CC BY
13УДК 69.056.52
А.Г. КОВРИГИН, инженер, руководитель группы технической поддержки (anton.kovrigin@bzs.ru), А.В. МАСЛОВ, инженер, А.А. ВАЛЬД, заместитель директора
ООО «Бийский завод стеклопластиков» (Россия, 659316, Алтайский край, г. Бийск, ул. Ленинградская, 60/1)
Факторы, влияющие на надежность композитных связей, применяемых в КПД
Гибкие связи из композитных материалов, выполненные даже из одинаковых исходных материалов, могут существенно отличаться по эксплуатационным характеристикам. В результате проведенных испытаний композитных гибких связей определены физические и химические характеристики. Установлено, что гибкие связи с навитым жгутом или песчаным анкерным элементом значительно теряют (до 90%) прочность сцепления с бетоном после щелочного воздействия. Гибкие связи с цилиндроконическим уширением за весь срок эксплуатации теряют не более 9% исходной прочности сцепления с бетоном и могут гарантировать надежность и долговечность конструкции. Технология производства теплоэффективных стеновых панелей с использованием гибких связей СПА® 7,5 производства ООО «Бийский завод стеклопластиков» применяется на заводах Российской Федерации, в Белоруссии, Казахстане, Германии, Франции и Швейцарии. Для рынка Евросоюза была разработана своя торговая марка для гибких связей - ThermoPin®. Получен общий допуск строительного надзора в испытательной лаборатории Deutsches Institut für Bautechnik г. Берлин.
Ключевые слова: крупнопанельное домостроение, гибкая композитная связь, долговечность, несущая способность, требования нормативной документации, коэффициенты условий работы; комплекс технической оценки композитных гибких связей; методика расчета количества связей.
Для цитирования: Ковригин А.Г., Маслов А.В., Вальд А.А. Факторы, влияющие на надежность композитных связей, применяемых в КПД // Строительные материалы. 2017. № 3. С. 31-34.
A.G. KOVRIGIN, Engineer, Head of Technical Support Group (anton.kovrigin@bzs.ru), A.V. MASLOV, Engineer, A.A. VALD, Deputy Director LLC «Biysk factory of glass fibre reinforced plastics» (60/1, Leningradskaya Street, Biysk, Altay Region, 659316 Russian Federation)
Factors Influencing on Reliability of Composite Ties Used in Large-Panel Housing Construction
Flexible ties from composite materials made of similar initial materials can have significantly different operational characteristics. As a result of tests of composite flexible ties, their physical and chemical characteristics have been determined. It is established that flexible ties with a coiled bundle or with a sand anchor element significantly lose the adhesion strength with concrete (up to 90%) after alkaline impact. Flexible ties with cylindro-conical broadening during the whole operational time losenot more than 9% of the initial adhesion strength and can guarantee the reliability and durability of structures. The technology of production of thermal-efficient wall panels with the use of flexible ties CnA® 7,5 manufactured at LLc "Biysk factory of glass fibre reinforced plastics" is used at the factories of the Russian Federation, Belorussia, Kazakhstan, Germany, France, and Swiss. For the market of the European Union, a special trade mark for flexible ties - ThermoPin® has been developed. The general tolerance of construction supervision has been obtained at the testing laboratory Deutsches Institut für Bautechnik, Berlin.
Keywords: large-panel housing construction, flexible composite tie, durability, bearing capacity, requirements of normative documentation, coefficients of operational conditions, complex of technical assessment of composite flexible ties.
For citation: Kovrigin A.G., Maslov A.V., Vald A.A. Factors influencing on reliability of composite ties used in large-panel housing construction. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2017. No. 3, pp. 31-34. (In Russian).
В России стеновые панели с гибкими связями из композитных материалов выпускаются на протяжении 19 лет. В настоящее время наблюдается интенсивное замещение элементов из традиционных материалов (стальных и железобетонных соединительных элементов) композитными гибкими связями. Их внедрению способствуют требования по теплопроводности, коррозионной стойкости, долговечности и материалоемкости строительных конструкций и сооружений [1—4]. Кроме того, использование композитных гибких связей позволяет ускорить технологический процесс производства трехслойных стеновых панелей ввиду отсутствия необходимости в дополнительных операциях (загибов металлических связей, привязке к арматуре, сварке, подрезке утеплителя). За длительный период работы производителям композитных связей удалось накопить значительный исследовательский и производственный опыт [5—6]. С накоплением опыта стало очевидно, что для надежной и длительной эксплуатации трехслойной панели, в составе которой присутствуют композитные гибкие связи, последние должны обладать необходимыми физико-механическими показателями, высокой щелочестойкостью несущего стержня и анкеру-ющего элемента, а также высокой теплостойкостью. Для достижения этих задач необходимо уделять особое внимание выбору сырья, из которого будет изготавливаться
композит, совершенству и стабильности технологического процесса и, несомненно, конструкции элемента, обеспечивающего зацепление гибкой связи в бетоне.
В ГОСТ 54923—2012 «Композитные гибкие связи для многослойных ограждающих конструкций. Технические условия» в качестве рекомендуемых к применению на заводах КПД указаны: связь с цилиндроконическим анкерным участком, гибкая связь с двунаправленным периодическим профилем и связь с песчаным анкерным участком. Однако устройство винтового (периодического профиля) путем наклейки пропитанного связующим жгута из базальтовых и стеклянных волокон нецелесообразно, поскольку навивка срезается с поверхности стержня при вырыве [7]. При выдергивании из бетона опесчанен-ных образцов разрушение происходит в зоне контакта: и по бетону, и по слою крупного песка на поверхности стержня вследствие среза крупных зерен (М.В. Балахнин, В.П. Устинов, Г.В. Акулов, Б.В. Устинов. Отчет о сравнительных испытаниях. Сравнительная оценка характеристик гибких связей из полимерных композиционных материалов, предназначенных для применения в трехслойных стенах с высоким тепловым сопротивлением / ИЦ СМиК «СибНИИСтрой». Новосибирск, 2006). Т. е. песок отслаивается от тела стержня и уже не может обеспечивать надежное сцепление гибкой связи с бетоном.
M ®
март 2017
31
Рис. 1. Гибкие связи зарубежных компаний
Рис. 2. Гибкие связи СПА 7,5 для трехслойных наружных панелей
Некоторые российские производители также пришли к выводу, что связи с песчаным анкерным участком необходимо дополнительно усиливать напрессовкой металлических втулок на участки анкеровки. Характер разрушения при вырыве таких связей из бетона является переменным. Приложение выдергивающей осевой нагрузки приводит к разрушению бетона вокруг связи либо к вытягиванию стержня из металлической втулки [8]. Причем с увеличением прочности бетона вероятность последнего исхода возрастает. Как известно, в случае, когда разрушение носит непостоянный характер, трудно спрогнозировать падение характеристик сцепления гибкой связи с бетоном.
Анализируя рынок предложения гибких связей в Европе и США, можно заметить, что зарубежные производители придерживаются концепции единой структуры несущего стержня и анкерующей части гибкой связи. Исполнение этой концепции может быть различным. Так, компания «Schöck Bauteile GmbH», которая уже более 50 лет занимается непрерывным НИОКР и внедрением высококачественных решений для строительства по всему миру, изготавливает композитную гибкую связь, профиль которой сформирован путем фрезерования из основного тела стержня по всей его длине для создания выступающего ребра (рис. 1, а). Другой производитель в США — компания «Thermomass» находит верным решение изготавливать анкерующую часть гибкой связи в виде уширения квадратного профиля, которое формируется также путем фрезерования из композитного стержня (рис. 1, б). Описанные изделия не имеют частей, соединение которых образовано средствами химических связей. Такая концепция в зарубежной практике позво-
ляет гарантированно обеспечить долговечность и химическую стойкость гибкой связи. Кроме того, узел соединения такой гибкой связи с бетоном имеет постоянный характер разрушения при вариациях глубины заделки связи в бетонах различной прочности, что, в свою очередь, позволяет достоверно прогнозировать падение характеристик сцепления гибких связей с бетоном.
ООО «БЗС» разработало собственную конструкцию анкерующего элемента, образуя на концах стержня цилиндроконические уширения. Уширение и силовой стержень являются цельной структурой. Такая конструкция обеспечивает надежную и долговечную фиксацию гибкой связи в бетоне. Исследования, проведенные ООО «Композит-тест» (Протокол контрольных испытаний на вырыв из бетона стеклопластиковой арматуры СПА Бийского завода стеклопластиков № 0622/1035-2006 от 21.07.06 ЗАО «Институт «Композит-Тест», Королев»), показывают, что усилия вырыва гибких связей с цилиндроконическими анкерными участками при глубине анкеровки 40 мм и классе бетона В25 составляют 14,3 кН, т. е. ~1430 кгс. Характер разрушения на всех испытанных образцах одинаков и представляет собой растрескивание и вытягивание конуса бетона.
Однако в зависимости от способа формирования уширения в конусной части могут образовываться участки, заполненные только связующим без силовых волокон, а в худшем случае пустоты. Очевидно, что поры и пустоты значительно ослабляют несущую способность, долговечность анкерного зацепа и являются наиболее вероятными местами разрушения гибкой связи. Таким образом, несущая способность гибких связей может значительно отличаться в зависимости от конструкции и технологии ее формирования. Поэтому все гибкие связи должны допускаться к применению только после получения положительного заключения об их прочности и стойкости к агрессивным средам самих связей и анкерующего элемента.
Поскольку в российских нормах на сегодняшний день еще нет строгой методики определения несущей способности гибких связей, можно руководствоваться подходом европейских специалистов в проведении испытаний и анализе их результатов. Немецкие институты Deutsche Institut für Bautechnik DIbT (г. Берлин) и Technische Universität Kaizerslautern (г. Кайзерслаутерн) при оценке гибких связей СПА 7,5 (рис. 2) Бийского завода стеклопластиков установили следующие требования к проведению испытаний.
1. Оценка связей должна проводиться по прочности самих связей и по прочности узла сцепления с бетоном.
2. Прочность связей и анкерного узла оценивается в исходном состоянии и после проведения испытаний на стойкость к щелочной среде бетона. Для этого проводились ускоренные испытания по химическому старению связей. Так определялась долговременная прочность связей.
Рис. 3. Дефекты в структуре материала. Степень влияния дефектов на долговечность определяется их количеством
научно-технический и производственный журнал Н/ г ^ \ \ -"32 март 2017 ЙЬ.^^ь/Ы9
3. Оценка долговременной прочности (химическое старение) должна проходить под одновременным действием статической нагрузки, так как это более полно моделирует реальные условия эксплуатации.
4. Химическое старение должно быть достаточно продолжительным, по европейским нормам рекомендуется старение в течение 5000 ч в щелочном растворе с рН~13. Для сравнения, по российским нормам старение проходит в течение 720 ч.
5. На протяжении срока старения осуществляют контрольные измерения с определенной периодичностью, для того чтобы получить статистические данные по снижению прочности с течением времени. Полученные результаты экстраполируют на весь срок эксплуатации.
6. Разрушение узла сцепления должно происходить исключительно по бетону, как до старения, так и после. Только в случае постоянного характера разрушения связи считаются пригодными для использования, поскольку только в этом случае, возможно спрогнозировать падение характеристик. Следует заметить, что конструкция анкерующего зацепа является важным, но не единственным аспектом, обеспечивающим надежность, долговечность и химическую стойкость гибкой связи. На контролируемые физико-механические характеристики также оказывает влияние качество армирующего наполнителя, рецептура связующего вещества, их пропорциональное содержание в готовом изделии, выбор технологического процесса и его стабильность.
Для обеспечения высоких физико-механических показателей необходимо выбрать сырье с высокими исходными показателями прочности и модуля упругости. Затем следует рассчитать и выбрать оптимальные соотношения объемных долей наполнителя и полимерной матрицы [9].
Чтобы обеспечить совместную работу силовых волокон и обеспечить их щелочестойкость, очень важно
Рис. 4. Гибкая связь ТЬтегтоРт® - торговая марка для стран Евросоюза
сформировать однородную структуру полимерной матрицы композита. Так как именно полимер обеспечивает защиту волокон от разрушающего воздействия агрессивной среды, наличие пор в матрице недопустимо [9] (рис. 3).
Учитывая то, что эксплуатационные характеристики материала и его долговечность во многом зависят от теплостойкости, последняя является важным параметром для контроля. Теплостойкость базальтопластика и стеклопластика определяется составом и степенью отверждения полимера. По результатам экспериментальных данных получена зависимость теплостойкости от степени полимеризации: при повышении степени отверждения (полимеризации) возрастает температура стеклования связующего. Температура стеклования показывает предельную рабочую температуру полимерной матрицы в композитном материале. Это граница перехода из стеклообразного состояния в упругоэластич-ное [10]. Наиболее распространенные в России производственные линии позволяют достичь степени полимеризации на уровне 65%. Такому уровню полимери-
Гибкая связь СПА* 0 7,5мм
для трехслойных жЕЛкзорЁгакных плиЕпеЙ
1
S3
(2) Соответствует требованиям нормативной документации
0> Огнестойкость в системе
© Долговечность Л 00 лет
© Щелочестойкость
© Теп л эффективность
0 Высокая прочность
0 Применяется более чем на 30 заводах России и стран СНГ
БИЙСКИЙ ЗАВОД СТЕКЛОПЛАСТИКОВ
нам 25 лет
£5вЭ1<б Россия, Алта^шй «рай, г Бмйок, ул. Ленинградская. 60/1 тепТфя-ч: 17 (3&44) 4-42-444, E-mail: 54ja@tjzj.ru; www.bzs.ru.
март 2017
33
Реклама
зации связующего соответствует температура стеклования порядка 60оС. Такой показатель не удовлетворяет требованиям нормативных документов производителей трехслойных панелей. Для получения готового высококачественного изделия каждому производителю необходимо организовать мероприятия для доведения степени полимеризации, близкой к 100%. В этом случае температура стеклования достигает значений до 120оС [10]. Очевидно, что дополнительная операция требует сопутствующих расходов. Недобросовестные производители могут пренебрегать этой операцией, в том числе для снижения цены изделия на рынке. Таким образом, выбирая композитный материал, необходимо обращать особое внимание на такую характеристику, как температура стеклования, которая должна быть подтверждена протоколами испытаний.
Резюмируя этот раздел статьи, можно сказать, что композитные материалы, даже изготовленные из одинаковых компонентов, могут существенно отличаться по физико-механическим свойствам и по качеству в целом в зависимости от выбранных технологических режимов и их соблюдения в технологическом процессе. Поэтому для контроля качества изделия каждый производитель должен наладить систему приемосдаточных испытаний композитных гибких связей. Кроме того, при производстве композитных материалов оценке качества и приемосдаточным испытаниям должны подвергаться образцы каждой партии композитных связей.
Бийский завод стеклопластиков на протяжении более 20 лет изучает эксплуатационные характеристики композитных гибких связей и виды воздействий на них. На основании полученных данных совместно с Си-
Список литературы
1. Ковригин А.Г., Маслов А.В. Учет требований нормативной документации при проектировании трехслойных панелей // Строительные материалы. 2016. № 3. С. 25-30.
2. Усманов Ш.И. Формирование экономической стратегии развития индустриального домостроения в России // Политика, государство и право. 2015. № 1 (37). С. 76-79.
3. Баранова Л.Н. Развитие индустриального домостроения и промышленности строительных материалов в различных регионах России // Вестник Российской академии естественных наук. 2013. № 3. С. 61-63.
4. Луговой А.Н. Повышение энергоэффективности ограждающих конструкций // Строительные материалы. 2011. № 3. С. 32-33.
5. Луговой А.Н., Ковригин А.Г. Композитные гибкие связи для трехслойных панелей // Строительные материалы. 2014. № 5. С. 22-24.
6. Луговой А.Н., Ковригин А.Г. Учет требований нормативной документации при проектировании трехслойных панелей // Строительные материалы. 2015. № 5. С. 35-38.
7. Хозин В.Г., Пискунов А.А., Гиздатуллин А.Р., Куклин А.Н. Сцепление полимеркомпозитной арматуры с цементным бетоном // Известия КазГАСУ. 2013. № 1 (23). С. 214-220.
8. Блажко В.П., Граник М.Ю. Гибкие базальтопласти-ковые связи для применения в трехслойных панелях наружных стен // Строительные материалы. 2015. № 5. С. 56-57.
9. Фролов Н.П. Технология изготовления стеклопла-стиковой арматуры и некоторые ее свойства // Бетон и железобетон. 1965. № 9. С. 5-8.
10. Блазнов А.Н., Атясова Е.В., Бычин Н.В., Шундри-на И.К., Ходакова Н.Н., Самойленко В.В. Влияние степени отверждения связующего на температуру стеклования композитных материалов // Южносибирский научный вестник. 2016. № 1. С. 13-19.
бирским государственным университетом путей сообщения, под руководством д-ра техн. наук, профессора В.П. Устинова была разработана методика расчета количества гибких связей СПА 7,5 для обеспечения надежности трехслойной стеновой панели на весь срок эксплуатации (до 100 лет). На основании этих исследований и рекомендаций и выпущенных на их основе технических свидетельств гибкие связи СПА 7,5 были внедрены в качестве соединительных элементов на более чем 30 заводах КПД РФ; 8 заводах в Республике Беларусь; 5 предприятиях в Казахстане; 1 предприятии во Франции; 1 заводе в Швейцарии.
Очевидно, что европейские требования в оценке надежности композитных связей учитывают большее количество влияющих факторов и позволяют с большей точностью определить коэффициенты условий работы для композитных связей. Гибкие связи СПА 7,5 Бийского завода стеклопластиков успешно прошли испытания как в соответствии с требованиями российского ГОСТ 54923—2012, так и в институтах DIbT, Technische Universität Kaizerslautern на соответствие требованиям европейских норм. Проведение полного комплекса испытаний гибких связей по немецкой программе заняло период с 2011 по 2015 г. В итоге в декабре 2015 г. получено положительное заключение (Общий допуск строительного надзора. Соединительный стержень Thermopin I 23-1.21.8-87/11 от 08.12.2015. Строительная испытательная лаборатория Deutsches Institut für Bautechnik г. Берлин). Для рынка Евросоюза разработана своя торговая марка для гибких связей — ThermoPin®. Именно под таким названием гибкие связи СПА 7,5 (рис. 4) будут поставляться на рынок Евросоюза.
References
1. Kovrigin A. G, Maslov A.V. Composite Flexible Bracing in Large-Panel House Building. Stroitel'nye Materialy [Construction Materiаls]. 2016. No. 3, pp. 25—30. (In Russian).
2. Usmanov Sh.I. Formation of economic strategy of development of industrial housing construction in Russia. Politika, gosudarstvo ipravo. 2015. No. 1 (37), pp. 76—79. (In Russian).
3. Baranova L.N. Development of industrial housing construction and the industry of construction materials in various regions of Russia. Vestnik Rossiiskoi akademii est-estvennykh nauk. 2013. No. 3, pp. 61—63. (In Russian).
4. Lugovoy AN., Kovrigin A.G. Composite Flexible Bracings for Three-Layered Thermal Efficient Panels. Stroitel'nye Materialy [Construction Materiаls]. 2011. No. 3, pp. 32—33. (In Russian).
5. Lugovoy AN. Enhancement of Energy Efficiency of Enclosing Structures. Stroitel'nye Materialy [Construction Materiаls]. 2014. No. 5, pp. 22-24. (In Russian).
6. Lugovoy AN., Kovrigin A.G. The accounting of requirements of standard documentation at design of three-layer panels. Stroitel'nye Materialy [Construction Materiаls]. 2015. No. 5, pp. 35-38. (In Russian).
7. Hozin V.G., Piskunov A.A., Gizdatullin A.R., Kuklin A.N. Coupling of polimerkompozitny fittings with cement concrete. Izvestiya KazGASU. 2013. No. 1 (23), рр. 214-220. (In Russian).
8. Blazhko V.P., Granik M.Yu. Flexible bazaltoplastikovy communications for application in three-layer panels of external walls. Stroitel'nye Materialy [Construction Materiаls]. 2015. No. 5, pp. 56-57. (In Russian).
9. Frolov N.P. Manufacturing techniques of fiberglass fittings and some of its properties. Beton i zhelezobeton. 1965. No. 9, pp. 5-8. (In Russian).
10. Blaznov A.N., Atyasova E.V., Bychin N.V., Shundri-na I.K., Hodakova N.N., Samoylenko V.V. Influence of extent of hardening of vitrification of composite materials, binding on temperature. Yushno-sibirskii nauchnyi vestnik. 2016. No. 1, pp. 13-19. (In Russian).
34
март 2017
ui ®
