Прочность архитектурно-строительных отделочных элементов из металлокерамики и алюминиевых сот на объектах городского железнодорожного транспорта
В статье представлена разработанная методика по испытанию с подбором оборудования и расходных материалов архитектурно-строительных отделочных элементов из металлокерамических изделий и алюминиевых панелей из сот, применяемых в настоящее время для внутренней и внешней отделки на объектах городского железнодорожного транспорта, на объектах высокоскоростных железнодорожных магистралей и иных объектах транспортной инфраструктуры. Представлены некоторые результаты испытания на прочность при изгибе и растяжении и их внедрение
Введение
Поставленные задачи «Концепции развития Центрального транспортного узла на период до 2040 г.» и «Концепции развития скоростного и высокоскоростного железнодорожного движения Россий ской Федерации» направлены на масштабную реализацию строительства зданий и сооружений – объектов транспортной инфраструктуры с развитием идеологии «рационального потребления» ресурсов, в том числе с применением энергоэффективных, прочных, надежных и долговечных архитектурно-строительных и конструктивных материалов, элементов и изделий [10–12].
Целью научно-исследовательской работы является разработка технической системы (методики) испытаний опытных образцов архитектурно-строительных элементов металлокерамических панелей со стеклоэмалевым покрытием («Квантум Керамик®») и алюминиевых панелей с внутренним заполнением из алюминиевых сот («Квантум Парус®» производства ПОСП «Национальные инвестиции»), обладающих характерными для нововведений принципиальными осо бенностями, их испытаний в течение времени, необходимых для получения данных накопления опыта и отражения в технической документации – экспертного заключения о возможности использования на объектах городского железнодорожного транспорта, высокоскоростных железнодорожных магистралей и иных объектах транспортной инфраструктуры. В статье представлены лишь результаты испытания на прочность при изгибе и растяжении данных изделий.
Актуальность темы заключается в разра ботке архитектурно-строительных элементов, которые позволили бы:
при грамотном подборе и монтаже утепли- тельного слоя в здании значительно улучшить теплоизоляционные характеристики;
снизить толщину основных несущих стен, а при проектировании системы вентилируемого фасада каркас устанавливать таким образом, чтобы между стенами здания и облицовочным слоем оставалось пустое пространство. Благо- даря этому воздушному зазору обеспечивается вентиляция воздуха и испарение скапливаю- щей ся влаги на поверхностях фасадов;
за счет композитного материала, воздушной прослой ки и звукоизоляции вентилируемого фа- сада повысить изначальные звукоизолирующие показатели в полтора-два раза, а монтаж фасад- ной системы выполнить так, чтобы защищать здание от неблагоприятных влияний окружаю- щей среды (дождя, солнца, ветров, механических воздей ствий );
благодаря износостой кости материалов вен- тилируемых фасадов не терять своих свой ств в те- чение долгого времени. Высокие эстетические ка- чества материала. Разнообразие облицовочных материалов, их текстур и цветовых гамм позво- ляет совершенствовать архитектурный облик зданий и сооружений .
Научная новизна: выявлены новые физико- механические, теплофизические и конструк- тивно-технологические характеристики и оценка пожарной безопасности архитектурно-строи- тельных элементов (металлокерамические па- нели) со стеклоэмалевым покрытием «Квантум керамик®» и алюминиевых панелей с внутрен- ним заполнением из алюминиевых сот «Кван- тум Парус®» для возможности использования в качестве облицовочных материалов.
Практическая значимость: данные характе- ристики позволят оценить возможность приме- неия архитектурно-строительных элементов на объектах городского железнодорожного транс- порта, высокоскоростных железнодорожных ма- гистралей и иных объектах транспортной инфра- структуры. В рамках цели научно-исследовательской работы ставятся и решаются следующие за- дачи:
анализ нормативно-правовой базы по испы- танию керамических, металлических, композит- ных, металлокерамических и других изделий;
рассмотрение нормативно-правовой базы по испытанию алюминиевых и композитных и других изделий;
разработка методики испытаний опытных образцов архитектурно-строительных элемен- тов металлокерамических панелей со стеклоэмалевым покрытием и алюминиевых панелей с внутренним заполнением из алюминиевых сот;
подготовка экспертного заключения о возможности использования исследуемых изделий в качестве облицовки наружных стен (фасадов) и потолков, в составе навесных вентилируемых фасадах, а также для внутренней декоративной отделки стен, потолков на перспективных ли- ниях и станциях, вокзальных комплексах, остановочных пунктах, депо и иных объектах транспортной инфраструктуры АО «РЖД», объектах городского железнодорожного транспорта, в том числе на объектах высокоскоростных железно- дорожных магистралей .
Метод
На кафедре «Строительные конструкции, зда- ния и сооружения» Россий ского университета транспорта были представлены для испытания опытные образцы металлокерамических облицо- вочных плит со стеклоэмалевым покрытием, состо- ящие из микролегированной высококачественной стали DC04EK, DIN EN 10209-2013, фритта (стекло- эмаль) Е-4206S грунтовый с высокими показате- лями кислотоустой чивости и фритта (стеклоэ- маль) RTU «Ferro» R349D покровной с высокими по- казателями кислотоустой чивости, сплошности, ис- тираемости и прочности (рис. 1).
Проведенные патентные исследования поз- волили выявить отличия в технологиях изготов- ления архитектурно-строительных элементов, по сравнению с существующими прямыми и кос- венными аналогами [1–20]. Дальнейшая разра- ботка технической системы (методики) испыта- ний опытных образцов архитектурно-строитель- ных элементов металлокерамических панелей со стеклоэмалевым покрытием и алюминиевых па- нелей с внутренним заполнением из алюминие- вых сот позволит учитывать определение необ- ходимых физико-механических и термических параметров для эффективной и надежной экс- плуатации на объектах городского железнодо- рожного транспорта, высокоскоростных желез- нодорожных магистралей и иных объектах транспортной инфраструктуры.
В рассматриваемой методике подробно с подбо- ром оборудования и расходных материалов пред- ставлена технологическая последовательность определения у металлокерамических изделий:
размеров, правильности форм и качества по- верхности;
водопоглощения;
коэффициентов термического расширения (температурного коэффициента линейного рас- ширения) металла и керамики (стеклоэмали);
морозостойкости;
устойчивости к ультрафиолетовому излу- чению;
стойкости покрытия при циклических тем- пературных эксплуатационных воздействиях;
устойчивости к образованию пятен;
твердости покрытия;
химической стойкости;
устойчивость к растрескиванию глазури;
незначительных цветовых отклонений;
горючести и проведение метода испытания на изгиб при нормальной температуре.
Результаты и обсуждение
Технологический цикл изготовления опытных образцов металлокерамических облицовочных плит со стеклоэмалевым покрытием включает в себя иследующие операции: заготовку сырья (раскрой ные работы, гибку и формовку элементов облицовки, сварку боковых поверхностей с зачисткой сварных швов); механическую обработку (зачистку сварных швов, шлифовку лицевой поверхности); химическую обработку деталей (обезжиривание, травление, промывку, сушку); нанесение стеклоэмалевого покрытия в три слоя с послой ным высокотемпе- ратурным обжигом (первый этап – сушка, об- жиг, второй – сушка, обжиг, третий – сушка, об- жиг); контроль качества стеклоэмалевого по-
Технологический цикл изготовления опытных образцов алюминиевых панелей с внутренним за- полнением из алюминиевых включает следующие процессы: заготовку сырья (раскройные работы, гибку, формовку элементов облицовки, сварку боковых поверхностей); механическую об- работку (зачистку сварных швов, шлифовку лицевой поверхности); химическую обработку (обезжиривание, травление, промывку, сушку); закррепление панелей; контроль качества панели.
Проведены также испытания панелей, размерами 100 × 400 мм в количестве 4 шт., на прочность при изгибе согласно разработанной методике и по п. 7 ГОСТ 27180-2019. Фотофиксация испытуемых образцов и хода иссследования представлена на рисунке 3. По результатам средняя прочность образцов при изгибе равняется 35,3 МПа.
Результаты определения прочности при растяжении образцов алюминиевых панелей
Определение прочности при растяжении проводили на алюминиевых панелях с внутренним заполнением из алюминиевых сот размерами 100 × 100 мм в количестве 4 шт. Результаты представлены в таблице 1. На рисунке 5 – диаграммы «нагрузка – перемещение» для: а) образца № 1; б) образца № 2; в) образца № 3; г) образца № 4. Внешний вид четырех алюминиевых пане- лей до, вовремя и после испытаний приведены на рисунке 4. В результате средняя прочность образцов при изгибе равняется 1,0 МПа. Согласно представленным для инспектирования протоколов испытаний из лабораторий параметры опытных образцов для проведения исследований варьировались в зависимости от вида испытания. (табл. 2).
Виды испытания и размерный ряд опытных образцов
Выводы
В результате представленная и разработанная техническая система (методики) испытаний опытных образцов архитектурно-строительных элементов металлокерамических панелей со стеклоэмалевым покрытием и алюминиевых панелей с внутренним заполнением из алюминиевых сот позволила определить необходимые физико-механические и термические параметры для эффективной и надежной эксплуатации на объектах городского железнодорожного транспорта, высокоскоростных железнодорожных магистралей и иных объектах транспортной инфраструктуры Москвы и регионов.
В следующих публикациях будут представлены результаты исследований, направленные на изучение и улучшение эстетических и архитектурно-художественных характеристик элементов, а также на их го- рючесть. Перспективным направлением является архитектурное формирование облика куль- турного наследия городов на примере применения металлокерамических и многослойных алю- миниевых сотовых панелей. На рисунках 6–8 представлено внедрение архитектурно-строительных элементов в транспортное строитель- ное производство Москвы и Московской области.
Федоров Виктор Сергеевич, академик Российской академии архитектуры и строительных наук, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Строительные конструкции, здания и сооружения», Российский университет транспорта (РУТ МИИТ), г. Москва, Российская Федерация; ORCID: 0000-0002-0906-716X;
Купчикова Наталья Викторовна, кандидат технических наук, научно-исследовательский ин- ститут городского транспорта города Москвы «МосТрансПроект»; доцент кафедры «Строительные конструкции, здания и сооружения», Российский университет транспорта (РУТ МИИТ), г. Москва, Российская Федерация; ORCID: 0000-0002-2986-4190
Федорченко Алексей Владимирович, аспирант, Центральный научно-исследовательский и проектный институт Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации, г. Москва, Российская Федерация; ORCID iD: 0009-0001-9561-1191; тел.: + 7 (909) 980-41-06;