Строительство и архитектура / 4.Современные строительные материалы

Акмалаев К.А.

Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева, г. Алматы, Республика Казахстан

Повышения теплозащитных свойств легкого бетона

Легкие бетоны повсеместно остаются материалами способствующими уменьшению массы сооружаемых объектов, важная роль в перспективе, по-прежнему, отводится конструкционно-теплоизоляционным легким бетонам, которые находят все большее применение в однослойных ограждающих конструкциях зданий.

Одним из путей повышения эффективности использования легких бетонов является улучшение их эксплуатационных свойств, за счет применение легких искусственных пористых заполнителей, характеризующихся одновременно достаточной прочностью, высокими теплоизоляционными свойствами.

Одним из основных показателей качества конструкционно-теплоизоляционного бетона является его теплопроводность. Снижение коэффициента теплопроводности легкого бетона на 10 % позволяет при сохранении теплозащитных свойств уменьшить толщину наружной стеновой панели в среднем на 30 – 40 мм и массу 1 м² стены на 30 -60 кг. Что основными факторами, влияющими на теплопроводность бетона, являются вид и расход цемента, расход воды затворения, теплопроводность и крупность заполнителя, плотность, условия твердения и возраст бетона.

Теплопроводность реального материала существенно зависит от его влажности. Влияние влажности на коэффициент теплопроводности материала имеет особенно большое значение в теплоизоляции и строительстве. Чтобы учесть влагосодержание материала при определении коэффициента теплопроводности, следует исходить из его значения для материала в сухом состоянии с введением коррективов по влажности. На рисунке 1 приведены данные по СНиП II-3-79 зависимостью теплопроводности бетонов от их плотностью материала на керамзитовом песке и доменных гранулированных песках.

В результате минералого-петрографических исследований искусственных пористых заполнителей установлено, что в составе керамзита, аглопорита и вспученного перлита преобладают алюмосиликатные фазы неупорадочными строением – аморфизированное обжигом глинистое вещество и кислые стекла. Стекловидная фаза присутствует лишь в виде примеси.

В результате исследований пористых заполнителей выявлено, что у шлака средний диаметр пор выше, чем у керамзита, а содержание стекловидной составляющей много ниже. Теплопроводность шлака и керамзита плотностью 900 и 600 кг/м³ одинаково 0,2 Вт/(м∙^oC). При этом содержание кристаллической фазы в шлаке 50-70 %. Введение в бетон гранулированного шлака вместо пористого шлака привело к повышению теплопроводности бетона на 14,0 %, при одновременном увеличении его плотностью на 13,0 %.

λ, Вт/(м∙^oC)

Плотность бетона, кг/м³

Рис. 1. Зависимости теплопроводности бетонов от их плотности

1 – на керамзитовом песке; 2 – на доменных гранулированных песках.

Для уменьшения теплопроводности существенным является не только общее количество стекла, содержащегося в заполнителе, но и его распределение. Наиболее выгодным с этой точки зрения является случай, когда стекловидные оболочки покрывают стенки пор и капилляров хотя бы тонким слоем, так как в этом случае уменьшится теплопередача лучеиспусканием. Важно также, чтобы стенки пор имели не только пористые, но и порфировидное строение, т.е., чтобы кристаллические вкрапления отделялись бы друг от друга хотя бы тонкими стекловидными слоями. Кроме того, немаловажную роль влияния на величину теплопроводности отводят размерам кристаллов материала, с уменьшением величины кристалла уменьшается теплопроводность.

В доменных шлаках, содержащих большое количество различных примесей, возможно, такое частое нарушение кристаллических решеток образовавшихся в шлаке минералов, когда теплопроводность их станет близка к величине теплопроводности стекол. Кроме того, на снижение теплопроводности шлаков оказывает влияние также то - обстоятельство, что в шлаках, особенно кислых, всегда имеется некоторое количество стекла, обволакивающего кристаллы. Обволакивающая составляющая оказывает несколько большее влияние на теплопроводность, чем обволакиваемая. Доказательством этого положения служит то, что коэффициенты теплопроводности сыпучих материалов всегда несколько ниже, чем ячеистых материалов той же плотностью.

В таблице 1 приведены данные Каммерера о зависимости коэффициента теплопроводности воздуха в замкнутых порах от диаметра пор при 0 ^оС.

Теплопроводность материала в порах размером до 1 мм мало изменяется, а в порах диаметром более 1 мм она резко увеличивается. Следовательно, при одинаковой пористости величина коэффициента теплопроводности будет тем больше, чем крупнее поры материала. Поэтому создание мелкопористой структуры легкого бетона и применение мелкопористых заполнителей способствуют получению бетона пониженной теплопроводности.

Таблица 1.

Зависимость коэффициента теплопроводности воздуха в замкнутых порах от диаметра пор при 0 ^оС

Значения коэффициента теплопроводности, Вт/(м∙^oC)	Диаметр пор, мм
	Без пор	0,1	0,5	1,0	2,0	5,0
Абсолютные	0,0236	0,0241	0,0257	0,0277	0,0317	0,0440
Относительные	1,00	1,02	1,09	1,17	1,34	1,86

λ, Вт/(м∙ ^oC)

Рис.2. Зависимость коэффициента теплопроводности от пористости для материалов ячеистого строение

1 – обожженный кирпич; 2 – теплоизоляционные массы.

На рисунке 2 представлены кривые, из которых следует, что для материала с одной и той же плотностью кривая зависимости коэффициента теплопроводности от пористости расположена выше для обожженных кирпичей, характеризующихся грубой пористостью в связи с введением крупных выгорающих добавок, чем для мелкодисперсных масс, в которых поры более мелкие и образуются вследствие введения большого количества воды.