автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Комплексные исследование теплофизических свойств пеногипса и возможности его применения в ограждающих конструкциях



. . о и 1 1 ПОП £-5

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬНЫХ НАУК

(РААСН)

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНОЙ ФИЗИКИ

(НИИСФ)

УДК 628; 853:69.022/025 На правах рукописи.

БЕССОНОВ Игорь Вячеславович

КОМПЛЕКСНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОФИЗНЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЕНОГИПСА И ВОЗМОЖНОСТИ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ В ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЯХ

Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция,

кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Москва -.1996 г.

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте строительной физики РААСН

Научный руководитель■

кандидат технических наук, старший научный сотрудник ГАГАРИН В.Г.

Официальные оппоненты • доктор технических наук,

профессор, ОРЕНТЛИХЕР Л.П.

кандидат технических наук,

доцент,

ЛАРИН O.A.

"Ведущая организация -

НИИМосстрой.

Защита состоится "З^1 Ю 1996 г. в "10" час. на заседании специализированного совета Д 033.10.01 при Научно-исследовательском институте строительной физики РААСН по адресу: 127238, Москва, Локомотивный проезд, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-методическом фонде института.

Автореферат разослан О § 1996 г.

'Ученый секретарь специализированного совета, член-корр. РААСН, длг.н., проф.

Савин В.К

ОГ.ЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертации. По потенциалу энергосбережения коммунально- бьповой сектор занимает в нашей стране второе место, уступая лишь топпивпо- энергетическому комплексу. Теплоизоляция ограждающих конструкций может существенно снизить геплопотреб-ление зданий. Эффективная теплозащита не только сокращает расход энергии па отопление, повышает тепловой комфорт в помещениях, но и снижает загрязнение окружающей среды дымовыми газами тепловых станции. Поэтому повышение уровня теплозащиты ограждающих конструкций зданий различного назначения необходимо как с точки (рения экономии тепловой энергии, так и с точки зрения улучшения экологической ситуации.

Работа посвящена исследованиям теплофизнческих свойств утеплителя на основе местных вяжущих веществ - пеногипса и определению рациональной области его применения. Запасы гипса на территории Российской Федерации велики, а использование его в строительстве весьма ограничено. Применение пеногипсового утеплителя расширит номенклатуру выпускаемых изделий из гипса, а также позволит решить задачи, связанные с повышением требований к тепло-шщптс ограждающих конструкций в соответствии со СНкП П-3-79* "Строительная теплотехника".

Цель диссертации заключается в определении рациональной области применения пеногипсового утеплителя в ограждающих конструкциях на основе комплексного исследования теплофизических ха-ракт сристик пеногипса.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих шлач:

-отработать оптимальные параметры технологии получения пеногипсового утеплителя плотностью 200-400 кг/м';

•разработать критерии для комплексной оценки теплозащизных свойств строительных материалов (коэффициенты теплотехнического качества);

•выбрать оптимальные составы пеногипса, используя разработанные критерии комплексной оценки теплозащитных свойсш строительных материалов;

•провести комплексные исследования теплофнзическнх свойсш пеногипса;

•определить влияние добавок в состав пеногипса на гистерезис ею гигроскопического увлажнения и его порисзую структуру; -исследовать акустические свойства пеногипса;

•провести экспериментальные исследования теплозащитных

/

свойств фрагментов наружных стен из мелких блоков с зсчшон н>-ляцией из заливочного пеногипса;

-исследовать процесс сушки заливочного пеногипса в экспериментальных фрагментах стены;

•разработать предложения по применению теплоизоляции из пеногипса в ограждающих конструкциях;

•исследовать влажностный режим ограждающих конструкций с теплоизоляцией из пеногипса;

-определить расчетные значения теплотехнических пока шелеп пеногипсового утеплителя плотностью 200, 300 и 400 кг/м\ Научная новизна:

-предложены кршерии для комплексной оценки тепло киши пых свойств строительных материалов - коэффициенты теплотехнического качества. На основании этих критериев осуществлен выбор оптимальных, с точки зрения теплофизики, составов пеногипса;

•определено влияние пекообразующей добавки на сорбционную влажность, в том числе на гистерезис сорбшш-десорбцнн водяного пара пеногипсом различных состабов; -получены расчетные значения влажности пеногипса на основании аналта влажностного режима ограждающих конструкций. Практическая ценность работы заключается з следующем: •разработаны составы пеногипса с оптимальными теплозащитными свойствами;

•получены расчетные теплотехнические характеристики пеногипса плотностью 200 - 400 кг/м\

•предложены конструктивные решения ограждающих конструкций с пеногипсовым утеплителем для различны» регионов страны. Впедренне результатов работъ». Результаты работы использованы при аыпуске опытной партии пено-гипсовых теплоизоляционных плит в ИНПЦ "Внедрение" АО "ЭНЕРГОТЕХПРОМ" г. Москва; разработаны н согласованы Технические условия ТУ 5767-495359-95 "Плиты теплоизоляционные САЛА ИР".

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены на международном семинаре "Анализ и оптимизация грубогетерогенных композиционных материалов" в декабре 1993 г. (г. Одесса}, на межгосударственном семинаре "Моделирование в материаловедении" я мае 1995 г. (г. Одесса), на четвертом съезде АВОК а мне 1995 г. (г. Москва).

Публикация.

Основное содержание диссертации опубликовано в шести печатных работах.

Объем диссертации. Работа состоит из введения, ниш глав, общих выводов и приложений. Общий объем 174 страниц в том числе основного текста 123 страницы, 46 рисунков. Библиография включает 145 работ отечественных и зарубежных авторов.

Соискатель выражает признательность своему руководителю, а также благодарит за помощь и консультации к.т.п. Воронину 11.11. (НИИСФ) и к.т.н. Баранова U.M. (КТБ МОСМ).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлен анализ научных работ и публикаций, посвященных способам получения пеношпса и исследованию его теп-лофизических свойств. Этим вопросам посвящены работы Г.Г.Булычева, П.П.Будникова, Ю.М.Бутта, А.Б.Гецелеиа, Я.Э.Осадчука, А.В.Ферронской, М.С.Филимонова, С.С.Печуро, А.П.Меркина, Б.М.Румянцева, М.А.Лапидус, М.С.Садуикасова. И.М.Баранова, В.П.Панова, В.II.Гончара, Д.И.Штакенберы, Ю.Р.Скуянса, С.Майпхардга и дру! их.

В 50-х годах предлагался способ приготовления пены, тисовой каши и пеногипсовой массы в 01дельных мешалках. В качест ве пенообразователей использовались природные компоненты (боннская кровь, мыльный корень и т.д.), которые имели oiраниченный срок годностн и не отличались стабильностью свойств. Развитие химической промышленности в 70-е годы дало новый импульс в разрабо!-ках, связанных с пористым гипсом, в свяш с появлением рапюоб-разных сшиетических поверхностно-активных веществ. Современная технология производства пеногипса основана на получении устойчивой пены с последующей ее минерализацией гипсовым вяжущим в быстроходном смесшеле. Авюры публикаций приводя! некоюрыс тепиофп шческие характеристики получаемою iichoi пнеа: leiuionpo-

водность, гигроскопичность и т.д. Сведений о зависимости теплопроводности пеногипса от его влажности, влияния состава на сорбцион-ные свойства, а так же расчетных теплофйзических показателей материала в литературе не обнаружено.

В главе освещены современные методы комплексного исследования теплофизнческих характеристик строительных материалов. Этим вопросам посвящены работы многих ученых: К.Ф.Фокина, В.Н.Богословского, Р.ЕБриллинга, .О.Е.Власова, В.И.Ильинского, В.И.Лукьянова, А.В.Лыкова, Л.П.Орентлихер, Ф.В.Ушкова, А.У.Франчука, В.Р.Хлевчука, В.Г.Гагарина, В.А.Могутова и других.

Для материалов, традиционно используемых в строительстве, расчетные геплофизические показателя приведены в нормативных документах. Для новых строительных материалов, к которым фактически относится пеногипс, необходимо проводить комплексные исследования по определению их теплозащитных свойств при различных условиях эксплуатации ограждении. Для надлежащего проектирования ограждающих конструкций с пеногипсовым утеплителем необходимо корректное определение теплофизических характеристик материала.

На основании проведенного анализа определены цель н зздачи диссертации.

Во второй главе сформулированы современные требования к теплоизоляционным материалам и описана технология получения пеногипса, которая была отработана автором в опытно - промышленных условиях на базе МГП "Мосмехотделочних" Мосотделстрой №16 Моспромстроя.

Современные требования к теплоизоляционным материалам, кроме высоких теплозащитных свойств, включают ряд особенностей, среди которых можно отметить простоту н малую энергоемкость технологии производства материалов, в том числе и в построечных уело-

виях, доступность сырья, возможность связи с производителями исходных компонентов, экологическую чистоту производства материалов, гигиеничность при эксплуатации, пожарную безопасность, долговечность материалов и др. Этим требованиям отвечают теплоизоляционные материалы на основе гипсового вяжущего, что позволяет указать на перспективность их производства и применения.

Предложено при производстве пеногинсового утеплителя использован. компяексмую добавку (КД), содержащую пенообразователь и стабилизатор пены. И tü'i;v 1 не пенообразователя применяются вторичные алкилсульфаты пафия па основе а-олефином; стабилизатором пены являются сополимеры бугадиена со стиролом. Исследовании показали, что добавка КД позволяет получать легкую, жизнеспособную, стойкую пену при обеспечении достаточной смачиваемости всей массы вяжущего. Комплексная добавка составляет не более 1,5 % от массы гипса.

Примерный состав исходных компонентов для получения пеногипса плотностью в сухом состоянии 330 кг/м5 на гипсе марки 1-5 следующий (массовые части): гипсовое вяжущее - 3,0; вода затворения -1,6; вода для пеиообразоваиня - 1,0; комплексная добавка - 0,045.

Этот состав подлежит уточнению в зависимости от вида гипсового вяжущего, характеристик смесительного оборудования и задаваемой плотности материала в сухом состоянии.

Для проведения расчетов технологических параметров режима сушки изделий из пеногипса необходимо значение начальной влахшостн материала. Эта влажность зависит от водогипсового отношения • В/Г и содержания примесей в гипсе - П. Получено, что начальная влажность пеногипса, \vu , после завершения процесса гидратации может быть определена по формуле:

W„ =м„,/р„ =

(В/Г-0,186/(1 + 11/100)) (I +0,186/(1 + П /100))

100% .

0)

Проведенные исследования показали, что варьируя соотношение ингредиентов, возможно получать материал плотностью от 150 до 400 кг/м'. Прочность материала достаточна для его транспортировки, монтажа и эксплуатации.

Организация производства пеногнпсопых плит не требует больших капитальных вложений. Производство является безотходным и не требует значительных затрат энергии. Компоненты для производства пеногипса являются доступными.

Третья глава посвящена исследованиям теплофнзическнх и акустических свойств пеногипса.

D качестве критериев для комплексной оценки теплозащитных свойств предложены коэффициенты теплотехнического качества строительных материалов, которые используются для подбора оптимальных составов пеногипса. ; '

Коэффициенты теплотехнического качества строительных материалов (КТК) определяются на основе анализа расчетной теплопроводности материалов, которая является важнейшим теплелехничгск?!м показателем. Предложено использовать четыре "элгментариыл" КТК для оценки вклада различных составляющих в теплопроводность материала:

КТКи = (X<i - Хв)/р!> (2) КТКи = Ы{,\а-Х*> (3)

KTK:i =ДШ (4) KTKj2 = wP. (5)

Эти коэффициенты объединяются в два коэффициента:

KTKi = КТКи-КТКи KTK: = (l+KTK:i КТК:2) .

(6) (7)

КТК| показывает, на сколько увеличивается теплопроводность материала в сухом состоянии при увеличении его плотности на 1 кг/м].

КТКг характеризует влияние влажности на расчетную теплопроводность материала. Если КТКг =1,00, то влажность вообще не оказывает влияния на теплопроводность материала.

И, наконец, общий коэффициент теплотехническою качества материала равен:

КТК = КТК| • КТК2 . (8)

Расчетная теплопроводность строительного материала, выраженная при помощи КТК, составляет:

А. = КТК р,, . (9)

Чем меньше значение КТК, тем выше теплозащитные свойства материала, приходящиеся на единицу плотности. Например, КТК пеностекла плотностью 300 кг/м> составляет 5,0 IО 4 Вт м2/(кг-"С), а минеральной ваты той же плотности - 3,0-10-4 Вт мг/(кг "С). Следовательно, минеральная вата является более перспективным материалом в теплотехническом отношении, чем пеностекло (хотя Хи минеральной ваты выше, чем у пеностекла). При разработке нового материала необходимо стремиться к понижению К'ГК| и КТКл. При проектировании ограждающих конструкций - к понижению расчетной влажности материалов т.е. КТК22.

Для определения перспективных в теплозащитном отношении составов пеногипса, было исследовано 10 серий образцов, изготовленных на гипсовом вяжущем различных марок и содержащих в составе различные добавки. Посредством анализа коэффициентов теплотехнического качества (КТК) определены наилучшие в теплозехнн-ческом отношении составы (табл. I).

Применение комплексной добавки с гипсом Г-10 обеспечивает практически одинаковое влияние влажности на расчетную тенлопро-

водность: КТК:» 1,3. Однако, влияние теплопроводности в сухом со-сюянни имеет минимум при значениях плотности пеногипса 335-390 кг/м': КТК|»2.7-Т0-« Втм-7(кг"С). Установлено, что наиболее эффективными м а теплотехническом отношении является составы пеногипса серий V и VI, полученные ни гипсовом вяжущем марки Г-(0 и на разработанной добавке КД. Эти составы обладают наименьшими значениями КТК. В то же время наименьшей значение КТКи, характеризующее теплопроводность скелета материала, выявлено у обрззцоз, изготовленных на гипсе более низкой марки: Г-5, однако, з зтом случае возрастает значение КТКз, что характеризует повышенное влияние влажности на расчетную теплопроводность пеногипса. Использование КТК потопило на стадии подбора составов выбирать наиболее перспективные компоненты и достигнуть наилучших теплозащитных свойств пеногипса.

Таблица 1.

Коэффициенты теплотехнического качества пеногипса различных составов.

Серия Марка гипса Пекообразуюшая добавка Плотность пеногипса, riiV mi —ii дададаинч»^ 220 KTKi, 1!ИВгм7 (кг "С) 4,09 КТК2 1.35 hgbm-twa w КТК, HHDtsiV aomtwf«skw 5,52 i

I Г-10 Нефтенол ФС-21

II Г-10 Сульфозто-кенлаты натрия 290 4,33 1,35 5,85 ¡

III Г-10 Пенообразователь №3 370 3,82 Í .19 4,54 i i

IV Г-10 Нефтенол ФС-21 335 3.35 1,24 4,15

V Г-10 Комплексная добавка (КД) 335 2,75 1.31 3,60 I

VI Г-10 то же 390 2,68 1,26 3,38 ¡

VII Г-10 то же 210 2,95 1,37 4,04 ¡

VIII Г-10 то же 420 3,74 1,33 4.97 ¡j

IX Г-5 то же 340 2,52 1.65 4,18 I

X Г-5 то же 320 2,56 1,66 4j2áJ

На основании статистической обработки экспериментальных данных по теплопроводности пеногипса получена линейная зависимость теплопроводности от плотности материала в сухом состоянии: Хо= 0,00023ро+0,034 . (10)

Значение КТКл для пеногипса в среднем составляет 0,11, для оптимизированных составов он равен 0,085.

Сорбцнонные свойства пеногипса исследовались двумя метода. ми: экснкаторным и динамическим. Динамическим методом было исследовано влияние пенообразующей добавхи на сорбцнонные свойства, в том числе гистерезис сорбции-десорбции пеногипса (рис. 1). Исследования проводились на образцах пяти составов пеногипса

плотндетью от 200 до 330' кг/и', полученных на гипсовом вяжущем / 1 марки Г-10 и отличающихся составом пенообразующих добавок.

Определен тип сорбционного гистерезиса по классификации В.Г.Гагарина. Сорбциониый гистерезис пеногипса может быть объяснен следующим образом. Малый гистерезис первых двух составов указывает на слабую связь сорбированной воды с материалом. Эти составы пеногипса изготовлены с использованием комплексной добавки, содержащей пенообразователь и стабилизатор пены. В качестве добавки в третьем и четвертом составах использованы вторичные алкил-сульфонаты натрия, которые образуют пену, но не содержат стабилизатора, увеличивающего ее стойкость и жизнеспособность. Молекулы воды, попавшие при сорбционном увлажнении между пластинчатыми кристаллическими сростками гипса как бы защемляются и не могут свободно удалиться из структуры материала. Последний, пятый состав обладает сорбционным гистерезисом, близким к типу "О"..Это говорит о том, что данный материал практичеки не имеет мезопор, в которых могла бы возникать капиллярная конденсация водяного пара.

, Влажность, % по массе

II

, Влажность, % Ш пасс*

» <9 а а ¡а Относительная влажность »отдуха, %

Состав I Влажность, % по массе

а а» а «в г» «» Относительна* влажность вочдуха, % Состав 3

Влажность, % по массе

0 ¿0 49 СО Ю <00

Отностгтельна» влажность во1Духа,0 о

е 19 « еа м й4 Отассигетил! влажность югсуха, %

Состав 2 Олаетость.Н по иассг

е «в и м а кя Отиосягксиа* влажяесть «отдуй, И

Состав 4

Рисунок 1. Изотермы сорбции • десорбции водяного пара образцами пеногипса различных составов.

Состав 5

Проведенные исследования гистерезиса сорбции показывают, что наименьшей энергией связи будет обладать сорбированная влага в пеногипсе, изготовленном с применением комплексной пенообразую-щей добавки (КД). Этот пеногипс характеризуется наибольшей способностью к высыханию н, следовательно, меньшими значениями КТКп.

Экспериментальные изотермы сорбции-десорбции пеногипса позволили провести расчеты характеристик пористой структуры материала (табл. 2).

На основании экспериментальных изотерм десо|>бцни проведен расчет мезопористостн пеногипса. Малый объем мезопор указывает на

небольшое количество капиллярно-конденсированной воды в мате*

риале.

Удельная поверхность пеногипса рассчитывалась по методике, применяемой в НИИСФ. Погрешность расчета по этой методике по сравнению с эталонным методом БЭТ не превышает 16%. Площадь удельной поверхности пеногипса различных составов изменяется н пределах от 2 до 12 ыУг. Малая площадь удельной поверхности свидетельствует о низкой сорбционной способности пеногипса и об отсутствии в его структуре микропор. что, в свою очередь, указывает на возможность свободного удаления из пеногипса химически несвязанной воды в эксплуатационных условиях.

Максимальная сорбционная влажность пеногипса в среднем составляет 3%.

Экспериментально определены характеристики влагопереноса пеногипса. Коэффициент паропроницаемости материала при плотности от 200 до 400 кг/м1 составляет 0,50 мг/(м-ч-Па). Определено, что псногипс обладает большими значениями коэффициента капиллярного

Таблица 2.

Характеристики сорбционного увлажнения н пористой структуры пеногипса различных составов.

Состав Плотность пеногипса, кг/м3 Пенообразователь Максимальная сорбци-онная влажность, "(а по массе Тип гистерезиса сорбции Площадь удельной поверхности, пУг Объем мезопор, 10-' м3/г

1 330 Комплексная добавха 3,05 1 6,85 3,05

2 220 Комплексная добавка и порошкообразный минеральный краситель 3,37 1 7.17 2,41

3 200 Пенообразователь на основе вторичных алкил-сульфатов натрия с добавкой поли-вннилацетат-ной дисперсии 1,24 3 2,04 0,72

4 220 Пенообразователь на основе вторичных алкнл-сульфатов натрия 4,58 3 12,15 4,32

5 300 Комплексная добавка и аминоальде-гидная смола 1.14 0 4.77 0,96

всасывания: от 7,5 до 48,6 кг1(иг чт). Коэффициент влагопроводностн пеногипса составляет 200-10 9 кг/(м с). Пеногипс обладает повышенной

способностью всасывать воду, поэтому необходимо избегать контактов его с жидкой влагой,

Исследована воздухопроницаемость пеногипса. Сопротивление воздухопроннцанию составляет 0,11 (мм 1юд.ст.м2ч)/кг при толщине 500 мм и плотности 390 кг/м3.

Были изучены акустические характеристики пеногипса. Структурные характеристики и коэффициенты затухания амплитуды звукового давления материала получены в отделении строительной акустики НИИСФ. Известно, что звукоизоляция строительных конструкций существенно повышается при размещении между двумя жесткими панелями слоя звукопоглощающего материала, и качестве которого обычно используют волокнистые материалы типа минеральной ваты. В связи с этим выязлены условия эквивалентной замены волокнистого материала пористым. Проведена количественная оценка собственной звукоизоляции Цп (дБ) слоя звукопоглощающего материала толщиной / (м) с еолокнистой и пористой структурой. При увеличении толщины слоя пеногипса плотностью 400 кг/м3 до 0,084 м его собственная звукоизоляция достигает величины, получаемой для минеральной ваты плотностью 160 кг/м3, толщиной 0,05 м (рис. 2). Таким образом, равноценная замена волокнистого материала пористым возможна при условии равенства структурных характеристик и произведений коэффициентов затухания амплитуды звукового давления материалов на их толщину.

Выполненные комплексные исследования теплофнзических свойств пеногипса позволили подбирать оптимальные в теплотехническом отношении составы пеногипса, а также проводить теплотехнические расчеты конструкций с применением пеногипса.

Собственная звукоизоляция, Ьт, дБ.

15 -

to -

Минеральная вата плотностью 160 кг/м\ диаметр волокна 8 мкм, толщина слоя 0,05 м.

Пеногипс плотностью 400 кг/м3, диаметр пори 210 мкм, толщина слоя 0,084 м.

125 гso з 00 1СОО 1000

Частота звука, f, Гц.

4000

Рисунок 2. Частотные характеристики звукоизоляции слоев пеногипса и минеральной ваты.

Четвертая глава посвящена исследованиям экспериментального фрагмента стены из керамзитобетонных блоков с утеплением пеногипсом, выполненным заливочным способом. ' '

Фрагмент стеновой конструкции был изготовлен в проеме климатической камеры. Стеновая конструкция состояла из кладки толщи-

ной 300 мм из керамзитобетонных блоков пдотностью 1000 и 1200 кг/м3, с теплоизоляционным слоем с внутренней стороны толщиной 75 мм из пеногипса плотностью 200 и 360 кг/м5 соответственно.

При изготовлении фрагмента конструкции к кладке из мелких блоков прикрепляли опалубку, в которую заливали свежеприготовленную пеногипсовую массу. Целью эксперимента ставилось изучение сушки слоя пеногипса в естественных условиях и исследование теплозащитных свойств такой конструкции.

Из слоев пеногипсового утеплителя периодически отбирались послойные пробы на влажность. Первая проба была взята через 40 минут после заливки пеногипса, последняя - через 10 суток.

Экспериментальные данные по изменению послойной влажности пеногипса позволили получить уравнение сушки: "В/Г-0,186/(1+ ШОО)

= 0,1 +

0,1

ехр{-(0,0258-4,38 10->„)г) .(11)

_ 1 + 0,186/(1+ П100) Уравнение (11) является полуэмпирическим уравнением сушки слоя пеногипса толщиной до 100 мм при температуре окружающего воздуха 18-22"С и относительной влажности 40-50%. Это уравнение позволяет рассчитать время сушки теплоизолирующего слоя рассматриваемой конструкции, при изменении технологических параметров пеногипса: плотности, водогипсового отношения, содержания примесей в вяжущем. Расчеты, проведенные с использованием последнего уравнения (рис. 3), позволили сделать практический вывод, что применение данной конструкции стены не задерживает производство строительных работ из-за необходимости высушивания утеплителя. При любой плотности влажность пеногипсового утепляющего слоя достигнет допустимых значений на 8-е - 10-е сутки, что, в свою очередь, определяет возможность проведения внутренних отделочных работ.

Влажность,% по массе.

Время, час.'

- -кривые сушки, рассчитанные по уравнению (II);

□ -экспериментальные данные при плотности пеногипса 200 кг/м1.

Рисунок 3. Изменение влажности слоя пеногипса различной плотности.

На следующем этапе проведения исследований было экспериментально определено термическое сопротивление каждого из слоев и рассчитано сопротивление теплопередаче исследуемого фрагмента стены (табл.3).

Получено, что с понижением теыературы в климатической каме-

Таблица 3.

Экспериментальные значения теплотехнических параметров элементов стеновой конструкции из мелких керамэитобетонных

I Участок конструкции Слой конструкции Значения теп струкции пр| камере-10°С лотехнических параметров кони температуре в климатической числитель), -30°С (знаменатель)

Теплопроводность материала слоя, Вт/(м°С) Термическое сопротивление слоя, mJoC/Bt Сопротивление теплопередаче конструкции, míoC/Bt

1 Пеногипс плотностью 360 кг/м3, толщиной 0,075 м 0,135 0,13 0.55 0,58 • L38 1,50

Керамзито- бетон плотностью 1200 кг/м3, толщиной 0,30 м 0.48 0,42 0.63 0,71

2 Пеногипс плотностью 200 кг/м3, толщиной 0,075 м 0.08 0,075 0.94 1,00 1.97 2,16

Керамзито- бетон плотностью 1000 кг/м3, толщиной 0,30 м 0.40 0,35 0.75 0,86

ре, теплопроводность всех материалов экспериментального фрагмента стены уменьшается. Этот факт согласуется с результатами других исследователей.

Для стены из керамэитобетонных блоков плотностью 1200 кг/м3 с утеплителем из пеногипса плотностью 360 кг/м5 значение сопротивления теплопередаче, Я„. составляет 1.38 (м: °С)/Вт. Для варианта сте-

ны из керамзитобетонных блоков плотностью 1000 кг/м} с утеплителем из пеногипса плотностью 200 кг/м5 сопротивление теплопередаче составляет 1,97 (м2 оС)/Вт. Следовательно, рассматриваемые варианты конструкций могут быть использованы в Европейской части России, так как значения их сопротивлений теплопередаче превосходят или близки к требуемому по СНнП 11-3-79*. Кроме этого, при использовании заливочного способа утепления'пеногипсом, возможно применение гипсового вяжущего низких марок, поскольку нет необходимости придания прочности изделиям для транспортировки и монтажа.

Таким образом, экспериментально подтверждена возможность использования заливочного способа утепления пеногипсом стены из мелких блоков и определены теплозащитные свойства такой стены.

Пптаа глава посвящена аналитическим исследованиям теплозащитных свойств ограждающих конструкций, утепленных пеногипсом.

На основании анализа месторождений гипсовЬго камня и существующих мощностей по производству гипсового вяжущего выявлены регионы страны, в которых целесообразно применение конструкций, утепленных пеногипсом. К таким регионам относятся Центральная полоса России, Поволжье, Урал, Восточная Сибирь и другие. В качестве представительных регионов для проведения расчетов были выбраны г.Волгоград, г.Тула и г.Красноярск, расположенные в различных климатических и влажностных зонах.

В качестве ограждающих конструкций с утеплителем из пеногипса были рассмотрены многослойные каменные стены облегченной кладки, однослойные панели из легкого бетона с утеплителем с внутренней стороны, а также чердачные перекрытие (рис. 4). Для этих конструкций, для каждого представительного региона, в соответствии с новыми требованиями по теплозащите, была определена толщина слоя теплоизоляции из пеногипса (табл.4).

Конструкция 1 Кирпичная стена с термовкладышами И) пеногипса.

V

1 - кирпич глиняный обыкновенный:

2 • тсрмомлашши т пеногипса: 1 • облицовочный кирпич;

4 - внутренний отжлочный слой.

Конструкция 3

Однослойная панель из легкого бетона с утеплителем из пеногипса с внутренней стороны.

Конструкция 2 Стена из керам1ИТобетонных блоков, облицованная кирпичем. с термовкладышами из пеногипса.

А"_"" Р

1 • облицовочный кирпич:

2 • термовкладыши т пеногнпса;

3 • блохи керамштобстотше;

4 • вттрещшП отделочный слоП:

5 ■ лист ■сбестоцеменпгыП.

Конструкция 4 Чердачное перекрытие с утеплителем из пеногипса.

2 3

4 ^ ■

Ь|..мт..1»пгмп.11

I - панель ш легкого блока; 1 - тшюпшеовий утеплите.!!;

3 ■ парой юлявш:

4 - п[>трчг.пгП отделочный «ой.

1 • панель перекрыта желеюйетошта;

2 - парото.кшм:

3 - пеноптсовый утеплитель:

4 - цоютю-пссчанаа стажха.

Гнс>»юк

Ограждающие конструкции с теплоизоляционным слоем из пеногипса.

Таблица 4.

Минимально допустимые толщины слоя теплоизоляции из пеногипса плотностью 300 кг/м* в ограждающих конструкциях жилых зданий, в различных регионах России в соответствии с требованиями СНиП 11-3-79*.

Конструкция Толщина слоя теплоизоляции, мм, для жилого здания в различных климатических условиях

Волгоградская область' (ГСОП=3895) Тульская область (ГСОП=4513) город Красноярск (ГСОП=6166)

1 Кирпичная стена с термовкладышами из пеногипса 160 210 270

2 Стена из керамзито-бетонных , блоков, облицованная кирпичом, с термовкладышами из пеногипса 170 200 260

3 Однослойная панель из керамзитобеюна с утеплителем из пеногипса с внутренней стороны 170 210 280

4 Чердачное перекрытие с утеплителем из пеногипса 220 260 330

Были проведены расчеты нестационарного влажностного режима ограждающих конструкций. Расчеты проводились усовершенствованным методом последовательного увлажнения по программе, разработанной в НИИСФ.

Расчеты показали, что для всех выбранных конструкций период максимальною влагонакопления - март месяц, период минимального -сентябрь. Слой пеногипса с максимальной влажностью находится в непосредственном контакте с материалом, расположенным ближе к наружному вотдуху. Паропюляция, проложенная со стороны помещения, существенно снижает эксплуатационную влажность пеногипса. Если в

Таблица 5.

Расчетные значения теплотехнических показателей пеногипса плотностью 200-400 кг/м\

Наименование показателя Единицы измерения Значение показателя

Плотность в сухом состоянии кг/м' 200 300 400

Удельная теплоемкость в сухом состоянии кДж/(кг"С) 0,84 0,84 0.84

Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии Вт/(м-"С) 0,08 0,10 0,12

Расчетное массовое отношение влаги в материале (влажность материала) при условиях эксплуатации А % 2 2 2

Расчетное массовое отношение влаги в материале (влажность материала) при условиях эксплуатации Б % 3 3 3

Расчетный коэффициент теплопроводности при условиях эксплуатации А Вт/(м-"С) 0,10 0,12 0.14

Расчетный коэффициент теплопроводности при условиях эксплуатации Б Вт/(м-"С) 0,11 0,13 0,15

Расчетный коэффициент теплоусвое-ния при условиях эксплуатации А Вт/(м2"С) 1.16 1,56 1,94

Расчетный коэффициент теплоусвое-ния при условиях эксплуатации Б Вт/(м2"С) 1.24 1,66 2,05

Расчетный коэффициент паропрони-цаемости мг/(мч-Па) 0,55 0,50 0,45

конструкциях "I" и "2" максимальная влажность пеногипса достигает 5 - 10%, то в конструкциях "3" и "4", где использована пароизоляцня, максимальная влажность пеногипса - не более 2%. Влажностный режим конструкций зависит от климатических условий их эксплуатации.

Расчетная влажность пеногипса может быть определена на основании анализа результатов расчетов влажностного режима конструкций. Определение расчетной влажности и проведенные в главе 3 исследования позволили составить таблицу расчетных теплотехнических показателей пеногипса. За расчетные значения влажности были приняты значения средней послойной влажности пено-

i itiicíi. округленные до целого числа в большую сторону. Затем были выбраны максимальные значения влажности пеногипса для каждого peí иона. По значениям расчетной влажности были вычислены расчетные значении теплопроводности пеногипса (табл.5).

Таким образом, обоснована возможность применения пеиогнп-cohoio ушпппеля в ограждающих конструкциях в различных регионах примы Определены расчетные-теплотехнические показатели пеногипса, коюрые позволяют производить теплотехнические расчеты, необходимые при проектировании ограждающих конструкций.

I) шключеннн сформулированы общие выводы по диссертационной рабо re.

1. IIok.i i.iii;i акзуаяыюсть применения теплоизоляционного материала - пеногипса, который является экологически чистым, негорючим. производится из месгных материалов и может' обладать доста-Iочными теплоизоляционными свойствами для применения его в современных oí рлждакнцих конструкциях.

2 l'a ipañoiaiia технология производства пеногипса, которая от-личаекн прост о i он используемого оборудования, достуинстью сырья, дешенн uioii, жологическон чистотой. Отработаны технологические нарлмезры ииоювления иеногипсовых теплоизоляционных плит ПШННОС1ЫО от 200 до 400 кг/м'. Определены зависимости свойств пе-iioi nuca oí криологических параметров, в частности, получена зависимое! ь начальной влажности пеногипса от характеристик вяжущего и 11одо1 ипсового oí ношения.

3. Предложены коэффициенты теплотехнического качества (КТК) для комплексной оценки теплозащитных свойств строительных материалов Предложено использовать коэффициенты теплотехнического кал ее та для сраншпелыюй оценки при разработке новых строитель-

ных материалов. При помощи анализа КТК произведен выбор пенообразователя для пеногипса, обеспечивающего наилучшие теплозащитные свойства материала. Таким пенообразователем является комплексная добавка КД.

4. Определена теплопроводность пеногипса различного состава. Теплопроводность пеногипса в сухом состоянии составляет 0,08 - 0,12 Вт/(м "С). На основании обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии, описывающее зависимость теплопроводности пеногипса от его плотности. Определена зависимость теплопроводности от влажности пеногипса.

5. Экспериментально исследована сорбционная влажность пеногипса. Определен сорбционный гистерезис пеногипса различных составов и установлен его тип в зависимости от пенообразователя. Произведен расчет удельной поверхности и мезопористости пеногипса различных составов. Выявлены структурные характеристики, обеспечивающие малую сорбционную влажность пеногипса.

6. Определены параметры влагопереноса пеногипса - коэффициенты паропроницаемосш, влагопроводности и капиллярного всасывания. Пеногипс обладает высокой способностью к капиллярному всасыванию воды и характеризуется большими значениями влагопроводности. Исследована воздухопроницаемость пеногипса.

7. Установлена возможность замены волокнистого материала пеногипсом в звукоизоляционных конструкциях. Эквивалентная замена волокнистого материала пористым возможна при условии равенства структурных характеристик и произведений коэффициентов затухания амплитуды звукового давления материалов на их толщину.

8. Предложена конструкция стены из мелких блоков,утепленная слоем пеногипса заливочным способом с внутренней стороны. Отработаны технические приемы выполнения утепления пеногипсом залнвоч-

ным способом. Проведены экспериментальные исследования изменения во времени влажности слоя пеногипса различной плотности. Получено уравнение, описывающее высыхание слоя пеногипса в такой конструкции.

9. Проведены теплотехнические испытания в климатической камере фрагмента стеновой конструкции из мелких блоков, утепленной пеногипсом. Определены термические сопротивления слоев и сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции. Проведенные исследования подтвердили возможность утепления стен пеногипсом заливочным способом.

10. Проведены расчеты влажностного режима ограждающих конструкций, определена расчетная влажность пеногипса в конструкциях шаний эксплуатируемых в различных регионах. Определены расчетные значения теплотехнических показателей пеногипса.

П. Выявлены регионы РФ, обеспеченные сырьевой базой, в которых перспективно изготовление и применение в ограждающих конструкциях пеногипсового утеплителя. Выбраны варианты ограждающих конструкций с теплоизоляцией из пеногипса. Рассчитаны параметры, обеспечивающие требуемый уровень теплозащиты выбранных конструкций для условий трех регионов, расположенных в ра ишчных климатических и влажпостных зонах.

12. Полученные в работе данные позволяют проектировать 1)1 раждающие конструкции с утеплителем из пеногипса и производить необходимые теплотехнические расчеты.

Основные положения диссертации опубликованы б следующих работах:

1. Бессонов И.В., Гагарин В.Г., Заволока М.В. Теплотехнические показатели теплоизоляционного материала на основе гипса. //Анализ и оптимизация грубогетерогенных композиционных материалов. /Тезисы докладов международного семинара, 21-23 декабря 1993 г.. Одесса - Киев, 1993 г., с. 36.

2. Бессонов И.В., Гагарин В.Г. Салаир - теплоизоляционные плиты из пористого гипса. / Строительные материалы, 1994, N10, с.8-10.

3. Бессонов И.В., Гагарин В.Г. Новый теплоизоляционный материал -плиты пеногипсовые САЛАИР. Основные свойства, возможности использования. / Информационное сообщение. НИИСФ РААСН -Москва, 1994 г., 24 с.

4. Бессонов И.В., Гагарин В.Г. Исследование сушки заливочного пе-ногнпсового утеплителя в ограждающей конструкции. /Материалы IV съезда АВОК, 15-17 мая 1995 г. - Москва, 1995 г., с. 87-90.

5. Бессонов И.В., Гагарин В.Г., Заволока М.В. Оптимизированный теплоизоляционный материал из пористого гипса. //Моделирование в материаловедении. /Материалы докладов международного семинара, 22-23 мая 1995 г. - Одесса, 1995 г., с. 5-6.

6. Подлесных В.А., Баранов И.М., Легчилин Л.И., Бессонов И.В., Го-рячкина Л.А. и Козлов В.В. A.c. СССР №1486494 "Гипсополи-мерная композиция". Приоритет от 9 июня 1987 г.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ wo - начальная влажность пеногипса после завершения процесса гидратации, %; В/Г - водогипсовое отношение, доли ед.; П - содержание примесей в гипсе, % масс.;

М,„ - масса испаряемой (химически несвязанной) воды, кг на I м3 материала;

h) - коэффициент теплопроводности материала в сухом состоянии, Вт/(м "С);

- коэффициент теплопроводности воздуха в спокойном состоянии, 0,025 Вт/(м °С); p(i - плотность материала в сухом состоянии, кг/м3; АХ - увеличение теплопроводности материала при увлажнении его на

1% по массе, Вт/(м °С %); w - расчетная (эксплуатационная) влажность материала, %; т - оремя, час;

ГСОП- градусо-сутки отопительного периода, °С сут; КТК - коэффициент теплотехнического качества; БЭТ- сокращенное название теории полимолекулярной адсорбции, рафаботанной С.Брунауэром, П.Эмметгом и Э.Теллсром.