Архитектура и строительство УДК 674.815
Влияние циклов замораживания-оттаивания на коэффициент
линейного термического расширения декоративных плит
,
аспирант,
кафедра «Конструкции зданий и сооружений»
ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»
AV. *****@***ru
,
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой,
кафедра «Конструкции зданий и сооружений»
ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»
392000, г. Тамбов, Советская, 106.
Аннотация. Исследовано влияние циклов замораживания-оттаивания декоративных плит на процесс теплового расширения. Определены коэффициенты линейного термического расширения декоративной плиты при циклическом замораживании-оттаивании в осенне-весений период эксплуатации.
Ключевые слова: декоративные плиты, тепловое расширение, циклы замораживания-оттаивания.
Под процессом старения строительных материалов понимается медленное самопроизвольное необратимое изменение свойств материалов, результатом которого является его переход в более равновесное состояние. Данный процесс считается вредным, так как свойства материала с течением времени отклоняются от проектных величин, обычно в худшую сторону. Таким образом, необходимо изучить влияние времени действия неблагоприятных факторов на коэффициент линейного термического расширения, который характеризует относительную величину изменения размеров тела с увеличением температуры на 1 К при постоянном давлении. По изменению данного коэффициента можно судить об изменениях, протекающих в структуре строительного материала под действием неблагоприятных факторов.
В реальных условиях эксплуатации старение материала происходит под действием ряда совместно действующих неблагоприятных факторов: механическое воздействие, гравитационные и магнитные поля, попеременное замораживание-оттаивание в осенне-весенний период, попеременное замачивание-высушивание, действие повышенных температур в летний период, а также световые и иные виды излучений. Понять влияние того или иного неблагоприятного фактора на процесс старения строительного материала в реальных условиях эксплуатации не представляется возможным, поэтому рассмотрим влияние отдельно взятого фактора на коэффициент линейного термического расширения декоративной плиты. В качестве такого фактора выберем циклическое замораживание-оттаивание в осенне-весений период эксплуатации.
В процессе замачивания материал поглощает воду. Тем самым к началу процесса замораживания материал содержит в себе определенное количество влаги, которая при отрицательных температурах переходит в твердое состояние - лед. Данный процесс протекает с увеличением объема, и как следствие в материале появляются дополнительные напряжения, которые обуславливают процесс старения.
Исследование влияния количества циклов замораживания-оттаивания на коэффициент линейного термического расширения проводили для декоративной плиты, коэффициент которой равен 5,87*10-7 0С-1 [1]. Декоративная плита состоит из основы (фанера), связующего (полиэфирная смола), и материала декоративного слоя (опилки).
Коэффициент линейного термического расширения декоративной плиты определялся после 5, 10, 15 и 20 циклов замораживания-оттаивания. Данные циклы имели ангармонический вид, т. е. время действия факторов в циклах было различно. Сначала материал в течение не менее 2 часов подвергался замачиванию, затем в течение не менее 2 часов при температуре -30 0С происходил процесс замораживания в морозильной камере. Процесс оттаивания длился не менее 4 часов в диапазоне температур от +20 0С до +40 0С. После теплового старения на оптическом дилатометре по стандартной методике [1] проводились измерения коэффициента линейного термического расширения. Образец помещался в паз и закладывался планкой таким образом, чтобы он полностью не перекрывал сквозной канал, предусмотренный для освещения, и в тоже время не перекрывал смотровую щель размером 1х10 мм. Перекрестие, расположенное в окулярмикрометре, наводилось на край образца и подводилось через каждые 10 0С с одновременной фиксацией удлинения. Таким образом, удлинение образца фиксировалось в диапазоне температур от 30 0С до 120 0С через каждые 10 0С. Линейная скорость нагрева задавалась ЛАТРом, напряжение поддерживалось равным 100 В. Температура фиксировалась термометром, шарик которого установлен в корпусе вблизи образца.
Значения коэффициентов линейного термического расширения определяли по дилатометрическим кривым (рисунок 1). Для получения каждой дилатометрической кривой проводили по три испытания. Дилатометрическая кривая на графиках изображена жирной линией, а между тонкими линиями заключена область разброса, по которой можно судить о стабильности структуры материала.
а)
б) в)
г) д)
Рисунок 1 – Дилатометрические кривые декоративной плиты после циклов замораживания-оттаивания: а) без воздействия б) 5; в) 10; г) 15; д) 20 циклов
На каждой из представленных дилатометрических кривых (рисунок 1) можно выделить три прямолинейных участка. Исключение составляет только дилатометрическая кривая декоративной плиты после 5 циклов замораживания-оттаивания. Это говорит о том, что коэффициент линейного термического расширения декоративной плиты изменяется, но в определенных диапазонах температур остается постоянным. Попеременное замораживание-оттаивание не оказывают сильного влияния на характер поведения дилатометрических кривых. По графикам (рисунок 1) четко прослеживается интенсивное расширения образцов на первом участке, практическое отсутствие расширения на втором участке и сужение образцов на третьем участке. Таким образом, вне зависимости от количества циклов замораживания-оттаивания структура декоративной плиты в рассматриваемом диапазоне температур изменяется дважды. Значения коэффициентов линейного термического расширения в зависимости от количества циклов замораживания-оттаивания представлены в табл. 1.
Таблица 1 – Значения коэффициентов линейного термического расширения в зависимости от количества циклов замораживания-оттаивания
Количество циклов замораживания-оттаивания | a, 0С-1 на участке | aср, 0С-1 | ||
№1 | №2 | №3 | ||
0 | 3,58*10-7 | 4,27*10-8 | -1,07*10-7 | 5,87*10-7 |
5 | 3,91*10-6 | -3,45*10-7 | - | 2,02*10-6 |
10 | 8,44*10-6 | 1,77*10-6 | -4,09*10-6 | 3,01*10-6 |
15 | 3,83*10-6 | -3,23*10-8 | -1,5*10-6 | 1,72*10-7 |
20 | 6,65*10-5 | 3,28*10-7 | -1,38*10-6 | 4,6*10-7 |
Температуры точек излома дилатометрических кривых являются точками перехода, т. е. именно при достижении данных температур в материале происходит изменение структуры. В данном случае время действия неблагоприятного фактора оказывает влияния на температуру перехода (см. табл. 2).
Таблица 2 – Температура перехода структуры декоративной плиты в зависимости от количества циклов замораживания-оттаивания
Количество циклов замораживания-оттаивания | T1, 0С | T2, 0С |
0 | 47 | 100 |
5 | 77 | - |
10 | 49 | 111 |
15 | 54 | 82 |
20 | 40 | 90 |
Полученные результаты позволяют в зависимости от срока эксплуатации правильно выбрать размеры декоративных плит и расстояния между элементами крепления их к каркасу здания.
Список литературы
1. О коэффициенте линейного термического расширения при сочетании органических строительных материалов / , // Бетон и железобетон в Украине. – Вып. №4. – Полтава 2011. – С. 29-30.
