,288
0,188
0,267
0,167
0,234
0,134
0,039
9:51/9:52
11
7700
0,300
0,200
0,279
0,179
0,244
0,144
0,045
9:53/9:54
Расчетная нагрузка
8400
0,311
0,211
0,290
0,190
0,255
0,155
0,050
9:55/9:56
13
9100
0,321
0,221
0,302
0,202
0,264
0,164
0,057
9:57/9:58
14
9800
0,334
0,234
0,314
0,214
0,275
0,175
0,062
9:59/10:00
15
10500
0,346
0,246
0,327
0,227
0,290
0,190
0,067
10:01/10:02
16
11200
0,359
0,259
0,343
0,243
0,306
0,206
0,076
10:03/10:04
17
11900
0,373
0,273
0,360
0,260
0,327
0,227
0,084
10:05/10:06
18
14000
0,412
0,312
0,413
0,313
0,387
0,287
0,111
Описание разрушения: Конец #2: разделение по стыковому шву на листе длиной 4 фута (1,2 м) в среднем ряду и на листе длиной 95 1/2 дюйма (2,43 м) на нагружаемой стороне (разошлось соединение "шип-паз"). Вторичное разрушение: срез плиты на протяжении примерно 6 дюймов (15,2 см) внутрь от края опорной стороны (см. фигуру 20).
<sup>1</sup>RD - обозначение полученного отклонения. Полученное отклонение равно среднему отклонению опор за вычетом точки наибольшего отклонения по пролету в свету. На фигуре 26 эти данные представлены в графической форме.
<sup>2</sup>Изм. - сокращение от слова "измерение".
<sup>3</sup>Откл. - сокращение от слова "отклонение".
В Таблице 21 приведены средние отклонения опор под действием приложенных нагрузок в опорных точках испытательного образца перекрытия пола.
На основании результатов полученных для этого единственного испытательного образца перекрытия пола может быть получена расчетная прочность на сдвиг, равная 487,2 фунт/фут (725 кг/м).
Таблица 21
Опорные точки
Время Нагрузка/измерение
Приращения нагрузки
Нагрузка (фунты)
Индикатор #1
Индикатор #5
Ср. откл.<sup>3</sup> опоры
Измер.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Измер.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
9:30
Нагрузки нет
0
0,000
0,100
9:31/9:32
1
700
0,080
0,080
0,125
0,025
0,053
9:33/9:34
2
1400
0,096
0,096
0,132
0,032
0,064
9:35/9:36
3
2100
0,113
0,113
0,138
0,038
0,076
9:37/9:38
4
2800
0,127
0,127
0,145
0,045
0,086
9:39/9:40
5
3500
0,137
0,137
0,151
0,051
0,094
9:41/9:42
6
4200
0,145
0,145
0,158
0,058
0,102
9:43/9:44
7
4900
0,152
0,152
0,165
0,065
0,109
9:45/9:46
8
5600
0,158
0,158
0,171
0,071
0,115
9:47/9:48
9
6300
0,166
0,166
0,177
0,077
0,122
9:49/9:50
10
7000
0,174
0,174
0,183
0,083
0,129
9:51/9:52
11
7700
0,179
0,179
0,190
0,090
0,135
9:53/9:54
Расчетная нагрузка
8400
0,185
0,185
0,195
0,095
0,140
9:55/9:56
13
9100
0,191
0,191
0,200
0,100
0,146
9:57/9:58
14
9800
0,197
0,197
0,207
0,107
0,152
9:59/10:00
15
10500
0,203
0,203
0,217
0,117
0,160
10:01/10:02
16
11200
0,208
0,208
0,226
0,126
0,167
10:03/10:04
17
11900
0,214
0,214
0,238
0,138
0,176
10:05/10:06
18
14000
0,227
0,227
0,278
0,178
0,203
<sup>2</sup>Изм. - сокращение от слова "измерение".
<sup>3</sup>Откл. - сокращение от слова "отклонение".
Пример 7
В этом Примере определяются результаты воздействия воды на прочность перекрытия, в конструкции которого используется образец КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), в соответствии с методикой ASTM Е 455-98 проведения статических нагрузочных испытаний конструкций каркасных полов или перекрытий крыш для зданий, метод однопролетной балки.
Материалы испытательного образца
А. Материалы перекрытия пола
КЦ-панель толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), усиленная пучками стеклянных волокон. Длинные стороны листов, имеющих размеры 4×8 футов (1,2×2,4 м), снабжены шипами и пазами с наклонными боковыми стенками.
В качестве крепежных элементов использовались винты GRABBER SUPER DRIVE (размер 8-18, длина - 1 5/8 дюйма (4,1 см)) компании GRABBER Construction Products, установленные с шагом 6 дюймов (15,2 см) по периметру и 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра. Все крепежные элементы располагались на расстоянии по меньшей мере 3/4 дюйма (1,9 см) от краев панелей и 1/2 дюйма (1,3 см) от стыков. На углах панелей крепежные элементы располагались на расстоянии 2 дюйма (5,1 см). Расположение крепежных элементов показано на фигуре 19.
В. Каркас перекрытия
В состав балок входили боковые направляющие CSJ, толщина - 16, ширина - 8 дюймов (20 см), длина - 10 футов (305 см)) производства компании Dietrich Industries.
Конструкция испытательного образца
Были подготовлены четыре испытательных образца, имеющие габаритные размеры 10×20 футов (3,05×6,1 м) и аналогичные испытательным образцам, описанным в Примере 6. На фигуре 17 приведен вид в перспективе металлического каркаса 160, аналогичного каркасу, использованному в рассматриваемых испытаниях.
После сборки каркаса к нему прикреплялась КЦ-панель, как показано на фигуре 19. Образец КЦ-панели прикреплялся с помощью винтов GRABBER SUPER DRIVE™ (самонарезающие винты 162, размер - 8-18 X, длина - 1 5/8 дюймов (4,1 см)) с шагом 6 дюймов (15,2 см) по периметру конструкции, с шагом 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра и с отступом 2 дюйма (5,1 см) от углов панели. Винты старались заворачивать таким образом, чтобы их головки были заподлицо с поверхностью или находились чуть ниже поверхности. В отличие от испытательного образца Примера 6 в стыковых соединениях и в соединениях "шип-паз" валик толщиной 3/8 дюйма (0,95 см) из клеящего полиуретанового вспененного материала ENERFOAM SF производства компании Flexible Products Company of Canada, Inc. не использовался.
Испытательное оборудование
А. Четыре ручных гидравлических насоса ENERPAC Р-39.
В. Четыре гидравлических цилиндра ENERPAC RC-1010.
С. Пять циферблатных индикаторов: диапазон 0-2 дюйма, дискретность - 0,001 дюйма.
D. Четыре цифровых измерителя Omega.
Е. Четыре датчика давления Omega.
F. Четыре двутавровые балки длиной 6 футов (1,8 м).
G. Шесть опор, жестко прикрепленных болтами к полу.
Порядок проведения испытаний
А. Два испытательных образца испытывались в том виде, как они были получены, или в сухом состоянии, а два образца испытывались после выдерживания в воде в течение 24 часов (минимум) с высотой столба воды -1 дюйм (2,54 см).
В. Нагрузки в каждой точке нагружения создавались с помощью четырех гидравлических цилиндров диаметром 1 1/2 дюйма (3,8 см). Приложенные нагрузки измерялись с помощью четырех откалиброванных цифровых измерителей и датчиков давления. Величины приложенных нагрузок непрерывно записывались в протоколе испытаний.
С. Нагрузки создавались путем подачи гидравлического давления для получения механического усилия, пока цифровые измерители не показывали требуемой величины нагрузки.
D. Вся конструкция перекрытия пола нагружалась с приращениями нагрузки в 700 фунтов (317,5 кг). Каждая величина нагрузки выдерживалась в течение 1 минуты для снятия показаний измерительных приборов. После нагрузки 14000 фунтов (6350 кг) снимались значения отклонений, после чего конструкция нагружалась со скоростью примерно 2800 фунтов (1270 кг) в минуту до ее разрушения.
Результаты испытаний
В Таблицах 22-36 приведены результаты испытаний перекрытия пола, полученные приложением нагрузки ко всей конструкции перекрытия.
Ширина перекрытия пола составляла 120 дюймов (305 см).
С учетом запаса прочности, равного 3, были получены следующие величины.
Средняя предельная нагрузка для сухих образцов = 15908,5 фунтов/10 футов = 1590,8 фунт/фут (2367 кг/м).
Расчетная сдвигающая нагрузка для сухих образцов = 1590,8/запас прочности 3,0 = 530,2 фунт/фут (789 кг/м).
Средняя предельная нагрузка для влажных образцов = 14544,5 фунтов/10 футов = 1454,4 фунт/фут (2164 кг/м).
Расчетная сдвигающая нагрузка для влажных образцов = 1454,4/запас прочности 3,0 = 484,8 фунт/фут (721 кг/м).
Приведенные результаты показывают, что после выдерживания в воде в течение 24 часов сохраняется примерно 91% прочности перекрытия.
Таблица 22.
Испытание перекрытия пола; ширина перекрытия - 120 дюймов (304 см); расчетная нагрузка 420 фунт/фут (625 кг/м) (испытание №1 сухого образца)
Испытательные нагрузки перекрытия
Приращения нагрузки
Суммарная нагрузка (фунты)
Нагрузка №1 (фунты)
Нагрузка №2 (фунты)
Нагрузка №3 (фунты)
Нагрузка №4 (фунты)
Нагрузки нет
0
0
0
0
0
1
700
175
175
175
175
2
1400
350
350
350
350
3
2100
525
525
525
525
4
2800
700
700
700
700
5
3500
875
875
875
875
6
4200
1050
1050
1050
1050
7
4900
1225
1225
1225
1225
8
5600
1400
1400
1400
1400
9
6300
1575
1575
1575
1575
10
7000
1750
1750
1750
1750
11
7700
1925
1925
1925
1925
Расчетная нагрузка
8400
2100
2100
2100
2100
13
9100
2275
2275
2275
2275
14
9800
2450
2450
2450
2450
15
10500
2625
2625
2625
2625
16
11200
2800
2800
2800
2800
17
11900
2975
2975
2975
2975
18
14000
3500
3500
3500
3500
Предельная нагрузка
28665
7039
7317
7262
7047
Расчетная нагрузка - 477,8 фунт/фут (711 кг/м).
В данной таблице приводятся две величины расчетной нагрузки. Для расчета испытательного оборудования в качестве начального приближения принималась первая расчетная нагрузка 420 фунт/фут (625 кг/м).
Измеренное значение 477,8 фунт/фут (711 кг/м) представляет собой действительную величину расчетной нагрузки, определенную в результате испытания с учетом запаса прочности.
Таблица 23.
Испытание перекрытия пола (испытание №1 сухого образца)Пролет в свету
Приращения нагрузки
Нагрузка (фунты)
Индикатор #2
Индикатор #3
Индикатор #4
RD<sup>1</sup>
Измер.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Измер.<sup>2</sup>
Откп.<sup>3</sup>
Измер.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Нагрузки нет
0
0,154
-
0,084
-
0,094
-
-
1
700
0,187
0,033
0,128
0,044
0,148
0,054
0,044
2
1400
0,225
0,071
0,165
0,081
0,182
0,088
0,081
3
2100
0,244
0,090
0,187
0,103
0,202
0,108
0,103
4
2800
0,260
0,106
0,211
0,127
0,223
0,129
0,127
5
3500
0,275
0,121
0,228
0,144
0,242
0,148
0,144
6
4200
0,291
0,137
0,250
0,166
0,265
0,171
0,166
7
4900
0,308
0,154
0,274
0,190
0,292
0,198
0,190
8
5600
0,325
0,171
0,295
0,211
0,316
0,222
0,211
9
6300
0,338
0,184
0,309
0,225
0,326
0,232
0,224
10
7000
0,354
0,200
0,327
0,243
0,341
0,247
0,241
11
7700
0,369
0,215
0,344
0,260
0,356
0,262
0,258
Расчетная нагрузка
8400
0,386
0,232
0,362
0,278
0,372
0,278
0,276
13
9100
0,402
0,248
0,380
0,296
0,385
0,291
0,293
14
9800
0,425
0,271
0,405
0,321
0,410
0,316
0,313
15
10500
0,454
0,300
0,442
0,358
0,449
0,355
0,325
16
11200
0,495
0,341
0,490
0,406
0,502
0,408
0,348
17
11900
0,512
0,358
0,521
0,437
0,535
0,441
0,367
18
14000
0,569
0,415
0,596
0,512
0,614
0,520
0,422
Температура и влажность при сборке конструкции: 65°°F/31%.
Температура и влажность при проведении испытания: 65°F/31%.
Описание образца: КЦ-панель толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленная к стальным балкам (толщина 16, ширина - 10 дюймов (25,4 см)).
Разрушение конструкции: несколько стыковых соединений раскрылись в некоторых местах, что привело к разрушению среднего слоя цементной плиты у крепежных элементов по ее краям.
<sup>1</sup> RD - обозначение полученного отклонения. Полученное отклонение равно среднему отклонению опор за вычетом точки наибольшего отклонения по пролету в свету.
<sup>2</sup> Изм. - сокращение от слова "измерение".
<sup>3</sup> Откл. - сокращение от слова "отклонение".
Таблица 24.
Испытание перекрытия пола (испытание №1 сухого образца)
Опорные точки
Среднее отклонение опор
Приращения нагрузки
Нагрузка (фунты)
Индикатор #1
Индикатор #5
Измерение
Отклонение
Измерение
Отклонение
Нагрузки нет
0
0,069
-
0,266
-
-
1
700
0,069
0,000
0,266
0,000
0,000
2
1400
0,069
0,000
0,266
0,000
0,000
3
2100
0,069
0,000
0,266
0,000
0,000
4
2800
0,069
0,000
0,266
0,000
0,000
5
3500
0,069
0,000
0,266
0,000
0,000
6
4200
0,069
0,000
0,266
0,000
0,000
7
4900
0,069
0,000
0,266
0,000
0,000
8
5600
0,069
0,000
0,266
0,000
0,000
9
6300
0,070
0,001
0,267
0,001
0,001
10
7000
0,072
0,003
0,267
0,001
0,002
11
7700
0,072
0,003
0,267
0,001
0,002
Расчетная нагрузка
8400
0,073
0,004
0,267
0,001
0,003
13
9100
0,075
0,006
0,267
0,001
0,004
14
9800
0,083
0,014
0,268
0,002
0,008
15
10500
0,094
0,025
0,307
0,041
0,033
16
11200
0,105
0,036
0,346
0,080
0,058
17
11900
0,107
0,038
0,369
0,103
0,071
18
14000
0,114
0,045
0,402
0,136
0,091
Индикаторы 2, 3 и 4 отклонения опор (указано "Пролет в свету") в Таблице 23 являются измерительными приборами, размещенными вдоль испытательного образца в зоне между опорными точками с двух противолежащих концов каркаса.
Индикаторы 1 и 5 в Таблице 24 расположены в опорных точках этого испытательного образца.
Таблица 25.
Испытание перекрытия пола; ширина перекрытия -120 дюймов (3,05 м); расчетная нагрузка 420 фунт/фут (625 кг/м) (испытание №2 сухого образца)
Испытательные нагрузки перекрытия
Приращения нагрузки
Суммарная нагрузка (фунты)
Нагрузка №1 (фунты)
Нагрузка №2 (фунты)
Нагрузка №3 (фунты)
Нагрузка №4 (фунты)
Нагрузки нет
0
0
0
0
0
1
700
175
175
175
175
2
1400
350
350
350
350
3
2100
525
525
525
525
4
2800
700
700
700
700
5
3500
875
875
875
875
6
4200
1050
1050
1050
1050
7
4900
1225
1225
1225
1225
8
5600
1400
1400
1400
1400
9
6300
1575
1575
1575
1575
10
7000
1750
1750
1750
1750
11
7700
1925
1925
1925
1925
Расчетная нагрузка
8400
2100
2100
2100
2100
13
9100
2275
2275
2275
2275
14
9800
2450
2450
2450
2450
15
10500
2625
2625
2625
2625
16
11200
2800
2800
2800
2800
17
11900
2975
2975
2975
2975
18
14000
3500
3500
3500
3500
Предельная нагрузка
34968
8900
8653
8715
8700
Расчетная нагрузка - 582,8 фунт/фут.
Таблица 26.
Испытание перекрытия пола (испытание №2 сухого образца)
Пролет в свету
RD<sup>1</sup>
Приращения нагрузки
Нагрузка (фунты)
Индикатор #2
Индикатор #3
Индикатор #4
Измер.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Измер.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Измер.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Нагрузки нет
0
0,290
0,127
-
0,231
-
1
700
0,322
0,032
0,156
0,029
0,250
0,019
0,028
2
1400
0,342
0,052
0,178
0,051
0,270
0,039
0,050
3
2100
0,365
0,075
0,202
0,075
0,292
0,061
0,073
4
2800
0,381
0,091
0,222
0,095
0,312
0,081
0,092
5
3500
0,398
0,108
0,244
0,117
0,334
0,103
0,113
6
4200
0,414
0,124
0,265
0,138
0,354
0,123
0,133
7
4900
0,429
0,139
0,285
0,158
0,375
0,144
0,152
8
5600
0,446
0,156
0,307
0,180
0,396
0,165
0,173
9
6300
0,463
0,173
0,328
0,201
0,415
0,184
0,192
10
7000
0,478
0,188
0,345
0,218
0,433
0,202
0,209
11
7700
0,493
0,203
0,363
0,236
0,450
0,219
0,225
Расчетная нагрузка
8400
0,510
0,220
0,486
0,259
0,471
0,240
0,247
13
9100
0,525
0,235
0,404
0,277
0,490
0,259
0,265
14
9800
0,543
0,253
0,429
0,302
0,513
0,282
0,289
15
10500
0,562
0,272
0,454
0,327
0,540
0,309
0,313
16
11200
0,581
0,291
0,478
0,351
0,564
0,333
0,337
17
11900
0,600
0,310
0,500
0,373
0,585
0,354
0,358
18
14000
0,655
0,365
0,565
0,438
0,640
0,409
0,421
Температура и влажность при сборке конструкции: 70°F/50%.
Температура и влажность при проведении испытания: 70°F/48%
Описание образца: КЦ-панель толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленная к стальным балкам (толщина - 16, ширина - 8 дюймов (20,3 см)).
Разрушение конструкции: несколько стыковых соединений раскрылись в некоторых местах, что привело к разрушению среднего слоя цементной плиты у крепежных элементов по ее краям.
<sup>1</sup> RD - обозначение полученного отклонения. Полученное отклонение равно среднему отклонению опор за вычетом точки наибольшего отклонения по пролету в свету.
<sup>2</sup> Изм. - сокращение от слова "измерение".
<sup>3</sup> Откл. - сокращение от слова "отклонение".
Таблица 27.
Испытание перекрытия пола (испытание №2 сухого образца)
Опорные точки
Среднее отклонение опор
Приращения нагрузки
Нагрузка (фунты)
Индикатор #1
Индикатор #5
Измерение
Отклонение
Измерение
Отклонение
Нагрузки нет
0
0,124
-
0,201
-
-
1
700
0,125
0,001
0,202
0,001
0,001
2
1400
0,125
0,001
0,203
0,002
0,002
3
2100
0,127
0,003
0,203
0,002
0,003
4
2800
0,128
0,004
0,203
0,002
0,003
5
3500
0,129
0,005
0,204
0,003
0,004
6
4200
0,131
0,006
0,205
0,004
0,005
7
4900
0,132
0,007
0,206
0,005
0,006
8
5600
0,134
0,010
0,206
0,005
0,007
9
6300
0,136
0,012
0,207
0,006
0,009
10
7000
0,137
0,013
0,208
0,006
0,009
11
7700
0,139
0,015
0,208
0,007
0,011
Расчетная нагрузка
8400
0,141
0,017
0,208
0,007
0,012
13
9100
0,141
0,017
0,208
0,007
0,012
14
9800
0,143
0,019
0,208
0,007
0,013
15
10500
0,145
0,021
0,209
0,008
0,015
16
11200
0,145
0,021
0,209
0,008
0,015
17
11900
0,147
0,023
0,209
0,008
0,016
18
14000
0,150
0,026
0,209
0,008
0,017
Температура и влажность при сборке конструкции: 70°F/50%.
Температура и влажность при проведении испытания: 70°F/48%.
Описание образца: КЦ-панель толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленная к стальным балкам (толщина - 16, ширина - 8 дюймов (20,3 см)).
Разрушение конструкции: несколько стыковых соединений раскрылись в некоторых местах, что привело к разрушению среднего слоя цементной плиты у крепежных элементов по ее краям.
Полученное отклонение равно среднему отклонению опор за вычетом точки наибольшего отклонения по пролету в свету.
Таблица 28.
Испытание перекрытия пола (испытание №1 влажного образца)Ширина перекрытия -120 дюймов (305 см); расчетная нагрузка 420 фунт/фут (625 кг/м)
Испытательные нагрузки перекрытия
Приращения нагрузки
Суммарная нагрузка (фунты)
Нагрузка №1 (фунты)
Нагрузка №2 (фунты)
Нагрузка №3 (фунты)
Нагрузка №4 (фунты)
Нагрузки нет
0
0
0
0
0
1
700
175
175
175
175
2
1400
350
350
350
350
3
2100
525
525
525
525
4
2800
700
700
700
700
5
3500
875
875
875
875
6
4200
1050
1050
1050
1050
7
4900
1225
1225
1225
1225
8
5600
1400
1400
1400
1400
9
6300
1575
1575
1575
1575
10
7000
1750
1750
1750
1750
11
7700
1925
1925
1925
1925
Расчетная нагрузка
8400
2100
2100
2100
2100
13
9100
2275
2275
2275
2275
14
9800
2450
2450
2450
2450
15
10500
2625
2625
2625
2625
16
11200
2800
2800
2800
2800
17
11900
2975
2975
2975
2975
18
14000
3500
3500
3500
3500
Предельная нагрузка
27893
7097
6878
6850
7068
Расчетная нагрузка - 464,9 фунт/фут (692 кг/м).
Таблица 29.
Сравнительное испытание перекрытия пола (испытание №1 влажного образца)
Пролет в свету
Приращения нагрузки
Нагрузка (фунты)
Индикатор #2
Индикатор #3
Индикатор #4
RD<sup>1</sup>
Измер.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Измер.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Измер<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Нагрузки нет
0
0,211
-
0,185
-
0,268
-
-
1
700
0,239
0,028
0,208
0,023
0,287
0,019
0,023
2
1400
0,245
0,034
0,225
0,040
0,293
0,025
0,040
3
2100
0,267
0,056
0,239
0,054
0,316
0,048
0,053
4
2800
0,287
0,076
0,260
0,075
0,336
0,068
0,073
5
3500
0,304
0,093
0,280
0,095
0,354
0,086
0,093
6
4200
0,320
0,109
0,300
0,115
0,372
0,104
0,113
7
4900
0,335
0,124
0,318
0,133
0,388
0,120
0,131
8
5600
0,354
0,143
0,339
0,154
0,405
0,137
0,152
9
6300
0,369
0,158
0,356
0,171
0,421
0,153
0,168
10
7000
0,388
0,177
0,378
0,193
0,441
0,173
0,188
11
7700
0,405
0,194
0,398
0,213
0,458
0,190
0,207
Расчетная нагрузка
8400
0,430
0,219
0,426
0,241
0,481
0,213
0,230
13
9100
0,469
0,258
0,463
0,278
0,508
0,240
0,252
14
9800
0,500
0,289
0,497
0,312
0,536
0,268
0,275
15
10500
0,521
0,310
0,522
0,337
0,558
0,290
0,298
16
11200
0,545
0,334
0,549
0,364
0,582
0,314
0,323
17
11900
0,569
0,358
0,579
0,394
0,610
0,342
0,351
18
14000
0,635
0,424
0,668
0,483
0,692
0,424
0,431
Температура и влажность при сборке конструкции: 65°F/31% (18°С/31%).
Температура и влажность при проведении испытания: 65°F/31% (18°С/31%).
Описание образца: КЦ-панель толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленная к стальным балкам (толщина - 16, ширина - 8 дюймов (20,3 см)).
Несколько стыковых соединений раскрылись в некоторых местах, что привело к разрушению среднего слоя цементной плиты у крепежных элементов по ее краям.
<sup>1</sup> RD - обозначение полученного отклонения. Полученное отклонение равно среднему отклонению опор за вычетом точки наибольшего отклонения по пролету в свету.
<sup>2</sup> Изм. - сокращение от слова "измерение".
<sup>3</sup> Откл. - сокращение от слова "отклонение".
Таблица 30.
Испытание перекрытия пола (испытание №1 влажного образца)
Опорные точки
Среднее отклонение опор
Приращения нагрузки
Нагрузка (фунты)
Индикатор #1
Индикатор #5
Измерение
Отклонение
Измерение
Отклонение
Нагрузки нет
0
0,199
-
0,341
-
-
1
700
0,199
0,000
0,342
0,001
0,001
2
1400
0,199
0,000
0,342
0,001
0,001
3
2100
0,199
0,000
0,343
0,002
0,001
4
2800
0,199
0,000
0,345
0,004
0,002
5
3500
0,199
0,000
0,345
0,004
0,002
6
4200
0,199
0,000
0,345
0,004
0,002
7
4900
0,199
0,000
0,346
0,005
0,002
8
5600
0,199
0,000
0,346
0,005
0,002
9
6300
0,200
0,001
0,347
0,006
0,003
10
7000
0,203
0,004
0,347
0,006
0,005
11
7700
0,204
0,005
0,348
0,007
0,006
Расчетная нагрузка
8400
0,214
0,015
0,348
0,007
0,011
13
9100
0,244
0,045
0,349
0,008
0,027
14
9800
0,265
0,066
0,349
0,008
0,037
15
10500
0,268
0,069
0,350
0,009
0,039
16
11200
0,272
0,073
0,351
0,010
0,042
17
11900
0,275
0,076
0,352
0,011
0,044
18
14000
0,289
0,090
0,355
0,014
0,052
Температура и влажность при сборке конструкции: 65°F/31% (18°C/31%).
Температура и влажность при проведении испытания: 65°F/31% (18°C/31%).
Описание образца: КЦ-панель толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленная к стальным балкам (толщина - 16, ширина - 8 дюймов (20,3 см)).
Несколько стыковых соединений раскрылись в некоторых местах, что привело к разрушению среднего слоя цементной плиты у крепежных элементов по ее краям.
Полученное отклонение равно среднему отклонению опор за вычетом точки наибольшего отклонения по пролету в свету.
Таблица 31.
Испытание перекрытия пола (влажный образец); ширина перекрытия - 120 дюймов (305 см); расчетная нагрузка 420 фунт/фут (625 кг/м) (испытание №2 влажного образца)
Испытательные нагрузки перекрытия
Приращения нагрузки
Суммарная нагрузка (фунты)
Нагрузка №1 (фунты)
Нагрузка №2 (фунты)
Нагрузка №3 (фунты)
Нагрузка №4 (фунты)
Нагрузки нет
0
0
0
0
0
1
700
175
175
175
175
2
1400
350
350
350
350
3
2100
525
525
525
525
4
2800
700
700
700
700
5
3500
875
875
875
875
6
4200
1050
1050
1050
1050
7
4900
1225
1225
1225
1225
8
5600
1400
1400
1400
1400
9
6300
1575
1575
1575
1575
10
7000
1750
1750
1750
1750
11
7700
1925
1925
1925
1925
Расчетная нагрузка
8400
2100
2100
2100
2100
13
9100
2275
2275
2275
2275
14
9800
2450
2450
2450
2450
15
10500
2625
2625
2625
2625
16
11200
2800
2800
2800
2800
17
11900
2975
2975
2975
2975
18
14000
3500
3500
3500
3500
Предельная нагрузка
30285
7327
7707
7740
7511
Расчетная нагрузка - 504,8 фунт/фут (751 кг/м).
Таблица 32.
Сравнительное испытание перекрытия пола (испытание №2 влажного образца)
Пролет в свету
Приращения нагрузки
Нагрузка (фунты)
Индикатор #2
Индикатор #3
Индикатор #4
RD<sup>1</sup>
Измер.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Измер.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Измер.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Нагрузки нет
0
0,166
-
0,136
-
0,129
-
1
700
0,180
0,014
0,144
0,008
0,140
0,011
0,007
2
1400
0,193
0,027
0,156
0,020
0,150
0,021
0,019
3
2100
0,210
0,044
0,173
0,037
0,167
0,038
0,035
4
2800
0,228
0,062
0,192
0,056
0,181
0,052
0,054
5
3500
0,240
0,074
0,210
0,074
0,195
0,066
0,071
6
4200
0,268
0,102
0,233
0,197
0,213
0,084
0,094
7
4900
0,312
0,146
0,270
0,134
0,237
0,108
0,130
8
5600
0,337
0,171
0,293
0,157
0,255
0,126
0,152
9
6300
0,370
0,204
0,326
0,190
0,280
0,151
0,184
10
7000
0,387
0,221
0,345
0,209
0,295
0,166
0,201
11
7700
0,406
0,240
0,367
0,231
0,314
0,185
0,223
Расчетная нагрузка
8400
0,423
0,257
0,386
0,250
0,330
0,201
0,241
13
9100
0,440
0,274
0,406
0,270
0,351
0,222
0,260
14
9800
0,451
0,285
0,427
0,291
0,368
0,239
0,279
15
10500
0,471
0,309
0,448
0,312
0,387
0,258
0,298
16
11200
0,491
0,325
0,468
0,332
0,405
0,276
0,316
17
11900
0,512
0,346
0,494
0,358
0,429
0,300
0,341
18
14000
0,569
0,393
0,553
0,417
0,482
0,353
0,396
Температура и влажность при сборке конструкции: 70°F/50%.
Температура и влажность при проведении испытания: 70°F/48%.
Описание образца: КЦ-панель толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленная к стальным балкам (толщина - 16, ширина - 8 дюймов (20,3 см)).
Разрушение конструкции: Стыковые соединения на нагружаемой стороне перекрытия на конце №1 раскрылись в некоторых местах, что привело к разрушению среднего слоя цементной плиты вокруг крепежных элементов вдоль соединения. Винты вдоль краевой балки на конце №1 вышли из цементной плиты из-за разрушения среднего слоя.
<sup>1</sup> RD - обозначение полученного отклонения. Полученное отклонение равно среднему отклонению опор за вычетом точки наибольшего отклонения по пролету в свету.
<sup>2</sup> Изм. - сокращение от слова "измерение".
<sup>3</sup> Откл. - сокращение от слова "отклонение".
Таблица 33.
Испытание перекрытия пола (испытание №2 влажного образца)
Опорные точки
Среднее отклонение опор
Приращения нагрузки
Нагрузка (фунты)
Индикатор #1
Индикатор #5
Измер.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Измер.<sup>2</sup>
Откл.<sup>3</sup>
Нагрузки нет
0
0,075
-
0,110
-
-
1
700
0,077
0,002
0,110
0,000
0,001
2
1400
0,078
0,003
0,110
0,000
0,002
3
2100
0,078
0,003
0,111
0,001
0,002
4
2800
0,078
0,003
0,111
0,001
0.002
5
3500
0,079
0,004
0,112
0,002
0,003
6
4200
0,079
0,004
0,112
0,002
0,003
7
4900
0,080
0,005
0,113
0,003
0,004
8
5600
0,083
0,008
0,113
0,003
0,006
9
6300
0,084
0,009
0,114
0,004
0,007
10
7000
0,086
0,011
0,115
0,005
0,008
11
7700
0,087
0,012
0,115
0,005
0,009
Расчетная нагрузка
8400
0,089
0,014
0,115
0,005
0,010
13
9100
0,090
0,015
0,116
0,006
0,011
14
9800
0,092
0,017
0,118
0,008
0,013
15
10500
0,095
0,020
0.119
0,009
0,015
16
11200
0,097
0,022
0,120
0,010
0,016
17
11900
0,099
0,024
0,120
0,010
0,017
18
14000
0,105
0,030
0,123
0,013
0,022
Индикаторы 2,3 и 4 отклонения опор (указано "Пролет в свету") в Таблице 32 являются измерительными приборами, размещенными вдоль испытательного образца в зоне между опорными точками с двух противолежащих концов каркаса.
Индикаторы 1 и 5 в Таблице 33 расположены в опорных точках этого испытательного образца.
<sup>2</sup> Изм. - сокращение от слова "измерение".
<sup>3</sup> Откл. - сокращение от слова "отклонение".
Таблица 34.
Результаты поглощения воды (КЦ-панель толщиной 3/4 дюйма (1,9 см))
Образец
Вес до поглощения воды
Вес после поглощения воды
Увеличение веса (г)
Доля увеличения веса (%)
А
2069,0
2082,3
13,3
0,6
В
2109,1
2112,6
3,5
0,2
С
2145,0
2149,9
4,9
0,2
Среднее поглощение воды (%)
0,3
Данные приведены для содержания влаги в образцах А, В и С размерами 12×12 дюймов (30,5×30,5 см) панелей с составом компонентов, участвовавших в испытаниях "Сухая панель" и "Влажная панель", результаты которых рассмотрены выше. Образцы выдерживались в воде в течение 24 часов при величине столба воды, равного 2 дюйма.
Таблица 35.
Содержание влаги (КЦ-панель толщиной 3/4 дюйма (1,9 см))
До поглощения воды
После поглощения воды
Образец
Вес после высушивания (г)
Вес до поглощения воды(г)
Потеря веса (г)
Потеря веса (%)
Вес после поглощения воды(г)
Увеличение веса (г)
Увеличение веса (%)
А
1801,9
2069,0
267,1
12,9%
2082,3
280,4
13,5%
В
1875,5
2109,1
230,6
10,9%
2112,6
234,1
11,1%
С
1904,5
2145,0
240,5
11,2%
2149,9
245,4
11,4%
Среднее содержание влаги
11,7%
12,0%
Таблица 36.
Расширение плиты, в дюймах (КЦ-панель толщиной 3/4 дюйма (1,9 см))
Образец
Ширина 1
Ширина 2
Толщина 1
Толщина 2
Толщина 3
Толщина 4
А - до поглощения воды
12,146
11,907
0,717
0,715
0,697
0,704
А - после поглощения воды
12,146
11,907
0,717
0,715
0,697
0,704
Разница
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
В - до поглощения воды
12,072
11,940
0,710
0,740
0,732
0,715
В - после поглощения воды
12,072
11,940
0,710
0,740
0,732
0,715
Разница
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
С - до поглощения воды
12,065
11,970
0,755
0,740
0,730
0,750
С - после поглощения воды
12,065
11,970
0,755
0,740
0,730
0,750
Разница
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
Пример 8
Для определения прочности и жесткости на сдвиг конструкции перекрытия пола, состоящей из стального каркаса и КЦ-перекрытия, проводились испытания десяти образцов в соответствии с методикой AISI TS-7-02 (перегородки из холоднокатаных стальных профилей, метод консоли). Полученные данные позволяют оценить характеристики конструкции при использовании ее в качестве стенки жесткости.
На фигуре 32 приведен вид каркаса 400 перекрытия пола, использованного при проведении испытаний в соответствии с AISI TS-7. Материалы перекрытия пола
Образец конструкционной цементной панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), армированной пучками стеклянных волокон. Длинные стороны листов, имеющих размеры 4'×8' (1,2×244 см), были снабжены шипами и пазами с наклонными боковыми стенками.
Многослойная фанера толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), GP PLUS, толщиной 23/32 дюйма (1,83), соединение "шип-паз". Конструкция Sturd-I-Floor™, сертифицированная АРА (Exposure 1, промежуточное покрытие PS1-95, обработано песком, PRP-108), производство компании Georgia Pacific Corporation.
Крепежные элементы: винты Grabber Super Drive™ (диаметр - 8-18, длина 1 5/8 (4,1 см), изделие No. CHS8158JBW, устанавливаемые с шагом 4, 6 и 12 дюймов (10,1 см, 15,2 см и 30,5 см) по периметру и 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра. Все крепежные элементы располагались на расстоянии по меньшей мере 3/4 дюйма (1,9 см) от краев панелей и 1/2 дюйма (1,3 см) от стыков. На углах панелей крепежные элементы располагались на расстоянии 2 дюйма (5,1 см).
Клеящий материал: полиуретановый, для строительных работ, производства компании OSI Sealants. На все элементы каркаса наносился валик диаметром 1/4 дюйма (0,65 см), а в стыковые соединения панелей наносился двойной валик. Прежде чем подвергать конструкции испытательным нагрузкам, их выдерживали в течение 24 часов.
Каркас перекрытия
Балки: размер - 16, ширина - 10 дюймов (25,4 см), длина - 10 футов (3,05 м), модель TRADE READY™ компании Dietrich Industries. На балки нанесена маркировка Dictrich TDJ5 W 9-1/4 inches (23.5 cm) x L 11 foot 10-1/2 inches (6.02 m) 14453223 16 GAUGE G60 50 KSI. Средний нижний предел текучести составил 51,0 ksi (352 МПа).
Боковые направляющие: размер -16, ширина - 10 3/16 дюймов (25,9 см), длина - 16 футов (4,88 м), с предварительно подготовленными площадками для посадки поперечных балок, которые устанавливались с шагом 24 дюйма (61 см). На направляющих нанесена маркировка Dietrich D16 W 9-1/4 IN (23.5 cm)×L 16 FT (4.88 m) 14453203 16 GAUGE G60. Средний нижний предел текучести составил 62,7 ksi (432 МПа). Крепежные элементы: винты DRIVALL с шестигранной головкой, диаметр - 10-16, длина - 3/4 дюйма (1,9 см).
Конструкция испытательного образца
Десять испытательных образцов, предназначенных для испытаний, имели габаритные размеры 11'-11"×12" (3,63×3,66 м). Боковые направляющие были снабжены предварительно отогнутыми петлями, разнесенными с шагом 16 дюймов (41 см), так что угловые скобы были приварены с шагом 24 дюйма (61 см).
Балки прикреплялись к боковым направляющим с использованием трех винтов DRIVALL (диаметр 10-16, длина 3/4 дюйма (1,9 см)) с шестигранной головкой, которые ввинчивались в балки через предварительно отогнутые петли. Соединитель компании Simpson Strong-Tie, номер детали S/HD15, прикреплялся к нагружаемой стороне перекрытия с помощью 48 самонарезающих винтов с шестигранной головкой (диаметр - 10, длина 3/4 дюйма (1,9 см)). К балке, работающей на сжатие, с помощью 14 самонарезающих винтов с шестигранной головкой (диаметр - 10, длина 3/4 дюйма (1,9 см)) была прикреплена стойка (толщина - 12, ширина - 6 1/8 дюйма, длина - 16 дюймов). Стойка обеспечивала дополнительную жесткость для предотвращения разрушения краевой балки до разрушения перекрытия. Каркас собирался, и затем к нему прикреплялась плита из КЦ-панелей или многослойной фанеры. Покрытие пола прикреплялось с помощью винтов Grabber Super Drive™ (диаметр - 8-18, длина 1 5/8 (4,1 см)), устанавливаемых с шагом 4, 6 или 12 дюймов (10,1 см, 15,2 см и 30,5 см) по периметру, 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра и на расстоянии 2 дюйма (5,08 см) от углов. Винты старались заворачивать таким образом, чтобы их головки были заподлицо с поверностью или находились чуть ниже поверхности. См. прилагаемые чертежи В6-В11. Испытательные образцы, в которых использовался клеящий материал, выдерживали по меньшей мере в течение 24 часов для обеспечения отверждения клеящего материала.
На фигуре 33 приведен вид одного из перекрытий 420 из КЦ-панелей, использованного при проведении испытаний в соответствии с AISI TS-7. Плиты 442 были составлены из КЦ-панелей толщиной 0,670-0,705 дюйма (1,70-1,79 см). На виде ЕЕ показано смещение панелей в месте соединения. На виде показаны элементы соединения "шип-паз" (длина шипа - 1/2 дюйма (1,27 см)). На виде GG показана угловая зона. На виде НН показана зона соединения трех панелей. На виде II показана угловая зона.
Устройство испытательного стенда
На фигуре 34 приведен вид испытательного стенда, использованного при проведении испытаний в соответствии с AISI TS-7. Испытательный стенд 450 снабжен двумя нагружающими балками 454 размерами 8×72 дюйма (20,3×183 см). Испытательный образец 452 размещался на роликах 458 диаметром 1 дюйм (2,54 см), установленных на стальной плите 460. Также в состав стенда входила жесткая опора 466, фиксирующее устройство 456 и фиксирующая двутавровая балка. Испытательный образец 452 может нагружаться с помощью гидравлического цилиндра 462. Для фиксации опоры 464 используется двутавровая фиксирующая балка.
Испытательный образец устанавливался в фиксаторах стенда так, чтобы одна из боковых направляющих была заподлицо с верхней частью швеллера (10 дюймов, 30 фунт/фут (25,4 см, 44,6 кг/м)). Затем боковая направляющая прикреплялась к швеллеру с помощью винтов с шестигранной головкой (диаметр - 12-24, Т5) с шагом 12 дюймов (30,5 см). Затем к другой боковой направляющей, заподлицо с верхней частью, с помощью самонарезающих винтов с шестигранной головкой (диаметр 10, длина - 3/4 дюйма (1,9 см)) прикреплялись две двутавровые балки размерами 8×72 дюйма (20,3×183 см). Крепежные элементы устанавливались с шагом 6 дюймов (15,2 см), чередуясь между полками двутавровой балки. Двутавровые балки соединялись между собой с помощью болтов. Гидравлический цилиндр находился на реактивной балке, выровненной с двутавровыми балками.
Через соединитель Simpson Strong-Tie пропускался стержень диаметром 1 дюйм (2,54 см) с резьбой и соединялся с жестким стальным фиксирующим устройством. Удельный момент для соединительных гаек на стержне не задавался. Боковая направляющая на нагружаемой стороне устанавливалась на двойных роликах, расстояние между которыми составляло примерно 48 дюймов (61 см). На стороне сжатия на перекрытии был установлен прижим для предотвращения его выпучивания. Между прижимной трубой и стальной пластиной на обшивке перекрытия были установлены два ролика диаметром 1 дюйм (2,54 см).
На конструкции перекрытия пола были установлены четыре датчика линейных перемещений:
#1 - контроль балки, работающей на растяжение,
#2 - контроль зафиксированной боковой направляющей,
#3 - контроль нагружаемой боковой направляющей (на угловой скобе),
#4 - контроль балки, работающей на сжатие.
Датчики линейных перемещений и датчик гидравлического давления подсоединялись к системе сбора данных.
Испытательное оборудование
На конструкции перекрытия пола были установлены четыре линейных датчика:
Один ручной гидравлический насос ENERPAC Р-39.
Три гидравлических цилиндра ENERPAC RC-1010.
Четыре датчика линейных перемещений.
Пять жестких опор, прикрепленных болтами к полу.
Один жесткий швеллер С10×30, прикрепленный болтами к трем опорам.
Один цифровой измеритель Omega.
Один датчик давления Omega.
Две двутавровые балки длиной по 6 футов (1,83 м) каждая.
Порядок проведения испытаний
С помощью гидравлического цилиндра создавались нагрузки в точке нагружения образца. Прилагаемые к образцу нагрузки измерялись аппаратурой сбора данных и датчиком давления. Величины приложенных сил непрерывно записывались в протоколе испытаний. Нагрузки создавались путем подачи гидравлического давления для получения механического усилия, пока цифровые измерители не показывали требуемой величины нагрузки. Конструкция перекрытия пола нагружалась с постоянной скоростью, пока дальнейшее увеличение нагрузки не становилось невозможным.
Результаты испытаний
Сводные результаты испытаний приведены в Таблице 37.
Таблица 37.
Сводные результаты испытаний №1-10
Образец конструкции: КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма, прикрепленные к стальным балкам (толщина - 16), установленным с шагом 24 дюйма с помощью винтов(диаметр 8, длина 1 5/8 дюйма (4,1 см)), установленных с различным шагом по периметру и с шагом 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра. Ряды, указываемые в описаниях разрушения, - это ряды #1-#3, где ряд #1 - сторона нагружения. Более подробно указано на фигурах 35-37.
Испытание №
Шаг по периметру (дюймы)
Шаг внутри периметра (дюймы)
Приклеивание к каркасу
Прочность на сдвиг (фунт/фут)
Жесткость на сдвиг, G' (фунт/фут)
1
4"
12"
Нет
623,9
241'328
2
637,9
178'433
3
783,3
147'670
4
6"
12"
Нет
699,0
202'407
5
544,8
121'526
6
711,4
107'653
10 (многослойная фанера)
527,9
78'880
7
4"
12"
Да
1886,0
581'716
8
6"
1612,5
803'716
9
12"
1327,0
432'444
На фигурах 35-37 приведены для испытаний зависимости отклонений от нагрузки в фунтах, а сводные результаты приведены в Таблице 37.
На фигуре 35 приведен график результатов испытаний перекрытия пола в соответствии с AISI TS-7 при использовании КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см) со схемой крепления 4-12 дюймов (10,2-30,5 см).
На фигуре 36 приведен график результатов испытаний перекрытия пола в соответствии с AISI TS-7 при использовании КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см) в сравнении с многослойной фанерой толщиной 3/4 дюйма (1,9 см) со схемой крепления 6-12 дюймов (15,3-30,5 см). На фигуре 37 приведен график результатов испытаний перекрытия пола в соответствии с AISI TS-7 при использовании КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см) с использованием клеящего материала.
В таблицах 38-47 приведены в табличной форме данные, отображенные в графической форме на фигурах 35, 36 и 37 (точность - 0,001 дюйма).
Таблица 38.
Испытание №1: образец конструкции: КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,91 см), прикрепленные к стальным балкам (толщина - 16), установленным с шагом 24 дюйма (61 см) с помощью винтов (диаметр 8, длина 1 5/8 дюйма (4,1 см)), установленных с шагом 4 дюйма (10,2 см) по периметру и с шагом 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра.
Условия проведения испытания: 70°F (21,1°C); отн. влажность - 41%. Ширина перекрытия -143 дюйма (3,63 м); длина перекрытия 144 дюйма (3,66 м); время нагружения (мин:сек) - 7:46.
Нагрузка (фунты)
Отклонение в дюймах - номер индикатора
Чистое сдвиговое отклонение
1
2
3
4
0
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
214
0,001
-0,001
0,015
0,012
0,003
500
0,001
-0,003
0,041
0,032
0,012
723
0,002
-0,004
0,061
0,043
0,019
982
0,004
-0,006
0,089
0,046
0,045
1205
0,005
-0,006
0,109
0,049
0,061
1481
0,007
-0,007
0,132
0,052
0,080
1704
0,008
-0,007
0,147
0,055
0,091
1945
0,009
-0,006
0,159
0,057
0,099
2204
0,011
-0,004
0,180
0,061
0,113
2489
0,012
-0,003
0,194
0,063
0,122
2739
0,013
0,000
0,211
0,066
0,131
2980
0,015
0,004
0,237
0,070
0,148
3230
0,017
0,008
0,259
0,074
0,160
3498
0,018
0,013
0,295
0,079
0,185
3739
0,020
0,016
0,328
0,083
0,210
3997
0,022
0,020
0,365
0,087
0,237
4229
0,023
0,023
0,407
0,093
0,269
4488
0,025
0,025
0,445
0,096
0,299
4729
0,027
0,029
0,493
0,100
0,338
4961
0,028
0,033
0,531
0,104
0,367
5247
0,030
0,044
0,600
0,109
0,418
5461
0,031
0,050
0,645
0,112
0,452
5746
0,033
0,054
0,710
0,115
0,509
5987
0,035
0,059
0,768
0,119
0,556
2995 (Р)
0,015
0,004
0,237
0,070
0,148
Предельная нагрузка (Pn)=7486 фунтов (3396 кг); Р=0,4(Pn)=2995 фунтов (1359 кг); прочность на сдвиг (Sn)=623,9 фунт/фут (928 кг/м); сдвиговая жесткость (G')=241328 фунт/фут (359096 кг/м).
Разрушение: разрушение КЦ-панели в ряду #2 на стороне сжатия вокруг винтов. Края соединения "шип-паз" сдвинулись из-за сдвига и поворота винтов (прежде всего винтов, установленных с шагом 12 дюймов (30,5 см) вдоль соединений "шип-паз"). Разрушение угла КЦ-панели в ряду #1 стороны растяжения на соединении "шип-паз". Разрушение углов панелей ряда #2 (два угла не разрушились). Разрушение углов панелей ряда #3 на стороне сжатия соединения "шип-паз".
Таблица 39.
Испытание №2: образец конструкции: КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма, прикрепленные к стальным балкам (толщина - 16), установленным с шагом 24 дюйма (61 см) с помощью винтов (диаметр 8, длина 1 5/8 дюйма (4,1 см)), установленных с шагом 4 дюйма (10,2 см) по периметру и с шагом 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра.
Условия проведения испытания: 67°F (19,4°C); отн. влажность - 45%.
Ширина перекрытия -143 дюйма (3,63 м); длина перекрытия 144 дюйма (3,66 м); время нагружения (мин:сек) - 10:11.
Нагрузка (фунты)
Отклонение в дюймах - номер индикатора
Чистое сдвиговое отклонение
1
2
3
4
0
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
232
0,002
0,003
0,051
0,047
-0,001
500
0,003
0,009
0,134
0,114
0,009
732
0,005
0,012
0,171
0,129
0,027
991
0,006
0,015
0,187
0,132
0,036
1196
0,007
0,019
0,212
0,136
0,051
1472
0,008
0,025
0,253
0,138
0,083
1722
0,009
0,032
0,284
0,142
0,103
1981
0,010
0,039
0,312
0,145
0,119
2222
0,012
0,046
0,342
0,150
0,136
2480
0,013
0,053
0,370
0,153
0,152
2739
0,015
0,061
0,410
0,157
0,179
2989
0,016
0,067
0,446
0,161
0,203
3167
0,016
0,073
0,469
0,163
0,217
3471
0,018
0,080
0,506
0,167
0,242
3702
0,019
0,084
0,530
0,170
0,258
3988
0,021
0,090
0,572
0,175
0,289
4238
0,022
0,094
0,604
0,177
0,312
4479
0,023
0,099
0,639
0,179
0,340
4684
0,024
0,103
0,668
0,182
0,361
4987
0,026
0,109
0,725
0,184
0,407
5219
0,027
0,113
0,761
0,188
0,435
5478
0,028
0,118
0,812
0,191
0,476
5745
0,029
0,122
0,870
0,197
0,523
5950
0,031
0,127
0,928
0,201
0,570
3062 (Р)
0,016
0,069
0,450
0,162
0,204
Предельная нагрузка (Pn)=7655 фунтов (3472 кг); Р=0,4(Pn)=3062 фунтов (1389 кг); прочность на сдвиг (Sn)=637,9 фунт/фут (949 кг/м); сдвиговая жесткость (G')=178433 фунт/фут (265508 кг/м).
Разрушение: разрушение КЦ-панели в ряду #2 на стороне сжатия вокруг винтов. Края соединения "шип-паз" сдвинулись из-за сдвига и поворота винтов (прежде всего винтов, установленных с шагом 12 дюймов (30,5 см) вдоль соединений "шип-паз"). Разрушение угла КЦ-панели в ряду #1 на стороне растяжения на соединении "шип-паз". Разрушение угла панели в ряду #2 и ряду #3 на соединении "шип-паз" стороны сжатия.
Таблица 40.
Испытание №3: образец конструкции: КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма, прикрепленные к стальным балкам (толщина - 16), установленным с шагом 24 дюйма (61 см) с помощью винтов (диаметр 8, длина 1 5/8 дюйма (4,1 см)), установленных с шагом 4 дюйма (10,2 см) по периметру и с шагом 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра.
Условия проведения испытания: 67°F(19,4°С); отн. влажность - 45%.
Ширина перекрытия - 143 дюйма (3,63 м); длина перекрытия 144 дюйма (3,66 м); время нагружения (мин:сек) - 07:58.
Нагрузка (фунты)
Отклонение в дюймах - номер индикатора
Чистое сдвиговое отклонение
1
2
3
4
0
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
232
0,001
0,007
0,069
0,059
0,002
499
0,003
0,012
0,115
0,090
0,010
749
0,005
0,018
0,152
0,096
0,033
972
0,005
0,023
0,174
0,100
0,047
1240
0,007
0,030
0,210
0,104
0,070
1489
0,009
0,038
0,238
0,106
0,086
1703
0,010
0,044
0,270
0,108
0,109
1980
0,011
0,052
0,302
0,109
0,131
2194
0,012
0,058
0,331
0,111
0,151
2471
0,013
0,064
0,365
0,112
0,177
2729
0,014
0,068
0,391
0,113
0,196
2979
0,016
0,074
0,425
0,114
0,223
3247
0,017
0,080
0,464
0,116
0,252
3416
0,019
0,083
0,486
0,117
0,268
3737
0,020
0,089
0,531
0,119
0,303
3960
0,021
0,092
0,562
0,121
0,330
4228
0,024
0,096
0,601
0,123
0,359
4442
0,025
0,100
0,628
0,127
0,378
4728
0,026
0,106
0,675
0,130
0,415
4968
0,027
0,108
0,711
0,131
0,446
5236
0,029
0,111
0,773
0,137
0,497
5495
0,030
0,115
0,821
0,139
0,538
5655
0,031
0,118
0,856
0,140
0,568
5932
0,033
0,119
0,902
0,143
0,608
3760 (Р)
0,020
0,089
0,531
0,119
0,303
Предельная нагрузка (Pn)=9399 фунтов (4263 кг); Р=0,4(Pn)=3760 фунтов (1706 кг); прочность на сдвиг (Sn)=783,9 фунт/фут (1166 кг/м); сдвиговая жесткость (G')=147670 фунт/фут (219732 кг/м).
Разрушение: разрушение КЦ-панели в ряду #2 на стороне сжатия вокруг винтов. Края соединения "шип-паз" сдвинулись из-за сдвига и поворота винтов (прежде всего винтов, установленных с шагом 12 дюймов (30,5 см) вдоль соединений "шип-паз"). Разрушение угла КЦ-панели в ряду #1 стороны растяжения на соединении "шип-паз". Рассоединение стыкового соединения в ряду #2 при разрушении КЦ-панели вокруг крепежных элементов.
Таблица 41.
Испытание №4: образец конструкции: КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма, прикрепленные к стальным балкам (толщина - 16), установленным с шагом 24 дюйма (61 см) с помощью винтов (диаметр 8, длина 1 5/8 дюйма (4,1 см)), установленных с шагом 6 дюймов (15,2 см) по периметру и с шагом 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра.
Условия проведения испытания: 70°F (21,1°С); отн. влажность - 41%.
Ширина перекрытия - 143 дюйма (3,63 м); длина перекрытия 144 дюйма (3,66 м); время нагружения (мин:сек) - 07:12.
Нагрузка (фунты)
Отклонение в дюймах - номер индикатора
Чистое сдвиговое отклонение
1
2
3
4
0
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
232
0,000
0,003
0,038
0,016
0,019
473
0,001
0,006
0,075
0,023
0,046
714
0,002
0,008
0,111
0,028
0,073
982
0,004
0,011
0,146
0,032
0,098
1231
0,005
0,015
0,174
0,036
0,118
1499
0,007
0,018
0,196
0,041
0,131
1749
0,008
0,022
0,217
0,045
0,144
1981
0,009
0,025
0,234
0,050
0,151
2249
0,012
0,032
0,261
0,057
0,162
2481
0,012
0,035
0,277
0,059
0,171
2668
0,013
0,040
0,294
0,064
0,177
2998
0,015
0,047
0,313
0,066
0,184
3230
0,016
0,051
0,328
0,070
0,191
3498
0,017
0,056
0,348
0,070
0,205
3730
0,019
0,061
0,377
0,073
0,224
3980
0,020
0,067
0,411
0,076
0,248
4229
0,022
0,072
0,444
0,079
0,272
4488
0,023
0,079
0,498
0,083
0,314
4747
0,023
0,083
0,553
0,085
0,364
4997
0,025
0,088
0,617
0,088
0,417
5238
0,026
0,092
0,672
0,090
0,465
5470
0,028
0,095
0,751
0,093
0,536
5720
0,029
0,100
0,858
0,097
0,633
5987
0,030
0,104
0,900
0,098
0,669
3355 (Р)
0,017
0,053
0,337
0,070
0,198
Предельная нагрузка (Pn)=8387 фунтов (3804 кг); Р=0,4(Pn)=3355 фунтов (1522 кг); прочность на сдвиг (Sn)=699,0 фунт/фут (1040 кг/м); сдвиговая жесткость (G')=202407 фунт/фут (301181 кг/м).
Разрушение: Все стыковые соединения рассоединились при разрушении КЦ-панелей вокруг крепежных элементов.
Сдвиг и поворот винтов вдоль обоих краев соединений "шип-паз" (прежде всего винтов, установленных с шагом 12 дюймов (30,5 см) вдоль соединений "шип-паз").
Разрушение КЦ-панелей вокруг винтов в ряду #2 на стороне сжатия. Угол КЦ-панелей разрушился вдоль обоих краев соединений "шип-паз".
Таблица 42.
Испытание №5: образец конструкции: КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленные к стальным балкам (толщина - 16), установленным с шагом 24 дюйма (61 см) с помощью винтов (диаметр 8, длина 1 5/8 дюйма (4,1 см)), установленных с шагом 6 дюймов (15,2 см) по периметру и с шагом 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра.
Условия проведения испытания: 70°F (21,1°С); отн. влажность - 38%.
Ширина перекрытия - 143 дюйма (3,63 м); длина перекрытия 144 дюйма (3,66 м); время нагружения (мин:сек) - 05:28.
Нагрузка (фунты)
Отклонение в дюймах - номер индикатора
Чистое сдвиговое отклонение
1
2
3
4
0
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
249
0,001
0,001
0,016
0,001
0,013
490
0,001
0,001
0,039
0,005
0,032
748
0,002
0,000
0,067
0,011
0,054
980
0,004
0,000
0,093
0,016
0,073
1239
0,006
0,000
0,127
0,023
0,098
1471
0,008
0,000
0,148
0,028
0,113
1721
0,009
0,000
0,173
0,032
0,134
1997
0,011
-0,001
0,212
0,036
0,167
2184
0,012
-0,001
0,250
0,042
0,199
2416
0,012
-0,001
0,278
0,044
0,225
2746
0,014
-0,001
0,336
0,047
0,276
2961
0,015
-0,002
0,378
0,049
0,316
3237
0,015
-0,002
0,420
0,052
0,354
3487
0,017
-0,002
0,463
0,056
0,391
3746
0,019
-0,003
0,508
0,060
0,433
3978
0,021
-0,004
0,553
0,063
0,474
4209
0,022
-0,004
0,587
0,065
0,505
4477
0,022
-0,004
0,640
0,070
0,553
4718
0,025
-0,005
0,681
0,072
0,590
4977
0,026
0,001
0,767
0,078
0,622
5209
0,027
0,007
0,850
0,081
0,736
5494
0,029
0,012
0,928
0,084
0,804
2615 (Р)
0,013
-0,001
0,314
0,045
0,256
Предельная нагрузка (Pn)=6538 фунтов (2966 кг); P=0,4(Pn)=2615 фунтов (1186 кг).
Прочность на сдвиг (Sn)=544,8 фунт/фут (811 кг/м); сдвиговая жесткость (G')=121526 фунт/фут (180830 кг/м).
Разрушение: Стыковое соединение в ряду #3 рассоединилось при разрушении КЦ-панели вокруг крепежных элементов.
Сдвиг и поворот винтов вдоль обоих краев соединений "шип-паз" между рядами #1-#2 (прежде всего винтов, установленных с шагом 12 дюймов (30,5 см) вдоль соединений "шип-паз"). Разрушение КЦ-панелей вокруг винтов в ряду #2 на стороне сжатия. Угол КЦ-панелей разрушился вдоль обоих краев соединения "шип-паз".
Таблица 43.
Испытание №6: образец конструкции: КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленные к стальным балкам (толщина - 16), установленным с шагом 24 дюйма (61 см) с помощью винтов (диаметр 8, длина 1 5/8 дюйма (4,1 см)), установленных с шагом 6 дюймов (15,2 см) по периметру и с шагом 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра.
Условия проведения испытания: 70°F (21,1°C); отн. влажность - 38%.
Ширина перекрытия - 43 дюйма (3,63 м); длина перекрытия 144 дюйма (3,66 м); время нагружения (мин:сек) - 06:02.
Нагрузка (фунты)
Отклонение в дюймах - номер индикатора
Чистое сдвиговое отклонение
1
2
3
4
0
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
223
0,001
0,003
0,023
0,011
0,008
482
0,003
0,011
0,066
0,011
0,042
749
0,003
0,020
0,099
0,011
0,066
999
0,004
0,027
0,135
0,011
0,094
1240
0,005
0,037
0,180
0,011
0,128
1499
0,007
0,045
0,220
0,011
0,157
1749
0,009
0,053
0,263
0,011
0,190
1972
0,010
0,062
0,298
0,011
0,216
2239
0,012
0,072
0,339
0,011
0,244
2480
0,013
0,079
0,375
0,011
0,272
2748
0,014
0,087
0,411
0,011
0,299
2988
0,017
0,096
0,453
0,011
0,330
3203
0,018
0,103
0,489
0,011
0,357
3479
0,019
0,111
0,532
0,011
0,391
3702
0,021
0,117
0,563
0,011
0,414
3997
0,022
0,125
0,608
0,011
0,451
4237
0,023
0,131
0,650
0,011
0,486
4469
0,025
0,135
0,685
0,011
0,514
4701
0,026
0,142
0,724
0,011
0,546
4951
0,027
0,148
0,778
0,011
0,593
5236
0,029
0,154
0,837
0,011
0,643
5477
0,030
0,158
0,885
0,011
0,687
5700
0,032
0,164
0,941
0,011
0,735
5941
0,033
0,167
0,985
0,011
0,775
3415 (Р)
0,019
0,108
0,515
0,011
0,378
Предельная нагрузка (Pn)=8537 фунтов (3872 кг); P=0,4(Pn)=3415 фунтов (1549 кг).
Прочность на сдвиг (Sn)=711,4 фунт/фут (1059 кг/м); сдвиговая жесткость (G')=107653 фунт/фут (160188 кг/м).
Разрушение: Стыковые соединения между рядами #2 и #3 рассоединились при разрушении КЦ-панелей вокруг крепежных элементов.
Сдвиг и поворот винтов вдоль края 8 дюймов соединений "шип-паз" в ряду #2 и #3 из-за сжатия и остающиеся 4 дюйма сдвинулись вдоль края соединения "шип-паз" в ряду #1 и #2 (прежде всего винтов, установленных с шагом 12 дюймов (30,5 см) вдоль соединений "шип-паз"). Разрушение КЦ-панелей вокруг винтов в ряду #2 и #3 на стороне сжатия. Угол КЦ-панелей разрушился вдоль обоих краев соединения "шип-паз".
Таблица 44.
Испытание №7: КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленные к стальным балкам (толщина - 16), установленным с шагом 24 дюйма (61 см) с помощью винтов (диаметр 8, длина 1 5/8 дюйма (4,1 см)), установленных с шагом 4 дюймов (15,2 см) по периметру и с шагом 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра.
Условия проведения испытания: 69°F (20,6°С); отн. влажность - 44%.
Ширина перекрытия - 143 дюйма (3,63 м); длина перекрытия 144 дюйма (3,66 м); время нагружения (мин:сек) - 10:14.
Нагрузка (фунты)
Отклонение в дюймах - номер индикатора
Чистое сдвиговое отклонение
1
2
3
4
0
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
446
0,000
0,004
0,028
0,010
0,014
981
-0,001
0,008
0,049
0,016
0,026
1472
-0,002
0,014
0,068
0,019
0,037
1980
-0,004
0,019
0,086
0,022
0,049
2480
-0,002
0,025
0,103
0,024
0,057
2962
-0,001
0,028
0,119
0,027
0,065
3497
0,001
0,032
0,169
0,030
0,106
3987
0,004
0,040
0,178
0,035
0,100
4478
0,005
0,046
0,196
0,040
0,105
4978
0,008
0,052
0,226
0,046
0,119
5459
0,011
0,060
0,259
0,052
0,137
5995
0,013
0,066
0,276
0,056
0,141
6414
0,015
0,071
0,314
0,063
0,165
6985
0,018
0,077
0,322
0,070
0,158
7466
0,021
0,083
0,342
0,076
0,163
7957
0,025
0,088
0,383
0,085
0,187
8483
0,027
0,094
0,403
0,093
0,190
8956
0,040
0,109
0,506
0,172
0,186
9483
0,044
0,113
0,544
0,185
0,204
9920
0,053
0,158
0,597
0,185
0,203
10401
0.057
0,160
0,623
0,185
0,224
10919
0,063
0,164
0,702
0,185
0,293
11400
0,068
0,169
0,734
0,185
0,314
11909
0,073
0,172
0,774
0,185
0,346
9053 (Р)
0,040
0,109
0,507
0,174
0,185
Предельная нагрузка (Pn)=22631 фунтов (10265 кг); P=0,4(Pn)=9053 фунтов (4106 кг); прочность на сдвиг (Sn)=1886,0 фунт/фут (2806 кг/м); сдвиговая жесткость (G')=581716 фунт/фут (865593 кг/м).
Разрушение: Разрушение клеевого соединения КЦ-панелей вдоль опорной стороны перекрытия (ряд #3) возле стороны растяжения. Нарушение крепления вдоль того же края. Балка, работающая на растяжение, сильно деформирована вокруг соединителя Simpson Strong-Tie.
Таблица 45.
Испытание №8: образец конструкции: КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленные к стальным балкам (толщина - 16), установленным с шагом 24 дюйма (61 см) с помощью винтов (диаметр 8, длина 1 5/8 дюйма (4,1 см)), установленных с шагом 6 дюймов (15,2 см) по периметру и с шагом 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра.
Условия проведения испытания: 73°F (22,8°C); отн. влажность - 45%.
Ширина перекрытия - 143 дюйма (3,63 м); длина перекрытия 144 дюйма (3,66 м); время нагружения (мин:сек) - 05:45.
Нагрузка (фунты)
Отклонение в дюймах - номер индикатора
Чистое сдвиговое отклонение
1
2
3
4
0
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
421
0,010
0,013
0,074
0,008
0,043
992
0,016
0,025
0,118
0,020
0,057
1483
0,024
0,040
0,156
0,024
0,068
1964
0,029
0,054
0,179
0,023
0,073
2446
0,033
0,064
0,192
0,021
0,074
2892
0,038
0,074
0,205
0,020
0,073
3463
0,042
0,085
0,220
0,019
0,074
3963
0,046
0,092
0,232
0,019
0,075
4444
0,050
0,101
0,251
0,019
0,080
4962
0,056
0,111
0,269
0,020
0,083
5452
0,061
0,121
0,286
0,020
0,085
5916
0,067
0,130
0,310
0,021
0,093
6478
0,072
0,141
0,333
0,021
0,099
6978
0,076
0,149
0,350
0,021
0,104
7477
0,081
0,157
0,371
0,021
0,113
7879
0,085
0,164
0,386
0,021
0,116
8485
0,091
0,173
0,411
0,021
0,126
8985
0,095
0,181
0,429
0,021
0,133
9413
0,100
0,191
0,447
0,021
0,135
9913
0,106
0,201
0,472
0,021
0,146
10394
0,111
0,210
0,496
0,021
0,155
10903
0,115
0,218
0,519
0,021
0,166
11438
0,119
0,227
0,544
0,021
0,178
11946
0,126
0,242
0,578
0,021
0,191
7740 (Р)
0,084
0,161
0,380
0,021
0,115
Предельная нагрузка (Pn)=19351 фунтов (8777 кг); Р=0,4(Pn)=7740 фунтов (3511 кг); прочность на сдвиг (Sn)=1612,5 фунт/фут (2399 кг/м); сдвиговая жесткость (G')=803716 фунт/фут (1195900 кг/м).
Разрушение: Разрушение клеевого соединения КЦ-панелей вдоль опорной стороны перекрытия (ряд #3) возле стороны растяжения. Нарушение креплений и разрушение КЦ-панелей вокруг крепежных элементов вдоль того же края. Балка, работающая на растяжение, сильно деформирована вокруг соединителя Simpson Strong-Tie.
Таблица 46.
Испытание №9: образец конструкции: КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленные к стальным балкам (толщина - 16), установленным с шагом 24 дюйма (61 см) с помощью винтов (диаметр 8, длина 1 5/8 дюйма (4,1 см)), установленных с шагом 4 дюймов (15,2 см) по периметру и с шагом 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра.
Условия проведения испытания: 73°F (22,8°C); отн. влажность - 45%.
Ширина перекрытия - 143 дюйма (3,63 м); длина перекрытия 144 дюйма (3,66 м); время нагружения (мин:сек) - 04:19.
Нагрузка (фунты)
Отклонение в дюймах - номер индикатора
Чистое сдвиговое отклонение
1
2
3
4
0
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
170
0,002
0,002
0,035
-0,002
0,033
455
0,007
0,006
0,068
-0,008
0,063
750
0,013
0,009
0,084
-0,011
0,074
901
0,017
0,015
0,097
-0,013
0,078
1214
0,024
0,022
0,116
-0,017
0,086
1499
0,035
0,032
0,145
-0,021
0,099
1722
0,041
0,038
0,166
-0,023
0,109
1972
0,051
0,050
0,191
-0,024
0,115
2159
0,056
0,056
0,209
-0,023
0,119
2471
0,065
0,065
0,231
-0,020
0,121
2685
0.071
0,071
0,248
-0,018
0,123
2953
0,077
0,081
0,267
-0,014
0,124
3212
0,081
0,087
0,286
-0,010
0,129
3497
0,084
0,093
0,298
-0,008
0,130
3729
0,088
0,099
0,317
-0,003
0,134
3934
0,090
0,105
0,330
0,000
0,135
4113
0,091
0,109
0,337
0,002
0,136
4416
0,095
0,117
0,361
0,009
0,142
4719
0,098
0,124
0,380
0,014
0,145
4925
0,100
0,129
0,393
0,018
0,147
5246
0,103
0,136
0,409
0,024
0,147
5495
0,106
0,145
0,425
0,031
0,145
5736
0,110
0,150
0,460
0,036
0,165
5995
0,113
0,156
0,477
0,041
0,169
6369 (Р)
0,116
0,161
0,496
0,045
0,176
Предельная нагрузка (Pn)=15924 фунтов (7223 кг); P=0,4(Pn)=6369 фунтов (2889 кг).
Прочность на сдвиг (Sn)=1327,0 фунт/фут (1975 кг/м); сдвиговая жесткость (G')=432444 фунт/фут (643477 кг/м).
Разрушение: Разрушение клеевого соединения КЦ-панелей вдоль опорной стороны перекрытия (ряд #3). Нарушение крепления вдоль того же края. Балка, работающая на растяжение, сильно деформирована вокруг соединителя Simpson Strong-Tie. Срез креплений возле стороны сжатия перекрытия.
Таблица 47.
Испытание №10: образец конструкции: КЦ-панели толщиной 3/4 дюйма (1,9 см), прикрепленные к стальным балкам (толщина - 16), установленным с шагом 24 дюйма (61 см) с помощью винтов (диаметр 8, длина 1 5/8 дюйма (4,1 см)), установленных с шагом 6 дюймов (15,2 см) по периметру и с шагом 12 дюймов (30,5 см) внутри периметра.
Условия проведения испытания: 68°F (20°C); отн. влажность - 43%.Ширина перекрытия - 143 дюйма (3,63 м); длина перекрытия 144 дюйма (3,66 м); время нагружения (мин:сек) - 06:43.
Нагрузка (фунты)
Отклонение в дюймах - номер индикатора
Чистое сдвиговое отклонение
1
2
3
4
0
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
223
0,008
-0,003
0,058
0,061
-0,008
491
0,010
0,003
0,109
0,081
0,016
723
0,011
0,007
0,152
0,083
0,051
973
0,012
0,013
0,219
0,087
0,107
1222
0,013
0,017
0,276
0,089
0,158
1481
0,015
0,023
0,335
0,092
0,206
1722
0,016
0,027
0,392
0,095
0,255
1990
0,018
0,034
0,455
0,098
0,307
2231
0,020
0,039
0,498
0,100
0,340
2489
0,021
0,046
0,552
0,104
0,383
2713
0,023
0,052
0,593
0,106
0,413
2971
0,025
0,058
0,634
0,110
0,442
3203
0,026
0,063
0,669
0,112
0,470
3498
0,027
0,069
0,709
0,115
0,498
3748
0,028
0,074
0,737
0,117
0,519
3971
0,030
0,079
0,769
0,120
0,542
4238
0,031
0,086
0,810
0,124
0,569
4444
0,033
0,091
0,836
0,127
0,586
4658
0,033
0,095
0,860
0,130
0,602
4988
0,035
0,102
0,903
0,134
0,633
5220
0,035
0,107
0,933
0,137
0,655
5479
0,038
0,112
0,971
0,139
0,683
5711
0,038
0,116
1,018
0,143
0,722
5960
0,039
0,121
1,156
0,146
0,850
2534 (Р)
0,021
0,046
0,552
0,104
0,383
Предельная нагрузка (Pn)=6335 фунтов (2874 кг); P=0,4(Pn)=2534 фунтов (1149 кг); прочность на сдвиг (Sn)=527,9 фунт/фут (786 кг/м); сдвиговая жесткость (G')=78880 фунт/фут (117400 кг/м).
Разрушение: Сдвиг и поворот креплений в многослойной фанере вдоль краев соединений "шип-паз" рядов #1 и #2, по длине 6 футов (1,83 м) ряда #2 из-за сжатия, и сдвиг остающихся 6 футов (1,83 м) по краю соединения "шип-паз" ряда #1 (прежде всего винтов, установленных с шагом 12 дюймов (30,5 см) вдоль соединений "шип-паз"). Разрушение многослойной фанеры вокруг винтов в ряду #2 на стороне сжатия.
Пример 9
В Таблице 48 приведены результаты испытаний, в которых определялись характеристики стенок со стальным каркасом из холоднокатаных стальных профилей, в которых в качестве покрытия использовались конструкционные цементные панели FORTACRETE, в отношении циклических сдвиговых нагрузок. Приведены как результаты испытаний в соответствии с методикой ASTM E72, так и испытаний в соответствии с методикой AISI TS-07 (метод консоли). Результаты относятся к зафиксированным и свободным образцам для номинальных прочностей на сдвиг от примерно 450 фунтов/фут (670 кг/м) до 1100 фунтов/фут (1640 кг/м) и более.
Для запаса прочности, равного 2,5, получается допустимая сдвиговая нагрузка от примерно 180 фунтов/фут (268 кг/м) до 450 фунтов/фут (670 кг/м) и более, в зависимости от ориентации панели и использования фиксации.
Существенно более высокие сдвиговые нагрузки, в два раза и более, могут быть получены путем уменьшения шага крепежных элементов, добавлением дополнительных фиксирующих элементов или использованием конструкционных цементных панелей FORTACRETE с обеих сторон стоек. (Все описываемые испытания проводились для случая, когда конструкционные цементные панели FORTACRETE размещались только с одной стороны.) Результаты показывают, что стенка из стальных холоднокатаных профилей с покрытием из конструкционных цементных панелей FORTACRETE обеспечивает достаточную величину прочности на сдвиг и вносит существенный вклад в сопротивление боковым и/или сдвиговым нагрузкам жилых домов и легких зданий коммерческого назначения.
Испытания в соответствии с методикой ASTM E72 проводились для стенок, установленных в вертикальное положение. Использовались стойки стенок, имеющие ширину 35/8 дюйма (9,2 см) и высоту полок 1 5/8 дюйма (4,1 см), изготовленные из стали толщины 16. Использовалась стандартная направляющая, имеющая ширину 35/8 дюйма (9,2 см) и высоту полок 1 1/4 дюйма (3,2 см), изготовленная из стали толщины 16. Стойки стенки прикреплялись к направляющей с помощью одного винта на каждой полке, сверху и снизу. Для каждого испытательного образца использовались полные листы конструкционных цементных панелей FORTACRETE размерами 4×8 футов (112×244 см). Все образцы имели покрытие только на одной стороне каркаса. Все стенки были усилены в соответствии с требованиями SSMA (Ассоциация производителей стальных стоек) в отношении поперечных элементов жесткости из холоднокатаного металла, как указано в "Технической информации на продукцию" SSMA, 2001, стр.50. Для прикрепления элементов жесткости к стойкам использовались угловые петли 1 1/2 дюйма (3,8 см). Для крепления перекрытия к каркасу использовались самонарезающие винты Grabber Super Drive (диаметр - 8-18, длина 1 5/8 дюйма), деталь №CH58158JBWG2. Для прикрепления стоек к направляющим и к элементам жесткости использовались самонарезающие винты с цилиндрической головкой с закругленным торцом.
Испытания по методике AISI TS-07 проводились на испытательных стендах, ориентированных по горизонтали. Нагрузка, прикладываемая к их консоли, дает возможность получать результаты, применимые также к стенкам в вертикальном положении. Стенд для проведения испытаний в соответствии с методикой AISI TS-07 описан в Примере 8.
Все данные, приведенные в Таблице 48, были получены для испытательных конструкций с металлическими каркасами, стальные стойки которых имели ширину 3 5/8 дюйма (9,2 см) и толщину 16 и были установлены с шагом 24 дюйма (61 см). Все испытательные панели прикреплялись к каркасу с помощью крепежных элементов, устанавливаемых с шагом 6 дюймов (15 см) по периметру и 12 дюймов (30 см) внутри периметра. "FS" означает запас прочности, и в данных испытаниях использовалось значение FS, равное 2,5. В таблице 48 значения параметров даются в следующих единицах: Предельная нагрузка - фунты, прочность на сдвиг - фунты на погонный фут, жесткость - фунты на погонный фут.
Таблица 48.
Испытания стенки жесткости. Методика испытаний по ANSI TS-07, метод консоли, и методика циклической нагрузки по ASTM Е-72
Испытание
Образец
Предельная нагрузка
Прочность на сдвиг
FS=2,5
Жесткость
Примечания
ASTM E-72
А
5109
639
255
135,039
Панели установлены горизонтально, без фиксации
В
5087
636
254
132,390
С
5579
698
280
132,697
Среднее
5258
658
263
133,375
AISI TS-07
2А
5630
476
190
115,206
Без фиксации
2В
5884
497
199
127,212
2С
7007
592
237
103,277
Среднее
6174
522
209
115,232
ANSI TS-07
2D
5729
484
194
285,468
Без фиксации
2Е
5520
466
186
309,243
2F
4949
418
167
492,320
Среднее
5399
456
182
362,344
AISI TS-07
10
6335
527
211
78,880
Без фиксации
Среднее
6335
527
211
78,880
ASTM E-72
D
8550
1069
428
239,773
Панели установлены вертикально
Среднее
8550
1069
428
239,773
AISI TS-07
21А
13222
1117
447
420,508
Фиксация с помощью лент (толщина - 16, ширина - 4" (10,2 см))
21В
13811
1167
467
494,469
21С
13731
1160
464
348,323
Среднее
13588
1148
459
421,100
Примечания:
Образцы А, В, С и D: конструкционные цементные панели FORTACRETE (длина 8 футов, ширина 8 футов, толщина 3/4 дюйма).
Образцы 2А, 2В, 2D, 2Е, 2F, 21А, 21В и 21С: конструкционные цементные панели FORTACRETE (длина 12 футов, ширина 12 футов,  толщина 3/4 дюйма).
Образец 10: панель из многослойной фанеры (длина 12 футов, ширина 12 футов, толщина 3/4 дюйма).
Хотя был рассмотрен конкретный вариант конструкции, в которой используется горизонтальное перекрытие из конструкционных панелей, армированных волокном, на металлическом каркасе, специалисту в данной области техники будет ясно, что в конструкцию могут быть внесены изменения и модификации без выхода за пределы объема изобретения в его более широких аспектах, охватываемых в прилагаемой формуле.