Бетон теплопроводность: коэффициент теплопередачи легких и тяжелых бетонов

Автор

Содержание

коэффициент теплопередачи легких и тяжелых бетонов

Коэффициент теплопроводности бетона – одна из важных характеристик, учитываемых при проектировании здания. Эта величина применяется в теплотехнических расчетах, позволяющих точно определить минимально допустимую толщину стен.

Понятие коэффициента теплопроводности

Эта величина определяет количество тепла, проходимое через единицу объема образца при разнице температур в 1 градус Цельсия. Единица измерения – Вт/(м*C). Чем больше эта характеристика, тем выше способность материала передавать тепло и тем хуже он выполняет функции теплоизолятора.

Бетон имеет неоднородную структуру. Теплопередача определяется компонентами, входящими в состав строительного материала. Наименьшую теплопроводность имеет воздух, который находится в микропорах заполнителей и капиллярах цементного камня. Поэтому чем выше его содержание, тем лучше теплоизоляционные свойства бетонного элемента.

Факторы, влияющие на теплопропускаемость бетона

Из-за неоднородности структуры бетонных конструкций и разных условий эксплуатации коэффициент теплопроводности в этом случае – величина условная.

На этот параметр оказывают влияние:

  • Плотность. Чем плотнее материал, тем ближе друг к другу находятся его частицы, тем быстрее передается тепло. Это значит, что тяжелые бетоны имеют больший коэффициент теплопроводности, по сравнению с легкими (керамзитовыми, вермикулитовыми, перлитовыми).
  • Пористость и структура пор. Чем больше объем, занятый воздухом, тем лучше материал задерживает тепло. Но на теплоизоляционные характеристики влияет не только процентное содержание воздуха, но и размеры, а также замкнутость пор. Лучше всего прохождению тепла препятствуют мелкие замкнутые поры. Крупные поры, которые сообщаются между собой, увеличивают теплопередачу.
  • Влажность. Это еще один фактор, влияющий на коэффициент теплопередачи бетона. Вода способна проводить тепло в 20 раз лучше воздуха. Поэтому увлажненный материал резко теряет теплоизоляционные характеристики. При отрицательных температурах вода в увлажненном слое замерзает, вызывая не только повышенные теплопотери здания, но и быстрое разрушение строительного материала.
    В таблицах, применяемых при точных теплотехнических расчетах, часто указывают три значения коэффициента теплопроводности – в сухом виде, при нормальной влажности, в увлажненном состоянии.
  • Температура. С повышением температуры коэффициент теплопроводности увеличивается.

Сравнение коэффициента теплопроводности тяжелого бетона, пено- и газобетона, керамзитобетона, фибробетона.

Наиболее высоким коэффициентом теплопроводности обладает тяжелый бетон, армированный стальными стержнями или проволокой (железобетон) – до 2,04 Вт/(м*C). Немного ниже этот показатель у неармированных бетонных элементов.

Более низким коэффициентом теплопроводности и повышенными теплоизоляционными характеристиками обладают: керамзитобетон, изготовленный с использованием кварцевого или перлитового песка, сухой пено- и газобетон. Уровень теплопередачи фибробетона сравним с аналогичным показателем плотного керамзитобетона.

Таблица коэффициентов теплопроводности различных видов бетона

Вид бетона Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*C)
Тяжелый армированный бетон 1,68- 2,04
Тяжелый бетон 1,29-1,52
Керамзитобетон (в зависимости от плотности) 0,14-0,66
Пенобетон (в зависимости от плотности) 0,08-0,37
Газобетон разной плотности 0,1-0,3
Фибробетон 0,52-0,75

Правильное проведение теплотехнических расчетов позволяет определить оптимальную толщину стен, что обеспечивает уменьшение расходов на отопление и комфортный микроклимат внутри здания.

Поделиться ссылкой:

Производим и предлагаем продукцию:

Читайте также:

Теплопроводность бетона: показатели теплоотдачи

Главная задача строительства – обеспечить сохранность тепла в помещении, поэтому в процессе работ подбираются материалы с низкой теплопроводностью. Теплопроводность – важная техническая характеристика элементов. В том числе бетона, который применяется в строительстве конструкций, образующих наружную оболочку зданий. Чем ниже теплопроводность, тем меньшее количество тепла уходит из дома в холодное время года, тем прохладней в жару.

Определение

Как установить коэффициент теплопроводности и от каких критериев она зависит? Относительная величина, которая определяется как величина теплоты, проходящая за один час через стены, толщиной в один метр, площадью в квадратный метр, с разницей температуры снаружи и внутри в один градус.

Способность предмета проводить через себя тепло – важный показатель, чем больше пропускная способность, тем выше коэффициент теплосбережения. Соотношение энергии, которое охлаждает или нагревает тело в процессе теплообмена, характеризует степень пропуска.

Вернуться к оглавлению

Показатели теплоотдачи

Коэффициент теплопроводности бетона.

На определение коэффициента влияют два фактора:

  • заполнитель, влияющий на плотность материала;
  • температура природных условий.

Распределение бетонных растворов происходит по плотности, поэтому по техническим характеристикам заполнитель занимает почетное первое место. Чтобы показать, как плотность влияет на теплообмен, рассмотрим их по расположению в таблице. На величину теплообмена воздействуют специальные строительные стандарты. Таблица содержит в себе коэффициент тепла наиболее часто используемых в строительстве наполнителей (заполнитель, теплопроводимость):

  • щебень – 1,3;
  • песок – 0,7;
  • пористый бетон – 1,4;
  • сплошной бетон – 1,75;
  • теплозащитный – 0,18.

По предоставленным в схеме данным видно, что чем тяжелее заполнитель, тем больше теплопроводность бетона. Тяжелый элемент, значит большая плотность, тяжелее сохраняет тепло. При типовом подходе подготовки состава добавляют щебень, такие конструкции требуют дополнительного утепления.

Указанный в таблице теплозащитный показатель говорит о входящем в состав керамзитобетоне. Содержание керамзитобетона в материале с низким процентом теплопроводности (0,41) указывает на возможность создавать тепловую защиту. Но теплозащитный материал слабо подходит для возведения несущей конструкции. Для сравнения, плотность железобетона 1,70, он требует обязательного утепления.

Следовательно, бетонные растворы делят:

  • легкие – небольшая плотностью;
  • тяжелые – концентрация высокая.

Теплопроводимость тяжелого бетона велика, в том числе и железобетона. В строительстве часто применяют легкие бетоны для возведения несущих конструкций с низкой теплопроводностью, что отодвигает в строительстве железобетон на второй план. Главные представители:

  • Перлитобетон. Отлично подходит для монолитных и пустотелых конструкций. Марка прочности для монолита всегда м 50, для пустотелых элементов м35.
  • Керамзитобетон. Плотность колеблется от м35 до м50.
Вернуться к оглавлению

Влажность

На способность передавать тепло влияет влажность. Повышенная влажность уменьшает способность конструкций сохранять тепло. При заполнении пор материала водой, а не воздухом, составляющая сохранения тепла понижается, а в зимний период увеличивается вероятность промерзания стен.

Например, пористый бетон обладает способностью проводить тепло на 0,14 Вт, а пропитанный водой материал – 1,1 – 2,9 Вт.

Выбирая материал для строительства будущего дома, стоит ориентироваться на инструкции по теплопроводности, сетки с указанием коэффициентов. Для предварительного проектирования учитывают не только способность стен удержать тепло, а температуру окружающей среды, систему отопления, которая будет использоваться в доме.

Теплопроводность бетона: особенности, определение коэффициента

При выполнении мероприятий по строительству зданий или ремонту ранее возведенных построек важно надежно теплоизолировать стены строения. Для уменьшения объема тепловых потерь и снижения затрат на поддержание комфортной температуры важно ответственно подойти к выбору теплоизоляционных материалов и выполнению тепловых расчетов. Решая задачи, связанные с обеспечением энергоэффективности бетонных строений, необходимо учитывать теплопроводность бетона. Этот показатель характеризует способность проводить тепло и является одной из наиболее важных характеристик.

Теплопроводность бетонного массива

Как влияет теплопроводность бетона на микроклимат внутри помещения

Из множества строительных материалов, применяемых для возведения зданий, одним из наиболее распространенных является бетон. Среди главных рабочих характеристик материала выделяется коэффициент теплопроводности бетона. На этапе проектирования необходимо предусмотреть применение в процессе строительства теплоизоляционных материалов, позволяющих превратить возведенную железобетонную конструкцию в жилое строение. Ведь важно возвести не только устойчивое, экологически чистое и оригинальное здание, но и создать благоприятные условия для проживания.

Зная теплопроводность бетонного массива, и правильно выбрав теплоизоляционные материалы, можно добиться значительных результатов:

  • существенно сократить тепловые потери;
  • снизить затраты на обогрев помещения;
  • обеспечить внутри здания комфортный микроклимат.

Влияние уровня теплопроводности на внутренний микроклимат выражается простой зависимостью:

  • при возрастании коэффициента, интенсивность тепловой передачи возрастает, и строение, возведенное из материала с такими характеристиками, быстрее остывает и, соответственно, ускоренными темпами нагревается;
  • снижение способности бетонного массива передавать тепло позволяет на протяжении увеличенного периода времени сохранять внутри помещения комфортную температуру, с соответственным уменьшением тепловых потерь.
Зная теплопроводность бетонного массива можно обеспечить внутри здания комфортный микроклимат

Если подытожить, то степень теплопроводимости бетона является определяющим фактором, влияющим на комфортность жилища. Различные виды бетона отличаются структурой массива, свойствами применяемого наполнителя и, соответственно, степенью теплопроводности. Важно использовать такие марки бетона совместно с утеплителями, чтобы обеспечить надежное удержание бетонным массивом тепла в помещении. Выбор применяемых для строительства материалов производится на проектной стадии.

Теплопроводность железобетона и тепловое сопротивление – знакомимся с понятиями

Принимая решение об использовании для строительства здания определенной марки бетона или другого строительного материала, следует обращать внимание на следующие характеристики, обеспечивающие энергоэффективность строения:

  • коэффициент теплопроводности железобетона или бетона. Это специальный показатель, характеризующий объем тепловой энергии, которая может пройти через различные стройматериалы за определенный промежуток времени. При снижении величины коэффициента, способность материала проводить тепло уменьшается, а при возрастании показателя – скорость отвода тепла возрастает;
  • тепловое сопротивление строительных конструкций. Этот параметр характеризует свойства стройматериалов препятствовать потерям тепловой энергии. Тепловое сопротивление является обратным показателем, если сравнивать со степенью теплопроводности. При повышенном значении показателя теплового сопротивления стройматериал может применяться для теплоизоляционных целей, а при пониженном – для ускоренного отвода тепла.

Разрабатывая проект будущего здания, и выполняя тепловые расчеты, необходимо учитывать указанные показатели.

Коэффициент теплопроводности материалов

Коэффициент теплопроводности бетона для различных видов монолита

Определяясь с видом бетона, который будет использоваться для постройки жилого дома, следует оценить, как изменяется теплопроводность монолита для разновидностей этого строительного материала.

Поможет сравнить теплопроводность бетона таблица, которая охватывает характеристики всех типов бетона. Рассмотрим, как изменяется уровень теплопроводности бетонного массива, который выражается в Вт/м2х ºC для наиболее распространенных разновидностей материала.

Наименьшее значение коэффициента у бетонных композитов с ячеистой структурой:

  • для сухого пенобетона и газонаполненного бетона величина показателя небольшая, по сравнению с другими видами. Она возрастает при повышении плотности материала. При удельном весе 0,6 т/м3 коэффициент равен 0,14, а при плотности 1 т/м3 уже составляет 0,31. При базовой влажности значения возрастают от 0,22 до 0,48, а при повышенной от 0,26 до 0,55;
  • керамзитонаполненный бетон, в зависимости от плотности массива, также имеет различную величину коэффициента, который изменяется пропорционально возрастанию удельного веса. Так керамзитобетон с плотностью 0,5 т/м
    3
    имеет низкий коэффициент, равный 0,14, а при возрастании плотности до 1,8 т/м3 параметр теплопроводности возрастает до 0,66.

Величина коэффициента определяется также используемым для приготовления бетонной смеси наполнителем:

  • для тяжелого бетона плотностью 2,4 т/м3, содержащего щебеночный наполнитель, показатель составляет 1,51;
  • бетон, где в качестве наполнителя используются шлаки, характеризуется уменьшенной величиной теплопроводности, составляющей 0,3–0,7;
  • керамзитобетон, содержащий кварцевый или перлитовый песок, имеет плотность 0,8–1 и, соответственно, уровень теплопроводности, равный 0,22–0,41.
Коэффициент теплопроводности бетона

  надежно теплоизолируют возводимое строение. При сооружении стен зданий из бетона, имеющего пористую структуру и пониженный уровень теплопроводности, необходим тонкий слой теплоизолятора. Применение тяжелых марок бетона требует усиленного утепления строения. Для этого укладывается толстый слой теплоизолятора. При подборе материала следует учитывать, что с возрастанием плотности увеличивается теплопроводность бетонного массива.

Какие факторы влияют на коэффициент теплопроводности железобетона

Уровень теплопроводимости бетона, независимо от его марки и наличия в массиве стальной арматуры, зависит от комплекса факторов. Рассмотрим показатели, каждый из которых оказывает определенное влияние на данную характеристику:

  • структура бетонного массива. При создании внутри монолита воздушных полостей процесс передачи тепла через ячеистый массив осуществляется на небольшой скорости и с минимальными потерями. Если подытожить, то увеличенная концентрация ячеек позволяет снизить потери тепла;
  • удельный вес материала. Плотность бетонного массива влияет на его структуру и, соответственно, на интенсивность процесса теплообмена. При возрастании плотности материала увеличивается степень теплопередачи и возрастает объем тепловых потерь;
  • концентрация влаги в бетонных стенах. Бетонный массив, имеющий пористую структуру, гигроскопичен. Частицы влаги, которые по капиллярам просачиваются вглубь бетона, заполняют воздушные поры и ускоряют тем самым процесс теплопередачи.

Выполняя расчеты необходимо учитывать, что с уменьшением влажности материала снижается степень теплопроводимости, и теряется меньшее количество тепла. Применение пористого заполнителя позволяет снизить потери тепла и обеспечить комфортный микроклимат помещения. Стройматериалы с низкой теплопроводностью целесообразно использовать для теплоизоляционных целей. Зная зависимость теплопроводности бетона от его характеристик можно выбрать оптимальный вид материала для постройки стен.

Коэффициент теплопроводности железобетона

Теплопроводность бетона и утепление зданий

Решение о теплоизоляции стен возводимых зданий принимается в зависимости от того, из каких видов бетона производится сооружение стен. Бетонные изделия делятся на следующие виды:

  • конструкционные, применяемые для капитальных стен. Отличаются повышенной нагрузочной способностью, увеличенной плотностью, а также способностью ускоренными темпами проводить тепло;
  • теплоизоляционные, используемые в ненагруженных конструкциях. Характеризуются уменьшенным удельным весом, ячеистой структурой, благодаря которой снижается теплопроводность стен.
Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Для поддержания комфортной температуры в помещении можно возводить стены из различных видов бетона. При этом толщина стен будет существенно изменяться. Одинаковый уровень теплопроводности капитальных стен обеспечивается при следующей толщине:

  • пенобетон – 25 см;
  • керамзитобетон – 50 см;
  • кирпичная кладка – 65 см.

Для поддержания благоприятного микроклимата, в рамках мероприятий по энергосбережению, выполняется теплоизоляция строительных конструкций. На стадии разработки проекта специалисты определяют возможные пути потери тепла и выбирают оптимальный вариант утеплителя.

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

Основной объем тепловых потерь происходит из-за недостаточно эффективной теплоизоляции следующих частей здания:

  • поверхности пола;
  • капитальных стен;
  • кровельной конструкции;
  • оконных и дверных проемов.

При профессиональном подходе и выборе эффективных утеплителей можно сделать свой дом более комфортным, а также сэкономить значительный объем денежных средств на отоплении.

Как производится расчет с учетом коэффициента теплопроводности бетона

Для поддержания комфортной температуры и снижения теплопотерь несущие стены современных зданий выполняются многослойными и включают капитальные конструкции, теплоизоляционные материалы, отделочные покрытия. Каждый слой сэндвича имеет определенную толщину.

Решая задачу по расчету толщины теплоизолятора, необходимо использовать формулу расчета теплового сопротивления – R=p/k, которая расшифровывается следующим образом:

  • R – величина температурного сопротивления;
  • p – значение толщины слоя, указанное в метрах;
  • k – коэффициент теплопроводности железобетона, бетона или другого материала, из которого изготовлены стены.

Используя данную зависимость можно самостоятельно выполнить расчет, используя обычный калькулятор. Для этого необходимо разделить толщину строительной конструкции на коэффициент теплопроводимости бетона или другого материала. Рассмотрим пример расчета для стен толщиной 0,3 метра, возведенных из газобетона с удельным весом 1000 т/м3 и степенью теплопроводности, равной 0,31.

Алгоритм вычислений:

  • Рассчитайте термосопротивление, разделив толщину стен на коэффициент теплопроводности – 0,3:0,31=0,96.
  • Отнимите полученный результат от предельно допустимого для определенной климатической зоны – 3,28-0,96=2,32.

Перемножив коэффициент теплопроводности утеплителя на величину термического сопротивления, получим в результате требуемый размер слоя. Например, толщина листового пенопласта с коэффициентом теплопроводности 0,037 составит – 0,037х2,32=0,08 м.

Заключение

При выполнении проектных работ и осуществлении мероприятий по теплоизоляции зданий необходимо учитывать теплопроводность бетона. Она зависит от структуры, плотности и влажности стройматериала. Понимая определение теплопроводности, и владея методикой расчетов, несложно определить толщину утеплителя для бетонных стен здания. Правильно подобранный теплоизолятор позволит минимизировать тепловые потери, уменьшить затраты на отопление, а также обеспечить поддержание благоприятной температуры.

Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость: таблица теплопроводности материалов

ABS (АБС пластик) 1030…1060 0.13…0.22 1300…2300
Аглопоритобетон и бетон на топливных (котельных) шлаках 1000…1800 0.29…0.7 840
Акрил (акриловое стекло, полиметилметакрилат, оргстекло) ГОСТ 17622—72 1100…1200 0.21
Альфоль 20…40 0.118…0.135
Алюминий (ГОСТ 22233-83) 2600 221 897
Асбест волокнистый 470 0.16 1050
Асбестоцемент 1500…1900 1.76 1500
Асбестоцементный лист 1600 0.4 1500
Асбозурит 400…650 0.14…0.19
Асбослюда 450…620 0.13…0.15
Асботекстолит Г ( ГОСТ 5-78) 1500…1700 1670
Асботермит 500 0.116…0.14
Асбошифер с высоким содержанием асбеста 1800 0.17…0.35
Асбошифер с 10-50% асбеста 1800 0.64…0.52
Асбоцемент войлочный 144 0.078
Асфальт 1100…2110 0.7 1700…2100
Асфальтобетон (ГОСТ 9128-84) 2100 1.05 1680
Асфальт в полах 0.8
Ацеталь (полиацеталь, полиформальдегид) POM 1400 0.22
Аэрогель (Aspen aerogels) 110…200 0.014…0.021 700
Базальт 2600…3000 3.5 850
Бакелит 1250 0.23
Бальза 110…140 0.043…0.052
Береза 510…770 0.15 1250
Бетон легкий с природной пемзой 500…1200 0.15…0.44
Бетон на гравии или щебне из природного камня 2400 1.51 840
Бетон на вулканическом шлаке 800…1600 0.2…0.52 840
Бетон на доменных гранулированных шлаках 1200…1800 0.35…0.58 840
Бетон на зольном гравии 1000…1400 0.24…0.47 840
Бетон на каменном щебне 2200…2500 0.9…1.5
Бетон на котельном шлаке 1400 0.56 880
Бетон на песке 1800…2500 0.7 710
Бетон на топливных шлаках 1000…1800 0.3…0.7 840
Бетон силикатный плотный 1800 0.81 880
Бетон сплошной 1.75
Бетон термоизоляционный 500 0.18
Битумоперлит 300…400 0.09…0.12 1130
Битумы нефтяные строительные и кровельные (ГОСТ 6617-76, ГОСТ 9548-74) 1000…1400 0.17…0.27 1680
Блок газобетонный 400…800 0.15…0.3
Блок керамический поризованный 0.2
Бронза 7500…9300 22…105 400
Бумага 700…1150 0.14 1090…1500
Бут 1800…2000 0.73…0.98
Вата минеральная легкая 50 0.045 920
Вата минеральная тяжелая 100…150 0.055 920
Вата стеклянная 155…200 0.03 800
Вата хлопковая 30…100 0.042…0.049
Вата хлопчатобумажная 50…80 0.042 1700
Вата шлаковая 200 0.05 750
Вермикулит (в виде насыпных гранул) ГОСТ 12865-67 100…200 0.064…0.076 840
Вермикулит вспученный (ГОСТ 12865-67) — засыпка 100…200 0.064…0.074 840
Вермикулитобетон 300…800 0.08…0.21 840
Воздух сухой при 20°С 1.205 0.0259 1005
Войлок шерстяной 150…330 0.045…0.052 1700
Газо- и пенобетон, газо- и пеносиликат 280…1000 0.07…0.21 840
Газо- и пенозолобетон 800…1200 0.17…0.29 840
Гетинакс 1350 0.23 1400
Гипс формованный сухой 1100…1800 0.43 1050
Гипсокартон 500…900 0.12…0.2 950
Гипсоперлитовый раствор 0.14
Гипсошлак 1000…1300 0.26…0.36
Глина 1600…2900 0.7…0.9 750
Глина огнеупорная 1800 1.04 800
Глиногипс 800…1800 0.25…0.65
Глинозем 3100…3900 2.33 700…840
Гнейс (облицовка) 2800 3.5 880
Гравий (наполнитель) 1850 0.4…0.93 850
Гравий керамзитовый (ГОСТ 9759-83) — засыпка 200…800 0.1…0.18 840
Гравий шунгизитовый (ГОСТ 19345-83) — засыпка 400…800 0.11…0.16 840
Гранит (облицовка) 2600…3000 3.5 880
Грунт 10% воды 1.75
Грунт 20% воды 1700 2.1
Грунт песчаный 1.16 900
Грунт сухой 1500 0.4 850
Грунт утрамбованный 1.05
Гудрон 950…1030 0.3
Доломит плотный сухой 2800 1.7
Дуб вдоль волокон 700 0.23 2300
Дуб поперек волокон (ГОСТ 9462-71, ГОСТ 2695-83) 700 0.1 2300
Дюралюминий 2700…2800 120…170 920
Железо 7870 70…80 450
Железобетон 2500 1.7 840
Железобетон набивной 2400 1.55 840
Зола древесная 780 0.15 750
Золото 19320 318 129
Известняк (облицовка) 1400…2000 0.5…0.93 850…920
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем (ГОСТ 16136-80) 300…400 0.067…0.11 1680
Изделия вулканитовые 350…400 0.12
Изделия диатомитовые 500…600 0.17…0.2
Изделия ньювелитовые 160…370 0.11
Изделия пенобетонные 400…500 0.19…0.22
Изделия перлитофосфогелевые 200…300 0.064…0.076
Изделия совелитовые 230…450 0.12…0.14
Иней 0.47
Ипорка (вспененная смола) 15 0.038
Каменноугольная пыль 730 0.12
Камень керамический поризованный Braer 14,3 НФ и 10,7 НФ 810…840 0.14…0.185
Камни многопустотные из легкого бетона 500…1200 0.29…0.6
Камни полнотелые из легкого бетона DIN 18152 500…2000 0.32…0.99
Камни полнотелые из природного туфа или вспученной глины 500…2000 0.29…0.99
Камень строительный 2200 1.4 920
Карболит черный 1100 0.23 1900
Картон асбестовый изолирующий 720…900 0.11…0.21
Картон гофрированный 700 0.06…0.07 1150
Картон облицовочный 1000 0.18 2300
Картон парафинированный 0.075
Картон плотный 600…900 0.1…0.23 1200
Картон пробковый 145 0.042
Картон строительный многослойный (ГОСТ 4408-75) 650 0.13 2390
Картон термоизоляционный (ГОСТ 20376-74) 500 0.04…0.06
Каучук вспененный 82 0.033
Каучук вулканизированный твердый серый 0.23
Каучук вулканизированный мягкий серый 920 0.184
Каучук натуральный 910 0.18 1400
Каучук твердый 0.16
Каучук фторированный 180 0.055…0.06
Кедр красный 500…570 0.095
Кембрик лакированный 0.16
Керамзит 800…1000 0.16…0.2 750
Керамзитовый горох 900…1500 0.17…0.32 750
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией 800…1200 0.23…0.41 840
Керамзитобетон легкий 500…1200 0.18…0.46
Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон 500…1800 0.14…0.66 840
Керамзитобетон на перлитовом песке 800…1000 0.22…0.28 840
Керамика 1700…2300 1.5
Керамика теплая 0.12
Кирпич доменный (огнеупорный) 1000…2000 0.5…0.8
Кирпич диатомовый 500 0.8
Кирпич изоляционный 0.14
Кирпич карборундовый 1000…1300 11…18 700
Кирпич красный плотный 1700…2100 0.67 840…880
Кирпич красный пористый 1500 0.44
Кирпич клинкерный 1800…2000 0.8…1.6
Кирпич кремнеземный 0.15
Кирпич облицовочный 1800 0.93 880
Кирпич пустотелый 0.44
Кирпич силикатный 1000…2200 0.5…1.3 750…840
Кирпич силикатный с тех. пустотами 0.7
Кирпич силикатный щелевой 0.4
Кирпич сплошной 0.67
Кирпич строительный 800…1500 0.23…0.3 800
Кирпич трепельный 700…1300 0.27 710
Кирпич шлаковый 1100…1400 0.58
Кладка бутовая из камней средней плотности 2000 1.35 880
Кладка газосиликатная 630…820 0.26…0.34 880
Кладка из газосиликатных теплоизоляционных плит 540 0.24 880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-перлитовом растворе 1600 0.47 880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича (ГОСТ 530-80) на цементно-песчаном растворе 1800 0.56 880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-шлаковом растворе 1700 0.52 880
Кладка из керамического пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе 1000…1400 0.35…0.47 880
Кладка из малоразмерного кирпича 1730 0.8 880
Кладка из пустотелых стеновых блоков 1220…1460 0.5…0.65 880
Кладка из силикатного 11-ти пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе 1500 0.64 880
Кладка из силикатного 14-ти пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе 1400 0.52 880
Кладка из силикатного кирпича (ГОСТ 379-79) на цементно-песчаном растворе 1800 0.7 880
Кладка из трепельного кирпича (ГОСТ 648-73) на цементно-песчаном растворе 1000…1200 0.29…0.35 880
Кладка из ячеистого кирпича 1300 0.5 880
Кладка из шлакового кирпича на цементно-песчаном растворе 1500 0.52 880
Кладка «Поротон» 800 0.31 900
Клен 620…750 0.19
Кожа 800…1000 0.14…0.16
Композиты технические 0.3…2
Краска масляная (эмаль) 1030…2045 0.18…0.4 650…2000
Кремний 2000…2330 148 714
Кремнийорганический полимер КМ-9 1160 0.2 1150
Латунь 8100…8850 70…120 400
Лед -60°С 924 2.91 1700
Лед -20°С 920 2.44 1950
Лед 0°С 917 2.21 2150
Линолеум поливинилхлоридный многослойный (ГОСТ 14632-79) 1600…1800 0.33…0.38 1470
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове (ГОСТ 7251-77) 1400…1800 0.23…0.35 1470
Липа, (15% влажности) 320…650 0.15
Лиственница 670 0.13
Листы асбестоцементные плоские (ГОСТ 18124-75) 1600…1800 0.23…0.35 840
Листы вермикулитовые 0.1
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) ГОСТ 6266 800 0.15 840
Листы пробковые легкие 220 0.035
Листы пробковые тяжелые 260 0.05
Магнезия в форме сегментов для изоляции труб 220…300 0.073…0.084
Мастика асфальтовая 2000 0.7
Маты, холсты базальтовые 25…80 0.03…0.04
Маты и полосы из стеклянного волокна прошивные (ТУ 21-23-72-75) 150 0.061 840
Маты минераловатные прошивные (ГОСТ 21880-76) и на синтетическом связующем (ГОСТ 9573-82) 50…125 0.048…0.056 840
МБОР-5, МБОР-5Ф, МБОР-С-5, МБОР-С2-5, МБОР-Б-5 (ТУ 5769-003-48588528-00) 100…150 0.045
Мел 1800…2800 0.8…2.2 800…880
Медь (ГОСТ 859-78) 8500 407 420
Миканит 2000…2200 0.21…0.41 250
Мипора 16…20 0.041 1420
Морозин 100…400 0.048…0.084
Мрамор (облицовка) 2800 2.9 880
Накипь котельная (богатая известью, при 100°С) 1000…2500 0.15…2.3
Накипь котельная (богатая силикатом, при 100°С) 300…1200 0.08…0.23
Настил палубный 630 0.21 1100
Найлон 0.53
Нейлон 1300 0.17…0.24 1600
Неопрен 0.21 1700
Опилки древесные 200…400 0.07…0.093
Пакля 150 0.05 2300
Панели стеновые из гипса DIN 1863 600…900 0.29…0.41
Парафин 870…920 0.27
Паркет дубовый 1800 0.42 1100
Паркет штучный 1150 0.23 880
Паркет щитовой 700 0.17 880
Пемза 400…700 0.11…0.16
Пемзобетон 800…1600 0.19…0.52 840
Пенобетон 300…1250 0.12…0.35 840
Пеногипс 300…600 0.1…0.15
Пенозолобетон 800…1200 0.17…0.29
Пенопласт ПС-1 100 0.037
Пенопласт ПС-4 70 0.04
Пенопласт ПХВ-1 (ТУ 6-05-1179-75) и ПВ-1 (ТУ 6-05-1158-78) 65…125 0.031…0.052 1260
Пенопласт резопен ФРП-1 65…110 0.041…0.043
Пенополистирол (ГОСТ 15588-70) 40 0.038 1340
Пенополистирол (ТУ 6-05-11-78-78) 100…150 0.041…0.05 1340
Пенополистирол Пеноплэкс 22…47 0.03…0.036 1600
Пенополиуретан (ТУ В-56-70, ТУ 67-98-75, ТУ 67-87-75) 40…80 0.029…0.041 1470
Пенополиуретановые листы 150 0.035…0.04
Пенополиэтилен 0.035…0.05
Пенополиуретановые панели 0.025
Пеносиликальцит 400…1200 0.122…0.32
Пеностекло легкое 100..200 0.045…0.07
Пеностекло или газо-стекло (ТУ 21-БССР-86-73) 200…400 0.07…0.11 840
Пенофол 44…74 0.037…0.039
Пергамент 0.071
Пергамин (ГОСТ 2697-83) 600 0.17 1680
Перекрытие армокерамическое с бетонным заполнением без штукатурки 1100…1300 0.7 850
Перекрытие из железобетонных элементов со штукатуркой 1550 1.2 860
Перекрытие монолитное плоское железобетонное 2400 1.55 840
Перлит 200 0.05
Перлит вспученный 100 0.06
Перлитобетон 600…1200 0.12…0.29 840
Перлитопласт-бетон (ТУ 480-1-145-74) 100…200 0.035…0.041 1050
Перлитофосфогелевые изделия (ГОСТ 21500-76) 200…300 0.064…0.076 1050
Песок 0% влажности 1500 0.33 800
Песок 10% влажности 0.97
Песок 20% влажности 1.33
Песок для строительных работ (ГОСТ 8736-77) 1600 0.35 840
Песок речной мелкий 1500 0.3…0.35 700…840
Песок речной мелкий (влажный) 1650 1.13 2090
Песчаник обожженный 1900…2700 1.5
Пихта 450…550 0.1…0.26 2700
Плита бумажная прессованая 600 0.07
Плита пробковая 80…500 0.043…0.055 1850
Плита огнеупорная теплоизоляционная Avantex марки Board 200…500 0.04
Плитка облицовочная, кафельная 2000 1.05
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2 0.04
Плиты алебастровые 0.47 750
Плиты из гипса ГОСТ 6428 1000…1200 0.23…0.35 840
Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные (ГОСТ 4598-74, ГОСТ 10632-77) 200…1000 0.06…0.15 2300
Плиты из керзмзито-бетона 400…600 0.23
Плиты из полистирол-бетона ГОСТ Р 51263-99 200…300 0.082
Плиты из резольноформальдегидного пенопласта (ГОСТ 20916-75) 40…100 0.038…0.047 1680
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем (ГОСТ 10499-78) 50 0.056 840
Плиты из ячеистого бетона ГОСТ 5742-76 350…400 0.093…0.104
Плиты камышитовые 200…300 0.06…0.07 2300
Плиты кремнезистые   0.07
Плиты льнокостричные изоляционные 250 0.054 2300
Плиты минераловатные на битумной связке марки 200 ГОСТ 10140-80 150…200 0.058
Плиты минераловатные на синтетическом связующем марки 200 ГОСТ 9573-96 225 0.054
Плиты минераловатные на синтетической связке фирмы «Партек» (Финляндия) 170…230 0.042…0.044
Плиты минераловатные повышенной жесткости ГОСТ 22950-95 200 0.052 840
Плиты минераловатные повышенной жесткости на органофосфатном связующем
(ТУ 21-РСФСР-3-72-76)
200 0.064 840
Плиты минераловатные полужесткие на крахмальном связующем 125…200 0.056…0.07 840
Плиты минераловатные на синтетическом и битумном связующих 0.048…0.091
Плиты мягкие, полужесткие и жесткие минераловатные на синтетическом и битумном связующих (ГОСТ 9573-82, ГОСТ 10140-80, ГОСТ 12394-66) 50…350 0.048…0.091 840
Плиты пенопластовые на основе резольных фенолформальдегидных смол ГОСТ 20916-87 80…100 0.045
Плиты пенополистирольные ГОСТ 15588-86 безпрессовые 30…35 0.038
Плиты пенополистирольные (экструзионные) ТУ 2244-001-47547616-00 32 0.029
Плиты перлито-битумные ГОСТ 16136-80 300 0.087
Плиты перлито-волокнистые 150 0.05
Плиты перлито-фосфогелевые ГОСТ 21500-76 250 0.076
Плиты перлито-1 Пластбетонные ТУ 480-1-145-74 150 0.044
Плиты перлитоцементные 0.08
Плиты строительный из пористого бетона 500…800 0.22…0.29
Плиты термобитумные теплоизоляционные 200…300 0.065…0.075
Плиты торфяные теплоизоляционные (ГОСТ 4861-74) 200…300 0.052…0.064 2300
Плиты фибролитовые (ГОСТ 8928-81) и арболит (ГОСТ 19222-84) на портландцементе 300…800 0.07…0.16 2300
Покрытие ковровое 630 0.2 1100
Покрытие синтетическое (ПВХ) 1500 0.23
Пол гипсовый бесшовный 750 0.22 800
Поливинилхлорид (ПВХ) 1400…1600 0.15…0.2
Поликарбонат (дифлон) 1200 0.16 1100
Полипропилен (ГОСТ 26996– 86) 900…910 0.16…0.22 1930
Полистирол УПП1, ППС 1025 0.09…0.14 900
Полистиролбетон (ГОСТ 51263) 150…600 0.052…0.145 1060
Полистиролбетон модифицированный на активированном пластифицированном шлакопортландцементе 200…500 0.057…0.113 1060
Полистиролбетон модифицированный на композиционном малоклинкерном вяжущем в стеновых блоках и плитах 200…500 0.052…0.105 1060
Полистиролбетон модифицированный монолитный на портландцементе 250…300 0.075…0.085 1060
Полистиролбетон модифицированный на шлакопортландцементе в стеновых блоках и плитах 200…500 0.062…0.121 1060
Полиуретан 1200 0.32
Полихлорвинил 1290…1650 0.15 1130…1200
Полиэтилен высокой плотности 955 0.35…0.48 1900…2300
Полиэтилен низкой плотности 920 0.25…0.34 1700
Поролон 34 0.04
Портландцемент (раствор) 0.47
Прессшпан 0.26…0.22
Пробка гранулированная техническая 45 0.038 1800
Пробка минеральная на битумной основе 270…350 0.073…0.096
Пробковое покрытие для полов 540 0.078
Ракушечник 1000…1800 0.27…0.63 835
Раствор гипсовый затирочный 1200 0.5 900
Раствор гипсоперлитовый 600 0.14 840
Раствор гипсоперлитовый поризованный 400…500 0.09…0.12 840
Раствор известковый 1650 0.85 920
Раствор известково-песчаный 1400…1600 0.78 840
Раствор легкий LM21, LM36 700…1000 0.21…0.36
Раствор сложный (песок, известь, цемент) 1700 0.52 840
Раствор цементный, цементная стяжка 2000 1.4
Раствор цементно-песчаный 1800…2000 0.6…1.2 840
Раствор цементно-перлитовый 800…1000 0.16…0.21 840
Раствор цементно-шлаковый 1200…1400 0.35…0.41 840
Резина мягкая 0.13…0.16 1380
Резина твердая обыкновенная 900…1200 0.16…0.23 1350…1400
Резина пористая 160…580 0.05…0.17 2050
Рубероид (ГОСТ 10923-82) 600 0.17 1680
Руда железная 2.9
Сажа ламповая 170 0.07…0.12
Сера ромбическая 2085 0.28 762
Серебро 10500 429 235
Сланец глинистый вспученный 400 0.16
Сланец 2600…3300 0.7…4.8
Слюда вспученная 100 0.07
Слюда поперек слоев 2600…3200 0.46…0.58 880
Слюда вдоль слоев 2700…3200 3.4 880
Смола эпоксидная 1260…1390 0.13…0.2 1100
Снег свежевыпавший 120…200 0.1…0.15 2090
Снег лежалый при 0°С 400…560 0.5 2100
Сосна и ель вдоль волокон 500 0.18 2300
Сосна и ель поперек волокон (ГОСТ 8486-66, ГОСТ 9463-72) 500 0.09 2300
Сосна смолистая 15% влажности 600…750 0.15…0.23 2700
Сталь стержневая арматурная (ГОСТ 10884-81) 7850 58 482
Стекло оконное (ГОСТ 111-78) 2500 0.76 840
Стекловата 155…200 0.03 800
Стекловолокно 1700…2000 0.04 840
Стеклопластик 1800 0.23 800
Стеклотекстолит 1600…1900 0.3…0.37
Стружка деревянная прессованая 800 0.12…0.15 1080
Стяжка ангидритовая 2100 1.2
Стяжка из литого асфальта 2300 0.9
Текстолит 1300…1400 0.23…0.34 1470…1510
Термозит 300…500 0.085…0.13
Тефлон 2120 0.26
Ткань льняная 0.088
Толь (ГОСТ 10999-76) 600 0.17 1680
Тополь 350…500 0.17
Торфоплиты 275…350 0.1…0.12 2100
Туф (облицовка) 1000…2000 0.21…0.76 750…880
Туфобетон 1200…1800 0.29…0.64 840
Уголь древесный кусковой (при 80°С) 190 0.074
Уголь каменный газовый 1420 3.6
Уголь каменный обыкновенный 1200…1350 0.24…0.27
Фарфор 2300…2500 0.25…1.6 750…950
Фанера клееная (ГОСТ 3916-69) 600 0.12…0.18 2300…2500
Фибра красная 1290 0.46
Фибролит (серый) 1100 0.22 1670
Целлофан 0.1
Целлулоид 1400 0.21
Цементные плиты 1.92
Черепица бетонная 2100 1.1
Черепица глиняная 1900 0.85
Черепица из ПВХ асбеста 2000 0.85
Чугун 7220 40…60 500
Шевелин 140…190 0.056…0.07
Шелк 100 0.038…0.05
Шлак гранулированный 500 0.15 750
Шлак доменный гранулированный 600…800 0.13…0.17
Шлак котельный 1000 0.29 700…750
Шлакобетон 1120…1500 0.6…0.7 800
Шлакопемзобетон (термозитобетон) 1000…1800 0.23…0.52 840
Шлакопемзопено- и шлакопемзогазобетон 800…1600 0.17…0.47 840
Штукатурка гипсовая 800 0.3 840
Штукатурка известковая 1600 0.7 950
Штукатурка из синтетической смолы 1100 0.7
Штукатурка известковая с каменной пылью 1700 0.87 920
Штукатурка из полистирольного раствора 300 0.1 1200
Штукатурка перлитовая 350…800 0.13…0.9 1130
Штукатурка сухая 0.21
Штукатурка утепляющая 500 0.2
Штукатурка фасадная с полимерными добавками 1800 1 880
Штукатурка цементная 0.9
Штукатурка цементно-песчаная 1800 1.2
Шунгизитобетон 1000…1400 0.27…0.49 840
Щебень и песок из перлита вспученного (ГОСТ 10832-83) — засыпка 200…600 0.064…0.11 840
Щебень из доменного шлака (ГОСТ 5578-76), шлаковой пемзы (ГОСТ 9760-75) и аглопорита (ГОСТ 11991-83) — засыпка 400…800 0.12…0.18 840
Эбонит 1200 0.16…0.17 1430
Эбонит вспученный 640 0.032
Эковата 35…60 0.032…0.041 2300
Энсонит (прессованный картон) 400…500 0.1…0.11
Эмаль (кремнийорганическая) 0.16…0.27

Теплопроводность бетона

Теплопроводность бетона – это процесс, в ходе которого внутренняя энергия вещества переносится к менее нагретым частям конструкции. Так в холодное время года часть тепла «утекает» из жилья именно через стены, а летом, наоборот, прогревшийся материал повышает температуру в помещении на пару градусов. Разумеется, подобное представление несколько упрощенно, но именно оно позволяет понять, почему так важно знать такой параметр, как теплопроводность бетона.

Одно из важнейших свойств бетона – удерживать тепло. Как правило, о теплопроводности говорят, если речь идет о легких бетонах. Эти материалы редко можно отнести к классу конструкционных, но в качестве теплоизоляторов им практически нет равных. Нужно отметить, что уровень теплопроводности у разных легких бетонов различается. На него влияют и тип структуры бетона, и характер использованного заполнителя.

В качестве примера можно взять пенобетон, который в разрезе напоминает пористый шоколад. Наличие воздуха в структуре материала обеспечивает его сравнительно малый вес и повышает термическое сопротивление. Пенобетон позволяет снизить потери  тепла в помещении на 20-30%, да и микроклимат он создает благоприятный.

С другой стороны, для повышения теплопроводности сегодня широко используются и специальные пористые заполнители. Тот же керамзитобетон часто встречается в малоэтажном строительстве, ведь на его основе можно изготовить и легкие стеновые панели и выполнить качественную звукоизоляцию помещения. Керамзитобетон легко выигрывает сравнение с классической кирпичной кладкой: его теплопроводность в 2 раза ниже. При плотности искусственного камня в 1000 кг/м3 его термическое сопротивление составляет 0.41 единицы, а при повышении объемной массы до 1200 кг/м3 – 0.52 единицы.

Конструкционный бетон, напротив, часто разрабатывается в ущерб увеличению теплопроводности. Из него выполняются несущие элементы и нагруженные конструкции, которые, чаще всего находятся под защитой внешних стен. Даже в том случае, если используется монолитная технология возведения постройки, есть много способов, позволяющих надежно защитить внутренние помещения от потерь тепла.

Теплопроводность бетона в общем случае даже ниже, чем у кирпича. Если кирпич может похвастать 0.8 Вт/(м*С), то тяжелый бетона имеет показатель в 1.4 единицы. Именно поэтому, когда требуется искусственный камень с высокой степенью теплоизоляции, то стараются использовать специальные наполнители. Например, на основе стекла: шлаковая пемза, которую получают быстрым охлаждением насыщенного воздухом расправа, отлично подходит для этой цели.

Теплопроводность тяжелого бетона — от чего зависит теплопроводность?

Теплопроводность тяжелого бетона – это способность данного материала передавать через себя тепловой поток, который возникает из-за разности температур на противоположных поверхностях конструкции.  Обычно для её определения используют коэффициент теплопроводности, показывающий изменение количества тепла, проходящего через 1м материала при повышении температуры на 1 градус.

От чего зависит теплопроводность?

  1. Структуры. Внутреннее строение бетона очень сильно влияет на коэффициент теплопроводности. В качестве примера стоит привести легкие бетоны – пенно- и газобетон, объем которых насыщен порами с воздухом. Поскольку коэффициент теплопередачи воздуха намного меньше, чем у бетона, среднее значение оказывается достаточно привлекательным.  С тяжелым бетоном дело обстоит строго наоборот: его плотность достаточно высока, более того, внутри материала находятся элементы армирования, поэтому и теплопроводность такого образца может достигать 1.7 Вт/(м*С).

  2. Плотности. Как ясно из приведенного выше примера, с ростом плотности материала увеличивается и теплопроводность.

  3. Влажности. Бетон имеет пористую структуру, внутрь которой часто попадает вода. При понижении температуры находящаяся в микропорах вода замерзнет и станет настоящим проводником тепла, уводя его из помещения. Коэффициент теплопроводности льда составляет 1.8 единицы. Однако не нужно забывать, что лед сам по себе поглощает тепло, переходя в жидкую фазу, поэтому в процессе строительства прикладываются значительные усилия для защиты бетона от попадания воды внутрь его структуры.

Из вышесказанного следует, что теплопроводность тяжелого бетона, варьирующаяся в пределах 1.5-1.7 единиц – это явно не то, что требуется для утепления постройки, поэтому используются специальные теплоизоляционные материалы или же конструкционно-теплоизоляционные бетоны, которые нашли широкое применение и в малоэтажном строительстве.

Теплопроводность бетона

Теплопроводностью называют свойство материалов передавать какое-либо количества тепла от своей одной части к другой посредством теплового движения молекул. В материалах передача тепла может осуществляться лучеиспусканием, конвекцией (передвижение воздухи либо иного газа в порах предмета) и кондукцией (способ контакта частиц материала). Теплопроводность выражается в Вт/мК.

Иначе теплопроводностью называют свойство материала проводить тепло, исчисляемая количеством тепла, которое проходит через один метр квадратный поверхности тела с толщиной в один метр за один час при изменении температуры на один градус Цельсия.

Бетоны и их теплопроводность

В обычном бетоне теплопроводность зависит от состава бетона и для насыщенного водой бетона она составляет от 2,9 до 1,1 Ккал/м2ч0/м. На теплопроводность обычных бетонов плотность не влияет, однако из-за довольно низкой теплопроводности воздуха, у легкого бетона теплопроводность меняется в зависимости от его плотности.

Отсюда видим, что на теплопроводность бетона значительно влияет минералогический состав заполнителя. Так, кварц обладает самой высокой теплопроводностью, известняк и доломит – средней, трахит и базальт – самой низкой, что также зависит и от направлений теплового потока по отношению к ориентации кристаллов. Поскольку теплопроводность воды больше, нежели теплопроводность воздуха, степень насыщенности бетона водой имеет большое значение. К примеру, увеличение уровня влажности в легких бетонах ведет к увеличению теплопроводности практически в два раза.

Но теплопроводность воды, с другой стороны, меньше теплопроводности цементного камня в два раза. И поэтому, чем в смеси меньше воды, тем теплопроводность затвердевшего бетона выше. В небольшой степени теплопроводность зависит и от температуры (исключением являются бетоны легкие).

Обычно теплопроводность определяют по термодиффузии (теплопереносу), поскольку ее легче измерить. Однако теплопроводность можно определять и напрямую.

Влияние суррогатных заполнителей на теплопроводность бетона при температуре окружающей среды и повышенных температурах

Точная оценка теплопроводности бетона является важной частью проектирования здания с точки зрения термической эффективности и теплопроводности материалов при различных температурах. Мы представляем экспериментальную оценку теплопроводности пяти образцов с теплоизоляцией из бетона, изготовленных с использованием легких заполнителей и стеклянных пузырьков вместо обычных заполнителей.Для оценки надежности тепловых данных и оценки влияния различных типов датчиков используются четыре различных метода измерения. Бетонные образцы также оцениваются через каждые 100 ° C во время нагрева до ~ 800 ° C. Показано, что нормальный бетон имеет теплопроводность ~ 2,25 Вт · м −1 K −1 . Суррогатные агрегаты эффективно снижают проводимость до ~ 1,25 Вт · м -1 K -1 при комнатной температуре. Показано, что размер заполнителя не влияет на теплопроводность: каждый из мелких и крупных заполнителей приводит к аналогичным результатам.Методы оценки поверхностного контакта имеют тенденцию к занижению теплопроводности, предположительно из-за высокого термического сопротивления между преобразователями и образцами. Термогравиметрический анализ показывает, что стадии потери массы цементного теста соответствуют эволюции теплопроводности при нагревании.

1. Введение

Новые корейские стандарты энергосберегающего проектирования новых зданий и домов, вступающие в силу с сентября 2013 года, направлены на повышение энергоэффективности жилых и офисных зданий, занимающих 19 зданий.6% от общего энергопотребления в 2007 г. [1, 2]. Они нацелены на снижение годового потребления энергии домохозяйствами на отопление с уровня 2005 г. 120 кВт · ч −2 до менее 30 кВт · ч −2 к 2017 году. мм полистирольной изоляции или более толстые бетонные стены [1], меры, которые ранее считались слишком дорогостоящими [3]. Использование недорогого подогрева пола и внутренней изоляции в быстро возводимых высотных домах Кореи, возводимых с 1980-х годов, привело к образованию поверхностного конденсата и плесени из-за разницы температур между бетонными стенами и внутренней изоляционной панелью.

Внешняя изоляция может решить эту проблему, но ее установка будет дорогостоящей и трудоемкой и может быть затруднена из-за правовых норм. Возможно, более практичной альтернативой является разработка бетона с высоким термическим сопротивлением. Теплопроводность бетона можно легко снизить, заменив один или несколько его компонентов теплоизоляционными материалами, такими как легкие крупные заполнители или стеклянные пузыри [4]. Легкие заполнители используются, например, в жилых домах в Японии, что позволяет сэкономить 20% энергии на отопление для поддержания комнатной температуры ~ 20 ° C по сравнению с обычным бетоном [5].Стеклянные пузыри также широко используются в качестве теплоизоляции при производстве изолированных труб и теплоотражающих красок [6]. Бетоны, как сложные смеси различного состава, могут демонстрировать широкий диапазон теплопроводности (например, 0,6 ~ 3,6 Вт · м −1 K −1 ) в зависимости от используемых заполнителей и условий влажности, а также от диапазона температур. и методика тестирования [7–9]. Оценка теплопроводности бетонов, смешанных с различными синтетическими материалами, и ее изменения при повышенных температурах является сложной и более сложной задачей, чем оценка обычного бетона.Поэтому разработка методов точной оценки теплопроводности при различных температурах бетона с обычным или легким заполнителем (LWA) является важной частью проектирования теплоэффективной инфраструктуры.

Предыдущие экспериментальные и численные исследования показали тепловые свойства (например, теплопроводность, удельную теплоемкость и тепловую деформацию) конструкционного бетона и теплоизоляционного бетона, содержащего LWA и добавки, такие как волокно, переработанное стекло и метакаолин, при температуре окружающей среды и повышенных температурах. [10–13].Плотность и теплопроводность бетона при нагревании часто снижаются. Однако изменение микроструктуры цементного теста при нагревании не было достаточно изучено в бетонах с нормальными или легкими заполнителями. Роль легких заполнителей и других добавок также еще предстоит полностью выяснить. Более того, надежность измерения теплопроводности зависит не только от метода измерения в установившемся или переходном состоянии, но и от типа преобразователя (например.(например, пластина с горячей защитой, термобокс и термоигольчатые зонды) [4, 9, 14, 15]. Важнейшими микроструктурными компонентами гидратированного цементного теста являются гидраты силиката кальция (C – S – H), составляющие до 67% продуктов гидратации, и гидроксид кальция [16]. Эти компоненты определяют механические свойства пасты [17–19]. Дегидратация гидратов силиката кальция и дегидроксилирование гидроксида кальция объясняют потерю массы, наблюдаемую при нагревании. Связь между теплопроводностью и потерей массы микроструктурных компонентов гидратированного цементного теста четко не определена [19, 20].

Данная работа представляет собой исследование теплопроводности различных теплоизоляционных бетонов. Образцы, содержащие различные агрегаты и стеклянные пузырьки, сравнивают при температуре окружающей среды и повышенных температурах. Контрольный образец, содержащий нормальный заполнитель, сравнивается с пятью различными образцами из теплоизолированного бетона. Роли суррогатных агрегатов исследуются путем измерения теплопроводности образцов с использованием четырех различных методов испытаний: два, в которых используются встроенные зонды (термический игольчатый зонд и нагрев плоского источника), и два, которые используют методы контактной горячей проволоки.Одним из методов горячей проволоки является стандартный метод ASTM C1113 для оценки температурно-зависимой теплопроводности [21]. Также оценивается влияние мелких и крупных агрегатов на теплопроводность. Термогравиметрический анализ (ТГА) используется для сравнения последовательности потери веса во время нагревания с соответствующим изменением теплопроводности. Затем оценивается взаимосвязь между микроструктурным составом цементных паст и их теплопроводностью.

2. Материалы и методы
2.1. Материалы

Различные комбинации обычного портландцемента (ASTM Тип I), мелкого заполнителя, нормального крупного заполнителя, двух типов легких крупных заполнителей и стеклянных пузырьков используются для изготовления образцов для испытаний. Мелкие и крупнозернистые агрегаты происходят из дробленых пород схожего происхождения: они имеют одинаковую минералогию; отличается только размер зерна (в Корее нет явного природного источника мелких заполнителей, таких как очищенный прибрежный песок).Стеклянные пузырьки микрометрового размера (3 M, Ltd.) испытываются как частичная замена крупного заполнителя и для создания искусственных поровых пространств в бетоне. Два типа LWA (Argex от Argex NV, Ltd. и Asanolite от Taiheiyo Cement, Ltd.) испытываются в качестве замены оставшегося крупного заполнителя. Физические свойства различных заполнителей и стеклянных пузырьков перечислены в таблице 1.


Свойства Мелкий
заполнитель
Крупный заполнитель Стеклянные пузырьки
Нормальный Argex Асанолит

Сырье Гранит Гранит Глина Сланец Натрий-известково-боросиликатный
Максимальный размер (мм) 1.2 25 8 19 0,065
Насыпная плотность в сухом сыпучем состоянии (кг · м −3 ) 1480 1680 650 800 125
Адсорбция воды (%) 1,0 19,0 12,0

2.2. Подготовка образца

Теплоизолированный бетон получают путем замены крупного заполнителя стеклянными пузырьками и легкими заполнителями.Подробные пропорции смешивания перечислены в таблице 2. K обозначает образец со стеклянными пузырьками; добавленное число представляет объемную долю добавленных стеклянных пузырьков по отношению к общему объему заполнителя. Влияние размера заполнителя и объемной доли заполнителя на теплопроводность исследуется с использованием другой группы образцов: пасты, раствора и бетона (таблица 3).

900 59 —

Образец Цемент
(кг · м −3 )
Зола-унос
(кг · м −3 )
Вода
(кг · м −3 ) )
Заполнители (кг · м −3 )
Мелкие Крупные Стеклянный пузырь LWA

Нормальные 288 32 175 822 934
K10 288 32 175 870 732 12
K20 288 32 175 870 494 24
K30 288 32 175 870 227 37
Argex 288 32 175 834 510
Асанолит 288 32 175 834 583

На рис. 1 показаны оптические изображения использованных здесь легких заполнителей.Argex содержит округлые частицы с внутренними порами произвольной формы; в Асанолите существуют раковинные поры; оба показывают заметно большое разнообразие форм пор. Поры микрометрового размера, наблюдаемые с помощью сканирующей электронной микроскопии, подтверждают низкую плотность суррогатных агрегатов.


Все образцы подвергаются испытаниям на осадку и плотность в свежем виде, а затем отливаются в различные формы [22]. Теплоизолированные бетоны заливаются в специально разработанные термические формы (200 мм × 200 мм × 300 мм) и три кирпичных формы (65 мм × 114 мм × 230 мм) для измерения теплопроводности.Три образца (паста, раствор и бетон) отливают в цилиндры Ф 70 мм × 100 мм. Все образцы вынимают из форм через 24 часа и выдерживают при комнатной температуре и относительной влажности 50% более 14 дней. Плотность и прочность на сжатие измеряли независимо на образцах Ф 100 мм × 200 мм.

2.3. Измерение теплопроводности

Сравниваются четыре метода оценки теплопроводности. Они различаются способом передачи тепла и типом преобразователя (рисунок 2).Методы и соответствующие им образцы перечислены в Таблице 4.


Тип смеси Соотношение W / C

(%)
Объемное соотношение (%) Вес ( кг м −3 )
Цемент Вода Песок Гравий Цемент Вода Песок Гравий

Паста 34.7 48,2 51,8 320 111
Раствор 54,7 17,2 29,2 53,5 320 175 827
Бетон 54,7 10,8 18,2 33,4 37,6 320 175 827 939

9005 9 О

Методы Форма Нормальный K10 K20 K30 AG0 AS0

Игольчатый зонд Термоформа
(200 мм × 200 мм × 300 мм) для температуры окружающей среды
O O O O O O
Плоский источник тепла O O O O O O
Контактный электроконтакт O O O O

ASTM C1113 Форма для кирпича
(65 мм × 114 мм × 230 мм) как для окружающей среды, так и для повышенных температур
O О О О О

2.3.1. Термальный игольчатый зонд (встроенный тип при переходных процессах)

Зонд (нержавеющая сталь, длина 60 мм, диаметр 1,3 мм) содержит нагревательный провод и термистор (East 30 Sensors Ltd.). Когда он находится в термической форме, он полностью погружается в образец. Постоянный ток генерирует тепло линейного источника в радиальном направлении от зонда, а температура одновременно контролируется каждые 0,5 с в течение 3 мин. Применимость метода к бетонам и другим строительным материалам, а также подробную теорию можно найти в других источниках [4, 23, 24].Зонд должен быть встроен в бетон перед отверждением, что ограничивает его полезность при испытании на месте и бетонных конструкций.

2.3.2. Контактный метод горячей проволоки (контактный тип при переходном процессе)

Система тестирования (QTM-500, Kyoto Electronics Manufacturing, Co., Ltd.) следует принципам, аналогичным принципам термоигольчатого зонда. Однако датчик находится на поверхности образца, и тепло от линейного источника распространяется только в одном направлении. Этот метод может быть легко применен in situ , хотя для звукоизоляции требуется плоская и полированная контактная поверхность.

2.3.3. Метод плоского источника тепла (встроенный тип в квазистационарном режиме)

Нагревательная пластина обеспечивает плоский источник тепла через образец, а последовательно встроенные термопары определяют пространственно-временное изменение температуры. Вся система теплоизолирована для минимизации потерь тепла. Записанные профили температуры интерпретируются с учетом сохранения энергии на основе закона Фурье. О надежности использования плоских источников тепла для измерения теплопроводности бетонов сообщалось ранее [4].Этот метод позволяет оценивать относительно большие образцы (размером в десятки сантиметров), хотя получение полного набора испытаний температурных профилей занимает несколько дней, поскольку система приближается к установившемуся состоянию.

2.3.4. ASTM C1113 (Постоянный контакт)

Этот метод был первоначально разработан для огнеупоров при повышенных температурах. Перед нагревом в печи три образца в форме кирпича помещают между ними термопары и нагревательные провода. Достигается первое тепловое равновесие (для испытаний при 600 ° C период выдержки для устойчивого теплового состояния занимает более 4 дней).Затем платиновый нагревательный провод нагревается, и разница температур, измеренная двумя термопарами, используется для расчета теплопроводности. Связь между преобразователями и поверхностью образца не такая полная, как при встроенных типах тестирования.

2.4. Процедуры испытаний

Термографическая форма, предназначенная для измерения при температуре окружающей среды, включает два термальных игольчатых зонда и пять последовательных термопар с интервалом 50 мм. После завершения измерения с использованием термального игольчатого зонда и плоского источника тепла форма разбирается, а поверхность образца тщательно очищается и полируется.Далее следует измерение с использованием контактной термоэлектрической проволоки (т. Е. Устройства QTM-500). Затем независимо получают значения теплопроводности кирпичей с использованием метода ASTM C1113 при 45 ° C, 100 ° C, 200 ° C, 300 ° C, 400 ° C, 500 ° C, 600 ° C, 670 ° C и 770 °. С. Измерение повторяют трижды при каждой температуре. Печь нагревается до 55 ° C ч -1 . Образцы пасты, цемента и бетона (цилиндры Ф 70 мм × 100 мм) испытывают с помощью термоигольчатых зондов. Во время отверждения периодически измеряют содержание воды и удельный вес, а значения электропроводности оценивают независимо через 7, 14 и 28 дней отверждения.

2,5. Термогравиметрический анализ (ТГА)

Термогравиметрический анализ позволяет оценить изменяющиеся пропорции гидрата силиката кальция (C – S – H) и гидроксида кальция в гидратированных цементах обычного бетона при нагревании при 10 ° C мин. -1 от 25 ° С до 1000 ° С. Данные о массе и тепловом потоке получают при нагревании цементного теста. Затем тепловое поведение сравнивается с измеренной теплопроводностью при повышенных температурах, что позволяет выяснить взаимосвязь между химическими изменениями в образцах и их тепловыми свойствами.

3. Результаты и обсуждение

Сначала представлены данные по теплопроводности, полученные с помощью различных методов испытаний. Контрольные образцы (паста, раствор и бетон) готовятся независимо, чтобы продемонстрировать влияние заполнителя и времени отверждения. Для образцов, нагретых до ~ 770 ° C, сообщается их зависящая от температуры теплопроводность с обсуждением их фазового превращения и связанных с ним химических реакций.

3.1. Теплопроводность

На рис. 3 сравниваются измеренные значения теплопроводности с результатами, полученными с помощью метода термо-игольчатого зонда.Нормальный бетон показывает теплопроводность ~ 2,25 Вт · м −1 K −1 ; значения имеют тенденцию к линейному уменьшению с увеличением доли стеклянных пузырьков, достигая ~ 1,3 Вт · м −1 K −1 в образце K30. Это 42% -ное снижение теплопроводности при добавлении стеклянных пузырьков при 30% -ной объемной доле агрегатов в основном объясняется наличием в стеклянных пузырьках воздушных пустот субмикрометрового размера. Изменение плотности с 2370 кг · м −3 (нормальный бетон) до 2011 кг · м −3 (K30) сопровождается снижением прочности на сжатие (с 43.9 МПа в нормальном бетоне до 24,6 МПа в К30). Образец бетона с заполнителем Argex показывает теплопроводность от 1,25 Вт м -1 K -1 до 1,54 Вт м -1 K -1 , что ниже, чем у образца, содержащего асанолит. Это связано с тем, что Argex имеет более низкую насыпную плотность и более высокую водопоглощающую способность, что позволяет предположить, что у него больше внутренних пор, чем у Asanolite. Плотность воздушно-сухих образцов с Argex и Asanolite составляет 1848 кг м −3 и 1817 кг м −3 соответственно; их соответствующие измеренные значения прочности на сжатие равны 37.7 МПа и 36,0 МПа. Следовательно, замена крупного заполнителя легким заполнителем более эффективно снижает плотность бетона, сводя к минимуму ослабление бетона, чем использование стеклянных пузырьков.

Методы тестирования со встроенными датчиками (термическая игла и плоский источник тепла) показывают аналогичные значения теплопроводности с меньшими отклонениями, чем два метода контактного типа, из-за минимального теплового сопротивления между датчиками и тестируемыми материалами (рисунки 3 ( а), 3 (б) и 3 (в)).Неполная связь, присущая методам контактной горячей проволоки и ASTM C1113, приводит к заниженной оценке теплопроводности на ~ 20%; однако эти два метода совместимы друг с другом (рис. 3 (d)). Влияние легких заполнителей и стеклянных пузырьков на теплопроводность четко представлено всеми методами, но встроенные методы, по-видимому, обеспечивают количественно более точные данные благодаря определенному контакту между преобразователями и образцом. Методы контактного типа, вероятно, будут более применимы на практике, чем встроенные типы, потому что установка преобразователей не всегда возможна после строительства.

3.2. Влияние размера заполнителя

Сравнивается влияние мелких и крупных заполнителей на теплопроводность образцов пасты, раствора и бетона. Термические игольчатые зонды полностью вставлены в цилиндрические образцы (Φ 70 мм × 100 мм), а проводимость достигается через 7, 14 и 28 дней отверждения. Также отслеживаются изменения удельного веса и содержания воды (рис. 4). Паста имеет самое высокое содержание воды и самый низкий вес влажной единицы. Оба свойства со временем снижаются из-за испарения воды.Теплопроводность имеет тенденцию немного снижаться во время отверждения (рис. 5), хотя отверждение, по-видимому, имеет номинальный эффект. Образец пасты имеет наименьшее значение ~ 1 Вт · м −1 K −1 ; раствор и бетон имеют одинаковые значения ~ 2 Вт · м −1 K −1 .


Хотя присутствие крупного заполнителя могло способствовать теплопроводности, нет заметной разницы между образцами с крупным или мелким заполнителем, предположительно из-за того, что два агрегата имеют схожее происхождение и, таким образом, являются одинаково хорошими проводниками тепла независимо от зерна. размер.Это говорит о том, что межфазное термическое сопротивление не влияет на свойства заполнителей в цементном тесте и что объемная доля заполнителя в бетонах в большей степени влияет на теплопроводность. Содержание воды влияет на теплопроводность, при этом более влажная паста показывает более низкую теплопроводность, чем раствор или бетон. Из рисунка 4 видно, что удельный вес образцов мало влияет на их теплопроводность. Поэтому желательно заменить любой агрегат суррогатами, чтобы уменьшить теплопроводность, при условии, что образцы не слишком сильно ослаблены.

3.3. Температурно-зависимая теплопроводность

На рисунке 6 представлены результаты термогравиметрического анализа нормальных образцов бетона. Во время нагрева из цементного теста начинает испаряться свободная вода при температуре 100 ° C ~ 120 ° C [25]. Затем диссоциация воды, связанной с C-S-H, происходит между 150 ° C и 400 ° C [14, 26]; дегидроксилирование гидроксида кальция (кристаллы гидроксида кальция разлагаются на оксид кальция и воду) следует при 400 ° C и 600 ° C, когда происходит большая потеря веса и разупрочнение бетонов [25].Постепенное снижение веса с 600 ° C до 825 ° C объясняется декарбонизацией кальцита до оксида кальция [27]. Процентные потери массы, соответствующие дегидратации C – S – H, дегидроксилированию гидроксида кальция и декарбонизации кальцита, сведены в Таблицу 5. Средние данные теплопроводности для нормального бетона (измеренные методом ASTM C1113, наложены на Рисунок 6) постепенно уменьшается в соответствии с наблюдаемыми потерями массы. Сплошная среда в гидратированном цементном тесте, по-видимому, теряется при нагревании из-за образования пор, которые изначально были заняты микроструктурами, такими как гидраты силиката кальция и гидроксид кальция.


Диапазон температур 145 ~ 400 ° C 400 ~ 600 ° C 600 ~ 825 ° C

Потеря массы (%) 2,75 1,80 0,87


Рисунок 7 суммирует эволюцию теплопроводности шести испытанных образцов при нагревании.Сплошная линия обозначает поведение обычного бетона для сравнения. Каждый образец показывает резкое увеличение теплопроводности около 100 ° C; выраженное изменение связано с испарением свободной воды, связанным с уменьшением скрытой теплоты при испарении [25, 28]. Хотя образование и распространение микротрещин, вызванных давлением пара после 300 ° C, может снизить теплопроводность, здесь они явно не проявляются. Образцы со стеклянными пузырьками демонстрируют значительное снижение теплопроводности на 400 ° C (обозначено как зона A) с последующим постепенным уменьшением (зона B).Бетоны из легкого заполнителя, которые показывают низкую теплопроводность при температуре окружающей среды, показывают наибольшие потери теплопроводности во время фаз испарения и обезвоживания ниже 400 ° C; Затем следует квазиасимптотическое поведение (рисунки 7 (e) и 7 (f)). Эти наблюдения показывают, что химические реакции при повышенных температурах не способствуют снижению теплопроводности. Присутствия пор в легких заполнителях, вероятно, достаточно для уменьшения теплопроводности и уменьшения эффектов любых дальнейших изменений химического состава, вызванных нагревом.Мы также предполагаем, что поглощение воды легкими агрегатами во время смешивания частично препятствует обезвоживанию не испаряющейся воды из C – S – H; последующие химические реакции в легких бетонах из заполнителя при нагревании не следуют аналогичному поведению, наблюдаемому в обычных бетонах. Тем не менее очевидно, что тип крупного заполнителя не только существенно определяет теплопроводность при температуре окружающей среды, но также влияет на его поведение при нагревании.

4. Выводы

Термическое поведение теплоизолированных бетонов с легкими заполнителями и стеклянными пузырьками, заменяющими обычно используемый крупнозернистый заполнитель, было охарактеризовано при температуре окружающей среды и повышенных температурах. Увеличение объемной доли стеклянных пузырьков привело к снижению теплопроводности бетона при сохранении достаточной прочности на сжатие для его практического использования. Два легких заполнителя были испытаны в качестве замены грубого заполнителя: их макро- и микропоры также снижали теплопроводность в бетоне.Для оценки бетонов сравнивались четыре метода. Два метода с использованием датчиков поверхностно-контактного типа (контактный метод горячей проволоки и стандартный метод ASTM C1113) имели тенденцию к занижению теплопроводности. Наличие регулярного заполнителя способствовало теплопроводности, но было обнаружено, что размер заполнителя не влияет на теплопроводность. Термогравиметрический анализ цементных паст выявил последовательность изменений их химического состава в процессе нагрева, которые следовали за наблюдаемым ими уменьшением теплопроводности.Введение внутренних пор в образцы, содержащие легкие заполнители, что объясняется термическим разложением их компонентов при нагревании, вероятно, имело доминирующее влияние на термическое поведение бетонов. Это физическое изменение оказало большее влияние на теплопроводность, чем сами изменения химического состава. Возникновение квазипостоянной теплопроводности выше 400 ° C может быть связано не только с изначально высокой пористостью легких заполнителей, но и с поглощением воды легкими заполнителями во время смешивания и задержкой дегидратации C – S – H.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарности

Это исследование было поддержано грантом (Код 11-Технологические инновации-F04) Программы инновационных технологий в строительстве (CTIP), финансируемой Министерством земли, транспорта и морских дел правительства Кореи, Корейским центром исследований и разработок CCS ( KCRC) и грант Национального исследовательского фонда Кореи (NRF), финансируемый правительством Кореи (MSIP) (No.2011-0030040, 2013035972).

Теплопроводность бетона — Обзор

Энергосбережение необходимо в связи с ростом населения и ограниченными природными источниками энергии. Одна треть общего потребления энергии и 30% выбросов парниковых газов в большинстве стран приходится на здания [1], [2]. Поскольку большинство людей проводят около 90% своей жизни в помещении [3], энергосбережение и тепловой комфорт в зданиях являются спорными темами. Энергия, необходимая для охлаждения и обогрева здания, а также тепловой комфорт во многом зависят от теплофизических свойств строительных материалов [4].

Вентиляция и потеря тепла тканью — две причины потери тепла в зданиях. Потеря тепла вентиляцией влечет за собой конвективный перенос тепла за счет замены воздуха системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). Однако теплопотери тканью связаны с теплопроводными потерями через стены, крышу, окна и полы.

Теплопередача является векторной величиной и происходит за счет теплопроводности, конвекции и излучения [5]. Кондуктивный перенос тепла в твердых телах представляет собой смесь молекулярных колебаний и переноса энергии свободными электронами [6].Теплопроводность (значение k) — это свойство материала, которое демонстрирует его теплопроводность [7], [8]. Энергопотребление зданий зависит от значений теплопроводности строительных материалов [9]. Материалы с низкой и средней теплопроводностью, такие как минеральная вата (0,03–0,04 Вт / м ° K), целлюлозная изоляция (0,04–0,05 Вт / м ° K), пробка (0,04–0,05 Вт / м ° K), пенополистирол. (EPS) (0,03–0,04 Вт / м. ° K), полиуретан (0,02–0,03 Вт / м ° K), дерево (0,14 Вт / м ° K) и керамическая плитка (1.10 Вт / м ° К) может снизить потребление энергии в зданиях [10], [11].

Можно определить количество теплового потока на единицу площади над поверхностью, применяя закон Фурье [12], как показано в уравнении. (1) .q = −k∇T = −k (i∂T∂x + j∂T∂y + k∂T∂z)

, когда тепловой поток идет только в одном направлении (рис. уравнение упрощается до: q = −k∂T∂x

Скорость теплового потока: Q = qA

Таким образом, уравнение переформулируется в следующем виде: Q = −kA∂T∂x

Бетон — это обычный материал все во всем мире ежегодно производится более десяти миллиардов тонн бетона [14].Ожидается, что к 2050 году потребность в бетоне вырастет до 18 миллиардов тонн [15]. Бетон широко используется в зданиях, мостах, автостоянках, промышленных покрытиях и других конструкциях. Из-за широкого использования этого материала исследователи рассматривают его инженерные свойства [16]. Теплопроводность, удельная теплоемкость и температуропроводность считаются теплофизическими свойствами бетона. Теплопроводность — это наиболее важное тепловое свойство, которое влияет на передачу тепла через бетон [6].Бетон с низкой теплопроводностью снижает теплопередачу и потребление энергии в зданиях. Real et al. [17] сообщили, что применение конструкционного бетона из легкого заполнителя (SLWAC) в зданиях в европейских странах может снизить на 15% тепловую энергию по сравнению с бетоном с нормальной массой (NWC).

Для измерения теплопроводности материалов можно использовать несколько стационарных и переходных методов. Различные методы могут привести к разным значениям теплопроводности [18]. Однако в литературе недостаточно обсуждений подходящих методов измерения теплопроводности бетона.Таким образом, в этой статье рассматриваются методы измерения теплопроводности бетона на основе литературы. Выбор правильного метода измерения теплопроводности бетона важен для получения точных значений для расчета энергопотребления зданий. Кроме того, следует отметить, что на коэффициент k бетона влияет несколько факторов. В этом обзоре обсуждается влияние каждого фактора на теплопроводность бетона. Учет этих факторов во время бетонирования и использования бетона в зданиях может привести к созданию более энергоэффективных и экологичных зданий.

Цемент с высокой теплопроводностью для применения в геотермальной промышленности

  • Багбан М. Х., Ховде П. Дж. И Якобсен С. (2012). Аналитическое и экспериментальное исследование теплопроводности затвердевших цементных паст. Материалы и конструкции, 46, 1537–1546.

    Артикул Google ученый

  • Бласкес, К. С., Мартин, А. Ф., Ньето, И. М., Гарсия, П. К., Перес, Л. С. С., & Гонсалес-Агилера, Д. (2017). Анализ и исследование различных материалов для затирки в вертикальных геотермальных замкнутых системах. Возобновляемая энергия, 114, 1189–1200.

    Артикул Google ученый

  • Чен, В. Х., Дэн, Л., Цзян, Ю., и Дяо, Л. З. (2018). Развитие пеногасителя, используемого в бетоне. Beton Chinese Edition — товарный бетон, 8, 23–32.

    Google ученый

  • Донг, М.Y., Li, Q., Liu, H., Liu, C.T., Wujcik, E.K., Shao, Q., et al. (2018). Термопластичное нанокомпозитное покрытие полиуретан-углеродная сажа: Изготовление и устойчивость к эрозии твердых частиц. Полимер, 158, 381–390.

    Артикул Google ученый

  • Файзал М., Буазза А. и Сингх Р. М. (2016). Повышение теплоотдачи свай геотермальной энергии. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, 57, 16–33.

    Артикул Google ученый

  • Фэн, А. Л., Цзя, З. Р., Ю, К., Чжан, Х. Х. и Ву, Г. Л. (2018). Получение и определение характеристик углеродных нанотрубок / углеродных волокон / фенольных композитов по механическим свойствам и свойствам теплопроводности. Nano Краткие отчеты и обзоры, 13 (04), 1–10.

    Google ученый

  • Garnier, B., & Boudenne, A.(2016). Использование полых металлических частиц для увеличения теплопроводности и осветления наполненного полимера. Разложение и стабильность полимера, 127, 113–118.

    Артикул Google ученый

  • Ишим, А., Теодориу, К., и Фальконе, Г. (2016). Влияние термических свойств цемента на теплообмен в стволе скважины. В Труды: 41-й семинар по разработке геотермальных резервуаров .

  • Ишим, А., Теодориу, К., и Фальконе, Г. (2018). Оценка термических свойств цемента с помощью трехфазной модели применительно к геотермальным скважинам. Энергия, 11, 1–11.

    Артикул Google ученый

  • Кештели, А. Н., и Шейхолеслами, М. (2019). Применение PCM, усиленного наночастицами, для улучшения тепловых характеристик в строительстве. Журнал молекулярных жидкостей, 274, 516–533.

    Google ученый

  • Ким, Д., & О, С. (2019). Взаимосвязь между тепловыми свойствами и степенью насыщения цементных растворов, используемых в теплообменниках с вертикальными скважинами. Энергетика и строительство, 201, 1–9.

    Google ученый

  • Li, C., Xie, B., Chen, D., Chen, J., Li, W., Chen, Z., et al. (2019). Ультратонкие графитовые листы, стабилизированные стеариновой кислотой, в качестве композитного материала с фазовым переходом для хранения тепловой энергии. Energy, 166, 246–255.

    Google ученый

  • Ли, Р., Ван, Г., Сун, X., Сюй, З., Ши, Ю., Чжэн, Р. и др. (2018). Численный анализ влияния цементной оболочки на теплоотвод геотермальной системы коаксиальных скважинных теплообменников. Building Science, 34, 36–40.

    Google ученый

  • Лунд, Дж.У. и Бойд Т. Л. (2016). Прямое использование геотермальной энергии Мировой обзор за 2015 год. Геотермия, 60, 66–93.

    Артикул Google ученый

  • Паскуаль-Муньос, П., Индакоеча-Вега, И., Замора-Барраса, Д., и Кастро-Фресно, Д. (2018). Экспериментальный анализ улучшенных геотермальных цементно-песчаных материалов для затирки. Строительные и строительные материалы, 185, 481–488.

    Артикул Google ученый

  • Santoyo, E., Garcia, A., Morales, J. M., Contreras, E., & Espinosa-Paredes, G. (2001). Эффективная теплопроводность мексиканских геотермальных систем цементирования в диапазоне температур от 28 ° C до 200 ° C. Прикладная теплотехника, 21, 1799–1812.

    Артикул Google ученый

  • Сонг, X., Wang, G., Shi, Y., Li, R., Xu, Z., Zheng, R., et al. (2018a). Численный анализ теплоотдачи геотермальной системы глубокого коаксиального скважинного теплообменника. Energy, 64, 1298–1310.

    Артикул Google ученый

  • Сун, X., Чжэн, Р., Ли, Г., Ши, Ю., Ван, Г., и Ли, Дж. (2018b). Эффективность отвода тепла геотермальной системы с коаксиальным теплообменником в скважине с учетом потока жидкости в пласте. Геотермия, 76, 190–200.

    Артикул Google ученый

  • Теодориу, К., Фальконе, Г., Романовски, Н., и Ишим, А. (2016). Влияние фильтрационной корки на теплопередачу в геотермальных скважинах. In Proceedings: 41-й семинар по разработке геотермальных резервуаров .

  • Wang, L., Qiu, H., Liang, C. B., Song, P., Han, Y. X., Han, Y. X., et al. (2019). Защита от электромагнитных помех MWCNT-Fe 3 O 4 @ Ag / эпоксидные нанокомпозиты с удовлетворительной теплопроводностью и высокой термической стабильностью. Карбон, 141, 506–514.

    Google ученый

  • Викторски, Э., Кобба, К., Суй, Д., и Халифе, М. (2019). Экспериментальное исследование влияния температуры на свойства материала ствола скважины для улучшения моделирования температурного профиля добывающих скважин. Journal of Petroleum Science and Engineering, 176, 689–701.

    Google ученый

  • Ву, П., Лу, Х. Дж., Лян, З. К., Чжу, С. З., и Чен, Ю. Н. (2014). Механизм и применение ускорителя твердения бетона. Metal Mine, 462, 20–25.

    Google ученый

  • Wu, W. X., Wu, W., & Wang, S. F. (2019). Формоустойчивый и термоиндуцированный гибкий композитный материал с фазовым переходом для аккумулирования тепловой энергии и управления температурным режимом. Applied Energy, 236, 10–21.

    Google ученый

  • Zhang, X., & Hu, Q. (2018). Освоение геотермальных ресурсов Китая. Journal of Earth Science, 29, 452–467.

    Google ученый

  • Zhang, Y., Heo, Y.J., Son, Y.R., In, I., An, K.H., Kim, B.J., et al. (2019a). Последние усовершенствованные термические межфазные материалы: обзор проводящих механизмов и параметров углеродных материалов. Карбон, 142, 445–460.

    Google ученый

  • Zhang, Y., Yu, C., Li, G., Guo, X., Wang, G., Shi, Y., et al. (2019b). Анализ характеристик скважинной геотермальной системы с коаксиальным теплообменником с различными рабочими жидкостями. Прикладная теплотехника, 163, 1–13.

    Google ученый

  • Расчетная модель эффективной теплопроводности железобетона, содержащего несколько круглых арматурных стержней | Международный журнал бетонных конструкций и материалов

    Сеть термического сопротивления — полезный способ теоретического моделирования k eff в композитных материалах (Agrawal и Satapathy 2015).Метод предполагает, что теплопередача является адиабатической в ​​любой плоскости, параллельной направлению теплового потока. Разработаны две модели; один рассматривает железобетон, содержащий одну круглую арматуру (рис. 1), а другой — несколько круглых стержней (рис. 2). Модель k eff для железобетона может быть получена путем решения сложной тепловой сети и с использованием закона Фурье (рис. 3, 4). Уравнения складываются следующим образом.

    Рис. 1

    Схема железобетона, содержащего один круглый стержень.

    Рис. 2

    Схема железобетона, содержащего несколько круглых стержней.

    Рис. 3

    Двухмерный вид железобетона, содержащего один круглый стержень и его тепловую сеть.

    Рис. 4

    Двухмерный вид железобетона, содержащего несколько круглых арматурных стержней, и его тепловую сеть.

    Железобетон, содержащий одну круглую арматуру

    Бетон моделируется в виде куба с длиной стороны L .Блок можно разделить на бетонную и стальную составляющие (рис. 3, слева). Соответствующая тепловая сеть (рис. 3, справа) для моделирования железобетона с N re = 1 состоит из пяти тепловых сопротивлений. Круглый арматурный стержень ориентирован вдоль оси z в бетоне, а тепло передается вдоль оси x . Модель k eff может быть получена путем разработки следующих уравнений в зависимости от Φ S и теплопроводности бетона и стали.

    $$ \ frac {1} {{R_ {total}}} = \ frac {1} {{R_ {1}}} + \ frac {1} {{R_ {2}}} + \ frac {1 } {{R_ {3}}} $$

    (1)

    $$ \ frac {1} {{R_ {1}}} + \ frac {1} {{R_ {3}}} = \ frac {{k_ {c}}} {\ text {L}} \ left ({A_ {1} + A_ {3}} \ right) \ left ({\ потому что k_ {1} = k_ {3} = k_ {c}, {\ text {R}} = \ frac {L} { kA}} \ right) $$

    (2)

    Для расчета R 2 формулы разрабатываются в последовательности

    $$ {\ text {R}} _ {2} = {\ text {R}} _ {2,1} + {\ text {R} } _ {2,2} + {\ text {R}} _ {2,3}.$

    (3)

    $$ {\ text {R}} _ {2,1} + {\ text {R}} _ {2,3} = \ frac {L — 2r} {{k_ {c} A_ {2}}} \ quad \ left ({\ потому что l_ {x, 1} + l_ {x, 3} = L — 2r} \ right). $$

    (4)

    $$ Q _ {\ text {total}} = Q _ {\ text {s}} + Q _ {\ text {c}} {\ text {at R}} _ {2,2}. $$

    (5)

    $$ k_ {2,2} = \ frac {{Q _ {\ text {s}} + Q _ {\ text {c}}}} {{\ frac {dT} {\ text {dx}} \ cdot A_ {2}}} = \ frac {{k _ {\ text {s}} A_ {s}}} {{A_ {2}}} + \ frac {{k _ {\ text {c}} A_ {c}} } {{A_ {2}}} \ quad \ left ({\ потому что {\ text {Q}} = {\ text {k}} A \ frac {dT} {\ text {dx}}} \ right).{2} L} \ right)}} $$

    (12)

    Кроме того, общая тепловая сеть может быть выражена как

    $$ R _ {\ text {total}} = \ frac {1} {{\ frac {1} {{R_ {1}}} + \ frac {1} {{R_ {2}}} + \ frac {1} {{R_ {3}}}}}, $$

    (13)

    $$ k_ {eff} = \ frac {L} {{R_ {total} \ cdot A}} $$

    (14)

    Следовательно, k eff может быть получено как (15). Подробный расчет опущен.{2}}}} \ right) $$

    (15)

    По математическим условиям, 2r должно быть ϕ s <0,7854), поэтому Φ S не должно превышать 0,7854.

    Железобетон, содержащий несколько круглых стержней

    В этой модели также рассматривается бетонный куб со стороной L . Все круглые стержни ориентированы по оси z (рис. 2). В этой модели м и рядов круглой арматуры n залиты в железобетон.Модели k eff рассматривают арматурные стержни в ориентациях θ и θ . Модель k eff железобетона, содержащего несколько круглых арматурных стержней, может быть получена путем решения сложной тепловой сети (рис. 4). Тепловую сеть, включающую множество круглых арматурных стержней, в общем можно выразить двумя частями: бетонный слой, моделируемый с использованием теплового сопротивления бетона; и смешанный слой, состоящий из переменного термического сопротивления бетона и стали.Два слоя укладываются попеременно, начиная и заканчивая слоями бетона (рис. 4). Теоретическая модель k eff выводится следующим образом.

    Общая тепловая сеть может быть представлена ​​как сумма двух основных частей:

    $$ \ frac {1} {{R_ {total}}} = \ frac {1} {{R_ {1}}} + \ frac {1} {{R_ {2}}} + \ frac {1} {{R_ {3}}} + \ cdots + \ frac {1} {{R_ {2m + 1}}}. $$

    (16)

    Бетонная зона описывается как

    $$ S _ {\ text {o}} = \ frac {1} {{R_ {1}}} + \ frac {1} {{R_ {3}}} + \ cdots + \ frac {1} {{R_ {2m + 1}}} = \ frac {{k_ {c}}} {\ text {L}} \ left ({A_ {1} + A_ {3} + \ cdots + A_ {2m + 1}} \ right), $$

    (17)

    и смешанная зона также указывается следующим образом:

    $$ S _ {\ text {e}} = \ frac {1} {{R_ {2}}} + \ frac {1} {{R_ {4}} } + \ cdots + \ frac {1} {{R_ {2m}}} = \ frac {m} {{R_ {2}}} $$

    (18)

    Для получения R 2 формула выводится последовательно:

    $$ {\ text {R}} _ {2} = {\ text {R}} _ {2,1} + {\ text { R}} _ {2,2} + {\ text {R}} _ {2,3} + \ cdots + {\ text {R}} _ {{2,2 {\ text {n}} + 1} }, $$

    (19)

    $$ {\ text {R}} _ {{2, {\ text {o}}}} = {\ text {R}} _ {2,1} + {\ text {R}} _ {2, 3} + \ cdots + {\ text {R}} _ {{2,2 {\ text {n}} + 1}} = \ frac {L — 2rn} {{k_ {c} A_ {2}}} $

    (20)

    $$ {\ text {R}} _ {{2, {\ text {e}}}} = {\ text {R}} _ {2,2} + {\ text {R}} _ {2, 4} + \ cdots + {\ text {R}} _ {{2,2 {\ text {n}}}} = {\ text {nR}} _ {2,2} $$

    (21)

    Интеграция проводится по 2r для получения R 2,2 на k 2,2 ; процесс такой же, как в разд.{2}}}} \ right) $$

    (23)

    Поскольку 2 mr и 2 nr должны быть < L , Φ S одновременно должны быть π / (4 m ) и π / (4 ).

    ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ БЕТОНА

    Факторы, влияющие на теплопроводность бетона, количественно изучаются с помощью QTM-D3 (измеритель проводимости, разработанный в Японии), и уравнение для прогнозирования теплопроводности бетона предлагается на основе регрессионного анализа результатов испытаний.Чтобы учесть взаимодействующие факторы, влияющие на теплопроводность бетона, раствора и цементного теста, используются 7 переменных испытаний, таких как возраст, водоцементное соотношение (W / C), типы добавок, объемная доля заполнителя, фракция мелкозернистого заполнителя, температура и влажность. образцы были приняты в этом испытании. Согласно результатам экспериментов, объемная доля заполнителя и влажность образца являются основными факторами, влияющими на проводимость бетона. Одновременно на проводимость строительного раствора и цементного теста сильно влияют соотношение W / C и типы добавок.Однако возраст практически не меняет проводимость, за исключением очень раннего возраста. Наконец, электропроводность бетона представлена ​​в виде объемной доли заполнителя, доли мелкого заполнителя, отношения W / C, температуры и влажности образца.

    • Наличие:
    • Корпоративных авторов:

      Эльзевир

      The Boulevard, Langford Lane
      Kidlington, Оксфорд Объединенное Королевство OX5 1 ГБ
    • Авторов:
      • Ким, K-H
      • Jeon, S-E
      • Ким, JK
      • Ян, S
    • Дата публикации: 2003-3

    Язык

    Информация для СМИ

    Предмет / указатель

    Подача информации

    • Регистрационный номер: 00979856
    • Тип записи: Публикация
    • Файлы: TRIS
    • Дата создания: 20 октября 2004 г., 00:00

    [PDF] Эффективная теплопроводность пенобетона разной плотности

    1 т.2 (1) март 2011 г. Эффективная теплопроводность пенобетона разной плотности Md Azree Othuman Mydin 1 1 Sc …

    Md Azree Othuman Mydin

    CRL Letters

    www.crl.issres.net

    Vol. 2 (1) 2011

    Т. 2 (1) — март 2011 г.

    Эффективная теплопроводность пенобетона различной плотности 1

    Md Azree Othuman Mydin1 Школа жилищного строительства, строительства и планирования, Universiti Sains Malaysia, 11800, Пенанг, Малайзия

    Резюме Основная цель данного исследования заключается в исследовании теплопроводности пенобетона.Были изготовлены образцы пенобетона различной плотности от 650, 700, 800, 900, 1000, 1100 и 1200 кг / м3 с постоянным цементно-песчаным соотношением 2: 1 и водоцементным соотношением 0,5. Данное исследование ограничивалось влиянием плотности, пористости и размера пор на теплопроводность пенобетона. Для определения теплопроводности пенобетона при различных плотностях использовался метод горячей защищенной плиты. Величину пористости пенобетона определяли с помощью прибора вакуумного насыщения. В свою очередь, чтобы изучить влияние размера пор на теплопроводность пенобетона, измерения размера пор проводили под микроскопом с 60-кратным увеличением.Пенобетон с меньшей плотностью означает более низкую теплопроводность. Плотность пенобетона контролируется пористостью, где пенобетон более низкой плотности указывает на большую пористость. Следовательно, теплопроводность значительно изменяется в зависимости от пористости пенобетона, потому что воздух является самым плохим проводником по сравнению с твердым и жидким из-за его молекулярной структуры. Ключевые слова: пенобетон, теплопроводность, жаропрочная плита, теплофизические свойства, легкий бетон, пористый материал

    1.

    Введение

    Энергоэффективность — важная проблема для высококачественного жилья. Энергия не только соответствует высокому проценту эксплуатационных расходов зданий, но также оказывает основное влияние на тепловой комфорт жителей. В наши дни спрос на энергоэффективное проектирование и строительство становится все более жизненно важным с ростом затрат на энергию и повышением осведомленности о последствиях глобального потепления. Здания в том виде, в котором они спроектированы и используются сегодня, создают серьезные экологические проблемы из-за чрезмерного потребления энергии и других природных источников.Тесная связь между использованием энергии в зданиях и экологическим ущербом возникает из-за того, что энергоемкие решения, направленные на строительство здания и удовлетворяющие его потребности в отоплении, охлаждении, вентиляции и освещении, вызывают серьезное истощение драгоценных ресурсов окружающей среды.

    1

    Автор для переписки: Md Azree, Электронная почта: [электронная почта защищена] © 2009-2012 Все права защищены. ISSR Journals

    181

    Эффективная теплопроводность пенобетона разной плотности

    Одним из способов снижения энергоемкости зданий является подбор строительных материалов.Напряжение на обычную энергию можно снизить за счет использования материалов с низким энергопотреблением и эффективного проектирования конструкций. Выбор материалов также помогает добиться максимального комфорта в помещении. Например, использование материалов и компонентов с небольшой внутренней энергией или низкой теплопроводностью повысило комфорт внутри здания. Таким образом, высокий уровень изоляции при разработке любого нового материала является важным шагом на пути к энергоэффективному дизайну. Теплопроводность k — это процесс передачи высокотемпературной тепловой энергии внутри объекта или между двумя контактирующими объектами, что снижает температуру.В физике теплопроводность k — это свойство материала, описывающее его способность проводить тепло. Он появляется в основном в законе Фурье для теплопроводности. Когда объект нагревается, колебания молекул или атомов и плавание свободных электронов разряжают тепловую энергию до более низких температур в процессе передачи кинетической энергии. Согласно молекулярной динамике, температура объекта прямо пропорциональна средней кинетической энергии его состава [1]. 2 Теплопроводность (Вт / м · К) является результатом теплопроводности (см / с), удельной теплоемкости (Дж / г · К) и плотности [2] и зависит от его собственных минеральных характеристик, пористой структуры, химического состава, влажности. и температура.Энергетические характеристики здания во многом зависят от теплопроводности строительных материалов, которая отражает способность тепла проходить через материал при наличии разницы температур [3]. Теплопроводность обычных теплоизоляционных материалов составляет от 0,034 до 0,173 Вт / м · К [1]. Следовательно, использование строительных материалов с низкой теплопроводностью важно для уменьшения поступления тепла через оболочку в здание в таких странах с жарким климатом, как Малайзия.Пенобетон известен своими превосходными теплоизоляционными и звукоизоляционными характеристиками благодаря своей ячеистой микроструктуре. Теплопроводность пенобетона обычно составляет от 5 до 30% от теплопроводности бетона с нормальным весом и находится в диапазоне от 0,1 до 0,7 Вт / мК для значений плотности в сухом состоянии от 600 до 1600 кг / м3 соответственно [4,5]. На практике бетон нормального веса должен быть в 5 раз толще пенобетона для достижения аналогичной теплоизоляции [6]. Сообщается, что теплопроводность пенобетона плотностью 1000 кг / м3 составляет одну шестую от значения типичного цементно-песчаного раствора [7].Поскольку пенобетон изготавливается путем нагнетания воздуха в смесь на основе цемента, плотность пенобетона напрямую зависит от воздуха внутри пенобетона. Ожидается, что плотность пенобетона должна сыграть важную роль в определении его тепловых свойств. Уменьшение плотности пенобетона на 100 кг / м3 приводит к снижению его теплопроводности на 0,04 Вт / мК [8]. Это исследование направлено на изучение теплопроводности пенобетона разной плотности и установление ключевых факторов, влияющих на теплопроводность этого материала.пенобетон семи плотностей (650, 700, 800, 900, 1000, 1100 и 1200 кг / м3) будет отлит и испытан при температуре окружающей среды для получения его эффективной теплопроводности с использованием метода горячей защиты. 2.

    Экспериментальная программа

    Пенобетон — относительно новый строительный материал по сравнению с бетоном нормальной прочности. Основным фактором, ограничивающим использование пенобетона в приложениях, является недостаточное знание характеристик материала при повышенных температурах. При применении в строительстве наиболее важными требованиями безопасности являются несущая способность и огнестойкость.Чтобы понять и в конечном итоге предсказать характеристики систем на основе пенобетона, на первом этапе необходимо знать свойства материала при температуре окружающей среды и повышенных температурах. Чтобы можно было предсказать огнестойкость строительной конструкции, необходимо определить ее температуру. Для количественной оценки структурных характеристик важно знать механические свойства материала при повышенных температурах. Будут установлены механические свойства пенобетона, в том числе на сжатие

    182

    Md Azree Othuman Mydin

    CRL Letters

    Vol.2 (1) 2011

    Прочность, модуль упругости при сжатии, деформация при максимальной прочности на сжатие, зависимость напряжения от сжатия при сжатии, виды разрушения, предел прочности при изгибе и модуль упругости при изгибе. 2.1. Материалы Пенобетон, использованный в этом исследовании, был изготовлен из обычного портландцемента (OPC), мелкого песка, воды и стабильной пены. Основными целями этого исследования являются определение теплопроводности пенобетона при температуре окружающей среды, поэтому только постоянное соотношение цемента и цемента 2: 1 и соотношение воды и цемента 0.5 будет использоваться для всех партий пенобетона, изготовленных для данного исследования. Водоцементное соотношение 0,5 было признано удовлетворительным для достижения достаточной удобоукладываемости [9]. Как правило, используется следующее сырье. 2.1.1. Цемент Портландцемент, полученный от Cima Group of Companies Sdn. Bhd. (Перак, Малайзия). Используемый портландцемент соответствует портландцементу типа I согласно ASTM C150 [10] и BS12 [11]. 2.1.2. Отшлифуйте Мелкий песок с дополнительным просеиванием для удаления частиц размером более 2.Для улучшения текучести и стабильности пенобетона в смеси было использовано 36 мм, как в BS12620 [12]. 2.1.3. Вода В ходе этого экспериментального исследования для изготовления образцов пенобетона использовалась водопроводная вода. 2.1.4. Поверхностно-активные вещества В качестве поверхностно-активных веществ (пенообразователя) использовался Noraite PA-1 (на основе белка), который подходит для пенобетона плотностью от 600 до 1600 кг / м3. Noraite PA-1 происходит из природных источников, имеет вес около 80 грамм / литр и расширяется примерно в 12,5 раз при использовании с генератором пены.Стабильная пена была получена с помощью пеногенератора Portafoam TM2 System [13]. 2.2. Составы пенобетона В текущем исследовании образцы пенобетона размером 300 мм x 300 мм x 50 мм были изготовлены с семью различными плотностями, а именно 650, 700, 800, 900, 1000, 1100 и 1200 кг / м3. Все образцы пенобетона были изготовлены собственными силами. Цемент был смешан с песком, и вода перемешивалась в смесителе в течение нескольких минут. Затем постепенно добавляли пену до получения желаемой плотности. Соотношение цементно-песчаной и пенной смеси составляло 2: 1: 0.5. Для каждой плотности были приготовлены три идентичных образца, которые были испытаны с использованием метода горячей пластины через 14 дней после смешивания. Более подробная информация о пропорциях компонентов смеси и плотностях представлена ​​в таблице 1. Целевой объем пенобетона, необходимый для каждой конструкции смеси, составлял 0,1 м3.

    183

    Эффективная теплопроводность пенобетона разной плотности

    ТАБЛИЦА 1: СОСТАВЛЯЮЩИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРОПОРЦИИ ПЕНОПЛИНОМЕРНЫХ СМЕСЕЙ Целевая плотность в сухом состоянии (кг / м3)

    Целевая плотность в мокром состоянии (кг / м3)

    Цемент: Песок

    650 700800900 1000 1100 1200

    774826929 1033 1136 1239 1343

    2: 1 2: 1 2: 1 2: 1 2: 1 2: 1 2: 1

    Вода: цемент

    Содержание портландцемента (кг / м3)

    Содержание песка (кг / м3)

    ПАВ Noraite PA-1 (м3)

    0.5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

    39 41 46 52 57 62 67

    19 21 23 26 28 31 34

    0,063 0,060 0,055 0,050 0,045 0,040 0,035

    2.3. Испытания пластин с горячей защитой Тест HGP проводился в соответствии с процедурой ASTM, описанной в [14]. Испытание плиты с горячей защитой обычно признано основным абсолютным методом измерения свойств теплопередачи гомогенных изоляционных материалов в виде плоских плит. Этот метод испытаний в установившемся режиме был стандартизирован ASTM International как стандартный метод испытаний ASTM C 177.Основной метод HGP состоит в основном из горячей и холодной пластины. При испытании HGP испытуемый образец помещают на узел плоского пластинчатого нагревателя, состоящего из электрически нагреваемой внутренней пластины (основного нагревателя), окруженной защитным нагревателем. Нагреватель ограждения тщательно контролируется для поддержания одинаковой температуры с обеих сторон зазора, разделяющего основной и защитный нагреватели. Это предотвращает боковой тепловой поток от основного нагревателя и гарантирует, что тепло от электрического нагревателя течет в направлении образца.На противоположной стороне образца расположены дополнительные плоские нагреватели (холодная пластина), которые регулируются при фиксированной температуре, выбранной оператором. При заданном подводе тепла к основному нагревателю температура узла горячей плиты повышается до тех пор, пока система не достигнет равновесия. Конечная температура горячей пластины зависит от потребляемой электроэнергии, теплового сопротивления образца и температуры холодной пластины. Средняя теплопроводность образца k определяется из уравнения теплового потока Фурье следующим образом: k =

    Вт d  1 ×  A  ∆T … (1) где W — потребляемая электрическая мощность основного нагревателя, A — площадь поверхности основного нагревателя, ∆T — разность температур на образце, d — толщина образца.

    2.4. Измерения пористости Величина пористости пенобетона была определена с помощью прибора вакуумного насыщения [15] для всех плотностей, рассмотренных в данном исследовании. Измерения пористости пенобетона проводились на срезах стержней диаметром 68 мм, вырезанных из центра

    184

    Md Azree Othuman Mydin

    CRL Letters

    Vol. 2 (1) 2011

    Кубики 100 мм. Образцы сушили при 105 ° C до достижения постоянного веса, а затем помещали в эксикатор под вакуумом не менее чем на 3 часа, после чего эксикатор заполняли деаэрированной дистиллированной водой.Пористость рассчитывалась по следующему уравнению: ε =

    (Wsa t — Wdry) (Wsa t — Wwa t)

    × 100… (2)

    где ε — пористость (%), Wsat — вес в воздух насыщенного образца, Wwat — вес насыщенного образца в воде, а Wdry — вес высушенного в печи образца. 2.5. Измерение размера пор Для того, чтобы наблюдать влияние размера пор на теплопроводность пенобетона, необходимо установить размер пор для каждой плотности. Для целей данного исследования подготовка образца для измерения размера пор немного отличалась от рекомендованной ASTM C 457.В стандарте ASTM C 457 указаны размер и толщина образца, а также длина перемещения в методе линейного перемещения (LTM) в зависимости от размера заполнителя. Однако смеси из этого исследования не содержат грубых заполнителей, а состоят из большого количества воздуха (пены). Для обеспечения стабильности стенок воздушных пор во время полировки, особенно в более слабых образцах (более низкая плотность), все образцы были пропитаны в вакууме медленно схватывающейся эпоксидной смолой. Чтобы обеспечить согласованность результатов, все образцы были приготовлены с использованием аналогичных методов в одинаковых условиях окружающей среды, как указано ниже.Прежде всего, образцы размером 45 х 45 мм с минимальной толщиной 15 мм были вырезаны из центра двух случайно выбранных кубиков диаметром 100 мм с помощью алмазного резца. Лицевая сторона образца вырезалась перпендикулярно направлению литья. Образцы заданного размера пропитывали ацетоном, чтобы остановить дальнейшую реакцию гидратации, перед сушкой при 105 ° C. Для обеспечения устойчивости стенок воздушных пор при полировке высушенные и охлажденные образцы пропитывали в вакууме медленно схватывающейся эпоксидной смолой. Пропитанные образцы полировали согласно ASTM C 457.После полировки и очистки образцы сушили при комнатной температуре в течение 1 суток. Наконец, для измерения размера пор был рассмотрен эффективный размер 40 x 40 мм. Размер пор измеряли в соответствии с ASTM C 457 под микроскопом с увеличением 60x на двух образцах, приготовленных в соответствии с процедурой, описанной ранее, для каждого образца пенобетона. Система анализа изображений состояла из оптического микроскопа и компьютера с программным обеспечением для анализа изображений. 3.

    Результаты и обсуждения

    Результаты испытаний всех образцов пенобетона приведены в Таблице 2.Дальнейшие обсуждения разделены на категории в зависимости от влияния плотности, размера пор и пористости на теплопроводность пенобетона.

    185

    Эффективная теплопроводность пенобетона разной плотности

    ТАБЛИЦА 2: СВОДКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

    Плотность (кг / м3)

    Теплопроводность, k (Вт / мК)

    Пористость (%)

    Эффективная размер пор (мм)

    650700800900 1000 1100 1200

    0,23 0,24 0,26 0,28 0,31 0,34 0.39

    74 71 64 57 51 47 44

    0,72 0,69 0,63 0,59 0,55 0,51 0,48

    3,1. Влияние плотности на теплопроводность Результаты показывают, что теплопроводность всех образцов пенобетона прямо пропорциональна плотности (рис. 1). Например, теплопроводность пенобетона снизилась с 0,39 до 0,28 Вт / мК, а затем снизилась до 0,23 Вт / мК для соответствующих плотностей 1200, 900 и 650 кг / м3 соответственно. Результаты подтвердили, что более низкая плотность трансформируется в более низкую теплопроводность, что сопоставимо с выводами других исследователей [16, 17].Как будет сказано в разделе 3.2, плотность пенобетона определяется его пористостью. Пенобетон высокой плотности будет иметь меньшее значение пористости по сравнению с пенобетоном низкой плотности, поэтому это повлияет на теплопроводность этого материала.

    Теплопроводность (Вт / мК).

    0,4

    0,35

    0,3

    0,25

    0,2 ​​600

    700

    800

    900

    1000

    1100

    1200

    3

    Плотность (кг / м) Рисунок 1: Теплопроводность пенобетона различной плотности 186

    1300

    Md Azree Othuman Mydin

    CRL Letters

    Vol.2 (1) 2011

    3.2. Влияние пористости и размера пор на теплопроводность На рис. 2 представлены типичные микроскопические изображения внутренней структуры пор пенобетона плотностью 1000 и 650 кг / м3. Ясно, что размеры пор неоднородны. Однако эти две цифры ясно показывают, что существует преобладающий размер пор, и что преобладающий размер пор в первую очередь зависит от плотности пенобетона. Преобладающий размер пор имеет тенденцию увеличиваться по мере уменьшения плотности пенобетона из-за большего количества используемой пены (рис.3). На данный момент, из микроскопического анализа внутренних изображений пенобетона двух плотностей, доминирующий размер пор пенобетона плотностью 650 и 1000 кг / м3 был определен как 0,72 мм и 0,55 мм соответственно. Плотность пенобетона определяется пористостью или количеством воздуха внутри материала. Из рисунка 4 видно, что меньшая плотность пенобетона указывает на большую пористость или большее количество воздуха (больший размер пор). В результате теплопроводность существенно меняется в зависимости от пористости пенобетона, потому что воздух является самым плохим проводником по сравнению с твердым и жидким из-за его молекулярной структуры.

    (а) Плотность 650 кг / м3

    (б) Плотность 1000 кг / м3 Рисунок 2 Размеры пор пенобетона для плотностей 650 и 1000 кг / м3

    187

    Эффективная теплопроводность пенобетона разной плотности

    Эффективная размер пор (%)

    0,8

    0,7

    0,6

    0,5

    0,4 600

    700

    800

    900

    1000

    1100

    1200

    1300

    3

    Плотность (кг / м) Рисунок 3 Эффективный размер пор пенобетона при различной плотности 4.

    Заключение

    Было проведено экспериментальное исследование по определению теплопроводности пенобетона разной плотности и факторов, влияющих на теплопроводность методом горячей защиты пластин. По результатам испытаний можно сделать следующие выводы: 1. Поскольку пенобетон изготавливается путем нагнетания воздуха в смесь на основе цемента, плотность пенобетона напрямую зависит от воздуха (пористости) внутри пенобетона. Поэтому плотность пенобетона играет важную роль в определении его теплопроводности.Пенобетон меньшей плотности указывает на большую пористость. 2. Теплопроводность заметно меняется в зависимости от пористости пенобетона, потому что воздух является самым плохим проводником по сравнению с твердым и жидким из-за его молекулярной структуры. 3. Пенобетон с меньшей плотностью означает более низкую теплопроводность. 4. Преобладающий размер пор пенобетона в первую очередь зависит от плотности пенобетона, который имеет тенденцию к увеличению по мере уменьшения плотности пенобетона из-за большего количества пены. Выражение признательности Выражаем признательность Universiti Sains Malaysia в качестве организации, финансирующей это исследование.Автор также признателен за помощь, оказанную академическими членами и сотрудниками Школы жилищного строительства, строительства и планирования Университета Саинс Малайзия. Ссылки [1]

    Huang, C. L. Свойства структуры пор материалов, Fu-Han, Тайнань, Тайвань, 1980.

    [2]

    Yunsheng, X., Chung, D.D.L. Влияние добавления песка на удельную теплоемкость и теплопроводность цемента. Джем. Concr. Res. 2000. 30 (1): с. 59-61 188

    Md Azree Othuman Mydin

    CRL Letters

    Vol.2 (1) 2011

    [3]

    Будаиви, И., Абду, А., Аль-Хомуд, М. Вариации теплопроводности изоляционных материалов при различных рабочих температурах: влияние на охлаждающую нагрузку, вызванную оболочкой. J. of Archaeological Engineering 2002. 8 (4): p 125-132.

    [4]

    BCA. Пенобетон: состав и свойства. Отчет Ref. 46.042, Slough: BCA, 1994.

    [5]

    Джонс, М. Р., Маккарти, А. Предварительные взгляды на потенциал пенобетона в качестве конструкционного материала.Mag. Concr. Res. 2005. 57 (1): p 21-31.

    [6]

    Кесслер, Х. Г. Ячеистый легкий бетон, Concrete Engineering International, 1998. стр. 5660.

    [7]

    Олдридж, Д., Анселл, Т. Пенобетон: производство и проектирование оборудования, свойства, применение и потенциал. В: Материалы однодневного семинара по пенобетону: свойства, применение и новейшие технологические разработки, Университет Лафборо, 2001.

    [8]

    Weigler, H., Карл, С. Конструкционный бетон на легком заполнителе пониженной плотности Пенобетон на легком заполнителе. Int. J. Lightweight Concr. 1980. 2 (2): p 101-104.

    [9]

    Md Azree, O. M. Влияние использования добавок на прочность на сжатие легкого пенобетона. Магистерская диссертация, Школа жилищного строительства, строительства и планирования, Научный университет Малайзии, Пенанг, 2004 г.

    [10] ASTM. C 150-02a. Стандартные технические условия на портландцемент. ASTM, Вест Коншохокен, Пенсильвания, 2002.[11] BS EN 12. Спецификация портландцемента. Британский институт стандартов, Лондон, 1991. [12] BS EN 12620. Заполнители для бетона. Британский институт стандартов, Лондон, 2002 г. [13] Веб-сайт: www.portafoam.com [14] ASTM C 177-97. Стандартный метод испытаний для измерения стационарного теплового потока и свойств теплопередачи с помощью устройства с защищенной горячей плитой. Американское общество испытаний и материалов, 1997. [15] Кабрера, Дж. Г., Линсдейл, К. Дж. Новый газопроницаемый пермеаметр для измерения проницаемости раствора и бетона.Mag. Concr. Res., 1998. 40 (144): p. 177-182. [16] Демирбога Р., Гул Р. Влияние вспученного перлитового заполнителя, микрокремнезема и летучей золы на теплопроводность легкого бетона. Concr. Res. 2003. 33 (10): p 723-727. [17] Нараянан, Н., Рамамурти, К. Структура и свойства газобетона: обзор. Цементно-бетонные композиты 2000. 22 (5): с. 321–329.

    189

    Carman, A. P .: 9780265630976: Amazon.com: Books

    Выдержка из книги «Теплопроводность и диффузионность бетона»

    Преобразование результатов, приведенных в любой из вышеуказанных единиц, в другие единицы — вопрос простого расчета.

    По этому предмету единиц теплопроводности следующая цитата сделана из превосходного учебника Ингерсолла и Зебеля под названием «Математическая теория теплопроводности». Вероятно, нет предмета, в котором путаница единиц больше, чем у теплопроводности. . В то время как физик использует метрику или c.g.s. Единица — то есть грамм-калория в секунду на квадратный сантиметр площади для температурного градиента градус Цельсия на сантиметр — такого единообразия на практике среди инженеров нет.Инженер-паровоз отсылает свои наблюдения к B.t.u. В час, на квадратный фут, на градус Фаренгейта, на дюйм толщины, в то время как инженер по холодильным установкам предпочитает день в качестве единицы времени, а не час, а инженер-электрик использует различные системы, основанные на киловаттах, как представляющий скорость теплового потока. Есть также ряд других единиц, некоторые из которых используют идею термического сопротивления, аналогичного электрическому сопротивлению и, следовательно, обратно пропорционального проводимости.Эти различные инженерные единицы были введены для упрощения расчета тепловых потерь в различных типах задач и, возможно, на этом основании оправдывают свое существование; но с точки зрения настоящей работы они, за одним или двумя исключениями, непригодны. Это связано с тем, что в подавляющем большинстве случаев нам придется учитывать не проводимость, а коэффициент диффузии, или термометрическая проводимость, которая входит непосредственно в вычисления, и эта последняя слишком сложная единица измерения, чтобы ее можно было с пользой использовать. смесь английской и метрической систем или английская система, включающая две разные единицы длины — например, футы и дюймы, как в обычной инженерной практике.Таким образом, только два из множества теплопроводящих устройств легко подходят для нашей цели — B.t.u. В час на квадратный фут для температурного градиента в градус Фаренгейта на фут и в метрических единицах измерения. Но первый практически никогда не используется (градиент выражается в градусах на дюйм в общепринятой инженерной единице), в то время как второй становится все более широко используемым с каждым днем, поэтому мы ограничим наши единицы и расчеты метрической системой, давая во многих случаях, однако, английские эквиваленты.

    Об издателе

    Forgotten Books издает сотни тысяч редких и классических книг. Дополнительную информацию можно найти на сайте www.forgottenbooks.com

    Эта книга является репродукцией важного исторического труда. Forgotten Books использует самые современные технологии для цифровой реконструкции произведения, сохраняя исходный формат и исправляя недостатки, присутствующие в устаревшей копии.

    Ответить

    Ваш адрес email не будет опубликован.