автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Метод оценки скользкости конструкций полов с различными видами покрытий

На правах рукописи

СТРУКОВ Сергей Александрович

МЕТОД ОЦЕНКИ СКОЛЬЗКОСТИ КОНСТРУКЦИЙ полов с РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ПОКРЫТИЙ

Специальности: 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва -2008

003171279

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском и про-ектно-экспериментальном институте промышленных зданий и сооружений (ОАО «ЦНИИПромзданий»)

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор Гликин Сергей Михайлович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Защита состоится «02» июля 2008 г. в здании ОАО «ЦНИИПромзданий» по адресу 124238, г. Москва, Дмитровское шоссе, д 46, корп. 2, ауд. 17 на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 303.017.01 (при Центральном научно-исследовательском и проектном институте жилых и общественных зданий ОАО «ЦНИИЭПжилища» 127434, г. Москва, Дмитровское шоссе, д 9,стр.3).

С диссертацией можно ознакомиться в методическом фонде ОАО «ЦНИИЭПжилища».

Отзыв на автореферат просим направлять в адрес ОАО «ЦНИИЭПжилища»

Автореферат разослан «27» мая 2008 г

Хромец Юрий Николаевич

кандидат технических наук Аронов Борис Львович

Ведущая организация

ОАО «Моспроект-2»

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор архитектуры, профессор

Лицкевич В. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В ряде зарубежных стран (США, Германия, Чехия, Швеция, Югославия и др.) проводятся научно-исследовательские работы по изучению скользкости покрытий полов различных конструктивных решений, результаты которых явились основой для создания экспериментальных испытательных установок, разработки методов оценки скользкости покрытий полов и, в конечном итоге, создания нормативных документов, определяющих критериальные значения показателей скользкости, устанавливающие безопасность передвижения по ним

В России до настоящего момента не проводилось исследований по вопросам скользкости покрытий полов, нет апробированной методики определения этого показателя. В действующих Российских нормативных документах не получили отражение требования, предъявляемые к скользкости конструкций полов с различными видами покрытий, хотя само понятие скользкости фигурирует в отечественной справочной литературе Это обстоятельство приводит к тому, что при проектировании конструкций полов и их устройстве часто закладываются решения с покрытиями, многие из которых не отвечают требованиям безопасности передвижения по ним людей. Несмотря на то, что в России статистические данные отсутствуют, практика эксплуатации полов свидетельствует о том, что при их эксплуатации имеет место большое количество случаев травматизма людей, особенно на полах с плиточными покрытиями.

По данным главного промышленного объединения общества страхователей ФРГ количество несчастных случаев за 1993-97 годы из-за повышенной скользкости покрытий полов составляет в среднем 18,6% в год от общего числа зарегистрированных несчастных случаев на производстве.

Решение этой проблемы в нашей стране приобретает особую актуальность в связи с принятием Федерального закона «О техническом регулировании», предусматривающем разработку ряда технических регламентов, в которых должны быть изложены обязательные требования, направленные на обеспечение безопасности людей при эксплуатации зданий и сооружений. В их число, входит разработка технических регламентов «По безопасности зданий и сооружений» и «Безопасности строительных материалов и изделий», в которых должны быть отражены, в частности, требования по скользкости полов.

Актуальность работы состоит в разработке отечественной методики определения показателей скользкости и нормативных критериев оценки скользкости покрытий полов, которые должны учитываться при их проектировании и устройстве.

Цель настоящей работы заключается в разработке и научном обосновании метода определения показателей скользкости покрытий полов и установления нормативных критериев этих показателей.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

- провести комплекс научно-исследовательских работ, направленных на создание отечественной методики определения и оценки показателей скользкости покрытий конструкций полов;

- разработать и научно обосновать отечественный универсальный испытательный стенд, позволяющий проводить оценку скользкости покрытий полов;

- научно обосновать нормативные критерии скользкости полов, при которых обеспечивается безопасность передвижения по ним людей

- провести комплексных исследований работ по определению показателей скользкости различных конструктивных решений полов с установлением их рациональной области применения.

Новизна работы заключается;

- в разработке отечественной методики определения скользкости покрытий полов, выполненных из различных материалов;

- в разработке и создании отечественной универсальной испытательной установки, позволяющей проводить оценку скользкости покрытий полов, как по показателю коэффициента трения, так и по углу скольжения.

Практическое значение работы н её реализация состоят в использовании в практике проектирования и устройства конструкций полов с покрытиями из различных материалов, а также научно обоснованных нормативных критериев, при которых обеспечивается безопасность передвижения по ним людей.

Апробация работы и публикации.

Основные положения диссертации доложены на секции «Строительные конструкции» научно-технического совета «ЦНИИПромзданий» (2005 г), а также на научной конференции «ЦНИИПромзданий» (2006 г)

Основные положения диссертации опубликованы в пяти научных статьях, в том числе одна в издании по перечню ВАК.

Получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель по заявке № 2007113926/28 (015119) «Установка для определения статического и динамического коэффициентов трения при передвижении человека по поверхности покрытий полов»

На защиту выносятся:

- анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований по методам оценки скользкости покрытий полов, выполненных за рубежом;

- результаты экспериментальных работ, направленные на создание универсальной отечественной испытательной установки по определению показателя скользкости покрытия пола при различном состоянии его поверхности;

- научно-обоснованные критерии оценки скользкости покрытий полов;

- научно-обоснованные методы оценки скользкости покрытий полов, как по показателям коэффициента трения, так и по показателям угла скольжения.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка литературы из 33 наименований. Всего 88 страниц, в том числе 22 таблицы, 10 рисунков и 5 фотографий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Анализ зарубежных методов оценки скользкости конструкций полов с различными видами покрытий

Глава 2. Разработка испытательного стенда для оценки скользкости полов Глава 3. Исследование и разработка методов оценки скользкости покрытия конструкций пола.

Глава 4. Экспериментальные исследования скользкости конструкций полов с различными видами покрытий и их нормируемые значения показателей скользкости.

В первой главе выполнен анализ зарубежных методов оценки скользкости конструкций полов с различными видами покрытий.

Все известные зарубежные методы оценки скользкости полов по виду критерия можно подразделить на три основные группы с определением: коэффициента трения; угла скольжения; потребляемой энергии при скольжении.

Наиболее известным и получившим наибольшее распространение является метод оценки скользкости покрытия пола по значению коэффициента трения, который определяется как отношение горизонтальной силы трения (F) к вертикально направленной силе (N).

Метод оценки скользкости покрытия пола по значению коэффициента трения изложен в нескольких зарубежных стандартах: немецком стандарте DIN 51130, стандарте Югославии (JUS.G.S/2.758) и Чешском стандарте ЧСН 74 4507 и др.

Для определения коэффициента трения по немецкому стандарту используется специальная установка, принципиальная схема которой представлена на рис 1.

Установка для определения коэффициента трения по Югославскому стандарту состоит из металлического основания (3), на котором располагается исследуемый материал (2). На исследуемый материал устанавливается грузовая платформа (1), которая с помощью тяговых тросов (6), через систему блоков (7) соединяется с тянущим устройством (4), к которому прикреплён прибор для записи диаграммы (5) сопротивления поверхности скольжению (Рис. 2).

Принцип работы установки состоит в том, что тянущее устройство (4) с помощью троса (6) и системы блоков (7) создаёт равномерное поступательное движение для грузовой платформы (1), которая в своё время передвигается (скользит) по поверхности исследуемого материала (2) (Рис. 2).

Рис. 1. Принципиальная схема установки для Рис. 2. Принципиальная схема

определения коэфф. трения по ДИН 51130. установки для определения ко-

1-груз; 2-скальзящая платформа;3-измери- эффициета трения по Югос-

тель силы; 4-тяга; 5-покрытие пола;6-лебёдка лавскому стандарту.

Скользкость покрытия пола оценивают по двум коэффициентам трения: статическому, определяемому по формуле: К<. = Р,/Мк], где Ра - сила трения в момент начала скольжения, в Н; Мя - масса грузовой платформы, перемещающейся по исследуемому материалу, в кг; я - ускорение силы тяжести, м/сг;

динамическому, определяемому по формуле Кд = FB-c/Mq, где FB_c - среднее значение силы при скольжении грузовой пла1формы по исследуемому магериалу от точки В до точки С

Принции работы испытательного стенда по Чешскому стандарту ЧСН 74 4507 (рис 3) практически аналогичен испытательной установки но Югославскому

Рис 3 Схема испытательного стенда по Чешскому стандарту ЧСН 74 4507 1 - подвижная платформа, 2 - рама, 3 -опорная стойка, 4 — датчик усилия нажатия, 5 - плотная посадка пчеча (рычага) нагрузки, б - плечо (рычаг) нагрузки, 7 - стержень нагрузки, 8 - несущая панель с комплектом рабочих этало-\*L НОв' ^ ~ РегистРиРУюи(ее устройство, 10 ротки тягового тросика, II - петля захвата тросика, 12 - опорное ребро каретки 13 гидравлический uwiuhöd Статический коэффициент трения скольжения определяется по формуле

^cr=Hd|-(^dI-^<10 5)/(Vl-VO5) V„ (1)

1де Udos и Udi значения динамического коэффициента трения скольжения соответственно при скорости скольжения Vn 5 = 0,5 мм/сек и Vj = 1 мм/сек

Динамический коэффициент трения скольжения вычисляется при скоросш скольжения V141 ~ 150 мм/сек по формуле. Mj = FT / F„, (2)

где FT- сила трения; F„ - вертикальная нагрузка на образец Для оценки скользкости покрытий полов в рабочих помещениях с повышенной степенью скольжения по немецкому стандарту DIN 51130 используется специальное устройство с ровной крутильно-жсеткой плитой шириной 0,6 м и длиной 2 м. наклон которой в продольном направлении регулируется от 0° до 45° Подъёмная скорость привода определяет угловую скорость плиты максимально! °/с (Рис 4)

ЗА'

Плоскость ЧОВДЛШ*

rZSLJ

Рис 4 Испытательная установка по Немецкому стандарту ДИН 5 J130

При исследовании скользкости покрытий полов непосредственное участие принимает человек, который выполняет функции элемента испытательной установки. В процессе испытаний человек передвигается по исследуемому покрытию пола, наклон которого изменяется от горизонтального до положения (приемлемый угол), при котором он теряет устойчивость. Значение среднего угла потери устойчивости является оценкой стойкости к скольжению

Для такого метода оценки скользкости покрытия пола чрезвычайно важным является вопрос выбора и подготовки исследователей (калибрование).

В Нормах ZN1/571-DIN 51130 напольные покрытия в рабочих зонах со скользкими поверхностями подразделяются на 5 групп (Табл 1), а по немецкому стандарту DIN 51097 на 3 группы (Табл. 2).

Таблица 1

Категории устойчивости к скольжению обуви согласно немецкому стандарту DIN 51130 (для напольных покрытий в рабочих зонах со скользкими

поверхностями)

Группа помещения Угол наклона, град. Сфера применения

R9 >10 Комнаты для переодевания, зоны прохождения босых людей и т д.

RIO от 10 до 19 Туалеты, склады, гаражи, кухни общественных заведений и т.д.

RH от 20 до 27 Сыроварни, холодильные камеры, прачечные и т д

R12 от 28 до 35 Мясокомбинаты, промышленные кухни, сахарные заводы и т д.

R13 Свыше 35 Специализированные зоны промышленных предприятий

Таблица 2 Категории анти-скольжения при наличии влажной поверхности согласно немецкому стандарту DIN 51097 (для напольных покрытий во влажных зонах, где ходят босыми ногами)

Группа помещения Угол наклона, град Сфера применения

А >12 Комнаты для переодевания, зоны прохождения босых людей и т л

В >18 Душевые помещения, борта бассейнов и т.д.

С >24 Борга бассейнов с уклоном, подводные лестницы и т. д

Метод оценки скользкости покрытий полов по величине потребляемой энергии используется в Швеции Испытания покрытия пола проводится на специальной установке, в которой к рычагу маятника закреплено скользящее тело, имитирующее ногу с ботинком на резиновой подошве. При испытании замеряется потребляемая энергия в момент, когда после раскачивания маятника скользящее тело приходит в соприкосновение с сухой или смоченной водой поверхностью образца покрытия пола. Данный метод базируется на применении достаточно сложного в конструктивном отношении испытательного оборудования.

В результате проведённого анализа зарубежного опыта можно констатировать, что используемые методы оценки скользкости покрытий полов подразделяются на три группы с определением коэффициента трения; угла скольжения; величины потребляемой энергии при скольжении.

Наиболее распространённым и наименее трудоёмким является метод оценки скользкости покрытия пола по величине коэффициента трения. Наименьшую известность получил метод оценки скользкости по величине потребляемой энергии из-за относительной сложности испытательного оборудования и критериальной оценки энергозатрат

Таким образом, в диссертации сделано заключение о целесообразности разработки отечественного метода оценки скользкости покрытий полов с проектированием и изготовлением отечественного универсального испытательного стенда, позволяющего осуществлять оценку скользкости покрытий полов, как по значениям статического и динамического коэффициентов трения, так и по величине угла скольжения

Вторая глава диссертации посвящена разработке испытательного стенда для оценки скользкости полов с учётом опыта зарубежных стран.

В основу разработки такого стенда был положен принцип устройства опорной платформы, закреплённой путем шарнирной подвески её по середине длины на горизонтальной оси, на которой размещается исследуемый образец покрытия пола.

Универсальный испытательный стенд (Рис. 5 и Фото 1) состоит из двухкон-сольной платформы (1) размером 950x700 мм с жестким дном, закреплённой посредине её длины на горизонтальной оси к станине. Один из торцов платформы соединён с винтовым домкратом (2),позволяющим изменять угол наклона платформы

от 0° до 50°. На платформе расположены два упорных ребра (3) и уровнемер (4), причем ребро (За) жестко закреплено, а ребро (36) способно перемещаться по платформе. На упорном ребре (36) установлен индикатор часового типа (5). Подвижная грузовая платформа (6) размером 150x270 мм, которая устанавливается на образец исследуемого покрытия пола (7), размещенный на двухколсолыюй платформе, выполнена в виде стальной коробки, с наклеенным на её опорную часть рабочим эталоном подошвы обуви или рабочим эталоном, имитирующим босую ногу человека (8). Размеры и форма эталонного образца подошвы обуви, а также схема его размещения на опорной части подвижной грузовой платформы приведены на рис. 8. Передвижная платформа загружается двумя гирями массой по 20 кг каждая (9), что обеспечивает создание прижимной сипы 420±0,5 Н. Для принятых размеров эталонного образца подошвы обуви или босой ноги человека при данной прижимной силе обеспечивается создание удельного давления на поверхность образца покрытия пола, равного 10,7 Н/см2, что согласно Чешскому стандарту ЧСН 744507 соответствует удельному давлению, создаваемому человеком массой 75 кг. К подвижной грузовой платформе может быть закреплён трос (10), который через систему блоков (11) подсоединён к измерительной части разрывной машины (12). Блок (11а) располагается на подвижной части разрывной машины (12а), а блок (116) на её измеригельной части (126).

Таким образом, наличие шарнира в середине платформы на станине даёт возможность в процессе испытаний изменять угол её наклона от 0 до 50°, а подсоединение грузовой платформы к измерительной часта разрывной машины позволяет осуществляй, запись диаграммы зависимости величины перемещения от прижимной силы, которая служит основой для определения коэффициентов трения.

Фото. 1. Общий вид универсального испытательного стенда.

Рис 5 Принципиальная схема испытательного стенда 1 - двухконсольная платформа, 2 - винтовой домкрат, За и 36 -упорныеребра; 4 -уровнемер, 5 — индикатор часового типа; 6 - подвижная грузовая платформа, 7 -образец покрытия пала, 8 - эталонный образец подошвы обуви, 9 - гири, 10-трос, 11а и 116-система блоков, 12а -подвижная нижняя часть разрывной машины, 126- верхняя измерительная часть разрывной машины

Размер эталонного образца подошвы обуви и масса груза подобраны такими, чтобы прижимная сила обеспечивала, как было указано выше, создание удельного давления на поверхность образца покрытия пола, равного удельному давлению, создаваемому человеком со среднестатической массой 75 кг

Площадь поверхности скольжения на установке, используемой по Чешскому стандарту ЧСН 744507, составляет 8 = 88,13 см2, при этом удельная нагрузка равна 4 = 75/ 88,13 = 0,851 кгс/см2

Учшывая, что прижимная сила от грузовой платформы на универсальном испытательном стенде равна = 420 Н (42,8 кг), требуемая площадь поверхности скольжения должна быть принята &гр = 42,8 / 0,851 = 50,3 см2

В итоге, разработан эталонный образец подошвы обуви и определены его размеры, отвечающие указанному условию (Рис б)

Размер эталонного образца босой ноги человека установлен на базе анализа результатов исследований по контактному теплообмену её с полом Согласно результатам, опубликованным в работе А Г Гиндояна «Тепловой режим конструкций полов», для ступни среднего размера площадь контакта с полом составляет 0,0192 м2 В математической модели площадь контакта принимается равной площади круга диаметром 0,16 м (при нагрузке от человека со среднестатической массой 75 кг) Учитывая, что прижимная сила от грузовой платформы на универсаль-

ном стенде составляет ~ 420 Н (42,8 кг), требуемый диаметр круга принят равным сЦ, = (75 / 0,16 = 42,8 / (1); сЦ = 0,0913 м или = 91 мм.

Исходя из этого, разработан эталонный образец, имитирующий подошву босой ноги человека (Рис. 7).

Рис б Эталонный образец подошвы обуви Рис 7 Эталонный образец

подошвы босой ноги человека

Для обоснования выбора эталона материала подошвы обуви на кафедре обуви Российского заочного института текстильной и лёгкой промышленности были отобраны наиболее применяемые для этой цели образцы материалов. В их числе - резина пористая марки Б, резина пористая марки В и кожа клеевого метода крепления. Для выбора материала эталонного образца подошвы обуви были проведены сравнительные экспериментальные исследования указанных выше материалов на универсальном испытательном стенде.

Исследования проводили на трёх эталонах керамических плиток марок RIO, R11 и R12, рекомендуемых немецким стандартом DIN 51130 для устройства покрытий полов в рабочих зонах с условиями повышенной опасности скольжения. В результате проведённых исследований были установлены усреднённые значения углов скольжения У„ для каждого из материалов (Табл 3) __Таблица 3

Материал подошвы обуви Значение угла скольжения на покрытии пола из плитки марки

RIO R11 R12

Резина пористая марки Б 26° 29о 31°

Резина пористая марки В 27° 31° 33°

Кожа клеевого метода крепления 30° 32,5° 34,5°

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что наименьшим углом скольжения при передвижении по полам с покрытием из всех трёх типов плиток характеризуется образец с подошвой, выполненной из пористой резины марки Б, которая и была принята в качестве эталона материала при исследовании скользкости покрытий полов в помещениях, где люди ходят в обуви

В связи с тем, что испытательный стенд, в отличие от установки по немецкому стандарту DIN 51130, не позволяет использовать в качестве испытуемого самого человека, задача выбора материала, который наиболее близко имитировал бы кожу подошвы босой ноги человека, является наиболее сложной.

Коже человека по деформативной способности и структуре поверхности наиболее близко отвечают материалы на основе пснополиэтилена. Для проведения исследований были отобраны листовые тепло-шумоизоляционные материалы из пенополиэтилена - Линотерм П, Энергофлекс и Пенофол 2000 типа А. Исследования проводились на покрытии пола из керамической плитки марок А, В, С, которые согласно немецкому стандарту DIN 51097 предназначены для применения в полах помещений, где люди ходят босыми ногами.

По аналогии с вышеизложенным в результате проведённых исследований были установлены значения углов скольжения Ус, для каждого из материалов (Табл. 4)

Таблица 4

Материал подошвы обуви Значение угла скольжения на покрытии пола из плитки марки

А В С

Линотерм П 13й 19" 26й

Энергофлекс 9й 17й 20"

Пенофол 2000 типа А 12° 18° 23°

Анализ полученных значений углов скольжения с данными по DIN 51097 (см. табл 2) свидетельствует о том, что «Пенофол 2000 тип А» является материалом наиболее близко имитирующим условия скольжения человека, передвигающегося по покрытию пола босыми ногами

В третьей главе проводятся исследования по отработке методов оценки скользкости покрытий полов.

Первый метод оценки скользкости конструкций покрытий пола по значению \тля скольжения базируется на последовательном оппелелекии угла скольжения

эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца, имитирующего подошву босой ноги человека, по исследуемому образцу покрытия пола - У„.

Определение угла скольжения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца подошвы ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола включает следующие этапы

1. Исследуемый образец покрытия пола размещается на расположенной горизонтально платформе испытательного стенда таким образом, чтобы он упирался в неподвижное упорное ребро (За) (Рис. 5). Подвижная грузовая платформа (6) с прикреплённым на ней эталонным образцом подошвы обуви или эталонным образцом, имитирующим подошву босой ноги человека (8), устанавливается на образец исследуемого покрытия пола так, чтобы её продольная ось совпадала с направлением скольжения, и затем загружается прижимающим грузом массой 392,4 Н или 40,0 кг (9). После перемещения подвижного упорного ребра (36) с размещённым на нем индикатором часового типа (5) до контакта его с подвижной грузовой платформой (6), оно закрепляется. При помощи винтового домкрата (2) осуществляется наклон двухконсольной платформы испытательного стенда со скоростью не более 10 град ./мин, фиксируя при этом часовым индикатором начало скольжения подвижной грузовой платформы по образцу исследуемого покрытия пола.

2. Угол наклона двухконсольной платформы испытательного стенда, установленный по уровнемеру (4), определяет величину угла скольжения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца имитирующего подошву босой ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола - У«3"0

3. Значение угла скольжения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца имитирующего подошву босой ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола (У«"") определяется среднеарифметическим значением замеров по результатам трех измерений по формуле

у«'"=(УоГ + УсГй + У«экс3) / 3 (3)

Если разница между значениями У«'"1, УСк*а, У«3"03 замеров составляет более 10%, проводятся дополнительные замеры

4. Для определения результирующего угла скольжения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца, имитирующего подошву босой ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола (У«1*3), производится расчёт попра-

вочного коэффициента (ДКуг), учитывающего износ эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца имитирующего подошву босой ноги человека. Для этого, руководствуясь этапами 1-3, следует определить угол скольжения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца имитирующего подошву босой ноги человека по эталонному образцу из полированного стекла (Ус«").

5. Используя полученное значение угла скольжения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца, имитирующего подошву босой ноги человека по эталонному образцу из стекла (Усе31), производится расчёт поправочного коэффициента (ДКуг), учитывающего износ эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца имитирующего подошву босой ноги человека. Так-для сухой поверхности при движении по полу в обуви АКуг = 33°/УС,ЭТ (4)

для влажной поверхности при движении по полу в обуви АКу,. = 24°/УС1(эт (5) для замасленной поверхности при движении по полу в обуви ДК^ = 17°/У«эт (6) для влажной поверхности при движении по полу босыми ногами, ДКуг =12°/Ус/т (7) где 33°, 24°, 17° - нормативные углы скольжения эталонного образца подошвы обуви по эталонному образцу из стекла с соответственно обработанной поверхностью,

12° - нормативный угол скольжения эталонного образца, имитирующего подошву босой ноги человека по эталонному образцу из стекла с влажной поверхностью; У«эт - результирующее значение угла скольжения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца подошвы ноги человека по эталонному образцу из стекла; ДК^ — поправочный коэффициент

В итоге, используя полученное значение экспериментального угла скольжения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца, имитирующего подошву босой ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола (Ус/"0), производится расчет результирующего угла скольжения (Ус/13) с учётом поправочного коэффициента (ДКуг), по формуле

У«'хз = У<жЭКС-ДКу<, (8)

где У«1*3 — результирующее значение угла скольжения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца, имитирующего подошву босой ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола,

УскМС- экспериментальное значение угла скольжения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца имитирующего подошву босой ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола; ДКу,. - поправочный коэффициент

Второй метод базируется на последовательном определении коэффициентов трения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца, имитирующего подошву босой ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола.

Установление статического и динамического коэффициентов трения скольжения основывается на экспериментальном определении силы трения при скольжении эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца подошвы ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола.

Исследование состоит из следующих этапов

1. При проведении испытаний исследуемый образец покрытия пола размещается на расположенной горизонтально платформе испытательного стенда таким образом, чтобы он упирался в неподвижное упорное ребро (За) (Рис. 5)

Подвижная грузовая платформа (6) с прикреплённым на ней эталонным образцом подошвы обуви или эталонным образцом, имитирующим подошву босой ноги человека (8), устанавливается на образец исследуемого покрытия пола так, чтобы её продольная ось совпадала с направлением скольжения, и затем загружается прижимающим грузом массой 392,4 Н или 40,0 кг

К платформе закрепляется трос (10), который через систему блоков (11) подсоединяется к измерительной части разрывной машины (12).

2. Включается разрывная машина, устанавливается требуемая скорость передвижения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца имитирующего подошву босой ноги человека, и на регистрирующем устройстве разрывной машины записывается график зависимости силы от перемещения, принципиальная схема которого представлена на рис 8

3. Исходя из полученной графической зависимости, определяется значение сдвигающей силы при скольжении эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца, имитирующего подошву босой ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола (РтрЭ1<с) Значение сдвигающей силы определяется среднеарифметическим значением замеров по результатам трех измерений по формуле

V" = (^ + Р^"2 + Vе3) /3 (9)

Если разница между значениями замеров Ртр3"1, Р1рмс2, Рцр"*3 составляет более 10%, проводятся дополнительные замеры.

4. Полученные зависимости сдвигающей силы от перемещения при скольжении эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца, имитирующего подошву босой ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола со скоростью 10 мм/мин, 20 мм/мин и 100 мм/мин, используются при обработке результатов испытаний для установления значения величин динамического коэффициента

где Ртр"0 - сила трения при скольжении эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца имитирующего подошву босой ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола; Рм - прижимная сила равная 420±0,5 Н

За величину динамического коэффициента трения принимается значение, полученное при скорости скольжения 100 мм/мин.

5. Для определения результирующего значения динамического коэффициента трения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца, имитирующего подошву босой ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола (Ктрлин.1*3)» производится расчёт поправочного коэффициента (ДКуг), учитывающего износ эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца имитирующего подошву босой ноги человека.

Для этого, руководствуясь этапами 1-3 следует определить угол скольжения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца имитирующего подошву босой ноги человека по эталонному образцу из полированного стекла

трения по формуле:

I/ ЭНС _ р Э1С / р

»Мр дни. г1р ' г№

(10)

ООрдин**)-

Р(Н)

т

+-

60 . 120 мм

50 100 мм 1 Э(мм)

Рис 8 График зависимости сдвигающей силы от перемещения

6. Используя полученное значение динамического коэффициента трения при скольжении эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца, имитирующего подошву босой ноги человека по эталонному образцу из стекла (К^ д,,,,эт), производится расчёт поправочного коэффициента (ДКда,), учитывающего износ эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца имитирующего подошву босой ноги человека. Так:

для сухой поверхн при движении по полу в обуви АКдщ, = 259/Егрди11эт (11)

для влажной поверхн. при движении по полу в обуви ДКдан = 172/Рч)Д1Шэт (12) для замасленной поверхн. при движении по полу в обуви ДКдщ, = 113/Ртртиут (13) для влажной поверхн. при движении по полу босыми ногами, ДКдт, = бО/Р^да/ЧМ) где 259, 172, ИЗ - нормативные значения сдвигающей силы при скольжении эталонного образца подошвы обуви по эталонному образцу из стекла с соответствующей поверхностью (в Ньютонах);

60 - нормативное значение сдвигающей силы при скольжении эталонного образца, имитирующего подошву босой ноги человека по эталонному образцу из стекла с влажной поверхностью (в Ньютонах);

1;,рЭТ - значение сдвигающей силы при скольжении эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца, имитирующего подошву босой ноги человека по эталонному образцу из стекла; ЛКШИ - поправочный коэффициент.

В итоге, используя полученное значение экспериментального динамического коэффициента трения эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца имитирующего подошву босой ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола (К^рдщ3"), производится расчёт результирующего динамического коэффициента трения 0С1рДИн.р<э) с учётом поправочного коэффициента (ДКдан), по формуле

^трдик.**3 ^тр.дя» ЛКд,ш , (15)

где Кгрдн„ре' - результирующее значение динамического коэффициента трения при скольжении эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца, имитирующего подошву ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола; Ктрдии."" — экспериментальное значение динамического коэффициента трения при скольжении эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца, имитирующего подошву босой ноги человека по исследуемому образцу покрытия пола.

Результирующее значение статическою коэффициента трения скольжения определяется с использованием значений динамического коэффициента трения вычислением по формуле Кф„»г рет = Кд2(г-[(Кд2о - K„,o)/(V20 - V,0)] V2o, (16) где Кд2сь Кдю - динамический коэффициент трения скольжения эталонного образца подошвы обуви или эталонно1 о образца имитирующего подошву босой hoi и человека по исследуемому образцу покрытия пола при скорости скольжения Vj20, \'дю соответственно 10 мм/мин и 20 мм/мин

Результирующее значение статического коэффициента трения скольжения также определяться через угол скольжения по формуле

KTpCTarPe' = tg(y£lt3'cxAKyr) (17)

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям скользкости конструкций полов с установлением нормируемых значений показателей скользкости покрытий и рациональной области применения полов

Исследования по определению показателей скользкости полон были проведены на опытных образцах видов покрытий из керамической плигки, бетонное, наливное, из линолеума, из ламината, из паркета для спортивных залов

Для испытания образцов плиточных покрытии полов использовали эталонные образцы плитки марок RIO, Rl 1 и R12 по немецкому стандарту DIN 51130, апробированные для конкретных областей применения

При оценке скользкости плиточных покрытий для полов в душевых комна-iax, помещениях бассейнов и т. п., где люди перемещаются босыми ногами, использовались применяемые в таких помещениях эталонные нлшки марок А, В, и С по немецкому стандарту DIN 51097

В качестве образца бетонного покрытия пола была принята бетонная плша размером 500x500 мм толщиной 30 мм, изготовленная из бетона класса В15

Образец наливного пола изготавливался по жесткому подстилающему слою из древесноволокнистых плит но ГОСТ 4598-86, имитирующею бетонное основание или выравнивающую бетонную стяжку.

При исследовании скользкости покрытия пола из ламината из! отапливали образец, который состоял из ламинагных досок укладываемых непосредственно на двухконсольную платформу

Аналогично предыдущему был выполнен образец покрытия пола из паркета, предназначенного для спортивных залов

Исследования скользкости конструкций полов проводились по вышеизложенной методике с определением показателей скользкости - статического коэффициента трения, динамического коэффициента трения и угла скольжения.

При определении показателей скользкости покрытий полов с влажной поверхностью, на исследуемый образец покрытия пола перед проведением испытания из пульверизатора распылялась вода

При оценке скользкости покрытия пола с масляной поверхностью на исследуемый образец мягкой губкой наносили машинное масло по ГОСТ 10541-78

По каждому виду испытаний было проведено не менее 30 замеров. Полученные значения коэффициентов трения и углов скольжения обрабатывались методом математической статистики с получением усреднённых величин.

Анализ полученных значений показателей скользкости свидетельствует о том, что наименьшими величинами углов скольжения и коэффициентов трения характеризуются конструкции полов с плиточными покрытиями при сухой, влажной и замасляной поверхности при передвижении по ним как в обуви, так и босыми ногами, что говорит о том, что они относятся к полам с наибольшей опасностью скольжения при передвижении по ним.

Состояние поверхности покрытия пола существенно сказывается на показателе скользкости На снижение показателей скользкости покрытия пола наибольшее влияние оказывает замасляная поверхность Наименьшими значения показателей скользкости имеют покрытия полов с влажной поверхностью при передвижении босыми ногами

За нормируемые показатели скользкости покрытий полов, при которых обеспечивается безопасность передвижения по ним людей, приняты минимальные значения коэффициентов трения и углов скольжения, полученные по результатам испытаний конструкций полов с рассматриваемыми видами покрытий.

Покрытие считается безопасным для перемещения человека при условии, что величина статического и динамического коэффициентов трения выше величины допускаемого значения коэффициента трения в конкретной области применения покрытия пола (Табл. 5)

Таблица 5

Допустимый коэффициент трения Условия передвижения людей

не менее 0,35 В обуви по сухим покрытиям полов в жилых, общественных и производственных помещениях

не менее 0,4 То же по влажным покрытиям полов

не менее 0,5 То же по замасленным покрытиям полов

не менее 0,4 и не более 0,6 В обуви по сухим покрытиям полов в спортивных залах

не менее 0,2 Босыми ногами по влажным покрытиям полов в комнатах для переобувания

не менее 0,3 Босыми ногами по влажным покрытиям полов в душевых помещениях и бассейнах

не менее 0,5 Босыми ногами по подводным лестницам

На основании проведённых комплексных исследований разработаны конструктивные решения полов (16 решений), определена рациональная область их применения и установлены нормируемые значения коэффициентов трения и углов скольжения, характеризующих условия безопасного передвижения по ним людей при различном состоянии их поверхности (Табл. 6).

Таблица 6

Конструктивные решения полов, условия их эксплуатации и нормируемые значения показателей скользкости покрытий, ___определяющие безопасность передвижения по ним людей в указанной области их применения_

Условия эксплуатации Нормируемые значения

№ пп Конструкция пола Состояние поверхности Передвижение Коэффициент трения, не менее Угол скольжения, в градусах, не менее Область применения

1 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4

1 -----------и--А—------( ' , " , V /" V' Л 1 - космическая плитка, 2 - прослойка из цечеятяо-песчаного раствора, 3 - бетонное основание, 4 - основание Сухая В обуви 0,35 19 Офисные, жилые помещения Коридоры в общественных зданиях

4 X Д -1------- т'-—г----------, Влажная В обуви 0,4 22 Раздевалки в спортивных зданиях (кроме бассейнов)

2 ■ , ■ , < 6 ' - - у А - и'....Л ........... А 7 Влажная Босыми ногами 0,30 16 Обходные дорожки вокруг бассейнов, раздевалки

У V Ч х V//- • V 1 керамически! тгггка 2 - зятнркд с плас-тифишф* ющей добавкой 3-полимеров чентный ктей 4 - грунтовка 5 стежка ю цечсотю песчаного раствора 6 - руюнная гидроиюл*щм 7 бетонное основание 8 - основание Масляная В обуви 0,5 26 Мясокомбинаты, промышленные кухни, сахарные заводы и т д

Продолжение таблицы б

1 2 3 4 5 6 7

3 1 - бетонное покрытие, 2 - стяжка, 3 - бетонный подстилающий слой, 4 - гидроизоляция, 5 - основание Сухая В обуви 0,35 19 Помещения в зданиях производственного назначения: цеха, склады и т. д

Влажная В обуви 0,4 22

Масляная В обуви 0,5 26

4 31 /V ^ Г1 Г ± Сухая В обуви 0,35 19 Складские помещения

1 - наливное покрытие, 1 - стяжка, 3 - тепло-зукоизсляция, 4 - трубопровод, 5 - перекрытие Влажная В обуви 0,4 22 Производственные цеха

5 1 Сухая В обуви 0,35 19 Жилые и общественные здания

Ш^у/ШР} Влажная Босыми ногами 0,2 11 Душевые и ванные комнаты в жилых зданиях

■ покрытие из лииолеуиа, 2 - клей, 3 - бетой ное основание с ровной поверхностью, 4 - основание

1 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4 5

6 1 - покрытие из ламината, 2 - подложка, 3 - монолитная пеменгно-песчаная стяжка, 4 - теплозвукю изоляция, 5 - ж б плита перекрыли Сухая В обуви 0,35 19 Помещения в зданиях производственного назначения: цеха, склады и т. д

1 2 3 Д 5 6

7 1 - покрытие из паркета, 2 - подложка, 3-2 слоя фанеры, 4 - лаги, 5- тешгазвуиь гаатацга; 6 - ж б плита перекрытая Сухая В обуви не менее 0,4 и не более 0,6 не менее 22 и не более 31 Игровые залы в спортивных сооружениях

Для условий передвижения по полу отличных от указанных в таблице, значения нормируемых коэффициентов трения следует вычислять по следующим формулам.

-при ходьбе по наклонной плоскости покрытия по формуле К'„ = Кн + tg а

- при ходьбе по горизонтальной поверхности с дополнительным горизонтальным усилием (переноска тяжестей) по формуле К'я = К„ + FH / (G • 9,81), где

Fg - дополнительное горизонтальное усилие; G - средняя масса человека равная 75 кг

- при ходьбе по наклонной поверхности с дополнительным усилием, направленным параллельно поверхности по формуле

K'B = Ke + tga + FH/(G cosa 9,81), где Кн - нормируемое значение коэффициента трения. ^

Общее выводы:

1. Анализ зарубежного опыта свидетельствует о том, что в странах Европы значительное внимание уделяется вопросам снижения травматизма при передвижении людей по полу, что подтверждается действующей системой нормативных документов, регламентирующих требуемые показатели покрытий полов, при соблюдении которых обеспечивается безопасность передвижения по ним людей. Зарубежные методы оценки скользкости покрытий полов базируются на одном из трёх показателей: коэффициенте трения, угле скольжения; величине потребляемой энергии при скольжении. Наибольшее применение за рубежом получили испытательные установки, базирующиеся на определении коэффициента трения.

2. На основе всестороннего изучения и анализа накопленного опыта разработан, изготовлен и апробирован в практике экспериментальных исследований отечественный универсальный испытательный стенд, позволяющий производить оценку скользкости покрытий полов, как по величине коэффициента трения, так и по значению угла скольжения

Получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель по заявке № 2007113926/28 (015119) «Установка для определения статического и динамического коэффициентов трения при передвижении человека по поверхности покрытий полов».

3. Научно обоснованы и разработаны методы оценки скользкости конструкций покрытий полов с использованием универсального испытательного стенда по значениям угла скольжения, динамического и статического коэффициентов трения при сухой, влажной, и масляной поверхности покрытия пола и передвижении по ним в обуви и босыми ногами.

4. Результирующее значение угла скольжения (У«1*3) и результирующее значение динамического коэффициента трения (Кч,ди|,р<н) определяется с учётом износа эталонного образца подошвы обуви или эталонного образца имитирующего подошву босой ноги человека.

5. Результирующее значение статического коэффициента трения скольжения (К1рсгатре>) определяется с использованием значений динамического коэффициента трения (Кдю и Кд2о) при скорости перемещения V = 10 и 20 мм/мин. Результирую-

шее значение статического коэффициента трения скольжения следует определять через угол скольжения

6. Установлено, что в зависимости от состояния поверхности покрытия пола (влажная, сухая, масляная), а также структуры покрытия (гладкая, рифлёная, тек-стурированная), показатели скользкости могут различаться: для полов из керамической плитки на 30%; для наливных полов на 25%; полов из линолеума на 50%

7. На основе результатов комплексных исследований установлены нормируемые значения статического и динамического коэффициентов трения, а также углов скольжения для конструкций полов с покрытием из керамической плитки, бетонных, наливных, из линолеума, из ламината и паркета для спортзалов для различных условий их эксплуатации и определена рациональная область их применения

8. По результатам проведенных работ разработан стандарт организации СО-003-02495342-2006 Полы «Методы оценки скользкости покрытий полов».

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Гликин С М, Чекулаев А Я, Струков С А Метод оценки скользкости покрытий полов // «Промышленное и гражданское строительство», 2006, №2, С 1415,

2 Гликин С М, Чекулаев А П, Струков С А Метод оценки скользкости покрытий полов за рубежом // Совершенствование архитектурно-строительных решений предприятий, зданий и сооружений Сборник научных трудов ОАО «ЦНИИ-ПРОМЗДАНИЙ», М, 2006, С 51-60,

3 Гликин С М, Чекулаев А П, Струков С. А Техническое обслуживание полов промышленных зданий // Техническая информация Новые материалы, конструкции оборудование и технологии в строительном комплексе города Москвы Выпуск 1 //ГУП НИИМОССТРОЙ, М, 2006, С 22-27,

4 Гликин С М, Чекулаев А П, Струков С А Методы оценки скользкости и безы-скровости покрытий полов // Техническая информация Новые материалы, конструкции, оборудование и технологии в строительном комплексе города Москвы Выпуск I //ГУП НИИМОССТРОЙ, М, 2006, С 28-33

5 Гликин С М, Чекулаев А П, Струков С А Осторожно скользкий пол' // «Строительство», 2008, №3, С 228