0 теплопроводности капиллярно-пористых тел при отрицательных температурах


Основным показателем для оценки теплоизоляционной способности того или иного материала является, как известно, коэффициент теплопроводности. Между тем в области отрицательных температур имеется еще очень мало данных по теплопроводности различных строительных материалов. Проведенная нами работа в известной мере восполняет этот недостаток.

Физические свойства влажных капиллярно-пористых тел, к которым относится большинство строительных материалов, в значительной степени определяются формой связи влаги с Материалом. В нашей работе принята предложенная академиком П. А. Ребнидером классификация форм связи влаги с телом, построенная по принципу интенсификации энергии связи.

В строительных материалах преобладает адсорбционная и капиллярная влага. Адсорбционно-связанная вода по ряду своих свойств существенно отличается от обычной воды. Она, например, не способна растворять электролиты и другие растворимые вещества, обладает свойствами упругого твердого тела, повышенной плотностью; теплоемкость ее меньше единицы, этектропроводность практически равна нулю; связанная вода замерзает при температуре от —4 до —78°.

Температура замерзания влаги определяется концентрацией растворенных в ней веществ. При отрицательных температурах коэффициент теплопроводности влажных строительных материалов в значительной степени зависит от капиллярной структуры (распределение пор по радиусу), формы связи влаги с материалом н фазового состояния влаги.

Опытами, проведенными нами в Научно-исследовательском институте строительной физики и ограждающих конструкций АСиА СССР, установлено существенное влияние структуры материала и формы связи влаги на коэффициент теплопроводности при отрицательных температурах. Определен коэффициент теплопроводности для безавтоклавного газозолобетона объемным весом 1 170 кг/м3, пенобетона объемным весом 800 кг/м3 (Свердловский завод ячеистых бетонов), а также пенозолобетона объемным весом 800 и 900 кг/м3 («Базстрой», г. Краснотурильск) Эксперименты проводились на установке, работающей по принципу мгновенного источника тента и описанном ранее. При испытании в области отрицательных температур был применен термостат U—8, в котором поддерживалась необходимая отрицательная температура (до —50°). Термостат заполняли спиртом или раствором хлористого кальция определенной концентрации. Термостатная жидкость охлаждалась до заданной температуры искусственным льдом.

Было проведено более 100 опытов в интервале температур от —5 до —50° и весовых влажностей от 2 до 40%. Результаты опытов представлены на рис. 1 в виде графических зависимостей коэффициента теплопроводности от температуры и влажности.

Как видно из графиков, коэффициент теплопроводности сухих и воздушно-сухих материалов не зависит от температуры в исследуемом интервале, что объясняется взаимным влиянием различных факторов на коэффициент теплопроводности. С одной стороны, при понижении температуры уменьшается теплопроводность твердой фазы и доля лучистого теплообмена, с другой—возрастает вероятность перехода адсорбционно-связанной воды в лед, теплопроводность которого в несколько раз больше теплопроводности воды Влияние этих факторов в данной области весовых влажностей для исследованных материалов по всей видимости, равноценно.


С увеличением влажности характер изменения коэффициента теплопроводности, определяется, главным образом, структурой материала. Так. для пенозолобетонов (рис. 1 ,с) по мере увеличения влажности возрастает величина коэффициента теплопроводности. Для одной и тон же влажности он не зависит от температуры. Это объясняется тем, что в данном материале преобладают однородные капилляры достаточно большого диаметра, в которых почти вся влага замерзает приблизительно при —4°.

Подобное явление было обнаружено Буйрокосом . По его данным при охлаждении от —4° до —78° дополнительно замерзает в капиллярах лишь ничтожное количество влаги.

В материалах другой структуры характер зависимости коэффициента теплопроводности от температуры несколько изменяется. Так, для газозоюбетона п пенобетона (рис. 1, б, в) коэффициент теплопроводности с понижением температуры возрастает, что можно объяснить наличием в материале капилляров различных размеров и, как следствие этого, постепенным замерзанием в них влаги.

Изменение коэффициента теплопроводности от влажности представлено на рис. 2 и 3. С повышением влажности коэффициент теплопроводности во всех случаях возрастает, так как теплопроводность воды, а тем более льда, значительно выше, чем воздуха.


Полученные данные могут быть использованы при расчете температурно-влажностного режима ограждаюшнх конструкций