автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Ограждающие конструкции на основе бетонов и структурообразующих элементов

РГБ ОД

3 О КТ 1935 На правах рукописи

шишин

Аркадий Владимирович

ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ БЕТОНОВ И СТРУКТУРООБРАЗУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

05.23.01 — Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва — 1995

Работа выполнена в Государственном университете по землеустройству.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Лукьянов В. И., доктор технических наук, профессор Назаренко В. Г., доктор технических паук, профессор Селиванов Н. П.

Ведущая организация — МНИПТИ «Стройиндустрия».

Защита состоится « .17 . » СНЙ^.^р^ 1995 г. в « О.'3. » часов на заседании диссертационного совета Д 053.11.01 в Московском Государственном строительном университете по адресу: 113114, Москва, Шлюзовая наб., 8, МГСУ, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « .

Ученый секретарь диссертационного совета профессор

А. К. Фролов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.' РАБОТЫ

Актуальность работы. Техническая направленность реформы в строительной индустрии требует существенных изменений структуры строительных материалов и конструкций, используемых в сельском шлвдном и производственном строительство, и создания условий по развитию экономичной малоэтажной застройки с использованием новых видов композиционных материалов, изделий и конструкций.

Основным направлением в развитии ограждающих конструкций зданий и сооружений на современном этап© в нашей стране и за рубежом является создание энергосберегающих конструкций. Обеспечение необходимых теплофизячесхеих свойств ограждающих конструкций л повыаение'их теплотехнической надежности являются важными задачами, рациональное решение которых способствует не только обес-течении нормальных санитарно-гигиенических условий, но и снижению эксплуатационных расходов и экономии топливно-энергетических ре-!урсов.

Широко применяемые в сельском строительстве бетонные, в том теле и керакзитобетонные, ограждающие конструкции не в полной tape отвечают требуемым.в настоящее время теплозащитным качест-ам сельских зданий. Актуальной является задача разработки коы-озитов и огракдаодих конструкций на основе бетонов и эффективных еплоизоляционшх изделий, обеспечивающих повышение' эксплуатационное качеств жилых и сельскохозяйственных зданий.

. Цель и задачи работы. Основной целью работы является разра-этка композитов, иэделий.и огравдаадих конструкций с организо-. ншой структурой на основе бетонов и структурообразующих элеыен-)в из эффективных теплоизоляционных материалов, обеспечивавших ¡вышенные теплотехнические и эксплуатационные качества стеновых

ограждений сельских жилых и производственных зданий.

Работа выполнена по целевой программе О.Ц.ОЭ1 ГКНТ СССР и Госстроя СССР "Теория, производство и применение конгломератных (композиционных) строительных материалов" и входила в 1986-90 го ды в Межвузовскую научно-техническую программу Госагропрома .CCCI "Разработать и внедрить научно-обоснованные метода повышения качества сельскохозяйственного и водохозяйственного строительства' и в план НИОКР Нечерноземагропромстроя, в 1991 году в план рабоп Росагропромстроя P.S., выполняемых за счет целевого фонда развития науки и техники и в 1992 году в перечень проектно-йзыскател! ских работ в области градостроительства, архитектуры и строите® ства Госстоя PÖ.

Для выполнения поставленной цели необходимо была решить следующие задачи:

- обосновать и разработать теоретические принципы направле ного структурообразования композитов и конструкций на основе бе тонов и высокоэффективных теплоизоляционных материалов;

- разработать структурообразующие элементы с применением различных типов теплоизоляционных материалов и.технические реше ния изделий и огракдавдих конструкций с организованной структур на основе бетонов и структурообразующих элементов для сельских жилых и производственных зданий;

- исследовать зависимость прочностных показателей от параметров структуры и определить рациональные типы структур;.

- разработать инженерша способ расчета, провести теоретические и экспериментальные исследования работы слоистых огражд? щих конструкций с организованной структурой на различные года воздействий;

- провести теоретические и экспериментальные теплотехниче*

кие исследования огр&ждаэдих конструкций на основе батонов к структурообразующих элементов;

- определить опишальные параметры организованной структуры, рбеспечкЕаицие получение требуемых теплотехнических и прочностных свойств ограидавдгас конструкций;

- разработать технологию изготовления и освоить производство структурообразующих олеиентов из аффективных теплоизоляционных материалов и слоистых изделий и конструкций, сельских зданий на их основе;

- провести оценку технико-экономической эффективности ограждающих конструкций с пршенением структурообразующих ёлеыэнтов.

Научная новизна работы заключается:

- в обосновании направления и 'принципов создания и управления свойствами композитов и конструкций с организованной структурой на основе бетонов и эффективных теплоизоляционных матерка-лов, заключающихся в применении структурообразующих элементов из уоплоизоляциошшх материалов, обеспечивающих заданную наноструктуру бетонной матрицы;

-в разработке структурообразующих элементов, изделий и конструкций с их применением «а основа анализа бионических принципов струитурообразовання и комплексного учета предъявляемых к ограждающим конструкциям требований;

- в разработке инженерного способа расчета слоистых ограждающих конструкций с применением структурообразующих теплоизоляционных элементов на основе учета дискретности жестких связей между несущими бетонными, слоями на различные вида воздействий;

- ъ определении оптимальных параметров организованной структуры, обеспечивающих получение ограждающих конструкций с требуемыми прочностными и теплотехническими качествами;

- в разработка технологии изготовления ограждающих констру! циЯ с организованной структурой.

Практическое значение работы заключается в создании композитов и ограждающих конструкций ег организованной структурой на основе бетонов и структурообразующих элементов и технологии их изготовления, обеспечивающих повышение теплозащитных качеств эд! кий и технико-экономическую эффективность ограждающих конструкций.

Новизна технических решений структурообразующих элементов о применением различных видов эффективных теплоизоляционных материалов и бетонных конструкций на их основе защищена 9 авторот ми свидетельствами на изобретения.

Внедрение результатов работы выполнено на Бежецком комбина< те строительных конструкций объединения "Тверьагропроыстрой", и, Домостроительном комбинате ]Ь 2 объединения "Омскагропрсмстрои", в тресте "Мособлоргтехстрой" Главыособлстроя, на Краснокамском заводе ЙЕК Лгропрома Пермской,области, в ППСО "Златоустметал-^ургстрой", в управлении "Печоретрой", Экономический эффект от внедрения составил более I млн.руб. в ценах 1991г.

Результаты исследований. полученные в работе, использованы

- при составлении СФ БНИйСУ и ЩШО Минтранетроя СССР технических условий "Стеновые керакзитобетонные панели с теплоизоляционным слоем из заполненных еэтопластов для йилых зданий", 1985г.;

- при составлении Глаяаоеоблстроем "Рекомендаций по проект рованию и изготовлению 3-х евэйшх гипеокерамзитобетонных панел со средним слоем из анкона*» 1986г.;

- при разработке ВНИИТС Минтранетроя СССР "Руководства по I

готовлен™ ограждающих конструкций с эффективными утеплителями", 1986г.;

- при составлении МИИЗом и КБ по железобетону им. Якушева технических условий "Стеновые трехслойные железобетонные панели на основе структурообразующего заполнителя из полистирольного пенопласта для животноводческих зданий", 1989г.;

- при разработке институтом "Чуватгражданпроект" рабочих чертежей "Блок-секции со стенами из монолитного бетона типа "анкоы", 1990г.; >

- при разработке ШЙПКИстройиндустрией"Эксперименталыюй установки по производству рещэток ПСЗ", 1992г.;

- при составлении ЫИИЗом и ЦНИИЭПкилщца технических условий-"Наружные стеновые панели для ей лих .домов 121 серии с применением анкома", 1994г.

На защиту выносятся:

- теоретические положения по направленному структурообразо-ван/Щ композитов и ограждающих конструкций на основе бетонов и теплоизоляционных изделий;

- технические решения структурообразующих элементов с применением различных типов теплоизоляционных материалов, изделий

1 ограждающих конструкций на основе бетонов н структурообразующих элементов;

- инженерный способ расчета ограждающих конструкций на ос-шве бетонов и структурообразующих элементов на различные виды юздействий;

- результаты теплотехнических исследований ограждающих инструкций на основе бетонов и структурообразующих элементов [ оптимизации их параметров.

- а -

Апробация работы. Ооновные результаты исследований докладывались на Всесоюзных и зональных научно-технических конференциях и семинарах: (Владимир, 1932р.; Пенза, 1984, 1988, 1990, 19&1г.г.; Й.Новгсрод, 1993г.) на международных конференциях по кошозицяожаа материалам (Варна, НРБ, 1982г.; Вроцлав, Польша 1986г.), а да» на ежегодных научно-технических конференциях ГУЗа (Москга). Разработки по кошозициоршм моте^раалаа и Е2 npa.40Jisir.ra зкепонароьгишсъ на ВДДХ а «зроатешш: васхзвках» отмечались дипломами и ыедаляш.

Осиозтыэ полокеняя диссертации опубдшшкшы .а статьях, 9 азторсюк свидетельствах на изобретения и отражены э 8 прое® тно-норма'азвшйг документах.

Диссертация состоит из введения, ? глав, ойзк енеодоэ, библиографического списка и пржаеншнй и содерзнг ¿52 страниц шшшоикснсго текста, 26 чабляц, 78 рисунков.

адашшв ВАШШ

В совреиежюа теорла легкого бетона нашгился принцип це-ленапраэя&нпого езруэттрообразохання е цельэ ОЕТзвшзацгд свойс: иэдеиаЯ п яокеярзрщаЛ на его оеноге. Одашю организованная шк-роструетура легких бетонов на получки. доленого развития и при-ыенэшя, вида п свойства пористах заполнителей и традиционная технология ::£готовл5Кля бетошмх изделий и конструкций не позволяя« з позшй мера рзеичь гоирос направленного получения из-с ©аданш® качествами.

В дееефртздия, посвяггэшгой решению данной задачи, разра-Йотазм ЯФФдггдагеасхкэ осноет н практические^ методы направленного

структурообразования композитов, слоистых изделий и конструкций с применением различных видов бетонов м структурообразующих элементов из эффективных теплоизоляционных материалов с учетом функционального назначения, прочностных, теплотехнических и технологических требований и технико-о.иономичаской эффективности применения.

Разработка композитов и конструкций с направленной макроструктурой базируется на физико-механических основах формирования структуры бетонов, развитых в работах Ю.М.Баженова, Г.И.Горчакова, И.М.Грушко, В.Б.Ратинова, И.М.Бунина, В.И.Соло-матова, И.Е.Путляева, И.А.Рыбьева, А.В.Нехоротева и др. и на бионических принципах конструирования, исследованных в работах Ю.С.Лебедева, А.И.Лазарсва, А.М.Вартаняна, В.Г.Темнова. В известных теоретических моделях макроструктур бетонов с упо* рядоченным .расположением идеализированных шаров-заполнителей или пустот в объеме за основу принималась геометрическая модель расположения элементов в кристаллических материалах.

Перспективным направлением, находящимся и настоящее время в стадии интенсивного развития, является проектирования структур композиционных материалов и конструктивных систем на основе бионических принципов. Структурность конструктивных систем швого и растительного мира отражает всеобщий принцип структур-юсти материального мира. Транстропногполигональные структуры ¡сивых организмов и растений, базирующиеся на сочетании принципов 1готной упаковки стандартных элементов (кубических, теураэдричных, гексагональных и т.д.) и гетерогенного размещения материала, по-

зволяют одновременно получить рациональную компоновку структурных элементов и создать оптимальные по массе конструкции, облад ющие высокими прочностными, жесткостными, теплофизическими и ак; стическими свойствами.

На основе анализа бионических принципов при научной консул: тации заслуженного деятеля науки и техники профессора А.В.Нехор' шева автором разработаны принципы направленного структурообразо' вания композита - анкома и ограждающих конструкций с применение! бетонов и высокоэффективных теплоизоляционных материалов, з.акл! чающиеся в следующем.

В качестве структурообразующих элементов используются эффез тивнш теплоизоляционные изделия. Структурообразующие теплоизоляционные элементы имеют соответствующие принятой структуре композита размеры и формы, т.е. обладают новым качеством по сравнению с выпускаемыми в настоящее время изделиями. Составляющие эл< 'менты имеют шаровидную, цилиндрическую или призматическую форму в виде прямоугольных, треугольных или.шестиугольных призм и образуют структурообразующую решетку, названную объемным структур« образующим заполнителем - ОСЗ.

Несущий каркас композиционного материала и конструкции в цс " лом выполняется из бетонной матрицы. Структура композита и изделия долкна соответствовать и обеспечивать органичное единство мг териала с функциями ограадакмрй конструкции. Ориентировка и форма стержней в матричной структуре соответствует напряженно-дефо]: мированному состоянию конструкции, стержни и узлы могут образовь вать кубическую, гексагональную или другую решетку.

Структурообразующие элементы из высокоэффективных теплоизо-лиционнмх материалов имеют защитные бетонные слои, которые одновременно являются составными элементами матричного каркаса и не-

-II-

сущими слоями изделий и конструкций.

Структура композита и технология его изготовления основаны . на использовании пластических свойств бетонной смеси, ее способности заполнять объемы сложной конфигурации. Изготовление композита с организационной макроструктурой на основе бетона и структурообразующих элементов выполняется одновременно с изготовлением слоистых изделий и конструкций в едином технологическом процессе.

При формовании изделий и конструкций матричный материал, в качестве которого используется песчано-цементный раствор, тяже- . лый или легкий бетон, заполняет отверстия и каналы структурообразующего заполнителя и после твердения образует матричную каркасную структуру.

В зависимости от типа применяемого теплоизоляционного материала, назначения и технологии изготовления автором осуществлено моделирование основных вариантов конструктивного решения структурообразующего заполнителя на основе тетрагональной и гексагональной упаковки. Разработанные варианты ОСЗ предусматривают использовапе как решеток из полнотелых элементов различной формы: шаровидной, цилин,прической, призматической, так и перфорированный плит с отверстиями и соединительными или перекрестными каналами и пустотелых элементов. Разработки объемного структурообразующего заполнителя защищены авторскими свидетельствами на изобретения № 885188, № 1350288, № 1565988, № 1608312, № 1730391.

Структурообразующий заполнитель мокет располагаться в изделии или конструкции в несколько слоев или только в один слой, а бетонная слоисто- каркасная матрица может быть многослойной,двухслойной или состоять из однослойной плоской решетки ( рис.1).

Рис. I.

Основные типы структурообразующего заполнителя и принципиальная структура бетонных конструкций с одним или несколькими слоями ОСЗ

При расположении структурообразующих заполнителей по толщи-

ню конструкции э «еоколько слоев применяются следующие вида их

.упаковок: плотная .упаковка и слоистая упаковка, т.е. с чередова-

о

шем слоев матричного материала и структурообразующих элементов. В первом варианте бетонная матрица представляет собой пространственный стержневой каркас, но втором - слоисто-стержневую систему.

В зависимости от размеров составляющих структурных элементов матрицы композиты на -основе бетонов и ОСЗ подразделяются на две группы. К первой группе относятся композиты с мелкоразмерными структурными элемента!»!, они представляют собой статистические системы, названные анкомом - анизотропным композиционным материалом. Анизотропия свойств обеспечивается расположением й формой структурных элементов. К другой группе относятся композиты, размеры составляющих структурных элементов которых соизмеримы с размерами изделий и конструкций, они образуют композитные конструкции, изучение их свойств ведется методом строительной физики и механики.

Конструкции на основе бетонов и структурообразующих элеме-тов представляют собой управляемую детермированную систему. Управляемыми геометрическими параметрами структурообразующих элементов являются:

- размеры и форма составляющих структурных элементов}

- размеры и шаг расположения сквозных отверстий в структурообразующих элементах',

- объемное содержание и расположение структурообразующих элементов в конструкции;

- перфорированность, определяемая отношением суммарной площади сечения сквозных отверстий к общей площади струк-турообразущщих элементов.

На рис. 2 приведена принципиальная схема состава композитов , видов изделий и конструкций и методы их изготовления.

Для оценки конструктивного качества анкома и выявления зал

висимости его прочности от параметров структуры, а таюйе от прочности заполнителя и матрицы изготовлялись и ислытавалясь на сжатие стандартные кубики, в которых в качестве заполнителя применялся керамзитовый гравий различных производств и гранулы' пе-нополистирола монофракции 20 мм, расположенные по "кубической примитивной" плотной упаковке. Варьировались прочность заполнителя и прочность цементно-песчаной матрицы. Было изготовлено и испытано 20 серий образцов.

Результаты испытаний образцов на сжатие показали, что при снижении прочности матричной части наблюдается интенсивное снижение прочности композита и интенсивность снижения тем больше, чем вше прочность заполнителя. Анализ прочноггл а5тока от прочности заполнителя при различной'прочности матричной части выявил линейный характер зависимости прочности композита от прочности заполнителя, яри прочности ?.?атрицы менее 12 МПа влияние прочности заполнителя не существенно. При практически равных значениях средней плотности и объемной концентрации заполнителя, равной 0,524, прочность анкома с упорядоченной макроструктурой на 32$ выше прочности керамзитсбетонэ а беепорядочонным расположением гранул.

Разрушение образцов композита е упорядоченной структурой происходило по сечениям с минимальной площадью матричной части, что соответствует теоретическим расчетам по Гладывэву Б.В.

С целью исследования вляиния структуры композита на его прочность при сжатии были также изготовлены и испытаны четыре

«

Изделия и конструкции на основе бетонов и структурообразующих элементов

Рис. 2. Состав композитов, виды изделий и конструкций на основе бетонов и структурообразующих элементов и методы их изготовления. •

серии Образцов, в которых использовался, структурообразующий- заполнитель в виде решетки из прямолинейных стержней! № перфорированных плиток из пенополистирола.

Сравнение прочности образцов композит на основ» ЕСЗ в- виде решеток из стержней и перфорированных плиток показало,, что-, при одинаковой концентрации- заполнителя,, равной 0,.52-0^,53',, прочность композита при слоистом! строении матрицы на 15$ выше его. прочности при решетчатой? матрице, из стержней и на 29$ выше прочности композита, на. основе- 063' в- виде решетки из шаров, что находилось в- соответствии- с площадью поперечного сечения матричного каркаса, образцов.Расхождение теоретических и экспериментальных значений прочности композита не превышало 17$..

При разработке методики испытаний на срез была поставлена, цель создания в специально разработанных слоистых образцах на*-гщкяенного состояния, соответствующего: работе среднего слоя; в* трехслойных панелях.Структурообразующий- заполнитель в- образцах выполнялся в виде решеток из- шаровидных элементов, в виде плит, иэ пенопласта-с каналами, расположенными с двух сторон во взаимно перпендикулярном направлении-и перфорированных плит с'прямоугольными. отверстиями. Были изготовлены и испытаны пять серий образцов*. Суммарная площадь поперечного ■ сечения дискретных связей в каждой серии принималась, постоянной^. Во всех образцах несущие слои и дискретные свяэ№ даполютлись.из. керамзитобетона.

Экспериментальные испыташю-. показаличто несущая способность образцов при сдвиге•определяется из двух условий: из условия среза и из условия-иоги^а»дискретных бетонных связей между несущими бетонными слоям;»-..

Образцы на основе структурообразующего заполнителя в.виде-

решеток из шаровидных элементов и плит с перекрестными каналами по сравнении с образцами на основа перфорированных плит ОСЗ при равном количестве связей и размерах их поперечного сечения обладает большей яесущой способностью на срез, определяемой более рациональной формой бетонных связей. Армирование бетонных связей позволяет повысить их нзеущую способность на срез более чем в 2 рааа по сравнении с несущей способностью неармированных шпонок. Наличие структурообразующего заполнителя малой жесткости из полистирольного пенопласта не оказывает заметного влияния на работу жестких бетонных связей при работе конструкции на сдвиг.

В теплотехническом отношении слоистые ограждающие конструкции на осново бетонов и структурообразующих элементов из эффективных теплоизоляционных материалов представляют собой многослойную систему с теплопроводными включениями в теплоизоляционных слоях. Сопротивление теплопередаче указанных ограждений зависит в частности, от вида, количества и расположения теплопроводных включений.

Процессы тепло- влагопередачи в неоднородных по структуре ограждающих конструкциях исследованы в работах К.й.Фокина, С.В.Александровского, В.И.Лукьянова, И;Н.Бутовского и др.ученых. Теоретические исследования температурных полей и сопротивления теплопередач ограждающих конструкций на основе бетонов и структурообразующих элементов проводились на осново решения на ЭВМ разностной краевой задачи топлопереноса по программе расчета трехмерных стационарных полей.

При теплотехническом исследовании конструкций с регулярной структурой выбирался трехмерный в отношении распределения темпе-затур структурный элемент объема конструкции наследуемый объем

-Шг

расчленялся на элементарные параллелепипеды плоскостями параллельными координатным плоскостям и совпадавшими с границами участков с различными теплопроводностями, т.е. неоднородная ко» рукция заменялась однородными элементами. При решении задачи теплотехнического расчета на наружных и внутренних поверхностях ограждений задавались граничные условия третьего рода.

На внешней стороне ограждения для всех вариантов конструкций задавались температура Ьй = - 32°, на внутренней стороне соответственно -4 а. = 18°С. Для матрицы применялся тяжелый бетон мелкозернистый пескобегон и керамзитобетон, материалом структу-рообразуачцк элементов служил полиотирольный пенопласт марки ПСБ-С,.

Пди) теоретических исследованиях ограждений варьировались ВДОТИФбетонного слоя со стороны положительных температур, тяадша; И; перфорированность структурообразующих элементов, при дазмере сквозных отверстий в структурообразующих,.¡элементах 5x5

Теплотехническая эффективность слоистых ограждений' на оснс ве структурообразующих элементам оценивалась отношением величин их, приведенного сопротивления теплопередаче к аналогичной величина для ограждения со Ьплошным<средним слоем и соотношением тдодздатщ!на внутренней поверхности-, ограждения.

Результаты'теоретических расчетов- показали, что при равны: толщинах слоев ограждений с приканеунгл;» трех типов структурообразующих элементов: перфорирокншря- плита-,. решетка- плита с пе> рекрестными каналами и решетка-, из--шаровидных элементов, наибол: шеи теплотехнической эффективностью обладает ограждение на оси ве перфорированных плит, коэффициент теплотехнической эффектов ности которого составил 0,77. В композитных ограждениях

- ю-

с применением плиты с перекрестными каналами наличие несквозных теплопроводных включений в виде бетонных ребер на половину толщины утеплителя снижает на 8$ величину сопротивления теплопередаче и соответственно эффективность, ограждения по сравнению с ограждением на основе перфорированных плит. Армирование бетонных шпонок, соединяющих внешние бетонные слои ограждений стальным стершем 0 6мм, повышает их теплопроводность на 6-4%.

В трехслойных ограждениях с применением перфорированных плит минимальная температура на внутренней поверхности находит- • Ся в зоне теплопроводного включения - бетонной шпонки, расчетная температура та йзуз$?ешей поьерхно'с'ги оРратдения состаьйй'а Г3»2° С, а йакст.таяъная температура на внутренней поверхности fto f-sa-ди ограждения равнялась 15,5°С, температурный перепад не превышал 2,3°С. 1Сак Показал расчет армирование бетонной шпонки стальным стержнем 0 6мм усиливает теплопроводящиэ свойства шпонки и вызывает снижение минимальной температуры до 10,9°С или на 2,3° С но сравнению с неармированной шпонкой.

При увеличении толщины внутреннего бетонного сл-оя из мелкозернистого бетона до 150мм, значение минимальной тейпёратуры На внутренней поверхности огравдений повысилась до 14,9ЙС» £»е» tía 1,4°С, при этом максимальная температура на внутренней поверхности ограждения равнялась I5,6°C и увеличилась на 0kIDC, пере' под температур на поверхности ограждения составил всего 0,7°С.

На теплотехнические свойства ограждений бояыаоё влияние оказывает плотность расположения теплопроводных включений. В ot1-раждениях с применением решеток из шаровидных элементов» минимальное значение температуры на внутренней поверхности ограждения при тех ке температурных условиях снизилась до 7,8°С, но при этом перепад температуры на внутренней поверхности не превышал

0,6°С, что объясняется взаимным влиянием и накладкой температурных полей при близком расположении теплопроводных включений и говорит о. термической однородности конструкции.

При двухслойном, расположении перфорированных плит с размещением отверстий в соседних слоях вразбежку при суммарной толщине перфорированных плит,, равной 100мм и суммарной толщине бетонных слоев - 100мм приведенное сопротивление теплопередаче- ограждения повысилось до 1,94 м*%°С/Вг или на 10% выше по сравнению с однослойным расположением перфорированных плит; коэффициент теплотехнической эффективности составил 0,87.

Величина минимальной температуры на внутренней поверхности ограждения равнялась 14,6°С, т.е. на 1,4°С выше, чем при однослойном расположении перфорированной плиты, при этом перепад температуры на внутренней поверхности ограждения уменьшился с 2,3°С до 0,8°С по сравнению с тем же вариантом. Таким образом-,, ограждение при двухслойном, расположении перфорированных плит-характеризуется большей термической однородностью.

С учечвдм) аЗссиеченил экономически целесообразного сопротивления теплешгдвдаче ограждающей конструкции, соответствующего наименьшей* зэяияине приведенных затрат, следздея обеспечить термическое- сопротивление среднего слоя не ниже- Г,.7 м^«°С/Вт,. что возмогло при- коэффициенте его теплотехнической' зффективности-равном- 0,56. Данная величина коэффициента теплотезиической эффективности- обеспечивается при коэффициенте перфорации структуро-осщазршх; элементов не выше 2% при матрице из тяжелого бетона-»

при» матрице- из песиобетона и 8% при матрице из* керамэитобетона.

Целью экспериментальных исследований являлось- определение

фактических значений сопротивления теплопередаче ограждений на основе структурообразующих элементов, коэффициента их реальной теплотехнической эффективности, а также исследования температурного поля на внутренней поверхности и по толщине ограждений.

Теплотехнические испытания проводились на фрагментах стеновых ограждений в лаборатории теплофиэических исследований Северного филиала ВНШСТ, ЦНИИЭПсельстроя и в ВДИстроЙфизики.

Испытания фрагментов проводились в соответствии с ГОСТ 26254-84' "Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций". Было изготовлено и испытано в общей сложности 18 фрагментов размером 1,2x1,2 м и 1x1 м толщиной 200, 250 и 300 мм..Четыре фрагмента (ПСЗ-1, ПСЗ-2, ПСЗ-З, ПСЗ-4) изготовлены с применением структурообразующих элементов в видо перфорированных плит. В еле,дующих трех фрагментах (ПСЗ-5, ПСЗ-б ПСЗ-7) в среднем слс^е в качестве структурообразующего элемента использована решетка в виде плиты с перекрестными каналами шириной 5 см. фрагменты состояли иэ наружного бетонного слоя толщиной 50мм, среднего слоя на.основе 0СЗ из пенопласта толщиной 100мм (для ПСЗ-4 - 150мм) и внутреннего бетонного слоя толщиной 50 мм для ПСЗ- 1,5,6; 100 мм для ПСЗ-2,4 и 150 мм для ПСЗ-3,7. Структурообразующий элемент в первой фрагменте - ПСЗ-1 выполнен из наполненных сотопластов. фрагмент ПСЗ-8 выполнен с применением структурообразующего элемента в виде решетки из пенопластовых шаровидных элементов 6 100мм и состоял из внешних бетонных слоев толщиной.40мм каждый, среднего слоя из ПСЗ при общей толщине фрагмента равной 180 мм. В последнем фрагменте ПСЗ-9 структурообразующие элементы выполнялись из двух слоев перфорированных плит, расположенных с разбежкой отверстий ¿60мм

в смежных слоях; фрагмент изготовлен из мелкозернистого бетона и состоял из наружного бетонного слоя толщиной 30мм, из двух слоев ОСЗ толщиной по 50 мм, промежуточного слоя толщиной 30мм и внутреннего бетонного слоя толщиной 40 мм. Отверстия в перфорированных плитах располагались с шагом 400мм.

Основные теплотехнические характеристики исследуемых фраг ментов, полученные по расчетным и экспериментальным значениям, приведены в таблице I. Для сопоставления в табл. I приведены также данные ддя трехслойной панели на гибких связях - ПГС а ребристой панели ПР при равных толщинах внешних -бетонных слоев и утеплителя (ЬО+ЮО+ЮО") мм.

Экспериментально подтверждена термическая однородность ограждений с применением решеток из шаровидных элементов при их невысокой теплотехнической эффективности. Двухслойное расположение перфорированных плит позволяет увеличить приведенное сопротивление теплопередаче ограждения да по сравнению с сопротивлением ограждения при однослойном расположении плит равне толщины и повысить термическую однородность ограждения.

Увеличение толщины внутреннего бетонного слоя ограждения с 50мм (ПСЗ-1) до 100мм (ПСЗ-2) и до 150мм (ПСЗ-З) при прочих равных параметрах согласно расчетным и экспериментальным данным существенно повышает температуру на внутренней поверхности ограждений в местах расположения шпонок.

В процессе теплотехнических испытаний фрагментов исследовалось влажностное состояние материалов по толщине конструкции. Общим для всех образцов являемся значительное увеличение влажности на границе контакта теплоизоляционного и наружного бетонного слоев и снижение влажности при увеличении плотности бетона

Теплотехнические карактеристики фрагментов по результатам'испытаний в климатической камере (в числителе) и по результатам расчета на ЭШ (в знаменателе)

I' Значения температур . °с ¡Приведенное соггротивле-'Коэффициент эффек-

Марка ! - фрагмента | и 1 1 ' Л ' ! и» ! Г ! Т • и« mc.fi !ние теплопередаче I °с/вт; ! ТИВНОСТИ пр ■ у = ----1 р

ПСЗ-Г 18,0 -48 9,9/9,3 1,24/1,18 0,74/0,77

ПСЗ-2 17,8 -27,5 14,2/13,7 1,72/1,66 0,77/0,74

ПСЗ-З 18,1 -24,6 14,5/14,9 1,76/1,99 0,75/0,88

ПСЗ-4 17,3 -26,4 _ 13,3/14,2 3,12/2,7 0,94/0,83-

ПСЗ-5 18,1 -27,6 11,1/11,9 1,40/1,57 0,62/0,69

ПСЗ-б 17,9 -27,4 10,5/10,0 1,33/1,47 0,59/0,65

ПСЗ-7 17,9 -24,6 14,7/14,5 1,84/1,76 0,77/0,73

ПСЗ-8' 20,2 -26,5 10,3/ 7,8 0,80/0,53 0,35/0,23

ПСЗ-9 •19,4 -26,2 14,4/14 ,'6 1,81/1,98" 0,79/0,87

ПР 18,6 -48 5,6/ 5,2 0,97/0,85 0,62/0,56

ПГС 17,8 -27,5 14,1/13,8 1,87/1,94 0,84/0,87

и толщины внутреннего бетонного слоя.

Экспериментально-теоретическим исследованиям напряженно-деформированного состояния и трещиностойкости железобетонных стеноЕых панелей посвящены работы многих ученых": В.К.Байкова А.А.Гагариной, В.Г.Казаренно, Л.Л.Паньшина, М.Е.Соколова, В.Г Димблера, Ю.В.Чиненкова и других.

Трехслойные бетонные навесные и несущие стеновые панели сельских килых и производственных зданий с конструктивным арм рованием относятся к бетонным ограждающим конструкциям, но до пускающим образования трещин в растянутой зоне, расист гсоторы проводится в упругой стадии напряженно-деформированного состо нил. Учет влияния усадки и ползучести бетона в таких конструк циях возможно производить с определением жесткости элементов начальный и конечный момент времени.

Слоистые стеновые панели и конструкций на основе бетонов и структурообразующих элементов,- состоящие из внешних подкреп ленных ребрами или плоских бетонных слоев, дискретно соединен ных между собой,-под действием внешних нагрузок и температуря влааиостннх воздействий работают как составные пластанки с уп ругоподатливкми дискретными связями.

Теория расчета составных пластинок и стержней разработан в трудах А.Р.Вханицына, А.5.Смирнова, А.В.Александрова, Р.А.Л чуыова, А.Р.Хоиумопа, ВЛ.ЗабороЕа, Й.В.Быхобского, Г.И.Шапи| и др. Пластинки и стерши с дискретныш равномерно распрзделе ними связями, имеющими одинаковую кесткость, рассматриваются как составные конструкции с континуальными связями.

Одной ио основных задач при расчете слоистых пластинок с дискретными связями нег-ду внешними слоями является исследован

работы слоев на сдвигающие усилия, действующие в дискретных связях и вызывающие неравномерный изгиб внешних слоев. Л.В.Александровы!.! была рассмотрена работа слоистых пластинок с дискретными связями с учетом неравномерного изгиба внешних слоев под действием сдвигающих усилий, при отом предполагалось, что углы поворота участков внешних слоев между' дискретными связями по' ширине пластинки остаются постоянными.

Автором определено теоретическое значение жесткости при сдвиге слоистой пластинки с дискретными связями с учетом изменения угла поворота участков внешних слоов мэвд дискретными связями и вычислены значения коэффициента приведенной ширины внешних слоев |(П1» в зависимости от значения безразмерных параметров и = а / с/ и т - // 4 , где а , $ - шаг рас-, положения дискретных связей соответственно в направлении действия сдвигающих сил и перпендикулярно в ному, Л - ширина дискретной связи.

Для оценки теоретических значений коэффициентов приведения были испытаны четыре серии образцов с ортотропной и треугольной соткой расположения дискретных связей при различных' значениях П , в каждой ссрш образцов изменялся шаг расположения дискретных связей по ширине образцов - м . Шосткость при сдвиго образцов оценивалась по сравнении с жесткостью образца со сплошными поперечными ребрами, т.е. при СО = 0, Отмечалось хорошее совпадение экспериментальных и теоретических значений коэффициентов приведения, определенных с учотом изменения угла поворота участков внешних слоов, разница между ними не превышала 16$ и значительные расхождения значении, определенных без учета угла поворота участков.

Стеновые навесные и несущие панели работают под действием

эксплуатационных нагрузок соответственно на поперечный изгиб и внецентренное сжатие. При исследовании работы составных пластинок с дискретными связями на поперечный изгиб и внецентренное сжатие автором использован метод конечных элементе», за которые приняты отдельные контурные элементы пластинок, шшчавдиэ дискретные .связи и внешние слои, заключенные мекду ними. За неизвестные усилия приняты продольные силы во внешних.слоях пластинки в пределах каждого элемента, через которые выражены сдвигающие усилия в дискретных' связях 7| = //; - Л';-! , приложенные в сечениях с нулевым моментом» Расчетная схема составной пластинки приведена на рис. 3 .. На основе решения системы линейных уравнений на ЭВМ определены продольные силы /V; и сдвигающие силы в составных пластинках с различным количеством, контурных элементов в зависимости от значений безразмерных параметров к"м и , характеризующих продольную и изгибную податли-

Рис. 3 . Расчетная схема составной панели.

ч *

, * м, ,, Г<М*д)

3« МсО.^Г ' ^ ^ глш^) '

где , I/, » ^с ~ соответственно площади и моменты инерции поперечных сечений внутреннего и наружного слоев и дискретных связей контурных элементов; ^ ^

при С/Л »^-Ьйг^ ^тг'-

На рис. 4 представлены графики зависимости максимальных сдвигающих сил ® дискретных связяхколичества контурных элементов хццг -рашшчных значениях параметра = 0; I; 4; 10; 20; 50 и пру ^ *0. Как можно видеть из данных графиков величина'сдвигающих сил снижается при увеличении количества дискрет-Пых. связей, но это снижение затухает по мере увеличения параметра км , т.е. уменьшения жесткости дискретных связей, и при уве-г личении количества контурных элементов.

На графиках рис, 5 представлена зависимость ьел1. -ины максимальных продольных сил Мм<г1, действующих во внешних слоях при поперечном изгибе составных панелей в зависимости от количества •контурных элементов при различных значениях параметров и

•при К^С; 0,5*Рассматриваемке графики выявляют существенное влияние на величину продольных сил параметра Км в зависимости от количества контурных связей» уменьшении жесткости составных панелей и соответствующем увеличении величины параметра Кл и К« происходит снижение величины продольных сил А/ , при увеличении количества контурных элементов продольные силы возрастают и стремятся к предельной величине N. , соответствующей значению параметра К* <=0.

а . о 8 II) 21> ' ¡0 ы до "й

Количество контуров Рис. 4 . Графики зависимости максимальных сдвигающих сил в дискретных связях от количества и жесткости дискретных связей.

1,- Ъ

''ща?! 2И (Х^Г

¡,11

'М 0,1 0,6 Й4"

О

17.3 Лг

««"'СП

/ К>1г 4 - ""

Г-

//¡'X

/7/

лТ*!.-

Ат/

|.л

6 0 (О

го

Количество контуров Рис. 5 . Графики зависимости максимальных продольных сил от количества контуров и величины параметров ^ и ¿О .

Как показали проведение исследования при бесконечней жесткости составных панелей на сдвиг (К„,=0) максимальные сдвигающие усилия приходятся на второй от торцов панелей ряд дискретных связей» при снижении жесткости панелей на сдвиг сдвигающие усилил перераспределяются с возрастанием относительной величины сдвигающих сил в- крайних и промежуточных рядах связей по сравнению со вторым рядом с последующим появлением максимальной относительной величины сдвигающих сил в первом ряду дискретных связей.

>

В несущих стеновых'бетонных панелях на основе структурообразующих элементов вертикальная нагрузка На, приложена с эгаден-триситетом (.' только к внутреннему бетонному слою, работа наружного бетонного слоя в системе панели под нагрузкой обеспечивается наличием1 Еестких дискретных связей между внешними слоями панели»

При расчете стеновых панелей под' действием внецентренно сжимающей нагрузки количество контуров в панелях принималось равным 4,6,8,10^20,40, а значения параметров -К*= 0; I;4; 10; 20; 50; к« = 0;: 0,5;. 1,0;. 2; 3; 4; 5. Как показали проведенные расчеты,, зависимость максимальных значений продольных сил /Уц)« »действующих- в. ненагруженном слое панели^от количества и жесткости дискрегашк связей аналогичны зависимости продольных сил N при поперечном изгибе.

Исследования- зависимости сдвигающих усилий в дискретных связях Т от количества и жесткости на изгиб дис!сретных связей показали, что при снижении жесткости на изгиб дискретных связей и соответствующем увеличении параметра к"и происходит интенсивное снижение сдвигающих сил, которое носит затухающий характер

- ;30 -

при км>20. На шетчщу сдвигающих сил при внецентренном сжатии количество дискретных связей оказывает значительно меньшее влияние чем яри поперечном изгибе составных панелей.

Максимальные сдвигающие усилия при внецентренном сжатии действуют в первом от торцов панелей ряду дискретных связей. Бри снижении жесткости на изгиб дискретных связей сдвигающие усилия в-промежуточных связях возрастают; при большой жесткости на изгиб дискретных связях (Кк* 0) сдвигающие усилия воспринима ются-крайними связями, в промежуточных связях сдвигающие силы отсутствуют. /'

Как показали исследования, расчет составной панели на тем-пературно-влажноетнда воздействия аналогичен расчету на внецент ренное сжатие. Снижение усилий от гегятературно-влажносгного воз действия отмечается при уменьшении.изгибной жесткости и количества дискретных связей и уменьшения толщины наружного бетонного слоя. -

Оптимальное количество дискретных связей определялось из условия равенства несущей способности конструкций по образована трещин во внешних бетонных слоях и срезу дискретных бетонных .связей и составило при поперечном изгибе от 16 до 22 и при внецентренном сжатии от 4 до 6 контуров.

Экспериментальные исследования трещиностойкости и деформа-тивности слоистых конструкций с применением структурообразующие элементов проводили .> на стеновых навесных панелях, работающих на поперечный изгиб, и стеновых несущих панелях, работающих на внецентренное сжатие.

Как показали результаты испытаний панелей экспериментальш значения моментов трещинообразования оказались выще теоретических значений на 7-10$ для панелей на гибких связях и до 30$ ди

панелей с жесткими- безданными» связями на основе ПСЗ при поперечном ивгибе панелей; и; но- превышали, 12% при внецентренном сжатии, в то время как разница экспериментальных и теоретических значений, найденных при условии'раздельной работы слоев, т.е. без учета работы дискретных связей', при поперечном изгибе достигала 78% для панелей' с: пнбяими. связями и 307$ для панелей с жесткими связями!.. Таким; образому экспериментальные исследования подтвердили' предложенный способ расчета слоистых панелей с дискретными! связями! с- учат» упруго-пластической работы бетонных слоев № связей;.

Наешат; диенрв-эша; связи слоистых панелей с одной стороны Лволишваюв- нагибную- жесткость панелей за счет совместной работы слоев,, с другой: стороны' при внецентреняом сжатии внутронне-1Ю- бетонного слоя несущих стеновых панелей приводят за счет активного включения в работу наружного слоя к снижению величины нагрузки, вызывающей образование трещин в наружном слое, что ограничивает область их применения малоэтажным строительством.

Опытно-промышленноо изготовление структурообразующих элементов с использованием различных теплоизоляционных материалов подтвердило возможность их производства на действующих техноло-ппчоских-установках по производству плитных утеплителей.

В>эй'аиш;мастн: от вида используема теплоизоляционных мате-¡ршлоп! и' типа; структурообразующих элементов' с учетом особенностей- техиояошадскай" линии по изготовлению теплоизоляционных изделий приыегшгЕшя! или дополнительная оснастка на стадии формования изделия- шгг;> дополнительная технологическая операция.

Оба способа прошли проверку в опытно-промышленном производство плит и решеток на ряде комбинатов и заводов Главмособлстроя, Росагропромстроя, Минтрансстроя и ПЛСО "Златоустметаллургстрой".

По заданию Всероссийского объединения "Росагропромстрой* под руководством автора и при участии института "Гипрониисеяь-строй" разработаны конструктивное решение и технология изготовления навесных трехслойных керамзигобетонных панелей со средним слоем на основе структурообразующих элементов из перфорированные плит для сельскохозяйственных зданий. Опытная партия трехслойных панелей с применением ОСЗ из пенопласта для экспериментального строительства изготовлена н" заводе ЖБИ № 3 объединения "Омск-агропромстрой". Аналогичной конструкции стеновые трехслойные па-нвли изготовлены для экспериментального строительства на Красно-камском заводе 5КБИ объединения Пермьагропромстрой", а с применением тяжелого бетона на Бежецком комбинате строительных конструкций Тверской области.

На основе опытного производства и применения в экспериментальном, строительстве разработаны и утверждены в системе "Росаг-ропромстрой" технические условия на стеновые панели с применением структурообразующих элементов ТУ 10 РСФСР 13.36 01-91, позволяющие приступить к широкому применению разработанных стеновых панелей в сельскохозяйственных зданиях.

Совместно с Северным филиалом ВНИИСТа и ЦНШПжилшца разработаны навесные трехслойные керамзитобетонные панели для объемно-блочного домостроения на основе структурообразующих элементов из плитного сотопласта.

На основе результатов изготовления и применения экспериментальной партии стеновых панелей с использованием структурообразующих элементов из наполненных сотопластов на заводе ОВД "Печор-строя" разработаны с участием автора и утверждены Министерством транспортного строительства ведомственные технические условия

"Стеновые керамэитобетонные панели с теплоизоляционным слоем из наполненных сотопластов для жилых зданий" и "Руководство по изготовлению ограждающих конструкций с эффективными утеплителями".

По заданна объединения "Омскагропромотрой" под руководством автора и при участии КБ по железобетону им. А.Л.Якушева проведена разработка варианта стеновых трехслойных керамзитобетонных панелей 135 серии с применением, стщ^нщюобразующих элементов из пенопласта для- экспериментального; строительства жилых домов усадебного типа в Омской области^, изготовление панелей для экспери-юнтального строительства освоено на Омском ДСК-2.

Для транспортабельных блоков инженерного оборудования размотаны облегченные стеновые панели, состоящие из двух слоев труктурообразующих элементов из пенопласта толщиной 50мм каждый, асполокенных со смещением сквозных отверстий в слоях, и трех леев из мелкозернистого бетона суммарной толщиной 100мм. Опытам партия панелей для экспериментальных блоков изготовлена на роговодственной базе "Мособлоргтехстроя".

Учитывая актуальность и перспективность применения структу-юбразувдих элементов в монолитном домостроении НПСО "Монолит" ¡и> участии автора разработаны "Технические решения элементов и лов трехслойных наружных стен с аффективными утеплителем и жест-ми дискретными связями для сборно-монолитных жилых домов" и на основе проектным институтом "Чебоксаргражданпроект" разработа-рабочио чертежи экспериментальных зданий для Челябинской об-:ги. На разработанную конструкцию монолитной стены с применени-структурообразующих элементов получены авторские свидетельства изобретения : № 1731914, № 1733592, № 1749406.

При возведении монолитных стен в вертикальной опалубке ис-

пользовались термоармопакеты - ТАПы на основе структурообразующих элементов. В настоящее время на комбинате строительных материалов и конструкций ППСО "Златоустметалдургсгрой" организован участок по изготовлению ТАПов. Экспериментальное строительство в г.Златоусте ведет ППСО "Златоустыеталлургстрой".

ППСО "Златоустметаллургстрой" при участии автора ^азработа ны конструктивные решения и технология скоростного возведения зданий и сооружений - "Гитор"; В технологии "Гитор" используется ТАПы на основе структурообразующих элементов и быстротверде-ющее водостойкое гипсоцементное вяжущее, наносимое способом то£ ретирования. Технология "Гитор" прошла производственную проверь при возведении экспериментальных зданий в г.Златоусте: гаража I 1990г., торговых рядов в 1991г., крестильни в 1992г., выставочного зала и загородного дома в 1994г., в настоящее время ведется подготовка к строительству пяти коттеджей, гостиницы и других малоэтажных объектов.Экспериментальное строительство показ; ло высокую эффективность технологии "Гитор", позволяющей возво дить здания разнообразного объемно-планировочного и архитектур ного решения.

Автором разработаны трехслмше мелкоштучные и крупноразме ныв бетонные блоки для наружных стен с использованием структур образующих элементов в виде решеток, плих с двусторонним распо ложением каналов и пустотелых элементов.

С целью повышения эксплуатационных качеств ограждающих кс струкций, снижения материалоемкости и энергозатрат на стадии \ производства лровед&ны исследования по использованию в матричг материале гипсовых вяжущих и отходов промышленного производст] отработанных формовочных земель (ОФЗ), металлургических шлако!

В целях подготовки к промышленному производству Краснодарским институтом БНИПКИстройиндусгрия разработан проект технологической установки по изготовлению структурообразующих элементов в виде перфорированных плит и решеток из пенополистирола марки ПСБ-С производительностью 30 тыс.н3 б год.

Определена технико-экономическая эффективность применения структурообразующих элементов из пенополистирола в стеновых блоках и панелях малоэтажных жилых зданий, в панелях животноводческих зданий и в монолитном жилищном строительстве для условий строительства Московской области.

Применение структурообразующих элементов в трехслойных стеновых керамзитобетонных и гипсокерамзитобетонных блоках и панелях для малоэтажных гитах домов по сравнению с однослойными керамзитобстонными блокам;» и панелями позволяет уменьшить расход бетона и снизить массу изделий в 1,3-1,7 раза, увеличить их сопротивление теплопередача в 2,0-2,3 раза, снизить стойкость конструкций в "дело" на 3-7%, а приведенные затраты на 12-16%, при этом наибольший оффективностью характеризуются из-с применением гипсокерамзитобетона.

Применение структурообразующих элементов в навесных трехслойных паналкх сельскохозяйственных зданий из тяжелого бетона обесяачивает гго сравнению с трехслоПгим;; панелями на гибких связях и ребристыми панелями уменьсеияв расхода бетона на II-25%, егмшшэ себестоимости конструкции а "дзле" на 5-6%, а приведенных ватрат на 15-16, уменьшение» трудоемкости изготовления на 8-18$.

Применение структурообразующих элементов в монолитнпх стенах малоэтажных дилых домов позволяет возводить стены из пес-кобетона и по сравнению с однослойными керамзитобетонными сте-

нами толщиной 400мм уменьшить толщину стен до 300мм, а расход бетона в 1,8 раза; снизить стоимость стен на 4%, а приведенные затраты на 9%, сократить энергоемкость в 1,7 раза.

Возведение монолитных зданий по технологии "Гитор" с применением термоармопакетов из структурообразующих элементов в качестве оставляемой опалубки и нанесением водостойких гипсовых растворов методом торкретирования обеспечивает по сравнению с трехслойными монолитными стеками с применением структурообразующих элементов, возводимых традиционным методом снижение энергоемкости и трудоемкости возведения конструкций соответственно в 1,5 и 1,4 раза.

ВЫВОДЫ

1, На основе бионических принципов конструирования разработаны теоретические положения и практические способы направленного структурообразования композитов и ограждающих конструкций с применением бетонов и высокоэффективных теплоизоляционных материалов, обеспечивающие повышение их прочностных и теплотехнических качеств.

Выдвинута и экспериментально подтверждена гипотеза о возможности разработки ограждающих конструкций с организованной макроструктурой и управления их свойствами путем применения структурообразующих элементов в виде теплоизоляционных изделий с заданным пространственным расположением их в бетонной матрице.

2. На основании принятого научно-методического подхода и с

9

учетом особенностей различных видов высокоэффективных теплоизоляционных материалов проведено моделирование структурообразующих элементов и изделий с их применением с разработкой технологии изготовления изделий, защищенных авторскими свидетельствами на

изобретения: № 685188, № 1350288, № 1565988, М608312, »1730391. За счет управляемых геометрических параметров структурообразующих элементов обеспечиваются требуемые конструкционно-теплотехнические и эксплуатационные качества изделий и конструкций с их применением.

3. Экспериментальными исследованиями установлено, что упорядоченное расположение заполнителя обеспечивает повышение прочности композита по сравнению с легким бетоном с неорганизованной макроструктурой при равной объемной концентрации заполнителя.Эффективность упорядоченной макроструктуры повышается при концентрации материала матрицы в стержнях каркаса в соответствии с его напряженным состоянием. Коэффициент конструктивного качества для композита с упорядоченной макроструктурой достигает 1240 или в 2 раза выше, чем для полистиролбетопа с хаотичным расположением гранул пенопласта при равных значениях плотности материалов.

Наличие структурообразующих элементов малой жесткости из по-листирольного пенопласта не оказывает заметного влияния на работу жестких бетонных связей при работе конструкций на сдвиг.Несущая способность при сдвиге определяется в основном работой жестких бетонных шпонок на срез и изгиб под действием сдвигающего усилия.

Теплотехническая эффективность ограждений с применением структурообразующих элементов в вида перфорированных плит и рекою« зависит от величины относительной площади сквозных отверстий- коэффициента перфорации; при мало;; иаго расположения теплопроводных включений повышается термическая однородность ограждения, по снижается его сопротивление теплопередаче. По теплотехническим требованиям, предъявляемым к среднему теплоизоляционному слою ограждений, относительная площадь сквозных теплопровод-

ных включений должна находится в пределах 2-5% при матрице из тяжелого бетона, 4-12% при матрице из мелкозернистого бетона и 3-25% при матрице из легкого бетона.

На величину минимальных температур на внутренней поверхности ограждений в зоне дискретных связей существенное влияние оказывает толщина внутреннего бетонного слоя.При увеличении толщины этого слоя до 100 мм контрастность температур на внутренней поверхности существенно уменьшается и перепад температур не превышает 0,8°С.

5. На основе теоретических исследований уточнена работа внешних слоев слоистых пластинок с дискретными связями между внешними слоями на сдвигающие усилия с учетом неравномерности напряженного состояния внешних слоев, вызванной изменением угла поворота их участков между связями и определены значения коэффициента приведения ширины внешних слоев при различном отношении шага дискретных связей к их размеру. Экспериментальные исследования подтвердили предложенный способ расчета приведенной ширины внешних слоев слоистых пластинок с дискретными связями между слоями.

6. Предложенный способ расчета трехслойных панелей на основе контурных элементов, включающих два смежных ряда дискретных связей и внешних слоев между ними, позволил эффективно исследовать на ЭВМ работу в упругой стадии составных конструкций с различным количеством дискретных связей и при широком диапозоне отношений изгибной жесткости дис;сретных связей и внешних слоев и упростить практический метод расчета составных конструкций с использованием табличных значений для определения продольных сил во внешних слоях и сдвигающих усилий в дискретных связях при поперечном изгибе, внеценгренном сжатии и температурно-влажностног

воздействии.

7. Оптимальное количество дискретных связей, определенное из условия равенства несущей способности конструкций по образованию трещин во внешних бетонных слоях и срезу дискретных бетонных связей, составляет при поперечном изгибе от 16 до 22 и при внецентренном сжатии от 4 до 6 контуров.

8. Результаты проведенных исследований составили научно-методическую основу проектно-конструкторских и технологических разработок стеновых изделий и конструкций сельских зданий с применением структурооб'разующгос элементов:молкоразыерных камней и блоков, крупноразмерных блоков и панелей, и монолитных стен, проведенных при комплексном учете свойств используемых материалов, различного вида внешних воздействий, эксплуатационных и техно логических; требований. Разработаны рекомендации по проектированию, изготовлению и технические условия на конструкции. Новизна конструктивных разработок монолитных стеновых ограждений с применением стр-* уктурообразующих элементов защищена рядом авторских свидетельств на изобретения № 1731914, Р 1733592, )Р 1749406.

9. Производство структурообразующих элементов в виде решеток и перфорированных плит осуществляется на действующих технологических линиях по изготовлению плитного утеплителя и в зависимости от вида теплоизоляционних материалов применяются два способа: использование дополнительной оснастки, устанавливаемой в существующие формы по изготовлению плитного утеплителя, или специальных форм для изготовления решеток ОСЗ и использование дополнительного поста по изготовлению рещоток или перфорированных плит из готовых полнотелых плит утеплителя. Оба способа прошли проверку в опытно-промышленном производство плит и решеток

структурообразующих элементов на ряде комбинатов и заводов Глав-мособлстроя, Росагропромстроя, Минтрансстроя и ППСО "Златоуст-метэллургстрой". В целях подготовки к промышленному производству Краснодарским институтом ВНИПКИстройиндустрия разработан проект технологической установки по изготовлению структурообразующих элементов из пенополистирола марки ПСБ-С Производительностью 10 тыс.м3 в год.

10. Применение структурообразующих элементов в трехслойных стеновых керамзитобетонных и г ип с о кер амз и г о бе го н ных блоках и панелях для малоэтажных жилых домов по сравнению с однослойными керамзитобетонными блоками' и панелями позволяет уменьшить расход бетона и снизить массу изделий в 1,3-1,7 раза, увеличить их со- • противление теплопередачо с 2,2-2,3 раза, снизить стоимость конструкции в "деле" на 3-7%, а приведенные затраты на 12-16%, при этом наибольшей эффективностью характеризуются изделия с применением гипсокерамзитобетона.

Применение .структурообразующих элементов в навесных трехслойных панелях сельскохозяйственных зданий из тяжелого бетона' обеспечивает по сравнению с трехслойными панелями на гибких связях и ребристыми панелями уменьшение расхода бетона на П-29^, снизить себестоимость конструкции в "деле" на 5-6%, а приведенные затраты на 15-16%, уменьшить трудоемкость изготовления на 8-18%.

11. Возведение монолитных зданий по технологии 'Титор" с привенением термоармопакетов из структурообразующих элементов в качестве оставляемой попалубки и нанесения водостойких гипсовых растворов методом торкретирования обеспечивает по сравнению с трехслойными монолитными стенами с применением структурообразующих элементов, возводимых традиционным методом, снижение энер-

гоемкости и трудоемкости возведения конструкций соответственно

в 1,5 и 1,4 раза.

Основное содержание диссертации опубликовано в 48 работах,

в том числа сеодовдих:

1. Лобков В.А._, ЕЬстш A.B., 'Нехоростев A.B. Новые эффективные направления повышения прочности и снижения объемной массы строительных крш'ламгратов. Тезисы докладов на научно-технической конференции "Теория, производство и применение искусственных строительных конгломератов", - Владимир, 1982. с.228-229.

2. Иехорошев A.B., Мамонтов В.Н., Шпики A.B. и др. Строительный комлознцяоншП материал "Анком™ с направленной макроструктурой" ВД®> йзфармационный листок. - М., 1981. - 2с.

3. Мамонтов В.Н., Еиярш A.B., Лобков В.А. Стеновые панели с ди-сзгрстнетя связями слоя;®)/ Сб. научных трудов МИИЗа¡Архитектура, планировка-н строительство села. М. ,1981.с.39-41,

4. Еязтз A.B., Лобков В.А., Рунов A.A., Шелапутина H.A. Иссле-

. г дошп-ш геллотезшнадсшж свойств стеновых панелей с дискрет' нгагн связкой кзжду изсуцкш слоями / Сб.научных труде и МИИЗа: Архитсктурно-пканпровочнкз вопросы застройки села. - М., 1983 - с.80-82.

5. Шигош A.B.9 Лобков В.Д., Бягатнкова Л.С. Трехслойные керам-зитобетошшо стенаете лалелл со структурообразующим заполнителем на основа сотосзшглэра / Сб. научных трудов МИИЗа / Применение етйЬзхттвггх материалов и конструкций в сельском строительства. - U., 1934. с.45-43.

6. Похорошев A.B., Пзшян A.B. »Богатикова Л.С. Теплотехническио качества, трехслойных ке^раизитобетонных панелей с жесткими дискретными сепэякз! кевду насущный слоями / Сб. научных трудов ШИИС7: Трубслровода саженного природного газа, материалы и

конструкции для их обустройства. - М.,.1985, - с.133-137.

7. Синянский И.А., Шишин A.B., Соколов В.А. Влияние структурных факторов на прочность керамзитобетона при сжатии. Научные труды МИИЗ / Новые строительные материалы и конструкции для сельского строительства. - М,, 1985. - с.120.

8. Шишин A.B. Клееные панели с подлепленными, обшивками и короткими прокладками / Hayсные груда МИИЗа: Новые строительные ма-. териалы и конструкции-для сельского строительства. - М., МИИЗ, 1985. с 46-49.'

9. Шишин A.B. К расчету трехслойных панелей с жесткими дискретными связями между несущими слоями / Строительная механика и расчет сооружений № 5. - М.: Сгройиздат. 1986. с 26-29.

"10.Шишин A.B., Мамонтов В.Н., Селиванова Ю.Н. Трехслойные стено- • вые панели со средним слоем из анкома /.Сб. научных трудов МИИЗа: .Ограждающие конструкции для сельских зданий и сооружений. - М., 1987. с.9-13. •.

П.Шелалутина Н.А-., Синянский H.A., Шишин-A.B. Опыт проектирования и изготовления стеновых блоков и панелей для сельскохозяйственных зданий с теплоизоляционным структурообразующим заполнителем. / Сб. научных трудов МИИЗа: Ограждающие конструкции для сельских зданий и сооружений. - М., 1987. с.13-16.

12.3абияко A.A., Нехорошев A.B., Шишин A.B. и др. Исследование

стеновых панелей со средним слоем из анкома /Промышленность

строительных материалов Москвы, № I НТВ "Мосоргстройматериалы"

- М., 1989. с.22-24.

* .

13.Шишин A.B., Мамонтов В.Н. Расчет' трехслойных стеновых панелей с Жесткими дискретными связями на сдвигающие усилил /Сб. научных трудов МИИЗа: Проектирование и строительство сельского жилища. - М., 1989. с.78-81.

14. Шишин Л.В. Бионические принципы структурообразования трехслойных бетонных ограждающих конструкций/ Сб. научных трудов ЦНИИЭПжилища? Архитектурная бионика. - М., 1989. с 100-104.

15. Флекей И.З., Нехорошев A.B., Шишин A.B., Синянский И.А. Технолог! ин1 якост1 богатошарового буд% велшого еле!,генту 1з просторовим структуроутворючим запоснювачем/Зб. наукових праць: Удосконаяення буд«внитва, арх1тектури та плаиування о'л зах'|дного рег'юну УкраГни. - Льв!в, ЛОТ. 1990. с.37-41.

16. Нехорошев A.B., Шишин A.B., Синянский И.А., Лобков В.А..Исследование теплотехнических свойств наружных стеновых панелей, изготовленных по технологии анком / Сб.научных трудов МИИЗа: Современные проблемы архитектуры села. - М., I99I.C.66.

17. Шишин'A.B., Романов В.И. Исследование работы трехслойных стеновых панелей с дискретными связями при внецентренном сжатии. Сб. научных трудов МИИЗа: Строительные материалы и конструкции доя сельских зданий. -М., 1991. с.12-16.

18. Шишин A.B., Нехорошев A.B., Флексй И.3. Структурообразующий утеплитель для ограждающих конструкций / Сб. научных трудов МИИЗа: Современная архитектура и энергосберегающие конструкции сельских зданий и сооружений. -М., 1992. с.3-6.

19. Нехорошев A.B., Шгашн A.B., Лавров М.А. Исследование несущей способности трехслойных панелей с пространственным структурообразующим утеплителем и жесткими дискретными связями / Сб. научных трудов ГУЗа: Современная архитектура и энергосборага-ицие конструкции сельских зданий и сооружений.-И.,1992.с.6-9.

'20. Соколов В.А., Шишин A.B. Повышенно эксплуатационных качеств бетона с использованием промышленных отходов / Сб. научных трудов ГУЗа: Современная архитектура и энергосберегающие конструкции сельских зданий и сооружений. - М., 1992. с.26-39.

-4421. Шишин A.B., Бугурусланов B.B. Реконструкция сельских жилых домов на основе блоков инженерного оборудования / Тезисы докладов на конференции: Проблемы технологии реконструкции зданий и сооружений. - Пенза, ПИСИ, 1992. с.73-74.

22. Шишин A.B., Синянский И.А., Соколов В.А. Исследование стеновых ограждений типа,"Анком" / Промышленное и гражданское строительство № 5, М.: Стройиздат, 1993. с.21-23.

23. Шишин A.B. Композит "am-W и технология его производства Y "штор" / Тезисы докладов на международной конференции: Планировка и застройка городов. - Пенза, ПАСИ. 1994.

с. 7-е. - - ' •

24. A.c. 885168 (СССР).Объемный, заполнитель.- Б.И. 1981, Ш.

(в соавторстве). ■ .' .

25. A.c. 1350288 (СССР).Объемный заполнитель.- Б.И. 1987,. MI, (в соавторстве). •

26. A.c. 1565988 (СССР).Объемный заполнитель.Б.И. 1990, И9, (в соавторстве).

27. A.c. I6083I2 (СССР).Объемный заполнитель. - Б.И. 1990, МЗ, (в соавторстве). •

28'. A.c. I73039I (СССР). Объемный заполнитель, - Б.И. 1992, ' № 16 ( в соавторстве).

29. A.c. 1576673 (СССР). Строительная панель. - Б.И, 1990, ),*25, ( в соавторстве).

30. A.c. I73I9I4 (ССТ). Анкерная связь многослойных монолитных стен. - Б.И. 199£, & 17,(в соавторстве).

31. A.c. 1733592 (СССР). Стяжное устройство для возводимой в

, опалубке многослойной монолитной стены. - Б'.И. 1992, ДО 18, ( в соавторстве).