Bsm818.ru

БСМ 818
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Температурное расширение силикатного кирпича

Расчет модуля упругости кирпичной кладки

Строительство из такого материала, как кирпич, на сегодняшний день все еще не потеряло своей актуальности и практикуется во многих видах возводимых зданий. Кирпичная кладка имеет целый ряд преимуществ, которые заставляют различных застройщиков обращаться к данному строительному материалу. Из кирпича строятся как частные дома, так и офисные строения, как многоэтажные здания, так и загородные коттеджи. И появление новых материалов не оттеснило этот элемент со строительного рынка.

Кирпич составляет сильную конкуренцию всем строительным материалам. И не удивительно, ведь здания и сооружения из кирпича имеют высокую прочность.

Кирпич имеет солидный список характеристик, расчетом которых занимаются инженерные группы. Знание этик характеристик обязательно для начала строительных работ.

Будет полезно более подробно рассказано про модуль упругости кирпичной кладки при кратковременных и длительных нагрузках.

Важность выбора кирпича по морозостойкости

Морозостойкость представляет собой способность какого-либо материала замерзать и оттаивать без негативных последствий. Характеризуется данное свойство количеством циклов, которые кирпич может выдержать, не подвергаясь агрессивным воздействиям извне. Если вы выбираете строительный камень с низкой морозостойкостью, то в суровых климатических условиях он раскрошится уже через несколько лет.

Основная причина этого заключается в пористости материала, из-за которой он впитывает воду. При замерзании жидкость расширяется, разрушая структуру кирпича.

Однако если морозостойкость камня будет находиться на требуемом по ГОСТу уровне (от 15 до 30 циклов), то он перенесет подобное воздействие, не разрушаясь. Если же строительство здания или сооружения осуществляется в северных районах, вышеупомянутые показатели должны быть на 30-40 процентов выше.

Температурный коэффициент линейного расширения стали

Представлены таблицы значений среднего температурного коэффициента линейного расширения сталей ТКЛР (или ТКР) распространенных марок (более 300 марок стали) при различных температурах в интервале от 27°С до указанной в таблицах. Для отрицательных температур приведены значения истинного коэффициента линейного расширения.

Температурный коэффициент линейного теплового расширения стали численно равен относительному изменению ее линейных размеров при увеличении (снижении) температуры этого сплава на 1 градус Цельсия или Кельвина.

При положительной величине ТКЛР в процессе нагрева сталь увеличивается в размерах (расширяется), при отрицательном значении этого коэффициента — сжимается. Отрицательным ТКЛР сталь обладает при сверхнизких температурах, приближающихся к абсолютному нулю (-273,15°С). В этих условиях коэффициент линейного расширения стали имеет малое отрицательное значение и практически равен нулю.

При температуре от 27 до 100°С температурный коэффициент линейного расширения стали в среднем составляет от 10 до 18·10 -6 град -1 . Сталь в нагретом состоянии (в зависимости от типа) при 900-1000°С может иметь ТКЛР до 24,6·10 -6 град -1 .

Рассчитаем линейное удлинение балки из нержавеющей стали 12Х18Н10Т длиной 0,5 метра при повышении ее температуры с 27 до 1027°С. По таблице средний коэффициент линейного расширения стали 12Х18Н10Т в диапазоне температуры 27…1027°С равен 22,3·10 -6 град -1 . Выполним расчет: 22,3·10 -6 ·(1027-27)·0,5=0,0111. Получаем величину линейного удлинения балки 0,0111 м.

Материалы

Возможно, одним из наиболее изученных материалов, демонстрирующих отрицательное тепловое расширение, является вольфрамат циркония ( ZrW
2 О
8 ). Это соединение непрерывно сжимается в диапазоне температур от 0,3 до 1050 К (при более высоких температурах материал разлагается). Другие материалы, демонстрирующие поведение NTE, включают других членов AM.
2 О
8 семейство материалов (где A = Zr или Hf , M = Mo или W ) и HfV
2 О
7 и ZrV
2 О
7 , хотя HfV
2 О
7 и ZrV
2 О
7 только в их высокой начальной фазе при температуре от 350 до 400 К . А
2 ( МО
4 )
3 также является примером контролируемого отрицательного теплового расширения. Кубические материалы, такие как ZrW
2 О
8 а также HfV
2 О
7 и ZrV
2 О
7 особенно ценны для инженерных приложений, поскольку они демонстрируют изотропную ЯЭ, т.е. ЯЭ одинаковы во всех трех измерениях, что упрощает их применение в качестве компенсаторов теплового расширения.

Читайте так же:
Узкий облицовочный кирпич евро

Обычный лед показывает ЯЭ в гексагональной и кубической фазах при очень низких температурах (ниже –200 ° C). В жидкой форме чистая вода также показывает отрицательное тепловое расширение ниже 3,984 ° C.

ALLVAR Alloy 30, сплав на основе титана, демонстрирует NTE в широком диапазоне температур с мгновенным коэффициентом теплового расширения -30 ppm / ° C при 20 ° C.

Эластичность резины показывает NTE при нормальных температурах, но причина этого эффекта сильно отличается от таковой в большинстве других материалов. Проще говоря, когда длинные полимерные цепи поглощают энергию, они принимают более искривленную конфигурацию, уменьшая объем материала.

Углеродные волокна показывают NTE между 20 ° C и 500 ° C. Это свойство используется в аэрокосмических приложениях с жесткими допусками для адаптации КТР компонентов из армированного углеродным волокном пластика для конкретных применений / условий путем регулирования соотношения углеродного волокна к пластику и регулировки ориентации углеродных волокон внутри детали.

Кварц ( SiO
2 ) и ряд цеолитов также показывают ЯЭ в определенных температурных диапазонах. Достаточно чистый кремний (Si) имеет отрицательный коэффициент теплового расширения в диапазоне температур от 18 до 120 К. Кубический трифторид скандия обладает этим свойством, которое объясняется четверными колебаниями фторид-ионов. Энергия, запасенная в деформации изгиба фторид-иона, пропорциональна четвертой степени угла смещения, в отличие от большинства других материалов, где она пропорциональна квадрату смещения. Атом фтора связан с двумя атомами скандия, и при повышении температуры фтор колеблется более перпендикулярно своим связям. Это сближает атомы скандия по всему материалу, и он сжимается. ScF
3 проявляет это свойство от 10 до 1100 К, выше которого он показывает нормальное положительное тепловое расширение. Сплавы с памятью формы, такие как NiTi, представляют собой зарождающийся класс материалов, которые демонстрируют нулевое и отрицательное тепловое расширение.

1.4. Температурные напряжения

Чтобы продемонстрировать относительную важность температурных напряжений, можно сравнить температурные напряжения с напряжениями, которые возникают при силовом нагружении [1]. Предположим, что мы имеем брус, который нагружен силами в осевом направлении с продольными деформациями, которые даются равенством

где σ – напряжение, а Е – модуль упругости. Далее предположим, что мы имеем идентичный брусок, которые подвержен изменению температуры ΔT. Это означает, что этот брусок имеет температурные деформации согласно равенства (1). Приравнивание этих двух видов деформаций дает уравнение

σ = Е·α·ΔT (3)

Вычислим осевое напряжение σ, которое дает такие же деформации, как и изменение температуры ΔT в стержнях из алюминиевого сплава и строительной (малоуглеродистой) стали при увеличении их температуры на 50 ºС.

Для алюминиевого стержня (α = 23·10 6 , Е = 70000 Н/мм 2 ):

σ = 70000·23·10 -6 ·50 = 80,5 Н/мм 2

Для стержня из малоуглеродистой стали (α = 12·10 6 , Е = 210000 Н/мм 2 ):

σ = 210000·12·10 -6 ·50 = 126 Н/мм 2

Отметим известный факт, что при одинаковом изменении температуры температурные напряжения в алюминиевом стержне составляют только 2/3 от величины температурных напряжений в стальном стержне. Так происходит потому, что величина температурных напряжений зависит от произведения модуля упругости и коэффициента температурного расширения (см. формулу (3)). Поэтому, хотя коэффициент температурного расширения алюминия в два раза больше, чем у стали, но модуль упругости алюминия в три раза меньше, чем у стали.

Читайте так же:
Перемычки для полуторного кирпича

Как видно из приведенных выше расчетов, температурные напряжения могут достигать величин, сравнимых с напряжениями от механических нагрузок. Поэтому термические воздействия на конструкции зданий необходимо учитывать наряду с другими нагрузками, как того и требуют нормативные документы [4, 5].

Усадочные температурные трещины

Давайте разберёмся с тем, как появляются конкретные трещины. Допустим, здание возводят из кирпича, кровли нет. То есть «коробка» стояла без крыши где-то около полугода. И кирпич будет в нашем примере керамическим, а фундамент – монолитным, из железобетонного ростверка с общим сечением 60 на 60 см. Вообще это довольно стандартный вариант для Уфы, если говорить конкретнее. Почва – глиняная (грунт тоже надо учитывать). Стены дома в длину – до 12,5 м. При таких размерах деформационные швы не предполагаются, потому что они появляются, когда речь идёт о здании длиной 15 метров или больше, да и не красиво это..

А частные коттеджи с подобными размерами почти не попадаются. Где появляется трещина? По центру оконного проёма, видна на облицовочном слое. Да, армированный пояс с сечением 40 см на 25 тоже имеется. При внимательном изучении становится понятно, что внутренняя кладка, армопояс и фундамент целы. Трещина возникла на облицовочном слое. Что случилось? На самом деле всё просто: стена начала расширяться из-за изменения температуры. Давление привело к появлению трещины, причём они возникают в самых слабых местах. И это чаще всего – оконный проём или угол.

К такой деформации приводят разные линейные размеры стен. Кроме того, может отличаться температура (южная и северная часть дома, есть ветер и нет). В зимнюю пору длина стены стандартного коттеджа 12 метров длинной уменьшается до 2 см. А летом идёт обратный процесс.

Керамзитоблоки, газобетонбэссер блоки, кстати, распрастраненные материала, имеют в три раза больше тепловое расширение, чем глинянный кирпич. Но это уже тепловые трещины вокруг окон и углах внутри дома, а это уже отдельная история связанная с нерегулярным отоплением внутри. О ней в другой раз.

На южной стороне участка стена дома способна раскалиться на солнце до 60 градусов по Цельсию. Причём это далеко не предел. Однако сильнее всего прогревается именно слой облицовки, который и расширяется настолько, а вот внутреннюю кладку происходящее не до такой степени затрагивает. Хотя, если мы говорим о керамзитобетонных блоках, то и в них образуются деформационные усадочные температурные трещины. Причем было замечено, что ровно на каждые шесть метров единого куска стены. В связи с образующейся разницей появляются температурные трещины.

Всё усугубляется ещё и тем, что между облицовкой и внутренней кладкой находится теплоизоляционный слой. Впрочем, штамповка, а также кладочная сетка будут удерживать конструкцию. Однако при этом они же создают внутреннее напряжение при разных показателях температуры и линейного размера стен.

Также не стоит забывать про армопояс. Если он предусмотрен, конечно. Поскольку крыши ещё нет, то эта часть конструкции тоже будет сильно прогреваться. Бетон в длину увеличивается ещё больше, чем кладка из кирпича. А расширение армопояса в результате выдавливает слабейшее место, то есть проём двери, место сочненения стен или окна.

Решение проблемы трещин в стенах.

Избежать таких проблем можно: для этого нужно сделать температурные швы у зданий с длиной стены от 8 м. Дело в том, что температурные скачки достигают 30 градусов летом, то есть они очень серьёзные. Причем, это в тени, а на солнце стена нагревается и до 60 градусов. Мы живём в мире неустойчивого климата, где с каждым годом перепады становятся всё сильнее, постоянно бьются новые рекорды по той же температуре. И это всё нужно учитывать при строительстве.

Читайте так же:
Кирпич печной шамотный колосники

Но еще раз! Такие швы не совсем красиво смотряться и может быть естственные усадочные температурные швы смотряться лучше (каждый делает свой выбор).

Однако здесь возникает эстетическая проблема: температурные швы некрасиво смотрятся. Их сложно спрятать, трудно как-то обыграть. То есть большинству заказчиков просто не нравится, как выглядит такой дом. Но приходится выбирать что-то одно: или трещины, или же шов. Зачастую просто тонкая трещина, доставляет меньше неудобств, чем созерцание деформационного шва. Как решить проблему в этой ситуации?

Пока нет кровли, есть 2 варианта. В первом случае нужно аккуратно разобрать кладку облицовки и всё переделать. То есть заменить то, что треснуло. Внешне выглядеть будет лучше, но общая картина от этого не поменяется, потому что стены всё равно станут расширяться, вопрос с климатом тоже не решится.

Конечно, после монтажа кровли есть шанс, что нагрев стен несколько уменьшится. Но вообще чаще всего это просто откладывание появления тех же трещин. Второй способ – сделать шов. То есть нужно порезать кладку прямо по линии трещины, только бережно, осторожно, ровно.

Всё это заполняется специальным герметиком или же особой лентой. Трещины не будет, вместо неё появится шов, который станет то увеличиваться, то уменьшаться. Сказывается ли это на прочности дома? Очень часто такой вопрос можно услышать от владельцев. Нет, никаким образом. Перемычка и само здание будут стоять крепко, срок службы дома тоже не уменьшится. Но оконный проём – самое любимое место для появление тепловых трещин.

Её можно с самого начала избегать. И оптимальным вариантом как раз и будут температурные деформационные швы. Причём тут нужно обновлять нормативы. Старые не рассчитаны на такие температурные пределы и на колебания. Хотя, возможно, всё дело в слабом качестве кирпича, которое снижается буквально ежегодно. Одним словом, лучше всё предусматривать заранее. Такая профилактика помогает бороться не только с температурными трещинами, но и с усадочными. Но еще раз скажу, что по мне, так я бы лучше не обращал внимание на волосяные трещинки, чем смотрел каждый день на заранее сделанные широкие щели в кладке, закрытые декоративными планками.

Сложно ли делать температурный шов для деформации?

Тут ничего слишком сложного нет, всё довольно просто, практически элементарно. Его конструкция подробно расписана в Интернете: есть схемы, разные виды и т. п. Некоторые делают обычный вертикальный. Другие предпочитают идущий зигзагом. Он охватывает больше пространства и рассчитан на крупные объекты. Но вообще вертикального достаточно, к тому же он внешне лучше выглядит.

Сформировать его тоже проще: меньше риска допустить какую-то серьёзную ошибку. Да и проблем заделать деформационной лентой или же герметиком не будет. Особой подготовки от рабочих тоже не потребуется. Заполнять, кстати, такие швы можно специальными герметиками в виде лент. Внешне они ещё напоминают колбаски. Их довольно легко закладывать в образующуюся пустоту.

Однако в строймагазинах такие до сих пор трудно найти, потому что температурные швы обычно делают в промышленном строительстве, а не в частном. То есть доставать герметики нужно либо у тех, кто работает с крупными подрядчиками, либо прямо на самих объектах. У поставщиков иногда можно найти остатки. Оптимальным вариантом будет эластичный герметик, который одинаково хорошо подходит как для кирпичной стены, так и для бетонной.

Читайте так же:
Форма для камня кирпич римский

Уход за деформационными швами

Нет ничего вечного. Швы, как и всё остальное, требует за собой уход. Герметик может высохнуть, уплотнитель тоже изнашивается. Если изначально грамотно подобрать материал, то его хватит примерно на 10 лет. Вообще задача герметика – не допустить попадания внутрь воды, помимо прочего. Зимой она застынет, лёд начнёт разрывать кирпич или же бетон. Кроме того, если забыть о герметике, стены начнут промерзать. А это чревато более серьёздными проблемами, чем те, которые связаны с трещинами.

Вообще проверять состояние швов желательно где-то 1 раз в 2-3 года. Если они заделаны качественно, то чаще лазить туда не нужно, потому что вы можете нарушить герметичность слоя. А это приводит и к попаданию воды, и к появлению плесени, и к другим неприятностям. Многих также интересует, не станут ли температурные швы «мостиком холода». На самом деле нет, если всё грамотно сделать и правильно подобрать уплотнитель. Причём вы можете потом, после окончания работ, пройтись с тепловизором и всё проверить.

Но швы иногда действительно начинают упускать тепло. Это как раз связано с нарушением герметичности ленты или другого состава. В таком случае их нужно ещё раз повторно обработать.

Вообще же каждое здание – строго индивидуально. Тут нет общих рецептов. У 50 процентов коттеджей вообще не появляются трещины такого рода.

Для чего нужно знать о коэффициенте теплового увеличения

Линейное увеличение необходимо учитывать всегда, иначе трубосеть может разрушиться при сменах температуры, транспортируемой среды. Это особенно важно для обогревательных и подводящих горячую воду систем.

Немного в меньшей степени это касается системы «теплый пол». При прокладке полипропиленовой трубомагистрали нужно иметь в виду такую деталь. Каждый ее метр в последствие потерпит линейное увеличение почти в 1,5 мм.

А армированные стекловолокном изделия, данный показатель уменьшают почти в шесть раз. Это очень важно, потому, что деформационные изменения в результате теплового увеличения, приведут к повышенному шуму во время прохождения жидкости. Также это оказывает негативное влияние на стабильность системы в целом.

Исходя из сказанного, формулируется первое правило при монтажных действиях: «Для трубопрокатной системы, которая подвергается большому нагреванию, рекомендуют подбирать сортамент с минимальным показателем теплового изменения.

Нюансы укладки трубопроводов

Стекловолокно стали использовать не очень давно. Стеклянная фибра отличается очень маленьким коэффициентом линейного изменения, это – 0,009мм/мК.

Также нужно заметить, что данная добавка отличается превосходной прочностью при разных нагрузках.

Смотреть видео
[sociallocker]

Если сравнить ее со сталью, то она в три раза больше. Из этого следует, что трубопрокатный сортамент со стекловолокном сочетает эластичность и прочность, а это обеспечивает понижение коэффициента расширения.

Напрашивается вывод, что данная добавка к полипропилену просто идеальная. Но, стекловолокно имеет один существенный недостаток – хрупкость.

Этот минус нивелировали, создав трехслойные заготовки, где материалы скрепляются между собою на молекулярном уровне. Такое число слоев выбрали неспроста. А логика заключается в следующем:

  • Ни внутренний, ни внешний слои не могут иметь дополнений из фибры.
  • Для внутренней прослойки это не позволительно в целях гигиены, чтобы фибры не оказались в подаваемой воде.

Главной целью при массовом изготовлении данного трубопроката, стало соблюдение стабильной величины КР. И мнение, что линейное расширение такого трубопроката, зависимо только количества фибры, не правильное.

При выполнении практических подсчетов для монтажа этих патрубков и количества компенсаторов для них, рекомендуют брать в учет цифры – 0,05мм/мК.

Некоторые особенности выбора

Широкая популярность армированных товаров, привела к тому, что некоторые изготовители для снижения стоимости производства применяют сырье низкого качества.

Читайте так же:
Технология производства поризованный кирпич

Смотреть видео
[sociallocker]

Отличить такой товар по внешнему виду сложно. Стекловолокно может быть разных оттенков, поэтому на цвет ориентироваться не советуют. У продавца нужно спросить сертификат, и он не должен препятствовать покупателю в детальном осмотре продукции.

Только изделия высокого качества соединяются в прочные стыки и характеризуются нужными антикоррозийными показателями.

Современный потребитель при монтаже обогревательной магистрали, отдает свое предпочтение полипропилену, усиленным фиброй. Высокие технические показатели этих видов дают возможность создать сеть любой сложности.

Главное, чтобы трубы были выбраны правильно и подходили к данной ситуации. Если есть какие-то сомненья по этому вопросу, то лучше попросить помощи у специалистов. Иначе работа принесет «плачевный» результат.

К решению вопроса следует подходить продуманно, и тогда сконструированная сеть будет функционировать очень длительный период, и не станет огорчать регулярными поломками.

Но, чтобы в полной мере использовать их самые хорошие качества, необходимо соблюдать советы производителей. И нельзя забывать о предохранении от контакта жидкости с армирующей средней прослойкой, для этого при укладке применяют специальный торцеватель.

Компенсаторы для расширения полипропиленовых труб

Такой значимый недостаток ПП изделий, как деформация от повышенной температуры приводит к тому, что с течением времени заготовки удлиняются и провисают. По этим причинам на магистралях, которые превышают длину в 10 метров, применяют гибкие компенсаторы.

Это приспособление играет очень важную роль. Оно нивелирует температурное расширение в моменты скачков температуры внутри магистрали. Аналогично оно действует и при повышении давления.

Компенсатор стоит не много, и отличается простотой монтажа в трубомагистраль. Его использование повышает надежность и время использования сети.

Виды компенсаторов

Для установки в водопроводной сети существуют такие виды данных устройств:

  1. Осевые. Эти компенсаторы оснащены крепежными направляющими узлами и служат неподвижной опорой, поэтому их очень легко монтировать.
  2. Сдвиговые. Эти устройства могут перемещаться в двух направлениях. Они оснащены одно или двухсильфонной гофрой, сделаны из нержавейки и крепятся между собою арматурным соединением.
  3. Поворотные. Такие устройства помогают устранить линейное увеличение в месте поворота трубомагистрали и закрепляют угол поворота. Используют эти приспособления там, где хотят поменять направление сети на прямой угол.
  4. Универсальные. Эти устройства оснащены тремя видами рабочего хода. Это угловое, поперечное и осевое направления. Этот механизм наиболее часто применяют для сборки небольшой трубомагистрали, или в условиях, где возникают ограничения по установке сильфонных компенсаторов.
  5. Фланцевые. Это сильфонные устройства из резины, которые используются для нивелирования ударной волны. Такую волну создает резкое повышение внутреннего рабочего давления. Еще такие механизмы можно использовать, чтобы нивелировать осевые неточности магистрали.

Крепят такие компенсаторы двумя видами: сварным или фланцевым .

Преимущества от использования компенсаторов:

  • Устранение вихревого потока и выравнивание рабочего давления в середине полипропиленовых трубопрокатных изделий.
  • Обеспечение необходимой герметичности.
  • Продление срока эксплуатации трубомагистрали.

Расчеты коэффициента

Расширение полипропиленовых труб отопления зависит от ее вида, об этом написано выше. Чтобы избежать многих неудобств, связанных с этой особенностью ПП материалов, можно для расчетов использовать формулу.

Видео — Компенсатор Козлова
[sociallocker]

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector