Penza, Penza, Russian Federation
Penza, Russian Federation
Penza, Russian Federation
GRNTI 67.09 Строительные материалы и изделия
BBK 383 Строительные материалы и изделия
The mechanism of heat transfer through heat-insulating plasters is considered depending on the type of filler used. Information on the effectiveness of the use of microspheres in the finishing compositions used for the thermal insulation of the external walls of buildings is given. It is shown that the ability of the finishing coat to reflect heat does not depend on the filler used. The structure of porosity of coatings is considered depending on the type of filler. It has been found that coatings based on compositions filled with microspheres have a higher ability to withstand the convective component of heat transfer than coatings based on compositions filled with expanded perlitic and vermiculite sand. It has been revealed that the insulating ability of coatings comprising glass hollow or ash aluminosilicate microspheres for operating conditions A and B differs insignificantly.
heat-insulating plasters, porous filler, mechanism of heat transmission
Введение. Известно, что тепло через отделочные покрытия наружных стен зданий передается 3 способами: теплопроводностью, конвекцией, излучением. Вблизи поверхности наружного ограждения и в пустотах внутри штукатурного слоя преобладает теплообмен посредством конвекции и излучением[1, 2]. В самом материале штукатурного состава основным видом теплопереноса является теплопроводность[3]. Значительного улучшить теплозащитные свойства отделочных покрытий можно за счет выбора оптимального высокопористого наполнителя для сухой строительной смеси (ССС) [4]. Для выбора наполнителя необходимо исследовать сложный процесс теплопереноса через отделочный слой.
Основная часть. В работе приведены результаты оценки теплоизоляционных свойств покрытий на основе ССС с применением различных пористых наполнителей. В качестве наполнителя использовали стеклянные полые микросферы, зольные микросферы алюмосиликатные, вспученный вермикулитовый песок, вспученный перлитовый песок.
Для оценки способности противостоять переносу тепла за счет теплового излучения был определен коэффициент излучения ε исследуемых образцов покрытия при помощи тепловизора Testo 882 и электронного термометра ТЭН-5 [5]. На рис. 1 представлены снимки исследуемых отделочных покрытий, сделанные тепловизором.
Установлено, что коэффициент излучения ε, а, следовательно, и способность отделочного покрытия отражать тепло, не зависит от используемого наполнителя. Для всех исследуемых покрытий коэффициент излучения составляет ε=0,93.
Для выбора оптимального для разрабатываемой ССС наполнителя оценивалась также способность разрабатываемых покрытий задерживать тепло, переносящееся в материале за счет теплопроводности и конвекции.
Степень замкнутости пор и размер пор оказывают значительное влияние на конвективную составляющую теплопереноса в материале. В крупных порах, сообщающихся друг с другом, возникают потоки воздуха, ухудшающие теплоизоляционные свойства материала. Поэтому для наружной отделки желательно использовать ССС, позволяющие получить покрытия, в которых преобладают мелкие замкнутые поры.[6]
В работе исследовалось соотношения объема открытых и закрытых пор в разрабатываемых покрытиях. Результаты исследований представлены на рис. 2.
Установлено, что у покрытий на основе составов, наполненных вспученным вермикулитовым и перлитовым песком, преобладает открытая пористость. Открытая пористость увеличивает конвективную составляющую теплопереноса, создает условия для проникновения внутрь покрытий влаги. В поровой структуре покрытий с применением микросфер преобладает закрытая пористость.
В работе оценивался размер открытых пор, для этого исследовалась кинетика их водопоглощения. На рис. 3. показаны значения водопоглощения по массе образцов исследуемых покрытий Wm в течение первых 4 часов влагонасыщения.
Рис. 1. Снимки отделочных покрытий и соответствующие снимкам линейные температурные профили,
сделанные тепловизором. Наполнитель: а) полые стеклянные микросферы; б) зольные микросферы
алюмосиликатные; в) вспученный вермикулитовый песок; г) вспученный перлитовый песок
Рис. 2. Структура пористости покрытий в зависимости от вида наполнителя:
1 – общая пористость, 2 – открытая пористость, 3 – закрытая пористость
Рис. 3. Кинетика водопоглощения покрытий на основе составов, наполненных:
1 – полыми стеклянными микросферами; 2 – зольными микросферами алюмосиликатными;
3 – вспученным вермикулитовым песком; 4 – вспученным перлитовым песком
Основной рост водопоглощения по массе Wm у всех образцов наблюдается в первые 20 минут увлажнения. В это время происходит активное насыщение водой мелких капиллярных пор. В дальнейшем рост водопоглощения значительно замедляется. После 20 минут увлажнения основной вклад в увеличение водопоглощения по массе Wm вносят условно-замкнутые сферические поры. Данные поры имеют большие размеры, способствуют увеличению конвективной составляющей теплопереноса. Объем условно-замкнутых пор в материале зависит от водопотребности отделочного состава. Для определения водопотребности разрабатываемых ССС готовились равнопластичные составы с одинаковым содержанием высокопористых наполнителей – 40 % от массы извести. Результаты исследований представлены в таблице 1.
Таблица 1
Свойства растворных композитов
|
Вид наполнителя |
Водоизвестковое отношение В/И |
Прирост водопоглощения по массе Wm в промежутке времени от 20 минут до 24 часов, % |
|
Полые стеклянные микросферы |
1,3 |
2,08 |
|
Зольные микросферы алюмосиликатные |
1,075 |
1,71 |
|
Вспученный вермикулитовый песок |
1,83 |
11,61 |
|
Вспученный перлитовыйпесок |
1,525 |
3,39 |
Установлено, что с увеличением количества воды затворения увеличивается объем условно-замкнутых пор. В покрытиях, наполненных микросферами, объем условно-замкнутых пор меньше. У данных покрытий выше способность противостоять конвективной составляющей переносу теплоты, чем у покрытий, наполненных вспученным перлитовым и вспученным вермикулитовым песком.
Способность материалов противостоять переносу теплоты посредством теплопроводности оценивалось коэффициент теплопроводности λ. Он определялся при помощи прибора ИТП-МГ4 «100». Перед испытанием образцы отделочного покрытия высушивались до постоянной массы. Отделочное покрытие является капиллярно-пористым материалом и способно активно поглощать воду. Следовательно, его коэффициент теплопроводности λ следует принимать с учетом зоны влажности района строительства и влажностного режима помещения, т.е. для условий эксплуатации А и Б [7]. Результаты исследований приведены в таблице 2.
Таблица 2
Коэффициент теплопроводности отделочных покрытий
|
Вид наполнителя |
Условия эксплуатации покрытия |
Коэффициент теплопроводности покрытия λ, Вт/м∙К |
|
Полые стеклянные микросферы |
В сухом состоянии |
0,119 |
|
А |
0,135 |
|
|
Б |
0,14 |
|
|
Зольные микросферы алюмосиликатные |
В сухом состоянии |
0,176 |
|
А |
0,211 |
|
|
Б |
0,221 |
|
|
Вспученный вермикулитовый песок |
В сухом состоянии |
0,146 |
|
А |
0,195 |
|
|
Б |
0,209 |
|
|
Вспученный перлитовый песок |
В сухом состоянии |
0,161 |
|
А |
0,206 |
|
|
Б |
0,221 |
Установлено, что теплоизолирующая способность покрытий, включающих в составе стеклянные полые или зольные алюмосиликатные микросферы, незначительно зависит от условий эксплуатации. Коэффициент теплопроводности λ, Вт/м∙К, для условий эксплуатации Бу покрытий, наполненных полыми стеклянными микросферами, вырос по сравнению с коэффициентом теплопроводности для условий эксплуатации А на 3,7 %, у покрытий, наполненных зольными микросферами алюмосиликатными, вырос на 4,7 %. Теплоизолирующая способность штукатурных покрытий, включающих вспученный перлитовый или вермикулитовый песок, в значимо большей степени зависит от условий эксплуатации. Коэффициент теплопроводности λ, Вт/м∙К, для условий эксплуатации Бу покрытий, наполненных вспученным перлитовым песком, вырос по сравнению с коэффициентом теплопроводности для условий эксплуатации А на
6,8 %,у покрытий, наполненных вспученным вермикулитовым песком, вырос на 7,2 %.
Выводы. Установлено, что способность отделочного покрытия отражать тепло, переносимое за счет теплового излучения, не зависит от используемого наполнителя. При использовании микросфер получены покрытия, характеризующиеся высокой способностью противостоять переносу теплоты конвекцией. Выявлено, что коэффициент теплопроводности для условий эксплуатации А и Б у данных покрытий отличается незначительно.
На основании проведенных исследований предложена рецептура теплоизоляционной ССС, предназначенной для отделки наружных стен зданий из газобетона. ССС содержит известь-пушонку, молотые отходы производства газобетона, белый цемент, модифицирующую добавку на основе смеси силикатов кальция, редиспергируемый порошок, пластифицирующую добавку, гидрофобизирующую добавку, стеклянные полые микросферы[8].
1. Protasevich A.M. Stroitel'naya teplofizika ograzhdayuschih konstrukciy zdaniy i sooruzheniy. Izd. Vysheyshaya shkola, 2015. 240 s.
2. D'yakonov V.G., Lonschakov O.A. Osnovy teploperedachi. Izd. Kazanskiy nacional'nyy issledovatel'skiy tehnologicheskiy universitet, 2011. 230 s.
3. Kudinov I.V., Stefanyuk E.V. Teoreticheskie osnovy teplotehniki. Chast' II. Matematicheskoe modelirovanie processov teploprovodnosti v mnogosloynyh ograzhdayuschih konstrukciyah. Izd. Samarskiy gosudarstvennyy arhitekturno-stroitel'nyy universitet, EBS ASV, 2013. 422 s.
4. Loganina V.I., Frolov M.V. Effektiv-nost' primeneniya teploizolyacionnoy shtuka-turki s primeneniem mikrosfer dlya otdelki gazobetonnoy ograzhdayuschey konstrukcii// Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Stroitel'stvo. 2016. №5. S. 55-62.
5. GOST R ISO 18434-1-2013 Kontrol' sostoyaniya i diagnostika mashin. Termografiya. Chast' 1. Obschie metody. M.: Izd. Standartinform 39 s.
6. Gorlov Yu.P. Tehnologiya teploizolyacionnyh i akusticheskih materialov i izdeliy. M.: Vyssh. shk., 1989. 384 s.
7. GOST R 54855-2011. Materialy i izdeliya stroitel'nye. Opredelenie raschetnyh znacheniy teplofizicheskih harakteristik. M.: Izd. Standartinform 8 s.
8. Loganina V.I., Frolov M.V., Ryabov M.A. Teploizolyacionnye izvestkovye suhie stroitel'nye smesi dlya otdelki sten iz gazobetona// Vestnik MGSU. 2016. №5. S.82-92.
