Оценка разрушения фиброцементной плиты, подвергнутой пожару, в крупномасштабном исследовании

20 преимуществ фиброцементного сайдинга для строителей, подрядчиков и домовладельцев

По мере того, как все больше и больше домовладельцев используют экологически чистые методы строительства в сочетании со стилем, доступностью и долговечностью, один продукт становится выше своих аналогов в этой области — фиброцементный сайдинг. Хотя этот продукт существует с 1970-х годов, современные методы производства увеличили доступность, а также выбор стиля, доступный домовладельцам. Продукт пользуется огромной популярностью не только у домовладельцев, которые видят его каждый день, но также у строителей и подрядчиков, которые закупают материалы, делают ставки и фактически устанавливают продукт.

Преимущества фиброцементного сайдинга

Вот 20 причин, по которым фиброцемент так почитается во всем мире.

1. Длительный срок службы

Все преимущества фиброцемента в совокупности дают ему одно из лучших преимуществ в производстве сайдинга — долговечность. Фиброцемент представляет собой смесь цемента, древесного волокна и других добавок, которые являются не только устойчивыми материалами, но и устойчивыми к погодным условиям, износу и насекомым по сравнению с другими материалами для сайдинга. В то время как первоначальные затраты на фиброцемент могут быть выше по сравнению с винилом или алюминием, пропорциональное распределение их на ежегодной основе в течение 50+ лет фактически делает сделку более доступной. Фактически, исследование Университета Миннесоты рекомендовало фиброцемент как лучшее сочетание стоимости, долговечности и воздействия на окружающую среду.

2. Универсальность в стиле

Фиброцемент предлагает поразительную красоту только в составе материала. Сочетайте естественный внешний вид с передовыми методами производства, и вариантов эстетики бордюрной привлекательности множество. Например, Allura USA предлагает множество цветов и текстур на выбор. Клиенты могут наслаждаться видом штукатурки или текстуры дерева (среди прочего) за небольшую часть цены и гораздо меньших затрат на техническое обслуживание.

3. Лучший способ имитировать дерево

Как бы они ни старались, такие материалы, как алюминий или винил, просто не могут имитировать внешний вид дерева. Будь то из-за их естественного блеска или невозможности отпечатать реалистичные зерна на их поверхности, виниловый сайдинг из искусственного дерева редко правдоподобен издалека, не говоря уже о вблизи. Фиброцемент, с другой стороны, является, пожалуй, наиболее реалистичным вариантом для имитации дерева без окрашивания, перекраски и герметизации. Текстура фиброцемента напоминает натуральную древесину, а зерна выглядят так, как будто они формировались годами в лесу.

4. Варианты установки для эстетики

Помимо различных цветов и фактур самого материала, существует масса вариантов собственно формы и способов укладки фиброцементной плиты. Allura USA включает сайдинг внахлест, черепицу и встряску или панели, которые можно установить как есть или для вида доски и обрешетки. Эти эстетические элементы можно смешивать и сочетать в рамках одного проекта, чтобы создать совершенно уникальный вид из популярного материала. Софит и отделка из фиброцемента также добавляют уникальности внешнему виду, который может создать продукт.

5. Материал огнестойкий (и термостойкий).

Виниловый сайдинг может легко расплавиться при работе с грилем-барбекю. Точно так же в случае пожара в доме весь (необработанный) кедровый сайдинг становится топливом. Компоненты фиброцемента, с другой стороны, имеют 1-часовую огнестойкость и не воспламеняются под прямым пламенем или нагреванием. Фиброцемент имеет рейтинг распространения пламени 0 и является материалом класса I, что для сравнения относится к кирпичу.

6. Высокая устойчивость к атмосферным воздействиям

Огнестойкость фиброцемента отлично подходит для безопасности вашего дома и семьи, но чтобы получить максимальную отдачу от инвестиций, продукт должен прослужить некоторое время. Из-за того, как он изготовлен, фиброцемент устойчив к ударам и повреждениям градом. Экстремальная жара и влажность также могут нанести ущерб некоторым типам сайдинга, но состав фиброцемента делает его стабильным по размерам и защищает от повреждений в этих условиях.

7. Устойчивость к деформации и гниению

Фиброцемент выглядит как дерево, но не ведет себя как дерево. Это хорошо, когда речь идет о поглощении влаги от дождя, снега, жары и влажности. Древесина традиционно разбухает, деформируется и гниет, что значительно ограничивает срок ее службы, но это не проблема для фиброцемента.

8. Идеально подходит для районов, подверженных торнадо и ураганам.

Прочность и влагостойкость фиброцемента делают его отличным выбором для районов, подверженных торнадо и ураганам. Переносимые ветром предметы и чрезмерные порывы ветра могут полностью разрушить виниловый или алюминиевый сайдинг, в то время как фиброцемент более долговечен. Это удобно не только для домовладельцев, но и для подрядчиков, которым не нужно тратить драгоценное время и ресурсы на ремонт сайдинга для своих клиентов. Фиброцементный сайдинг очень заметен на Атлантическом побережье и Великих равнинах среди многих других регионов.

Читайте также:

Как вывести моторное масло с одежды

9. Цена

По самой низкой цене сайдинг не идет ни в какое сравнение с винилом. Конечно, внешний вид и стиль оставляют желать лучшего и мало что делают для повышения привлекательности или рыночной стоимости дома. По данным Homewyse, стоимость установки фиброцементного сайдинга точно в центре США (Ливан, Канзас) очень конкурентоспособна по сравнению с деревянным, алюминиевым и виниловым.

10. Требуется минимальное техническое обслуживание

Одна из замечательных особенностей фиброцемента заключается в том, что этот материал не требует особого ухода. Нет необходимости в регулярной мойке под давлением, как в случае с винилом и алюминием.

11. Изготовлен из экологически чистых материалов.

Кедр — это устойчивый и пригодный для повторного использования материал, но помните, что древесина должна откуда-то поступать. Фиброцемент, с другой стороны, представляет собой смесь цемента, древесного волокна и других добавок, содержащих переработанную древесину. По сравнению с производством винилового сайдинга фиброцемент гораздо более устойчив, поскольку он инертен по сравнению с токсинами, которые выделяются на каждом этапе жизненного цикла винила.

12. Одобрено для реконструкции исторических зданий.

Такие города, как Райнбек и Лагранж в штате Нью-Йорк, одобрили использование фиброцементного сайдинга в своем историческом районе, и многие другие города последовали их примеру. И домовладельцы, и подрядчики имеют больше возможностей, когда дело доходит до поиска подходящих отделочных материалов для проектов в этих областях.

13. Установка не То, что Трудный

Одним из предполагаемых самых больших недостатков подрядчиков, устанавливающих фиброцементный сайдинг, является то, насколько сложно с ним работать. Конечно, этот материал режется не так быстро, как винил или алюминий, а длинные куски более хрупкие, чем дерево, но затраты на рабочую силу и ресурсы не увеличиваются. Установка фиброцемента обычно выполняется профессионалами, но домовладелец с нужными инструментами также может выполнить эту работу. Зазоры должны быть оставлены по краям, чтобы учесть расширение и сжатие фиброцементного материала (и в древесине), но если что-либо, что увеличивает допуски на резку.

14. Фиброцемент можно использовать по-разному

Использование специального ножа или насадки для дрели позволяет резать материал медленнее, не поднимая при этом такого количества пыли, как циркулярная пила. Кроме того, даже насадки для циркулярных опилок отлично собирают взвешенные в воздухе частицы без ущерба для скорости резки.

OSHA требует, чтобы установщики использовали средства защиты со всеми пылеобразующими продуктами. либо пылезащитные маски, либо пилы для сбора пыли. Также возможна установка без пыли с помощью специальных ножниц или защелкивающихся инструментов.

15. Большая гарантия

Многие товары для дома хвастаются своей долговечностью, но мало что подтверждают это утверждение. Отличным примером является черепица, предлагающая 15-летнюю гарантию, но с пропорциональной оплатой в копейки на доллар первоначальной покупки. Гарантия Allura обеспечивает клиентам дополнительную защиту на многие годы. Это огромное преимущество для домовладельцев, знающих, что им, скорее всего, потребуется только один раз обшить свой дом, и для подрядчиков, знающих, что компания поддерживает их материалы.

16. Материалу около 100 лет

Некоторым потребителям может показаться, что 50-летняя гарантия на фиброцементный сайдинг — это просто блеф. В конце концов, фиброцементный сайдинг существует только с 1970-х годов, и еще 15-20 лет не известно, прослужит ли он полные 50 лет или нет. Правда в том, что фиброцемент используется в качестве сайдинга с 1970-х годов, но сам продукт был запатентован в 1901 году под названием «Eternit», что примерно переводится с латыни как «вечный». По мере совершенствования современных процессов производства фиброцемента имеет смысл думать, что долговечность продукта также будет увеличиваться.

17. Также доступен в панелях

Одним из самых больших преимуществ металлической кровли для строительных подрядчиков является тот факт, что секции крыши размером 3 х 14 футов можно покрыть за секунды по сравнению с укладкой и укладкой нескольких отдельных гонтов размером 12 х 36 дюймов. Фиброцементный сайдинг также может предложить увеличенное покрытие в виде архитектурных панелей. Панели бывают размером до 4 футов X 10 футов и являются отличным способом не только добавить уникальный стиль, но и сократить время установки. Доступны даже сайдинговые изделия шириной от 4 до 12 дюймов и длиной 12 футов.

18. Может быть окрашен на месте (или на заводе)

Основная тема фиброцемента – варианты. От различных стилей и цветов до ширины и многого другого. Еще один отличный вариант — фиброцементный сайдинг только загрунтован (покраска на месте) или в готовых цветах. Покраска сайдинга может стать для домовладельцев отличным способом сэкономить на материальных затратах. Контракты также могут исправить любые недостатки, которые могут возникнуть в результате обращения с материалами.

19. Расширяется и сжимается меньше, чем дерево

Хотя должны быть оставлены зазоры для расширения, чтобы учесть расширение и сжатие в меняющемся климате, их количество намного меньше, чем у древесины. Это помогает подрядчику, который может уйти с зазором менее 1/8 дюйма вместо того, чтобы перерезать доску. Меньшее расширение и сжатие также означает, что швы будут меньше расходиться, что снижает вероятность повреждения водой. Так как доски будут меньше сжиматься и расширяться, их следует укладывать ближе друг к другу в стыковых швах, чтобы не было зазоров.

20. При необходимости можно прибить вслепую

В то время как большинство фиброцементных плит прибиваются вслепую из эстетических соображений, при необходимости их также можно прибить с лицевой стороны. Возможность прибить фиброцементную плиту как сверху, так и снизу или посередине, что делает ее более надежной в условиях сильного ветра. Ногти на лице могут быть легко покрыты краской для подкрашивания, и их трудно различить где-либо, кроме как вблизи. Для сравнения, виниловый или алюминиевый сайдинг можно крепить только к верхней кромке гвоздя.

У фиброцементного сайдинга определенно есть свои преимущества, которые сделают этот материал более популярным как можно раньше.

Оценка разрушения фиброцементной плиты, подвергнутой пожару, в крупномасштабном исследовании

1 Факультет гражданского строительства, Вроцлавский университет науки и технологий, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Вроцлав, Польша; lp.ude.rwp@zciwobahcs.fotzsyzrk (Канзас); lp.ude.rwp@kyzcnalezrog.zsamot (ТГ)

Павел Сулик

2 Instytut Techniki Budowlanej, Filtrowa 1, 00-611 Warszawa, Польша; lp.bti@kilus.p

Томаш Горжеланьчик

Лукаш Завишлак

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Связанные данные

Данные, представленные в этом исследовании, доступны по запросу от соответствующего автора.

Абстрактные

В данной статье представлены результаты исследования по оценке структурного разрушения фиброцементных плит, снятых с масштабной модели, подвергшейся воздействию огня. Они были подвергнуты испытанию на трехточечный изгиб с использованием метода акустической эмиссии. При анализе полученных результатов учитывался ход изгибающих напряжений σ_m, модуль разрыва (MOR), количество актов акустической эмиссии N_zd и сумма событий ЭА ∑N_zd. Проведенные испытания показали, что образцы, подвергнутые огню, показали явное снижение, до 72 %, зарегистрированной суммы событий ЭА по сравнению с эталонной доской (не подвергнутой огню). Анализ полученных значений модуля разрыва (МОД) показал аналогичную тенденцию – снижение модуля разрыва для деструктированных образцов находилось в пределах 66–96 %. Для того чтобы более точно проиллюстрировать изменения, происходящие в структуре тестируемых пластин, были проведены анализы с использованием оптического метода и цифрового микроскопа. Этого метода может быть достаточно для окончательной оценки разложившихся образцов.

Ключевые слова: вентилируемые фасады, масштабная модель, фиброцементные плиты, огневое воздействие, метод акустической эмиссии

1. Введение

Фиброцементные плиты – продукция, используемая в строительстве с начала 20 века. В 1990-х годах они претерпели трансформацию, в результате которой асбестовые волокна, представляющие опасность для здоровья, были заменены другими волокнами, в основном целлюлозными. Выпускаемые в настоящее время фиброцементные плиты состоят из цемента, целлюлозных волокон, синтетических волокон и различных добавок и примесей: известняковой пыли, слюды, перлита, каолина, микросферы [1,2,3,4]. Фиброцементные плиты классифицируются как композиционные строительные материалы и определяются как любой многофазный материал, обладающий значительной частью свойств обеих составляющих фаз и полученный искусственным путем. Отдельные составляющие фазы должны быть химически различны и разделены четкой границей раздела [5]. Композитные материалы состоят из двух фаз: первая — матричная фаза, которая является сплошной и окружает вторую фазу, называемую дисперсной фазой (армирующие элементы).

Композитные материалы делятся на армированные частицами, армированные волокнами и конструкционные композиты. Фиброцементные плиты классифицируются как композиты, армированные волокном, и фазы распределяются в каждом направлении. Классификация композитов показана на рисунке 1.

Классификация композиционных материалов.

Основной целью при разработке армированных волокном композитов является повышение прочности и/или жесткости без увеличения веса. Армированные волокнами композиты с исключительно высокой прочностью часто содержат волокна низкой плотности. Наиболее важным фактором, повышающим их прочность, является соответствующая длина волокна (не слишком короткая). Механические и прочностные свойства этих композитов зависят не только от свойств волокон, но и от того, насколько нагрузка передается волокнам матрицей. Способ такой передачи показан на рисунке 2 .

Картина деформации в матрице, окружающей волокно, подвергающееся растяжению.

Как армированные волокном композитные материалы фиброцементные плиты имеют матричную фазу; в их случае матрица основана на портландцементе, который отвечает за связывание матрицы и придает ей прочность. Вторая фаза представляет собой дисперсную фазу в виде волокон. Помимо портландцемента, в состав матрицы входят дополнительные компоненты и наполнители: известняковая пыль, слюда, перлит, каолин, микросферы. Дисперсная фаза характеризуется прерывистым и беспорядочно ориентированным распределением волокон. Волокна, используемые в производстве этих композитов, включают целлюлозные волокна, синтетические волокна ПВС (поли(виниловый спирт)) и полипропиленовые волокна. В большинстве фиброцементных плит используются все эти волокна, причем каждое волокно выполняет несколько иную роль. Волокна целлюлозы образуют пространственную сетку, армирующую весь композит, волокна поливинилового спирта (ПВА) добавляют для повышения прочности и долговечности фиброцементных плит, особенно предназначенных для наружных работ.

Фиброцементные композиты используются как внутри, так и снаружи помещений. На открытом воздухе они используются в основном в качестве облицовки фасада. Ожидается, что они будут соответствовать ряду требований к характеристикам, указанным в согласованных стандартах [6]. Эти плиты также должны соответствовать ряду требований по устойчивости и прочности в условиях пожара. Как показано в [7,8, XNUMX], прочность фиброцементных плит после фасадных пожаров значительно снижается, что часто препятствует последующему безопасному использованию такого фасада. Для облицовки, подверженной воздействию огня, необходимо определить зону, требующую полного удаления фасада, включая частичную утилизацию и частичное использование в других строительных элементах, которые не должны отвечать таким строгим требованиям.

2. Литературный обзор

Высокие температуры оказывают чрезвычайно разрушительное воздействие на большинство строительных материалов, включая композиты (такие как фиброцементные плиты). Композиты, характеризующиеся двухфазностью, с учетом предварительного анализа и выявления деградации после высокотемпературного воздействия могут быть проанализированы как отдельные независимые фазы: матричная фаза и дисперсная фаза. После этой предварительной идентификации композит должен быть проанализирован и протестирован как интегрированный однородный продукт.

Применительно к цементной матрице анализ послепожарной деградации может основываться на исследованиях образцов бетона, используемых во многих элементах строительных конструкций, подвергающихся воздействию пожаров. Анализы деформаций, проведенные в работах по разрушенному бетону [9,10,11], показывают, что температуры в диапазоне 300–400 °С не вызывают критической деградации бетона в отличие от плит из-за наличия в бетоне крупных фракций заполнителя. , причем важно, чтобы выборки были объемными элементами (три одного порядка). В исследовании [10] авторы подвергли несколько различных вариантов цемента испытаниям на высокотемпературный отжиг. CEM I 42.5 R, быстросхватывающийся и быстросозревающий вариант портландцемента, показал плохие характеристики в плане стойкости к высоким температурам. Цементная матрица в экспериментальных испытаниях показала остаточную прочность при 500 °С [10]–600 °С [12], а при 800 °С [10] образцы самопроизвольно разрушались. Другие исследования [10,12] показали, что любая температура выше 400 °C [12] отрицательно влияет на прочность матрицы. Регресс прочности цемента начинается почти сразу; однако изначально эти значения относительно малы. Таким образом, можно предположить, что значительный регресс прочности начинается при температурах выше 100 °С [10,13]. Стоит отметить, что на прочность бетона в пожарной ситуации влияет и тип используемого заполнителя.

В дисперсной фазе в фиброцементных плитах используются целлюлозные волокна, синтетические волокна ПВС и полипропиленовые волокна. Отдельные волокна имеют следующие температуры плавления: синтетические волокна ПВС (поливиниловый спирт) — около 200–220 °С [14,15]; PP (полипропиленовые) волокна — около 175 °C [14,16]; целлюлозные волокна – 260–270 °С [17]. В случае с фиброцементными плитами недостаточно знаний о поведении этого композита и о том, как он разлагается при температурах пожара. Большая часть научной литературы, посвященной анализу фиброцементных плит, посвящена производственному процессу, его возможной последующей оптимизации с точки зрения волокон и проверке его основных физических свойств. Одним из немногих примеров является исследование, представленное в [18], где было показано, что волокна в фиброцементных плитах разлагаются при температуре 230 °С только через ок. 3 часа экспозиции. Повреждение таких деградированных плит при испытании на трехточечный изгиб происходит за счет высокоэнергетического хрупкого разрушения. Заметно, что для армированных волокном цементных композитов модуль разрыва увеличивается при повышении температуры примерно до 300 °С [19] за короткий промежуток времени. Поэтому разумно полагать, что такие температуры безопасны для этих плат в краткосрочной перспективе. Разрушение волокон и цементной матрицы при температуре около 300°С происходит только по прошествии длительного времени. На это влияет защита (инкапсуляция) волокон матричной фазой (цемент или бетон). Эти температуры примерно соответствуют температуре плавления целлюлозных волокон. Шимков провел испытания образцов фиброцементных плит при температуре 400 °С [18]. Образцы показали гораздо меньшую стабильность при этой температуре и быстрее разлагались. Результаты показали большие расхождения, поскольку в зависимости от производителя, ингредиентов и технологии изготовления одни образцы «продержались» максимум несколько минут, а другие разрушались во время испытания.

Основываясь на изучении крупномасштабных моделей, Schabowicz et al. В работе [7] показан процент потери прочностных показателей фиброцементных плит под действием огня. Эти исследования продемонстрировали отличия от модельных исследований на небольших образцах, но температуры, при которых начинается разложение, т.е. около 200 °C, были одинаковыми для обоих типов исследований. Крупномасштабные исследования, по сравнению с исследованиями на мелкомасштабных образцах, установили разное время возникновения значительной деградации. В основном это связано с тем, что исследования на мелкомасштабных образцах в основном характеризуются постоянными и равномерными температурными воздействиями. Отсюда следует, что структурное расширение фиброцементных плит при высоких температурах и продолжительность воздействия на такие изделия имеют решающее значение.

Несоблюдение производственного режима (например, поддержание соответствующей температуры и влажности) может привести к колебаниям прочности бетона при испытании на сжатие даже до 20 %, что может вызвать значительные расхождения в контрольных образцах [20,21,22]. ]. В бетоне, как и в цементной матрице, основным компонентом является цемент. При испытании образцов бетона колебания эталонных образцов из других партий могут характеризоваться значительными различиями в прочности, что в конечном итоге может сказаться на том, как отдельные результаты соотносятся друг с другом. Авторы статьи рассмотрели проблему оценки отказоустойчивости фиброцементных плит путем изучения научной литературы и получения из нее выводов с последующим проведением экспериментальных исследований. Экспериментальные испытания проводились на образцах, взятых с реальной модели возвышенности, подвергшейся воздействию огня. Образцы были взяты из разных мест, а затем проанализированы и оценены. Оценка производилась на основе анализа сигналов АЭ, регистрируемых при выполнении трехточечного изгиба, и оценки силы при трехточечном изгибе. На основании этих анализов определялось состояние разрушения и делались выводы.

3. Модель исследования и метод тестирования

Фактическая модель фасада представляла собой вентилируемый фасад, прикрепленный к испытательной платформе, которая также являлась подложкой, на которой проводились испытания на воздействие огня и его распространение. Крупномасштабные модели — очень хороший способ изучить развитие пожара и оценить отдельные элементы фасада с точки зрения воспламеняемости, поведения отдельных материалов во время пожара и пожарной безопасности всей системы. Крупномасштабные исследования могут давать разные результаты и представлять другие критические области по сравнению с исследованиями на малых выборках.

Облицовка фасада, анализируемая в данной работе, установленная на реальный макет, выполнена из фиброцементных плит толщиной 8 мм натурального цвета, т. е. не окрашенных в массе. Он был смонтирован с помощью механических соединений на алюминиевой подконструкции. Подконструкция состояла из металлических вертикальных профилей, механически крепившихся с помощью кронштейнов к земле. Из топочной камеры возник пожар, воздействовавший на фасад высокими температурами, реализовав сценарий распространения огня в помещении через оконный проем на фасад. В камере сгорания на задней стенке разместили вентиляционное устройство, что позволило воспроизвести реальную пожарную обстановку. Разделение фасада на облицовочные панели и расположение термопар и точек отбора проб показано на рисунке 3. Размеры реальной крупномасштабной модели фасада составляли ~3 м × 3.5 м, она крепилась к стене из ячеистого бетона автоклавного твердения марки 600 кг/м 3 размерами 3.98 м × 3.98 м.