О теплопроводности керамзитобетона на кварцевом песке

В статье приведены результаты опытов по определению коэффициентов теплопроводности керамзитобетона с воздухововлекающими добавками на гранулированном шлаке и обычном строительном (кварцевом) песке. Не оспаривая достоверности полученных авторами данных, необходимо отметить, что число опытов и их анализ недостаточны, чтобы сделать какие-либо обобщающие выводы. За последние годы опубликовано много данных по теплопроводности различных видов керамзитобетонов. При этом установлено, что его поризация, а также введение в состав кварцевого песка вместо керамзитового не отражается на значениях коэффициента теплопроводности в сухом состоянии при неизменной объемной массе бетона. Этот вывод подтверждает и рисунок. Существенный разброс не позволяет выделить влияние каких либо факторов на зависимость λС = f(γC). В пределах изменения объемной массы от 800 до 1200 кг/м3 она может быть принята линейной λС = 0,29 γC - 0,03.

Хотя в среднем значения λС для керамзитобетонов с воздухововлекающими добавками на кварцевом песке удовлетворяют уравнению, для этого вида бетона зависимость λС = f(γC) характеризуется особенно большим разбросом. Помимо этого коэффициент теплопроводности для таких бетонов более чувствителен к изменению влажности. Если для керамзитобетонов на керамзитовом песке значение КВЛ колеблется в пределах 0,4-1,3 и в среднем составляет 0,9, то для керамзитобетонов на кварцевом песке с воздухововлекающими добавками – соответственно от 0,6 до 2,2 и в среднем 1,3. Это обстоятельство, казалось бы, должно привести к худшим теплофизическим свойствам таких бетонов. Однако из-за меньшей водопотребности и сорбционной способности керамзитобетоны на кварцевом песке характеризуются меньшей (в среднем на 30%) влажностью. В результате в эксплуатационных условиях ограждающие конструкции из керамзитобетона на кварцевом песке с воздухововлекающими добавками обеспечивают то же сопротивление теплопередачи, что и конструкции из керамзитобетона на керамзитовом песке (без поризации воздухововлекающими добавками). Об этом свидетельствует десятилетний опыт использования таких бетонов в строительстве. Изготовлено и смонтировано около 20 млн. м3 ограждающих конструкций, при этом не потребовалось ни увеличения их толщины, ни снижения проектной объёмной массы керамзитобетона. В настоящее время подобную технологию применяют около 150 заводов. Только в Москве из керамзитобетона на кварцевом песке с воздухововлекающими добавками ежегодно изготовляется более 800 тыс. из панелей и блоков для жилых и общественных зданий. Использование таких бетонов не ухудшает теплозащитные свойства конструкций. Это подтверждают данные табл. 1, в которой приведены обобщенные результаты испытаний панелей (в натурных условиях) и фрагментов (в климатических камерах), выполненных в НИИМосстрое и МНИИТЭП.

Таким образом, несмотря на то, что зерна кварцевого песка обладают, как известно, повышенным коэффициентом теплопроводности (от 1,5 до 7 ккал/(ч*м*°С)), это не оказывает существенного влияния на теплопроводность керамзитобетона, содержащего значительное количество вовлеченного воздуха. Данный вывод подтверждается на основе общепринятых в теплофизике композиционных и зернистых материалов моделей упорядоченных систем, в основу которых положен принцип электротепловой аналогии. Рассматривая бетон как многокомпонентную систему, состоящую из последовательных двухкомпонентных систем; цементный камень (гидратированный цемент плюс капиллярные поры и поры вовлеченного воздуха), раствор (цементный камень плюс зерна песка), бетон (раствор плюс крупный заполнитель), можно рассчитать коэффициент его теплопроводности.

Как следует из теоретического анализа, улучшение теплозащитных свойств керамзитобетона с высоким содержанием керамзитового песка объясняется не особенностями структуры бетона, а повышенным объемом капиллярных пор в цементном камне.

На основе найденных расчетно-экспериментальным методом зависимостей коэффициента теплопроводности цементного камня и керамзита от пористости при известных значениях коэффициента теплопроводности воздуха и кварцевого песка рассчитали значения коэффициентов теплопроводности керамзитобетонов, приведенных в работе (табл. 3). При этом учитывали, что гранулированный шлак, в отличие от керамзита, имеет стекловидную структуру, а это при неизменной пористости примерно в 1,5 раза снижает его коэффициент теплопроводности.

Как видно, наблюдается достаточно хорошая сходимость расчетных и экспериментальных значений. Расчет для керамзитобетона на керамзитовом песке показал, что при одинаковой объемной массе и вице керамзита коэффициенты теплопроводности бетонов на керамзитовом и кварцевом песках равны.

Следовательно, опыты не противоречат ранее полученным данным, а лишь еще раз подтверждают эффективность применения в легких бетонах, в том числе керамзитобетонах с воздухововлекающими добавками, мелких заполнителей со стекловидной структурой (граншлак, шлаковая пемза). Стендовые испытания показали, что в условиях Приднепровья возможно применение керамзитобетонов на кварцевом песке с воздухововлекающими добавками при толщине панелей 35 см и объёмной массе бетона не более 1150 кг/м3.

Коэффициенты теплопроводности таких бетонов при пересчете на эксплуатационную влажность (6%) примерно соответствуют требованиям СНиП 11-А-7-71. Применение составов керамзитобетона с объемной массой 1300 кг/м3 и содержанием кварцевого песка 400-500 кг/м3‚ что не рекомендовано инструкцией ВНИИЖелезобетона, приводит к повышению коэффициента теплопроводности.

Анализ показывает, что в зависимости от свойств керамзита и содержания кварцевого песка коэффициент теплопроводности керамзитобетона при той же объемной массе может колебаться в больших пределах, поэтому на практике перед началом массового производства необходима обязательная экспериментальная проверка.

При дефиците керамзита применять кварцевый песок для приготовления керамзитобетона при условии поризации смеси воздухововлекающими добавками и обеспечении требуемых значений объемной массы и коэффициента теплопроводности бетона, безусловно, можно.

Значения для предварительных расчетов можно принимать по СНиП, однако необходимо стремиться к использованию при приготовлении керамзитобетона и поризации воздухововлекающими добавками и эффективных пористых песков, снижающих объемную массу бетона, и позволяющих уменьшить толщину ограждений.