Долговечность стеклопластиковой арматуры в многослойных ограждающих конструкциях
В настоящее время наиболее перспективным направлением улучшения теплозащитных характеристик наружных стен является переход на многослойные ограждающие конструкции с эффективным и легким утеплителем. Применение таких конструкций дает возможность повысить до требуемых величин сопротивление теплопередаче без увеличения их толщины.Однако некоторую сложность представляет соединение наружного и внутреннего слоев стеновых конструкций через средний слой утеплителя. Один из возможных вариантов — применение в качестве гибких связей стеклопластиковой арматуры. В настоящее время высказываются сомнения в долговечности этих изделий. Однако исследования, проведенные институтом «УралНИИАС» в 1999 г.,доказали обратное.
Целью исследований являлось установление возможности использования стеклопластиковых стержней с анкерными зацепами Бийского завода стеклопластиков в качестве гибких связей в многослойных панелях. В частности, исследовалась долговечность стержней. Общий вид испытываемого стеклопластикового стержня по ТУ 2296-001-2099451 показан на рисунке 1. По замерам средний диаметр испытываемых образцов в рабочей зоне составлял 7,09 мм. Для изготовления стержней использованы алюмосиликатные стеклянные волокна, пропитанные связующим на отверждаемых эпоксидных смолах марок ЭД-20 или ЭД-22.
Исследования проводились по специальной методике, которая предусматривала моделирование естественных условий эксплуатации стеклопластиковых стержней с анкерными зацепами в составе стеновой трехслойной панели с железобетонными наружным и внутренним слоями-пластинами.
При эксплуатации в составе многослойной стеновой панели анкерные зацепы стеклопластиковой арматуры находятся в бетоне, щелочная среда которого характеризуется рН 12,5, средняя же часть стержня находится в слабокислой среде, которая создается содержанием углекислого газа и водяных паров между слоями-пластинами, с изменяющейся рН 5…6. Кроме того, в случае изменения температур внутреннего и наружного воздуха стеклопластиковый стержень претерпевает воздействие знакопеременных температур. И, наконец, на стержень действует механическая нагрузка.
При моделировании естественного эксплуатационного режима стеклопластикового стержня в составе стеновой панели предполагалось, что при воздействии на стеклопластиковую арматуру влажной химически активной среды, имитирующей среду бетона и утеплителя, знакопеременных температур и нагрузки будет происходить старение материала, вызывающее нарушения в структуре стеклопластика (растрескивание и эрозию связующего полимера, выщелачивание стекловолокна). Предполагалось, что старение материала стеклопластиковой арматуры отразится на его физико-механических характеристиках.
Для испытаний была принята стеклопластиковая арматура, предварительно состаренная до 62 лет в условиях умеренного климата (коэффициент старения гсб= 0,695) по методике ускоренного старения, составленной на основе ГОСТ 16350 и результатов исследований Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова.
Воздействие среды на образцы стеклопластиковой арматуры осуществлялось путем неплотного обертывания тканью, смоченной в химически активных растворах. В качестве химически активных модельных сред были приняты: щелочная среда —буферный раствор с рН = 13 на основе Са(ОН)2, кислая среда — буферный раствор с рН = 5,5 на основе НСl.
Часть состаренных до 62 лет образцов стеклопластиковой арматуры испытывались с обетонированными анкерными зацепами. Для обетонирования анкерных частей стеклопластиковых стержней был использован бетон класса В15 плотностью 2 100 кг/куб. м, с маркой по морозостойкости F150, заливаемый в металлическую обойму-цилиндр диаметром 60 мм, подверженный вибрированию и тепловлажностной обработке в пропарочной камере (стандартный для бетонов режим с максимальной температурой пропаривания: +85±5 0С).
Для образцов с обетонированными анкерными зацепами щелочная среда создавалась самим бетоном, а на среднюю часть воздействовал слабокислый буферный раствор, были созданы условия, приближенные к естественным. Часть этих образцов, кроме воздействия химически активной среды, воспринимала еще и воздействие внешней нагрузки, этим было достигнуто максимальное приближение к естественным условиям. Моделирование внешней нагрузки (механическое нагружение — осевая растягивающая нагрузка) проводилось при помощи специального пружинного устройства, которое поддерживало расчетное напряжение (усилие порядка 530 кгс) на протяжении всего испытания «замораживание-оттаивание».
Воздействие знакопеременных температур моделировалось путем попеременного замораживания образцов во влажном состоянии и последующего оттаивания в воде по режимам, соответствующим ГОСТ 10060.1-95. Замораживание производилось в морозильной камере при температуре t = -18±2 0Св течение 2,5 ч, оттаивание проходило в воде при t = 18±2 0С в течение 2 ч (для образцов испытуемых с химически активной средой — 1,5 ч в воде при освобождении от обертывания и 0,5 ч на воздухе с обертыванием). Количество циклов попеременного замораживания-оттаивания было принято на основании требований ГОСТ 11024-84 к марке по морозостойкости наружного слоя трехслойных стеновых панелей и составило 50 циклов.
На рисунке 2 приведена структурная схема выполненных нами испытаний. Всего было исследовано 12 групп образцов, по 5 образцов в каждой группе.
Основными задачами исследования были определение влияния длительного воздействия среды, климатических факторов и длительного приложения нагрузки на физические, прочностные и деформационные характеристики стеклопластиковых стержней с анкерными зацепами, а также влияния на прочность и деформации гибкой связи в целом. После окончания воздействия климатических и механических воздействий определялись физические и механические характеристики стержней, а именно: плотность, водопоглощение, деформативность и прочность стеклопластикового стержня при изгибе (часть образцов), а также деформативность и прочность на вырыв стеклопластикового стержня с анкерным зацепом из бетона. Последнее не характеризует старение самого стержня, но чрезвычайно важно для проектирования конструкций с использованием этих стержней. При растяжении пластикового стержня разрушение происходило в районе головок, такое разрушение не характеризует старение собственно пластикового стержня, поэтому эти испытания были прекращены. Для каждого образца последовательно определялись, пока это было возможно, все характеристики.
По результатам исследования выяснено, что плотность стеклопластиковых стержней стабильна, не зависит от воздействия рассматриваемых факторов и находится в пределах 2,00–2,03 г/куб. см (по ТУ завода — 1,95–2,00 г/куб. см).
Водопоглощение стеклопластиковых стержней с анкерными зацепами в исходном состоянии по требованиям ТУ должно составлять 0,12%. Ускоренное климатическое старение образцов увеличило показатель водопоглощения до 1,44%. После 50 циклов замораживания-оттаивания состаренных стержней показатель водопоглощения еще несколько увеличился и в среднем составил 1,5%.
При испытании на изгиб обнаружено снижение прочности пластикового стержня при термовлажностной обработке в пределах 6%, влияние остальных факторов, если оно и имеется, находится в пределах 1%. Введение снижающего коэффициента порядка 0,9 учтет с избытком все возможные воздействия. Деформативность стержней, характеризуемая секущим модулем деформаций, имеет общий разброс порядка 7%, какой-либо закономерности в испытании не обнаружено.
Испытания на вырыв стержня из бетона показали, что вне зависимости от прочих факторов попеременное замораживание-оттаивание при отсутствии натяжения снижает прочность сопряжения. Представляется, что на контакте стеклопластикового стержня и бетона в этом случае происходит накопление влаги (образование линз воды — льда), которое при многократном замораживании приводит к повреждению контактного слоя, вызывает увеличение деформаций и их разброса и, как следствие, может влиять на характер разрушения. Целесообразно для учета этого явления ввести понижающий коэффициент порядка 0,9.
В целом, из рассматриваемых факторов на физические и механические характеристики стеклопластикового стержня в наибольшей мере повлияло пропаривание, однако оно является технологическим фактором и не характеризует долговечность стержня, влияние временных факторов в реальных для стеновой панели условиях эксплуатации (при рассматриваемых воздействиях) очень незначительно. На сцепление стержня с бетоном влияет попеременное замораживание-оттаивание вне зависимости от остальных факторов. Это влияние обусловлено образованием линз воды на контакте материалов в силу их разного теплосопротивления, механическое прижатие головки стержня к бетону исключает образование линз в опасной зоне. Обнаруженное влияние может быть учтено понижающим коэффициентом 0,9 или компенсировано специальной конструкцией сопряжения.
По результатам испытаний, долговечность стеклопластиковых арматурных стержней оказалась не меньше долговечности тяжелого бетона в наружном слое многослойной стеновой конструкции. Следовательно, долговечность стеклопластиковых стержней достаточна для использования в многослойных стеновых конструкциях.
| Автор: Т. В. Кузина, Л. Ю. Медведева, В. В. Чижевский Дата: 08.10.2004 Журнал Стройпрофиль 6-04 Рубрика: конструкционные материалы для стен Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |