ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

Из ограждающих конструкций в наиболее слож­ных условиях находятся стены и покрытия промыш­ленных зданий. Коррозионные процессы в них проте­кают совместно с тепло-, влаго — и воздухопереносом. Снижение долговечности и разрушения ограждений может иметь место и при отсутствии агрессивных воздействий газов и паров только под влиянием кли­матических факторов (климатической активности). Это порой недооценивается как проектировщиками, так и службами эксплуатации.

Между тем, ошибки в выборе материалов наруж­ных ограждений, изменения влажностного режима помещений в процессе эксплуатации способны порой всего за 2-3 года вызвать интенсивное разрушение ограждающих элементов и привести к огромным за­тратам на их капитальные ремонты.

Агрессивные среды, действующие внутри поме­щений, рассматриваются часто только с точки зрения их химического воздействия на материал строитель — ных конструкций и редко учитываются при теплотех­нических расчетах и проектировании стен и покрытий.

Лишь в последние годы вопросы строительной физики и коррозии стали предметом более серьезно­го рассмотрения. [36]

Действующие нормы [35] рассматривают четыре основных параметра, определяющих нормальный температурно-влажностный режим стен и покрытий в производственных зданиях с точки зрения обеспече­ния комфортных санитарно гигиенических условий: сопротивление теплопередаче; теплоустойчивость; сопротивление воздухопроницанию; сопротивление паропроницанию.

Рассмотрим эти же параметры для агрессивных сред, высокой влажности воздуха, действия атмо­сферной влаги при многократных циклах замерзания и оттаивания, т. е. факторов в значительной степени определяющих срок службы наружных ограждающих конструкций.

Сопротивление теплопередаче

Расчет выполняется для холодного периода года применительно к установившемуся стационарному ре­жиму, т. е. при устойчивой внутренней и наружной температуре.

Толщина стены выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить тепловую защиту при минимуме эксплуатации затрат. Стена должна обладать опреде­ленным термическим сопротивлением тепловому по­току, R, направленному со стороны помещения в на — ружнюю атмосферу.

Термическое сопротивление однородной кон­струкции (или одного слоя) определяется как:

где д — толщина в м,

Я— коэффициент теплопроводности ВТ/м20С, ха­рактеризует способность строительного материала распространять тепло. (Кроме теплопроводности теп­ло может распространяться конвекцией и излучени­ем).

Коэффициент теплопроводности зависит от объ­емной массы и влажного состояния материала. Чем выше влажность тем больше Я, так как вода вытесня­ет из пор воздух, а теплопроводность последнего значительно ниже чем воды.

Как уже отмечалось выше (см. главу 1), в капил-

ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

1

 

ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

Примеры опирання оборудования на фундаменты и без фундаментов

I — традиционное решение II — Опирание оборудования без фундаментов на покрытие пола без анкеров. Ill — Исполь­зование химически стойких материалов для опор.

1—оборудование, 2 — опоры, 3 — фундамент из бетона или железобетона, 4 — химически стойкое покрытие, 5 — анкер­ные болты, 6— кислотоупорный кирпич, 7 — химически стойкий бетон.

лярных пористых телах равновесная влажность материала зависит от влажности окружающего воз­духа. Согласно [35] территория страны разделена на три влажностные зоны: сухая, нормальная и влажная.

Для каждой их этих зон характерны свои особен­ности увлажнения и высушивания и соответственно влагосодержание материала (потенциал влажности).

Кроме атмосферной, на нарушение ограждения может влиять влажность внутри помещений. Поэтому теплотехнические показатели материала стен прово­дятся для двух состояний: сухого материала и в экс­плуатационных условиях, т. е. с учетом зоны влажнос­ти и характера температурно-влажностного режима внутри помещений. Эти условия обозначаются как А и Б:

Влажностный режим помещений

Условия эксплуатации А и Б в зонах влажности

сухой

нормальный

влажный

Сухой

А

А

Б

Нормальный

А

Б

Б

Влажный или мокрый

Б

Б

Б

Таблица 5.12

Весовая влажность материалов в условиях А и Б значительно отличается, что видно из табл. 5.12

ВЕСОВАЯ ВЛАЖНОСТЬ НЕКОТОРЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Материал

Весовая влажность w % в зависимости от условий эксплуатации

А

Б

Бетон на тяжелом заполни­теле

2

3

Керамзитобетон

4—5

8—10

Перлитобетон

10

15

Пенобетон

10

15

Цементно-песчаный раствор

2

4

Кирпичная кладка из сплош­ного глиняного кирпича на цементно-песчаном раство­ре

1

2

Асбестоцемент

2

3

Требуемое сопротивление теплопередаче Щр оп­ределяется температурным градиентом tB—tH, где tB — расчетная температура внутреннего воздуха, а tH — расчетная зимняя температура, а также AtH нор­мативным температурным перепадам между темпе­ратурой воздуха внутри здания и температурой внут­ренней поверхности стены или покрытия, осв— коэффициент теплоотдачи внутренней поверх­ности ограждающих конструкций стен и потолков — к кал

м2° С

Температурный перепад AtH нормируется в зави­симости от влажностного режима внутри призводст — венных помещений. Нормативный температурный пе­репад составляет:

Влажностный режим

Нормативный температурный перепад для

наружных стен

покрытий

Сухой

10

8

Нормальный

8

7

Влажный и мокрый

tB — tp

0,8 (tB — tp)

Влажный и мокрый при на­личии агрессивной среды

tB tpp

tB — tp

Где tp — температура точки росы,

tpp — тоже, но с учетом агрессивной среды.

Как мы видим, температурный перепад должен исключить образование конденсата на внутренней по­верхности стен и потолков. Причем для потолков тем­пературный перепад допускается уменьшать на 20%. Не влияет это на санитарно-гигиенические условия, так как высота до покрытий редко бывает менее 3—5 м. Таким образом действующими нормативами учитывается агрессивная среда только для стен и то при влажном и мокром режиме помещений.

Рассмотрим влияние состава и характера газовоз­душной среды на теплотехнический расчет ограждаю­щих конструкций.

Газовыделения внутри зданий незначительно от­ражаются на гигроскопичности основных строитель­ных материалов.

Иначе ведут себя ограждения в условиях твердых агрессивных сред, которые могут быть как внутри так и снаружи помещений.

По мере их накопления в порах ограждающих конструкций возможно образовывание насыщенных растворов. Давление паров над такими растворами меньше, чем над обычной водной поверхностью. Поэ­тому влажностный режим помещений с такими агрес­сивными средами будет отличаться.

Относительная влажность воздуха с учетом аг­рессивной среды <р„ определяется по формуле [36]

^=(|)-100=^-10°,

где срв — относительная влажность воздуха в помеще­нии, %;

срр — относительная влажность воздуха над насы­щенными водными растворами солей

ев—упругость водяного пара внутреннего воздуха Па, рассчитываемая по формуле:

ев — 0,01 срв Ев

Ев — максимальная упругость водяного пара при расчетной температуре воздуха;

Ер—максимальная упругость водяного пара над насыщенным раствором солей при расчет­ной температуре внутреннего воздуха опре­деляется по таб. 1.7

В качестве примера рассмотрим производствен­ное помещение, расположенное в Московской облас­ти, где температура самых холодных суток tH =—ЗГ С. Относительная влажность воздуха в помещении (рв = 60%, а температура tB = 15° С. Агрессивной средой является аэрозоль хлористого натрия NaCl.

Без учета агрессивной среды такой режим счита­ется нормальным. Упругость пара внутреннего воз­духа при tB = 15° С

ев = 0,01 х 60 х 1705=1023 Па

Упругость водяного пара над насыщенным рас-

Подпись: ВтПодпись:Подпись:

твором NaCl при tB= 15° С Ер = 1279 Па.

Относительная влажность внутреннего воздуха с учетом наличия в атмосфере твердых агрессивных сред в виде МаС1

^п = ш|-100 = 80%

т. е. влажностный режим следует считать мокрым. Это существенно меняет как теплотехнические пара­метры, так и разработку схемы антикоррозионной защиты.

Меняется и температура точки росы. Если для (рв = 60% и tB= 15° С температура точки росы tp = 7,3° С, то с учетом аэрозоля NaCl tpp = 10,6° С.

Без учета агрессивности среды, для помещений с нормальной влажностью нормативный температур­ный перепад AtH = 8° С, тогда

R? = … У = 15 + 31 ^ 0 661

AtH • осв 8×8,7

где n= 1 ав = 8,7

м и

Определим требуемую толщину стены из керамзито — бетона <5к. б у = 1200 кг/м3 с внутренним фактурным слоем из цементно-песчаного раствора <5 = 30мм (у = 1800 кг/м3 коэффициент теплопроводности Я = 0,93 Вт/м 0 С).

1 <5Ц. Р. 8к. б. 1

Щр = ——————- 1—,

ОС в Лк. р. Лк. б. ОСн

где ав = 8,7 Вт/м2°С, коэффициент теплоотдачи для зимних условий наружной поверхности ограждающих конструкций принимаем равным 23 Вт/м2 0 С [35], Як. б. = коэффициент теплопроводности керамзитобетона = 0,52 Вт/м0 С, тогда получаем требуемую толщину керамзитобетона <5к. е. = 0,24 м, а общая толщина стены с фактурным слоем <5 = 0,27 м.

Рассмотрим теперь какая толщина стены должна быть с учетом агрессивной среды.

Нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены должен быть не менее tB — tH, где tpp = 10,6° С, т. е. AtH = 15—10,6 = 4,4° С, тогда pTD 15 + 31 м2° С

^ 4,4 х 8,7 ’ ВТ ‘

При таком значении термического сопротивления имеем: <5к. б. = 0,53, а толщина стены соответственно 0,56 см.

Размеры стеновых панелей промышленных зда­ний унифицированы для различных климатических районов страны. Панельные стены имеют толщины от 200 до 350 мм, т. е. если использовать существующие панели, то на их внутренней поверхности будет об­разовываться конденсат.

В этом случае может быть несколько решений: применить кирпич, использовать вместо панелей бло­ки, имеющие толщины до 500 мм или обычную панель, защитить с внутренней стороны антикоррозионным покрытием, которое должно обеспечить изоляцию стены от аэрозолей на весь период эксплуатации зданий. Окончательный выбор определяется технико­экономическими расчетами и возможностями произ­водственных организаций.

Конструкции наружных стен, особенно выполнен­ных из панелей, не бывают однородными. В них име­ются отдельные участки с меньшим термическим со­противлением: швы между панелями, закладные и соединительные детали. Например, если стыки в па­нельных стенах вместо упругих прокладок и разделки герметиком укладываются цементно-песчаным рас­твором, то термическое сопротивление стыка будет
значительно отличаться. В таких местах зимой тем­пература будет ниже, чем на основной плоскости стены и соответственно выше влажность материала стены. Поэтому проверка Щр должна выполняться не только для стены, но и мест температурных включе­ний стыков, а также углов зданий.

В углах зданий температурное поле становится более сложным, так как происходит уменьшение пло­щади тепловосприятия со стороны помещения и уве­личение площади теплоотдачи. Кроме того, в углах зданий уменьшается интенсивность конвективных то­ков воздуха и лучистого теплообмена, поэтому если не предусмотрена специальная система обогрева, температура внутренней поверхности угла стены на несколько градусов ниже чем температура на глади стены, (рис. 5.19)

Конструкции покрытий в промышленных зданиях должны являться предметом особого внимания со стороны инженеров и архитекторов. Между тем если сопротивление теплопередачи наружных стен рас­сматривается с учетом санитарно-гигиенических тре­бований, то действующие нормы значительно более либеральны в части температурных перепадов в кон­струкции покрытий. Поэтому в зданиях с сухим и нормальным режимом нормативный температурный перепад AtH 0 С для покрытий допускается на 15—20% меньше, чем в стенах. Кроме того при расчете At °С для покрытий не учитывается наличие в помещениях агрессивной среды.

Между тем именно покрытия являются теми кон­струкциями, которые в наибольшей степени (наряду со стенами) подвергаются контакту с агрессивной га­зовоздушной средой в условиях перепада температур.

Опыт обследования промышленных объектов по­казывает, что одним из наиболее распространенных коррозионных повреждений является коррозия арма­туры в плитах покрытий, повреждение кровельной изоляции и снижение долговечности плит покрытий в результате их размораживания. Одной из причин этих явлений является недооценка условий эксплуатации и соответствующих теплотехнических параметров.

В качестве примера рассмотрим условия работы кровли.

Конструкция: сборные железобетонные ребрис­тые плиты покрытий размером 6,0 х 3,0. Толщина пол­ки плиты — 30 мм. Утеплитель—пенобетон у = 600 кг/м3; Яут = 0,22 Вт/м 0 С (для группы Б). Кровля — четы­ре слоя рубероида на битумной мастике <5=12 мм. (Температурные условия как и для стен).

Определяем толщину утеплителя без учета агрес­сивной среды:

Т. ТП 1(15 + 31) ^ 7×8,7

где Ябет = 2,04 Вт/м 0 С,

Якр = 0,27 Вт/м 0 С

(как для битумных материалов)

Толщина утеплителя <5^ = 0,12 м.

Если рассматривать относительную влажность с учетом агрессивной среды ^п = 80%, т. е. режим уже будет относиться к влажным. Тогда температурный перепад AtH = 0,8 (tB—tH) = 0,8 (15 — 7,3) = 6,16.

ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

При учете точки росы с аэрозолем NaCl:

AtH = tB — tpp = 15 — 17,6 = 4,4° С.

Определяем толщины утеплителей для двух вари­антов:

1. Для помещений с влажным режимом.

2. Для помещений с влажным режимом и наличи­ем агрессивной среды.

о тэтр 15 + 31 _ ос м2 0 С

В первом случае R-P = 6x 16 х 8,7 = 0’85 ~вТ"

(5ут = 0,14 см.

о татр 15 + 31 . _ м2 О

Во втором случае Rop = 4 4 х 8 7= 1,2

3^ = 0,22 м.

Таким образом, если учитывать действие агрес­сивной среды, для обеспечения требуемого сопротив­ления теплопередачи, R0 должно быть почти в два раза больше нормативного, определенного для обыч­ных температурно влажностных параметров.

Увеличивать в два раза толщину утеплителя эко­номически не целесообразно, поэтому ее можно при­нять не менее 12 см, но с выполнением по плитам рулонной пароизоляции, исключающей влияние аэро­золя на утеплитель и при выполнении вторичной за­щиты плит от коррозии.

Теплоустойчивость.

Расчет требуемого термического сопротивления ограждающих конструкций проводится исходя из ус­ловий стационарной теплопередачи, т. е. при устано­вившемся потоке тепла и постоянной разности внут­ренней и внешней температуры воздуха.

В реальных условиях температура атмосферного воздуха претерпевает колебания в течение года, ме­сяца и суток. Принимается, что они носят гармонич­ный характер, (рис. 5.20)

Происходящие изменения температуры (и влаж­ности) влияют на температуру и влажность конструк­ций, расположенных не только в атмосфере, но и на наружные ограждения, распространяясь по их тол­щине с постоянным затуханием.

Метод расчета теплоустойчивости основан на из­менении температуры наружного воздуха при посто­янной температуре в помещении.

Так как колебания носят гармонический харак­тер, температура изменяется относительно своего среднего значения tH0 с периодом Т. Величина тем­пературы наружного воздуха в момент времени z рассчитывается по формуле [37]:

, . . * 2п

tH = tH.0 + AtH — со§ —-z,

где AtH— максимальное отклонение температуры от ее среднего значения.

По мере удаления от наружной поверхности сте­ны, амплитуда колебаний постепенно уменьшается и становится такой же, как и колебания температуры воздуха в помещениях.

Выше отмечалось, что для капиллярно-пористых тел в условиях размораживания и оттаивания важно знать период времени, в течение которого происходит переход температуры через 0° С и значение отрица­тельной температуры материала стены.

Поэтому при конструировании ограждений важно

Подпись:

определять тот слой, который в наибольшей сте­пени подвергается температурным колебаниям и со­ответственно в максимальной степени должен обла­дать требуемой морозостойкостью.

Мерой характеризующей интенсивность затуха­ния колебаний температуры внутри однородной ог­раждающей конструкции является величина тепловой инерции — D = R — S. Для многослойной конструкции D = RiSi + R2S2+… H-RnSn, где

Ri…Rn—термическое сопротивление отдельных слоев,

Si…Sn—расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждаю­щих конструкций Вт/м2 ° С принимаются согласно [35].

Особенностью распространения температурных колебаний является их резкое затухание по мере перемещения в толщу стены.

Слой, непосредственно прилегающий к наружной поверхности, называется «слоем резких колебаний температуры». Внутри этого слоя амплитуда колеба­ний затухает примерно вдвое и на другой его поверх­ности составляет только половину по сравнению с амплитудой колебаний на поверхности.

Характеристика тепловой передачи для слоя рез­ких колебаний равна единице. Чем больше инерцион­ность стены, тем меньшее влияние на нее оказывают колебания температуры атмосферного воздуха.

Для однородной конструкции толщина слоя рез­ких колебаний определяется как Ь = ^.

Если рассматривать толщину такого слоя, напри­мер в стеновой панеле из керамзитобетона у = 1200 кг/м3 при периоде колебаний равным 24 часа, имеем

/1 = 0,52 S —7,57 —

М О М О

тогда Ь = у^ = 0,06 м, т. е. основные процессы замер­зания и оттаивания будут протекать в наружном слое толщиной 6 см.

Поэтому значительную роль в теплоусвоении сте­ны играет наружный фактурный слой. Даже при не­значительной толщине (2—3 см) введение фактурного слоя приводит к увеличению коэффициентов теплоус­воения поверхности стены. Учитывая это наружные однослойные ограждения из легких или ячеистых бе­тонов должны иметь защитные слои с морозостойкос­тью на 1—2 ступени выше чем у материала стен.

Значения параметров теплоустойчивости стен важны для обеспечения их долговечности.

С этой целью определяется требуемая морозо­стойкость активного слоя стены и глубина устойчивого промерзания ограждений за активный период года: для зимне-весеннего и конца летне-осеннего, когда устанавливается температура с устойчивыми перио­дическими заморзками и оттепелями. [38]

При расчетах принимается температура по нача­лу массового замерзания влаги,,, которая зависит в свою очередь от характера, размера пор в материале. Таб. 5.13

Таблица 5.13

НАЧАЛО ЗАМЕРЗАНИЯ ВЛАГИ В ПОРАХ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Материал —

у=кг/м3

wH % по массе

t°C

Цементно-песчаный

раствор:

1:1

2100

8,3

—2,7

1:2

1980

9,4

—3,5

1:4

1700

10,8

—1,9

1300

35,8

—1,3

Ячеистый бетон

800

54

—1,8

Керамзитобетон

1000

18

—2,7

1100

33

—1,8

При известных параметрах морозостойкости сте­ны можно подсчитать, сколько циклов перехода че­рез 0° С. (с учетом температуры замерзания в актив­ном слое) будет иметь место для данного географй — ческого района за определенный срок службы: 30, 50 и более лет.

Это позволяет хотя и условно сравнивать задан­ную морозостойкость с количеством циклов перехода через 0° С в конструкции за срок ее службы.

Минимальные марки бетона стен по морозостой­кости приведены в табл. 5.14.

Расчеты не учитывают всей сложности теплофи­зических процессов, протекающих в ограждающей конструкции за десятилетия их эксплуатации, ввиду наличия температурных включений, оконных про­емов, дополнительных увлажнений, попадания жид­ких сред на стены и др. На циклы замораживания и оттаивания влияют также радиационные оттепели, связанные с нагревом поверхности конструкций до положительной температуры (при отрицательной тем­пературе воздуха).

Подпись: ВОЗДУГ с агрессивными продуктами.
ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

Таблица 5.14

Режим помещения

Зона влажности

Вид бетона

Сухой

Нормаль­

ный

Влаж­

ный

Мокрый

Тяжел ый

35

35

35

50

Сухая

на легком заполнителе

25

25

25

35

Тяжелый

35

50

50

75

Нормальная

на легком заполнителе

25

35

35

50

Тяжел ый

50

50

75

100

Влажная

на легком заполнителе

35

38

80

75

МИНИМАЛЬНЫЕ МАРКИ БЕТОНА ПО МОРОЗОСТОЙКОСТИ ДЛЯ НАРУЖНЫХ СТЕН ОТАПЛИВАЕМЫХ ЗДАНИЙ

(расчетная температура до —40° С)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *