Эксплуатация, надежность и испытания материалов

 

эксплуатация материалов, надежность материалов, испытания материалов

Испытания образцов материалов на прочность относительно просты и, согласно теории вероятности, можно предсказать прочность 95% материалов, используемых в сооружении.

Испытания надежности и предсказание эксплуатационных качеств материалов, что должно быть определено для каждого вида материала в здании в течение всего срока его эксплуатации, значительно сложнее. Идеальным было бы положение, при котором здание проектировалось для успешного использования в течение 100 лет, причем все материалы должны служить сто лет и один день и не более. Практически принято, что в течение срока службы здания окраска и покрытие рулонными коврами, например, неоднократно обновляются и периодически проводится чистка. Может быть сделана попытка предусмотреть сроки замены недостаточно долговечных материалов и ежегодную стоимость очистки. Кроме того, можно рассчитать стоимость замены и эксплуатации различных частей здания или его отделки и выбирать более экономичный вариант при проектировании. Часто наиболее экономичным является не самый дешевый материал и не тот, что не требует никаких эксплуатационных расходов. Имеется ряд неподдающихся учету факторов, таких, как изменения в заработной плате, степень роста инфляции, изменение вкусов. Один частный домовладелец может красить свой дом сам, рассматривая эту работу как приятное развлечение, так что единственным расходом будет стоимость краски, другой закажет эту работу подрядчику. Суммы, которые можно снять с расходов владельца за износ ковров и других видов изнашивающихся элементов убранства за счет снижения налога, различна в разных местах. Это может сделать дорогостояющий материал более дешевым для владельца.

Экономика строительства в принципе начинает свою историю с древних времен. Были найдены отчеты о стоимости зданий, относящиеся к Древнему Египту, в исторических документах имеется множество примеров дебатов между монархами и их парламентами или советами министров по поводу расточительности, связанной с постройкой зданий. Сравнительный расчет стоимости вариантов конструктивного решения проводился уже в XVII в., но эти расчеты не включали вопросов эксплуатации зданий. Эксплуатационныё расходы рассматривались достаточно квалифицированно архитекторами Викторианской эпохи и их клиентами. С 50-х годов XX в. расчет стоимости эксплуатационных расходов крупных зданий был уже устоявшейся практикой, а разработка соответствующих программ для электронных вычислительных машин в 60-х годах значительно облегчила сравнение альтернативных вариантов.

Определение долговечности материалов или их отделки позволяет правильно оценить возможности использования существующих зданий. Такой метод надежен, но он годится только в том случае, если те же самые материалы продолжают использоваться в течение долгого времени, что соответствовало положению вещей до начала XX в. В настоящее время материалы используемые в строительстве, постоянно меняются. Если мы хотим изучить надежность материала, который предназначен для эксплуатации в течение 25 лет, мы можем столкнуться с тем, что трудно найти достаточно подходящую аналогию. За исключением некоторых основных материалов, таких, как бетон, мы, по-видимому, обнаружим, что производители больше не ставят клейма и не дают гарантий, что сегодняшняя продукция значительно более высокого качества, чем 25 лет назад.

Можно подвергнуть материал воздействию атмосферных явлений, можно создать более тяжелые условия, чем при естественных погодных условиях, например, часто поливать материал водой. Можно поместить материал покрытия пола в проходе, где наблюдается особенно большое движение, и при помощи фото-элемента посчитать число людей, прошедших по нему. Однако такие эксперименты занимают много времени.

Измерить долговечность материала лучше в испытательных камерах, где погодные воздействия могут быть значительно ускорены во времени. В зависимости от испытуемого материала создаются различные условия — чередующиеся смачивание и высушивание, сменяющие друг друга нагрев и охлаждение, прерывистое воздействие ультрафиолетового облучения или любые сочетания этих воздействий. Значительно увеличивая повторяемость воздействия по сравнению с реальными условиями, можно в несколько недель создать погодную нагрузку на материал, которой он подвергнется за несколько лет. Однако ускорение циклов воздействия не дает того же эффекта, что и в реальных условиях. Можно сравнить два типа линолеума или два типа синтетической краски на «погодометре», но невозможно абсолютно точно определить их долговечность.

Подобные проблемы возникали при испытаниях на износ. Имеется ряд машин, создающих условия, имитирующие естественный износ и истирание, но со значительным ускорением во времени. Испытания на различных машинах для проверки устойчивости материалов на износ часто дают различные показатели для одного и того же материала. Таким образом, испытания на износ также могут быть использованы для сравнения сопротивления износу двух схожих материалов, но не могут дать абсолютного измерения долговечности.

Стойкость материала к биологическому воздействию представляет особенно серьезную проблему для древесины. Если известны температура, влажность и скорость движения воздуха в процессе эксплуатации тех или иных конструктивных элементов, эти условия можно воспроизвести в лабораторных условиях и определить стойкость различных пород древесины к воздействию грибков и насекомых, в том числе и термитов.

Изменения степени влажности и химические реакции вызывают появление трещин в керамических и цементных изделиях. Лабораторные испытания показывают, что большинство цементов и некоторые виды кирпича дают усадку, другищвиды кирпича расширяются. В любом случае величина изменения размеров в различных материалах должна быть известна для того, чтобы можно было предусмотреть соответствующие швы.

Проникание воды через окна и элементы навесных стен пре-дусмотреть труднее, так как имеются некоторые трудности в оп-ределении количества воды, а также скорости и направления потока воздуха, которые могут воздействовать на здание. В некоторых лабораториях, исследующих свойства конструкций зданий, давление ветра создается винтом старого самолета, а количество воды определяется просто возможностями нескольких шлангов. Более точные результаты можно получить, помещая модель здания в аэродинамическую трубу с регулируемым давлением ветра и подавая воду на различные участки навесных стен под действием максимально ожидаемой скорости ветра. Затем результаты таких испытаний относятся к действительным размерам здания и к количеству воды, соответствующему наиболее сильным дождям, наблюдаемым в данной местности.

Теплоизолирующую способность материала можно исследовать со значительно большей точностью. Для определения значения К образец материала помещается в изолированный короб так, чтобы материал разделял его пространство на две части.

С одной стороны производятся нагрев электронагревателем и замеры температуры с двух сторон образца. Величина К показывает теплопроводность материала на единицу толщины однородного материала. Величина U определяет теплопроводность готового конструктивного элемента, состоящего, например, из листа алюминия толщиной 3 мм, утепленного слоя пенобетона толщиной 40 мм, и внутренней облицовки из гипсовой штукатурки толщиной 7 мм, включая эффект воздушной поверхности на обеих сторонах. Испытания таких конструктивных элементов в принципе также можно проводить, но для этого требуется оборудоваание больших габаритов.

Звукопоглощение материала определяется относительно просто и точно в полностью изолированной испытательной установке: образец материала размещают с одной ее стороны, а источник звука — с другой.

Волны воспроизводимого звука частично отражаются, а частично поглощаются образцом. Отраженные волны накладываются на волны воспроизводимого звука. Распределение звуковых волн исследуется с помощью передвижных микрофонов, достаточно малогабаритных, чтобы не нарушать звуковое поле. На основании соотношения максимальной и минимальной силы звука при различном положении микрофонов могут быть определены коэффициенты отражения и поглощения звука данным материалом.

Исследование звукоизолирующей способности материала требует более сложного оборудования, поскольку звук должен воспроизводиться в полноразмерном хорошо изолированном помещении, оборудованном приспособлениями для установки панелей, а измерение проникающего звука производится в другом, также звукоизолированном помещении.

Испытания материалов и конструкций на долговечность и теплоизоляцию проводятся с конца XIX в., испытания звукоизоляции — с начала XX в., а испытания на водопроницание от дождя — с 50-х годов нашего столетия. Для стандартизации работ по испытаниям конструкций были учреждены различные организации, субсидируемые правительствами, и частные. Наиболее влиятельной из них стало Американское Общество испытаний строительных материалов, основанное в 1898 г. в Филадельфии и до сих пор поддерживаемое его членами по подписке. В 1947 г. в Женеве была основана Международная организация по стандартизации.

В 1920 г. правительство Англии основало Научный центр по строительству — первую ор-ганизацию, предназначенную специально для исследований в области строительства. В 1926 г. в Гарстоне в Хертфордшире были построены лаборатории, существующие и до сих пор. Директор этой организации Фредерик Ли организовал в 1951 г. первый международный конгресс по исследованиям в области строительства, в результате работы которого в 1953 г. в Роттердаме был основан Международный Совет по строительным исследованиям, научным работам и документам. Большинство промышленно развитых стран и ряд развивающихся стран создали в 40—50-х годах научно-исследовательские институты по строительству. Первоначально, большинство этих организаций основное внимание уделяло испытаниям строительных материалов, однако затем акцент сместился в сторону проблем связи строительства с окружающей средой, а позднее к вопросам экономики строительства и градостроительства.

Источник материала: grensi.com

Категория: Архитектура
 
Предыдущая статья
Освещение
  Следующая статья
Старые и новые металлы
 
Нравится  
 
 
 
 
 
 
 
Комментариев нет
 
 
Оставьте комментарий
Имя*:      
Ваш e-mail*:     (не отображается)
Адрес веб-сайта:      
 
 
Имя:  
Цитата:  
    Закрыть
 
 
 
 
* - обязательные поля
 
 
Сайт продается, присылайте
свои предложения на
cloudinfo@ya.ru