ТЕПЛОФИЗИЧЕСКАЯ СВОЙСТВА БЕСПЕСЧАНОГО КЕРАМЗИТОБЕТОНА
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКАЯ СВОЙСТВА БЕСПЕСЧАНОГО КЕРАМЗИТОБЕТОНА
Ашимханова Д, Акмалаев К.А.
Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева, г. Алматы, Республика Казахстан , diana94949494@mail.ru
Аннотация. В статье рассматривается крупнопористый беспесчаный керамзитобетон для использования для наружных стен энергоэффективных зданий.Применение позволяет существенно сократить расход вяжущего материала, что связано с распределением его тонким слоем на поверхности зерен керамзита, а также повысить теплозащитные свойства керамзитобетона за счет равномерного распределения воздуха в его порах.
Abstract.The article discusses the macroporousclaydite for use in exterior walls of energy-efficient buildings. Use can significantly reduce the consumption of binder, which is associated with the distribution of a thin film on the surface of grains of expanded clay, as well as to increase the heat-shielding properties keramsit due to the even distribution of air in its pores.
Заполнитель вместе с вяжущим веществом в течение нескольких минут подвергается интенсивному механическому воздействию в специальных машинах – капсуляторах, где покрывается оболочкой (капсулой) вяжущего вещества, при последующем твердении которого образуется монолитная структура крупнопористого бетона [1].
К стеновым ограждающим конструкциям согласно СНиП 23-0-2003 «Тепловая защита зданий» предъявляются требования по ограничению их воздухопроницаемости. Воздухопроницаемость наружных стен жилых и общественных зданий должна быть не более 0,5кг/(м2 *ч).
Воздухоизоляционные свойства строительных материалов и конструкций характеризуются сопротивлением их воздухопроницанию, определяемым по формуле:
2 ч Па) /кг,
где – толщина слоя материала, м; і – коэффициент воздухопроницаемости, кг/(м ч Па).
В ГОСТ 25891 – 83 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления воздухопроницаемости ограждающих конструкций» представлена методика определения воздухопроницаемости ограждающих конструкций. В нормативной литературе отсутствует методика исследования воздухопроницаемости строительных и теплоизоляционных материалов, поэтому при создании экспериментальной установки в лаборатории теплотехнических испытанийбыли учтены рекомендации, приведенные в работах [2].
Согласно зависимость воздухопроницамости исследуемого образца от перепада давлений на его гранях имеет следующий вид:
при п=1 – для ламинарного режима движения воздуха в порах материала; п<1 – для турбулентного режима.
Логарифмируя уравнение (2), получим:
.
Величина коэффициента воздухопроницаемости исследуемого материала находится по формуле:
.
Сущность метода измерения воздухопроницаемости заключается в том, что через исследуемый образец диаметром 95 мм пропускают поток воздуха. После установления стационарного режима измеряют расход фильтрующегося через образец воздуха и перепад давления на его противоположных поверхностях. По результатам измерений рассчитываются значения сопротивления воздухопроницанию и коэффициента воздухопроницаемости.
a) G, кг/(м2*ч)б)Ln G
Рис.1. Графики зависимости воздухопроницаемости от перепада давления для пробы из партии №1: а – в координатах G - P; б – в координатах LnG – LnP
В экспериментальной установке испытуемый материал устанавливается в специальной герметичной обойме. Величину перепада определяют по микроманометру с наклонной трубкой, в который залит этиловый спирт. Один конец трубки сообщается с атмосферой, а другой – с поддонным пространством обоймы.
Измерение разности давлений сводится к регистрации уровней в наклонной трубке.
Количество прошедшего воздуха измеряют газовым счетчиком, а время работы установки определяют по секундомеру.
Пылесос подключен к сети переменного тока через лабораторный автотрансформатор.
По представленной выше методике проведения испытаний строительных материалов на воздухопроницаемость были проведены исследования на воздухопроницаемость трех проб из каждой партии беспесчаного керамзитобетона.
На рис. 1 представлены графики зависимости расхода воздуха через испытуемые пробы от перепада давлений. Результаты испытаний на воздухопроницаемость проб из беспесчаного керамзитобетона приведены в таблице.
Из представленных в таблице 1 данных можно сделать вывод, что воздухопроницаемость беспесчаного керамзитобетона существенно выше воздухопроницаемости керамзитобетона на керамзитовом песке.
Поэтому для повышения сопротивления воздухопроницания в конструкции керамзитобетонного камня предусмотрена защита более плотными слоями из керамзитобетона толщиной 20мм как с наружной, так и с внутренней стороны.
Таблица 1. воздухопроницаемость беспесчаного керамзитобетона
|
№
|
№ образца
|
Плотность в сухом состоянии 0, кг/м3
|
Коэффициент воздухпроницаемости і, кг/(м*ч*Па)
|
|
1
|
1
|
488
|
0,0658
|
|
|
2
|
505
|
0,0645
|
|
|
3
|
440
|
0,068
|
|
Среднее значение
|
478
|
0,066
|
|
2
|
4
|
345
|
0,075
|
|
|
5
|
348
|
0,072
|
|
|
6
|
323
|
0,078
|
|
Среднее значение
|
339
|
0,075
|
|
3
|
7
|
544
|
0,0652
|
|
|
8
|
531
|
0,069
|
|
|
9
|
527
|
0,067
|
|
Среднее значение
|
534
|
0,067
|
|
4
|
10
|
595
|
0,072
|
|
|
11
|
595
|
0,073
|
|
|
12
|
603
|
0,069
|
|
Среднее значение
|
598
|
0,071
|
Для реализации национального проекта «Доступное и комфортное жилье – гражданам Казахстан» требуются относительно недорогие долговечные стеновые строительные материалы, обладающие повышенными теплозащитными характеристиками. К таким материалам относятся стеновые камни из беспесчаного керамзитобетона.
Согласно ГОСТ 530-2007 теплопроводность кладки из климатической камере.
Для проведения данного вида испытаний необходимо выполнить фрагмент кладки из керамзитобетонных камней на цементно-песчаном или «теплом» растворе.
Эксперимент по определению сопротивления теплопередаче кладки из стеновых материалов проводится примерно через три недели после естественной сушки. В процессе эксперимента регистрируется влажность камней. По результатам испытаний в климатической камере устанавливается зависимость теплопроводности фрагмента кладки наружной стены от влажности материала.
Испытания в климатической камере требуют значительных материальных и временных затрат, и поэтому их следует проводить на стадии проведения сертификационных испытаний строительных материалов после выпуска опытной партии на действующей линии.
Сущность ее заключается в том, что теплопроводность кладки из керамзитобетонных камней определяется по температурным полям, полученным с помощью специализированного программного комплекса. При обработке результатов расчета используется методика, изложенная в СНиП 23-02-2003. В качестве исходных данных используются значения коэффициентов теплопроводности строительных материалов, полученные экспериментальным путем с помощью измерителя теплопроводности.
Паропроницаемость строительных материалов оценивается по методике. Для определения эквивалентного коэффициента паропроницаемости стеновых камней предлается использовать поля упругостей водяного пара, полученные с помощью программного комплекса, базирующегося на применении метода конечных элементов [3].
Предложенные методики определения теплопроводности и паропроницаемости в настоящее время используютсядля предварительной оценки теплофизических характеристик кладок из стеновых материалов.
При их использовании достаточно иметь в наличии всего лишь 2 – 3 камня из керамзитбетона. Образцы для определения коэффициентов теплопроводности и паропроницаемости керамзитобетона вырезаются непосредственно из стеновых камней.
После окончательного выбора состава керамзитобетонного камня необходимо провести испытания фрагмента наружной стены в климатической камере для определения теплопроводности кладки.
Сравнение результатов предложенного численного эксперимента по определению теплопроводности стеновых камней с данными, полученными в климатической камере, показывает расхождение числовых значении в пределах 10%.
По изложенной выше методике определялись значения коэффициентов теплопроводности кладок из стеновых камней, изготовленных из беспесчаного керамзитобетона.
В качестве примера приведем расчет коэффициента теплопроводности кладки из керамзитобетонных камней на «теплом» растворе с применением керамзитового песка (в условиях эксплуатации А)
Значения теплофизических характеристик материалов, используемых для изготовления блока, представлены в таблице 2.
Приведенный коэффициент теплопроводности рассматриваемого камня определяем по формуле:
= /R0 – 1/в – 1/ н , Вт/(м*0С),
где – толщина керамзитобетонного камня, м; вн – коэффициенты теплоотдачи со стороны внутренней и наружный поверхностей соответственно, Вт/(м*0С);
R0 = tB– tH / q – сопротивление теплопередаче камня, м2* 0С/Вт; q - удельный тепловой поток Вт/м2.
q=B* (tB – B), Вт/м2,
где B–средняя температура внутренней поверхности камня, 0С, определяемая по температурному полю; B – коэффициенты теплоотдачи с внутренней стороны поверхности при 20 0С.
Таблица 2. Значения теплофизических характеристик
|
Наименование материала
|
Плотность материала в сухом состоянии, кг/м3
|
Расчетные коэффиценты (при услоиях эксплуатации)
|
|
|
|
Теплопроводности, Вт/(м*0С)
|
Паропроницаемости, мг/(м*ч*Па)
|
|
|
|
сух
|
А
|
Б
|
А, Б
|
|
Беспесчаный керамзитобетон D600
|
600
|
0,125
|
0,138
|
0,148
|
0,14
|
|
Беспесчаный керамзитобетон D500
|
490
|
0,12
|
0,13
|
0,14
|
0,16
|
|
Цементно-песчаный раствор
|
1800
|
0,58
|
0,76
|
0,93
|
0,09
|
Находимое значение коэффициента теплопроводности керамзитобетонного камня для условий эксплуатации А.
q=B * (tB – B) = 8,7 * (20-18,2) = 15,66 Вт/м2;
R0 = tB – tH / q= 20-(-30)/15,66 = 3,19 м2* 0С/Вт;
= /R0 – 1/в – 1/ н = 0,42/3,19-1/8,7-1/23=0,138 Вт/(м*0С)
Далее определяем значение коэффициента теплопроводности кладки из керамзитобетонных камней, руководствуясь требованиями к фрагменту, изложенными в ГОСТ 530-2007.
Коэффициент теплопроводности кладки из керамзитобетонных камней в условиях эксплуатации А определяем по формуле:
= /R0 – 1/в – 1/ н=0,42/2,88-0,0435-0,1149=0,154 Вт/(м*0С)
приведенная методика используется для исследования теплофизических характеристик стеновых камней из беспесчаного керамзитобетона.
Список литературы
- Бикбау М.Я. Капсимэт – современная технология быстровозводимых зданий // Строительные материалы. 2004. №3. С. 12-13.
- Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий М.: АВОК-ПРЕСС, 2006.258с.
- СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. М.: Госстрой России, 2004.40с.
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКАЯ СВОЙСТВА БЕСПЕСЧАНОГО КЕРАМЗИТОБЕТОНА