О ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ШЛАКОПЕМЗОПЕНОБЕТОНА

Теплофизические свойства шлакопемзопенобетона, приготовленного на материалах Приднепровья с использованием пенообразователя ПБ и лессовидного суглинка как дисперсной добавки, в течение ряда лет изучались в Днепропетровском филиале НИИСП.

Шлакопемзопенобетон – это сложная комбинация структур пенобетона и шлакопемзобетона‚ сильно различающихся рядом своих теплотехнических параметров. Изучение дифференциальной пористости шлакопемзобетона в пределах линейных размеров пор L ≥ 20 мк приводит к заключение, что с ростом соотношения объемов пеномассы и шлакопемзового щебня и при неизменной объемной массе поризованного теста в материале формируется все более однородная и мелкопористая структура, и это обусловливает, с одной стороны, тенденцию к уменьшению коэффициента теплопроводности λ и с другой – увеличение сорбционной влажности бетона. Речь идет лишь о «тенденции» к уменьшению коэффициента теплопроводности потому, что при определенном значении, зависящем от величины γ_ПМ = const‚ коэффициент теплопроводности имеет экстремум: λ = λ_МАКС. Этот экспериментальный факт объясняется существованием максимума плотности бетона или минимума его общей пористости при изменении значений. Дело в том, что для малых значений (мало пеномассы, много щебня) пеномасса полностью не заполняет пустоты в щебне и бетон имеет неплотную, «ажурную» структуру; при больших же значениях и (мало щебня, много пеномассы) непрочная, пористая структура обуславливается соответствующими свойствами поризованного теста. В промежутке между указанными значениями должна быть максимальная плотность материала. При объемной массе шлакопемзового щебня γ ≈ 480 кг/м³, использовании портландского цемента марки М500 и для γ_ПМ ≈ 1100 кг/м³ шлакопемзопенобетон имеет общую пористость, представленную на рис. 1 и, как видно, обладающую минимумом в точке н ≈ 1:1,75‚ что свидетельствует о существовании максимума плотности материала в этой точке. Соответственно этому ведет себя и объемная масса бетона с изменением соотношения объемов пеномассы и шлакопемзового щебня. При тех же исходных параметрах бетона и при его нулевой влажности получается кривая зависимости γ(н), представленная на рис. 2, и, как видно, имеющая максимум при том же значении н = 1:1,75.

При γ_ПМ ≈ 1200 кг/м³ и прочих равных данных максимум значений γ шлакопемзопенобетона (см. рис. 2) получается при 1:1,50. Этот «сдвиг» γ_МАКС соответствует тому факту, что для получения наибольшей объемной массы шлакопемзобетона легкую пеномассу нужно брать в меньшем объеме, чем тяжелую пеномассу относительно того же объема шлакопемзового щебня. Таким образом, при неизменной объемной массе поризованного цементного теста коэффициент теплопроводности шлакопемзопенобетона как функция соотношения объемов пеномассы и шлакопемзового щебня имеет максимум, обусловленный существованием максимума плотности материала, и уменьшается при дальнейшем возрастании этого соотношения вследствие увеличения степени однородности структуры и общей пористости с одновременным уменьшением линейных размеров пор. На рис. 3 показана зависимость λ(н) для двух объемов пеномасс. Влажность шлакопемзопенобетона с γ_ПМ ≈ 1100 кг/м³ была w ≈ 3,7…3,9%‚ а при γ_ПМ ≈ 1200 кг/м³ w ≈ 5,0…5,2% относительно сухой пассы материала. Коэффициенты теплопроводности λ₀ и соответствующие им объемные массы γ₀ шлакопемзопенобетона с нулевой влажностью для γ_ПМ ≈ 900…1100 кг/м³ и для различных значений приведены в табл.

При произвольных влажности материала коэффициент теплопроводности может быть определен по формуле: λ_W = λ₀ + 0,012w.

В частности, при w = w_СОРБ получается коэффициент теплопроводности, соответствующий значению влажности.

Относительно поведения сорбционной влажности шлакопемзопенобетона при изменении соотношения объемов пеномассы и шлакопемзового щебня и неизменной объемной массе поризованного цементного теста могут быть высказаны следующие соображения. При одинаковых объемных массах пенобетон обладает большей сорбционной влажностью, чем шлакопемзобетон; поэтому с ростом н (пеномассы больше) шлакопемзопенобетон по своим свойствам приближается к пенобетону и его сорбционная влажность возрастает; в то же время увеличившееся количество пеномассы уменьшает объемную массу шлакопемзопенобетона. Таким образом, свойственное многим строительным материалам возрастание сорбционной влажности с увеличением объемной массы принципиально невыполнимо для шлакопемзопенобетона. С точки зрения строения шлакопемзопенобетона – чем более однородна его структура и меньше линейные размеры пор при большей общей пористости. Тем больше значение w_СОРБ. Следовательно, фактор, благотворно влияющий на теплопроводность шлакопемзопенобетона‚ ухудшает его сорбционную влажность. В Приднепровье проектирование конструкций ведется из расчета относительной влажности воздуха φ = 86%. Определенные при этом значения сорбционные влажности шлакопемзопенобетона при различных значениях н и при γ_ПМ ≈ 1100 кг/м³ и γ_ПМ ≈ 1200 кг/м³ даются в табл. 2 в процентах к сухой массе бетона.

Коэффициенты паропроницаемости μ’ шлакопемзопенобетона подтверждают своеобразие его структуры: при изменении соотношения объемов пеномассы и шлакопемзового щебня и постоянной объемной массе пеномассы коэффициент паропроницаемости принимает минимальное значение, соответствующее максимуму плотности бетона (рис. 4).

Числовые значения μ’ при этом колеблются в пределах: при γ_ПМ ≈ 1100 кг/м³ от 0,007 г/м*ч*мм*Hg до 0,0087 г/м*ч*мм*Hg; при γ_ПМ ≈ 1100 кг/м³ от 0,0064 г/м*ч*мм*Hg до 0,0083 г/м*ч*мм*Hg. Следовательно, чем меньше плотность бетона (больше общая пористость), тем больше его коэффициент паропроницаемости. Подобно тому, как объемная масса, коэффициенты теплопроводности и паропроницаемости‚ а также общая пористость, как функции соотношения объемов пеномассы и шлакопемзового щебня, при постоянной объемной массе пеномассы имеют экстремальные значения, прочность шлакопемзопенобетона при идентичных условиях имеет максимум, соответствующий максимуму плотности структуры. Из этого следует, что на поризованном цементном тесте постоянной объемной массы нельзя получить при различных и одну и ту же марку бетона. Для обеспечения постоянства прочности шлакопемзопенобетона нужно с увеличением относительного объема пеномассы одновременно увеличивать ее объемную массу (рис. 5).

В отличие от других материалов теплофизические параметры шлакопемзопенобетона весьма «чувствительны» к изменениям его структуры и это дает возможность регулировать указанные свойства в сравнительно широких пределах.

Выводы

Из всех исследованных разновидностей шлакопемзопенобетона лучшим по теплофизическим свойствам оказался бетон с соотношением объемов пеномассы и шлакопемзового щебня 1:1‚25; на если пренебречь повышением коэффициента теплопроводности на 3…4%‚ следует рекомендовать в качестве оптимальных соотношений 1:1‚75 и 1:1,50, поскольку они обеспечивают сравнительно высокую прочность при относительно малом расходе цемента.