О теплопроводности бетонов на основе шлаковой пемзы

Шлаковая пемза является широко распространенным пористым заполнителем для легких бетонов в зарубежных странах. В последнее время проводятся большие работы, связанные с развитием производства шлаковой пемзы и в СССР: в Запорожье на машине ЮЖНИИ-1, в Ждановена машине ЮЖНИИ-2, в Магнитогорске струйно-дутьевым методом производства; на ряде металлургических заводов (Новокузнецком, Челябинском, Серовском, Липецком и др.)

В связи с этим возникает вопрос о правитьном выборе области применения шлаковой пемзы.

Многие считают, что поскольку бетоны на основе шлаковой пемзы имеют больший объемный вес, чем бетоны на основе керамзита, перлита и некоторых других пористых заполнителей, то стены зданий из этих бетонов будут более толстыми н тяжелыми, поэтому применение шлаковой пемзы для производства, панелей наружных стен вряд ли окажется целесообразным.

С другой стороны, в литературе имеется ряд указаний на то, что бетоны на основе шлаковой пемзы обладают меньшим коэффициентом теплопроводности, чем бетоны на других пористых заполнителях при одинаковом объемном весе. Такие предположения высказаны в трудах Н. А. Попова, А. С. Эпштейна, И. М. Климова, Г. А. Бужевича, Д. Понасюженкова, Качмерера, Франка и других исследователей

Учитывая наличие весьма противоречивых взглядов о возможности применения шлаковой пемзы в наружных ограждающих конструкциях, ВНИИ новых строительных материалов совместно с НИИ строительной физики АСиА СССР в I960 г выполнил работы с целью установления теплопроводности бетона на основе шлаковой пемзы Запорожского металлургического завода ПРМЗЭ  рактеризовалась весьма большим объемным весом и позволяла получать лишь сравнительно тяжелые Насыпной вес различных фракции щебня находился в пределах от 775 до 800 кг/м3, а фракций пемзового песка -от 1000 до 1100 кг/м3. Средний объемный вес в куске для фракций 20 -40 их составит 1,58 г/см3, 10—20 мм — 1,04 г/с и3 и 5 10 ж к—1,81. При сдавливании г стальной обойме пемза показала прочность около 78 кг/см2. Объем межзерновых пустот в щебне составлял 49—51.

При изготовлении бетонных образцов применялся портландцемент Белгородского цементного завода марки 500 Бетонные образцы изготовлялись с различным объемным весом и различного строения — от крупнопористого до слитного, что достигалось изменением зернового состава шлаковой пемзы и расхода портландцемента

Теплопроводность определялась на приборе Бока, работающем по принципу стационарного теплового потока.

С целью приближения к производственным условиям образцы размером 250X250X50 мм формовались

в горизонтальных формах. Как известно, при определении теплопроводности методом стационарного теплового режима горячая и холодная плиты прибора должны плотно прилегать к поверхности образцов. В противном случае возможны большие погрешности в результатах испытания. Горизонтальные же формы не обеспечивают получения двух (верхней и нижней) достаточно ровных плоскостей. Поэтому «применялись формы с насадкой и пуансоном (рис. 1). в которых последний имел возможность перемещаться только вверх и вниз. Нижняя плоскость пуансона при любом его положении оставалась параллельной по отношению к шлифованному дну формы. К пуансону на период формования крепилась шлифованная крышка формы, которая оставалась на отформованных образцах до окончания их пропаривания.

Образы до испытания выдерживались в течение 1—2 месяцев при температуре воздуха 20° и относительной влажности его около 50%. При этом весовая влажность образцов не превышала 5°/о.

Результаты испытания образцов приведены на графике (рис. 2) На том же рисунке нанесена кривая зависимости расчетных коэффициентов теплопроводности легких бетонов от объемного веса, построенная по нормам СНиПа.

Результаты исследований ВНИИНСМа к НИИСФа позволяли выявить некоторые особенности бетонов на основе шлаковой пемзы. Аналогичные данные были получены и в Веймарском институте строительных материалов (ГДР).

Из кривых на рис. 2 видно, что коэффициент теплопроводности бетона на основе запорожской шлаковой пемзы значительно ниже нормированного коэффициента теплопроводности по СНиПу для бетона такого же объемного веса. Можно было бы предположить, что данные СНиПа сильно завышены Однако проверка теплопроводности керамзитобетона аналогичного объемного веса дала значения, близкие к нормам, предусмотренным СНиПом Так, для керамзитобетона с объемным весом около 1600 кг/м? коэффициент теплопроводности для сухих образцов оказался равным 0,54 ккал1м час град, а при влажности образцов около 11% по весу — 0 72 ккал/м час град Для бетона такого же объемного веса на плановой пемзе при влажности образцов около 3% по весу коэффициент теплопроводности находился в II1 едхлах 0,26—0,4 час град. Расчетный коэффициент теплопроводности для бетона с объемным весом 1600 кг/м3 по нормам СНиПа равен 0,65 ккал/м час град.

Причина более низкой теплопроводности бетона на шлаковой пемзе окончательно еще не выяснена Имеется несколько предположений Например, более низкая теплопроводность этого бетона вызвана несколько большим удельным весом пемзы и, вследствие этого, большей пористостью шлакопемзового бетона по сравнению с бетонами такого же объемного веса на других заполнителях Наиболее же вероятной причиной более низкой теплопроводности бетона на шлаковой пемзе может быть наличие в ней стекловидной фазы Из-за быстрого охлаждения образуется пленка стек та, обволакивающая поверхность пор пемзы

Из опыта известно, что теплопроводность одного и того же вещества в стекловидном состоянии в несколько раз меньше, чем в кристаллическом.

В настоящее время продолжаются исследования для выяснения причин меньшей теплопроводности бетонов на шлаковой пемзе Мы предполагаем, что если эти причины будут выяснены, то откроются возможности изменений в технологическом процессе производства и других пористых заполнителей для того, чтобы уменьшить их теплопроводность. Не исключена возможность и дополнительного уменьшения теплопроводности шлаковой пемзы

При испытаниях выявлено также влияние строения бетона на коэффициент теплопроводности. Разброс точек на кривой рис 2 не является случайным Для бетонов на основе шлаковой пемзы с одинаковым зерновым составом, но с разным объемным весом (в зависимости от расхода цемента) такого разброса нет, и отдельные точки сравнительно хорошо ложатся на прямую. При использовании же шлаковой пемзы с разным зерновым составом четкой и простой зависимости коэффициента теплопроводности от объемного веса бетона не наблюдается

Интересно отметить, что практически одинаковый коэффициент теплопроводности в этом случае был получен для бетонов с объемным в°соч от 1200 до 1850 кг/м3 Прн этом изменялось лишь строение бетона (зерновой состав заполнителя н количество вяжущего в бетоне) Это обстоятельство выдвигает новое требование при подборе состава легкого бетона Состав и строение бетона должны быть такими, чтобы при требуемой прочности были обеспечены наименьшая теплопроводность бетона i наименьшим объемный вес при сравнительно небольшом расходе портландцемента Прц прочих равных условиях увеличение расхода цемента закономерно повышает теплопроводность бетона При учете пониженной теплопроводности шлаковой пемзы и при оптимальном зерновом составе легких бетонов на ее основе можно_ получить при объемном весе бетона 1350— 1400 кг/см3 стены для центра тьных районов СССР толщиной около 35 сж (вместо 50 см для других легких бело нов), а при объемном весе 11о0 1250 кг/м3 - около 30 см (вмести 40— 45 см)

Такие толщины уже позволяют при менять бетоны на шлаковой пемзе для панелей наружных стен.

Надо отметить также, что испытанные во ВНИИНСМе разновидности шлаковой пемзы ряда заводов показали возможность получения бетонов с прочностью 400—450 кг/см2 и более при сопи ставимых с тяжелым бетоном расходах портландцемента (от 450 до 550 кг иа 1 л бетона) и при объемном весе шлакопемзобетона от 1700 до 1900 кг/м3. Это позволяет считать, что бетон на шлаковой пемзе может быть использован и для изготовления несуших конструкций, в том числе предварительно напряжениях.

Учитывая, что шлаковая пемза является одним из самых дешевых пористых заполнителей (стоимость 1 м3 составляет 1—1,5 руб.), следует считать, что она должна найти широкое применение в строительстве