Опыт экспериментальных исследований энергоэффективных трехслойных стеновых панелей с композитными гибкими связями слоев

Научно-технический и производственный журнал

-------ЖИЛИЩНОЕ ---

СТРОИТЕЛЬСТВО

Reports of the VI Academic reading "Actual issues of building physics"

УДК 692.231.2:69.001.5

А.А. ОВЧИННИКОВ1 (ovchinnikov2009@yandex.ru), инженер В.В. РОДЕВИЧ2, канд. техн. наук; А.В. МАТВЕЕВ1, канд. техн. наук

1 Томский государственный архитектурно-строительный университет

Опыт экспериментальных исследований энергоэффективных трехслойных стеновых панелей с композитными гибкими связями слоев*

Освещены актуальные исследования эксплуатационных и теплотехнических параметров трехслойных стеновых панелей с композитными гибкими связями слоев, применяемых для строительства крупнопанельных зданий. Приведены результаты серии экспериментальных исследований трехслойных наружных стеновых панелей с применением композитных гибких связей, выполненных из стеклопластиковых стержней: исследования на статические вертикальные нагрузки для определения прочности, жесткости, трещиностойкости трехслойных стеновых панелей; экспериментальное определение теплотехнических параметров трехслойных стеновых панелей, определение предела огнестойкости.

Ключевые слова: испытания, статические нагрузки, теплотехнические испытания, огневые испытания, стеновая панель, энергоэффективные конструкции.

A.A. OVCHINNIKOV1

Experience in Experimental Study of Energy Efficient Three-Layer Wall Panels with Composite Flexible Connections of Layers

Actual studies of operational and thermo-technical parameters of three-layer wall panels with composite flexible connections of layers used for construction of large-panel buildings are covered. Results of the series of experimental studies of three-layer external wall panels with the use of composite flexible bracings made of glass-plastic rods, they are the study of static vertical load for determining the strength, rigidity, crack resistance of three-layer wall panels, experimental determination of thermo-technical parameters of three-layer wall panels and determination of ultimate fire-resistance, are presented.

Keywords: tests, static loads, thermo-technical tests, fire tests, wall panel, energy efficient structures.

В последние годы все активнее развивается нормативная база относительно композитной полимерной арматуры и области ее применения. Так, одно из направлений ее применения - композитные гибкие связи слоев железобетонных трехслойных стеновых панелей [1]. Гибкие связи, как правило, располагают в горизонтальном и наклонном относительно плоскости панели положении. При этом горизонтально расположенные гибкие связи-распорки (ГСР) воспринимают нагрузки, возникающие при распалубке конструкции на стадии изготовления и ветровые нагрузки на стадии эксплуатации, а гибкие связи-подвески (ГСП), расположенные под углом 45°-60° к плоскости панели, работают против поперечного сдвига наружного слоя стеновой панели относительно внутреннего. Сами стеновые панели, как правило, изготавливают из тяжелого или легкого теплоизоляционного бетона для конструктивных слоев и эффективного утеплителя в качестве среднего слоя [2-4]. Также обычно устраиваются контурные ребра из того же бетона, что и конструктивные слои,

служащие в качестве огнезащитных преград (требования ГОСТ 31310-2005 «Панели стеновые трехслойные и железобетонные с эффективным утеплителем. Общие технические условия»). Пример конструктивного решения трехслойной стеновой панели для строительства панельного здания приведен на рис. 1.

В рамках данной статьи рассмотрим опыт экспериментальных исследований трехслойных стеновых панелей с применением стеклопластиковых гибких связей, изготовленных Бийским заводом стеклопластиков. Принятые гибкие связи имеют номинальный диаметр с1=7,5 мм и ушире-ния на концевых участках [5]. Экспериментальные исследования проводились для определения прочностных и теплотехнических характеристик конструкций, а также для определения предела огнестойкости согласно разработанной программе (рис. 2).

Экспериментальные исследования трехслойных стеновых панелей на определение прочности, жесткости, трещи-ностойкости проводились в строительно-экспертном бюро

* Статья подготовлена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект № 02.0.25.31.0022).

62015

7

Доклады VI Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

Г

1-1

ПЕ

ттг

ттг

ттг

Шл

_0_

к

\

в

2-2

Рис. 1. Геометрическая схема несущей торцевой стеновой панели

Силовые

Фрагменты стеновых панелей, выполненные с разными

видами связей конструктивных слоев

Натурные образцы стеновых панелей, выполненные с гибкими связями слоев

Рис. 2. Программа экспериментальных исследований стеновых панелей

ООО «СЭБ» (г. Новосибирск). Испытания были проведены в соответствии с ГОСТ 8829-94 «Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением».

На первом этапе исследовались фрагменты трехслойных стеновых панелей (рис. 3) габаритами 1,2(1)х1,54(И)х0,4(Ц м. Конструкции приняты следующими: ФНСП-1 - фрагмент стеновой панели с соединением слоев стеклопластико-выми гибкими связями Бийского завода стеклопластиков (ООО «БЗС», гибкие связи СПА 07,5 мм); ФНСП-2 - фрагмент стеновой панели с соединением слоев керамзитобе-тонными армированными дискретными связями (шпонками) размерами 60x160 мм, исследуемой как конструкция-аналог.

Исследования проводились на статическое вертикальное воздействие, прикладываемое к внутреннему слою (испытание на сжатие внутреннего слоя, моделирующее передачу нагрузки от вышерасположенных конструкций) и к наружному слою для определения податливости соединения слоев гибкими связями при действии эксплуатационных нагрузок (рис. 4).

При действии сжимающей нагрузки на внутренний слой контрольные параметры по прочности, жесткости,

трещиностойкости конструкции не были нарушены. При действии сдвигающей нагрузки максимальное смещение наружного слоя относительно внутреннего составило: для фрагментов ФНСП-1 - 0,54-0,74 мм; для фрагментов ФНСП-2 - до 0,16 мм, что также не превышает значений контрольных параметров.

На следующем этапе экспериментальным исследованиям была подвержена навесная натурная трехслойная стеновая панель, имеющая габариты 6,29(!)х1,54(И)х0,4(Ц м. Аналогично результатам испытаний фрагментов при действии сжимающей нагрузки на внутренний слой контрольные параметры по прочности, жесткости, тре-щиностойкости конструкции не были нарушены. При действии сдвигающей нагрузки максимальное смещение наружного слоя относительно внутреннего не превысило 1,15 мм, что также не превышает значений контрольных параметров.

На рис. 5 показан общий вид испытаний натурного образца трехслойной стеновой панели при действии статической нагрузки.

Экспериментальные исследования по определению теплотехнических параметров трехслойных стеновых панелей с композитными гибкими связями слоев проводились в лаборатории строительно-экспертного бюро ООО «СЭБ». Конструкция образца соответствует фрагменту ФНСП-1 стеновой панели с сохранением толщин конструктивных слоев. Испытания были проведены в климатической камере в соответствии с ГОСТ 26254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций» согласно схеме, приведенной на рис. 6. Расчетное сопротивление теплопередаче, определенное экспериментально, составило не менее Яо=4,787 м2-°С/Вт. Данное значение удовлетворяет требованиям СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» [6, 7]. Фотофиксация проведения испытаний приведена на рис. 6, 7.

Экспериментальные исследования по определению предела огнестойкости трехслойных стеновых панелей были проведены в лаборатории ООО «Центр пожарной экспертизы» (г. Красноярск) в соответствии с требованиями ГОСТ Р 53309-2009 «Здания и фрагменты зданий. Метод натурных огневых испытаний. Общие требования», ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции» и ГОСТ 30247.1-94 « Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования». Для испытаний были разработаны конструкции трехслойных стеновых панелей (рис. 8), предусматривающие наличие горизонтального и вертикального стыков

8

62015

Научно-технический и производственный журнал

Reports of the VI Academic reading "Actual issues of building physics"

200 400 400 200

ГСП

r

1200

ГСР^

2-2

110

г

200

90

Рис. 3. Конструкции фрагментов ФНСП-1 и ФНСП-2

в зоне активного температурного воздействия [8]. Создание температурного режима происходило в три этапа: постепенный равномерный подъем температуры с 6оС (температура воздуха в лаборатории на момент испытания) до 1030оС; выдержка температурного режима до достижения одной из стадий разрушения конструкций; разгрузка (спад температуры).

При этом для контролирования параметров по сохранению несущей способности R, целостности E и теплоизоляционной способности I на верхние стеновые панели прикладывалась вертикальная статическая нагрузка, а на внешней поверхности были установлены термопары, фиксирующие изменение температуры на внешней поверхности. По результатам данных испытаний исследуемым фрагментам трехслойных стеновых панелей обозначен предел огнестойкости REI 120 - предел огнестойкости 120 мин. По

истечении 124-й минуты выдержки данного температурного режима произошло нарушение целостности устройства стыка, в результате чего началась интенсивная утечка тепла из камеры.

По результатам комплекса проведенных экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы: - применение композитных гибких связей для соединения наружного и внутреннего слоев трехслойных стеновых панелей обеспечивает надежность эксплуатации таких конструкций при расчетных статических нагрузках и воздействиях;

_ проведенные теплотехнические испытания показали обеспечение трехслойными стеновыми панелями с композитными гибкими связями слоев расчетного сопротивления теплопередаче для применения в жилых зданиях в качестве наружных ограждающих конструкций;

Рис. 4. Общий вид фрагмента ФНСП-1

испытания Рис. 5. Общий вид испытаний

Рис. 6. Общий вид испытаний по определению приведенного сопротивления теплопередаче

6'2015

9

Доклады VI Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

Рис. 7. Тепловизионная съемка стеновых панелей в теплом отделении камеры

Рис. 8. Общий вид проведения испытаний на огнестойкость

- экспериментальные исследования по определению огнестойкости исследуемых конструкций показали высокую степень обеспечения безопасности при пожаре с обеспечением пределов огнестойкости REI 120, что позволяет использовать их в жилых зданиях I степени огнестойкости;

Список литературы

1. Ярмаковский В.Н., Семенюк П.Н., Родевич В.В., Луговой А.В. К совершенствованию конструктивно-технологических решений трехслойных наружных стеновых панелей крупнопанельных зданий в направлении повышения их теплозащитной функции и надежности в эксплуатации // Актуальные вопросы строительной физики - энергосбережение, надежность, экологическая безопасность: Материалы IV Академических чтений РААСН. 3-5 июля 2012 г. С. 47-64.

2. Патент РФ на полезную модель № 35119. Слоистая стеновая панель здания / Г.И. Шапиро, В.Н. Ярмаковский, С.Л. Рогинский и др. / Заявл. 21.05.2003. Опубл. 27.12.2003. Бюл. № 36.

3. Грановский А.В., Хактаев С.С. Применение стеклопла-стиковой арматуры в качестве гибких связей в трехслойных стеновых панелях // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 10. С. 84-87.

4. Луговой А.Н., Ковригин А.Г. Композитные гибкие связи для трехслойных панелей // Строительные материалы. 2014. № 5. С. 22-24.

5. Патент РФ 2147655. Соединительный элемент/ С.Л. Рогинский, В.В. Антипов, В.Н. Ярмаковский / Заявл. 12.10.1999. Опубл. 20.04.2000. Бюл. № 11.

6. Гагарин В. Г., Козлов В. В. Теоретические предпосылки расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций // Строительные материалы. 2010. № 12. С. 4-12.

7. Васильев Г.П., Личман В.А., Голубев С.С. Результаты определения сопротивления теплопередаче наружных стеновых панелей // АВОК: вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2012. № 4. С. 74-81.

8. Василенко А.А., Рак Т.Е. Экспериментальные исследования предела огнестойкости многослойных ограждающих конструкций с использованием магнезитовых плит // Вестник Командно-инженерного института МЧС Республики Беларусь. 2013. № 2 (18). С. 172-181.

- для обеспечения безопасности применения трехслойных стеновых панелей с гибкими связями слоев в сейсмически опасных районах (с сейсмической активностью 8 и более баллов) требуется проведение дополнительных экспериментальных исследований.

References

1. Yarmakovsky V.N., Semeniuk P.N. Rodevich V.V., Lugo-voi A.V. To improve the structural and technological solutions of three-layer external wall panels of large buildings in the direction of increase of their thermal protection function and operational reliability. Aktualnye voprosy stroitel'noi fiziki - energosberezhenie, nadezhnost, ekologicheskaya bezopasnost: Materialy IV Akademicheskikh chtenii RAASN [Actual issues of building physics - energy efficiency, reliability and environmental safety: Materials of the IV Academic readings RAACES]. Moscow, 2012, pp. 47-64. (In Russian).

2. Patent RF 35119. Layered Wall Panel of the building [Slois-taya stenovaya panel' zdaniya]. Shapiro G.I., Yarmakov-skii V.N., Roginskii S.L. Appl. 21.05.2003. Publ. 27.12.2003. Bulletin No. 36. (In Russian).

3. Granovskii A.V., Khaktaev S.S. The use of fiberglass reinforcement as flexible connections in the three-walls panels. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2013. No. 10, pp. 84-87. (In Russian).

4. Lugovoy A.N., Kovrigin A.G. Composite Flexible Bracings for Three-Layered Thermal Efficient Panels. Stroitel'nye Materialy [Constructions Materials]. 2014. No. 5, pp. 22-32. (In Russian).

5. Patent RF 2147655. The connecting element [Soedinitel'nyi element]. Roginskii S.L., Antipov V.V., Yarmakovsky V.N. Appl. 12.10.1999. Publ. 20.04.2000. Bulletin No. 11. (In Russian).

6. Gagarin V.G., Kozlov V.V. The theoretical premises for calculating reduced R-value. Stroitel'nye Materialy [Constructions Materials]. 2010. No. 12, pp. 4-12. (In Russian).

7. Vasil'ev G.P., Lichman V.A., Golubev S.S. The results of determine the thermal resistance external wall panels. AVOK: ventilyatsiya, otoplenie, konditsionirovanie vozdukha, teplosnabzhenie i stroitel'naya teplofizika. 2012. No. 4, pp. 74-81. (In Russian).

8. Vasilenko A.A., Rak T.E. Experimental studies of the fire resistance of multilayer walling using magnesite boards. Vestnik komandno-inzhenernogo instituta MChS respubliki Belarus'. 2013. No. 2 (18), pp. 172-181.

10

6'2015