Строительные материалы

Если вы начали ремонт — материалы это самое основное, с чего стоит начать!

А здесь вы сможете приобрести для вашей крыши металлочерепица бровары

Медь использовалась в строительстве в качестве листового кровельного покрытия, а также для труб и проводов, последние два из которых используются в настоящее время. Использование меди расширилось во время Второй мировой войны как в естественном виде (особенно в коммуникациях), так и в его сплавах (в судостроении) ( Ассоциация развития меди, 1960 Ассоциация развития меди, 1959 г.)., с. 56–57). Медь одновременно пластична, податлива и устойчива к водной коррозии. Как кровельный материал он вступает в реакцию с воздухом и водой, образуя патину, которая затем предотвращает дальнейшую коррозию, продлевая срок ее службы, даже сотни лет ( с. 7–8). Тот факт, что он может быть легко спаян для образования стабильных соединений, привел к его широкому использованию в качестве труб и труб, а также в водосточных желобах, водосточных трубах и отливках. Он может быть легко переработан, что является основой его принципов устойчивого развития. В Соединенных Штатах почти половина всей меди на рынке подвергается вторичной переработке, при этом большая часть первичной меди используется для проводки. Из переработанного материала более половины приходится на новый лом, а остальная часть устарела и извлекается из старых электрических кабелей и выброшенных труб ( Copper Development Association Inc., 2015 ). Гордон и соавт. (2006) предположить, что в Соединенных Штатах общее количество меди примерно поровну поделено между тремя областями, это медь, все еще находящаяся в рудах, которые еще предстоит добывать, медь в продуктах, которые используются в настоящее время, и медь, сбрасываемая в отложения отходов, и они подчеркивают необходимость двигаться от добычи сырья до использования переработанных продуктов. Извлечение меди из отвалов также может стать необходимым.

Тот факт, что медь всегда была переработана, способствовал тому, что он был предложен в качестве устойчивого материала для кровли и облицовки, учитывая, что срок его службы составляет 200 лет ( Anon., 2006 ). Недостатком меди в качестве устойчивого материала является то, что она является дефицитным сырьем со средней концентрацией руды менее 1%. Это означает, что  для получения 1  тонны рафинированного металла необходимо добыть более 100 тонн руды, в которой используются энергетические и токсичные химические вещества, которые необходимо утилизировать ( Messner, 2007 , стр. 113). Хотя природоохранное законодательство в развитых странах привело к уменьшению воздействия меди на окружающую среду в течение ее жизненного цикла, это компенсируется тем, что происходит с точки зрения неэффективной добычи меди в развивающихся странах (Месснер, 2007 , с. 128).

Медь — это материал, который необходимо использовать надлежащим образом и экономно, поскольку он является жизненно важным ресурсом для обеспечения людей теплом и электроэнергией как сейчас, так и в будущем, поскольку не существует действительно подходящей альтернативы, эквивалентной по стоимости ( Messner, 2007 Gordon et al., 2006 ). Проблема заключается в том, что медная промышленность хочет продавать как можно больше сейчас, и поэтому будет подчеркивать аспекты устойчивости меди, в то время как истинная устойчивость должна планироваться так, чтобы материал был доступен как для этого, так и для будущих поколений (для дальнейшего обсуждения см. главу 2 )., п. 116). Алюминий можно использовать для проведения электричества, но, поскольку он является менее хорошим проводником, потребуется больше металла, что повышает стоимость (

 

9.6.1 Кровельные материалы с высоким альбедо

Как упоминалось ранее, наиболее распространенные продукты, касающиеся покрытий с высоким содержанием альбедо, включают асфальтовую черепицу, металлические кровельные покрытия , черепицу на основе глины или цемента и оптимизированные битумные кровельные системы ( Levinson et al., 2005). Охлажденные покрытия также можно охарактеризовать в зависимости от природы связующего , например, цементирующих или эластомерных покрытий или носителя на водной или растворительной основе. Цементные покрытия обычно наносятся поверх гидроизоляционных мембран, тогда как эластомерные покрытия могут быть настоящими гидроизоляционными мембранами или быть непосредственно прикрепленными к ним. Они характеризуются солнечной отражательной способностью (альбедо) выше 65% на момент установки, а их тепловая излучательная способность всегда превышает 80%.

Носители покрытий также важны для классификации покрытий с высоким альбедо. Фактически они используются для улучшения обрабатываемости покрытия и нанесения на кровельные конструкции. Однако носитель обычно испаряется во время процесса сушки покрытия.

В таблице 9.1 приведенысообщает некоторые эталонные значения солнечной отражательной способности , теплового излучения и SRI, со ссылкой на предыдущие исследования и измерения, проведенные авторами в лабораторной сети в рамках EU-CRC.

Таблица 9.1 . Термооптические свойства наиболее распространенных покрытий с высоким содержанием альбедо для крыш

Название материала Солнечная отражательная способность (%) Тепловой коэффициент излучения (%) НИИ (-)
Черное покрытие 4-8 80-90 —  10; 3
Белое покрытие 70-85 80-90 81-108
Глиняная плитка (красная натуральная) 28-44 85-90 24-48
Белая глиняная плитка ангоб 70-80 85-90 83; 100
Белая бетонная плитка 60-75 85-90 68; 92
Глиняная плитка из серого ангоба 18-33 85-90 12; 34
Белая полиуретановая мембрана 65-85 80-90 74; 108
Черная битумная мембрана 4-8 80-90 —  10; 3
Неокрашенная металлическая кровля 20-60 10-45 —  112; 45
Белая металлическая крыша 6-75 80-90 —  7; 92

9.6.1.1. Плитка

Черепица представляет собой наиболее типичное кровельное покрытие в европейских странах и в традиционной архитектуре в целом. Они состоят из отдельных элементов и имеют разные формы и конфигурации в зависимости от местных методов строительства. Рисунок 9.7сообщает о четырех типах черепицы, отличающихся различной формой и отделкой, обычно используемых в классических архитектурах с наклонными крышами. Покрытие с высоким альбедо можно наносить на плитку во время промышленного производства или просто на крышу после ее укладки. Наиболее распространенными материалами для плитки являются натуральная глина (в основном в Европе), материалы на основе цементаи недорогие компоненты асфальта. Типичные глиняные плитки, найденные в европейских странах, в основном используются вокруг Средиземноморского бассейна и часто представляют важные ограничения из-за необходимости сохранять их внешний вид. В этом случае, поскольку такую ​​плитку обычно обжигают в процессе производства, покрытие с высоким альбедо может быть нанесено на поверхность необработанной плитки в качестве ангоба. Затем его обжигают с оригинальной деталью без изменения свойств плиток и оптических характеристик. Эта процедура обеспечивает относительно более высокую стабильность и более высокую устойчивость к явлениям выветривания, что означает большую долговечность раствора. Светлоцветные плитки обычно имеют от 20 до 40% солнечной отражательной способности, в то время как белая плитка может иметь солнечную отражательную способность около 60-75%. Тепловые коэффициенты излучения обычно превышают 80%.

9.6.1.2 Асфальтовая черепица

Это решение представляет собой недорогую кровельную конструкцию, обладающую высокой устойчивостью даже в сложных погодных условиях. Черепица в основном сделана из битума, иногда покрыта заполнителями. Их типичная солнечная отражательная способность составляет менее 15%, учитывая высокий потенциал поглощения материалов на основе асфальта, но они могут быть покрыты покрытиями с высоким альбедо с существенным увеличением способности отражать солнечную энергию. Основное использование этой черепицы осуществляется в Соединенных Штатах, где важная разработка была достигнута группой Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. Фактически Levinson et al. (2007)прототипированные 2-слойные и 3-слойные системы с высокоотражающими подложками, обнажающие диоксид титана во внешнем слое и покрывающие прохладными покрытиями (то есть покрытием с высоким коэффициентом отражения NIR и схожим визуальным видом по сравнению с классическими материалами того же цвета; Левинсон и др., 2010c ). Таким образом, асфальтовая черепица может характеризоваться значениями солнечной отражательной способности от 30% до 35% с зеленым отделочным слоем.

9.6.1.3 Металлические кровельные слои

Металлические крыши обычно покрыты металлическими листами или черепицей из оцинкованной стали или алюминия. Они обычно представляют собой предварительно нанесенное покрытие и могут быть окрашены на внешней поверхности для окончательного покрытия крыши. Они в основном используются в жилых и коммерческих зданиях и, прежде всего, в условиях холодного климата, поскольку их можно легко установить на сильно наклонных крышах. Металлические слои, покрытые покрытиями с высоким альбедо, могут характеризоваться значениями солнечной отражательной способности от 60% до 70%. Отрицательным моментом является, как упоминалось ранее, низкий коэффициент теплового излучения, обычно около 30%. Чтобы поднять этот предел, на рынке действительно доступны листы, предварительно окрашенные прохладными покрытиями, со значениями теплоотдачи от 80 до 90%.

9.6.1.4 Битумные мембраны

Битумные мембраны обычно применяются в качестве водонепроницаемых систем для крыш, учитывая их химические характеристики, эластичность и их относительно высокую стойкость к термической деформации и другим усталостным воздействиям. Если они не покрыты, они характеризуются солнечным коэффициентом отражения ниже 20%, но, если они покрыты покрытиями с высоким альбедо, их коэффициент отражения может достигать значений от 60 до 80% в зависимости от характеристик покрытия. Тепловыделение составляет от 80% до 90% для покрытых и непокрытых мембран.

 

3 Оптические свойства строительных материалов

Проектировщики и разработчики зданий, занимающиеся уменьшением тепловых островов, сосредотачивают свое внимание на показателе солнечной отражательной способности (SRI) для кровельных покрытий , теневых конструкций и материалов для мощения. SRI включает в себя как солнечную отражательную способность

В соответствии со стандартом ASTM E1980-01 [53] , SRI рассчитывает, насколько горячая плоская поверхность будет нагреваться относительно стандартного черного (отражающая способность 5%, коэффициент излучения 90%) и стандартной белой поверхности (отражающая способность 80%, коэффициент излучения 90%) ,

SRI измеряет относительную стационарную температуру поверхности по отношению к стандартной белой поверхности (SRI = 100) и стандартной черной поверхности (SRI  =  0) при стандартных условиях солнечной среды и окружающей среды.

Стационарная температура ( s ) поверхности сильно коррелирует с инфракрасным излучением самой поверхности. Для сухой поверхности, подверженной воздействию солнца и идеально изолированной снизу, стационарная температура поверхности может быть аппроксимирована следующим соотношением [54] :

(10)ɛaI=ɛσTs4−Tsky4+hcTs−Ta

где:

а = солнечная абсорбция, доля солнечного потока, поглощенного материалом

I = солнечный поток (1000  Вт / м 2 в стандартных условиях)

σ = постоянная Больцмана (5,6710–8  Вт / К 4  м 2 )

a  =  температура воздуха (310  К в стандартных условиях).

sky = температура неба (300  K в стандартных условиях)

c 2 К)= конвективный коэффициент (Вт / м

При стандартных условиях солнечной среды и окружающей среды установившаяся температура поверхности для черно-белых эталонных поверхностей составляет соответственно 355,61  К (коэффициент отражения солнечного света 0,05 и коэффициент излучения инфракрасного излучения 0,9) и 317,76  К (коэффициент отражения солнечного света 0,80 и коэффициент излучения инфракрасного излучения: 0,9).

SRI определяется следующим уравнением:

(11)SRI=Tb−TsTb−Tw×100

Величина солнечного поглощения не может быть вычислена напрямую, но она получается путем анализа других оптических свойств.

Согласно формуле (10) h c может принимать три различных значения: 5, 12 и 30 Вт / м 2. К, чтобы принять во внимание различные условия ветра.Расчет SRI осуществляется по проверенным значениям солнечного поглощения и теплового излучения и, согласно стандарту, конвективного коэффициента

Тем не менее, для непрозрачных материалов, солнечное поглощение может быть оценено по формуле. (12) :

(12)a=1−ρs

где ρ s — солнечная отражательная способность.

Существует несколько методов и приборов для измерения солнечного отражения и теплового излучения в соответствии со стандартом. Кроме того, было разработано много калькуляторов SRI, и они доступны онлайн (ORNL SRI и LBNL Heat Island group SRI [52] ).

Солнечное отражение может быть измерено этими приборами:

спектрофотометр, согласно ASTM E903-96 [55] , для небольшой площади;

портативный солнечный рефлектометр, в соответствии с ASTM C1549-2002 [56] , для плоских и однородных поверхностей размером несколько см 2 ;

пиранометр, согласно ASTM E1918 [57] , для крупномасштабных измерений на месте.

Основные преимущества выполнения измерений с помощью спектрофотометра относительно пиранометра имеют много преимуществ:

Представление спектров коэффициента отражения в исследуемом диапазоне длин волн вместо одного значения.

Измерения проводятся на небольших образцах вместо широких областей, что позволяет сократить время, необходимое для подготовки образца.

Они не зависят от источников света. Измерения, выполненные с помощью пиранометра, зависят от погодных условий.

Некоторые недостатки также существуют:

Образцы должны быть чистыми и без дефектов. Измерения, выполненные с помощью пиранометра, менее подвержены влиянию небольших дефектов в области образца.

Спектрофотометр позволяет проводить измерения практически на плоских образцах. Например, результаты измерения спектрофотометром на образце гравия или зеленой зоны не могут быть реалистичными и надежными.

Если измерения должны быть выполнены на месте.

Портативные солнечные рефлектометры позволяют проводить анализ на небольших площадях, но они не требуют производства образца для тестирования. Анализы могут быть реализованы на некоторых репрезентативных поверхностях тестируемой области, даже на месте. Однако они не обладают точностью и надежностью спектрофотометров.

Что касается количественного определения солнечной отражательной способности, принцип запуска показывает, что световой поток, воздействующий на поверхность, частично отражается, поглощается, а в некоторых случаях передается через материал. Эти поведения обычно описываются следующими коэффициентами:

Коэффициент отражения, рассчитывается по соотношению отраженного и падающего светового потока. Обычно обозначается буквой ρ .

Коэффициент передачи, рассчитываемый по соотношению между переданным и падающим световым потоком. Это обычно обозначается буквой т. В непрозрачных материалах t  =  0.

Коэффициент поглощения, представляющий соотношение между поглощенным и падающим световым потоком. Он оценивается как дополнение к 1 сумме коэффициентов отражения и передачи. Коэффициент поглощения обычно обозначается буквой а.

На рис. 7 нм) и ближней инфракрасной (ближней инфракрасной) области (в частности, от 900 до 1100 нм и более 1600 нм).сообщает о коэффициенте пропускания, отражения и поглощения стекла с покрытием в диапазоне длин волн Солнца (300–2500  нм), полученного с помощью спектрофотометра. Испытуемое стекло характеризуется высоким коэффициентом пропускания в видимом диапазоне, в то время как в ультрафиолетовом свете оно получается практически непрозрачным (до 340

Стандарты EN и ASTM определяют разные методы для представления характеристик световых характеристик с помощью однозначных индексов.

Большинство спектрофотометров не позволяют измерять абсолютное значение коэффициента отражения ρ s, but only the relative one; in this case, the optical properties of the tested sample are determined using a reference sample, which reflectivity is considered equal to 100% for each investigated wavelength. The selection of the reference sample is crucial in spectrophotometric measurements, since it should have an optical behavior similar to the tested material. The relative reflectance coefficient is not useful since it depends by the optical characteristics of the reference sample; the absolute value of the reflectance coefficient can be obtained multiplying the relative one with the absolute reflectance coefficient of the reference sample. The absolute value of the reference sample can be measured by particular instrumentations devoted to this operation.

The spectral reflectance coefficient used for the retrieval of ρs should be assessed considering the total reflection, considering both specular (mirror-like reflection, with the same angle of incidence) and diffuse (several angles of reflection) contributions.

Moving to the surfaces thermal emittance quantification, the measurement procedure is regulated by the Standards ASTM C1371-04 [60] and ASTM E408 [61]. The device (thermal emissometer, Fig. 9) consists of a circular head with a small diameter (about 50 mm), heated by an electric power supplier up to a temperature of 355 K. Во время измерения поверхность образца и поверхность измерительной головки остаются разделенными воздушным слоем, ограниченным круглой коронкой пластикового цилиндра, которая охватывает всю головку и облегчает ее использование. Образец термическая проводимость должна быть выше , чем 1100  W/mК, что соответствует тепловому сопротивлению менее 0.000912  m2 K/W.

Войдите, чтобы скачать полноразмерное изображение

Рис. 9 . Тепловой эмиссометр.

Процедура количественного определения теплового коэффициента излучения состоит из калибровки прибора, чтобы отрегулировать показания так, чтобы они равнялись коэффициенту излучения стандарта низкого и высокого коэффициента излучения, после чего следует измерение коэффициента излучения образца.

Отчет о результатах каждого испытания должен содержать следующую информацию:

название, физическое описание, толщина и температура воздуха;

исходные и заданные значения эмиттанса калибровочных эталонов;

измеренные значения эмиттанса.

 

17.1 Структурные элементы

Они обычно состоят из профилированных листов из алюминия или стали, защищенных аналогично облицовке стен. Они укладываются на стальные или бетонные балки для формирования кровельного покрытия. Листы крепятся друг к другу и к балкам крыши с помощью самонарезающих винтов, креплений картриджа или утвержденных крепежных зажимов.

Металлические палубы спроектированы так же, как и любая другая структурная единица, панели спроектированы в виде широких балок, охватывающих прогоны. Панели с различными упругими структурными свойствами могут быть получены, и только после рассмотрения пролетов прогона и настила можно разработать наиболее экономичное устройство кровли. Из-за нагрузки может произойти чрезмерное отклонение, которое само по себе не вызовет чрезмерного напряжения металлического настила. Это различие между модулем упругости и допустимыми напряжениями материала в конструкции систем кровельного покрытия может иметь решающее значение. Обычно отклонение ограничено до двухсот сорокового пролета.

 

18.3 Численные результаты

В качестве эталонной структуры использовалось цилиндрическое хранилище, проанализированное в предыдущей экспериментальной кампании ( Ramaglia et al., 2016 ). Он очень тонкий и без засыпки, что типично для сводчатых крыш, покрывающих многие итальянские церкви и другие религиозные здания.

Для численного анализа хранилище было смоделировано как плоская круглая арка  глубиной 0,5 м с равномерным прямоугольным поперечным сечением высотой h = 12  см; значения пролета и подъема составляют 3,1 и 1,33  м соответственно. Рассмотрена лучшая ситуация, в которой может быть найдено хранилище, то есть случай, когда нет никаких дифференциальных смещений на абатментах. Таким образом, хранилище было смоделировано в одиночку с зажатыми пружинами, без учета опор, и было дискретизировано с помощью 150 элементов балки для 453 степеней свободы.

Срединные значения механических параметров, сообщенные в Ramaglia et al. (2016) были предполагается для кладки: модуль Юнга Е = 1.5  ГПа, прочность на сжатие σ с = 3,2  МПа, а плотность материала ρ = 1800  кг / м 3 . Пластичность деформации при сжатии μ равнялась 1,5, ахарактерная длина для процедуры нелокального повреждения была установлена ​​равной 0,12  м. Наконец, коэффициенты демпфирования матрицы Рэлея были выбраны для учета 4% коэффициента демпфирования на первых двух упругих модах во всех проанализированных случаях. Первая собственная частота упругой модели оказалась равной 11,6  Гц, что близко к экспериментальному значению.

Чтобы имитировать меры по укреплению существующих конструкций, все численно моделируемые конструкции сначала загружались с собственным весом, и только после того, как было применено армирование. Другими словами, FRP был размещен на уже деформированных поперечных сечениях, пренебрегая деформациями из-за вертикальных нагрузок. Затем были применены шесть исторических входных движений грунта для изучения сейсмического отклика хранилищ в их неупрочненных и усиленных конфигурациях. Основные характеристики используемого сейсмического воздействия приведены в таблице 18.1 .

Таблица 18.1 . Используются входные движения земли.

землетрясение Свидание М ш Продолжительность (с) ПГА (г)
s1 Tabas 1978 7,4 63,40 0,925
s2 Черногория (1) 1979 6,9 47,80 0,374
s3 Фриули 1976 6 9,98 0,505
s4 Южная исландия 2000 6,5 72,47 0,511
s5 Южная Исландия (2) 2000 6.4 54.99 0.419
s6 Montenegro (2) 1979 6.9 48.22 0.453

В случае естественных вентиляторов, которые открываются вертикально для обеспечения максимального выпуска, эти устройства допускают дождь, если они не закрыты в сырую погоду. Устройство «детектора дождя» может потребоваться для предупреждения о закрытии вентиляторов, когда начинается дождь. Для крышных блоков с вентилятором такое требование не требуется.

 

Опубликовано:21 Ноябрь

Похожие записи