В дополнение к повреждениям от мороза, бетон также подвергается постоянной деформации, что приводит к образованию дополнительных пор, которые впоследствии заполняются водой, как только бетон становится насыщенным. Следовательно, несколько циклов F-T вызывают прогрессирующее повреждение бетона, как показано на рисунке 16. Однако из-за внутренних сотовых пор и застеклованных закрытых поверхностей ГОМК обладают хорошей способностью удерживать воду. Таким образом, особая структура пор способна прервать развитие микротрещин, вызванное миграцией и расширением водяной влаги при замерзании и расширении внутренней поровой воды ТИЦ.

4. Выводы

В этой статье обсуждается влияние циклов F-T на характеристики сцепления стального стержня, встроенного в образец TIC. На основании этого исследования предлагаются следующие основные выводы: (1) Прочность на сжатие и растяжение при раскалывании TIC более чувствительна к повреждениям от мороза, чем RDME. После 300 циклов F-T RDME образца TIC остается постоянным на уровне 62,84%, а MLR составляет менее 5% от исходной массы. Кроме того, прочность на сжатие и прочность на растяжение при раскалывании снижаются до 53% и 60.9% от начальной прочности соответственно. Следовательно, может быть недостаточно оценить морозостойкость TIC с учетом только RDME. (2) После 300 циклов FT предельная прочность сцепления TIC снижается на 50,7%, тогда как проскальзывание при пиковой нагрузке на отрыв увеличивается на 98,4%. . Кроме того, как показывают кривые связи-скольжения, жесткость связи меньше, а прочность связи ниже. После 300 циклов F-T кривые сцепления-скольжения образца TIC показывают, что характерным режимом разрушения является сдвиг. Нет никаких существенных изменений характерного отказа TIC, подвергнутого циклам F-T после испытания на отрыв. Это указывает на то, что TIC является удовлетворительным с точки зрения морозостойкости. (3) Зоны перехода границы являются слабыми зонами во внутреннем бетоне. После 300 F-T циклов количество микропор в бетоне увеличивается на 267%. Механические свойства и ухудшение характеристик сцепления в основном вызваны увеличением количества микропор в бетоне. (4) Теплоизоляционный заполнитель GHB кажется полезным, поскольку он может уменьшить повреждение от мороза, вызванное циклами F-T. После 300 циклов F-T как поведение сцепления, так и механические свойства образца TIC лучше, чем у образца NC.

Доступность данных

Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, включены в статью.

Раскрытие информации

Однако мнения, выраженные в данной статье, принадлежат исключительно авторам.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы выражают благодарность за финансовую поддержку Национальному фонду естественных наук Китая (№ 51678384), Стипендиальному совету Шаньси Китая (№ 51678384). 2017-038) и Научно-исследовательский проект Департамента образования провинции Аньхой (№ KJ2016A743 и KJ2018A0415).

Новый метод усиления поврежденного трубопровода при высокой температуре с использованием неорганического изоляционного материала и пластикового композитного материала, армированного углеродным волокном

Материалы (Базель). 2019 ноябрь; 12(21): 3484.

Цзы-Сянь Ян

² Кафедра материалов и минеральных ресурсов, Национальный Тайбэйский технологический университет, 1, сек.3, Chung-Hsiao E. Rd., Тайбэй 10608, Тайвань

² Департамент материалов и разработки минеральных ресурсов, Национальный Тайбэйский технологический университет, 1, сек. 3, Chung-Hsiao E. Rd., Taipei 10608, Taiwan

Поступила в редакцию 5 октября 2019 г.; Принято 21 октября 2019 г.

Abstract

В этой статье был предложен метод усиления поврежденного высокотемпературного стального трубопровода с использованием неорганического изоляционного материала, который был ограничен композитными материалами из армированного углеродным волокном пластика (CFRP). Два неорганических изоляционных материала состояли из магнезиально-фосфатного цемента (MPC), смешанного с порошками перлита и вермикулита соответственно. Обсуждалось влияние композитов изоляционных материалов с различным соотношением порошка перлита или вермикулита с точки зрения прочности на сжатие и коэффициентов теплопроводности неорганических изоляционных материалов.Также были исследованы изоляционные материалы, ограниченные полимерными оболочками, армированными углеродным волокном, для улучшения механических характеристик. Из экспериментальных результатов основной вывод работы заключался в том, что неорганические изоляционные материалы, добавленные к перлитовому порошку, обладали большей изоляционной способностью, чем добавленные вермикулитные, при условии одинаковой прочности на сжатие. Цилиндры перлитового неорганического изоляционного материала с разным соотношением размеров ϕ 10 см × 20 см были ограничены одним слоем и двумя слоями композиционного материала CFRP.Прочность образцов на сжатие увеличилась на 258%-927% после использования 1-слойного композитного материала CFRP и увеличилась на 480%-1541% после применения 2-слойного композитного материала CFRP. Была предложена модель прогнозирования пиковой прочности изоляционных материалов, заключенных в углепластик, и было обнаружено, что предложенная модель точно предсказывает пиковую прочность цилиндра из неорганического изоляционного материала. Наконец, было проведено проверочное испытание метода усиления поврежденного высокотемпературного трубопровода, чтобы доказать, что предлагаемый метод усиления осуществим.

Ключевые слова: перлит, вермикулит, изоляционный материал, углепластик, метод усиления

1. Введение

Нефтехимическая промышленность развивается уже много десятилетий. Трубопроводы на нефтехимических предприятиях работают в условиях высоких температур и представляют опасность, так как изнашивание приводит к утончению толщины трубопроводов. Повреждения трубопровода, используемого при высокой температуре, снижают его устойчивость к высокому внутреннему давлению и вызывают заметные аварии, такие как взрыв или сильное разрушение.В настоящее время существует много новых материалов и инновационных методов для повышения коррозионной стойкости и улучшения теплоизоляционных работ для трубопроводов, таких как трубопровод с покрытием из минеральной ваты и напыление на поверхность трубопровода. Минеральная вата – теплоизолятор, широко используемый в промышленности. Однако проникновение воды в систему изоляции через границу раздела металла и минеральной ваты неизбежно, поскольку эти соединения нельзя сделать водонепроницаемыми с помощью клеев или герметиков. Когда вода проникает через систему, а минеральная вата не может воспрепятствовать проникновению воды между границами раздела, может возникнуть щелевая и точечная коррозия внутренней поверхности металлического трубопровода [1].

Существующие методы упрочнения для нанесения теплоизоляционного материала на поверхность трубопровода все еще требуют решения, особенно когда корродированный трубопровод проложен в высокотемпературной среде. Как правило, изоляционные материалы для работ по теплоизоляции трубопроводов имеют в основном пористую морфологию, поскольку пористые материалы обладают превосходными теплоизоляционными свойствами. Пористые материалы, применяемые в качестве теплоизоляционного барьера на поверхности конструкции трубопровода, не могут одновременно способствовать ее усилению.Однако из-за его легкой конструкции пористый материал с чрезмерным весом, используемый в трубопроводе, не может выдерживать высокое внутреннее давление из-за коррозии трубопровода с более низкой прочностью. В частности, после того, как коррозия трубопровода, используемого в высокотемпературной среде, привела к повреждению, сильная коррозия уменьшила способность трубопровода работать, что привело к аварийной аварии. Таким образом, теплоизоляционный слой трубопровода сначала покрывает защитным слоем поверхность неиспользуемого трубопровода, прежде чем поместить его в высокотемпературную среду. В качестве первого этапа защитной конструкции на трубопровод был нанесен водонепроницаемый материал, а затем пористые материалы были покрыты в качестве теплоизоляционного слоя для теплового барьера.

В этом исследовании был предложен метод усиления высокотемпературного стального трубопровода с использованием неорганических изоляционных материалов, ограниченных композитными материалами из углепластика (CFRP). В последнее время цена на углеродное волокно намного ниже, чем в последние два десятилетия; поэтому углеродное волокно широко использовалось в производстве спортивных товаров, автомобилей, аэрокосмической и гражданской техники.Композитный материал CFRP обладает кислото- и щелочестойкостью, антикоррозионными свойствами и высокой удельной прочностью [2]. Композитный материал из углепластика может значительно повысить прочность трубопровода на сжатие и предотвратить утечку материала внутри трубопровода.

В этом исследовании собрана литература, посвященная коэффициенту теплопроводности и влиянию различных добавок на бетон в условиях высоких температур. Кроме того, бетонные цилиндры, заключенные в композитный материал CFRP, были исследованы следующим образом.Вермикулит и вспученный перлит в качестве заполнителей были помещены в легкий бетон, торкретбетон и глиняный стеновой кирпич, и было обнаружено, что теплопроводность снижается с увеличением содержания вспученного перлита. Более того, увеличение содержания вспученного перлита также снижало модуль упругости и прочность на сжатие, тогда как модуль упругости падал более резко, чем снижение прочности на сжатие [3,4,5,6,7,8]. Порошок минеральной ваты, печной шлак и летучая зола использовались для частичного замещения цемента, затем обсуждались текучесть, прочность на сжатие и некоторые механические свойства композитов [9].Тем временем пенополистирол использовался для замены природных заполнителей в бетоне, и обсуждалась теплопроводность [10]. Различные типы легких мелких заполнителей, микрополые стеклянные сферы, волокно каннабиса, камень и пальмовое масло, вспененные в виде заполнителей бетона, в ходе эксперимента по изучению влияния различного содержания воды и заполнителей на свойства теплопроводности [11,12]. ,13,14]. Гарсия и др. направлен на изучение того, как нановолокна влияют на динамические характеристики и сопротивление расслаиванию композитов, армированных стекловолокном (GFRP).Эксперименты и численное моделирование с использованием анализа методом конечных элементов (FEM) используются для оценки собственных частот, коэффициента демпфирования и межслойной прочности в композитах GFRP [15,16].

Большинство уравнений для прогнозирования пиковой прочности для бетонного цилиндра, ограниченного композитными материалами FRP, были основаны на экспериментальных результатах и ​​эмпирической подгонке кривой [17,18,19,20]. Более того, Li et al. принял теорию оболочки разрушения Мора-Коламба, чтобы предложить пиковую прочность конститутивной модели для бетонного цилиндра, ограниченного композитным материалом CFRP.Деформация при пиковой прочности была получена из регрессионного анализа результатов эксперимента. Полиномиальное уравнение второго порядка использовалось для представления кривой напряжения-деформации конститутивной модели [21].

Прочность монолитного бетона FRP при нормальных и высоких температурах была испытана. Результаты показали, что прочность сильно снижается при высокой температуре, и композитный материал FRP не может противостоять высокотемпературной среде [22]. Маттос и др. изучали применимость композитов GFRP для ремонта проржавевших металлических трубопроводов при температуре около 60–90 °C.Потеря 70% внутреннего поперечного сечения трубопровода была отремонтирована композитным материалом из стеклопластика. Было обнаружено, что давление разрушения результатов испытаний и аналитических результатов было близко друг к другу [23].

2. Предлагаемый метод усиления

Иллюстрация предлагаемого метода усиления трубопровода из жаропрочной стали показана на рис. Два сборных изоляционных материала типа С были размещены на верхней и нижней частях или на левой и правой частях трубопровода.показаны приемы метода усиления для аварийного ремонта поврежденного трубопровода в высокотемпературном режиме. Сначала внешняя поверхность высокотемпературного трубопровода была покрыта двумя сборными изоляционными материалами С-образной формы, а затем сборные изоляционные материалы С-образной формы были обернуты однослойной оболочкой из композитного материала CFRP. Наконец, для крепления оболочки из углеродного волокна была использована эпоксидная смола, чтобы избежать неожиданного проскальзывания поверхности раздела между углеродным волокном и слоем изоляционного материала.

Предлагаемый способ упрочнения труб из жаропрочной стали. ( a ) Боковой разрез; ( b ) Продольный разрез.

Технологическая схема метода реабилитации высокотемпературного бывшего в употреблении трубопровода. ( a ) Сборный C-образный изоляционный материал; ( b ) Трубопровод был покрыт двумя С-образными сборными изоляционными материалами; ( c ) С-образный изоляционный материал был обернут оболочкой из армированного углеродным волокном пластика (CFRP); ( d ) Эпоксидная смола использовалась в качестве клея для крепления кожуха из углепластика.

Тип эпоксидной смолы оказал значительное влияние на характеристики образцов в отношении их устойчивости к коррозии. Сборный неорганический изоляционный материал C-типа и композитный материал CFRP с эпоксидной смолой могут обеспечить превосходную теплоизоляцию и водостойкость против коррозии внутреннего трубопровода. Обычно температура стеклования эпоксидной смолы составляет около 120 °C. Однако эпоксидная смола, используемая в композиционном материале из углепластика, разлагается в высокотемпературной среде, поскольку высокотемпературные тепловые условия могут нарушить ее прочность сцепления на границе углепластика и трубопровода.Чтобы уменьшить влияние теплового режима на композиционный материал CFRP, это исследование было сосредоточено на влиянии различных добавок с магнезиально-фосфатным цементом (MPC) на его коэффициент теплопроводности и прочность на сжатие трубопроводов, используемых в высокотемпературных условиях. температура окружающей среды.

3. Изоляционные материалы и свойства

3.

Порошки перлита и вермикулита в качестве добавок для теплоизоляции подмешивались в МПК.Компонент ПДК в основном состоял из оксида магния, тогда как компонент цемента в основном состоял из диоксида кремния. Особенностью МПК являются характеристики быстрого затвердевания. До начального схватывания затвердевания МПК оставалось рабочее время 10–15 мин, а прочность образца повышалась за счет высокой ранней прочности в период начального твердения. Образец с порошком перлита и вермикулита 0, 5, 10, 15, 20 и 25% масс. для испытаний на прочность при сжатии и теплопроводность твердого тела.Описание различных состояний образцов показано на . Для каждого дополнительного соотношения добавки изготавливали по три образца. В общей сложности 33 образца, в том числе 3 эталонных образца, подверглись испытаниям на сжатие и испытание на теплопроводность соответственно.

Таблица 1

Определение обозначения образца с различным дополнительным количеством порошков.

Механические свойства листового углеродного волокна и эпоксидной смолы показаны на рис. Эпоксидный полимер на углеродном волокне использовался в двух случаях. Первый предназначен для смоления сборной эластичной оболочки из углепластика, а второй предназначен для приклеивания нахлеста сборной углеволоконной оболочки к С-образному слою теплоизоляции.

Таблица 2

Свойства материала листа из углеродного волокна и эпоксидной смолы.

3.

Испытание на прочность при сжатии образца с размерами стандартных кубических образцов 5 мм × 5 мм × 5 мм, выполненное в соответствии со стандартом ASTM C109/C M109-02 [24].Эта программа испытаний была проведена на универсальной испытательной машине усилием 100 тс в лаборатории материалов Департамента гражданского строительства Национального Тайбэйского технологического университета. Иллюстративное фото испытания на сжатие кубического образца показано на рис.

Иллюстрационная фотография испытания на сжатие образца кубической формы.

Для твердотельной теплопроводности материала был принят закон Фурье, то есть тепловой поток пропорционален градиенту температуры, как показано в уравнении (1).

где,

• dQdt: Тепловой поток (Единица измерения: Вт)

• A: Тепловой поток через площадь поперечного сечения (Единица измерения: м ² )

• k: Коэффициент теплопроводности (Единица измерения) м°C))

• ∇T: Градиент температуры вдоль направления теплового потока (единица измерения: °C/м)

Образец для испытаний на теплопроводность представляет собой цилиндрическое тело диаметром 5,6 см и длиной 6 см для испытание коэффициента теплопроводности в соответствии со спецификациями ASTM E1225-13 [25]. Электрический стержень в качестве источника нагрева обеспечивал источник тепла образца над медным блоком, как показано на рис. Термопаста наклеивалась на верхнюю и нижнюю стороны образца, контактное термическое сопротивление на границе раздела медного блока. Были построены три контактных отверстия с интервалом расстояния от источника тепла 1 см, 3 см и 5 см соответственно, как показано на рис. б. Измерение температуры проводилось с помощью термопары Т-типа. Это испытание предполагалось только как одно измерение теплового потока, а теплопроводность материала рассчитывалась по уравнению (1).

Иллюстрация теста на теплопроводность (SUS304, Xiwnag Jiazu LTD., Гаосюн, Тайвань). ( a ) Установка для измерения теплопроводности; ( b ) Образец для испытаний на теплопроводность.

4. Результаты испытаний изоляционных материалов

4.1. Результаты испытания на сжатие

Образец для испытания на сжатие был изготовлен из ПДК, смешанного с перлитом или вермикулитом, и сформирован в виде испытательного блока размером 5 см × 5 см × 5 см. Отношение воды к ПДК равно 0.22, а прочность на сжатие проверяли на универсальной испытательной машине через 3 дня. Прочность на сжатие образцов с разным содержанием перлита и вермикулитовой смеси ПДК показана на рис. Прочность образцов на сжатие снижалась по мере увеличения содержания перлита или порошка вермикулита независимо от того, какую добавку порошка перлита или вермикулита смешивали с ПДК. Снижение прочности на сжатие было более очевидным при увеличении добавки перлита, чем при увеличении добавки вермикулита в смеси с ПДК.Увеличение весового процентного содержания порошков перлита и вермикулита с 0% до 25%, добавляемых в бетонный блок, может снизить прочность на сжатие, как показано на рис. Хотя порошок перлита имеет слабую прочность на сжатие, следующее испытание на теплопроводность показало, что он обладает хорошей теплоизоляцией благодаря своей пористой структуре.

Диаграмма зависимости между прочностью на сжатие и содержанием перлита или вермикулита (в весовых процентах) в смеси с магнезиально-фосфатным цементом (ФЦ).

Таблица 3

Средняя 3-дневная прочность на сжатие классифицированных образцов.

Лист из углеродного волокна	Спецификация материала	FAW 300 (г/м 2 )
	Модуль Юнга, E cf	250 (ГПа)
	Прочность на растяжение	4. 9 (GPA)
	толщина	0.16 (мм / слой)
	Ultimate Desim	0,02
Эпоксидная смола	Вязкость (25 ° C)	1823 (CPS)
		Модуль молодых	3,5 GPA
Прочность на растяжение	52.2 (MPA)
Надежная клейкая прочность	10,5 МПа

образца	Средняя Прочность на сжатие (МПа)	образца	Средняя Прочность на сжатие (МПа)
С0	35,60	—	—
PC05	18,20	VC05	21,67
PC10	7,85	VC10	14. 38
PC15	3,81	VC15	9,02
РС20	2,39	VC20	5,2
PC25	1,73	VC25	3,5

Пористость добавки, такой как перлит, является одним из факторов, влияющих на теплопроводность бетона. Замкнутые поры снижают теплопроводность из-за низкой теплопроводности воздуха.Таким образом, замена обычного заполнителя вспученным перлитом увеличивает общую пористость бетона, что влияет на теплопроводность [26].

Коэффициент теплопроводности образцов с разным составом порошков перлита и вермикулита соответственно в смеси с ПДК показан на рис. Коэффициент теплопроводности образца уменьшился, а дополнительное содержание перлита или вермикулита в образце увеличилось. Образец с более низким коэффициентом теплопроводности означает, что теплоизоляционный слой может обеспечить тепловой барьер.При увеличении количества добавки коэффициент теплопроводности образца с ПДК в смеси с перлитом уменьшался значительно больше, чем у образца с ПДК в смеси с вермикулитом. Коэффициенты теплопроводности образца при смешивании ПДК перлита и вермикулита показаны на рис.

Диаграмма зависимости коэффициента электропроводности от содержания перлита или вермикулита (в процентах по массе) в смеси с ПДК.

Таблица 4

Средний коэффициент теплопроводности образцов.

Образец	Средний коэффициент теплопроводности (ж / (м ° C))	образцы	Среднее теплопроводность коэффициента проводимости (W / (m ° C))
T0	0.428	0.428	0.428	0.428	0. 428	0.428	0.428	—	—
PT05	0,411	VT05	0,422
PT10	0,374	VT10	0,412
	PT15 0. 346	VT15	0,393
PT20	0,322	ВТ20	0,365
PT25	0,295	VT25	0,344

Согласно и, эффект различных добавок в образцах, связанных с их прочностью на сжатие и коэффициентом теплопроводности. Вонгкео и др. [27] использовали зольный остаток для замены цемента в бетоне с массовым соотношением 0%, 10%, 20% и 30%. При замене на 10% прочность на сжатие составила 10,1 МПа. Эксперимент был основан на прочности на сжатие 10 МПа в качестве критерия и получил оптимальные количества добавок перлита и вермикулита 8% и 13% методом интерполяции, см.

Результаты показали, что прочность на сжатие образца, смешанного с порошком вермикулита, была выше, чем у образца, смешанного с порошком перлита. Напротив, дополнительный порошок вермикулита в образце не усиливал его теплоизоляционного эффекта.Расход пульпы при добавлении порошка перлита был выше, чем при добавлении порошка вермикулита. Поэтому порошок перлита был выбран для смешивания с ПДК из-за хорошей теплоизоляции и удобоукладываемости. После выполнения испытания на теплопроводность и испытания на прочность при сжатии теплоизоляционного слоя, основанного на различных параметрах состава порошков перлита и вермикулита, прочность на сжатие порошка перлита, смешанного с цилиндрическим образцом MPC, заключенным в композитный материал из углепластика, будет обсуждаться в следующий раздел.

5. Испытание на сжатие CFRP конфайнмента

Обзор более ранней литературы показал, что существующие конститутивные модели для замкнутого бетона были предложены для высокой прочности. Однако пористый изоляционный материал является материалом с низкой прочностью, и в нескольких исследованиях изучалось испытание на одноосное сжатие материала с низкой прочностью, такого как пористый изоляционный раствор, ограниченный оболочкой из углепластика. В этом исследовании предложен новый метод усиления высокотемпературного трубопровода, заключающийся в покрытии его двумя С-образными сборными неорганическими изоляционными слоями.Затем сборная оболочка из углепластика была обернута, чтобы ограничить слои неорганической изоляции.

5.1. Подготовка образцов и экспериментальная установка

Тонкий слой эпоксидной грунтовки, нанесенный на поверхность цилиндра строительного раствора. После отверждения грунтовочной эпоксидной смолы на поверхности строительного раствора лист углеродного волокна был обернут на поверхность цилиндров изоляционного материала. На каждый слой листа из углеродного волокна была нанесена эпоксидная смола с помощью малярной кисти, чтобы глубоко погрузить углеродное волокно.Лишнюю эпоксидную смолу для каждого слоя выдавливали с помощью плоского пластикового скребка.

Как видно из рисунка, если прочность на сжатие образца с изоляционным материалом достигает 10 МПа, содержание изоляционного материала в смеси с перлитом составляет около 8 %. Соответствующее соотношение перлита составляло 8%, 15%, 20% и 25%, а размер составлял ϕ10 см × 20 см. Каждый из цилиндров изоляционного материала был обернут дополнительным 1-слойным и 2-слойным композитным материалом из углепластика. Для каждого экспериментального параметра добавки перлита были изготовлены три цилиндра изоляционного материала.Три цилиндра без углепластика использовались в качестве эталона (контрольного показателя). Всего было испытано 36 баллонов с изоляционными материалами; контролируемыми переменными цилиндров являются соотношение перлита и количество слоев углепластика, как показано на рис. Обозначение образца показано следующим образом. Первая буква «П» обозначала перлит, следующая цифра — процентное содержание перлита; вторая буква «C» обозначала ограничение углепластика, а следующее число обозначало количество слоев композиционного материала углепластика.

Таблица 5

Расчетные параметры и обозначения образцов 36 бетонных цилиндров.

Эта программа испытаний была проведена на универсальной испытательной машине 100 тс в лаборатории материалов Департамента гражданского строительства Национального Тайбэйского технологического университета. Экспериментальное оборудование включало тензодатчик, линейный трансформатор смещения напряжения и аналого-цифровой преобразователь с усилителем сигнала, а также персональный компьютер, показанный на рис. Для обеспечения равномерного приложения одноосной силы к верхней и нижней поверхностям цилиндра раствора две поверхности образца были покрыты горизонтально гипсовым тестом. Скорость нагружения привода составляла 1 мм/с, процесс нагружения прекращался, когда осевая нагрузка начинала уменьшаться.

Иллюстрационная фотография испытания на сжатие цилиндрического образца.

5.2. Результаты испытаний на сжатие

Три тензодатчика были установлены сверху, посередине и снизу каждого цилиндра из изоляционного материала, обернутого композитным материалом CFRP; измерялись боковые деформации цилиндра из изоляционного материала. Поскольку деформация цилиндра из изоляционного материала была неравномерной, измеренные деформации демонстрировали изменчивость. – кривые растяжения образцов Р08С1, при достижении напряжения 16 МПа жесткость начинает уменьшаться. Когда напряжение достигает предела прочности, образец при разрушении издает громкий звук разрыва. Фотографии отказа образца P08C1 показаны на рис.

Иллюстрационная фотография испытания на сжатие цилиндрических образцов P08C1.

Фотографии отказов образцов P08C1.

Прочность на сжатие образца с изоляционными материалами, прикрепленными после нанесения укрепляющего слоя, восстановленного углепластиком, показана на . Прочность на сжатие образцов П08, П15, П20 и П25 увеличилась на 258–927 % после ограничения однослойным углепластиковым композитным материалом, а образцов П08, П15, П20 и П25 — на 480 %. –1541% после ограничения двухслойным композитным материалом CFRP.Результаты показали, что прочность на сжатие образца с изоляционными материалами, ограниченными композиционными материалами из углепластика, может эффективно увеличиваться.

Таблица 6

Прочность на сжатие изоляционных материалов после нанесения углепластика.

CRP	CFRP, № слоя	Прочность на сжатие (MPA)	Средняя прочность на сжатие (МПа)	Увеличение процента (%)
P08	0	9. 44	8,99	—
		8,73
		8,80
P08C1	1	31,43	32,16	258
		32,68
		32,37
P08C2	2	53. 01	52.18	480
		51.83
		51.69
P15	0	4.92	4,88	—
		4,70
		5,02
P15C1	1	22,30	21,85	348
		21,11
		22,15
P15C2	2	38. 25	39.39	707	707
		40.37
39.56
P20	0	3.47	3,36	—
		3,16
		3,55
P20C1	1	19,63	19,22	472
		18,94
		19,09
P20C2	2	34. 76	35.72	963	963
		3644
		35.95
P25	0	1.83	1,76	—
		1,75
		1,71
P25C1	1	18,34	18,08	927
		17,25
		18,64
P25C2	2	30. 16	28.89	1541	1541
		28.83
		27.67

5.3. Предлагаемая формула пикового напряжения

Формула пикового напряжения изоляционного материала, ограниченного углепластиком, была принята в соответствии с определяющей моделью, предложенной Li et al.[19]. Физическая определяющая модель ограниченной прочности образца с изоляционными материалами (fcc’) может быть выражена следующим образом: (2)

где

fl’=kc2×n×t×Ecf×εcfD (единица измерения: МПа)

(3)

CFRP, а ϕ — угол внутреннего трения изоляционного материала.В уравнении (3) kc — коэффициент формы сечения, n — количество слоев углепластика, t — толщина углепластика на один слой, Ecf — модуль упругости углепластика, εcf — предел прочности. деформация углепластика, измеренная тензодатчиком при испытании на сжатие (εcf=1 %, полученное при испытании на сжатие), а D — диаметр цилиндра. В уравнении (2) угол внутреннего трения зависит от прочности изоляционного материала и может быть выражен как линейная зависимость прочности изоляционного материала, как показано в уравнении (4), где a и b — коэффициенты, которые должны быть определяется регрессионным анализом.

ϕ=a0+10(fco’b)≤450 (единица измерения: степень)

(4)

Из регрессионного анализа в этом исследовании получено a = 16 и b = 7. Экспериментальное и предложенное теоретическая прочность на сжатие изоляционного материала показана на ; а квадрат коэффициента корреляции (R2) равен 0,987. Как показано в , средняя абсолютная ошибка прочности на сжатие между экспериментальными данными и предложенной теоретической формулой составляет 3,33%. Предложенная формула позволяет точно предсказать прочность на сжатие образца с замкнутым изоляционным материалом.

Диаграмма соотношения между экспериментальной и предполагаемой теоретической прочностью.

Таблица 7

Анализ ошибки прочности на сжатие между экспериментом и предложенной формулой.

6.Проверочные испытания предложенного метода усиления

В этом разделе были проведены проверочные испытания метода усиления для трубопровода, эксплуатируемого при высоких температурах. В испытании использовались сборные изоляционные материалы С-образной формы с тремя различными толщинами и тремя различными соотношениями перлита.

6.1. Экспериментальная программа

Нагревательный стержень с медной головкой был помещен в трубку из нержавеющей стали с внешним диаметром 11,4 см и длиной 100 см, и трубка из нержавеющей стали нагревалась нагревательным устройством для имитации высокотемпературного трубопровода. Температурный рекорд углепластика на его поверхности был измерен инфракрасным термометром. Экспериментальная установка оборудования для высокотемпературного метода ремонта трубопроводов показана на рис.

Иллюстрация экспериментальной установки для метода высокотемпературного упрочнения трубопроводов.

Расчет компонента сборных изоляционных материалов С-образной формы включал следующий этап: три различных соотношения перлита: 8%, 15% и 25% при фиксированной толщине 25 мм; и три различных толщины: 15, 25 и 35 мм с фиксированным содержанием перлита 25%.В общей сложности пять образцов классифицируются, как показано на рис.

Таблица 8

Схема обозначения образцов различной толщины.

образец	FC ‘(MPA)		FL (MPA)	эксперимент, FCC’ (MPA)	Предлагаемая формула, FCC ‘(MPA)	ошибка (%)
P08C1	8,99	7,67	32. 16		42,11 -3,01
	P08C2 8.99		15,33 52,18		53,34 2,23
	P15C1 4,88	7,67		21,85 22,45
P15C2	4. 88	15.33	15.33	39.39	39.39	40.02	1,59
P20C1	3.36	7.67	19.22		19,52 0,02
	P20C2 3,36		15,33 35,72		35,69 -0,09
	P25C1 1,76		7,67 18,08 16,58
P25C2	1. 76	15.33	15.33	28.09	31.41	31.41	8.72
Средняя абсолютная ошибка (%)					3.33

6.

Целью эксперимента было понять влияние различных дополнительных соотношений перлита на теплоизоляцию. Для фиксированной толщины 25 мм были запланированы три различных соотношения перлита C-образных сборных изоляционных материалов, а именно образцы P08-25, P15-25 и P25-25.

Для первого опыта был выбран образец П25-25, образец П25-25 с содержанием перлита 25% с С-образным сборным изоляционным материалом толщиной 25 мм.Когда стальная труба нагревалась до 200 ℃ в течение 17 часов, а система отопления оставалась в устойчивом состоянии; температура поверхности углепластика составляет около 85 ℃. Разница температур между стальной трубой и поверхностью из углепластика составляет 115 ℃ из-за изоляционного эффекта C-образного изоляционного материала. С-образный изоляционный материал был удален после того, как стальная труба остыла до комнатной температуры; в образце П25-25 от термического воздействия наблюдалось небольшое количество микротрещин. Однако композитный материал CFRP был полностью неповрежден; изображение наблюдения образца P25-25, как показано на , хотя текстура излома возникает только с небольшим количеством микротрещин после термического эксперимента.Как видно из a–c, образцы P08-25 и P15-25, экспериментальные результаты были аналогичны результатам образца P25-25, за исключением температур на поверхности углепластика. Пониженные температуры образцов с разным содержанием перлита показаны на рис. Как видно из экспериментальных результатов большего приведенного значения температуры, высокая температура при использовании трубопроводов уменьшала термическое повреждение при более высоком составе содержания перлита С-образных изоляционных материалов и, следовательно, обладала большей армирующей способностью.

В С-образных изоляционных материалах после нагревания было обнаружено несколько микротрещин. ( a ) Образец P08-25; ( б ) Образец Р15-25; ( c ) Образец P25-25; ( d ) Образец P25-35.

Таблица 9

Измеренные температуры и обозначения образцов с различным соотношением перлита.

Три разных толщины C-образных сборных материалов для монтажных изоляций были исследованы, а именно образцы П25-15, П25-25 и П25-35 для фиксированного перлитного отношения. При нагреве стальной трубы до 200 ℃ в течение 17 часов температура поверхности углепластика составила около 104 °С и 75 °С для образцов ГП25-П15 и ГП25-35 соответственно. Аналогичным образом, в образцах П25-15 и ГП25-35 было обнаружено небольшое количество микротрещин из-за термического повреждения, результаты эксперимента были аналогичны результатам образца П25-25 после термической атаки, за исключением температур на поверхности углепластика, показанных на рис. компакт диск. Измеренные температуры образцов различной толщины показаны на .Как видно из экспериментальных результатов в , толщина С-образных изоляционных материалов увеличивала приведенную температуру изоляционных материалов.

Таблица 10

Измеренные температуры углепластика образцов различной толщины.

7.

На основании результатов данного исследования можно сделать следующие выводы:

1. Прочность на сжатие образца, смешанного с порошком перлита, снизилась с 35,6 МПа до 1,73 МПа, а теплопроводность образца уменьшилась с 0,428 Вт. /(м°C) до 0,295 Вт/м℃ за счет увеличения доли порошка перлита с 0% до 25%. Точно так же прочность на сжатие образца, смешанного с порошком вермикулита, уменьшилась с 35,6 МПа до 3,5 МПа; а теплопроводность образца уменьшилась от 0.428 Вт/(м°C) до 0,344 Вт/(м°C) за счет увеличения соотношения количества дополнительного вермикулита от 0% до 25%. Следовательно, по мере увеличения доли порошка перлита или вермикулита прочность на сжатие и теплопроводность образца будут снижаться.

2. Прочность на сжатие образцов с различным содержанием перлита увеличилась на 258–927 % после армирования однослойным композитным материалом CFRP и на 480–1541 % после армирования двухслойным композитным материалом CFRP.

3. При сравнении экспериментальных результатов 36 образцов средние абсолютные ошибки оценки пиковой прочности по предложенной формуле были менее 3,33%. Предлагаемая «формула пиковой прочности» может эффективно предсказать пиковую прочность порошка перлита, смешанного с цилиндрическим образцом MPC, ограниченным композиционным материалом CFRP.

4. В методе усиления для высокотемпературного испытания трубопровода, когда доля перлита в C-образных изоляционных материалах увеличилась с 8% до 25%, снижение температуры увеличилось со 102 °C до 115 °C.Чем выше содержание перлита, добавляемого в С-образные изоляционные материалы, тем больше происходит снижение температуры изоляционных материалов.

5. При увеличении толщины С-образных изоляционных материалов с 15 мм до 35 мм приведенная температура образца увеличилась с 96 °С до 125 °С. Толщина С-образных изоляционных материалов увеличилась, что привело к большему понижению температуры изоляционных материалов.

6. В результате проверочного испытания метода усиления поврежденного высокотемпературного трубопровода было показано, что предложенный метод усиления осуществим.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Кайла Ходовани за редактирование английского языка этой рукописи.

Вклад авторов

Концептуализация, Ю.-Ф.Л.; курирование данных, T.-H.T.; формальный анализ, Т.-Х.Т.; расследование, Т.-Х.Ю. и Т.-Х.Т.; методология, Ю.-Ф.Л. и Т.-Х.Ю.; администрация проекта, Ю.-Ф.Л.; надзор, Ю.-Ф.Л.; написание — первоначальный вариант, Т.-Х.Ю. и Т.-Х.Т.; написание—обзор и редактирование, Ю.-Ф.Л.

Финансирование

Это исследование финансировалось Министерством науки и технологий правительства Тайваня по контракту №MOST-105-2221-E-027-025 и «Исследовательский центр энергосбережения для нового поколения жилого, коммерческого и промышленного секторов» Министерства образования Тайваня.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Литература

ИЗОЛЯЦИЯ БЕТОННЫХ КЛАДНЫХ СТЕН — NCMA

ВВЕДЕНИЕ

Разнообразие конструкций стен из бетонной кладки предусматривает ряд изоляционных стратегий, в том числе: внутреннюю изоляцию, изолированные полости, изоляционные вставки, вспененную изоляцию на месте, гранулированные заполнители в пространствах блочного ядра и системы внешней изоляции. Каждая конструкция каменной стены имеет свои преимущества и ограничения в отношении каждой из этих стратегий изоляции. Выбор утеплителя будет зависеть от желаемых тепловых свойств, климатических условий, простоты строительства, стоимости и других конструктивных критериев.

Обратите внимание, что положение изоляции внутри стены может повлиять на положение точки росы и, следовательно, на потенциал образования конденсата. См. TEK 6-17A, Контроль конденсации в бетонных стенах (ссылка 1) для получения более подробной информации.Точно так же некоторые изоляционные материалы могут действовать как воздушный барьер, если они установлены непрерывно и с герметичными соединениями. Дополнительную информацию см. в TEK 6-14A «Контроль утечки воздуха в бетонных кирпичных стенах» (ссылка 2).

ТЕПЛОВАЯ КЛАДКА

Тепловые характеристики каменной стены зависят от ее стационарных тепловых характеристик (описываемых значением R или U-фактором), а также от характеристик тепловой массы (теплоемкости) стены. Стационарное состояние и массовые характеристики зависят от размера и типа каменной кладки, типа и расположения изоляции, отделочных материалов и плотности кладки. Конструкции бетонной кладочной смеси с более низкой плотностью приводят к более высоким значениям R (т. Е. Более низким коэффициентам U), чем бетоны с более высокой плотностью.

Тепловая масса описывает способность материалов накапливать тепло. Из-за своей сравнительно высокой плотности и удельной теплоемкости кирпичная кладка обеспечивает очень эффективное накопление тепла. Кирпичные стены остаются теплыми или прохладными еще долгое время после отключения отопления или кондиционирования воздуха.Это, в свою очередь, эффективно снижает нагрузку на отопление и охлаждение, смягчает колебания температуры в помещении и смещает нагрузку на отопление и охлаждение на непиковые часы. Благодаря значительным преимуществам присущей бетонной кладке тепловой массы, здания из бетонной кладки могут обеспечивать характеристики, аналогичные каркасным зданиям с более сильной изоляцией.

Преимущества тепловой массы были включены в требования энергетического кодекса, а также в сложные компьютерные модели. Энергетические кодексы и стандарты, такие как Международный кодекс энергосбережения (IECC) (см.5) и Стандарт энергоэффективности для зданий, кроме малоэтажных жилых зданий, Стандарт ASHRAE/IESNA 90.1 (ссылка 6), разрешают бетонным каменным стенам иметь меньшую изоляцию, чем каркасные стеновые системы, для удовлетворения энергетических потребностей.

Несмотря на то, что тепловой массы и присущего бетонной кладке коэффициента R/U может быть достаточно для соответствия требованиям энергетического кодекса (особенно в более теплом климате), стены из бетонной кладки часто требуют дополнительной изоляции. Когда они это делают, существует множество вариантов изоляции бетонной каменной конструкции.При необходимости бетонная кладка может обеспечить стены со значениями R, которые превышают минимальные нормы (см. ссылки 3, 4). Однако для общей экономии проекта промышленность предлагает параметрический анализ для определения разумных уровней изоляции для элементов ограждающих конструкций.

Эффективность тепловой массы зависит от таких факторов, как климат, конструкция здания и положение изоляции. Влияние положения изоляции обсуждается в следующих разделах. Однако обратите внимание, что в зависимости от выбранного метода соответствия нормам положение изоляции может не отражаться в конкретных нормах или стандартах.

Существует несколько методов обеспечения соответствия энергетическим требованиям IECC. Один из вариантов, предписывающие значения R IECC (Таблица IECC 502.2 (1)) требует «непрерывной изоляции» на бетонной кладке и других массивных стенах. Это относится к изоляции, не прерываемой обрешеткой или перемычками бетонных блоков кладки. Примеры включают жесткую изоляцию, приклеенную к внутренней части стены с обшивкой и гипсокартоном, нанесенным поверх изоляции, непрерывную изоляцию в стенах с полостью каменной кладки, а также наружную изоляцию и системы отделки.Если стена из бетонной кладки не будет иметь непрерывной изоляции, существует несколько других вариантов соответствия требованиям IECC: стены из бетонной кладки не должны иметь сплошную изоляцию, чтобы соответствовать требованиям IECC. См. TEK 6-12C, Международный кодекс энергосбережения и бетонная кладка, и TEK 6-4A, Соответствие требованиям энергетического кодекса с использованием COMcheck (ссылки 7, 8).

ВНУТРЕННЯЯ ИЗОЛЯЦИЯ

Внутренняя изоляция относится к изоляции, нанесенной на внутреннюю сторону бетонной кладки, как показано на рисунке 1.Изоляция может быть жесткой плитой (экструдированный или вспененный полистирол или полиизоцианурат), напыляемой полиуретановой пеной с закрытыми порами, ячеистым стеклом, волокнистой веткой или волокнистой вдувной изоляцией (обратите внимание, однако, что волокнистая изоляция восприимчива к влаге). Внутренняя поверхность стен обычно отделана гипсокартоном или панелями.

Внутренняя изоляция допускает обнажение каменной кладки снаружи, но изолирует каменную кладку от внутренней части здания и, таким образом, может уменьшить воздействие тепловой массы.

В случае изоляции из жестких плит клей используется для временного удержания изоляции на месте, пока применяются механические крепления и защитная отделка. Можно использовать обрешетку и держать ее на расстоянии от лицевой стороны каменной кладки с помощью прокладок. Пространство, созданное распорками, обеспечивает влагозащиту, а также удобное и экономичное расположение для дополнительной изоляции, проводки или труб.

В качестве альтернативы можно установить деревянную или металлическую обшивку с утеплителем между обшивками.Размер обрешетки определяется типом изоляции и требуемым коэффициентом теплопередачи. Поскольку обрешетка проникает в изоляцию, при анализе тепловых характеристик стены необходимо учитывать свойства обшивки. Проникновение стали через изоляцию существенно влияет на термическое сопротивление, проводя тепло от одной стороны изоляции к другой. Несмотря на то, что он не такой проводящий, как металл, тепловое сопротивление древесины и площадь поперечного сечения проникновения деревянной обшивки следует учитывать при определении общих значений R.Дополнительную информацию см. в TEK 6-13A, Тепловые мосты в конструкции стен (ссылка 9).

обычно укладывается между внутренней обшивкой. Пена наносится в виде жидкости и расширяется на месте. Надлежащее обучение помогает обеспечить качественную установку. Пена устойчива к пропусканию воздуха и водяного пара.

При использовании внутренней изоляции в бетонной кладке допускается как вертикальное, так и горизонтальное армирование с частичной или полной заливкой раствором без нарушения слоя изоляции.

Долговечность, атмосферостойкость и ударопрочность внешней стены остаются неизменными при добавлении внутренней изоляции. Ударопрочность внутренней поверхности определяется внутренней отделкой.

Рисунок 1—Примеры внутренней изоляции

ВСТРОЕННАЯ ИЗОЛЯЦИЯ

На рис. 2 показаны некоторые типичные встроенные утеплители в каменных стенах с одинарной кладкой.Интегральная изоляция относится к изоляции, помещенной между двумя слоями тепловой массы. Примеры включают изоляцию, размещенную в бетонных ядрах каменной кладки, и непрерывную изоляцию в стене с полостью каменной кладки (обратите внимание, что изолированная стена с полостью кладки также может рассматриваться как внешняя изоляция, если не учитывать тепловой эффект массы облицовки).

Со встроенной изоляцией часть тепловой массы (каменная кладка) находится в непосредственном контакте с воздухом в помещении, что обеспечивает превосходные преимущества по тепловой массе, при этом допуская открытую кладку как снаружи, так и внутри.

Полые многослойные стены содержат изоляцию между двумя витками каменной кладки. Непрерывная изоляция полости сводит к минимуму тепловые мосты. Ширину полости можно варьировать для достижения широкого диапазона значений R. Изоляция полости может быть жесткой плитой, напыляемой полиуретановой пеной с закрытыми порами или сыпучим наполнителем. Для дальнейшего повышения тепловых характеристик жилы резервного витка могут быть изолированы.

Когда в полости используется изоляция из жестких плит, внутренняя кладка обычно выполняется в первую очередь.Изоляция предварительно вырезается или надрезается производителем для облегчения размещения между стенными анкерами. Плитную изоляцию можно прикрепить с помощью клея или механических застежек. Плотные стыки между изоляционными плитами максимизируют тепловые характеристики и уменьшают утечку воздуха. В некоторых случаях стыки между досками заделываются расширяющимся валиком герметика, герметизируются или заклеиваются лентой, чтобы действовать как воздушный барьер.

Интегральная изоляция, помещаемая в сердцевины кирпичной кладки, обычно представляет собой вставки из формованного полистирола, пенопласта или гранулированного наполнителя из вспененного перлита или вермикулита.Что касается обрешетки, используемой для внутренней изоляции, то при определении тепловых характеристик стены следует учитывать тепловое сопротивление стенок бетонной кладки и любых залитых раствором ядер (см. ТЭК 6-2C, ссылка 3, для табличных значений R стены с теплоизоляцией). При использовании изоляции активной зоны изоляция должна занимать все незалитые пространства активной зоны (хотя некоторые жесткие вставки сконфигурированы для размещения арматурной стали и цементного раствора в одной ячейке).

Изоляция, вспененная на месте, устанавливается в ядрах каменной кладки после возведения стены.Установщик либо заполняет сердечники сверху стены, либо закачивает пену через небольшие отверстия, просверленные в кладке. Пены могут быть чувствительны к температуре, условиям смешивания и другим факторам. Поэтому следует тщательно следовать инструкциям производителей, чтобы избежать чрезмерной усадки из-за неправильного смешивания или укладки пены.

Вставки из полистирола

можно размещать в сердцевинах обычных блоков кладки или использовать в блоках специальной конструкции. Вставки доступны во многих формах и размерах, чтобы обеспечить диапазон R-значений и приспособиться к различным условиям строительства.В предварительно утепленной кладке вставки устанавливаются заводом-изготовителем. Также доступны вставки, которые устанавливаются на строительной площадке.

Специально разработанные блоки бетонной кладки могут включать стенки уменьшенной высоты для размещения вставок в сердцевинах. Такие полотна также уменьшают тепловые мостики через каменную кладку, поскольку уменьшенная площадь полотна обеспечивает меньшую площадь поперечного сечения для теплового потока через стену. Чтобы еще больше уменьшить тепловые мосты, некоторые производители разработали блоки бетонной кладки с двумя поперечными перемычками, а не с тремя.

Вертикальная и горизонтальная арматура, залитая цементным раствором в ядра бетонной кладки, может потребоваться для структурных характеристик. Сердечники, подлежащие заливке, изолируют от стержней, подлежащих изоляции, путем нанесения раствора на перемычки, ограничивающие раствор. Гранулированная или пенопластовая изоляция помещается в незалитые ядра внутри стены. Затем определяется тепловое сопротивление на основе среднего значения R площади стены (см. TEK 6-2C, ссылка 3, для объяснения и примера расчета). Некоторые жесткие вставки предназначены для размещения арматурной стали и цементного раствора, чтобы обеспечить как тепловую защиту, так и конструкционные характеристики. При использовании вкладышей в конструкциях с цементным раствором должны быть соблюдены минимальные размеры пространства для цементного раствора, требуемые нормами (см. TEK 3-2A, ссылка 10).

Гранулированные наполнители укладываются в ядра кладки по мере возведения стены. Обычно заливки заливают прямо из мешков в сердечники. Обычно происходит небольшое урегулирование, но оно оказывает относительно небольшое влияние на общую производительность. Гранулированные наполнители имеют тенденцию вытекать из любых отверстий в стеновой системе. Следовательно, дренажные отверстия должны быть снабжены антикоррозионными экранами внутри или фитилями, чтобы удерживать наполнитель и обеспечивать отвод воды.Пчелиные отверстия или другие зазоры в растворных швах должны быть заполнены. Кроме того, забуриваемые анкеры, размещаемые после изоляции, требуют специальных процедур установки, чтобы предотвратить потерю гранулированного наполнителя.

Рисунок 2 — Примеры встроенной изоляции

ВНЕШНЯЯ ИЗОЛЯЦИЯ

Наружные утепленные стены из каменной кладки – это стены, которые имеют утепление с внешней стороны тепломассы. В этих стенах непрерывная внешняя изоляция покрывает каменную кладку, сводя к минимуму эффект тепловых мостов. Это помещает тепловую массу внутрь изоляционного слоя. Внешняя изоляция удерживает кирпичную кладку в прямом контакте с кондиционированным воздухом внутри, обеспечивая наибольшую выгоду от тепловой массы из трех стратегий изоляции.

Внешняя изоляция также снижает потери тепла и движение влаги из-за утечки воздуха, когда стыки между плитами изоляции герметизированы. Внешняя изоляция сводит на нет эстетические преимущества открытой кладки.Кроме того, изоляция требует защитной отделки для поддержания долговечности, целостности и эффективности изоляции.

При устройстве наружной штукатурки применяется армирующая сетка для усиления финишного покрытия, повышения трещиностойкости и ударопрочности. Для этого используется сетка из стекловолокна, коррозионностойкая плетеная сетка или металлическая решетка. После того, как сетка установлена, через изоляцию вставляются механические крепежные детали, которые надежно закрепляются в бетонной кладке. Механические застежки могут быть металлическими или нейлоновыми, хотя нейлон ограничивает потери тепла через застежки.

После механического крепления утеплителя и армирующей сетки к кладке на поверхность наносится шпателем финишное покрытие. Эта поверхность придает стене окончательный цвет и текстуру, а также обеспечивает устойчивость к атмосферным воздействиям и ударам.

Рисунок 3—Пример внешней изоляции

ПРИМЕНЕНИЕ НИЖЕ УРОВНЯ

В стенах из каменной кладки ниже уровня земли обычно используется конструкция стены с одинарной поперечиной, которая может обеспечивать внутреннюю, интегральную или внешнюю изоляцию.

Внешняя или встроенная изоляция эффективна для снижения внутренней температуры и смещения пиковых энергетических нагрузок. Типичная обшивка, используемая для внутренней изоляции, обеспечивает место для прокладки электрических и водопроводных линий, а также удобна для установки гипсокартона или другой внутренней отделки.

При использовании наружной или встроенной изоляции архитектурные блоки из бетонной кладки обеспечивают законченную внутреннюю поверхность. Использование гладких фасонных элементов в основании стены облегчает стяжку плиты.После отливки плиты к гладкому первому ряду можно приложить формовочную полосу, которая также служит дорожкой для электропроводки. Остальная часть стены может быть построена из гладких, разрезных, разрезных ребристых, шлифованных, ребристых или других архитектурных бетонных блоков.

Изоляция на внешней стороне нижележащих участков стены временно удерживается на месте с помощью клея до тех пор, пока не будет уложена засыпка. Та часть жесткой доски, которая выступает над землей, должна быть механически закреплена и защищена.

Каталожные номера

1. Контроль конденсации в бетонных стенах, ТЭК 6-17А. Национальная ассоциация бетонщиков, 2000 г.
2. Контроль герметичности стен из бетонной кладки, ТЭК 6-14А. Национальная ассоциация бетонщиков, 2011 г.
3. R-значения и U-факторы одинарных стен из бетонной кладки Wythe, TEK 6-2C. Национальная ассоциация бетонщиков, 2013.
.
4. R-значения стен из бетонной кладки Multi-Wythe, ТЭК 6-1С.Национальная ассоциация бетонщиков, 2013.
.
5. Международный кодекс энергосбережения. Совет по международному кодексу, 2003, 2006 и 2009 гг.
6. Стандарт энергоэффективности для зданий, кроме малоэтажных жилых зданий, стандарт ASHRAE/IESNA 90.1. Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха и Общество инженеров по освещению, 2001, 2004 и 2007 гг.
7. Международный кодекс энергосбережения и бетонная кладка, TEK 6-12C. Национальная ассоциация бетонщиков, 2007 г.
8. Соответствие требованиям энергетического кодекса с помощью COMcheck TEK 6-4A. Национальная ассоциация бетонщиков, 2007 г.
9. Тепловые мосты в строительстве стен, ТЭК 6-13А. Национальная ассоциация бетонщиков, 1996.
.
10. Заливка стен бетонной кладкой, ТЭК 3-2А. Национальная ассоциация бетонщиков, 2005 г.

NCMA TEK 6-11A, редакция 2010 г.

NCMA и компании, распространяющие эту техническую информацию, отказываются от какой-либо ответственности за точность и применение информации, содержащейся в этой публикации.

Экспериментальное исследование теплоизоляционных свойств железобетонной композитной стены

[1] Z. Zhang, Z. Li и Y. Dong: Engineering Mechanics, Sup. II (2007), стр. 121-128. (на китайском языке).

[2] Ю.Лин: Технология строительства, № 6 (2007), стр. 103-105. (на китайском языке).

[3] Ф. Ян, Д. Конг и Х. Хоу: Новые строительные материалы, No.5 (2008), стр. 24-26. (на китайском языке).

[4] С. Чжао, С. Чжао, С. Ян и С. Ма: Advanced Materials Research, Vols. 123-125 (2010), стр.843-846.

[5] С. Чжао, Ф. Ли, С. Ян и Л. Сун: Advanced Materials Research, Vols. 152–153 (2010), стр. 395–398.

[6] GB/T 13475-2008: Измерение теплоизоляционных и устойчивых тепловых свойств: метод калибровки и защиты, China Building Industry Press, Пекин, 2008.(на китайском языке).

[7] GB50176-1993: Правила проектирования теплотехники гражданских зданий, China Building Industry Press, Пекин, 1993. (на китайском языке).

[8] JCJ 134-2001: Стандарт проектирования энергоэффективности жилых зданий в зоне жаркого лета и холодной зимы, China Building Industry Press, Пекин, 2001.(на китайском языке).

[9] JGJ 26-2010: Стандарт проектирования энергоэффективности жилых зданий в суровых и холодных зонах, China Building Industry Press, Пекин, 2010 г. (на китайском языке).

Железобетон: что нужно знать

Проблема со сталежелезобетоном

… И почему подрядчики и поставщики бетона предпочитают альтернативные железобетонные материалы

Инновация 19 века, железобетон, армированный сталью, стремился сделать бетонные конструкции более безопасными и устойчивыми.Но, как показывает история, этот подход к железобетону не выдержал испытания временем, как его предшественники.

Бетонные конструкции в Риме стоят и по сей день, спустя почти 2000 лет после их создания. Для сравнения, многие бетонные дороги, мосты и здания со стальной арматурой уже начали разрушаться.

Мы знаем, что бетон прочен и долговечен. Так в чем проблема?

Дело в том, что использование железобетона имеет несколько недостатков.

Если вы планируете заказывать железобетон у поставщиков бетона, сначала рассмотрите преимущества и недостатки сталежелезобетона. Вы также можете рассмотреть альтернативы, которые предпочитают многие бетонщики!

Для чего используется железобетон?

Бетон, армированный сталью, предназначен для использования прочности бетона на сжатие с прочностью стали на растяжение для выдерживания тяжелых нагрузок, таких как фундаменты, фундаментные стены и колонны.Подъездные пути с интенсивным движением, полы навесов и полы больших навесов также могут потребовать железобетона, чтобы выдержать вес.

Стальная арматура встраивается в бетон, чтобы удерживать бетон вместе, предотвращать появление больших трещин и повышать общую прочность. Эта дополнительная прочность позволяет создавать более длинные, тонкие, консольные конструкции и плиты с меньшей поддержкой, которые являются более прочными благодаря армированию.

Типы железобетона

Железобетон часто представляет собой традиционный цементный бетон, заливаемый на стальную арматуру.Эти подкрепления включают в себя:

Арматура

Арматура — это сокращение от арматурного стержня. Это стержень из мягкой стали различной толщины, например № 3 толщиной 10 мм и № 4 толщиной 12 мм. Арматура часто изготавливается для лучшего сцепления, например, ребристая арматура.

Сварная сетка

Это стальная проволока, сваренная в виде квадратной сетки, образующая плоский лист. Толщина стальной проволоки обычно составляет 4 мм. И типичный размер сетки составляет 150 мм x 150 мм.

Оба типа стальной арматуры используются в каменных проектах.Как правило, вокруг фундамента проходит арматура, а сварная сетка входит в плиту, часто образуя клетку.

Хотя это экономичные варианты для строительства из бетона, они сделаны из стали, поэтому они представляют риск ржавчины и коррозии бетона.

Преимущества железобетона

Сочетание бетона и стали придает железобетону высокую прочность на сжатие и растяжение. В результате железобетон считается более прочным.Он также достаточно устойчив к огню и атмосферным воздействиям.

Поскольку стальная арматура может укрепить более тонкие бетонные плиты, подрядчики по бетонным работам могут использовать меньше бетона и при этом иметь прочную бетонную плиту с опорой. Использование меньшего количества бетона позволяет сэкономить время и трудозатраты на поставку, транспортировку, смешивание и заливку бетона.

Сталь

также является доступным материалом и дешевле, чем некоторые альтернативные варианты армирования, такие как алюминиевая бронза и нержавеющая сталь.

Недостатки железобетона

Хотя застройщики могут сэкономить на первоначальных затратах за счет стальной арматуры, они часто не учитывают долгосрочные затраты на техническое обслуживание, ремонт и замену.

Главный компонент стали, железо, подвержен ржавчине. В результате коррозия остается единственным недостатком при использовании железобетона.

Эту коррозию трудно обнаружить в бетонных конструкциях. Но это разрушает долговечность бетона, что приводит к сокращению срока службы всего на 50–100 лет, а ухудшение состояния начинается всего через 10 лет.По сравнению с древними бетонными сооружениями в Риме, от 50 до 100 лет — недостаточное время для того, чтобы современные сооружения простояли.

Из-за этого более короткого срока службы разрушающиеся здания, мосты, шоссе и другая инфраструктура требуют больших затрат на ремонт. Затраты на ремонт и восстановление стальных железобетонных конструкций со временем будут только увеличиваться, поскольку все больше конструкций изнашивается и теряет структурную целостность.

Почему сталь — не лучший вариант

Наличие в бетоне стальной арматуры делает бетон более склонным к растрескиванию.В то время как обычный бетон может справиться с несколькими крошечными трещинами, эти трещины прокладывают путь (извините за каламбур) для серьезной угрозы стальной арматуре — влаги.

Когда влага попадает в бетон через эти трещины, она вызывает электрохимическую реакцию со стальной арматурой, встроенной в бетон. Эта реакция создает батарею, в которой один конец арматурного стержня становится анодом, а другой конец становится катодом. Эта батарея питает коррозию, превращая сталь в ржавчину.

Ржавчина способна расширять сталь в четыре раза. Это расширение создает более крупные трещины и трещины в бетоне в процессе, называемом отслаиванием (он же рак бетона).

Альтернативы натуральной арматуре

Бетонная промышленность всегда ищет способы быть более экологичными. Одним из таких способов является использование следующих альтернатив стальной арматуре:

.

Непрерывное базальтовое волокно (НБВ)

Изготовленный из базальта, CBF представляет собой плотную, устойчивую к истиранию магматическую породу. Это каменное волокно более чем в два раза превышает отношение прочности к весу легированной стали.Он не подвергается коррозии, как сталь, и не портится от кислот. CBF также является огнестойким и хорошо работает с различными композитами.

По сравнению со стальной арматурой, CBF также снижает количество используемого бетона, делая бетон тоньше и легче, что дает больше места для изоляции. CBF также не является теплопроводным, поэтому он может соединяться как с внутренними, так и с внешними изолированными стеновыми панелями без передачи тепла. Это означает более энергоэффективные здания за счет снижения потерь тепла.

Плетеный бамбук (WSB)

WSB использует очищенные от кожи стебли бамбука, которые нарезают вдоль на тонкие пряди.Затем эти нити карбонизируются, погружаются в клей на водной основе и подвергаются горячему или холодному прессованию в формах. В результате получается продукт, который в три раза плотнее бамбука, а также устойчив к впитыванию влаги, набуханию и гниению под действием бактерий и грибков.

Бамбук обладает высокой прочностью на растяжение, быстро восстанавливается и связывает углерод, что делает его чрезвычайно экологически чистой альтернативой стальной арматуре.

Армированный волокном полимер (FRP)

FRP — еще одна альтернатива стальной арматуре, которая позволяет создавать энергоэффективные бетонные конструкции и не подвергается коррозии.FRP, особенно стекло FRP обеспечивает тепло- и электрическую изоляцию, имеет высокое отношение прочности к весу и низкие затраты на техническое обслуживание.

При создании железобетона с альтернативами, которые не подвержены коррозии, бетонные конструкции продлевают срок службы. Они требуют меньше обслуживания и меньше ресурсов. Они смогут выдержать испытания временем, как древнеримские сооружения, и не станут дорогостоящим финансовым бременем для обслуживания, ремонта или замены.

Теплоизоляция пластмасс: технические свойства

Почему пластик является хорошим изолятором?

Пластмассы являются плохими проводниками тепла, потому что у них практически нет свободных электронов, доступных для механизмов проводимости, таких как металлы.

Теплоизоляционная способность пластмасс оценивается путем измерения теплопроводности. Теплопроводность – это передача тепла от одной части тела к другой, с которой она соприкасается.

• Для аморфных пластиков при 0-200°C теплопроводность составляет 0,125-0,2
  Wm ^-1 K ^-1
• Частично кристаллические термопласты имеют упорядоченные кристаллические области и, следовательно, лучшую проводимость

Теплоизоляция полимера ( термопласты, пены или термореактивные материалы ) необходима для:

1. Понимания переработки материала в конечный продукт
2. Установите соответствующие области применения материала e. г. пенополимеры для изоляции

Например, PUR и PIR можно формовать как плитный материал и использовать в качестве изоляционной пены для крыш, оштукатуренных стен, многослойных стен и полов.

Узнайте больше о теплоизоляции:

  » Как измерить теплопроводность пластмасс?
  » Как ведут себя материалы. Механизм
  » Факторы, влияющие на теплоизоляцию
  » Значения теплоизоляции некоторых пластиков

Как измерить теплопроводность полимеров

Существует несколько способов измерения теплопроводности. Теплопроводность пластмасс обычно измеряется в соответствии с ASTM C177 и ISO 8302 с использованием прибора с защищенной нагревательной пластиной.

Прибор с защищенной нагревательной пластиной общепризнан как основной абсолютный метод измерения свойств теплопередачи однородных изоляционных материалов в виде плоских плит.

Защищенная нагревательная плита — Твердый образец материала помещается между двумя плитами. Одна пластина нагревается, а другая охлаждается или нагревается в меньшей степени.Температуру пластин контролируют до тех пор, пока она не станет постоянной. Для расчета теплопроводности используются установившиеся температуры, толщина образца и подвод тепла к нагревательной пластине.

Следовательно, коэффициент теплопроводности k рассчитывается по формуле:

где

• Q – количество тепла, прошедшего через площадь основания образца [Вт] 
• Базовая площадь образца [м ² ]
• d расстояние между двумя сторонами образца [м] 
• T ₂ температура на более теплой стороне образца [K] 
• T ₁ температура на более холодной стороне образца [K]

Механизм теплопроводности

Теплопроводность в полимерах основана на движении молекул по внутри- и межмолекулярным связям.Структурные изменения сшивание в термореактивных эластомерах и увеличивает теплопроводность, поскольку ван-дер-ваальсовые связи постепенно заменяются валентными связями с большей теплопроводностью.

В качестве альтернативы, уменьшение длины межсвязного пути или факторов, вызывающих увеличение беспорядка или свободного объема в полимерах, приводит к снижению теплопроводности и, следовательно, к повышению теплоизоляции.

Также упоминалось выше, присутствие кристалличности в полимерах приводит к улучшенной упаковке молекулы и, следовательно, к повышенной теплопроводности.

• Аморфные полимеры демонстрируют увеличение теплопроводности с повышением температуры вплоть до температуры стеклования , Tg . Выше Tg теплопроводность уменьшается с повышением температуры


• Из-за увеличения плотности при затвердевании полукристаллических термопластов теплопроводность выше в твердом состоянии, чем в расплаве. Однако в расплавленном состоянии теплопроводность полукристаллических полимеров снижается до теплопроводности аморфных полимеров
.

Теплопроводность различных полимеров
(Источник: Polymer Processing by Tim A. Освальд, Хуан Пабло Эрнандес-Ортис)

Факторы, влияющие на теплоизоляцию

1. Органические пластмассы являются очень хорошими изоляторами. Теплопроводность полимеров увеличивается с увеличением объемного содержания наполнителя (или содержания волокна до 20% по объемной доле).
   1. Более высокая теплопроводность неорганических наполнителей увеличивает теплопроводность наполненных полимеров .
   2. Полимерные пенопласты демонстрируют заметное снижение теплопроводности из-за включения в структуру газообразных наполнителей.Увеличение количества закрытых ячеек в пене сводит к минимуму теплопроводность за счет конвекции, что дополнительно улучшает изоляционные свойства


2. Теплопроводность расплавов увеличивается при гидростатическом давлении.


3. Сжатие пластмасс оказывает еще большее противоположное влияние на теплоизоляцию, так как увеличивает плотность упаковки молекул


4. Другими факторами, влияющими на теплопроводность, являются плотность материала , влажность материала и температура окружающей среды. С увеличением плотности, влажности и температуры увеличивается и теплопроводность.

Теплоизоляционные свойства некоторых пластиков

Нажмите, чтобы найти полимер, который вы ищете:
A-C     | Э-М     | ПА-ПК     | ПЭ-ПЛ     | ПМ-ПП     | ПС-Х

Название полимера	Минимальное значение (Вт/м.К)	Максимальное значение (Вт/м.К)
АБС-акрилонитрилбутадиенстирол	0.130	0,190
Огнестойкий АБС-пластик	0,173	0,175
Высокотемпературный АБС-пластик	0,200	0,400
Ударопрочный АБС-пластик	0,200	0,400
Смесь АБС/ПК 20% стекловолокна	0,140	0,150
ASA – акрилонитрил-стирол-акрилат	0,170	0. 170
Смесь ASA/PC – смесь акрилонитрила, стирола, акрилата и поликарбоната	0,170	0,170
Огнестойкий ASA/PC	0,170	0,700
CA — Ацетат целлюлозы	0,250	0,250
CAB — Бутират ацетата целлюлозы	0,250	0,250
CP — Пропионат целлюлозы	0.190	0,190
ХПВХ — хлорированный поливинилхлорид	0,160	0,160
ECTFE	0,150	0,150
EVOH — Этиленвиниловый спирт	0,340	0,360
ФЭП – фторированный этиленпропилен	0,250	0,250
HDPE — полиэтилен высокой плотности	0.450	0,500
HIPS — ударопрочный полистирол	0,110	0,140
Огнестойкий материал HIPS V0	0,120	0,120
Иономер (сополимер этилена и метилакрилата)	0,230	0,250
LCP — жидкокристаллический полимер, стекловолокно, армированное	0,270	0,320
LDPE – полиэтилен низкой плотности	0. 320	0,350
LLDPE — линейный полиэтилен низкой плотности	0,350	0,450
MABS (прозрачный акрилонитрилбутадиенстирол)	0,170	0,180
PA 11 — (Полиамид 11) 30% армированный стекловолокном	0,330	0,330
PA 11, токопроводящий	0,330	0,330
PA 11, гибкий	0.330	0,330
Полиамид 11, жесткий	0,330	0,330
PA 12, гибкий	0,330	0,330
Полиамид 12, жесткий	0,330	0,330
ПА 46 — Полиамид 46	0,300	0,300
ПА 6 — Полиамид 6	0,240	0,240
ПА 6-10 — Полиамид 6-10	0.210	0,210
ПА 66 — Полиамид 6-6	0,250	0,250
PA 66, 30% стекловолокно	0,280	0,280
PA 66, 30% минеральный наполнитель	0,380	0,380
PA 66, ударопрочный, 15-30% стекловолокна	0,300	0,300
PA 66, ударопрочный	0. 240	0,450
ПАИ — полиамид-имид	0,240	0,540
PAI, 30% стекловолокно	0,360	0,360
PAI, низкое трение	0,520	0,520
ПАР — Полиарилат	0,180	0,210
ПАРА (полиариламид), 30-60% стекловолокна	0,300	0.400
ПБТ – полибутилентерефталат	0,210	0,210
ПБТ, 30% стекловолокно	0,240	0,240
ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокна	0,220	0,220
ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно огнестойкое	0,210	0,390
Поликарбонат, высокотемпературный	0.210	0,210
ПЭ – полиэтилен 30% стекловолокна	0,300	0,390
PEEK — Полиэфирэфиркетон	0,250	0,250
PEEK 30% Армированный углеродным волокном	0,900	0,950
PEEK 30% Армированный стекловолокном	0,430	0,430
ПЭИ — Полиэфиримид	0. 220	0,250
ПЭИ, 30% армированный стекловолокном	0,230	0,260
PEKK (полиэфиркетонкетон), низкая степень кристалличности	1.750	1.750
ПЭСУ — Полиэфирсульфон	0,170	0,190
ПЭТ – полиэтилентерефталат	0,290	0,290
ПЭТ, 30% армированный стекловолокном	0.330	0,330
PETG – полиэтилентерефталатгликоль	0,190	0,190
ПФА — перфторалкокси	0,190	0,260
ПИ — полиимид	0,100	0,350
ПЛА-полилактид	0,110	0,195
ПММА — полиметилметакрилат/акрил	0.150	0,250
ПММА (акрил), высокая температура	0,120	0,210
ПММА (акрил), ударопрочный	0,200	0,220
ПОМ — полиоксиметилен (ацеталь)	0,310	0,370
ПОМ (ацеталь) с низким коэффициентом трения	0,310	0,310
ПП — полипропилен 10-20% стекловолокна	0. 200	0,300
ПП, 10-40% минерального наполнителя	0,300	0,400
ПП, наполнитель 10-40% талька	0,300	0,400
ПП, 30-40% армированный стекловолокном	0,300	0,300
ПП (полипропилен) сополимер	0,150	0,210
ПП (полипропилен) гомополимер	0.150	0,210
ПП, ударопрочный	0,150	0,210
СИЗ — полифениленовый эфир	0,160	0,220
Средства индивидуальной защиты, 30% армированные стекловолокном	0,280	0,280
СИЗ, огнестойкие	0,160	0,220
ПФС — Полифениленсульфид	0,290	0.320
ППС, 20-30% армированный стекловолокном	0,300	0,300
PPS, 40% армированный стекловолокном	0,300	0,300
PPS, проводящий	0,300	0,400
ПФС, стекловолокно и минеральный наполнитель	0,600	0,600
PS (полистирол) 30% стекловолокно	0,190	0. 190
PS (полистирол) Кристалл	0,160	0,160
PS, высокотемпературный	0,160	0,160
Блок питания — полисульфон	0,120	0,260
Блок питания, 30% армированный стекловолокном	0,300	0,300
ПТФЭ – политетрафторэтилен	0,240	0,240
ПТФЭ, 25% армированный стекловолокном	0.170	0,450
ПВХ, пластифицированный	0,160	0,160
ПВХ, пластифицированный с наполнителем	0,160	0,160
Жесткий ПВХ	0,160	0,160
ПВДХ – поливинилиденхлорид	0,160	0,200
ПВДФ – поливинилиденфторид	0,180	0. 180
SAN — Стирол-акрилонитрил	0,150	0,150
SAN, 20% армированный стекловолокном	0,200	0,320
SMA – стирол малеиновый ангидрид	0,170	0,170

Тепловая масса

Термическая масса — это свойство, позволяющее строительным материалам поглощать, накапливать и впоследствии выделять значительное количество тепла.Ранние цивилизации использовали свойства тепловой массы в каменных и глинобитных конструкциях, чтобы обеспечить жизнь в очень жарком и сухом климате много веков назад. Здания, построенные из бетона и кирпичной кладки, имеют такое же преимущество в энергосбережении из-за присущей им тепловой массы. Эти материалы медленно поглощают энергию и удерживают ее гораздо дольше, чем менее массивные материалы. Это задерживает и уменьшает теплопередачу через компонент здания с тепловой массой, что приводит к трем важным результатам:

1. Меньше всплесков потребности в отоплении и охлаждении, поскольку масса замедляет время отклика и смягчает колебания температуры в помещении.
2. В условиях климата с большими суточными колебаниями температуры массивное термически здание потребляет меньше энергии, чем аналогичное маломассивное здание из-за меньшей теплопередачи через массивные элементы.
3. Тепловая масса может смещать спрос на энергию в непиковые периоды времени, когда тарифы на коммунальные услуги ниже. Поскольку электростанции предназначены для выработки электроэнергии при пиковых нагрузках, смещение пиковой нагрузки может уменьшить количество требуемых электростанций.
   

Тепловая масса бетона имеет следующие преимущества и характеристики:

• Задерживает пиковые нагрузки
• Снижает пиковые нагрузки
• Снижает общие нагрузки во многих климатических условиях и местах жилых помещений
• Лучше всего работает, когда масса находится на внутренней поверхности
• Хорошо работает независимо от размещения массы

Масса хорошо работает в коммерческих приложениях, задерживая пиковую летнюю нагрузку, которая обычно происходит около 15:00. м. позже, когда офисы начнут закрываться. Например, крупномасштабное отключение электроэнергии на северо-востоке США произошло в 15:00. в августе 2003 г., поскольку электростанции не могли удовлетворить потребности от эксплуатационных нагрузок и нагрузок, связанных с отоплением, вентиляцией и кондиционированием воздуха (HVAC). Более массовое строительство зданий отложило бы этот спрос на HVAC на более позднее время и, возможно, предотвратило бы эту проблему пиковой мощности.

Тепловая масса с эффектом демпфирования и запаздывания


Стандарт ASHRAE 90.1 – Энергетический стандарт для зданий, за исключением малоэтажных жилых зданий , Международный кодекс энергосбережения и большинство других энергетических кодексов признают преимущества тепловой массы и требуют меньшей изоляции для массовых стен.

В некоторых климатических условиях здания с теплоизоляцией обладают лучшими тепловыми характеристиками, чем здания с низкой массой, независимо от уровня изоляции в здании с низкой массой. Наибольшая экономия энергии достигается, когда в течение дня внутри стены происходит значительное изменение направления теплового потока.Таким образом, масса имеет наибольшую пользу в климате с большими суточными колебаниями температуры выше и ниже точки баланса здания (от 55 до 65 градусов по Фаренгейту). В этих условиях массу можно охлаждать за счет естественной вентиляции в течение ночи, а затем давать ей поглощать тепло или «плавать» в течение более теплого дня. Когда температура наружного воздуха достигает своего пика, внутри здания остается прохладно, потому что тепло еще не проникло в массу. Хотя немногие климатические условия являются такими идеальными, тепловая масса в ограждающих конструкциях по-прежнему будет улучшать характеристики в большинстве климатических условий.Часто выгоды больше весной и осенью, когда условия наиболее близки к «идеальному» климату, описанному выше. В климате с преобладанием отопления тепловая масса может использоваться для эффективного сбора и хранения солнечного тепла или для хранения тепла, обеспечиваемого механической системой, чтобы она могла работать в непиковые часы.

Тепловое сопротивление (значения R) и коэффициент теплопередачи (коэффициенты U) не учитывают влияние тепловой массы и сами по себе неадекватны для описания свойств теплопередачи строительных конструкций со значительным количеством тепловой массы.Только компьютерные программы, такие как DOE-2 и EnergyPlus , которые учитывают почасовую передачу тепла на ежегодной основе, подходят для определения потерь энергии в зданиях с массивными стенами и крышами. Тепловой поток через стену зависит от удельного веса материалов (плотности), теплопроводности и удельной теплоемкости.

Удельная теплоемкость и теплоемкость

Удельная теплоемкость определяется как количество тепловой энергии (в британских тепловых единицах (БТЕ)), необходимое для повышения температуры одного фунта материала на один градус Фаренгейта.Удельная теплоемкость описывает способность материала накапливать тепловую энергию. Удельную теплоемкость бетона и кирпичной кладки обычно можно принять равной 0,2 британских тепловых единиц на фунт-градус Фаренгейта (БТЕ/фунт·°F). ( ASHRAE Handbook of Fundamentals , 2005)

Теплоемкость (HC) – это количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры массы на один градус по Фаренгейту. Теплоемкость указана на квадратный фут площади стены (Btu/ft ² ·°F) и включает все слои стены.Для однослойной стены HC рассчитывается путем умножения плотности материала на его толщину (в футах) и на удельную теплоемкость материала. Теплоемкость многослойной стены равна сумме теплоемкостей каждого слоя.

Значения теплоемкости, термического сопротивления и коэффициента теплопередачи для бетона и кирпичной кладки представлены в Приложении A стандарта ASHRAE Standard 90.1-2004 . Теплопроводность представлена ​​в ASHRAE Handbook of Fundamentals. Исследования по моделированию тепловой массы выделены в разделе «Модели энергии» в меню «Инструменты». Полные отчеты также перечислены здесь в качестве ресурсов.

Бетон: выбор экологичного дизайна

Вклад бетона в устойчивое развитие

Бетон является наиболее широко используемым строительным материалом на земле. Он имеет 2000-летний опыт оказания помощи в построении Римской империи и построении современных обществ. Благодаря своей универсальности, красоте, прочности и долговечности бетон используется в большинстве типов строительства, включая дома, здания, дороги, мосты, аэропорты, метро и гидротехнические сооружения.И с сегодняшним повышенным вниманием и спросом на устойчивое строительство бетон работает лучше по сравнению с другими строительными материалами. Бетон является устойчивым строительным материалом благодаря своим многочисленным экологически чистым характеристикам. Производство бетона является ресурсосберегающим, а ингредиенты требуют минимальной обработки. Большинство материалов для бетона приобретаются и производятся на месте, что сводит к минимуму затраты на транспортировку. Бетонные строительные системы сочетают изоляцию с высокой теплоемкостью и низкой инфильтрацией воздуха, что делает дома и здания более энергоэффективными.Бетон имеет длительный срок службы зданий и транспортной инфраструктуры, за счет чего увеличивается период между реконструкцией, ремонтом и техническим обслуживанием и связанное с этим воздействие на окружающую среду. Бетон, используемый в качестве дорожного покрытия или внешней облицовки, помогает свести к минимуму эффект городского теплового острова, тем самым уменьшая энергию, необходимую для обогрева и охлаждения наших домов и зданий. Бетон включает в себя переработанные промышленные побочные продукты, такие как летучая зола, шлак и пары кремнезема, что помогает снизить потребление энергии, углеродный след и количество отходов.

Ссылки

Энергопотребление частных домов с различными наружными стенами (2001), Дж. Гайда, НИОКР, серийный номер 2518, 50 страниц
Доступно бесплатно. Типичный дом на одну семью площадью 2450 квадратных футов с текущим дизайном был смоделирован с учетом энергопотребления в 25 местах в США и Канаде. Места были выбраны для представления различных климатических условий. Программное обеспечение для моделирования энергопотребления с использованием DOE 2.Для моделирования использовалась вычислительная машина 1E.

Справочник ASHRAE, 2014 г. — Основы   ASHRAE
Том Справочника ASHRAE за 2014 г. охватывает основные принципы и содержит важные данные для проектирования ОВКВиР, включая общую инженерную информацию, основные материалы, расчеты нагрузки и энергии, а также проектирование воздуховодов и труб.

Руководство по напольным покрытиям,   Ассоциация теплоизоляционных панелей
Доступно для бесплатной загрузки.Эта публикация предназначена для того, чтобы помочь домовладельцам и проектировщикам зданий понять свой выбор. Он включает в себя информацию о том, как работают лучистые полы, как включить лучистый пол в ваш дизайн, водяной (горячая вода) и/или электрический, каталог продукции, галерею лучистых систем, руководство по ресурсам, выбор напольных покрытий для лучистых полов: дерево, декоративный бетон , плитка, камень, мрамор, ковролин, ламинат, эластичный пол.

Стандарт 90. 1-2013 — Энергетический стандарт для зданий, кроме малоэтажных жилых зданий (2013) ASHRAE
Этот стандарт устанавливает минимальные требования к энергоэффективному проектированию большинства зданий, за исключением малоэтажных жилых домов.Он подробно предлагает минимальные энергоэффективные требования к проектированию и строительству новых зданий и их систем, новых частей зданий и их систем, а также новых систем и оборудования в существующих зданиях, а также критерии определения соответствия этим требованиям. . Это незаменимый справочник для инженеров и других специалистов, занимающихся проектированием зданий и строительных систем.

Руководство для инженеров: экономичные системы бетонных перекрытий  (2005)
В этом 6-страничном бюллетене представлена ​​информация о монолитных железобетонных перекрытиях.Публикация включает рекомендации по выбору различных систем перекрытий практически для любых пролетов и условий нагрузки.

No related posts.

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Комментарий *

Имя *

Email *

Сайт