Системно-структурный анализ факторов повышения теплозащитных свойств легкого бетона с применением пористых заполнителей

Развитие жилищного и промышленного строительства, необходимость снижения уровня энергозатрат и повышения комфортности помещений требуют поиска новых резервов увеличения теплозащитных функций ограждающих конструкций. В связи с этим теплопроводность легкого бетона должна выдвигаться как целевая установка в сложной системе заводской технологии изготовления наружных стеновых панелей. При этом необходимо учитывать, что формирование теплозащитных функций продолжается так же и в процессе эксплуатации, поэтому они нелинейно и интегрально зависят от множества взаимообусловливающих и дополняющих факторов. По этой причине выделение какого-либо одного определяющего фактора представляется необоснованным.

Теплопроводность, как и -прочность, является структурно-чувствительным свойством бетона и подчиняется закону конгруэнтности свойств оптимальных структур. Поэтому многие аспекты структурной теории прочности используются при разработке структурной теории теплопроводности, которая входит в состав общей теории искусственных строительных конгломератов. Учитывается также то обстоятельство. что наличие дефектов дальнего и ближнего порядка при определенном ограничении способствует некоторому повышению теплозащитных свойств бетона и конструкции в целом.

Теоретически это подтверждается известными концепциями П Дебая, развитыми в работах П. Клеменса. Р. Бермана и других исследователей о пропорциональности теплопроводности длине свободного пробега фонона. Согласно этим концепциям, рассеивание фононов и уменьшение длины их свободного пробега непосредственно связано с микроструктурой материалов, наличием дефектов дальнего порядка.

Экспериментальным подтверждением может служить существенное отличие теплопроводности легких бетонов с различной микроструктурой заполнителя. Например, шлакопемзобетон — наиболее тяжелый вид легкого бетона, обладает наименьшей удельной теплопроводностью по сравнению с другими видами легкого бетона. Объясняется это высоким стеклосодержанием шлакопемзового заполнителя, наличием большего количества дефектов в минералах, слагающих кристаллическую фазу, их сравнительно малыши размерами и более сложным строением относительно минералов, слагающих другие виды пористых заполнителей.

Другой существенной причиной снижения теплопроводности легкого бетона является выбор нерационального вида вяжущего. Так, шлакопортландцемент имеет теплопроводность на 15— 20% гигроскопическую влажность на 4—5% ниже, чем портландцемент, и более короткие периоды достижения равновесной влажности. В связи с этим шлакопортландцемент рекомендуется как основной вид вяжущего для конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона.

Дефекты ближнего порядка, возникающие в структуре бетона IB результате различных деструктивных воздействий и собственных деформаций цементного камня, так же способствуют уменьшению теплопроводности.

Характерными представителями этих дефектов являются микротрещины и микронапряжения. имеющие место в бетонной матрице и контактной зоне. Специальными исследованиями установлено, что деструктивная обработка шлакопемзобетона М 74, 100 путем циклического, 10—15-кратного температурного или влажностного воздействия приводит к снижению коэффициента теплопроводности на 10—15% при незначительном изменении прочности.

Увеличение циклов деструктивной обработки в большинстве случаев не способствует дальнейшему снижению теплопроводности бетона, но заметно влияет на прочностные характеристики. Аналогичные явления наблюдаются при минимальных напряжениях (0,05—0,15 R1). вызванных приложением к бетону внешних нагрузок.

В бетоне обычно выделяют три структугжых элемента: заполнитель, цементный камень и контактный слой между ними Кроме того, как самостоятельный элемент необходимо выделить вещества, заполняющие капиллярно-пористое пространство бетона: влага, воздух. Каждый из элементов в юн пли иной степени оказывает влияние на теплопроводность материала в нслом. Причем степень этого влияния связана с качественной и количественной характеристиками внутриэлементных составляющих. В разные периоды эксплуатационного воздействия элементы находятся в различном состоянии. Условно эти состояния можно принять как стабильное, условно-стабильное, нестабильное. Основными эксплуатаниониымн факторами являются, влага, температура, силовые нагрузку Рассматривая их комплексное воздействие на ограждающую конструкцию, необходимо дифференциированно подходить к участию этих факторов в нз мепеннн теплотехнических характернее; тик основных элементов легкого бетона.