Введение к работе
Актуальность работы. Повышение требований к тепловой защите зданий и энергосберегающие мероприятия в строительстве направлены на сокращение ежегодных затрат на отопление зданий. В современном жилищном строительстве с разными климатическими условиями применяют перспективный материал - пенобетон. Использование пенобетона позволяет обеспечить экономичность стеновой конструкции, а также понизить ее теплопроводность и сократить ежегодные затраты на отопление зданий.
Решать проблему создания строительных материалов с заданными теплофизическими свойствами, а именно, снижать теплопроводность изделий из пенобетона и разрабатывать надежные методы определения теплопроводности изделий на стадии проектирования, является весьма актуальным.
Исследования последних лет показывают, что снизить теплопроводность пенобетона, который состоит из межпоровых перегородок, сформированных из цементного камня и структуры его пор, можно путем введения различных воздухововлекающих химических добавок и межпоровых микронаполнителей и за счет увеличения количества пор. Но данные способы снижают теплопроводность до определенного значения, при котором дальнейшее снижение приведет к дефектам межпоровых перегородок и в целом пенобетонных изделий. Эффект снижения теплопроводности пенобетона и изделия в целом достигается за счет подбора определенного минерального состава цемента, образующего межпоровые перегородки в пенобетоне.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Жилище» на 2002 - 2010 годы и областной целевой программой «Реконструкция и модернизация жилых домов первых массовых серий в Омской области на период до 2010 года».
Цель работы — повышение теплоизоляционных свойств пенобетона на основе исследования влияния химического и минерального состава цемента на теплопроводность межпоровых перегородок пенобетона.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
Исследовать особенности структуры и свойств цементов различных химического и минерального составов и получаемого из них цементного камня.
Исследовать закономерности влияния основных минералов
цемента на теплопроводность межпоровых перегородок пенобетона.
Провести анализ структуры пенобетона, межпоровых перегородок и пор с учетом особенностей тепломассопереноса в структуре пенобетона.
Установить зависимость коэффициента теплопроводности пенобетона от содержания основных оксидов и минералов в цементе, формирующем цементный камень в межпоровых перегородках пенобетона.
5. Установить технико-экономическую эффективность
предложенных методов определения теплопроводности на стадии
проектирования и производства пенобетона.
Научная новизна работы:
1. Методом ртутной порометрии установлено, что цементный
камень в возрасте 28 суток при различных химическом и минеральном
составах цемента содержит 0,034-0,059 см2/г пор при их среднем
диаметре от 20 до 80 нм. Суммарный объем пор цементного камня
составляет 0,1-0,3 % от общего объема пор пенобетона. При оценке
теплопроводности пенобетона цементный камень межпоровой
перегородки рассматривается без учета его капиллярных и гелевых
пор.
2. На основе регрессионного анализа экспериментальных данных
получены уравнения для расчета коэффициента теплопроводности
пенобетона в зависимости от значения его плотности для пяти марок
цемента, различающихся по химическому и минеральному составам.
Установлена зависимость коэффициента теплопроводности цементного камня от минерального состава цемента. Установлено, что повышение содержания в цементе алита приводит к повышению коэффициента теплопроводности, а увеличение содержания белита и особенно трехкальциевого алюмината кальция и четырехкальциевого алюмоферрита кальция - к его снижению.
Установлена зависимость коэффициента теплопроводности пенобетона от содержания основных минералов в цементе, пористости пенобетона и среднего размера пор в его структуре. Использование уравнения позволяет производить выбор марки цемента для обеспечения снижения значения коэффициента теплопроводности пенобетона на 25 %.
Практическая значимость результатов работы: 1. Получены способы определения коэффициента эффективной теплопроводности пенобетона с учетом минерального состава цемента, формирующего межпоровые перегородки пенобетона.
Даны рекомендации по выбору цемента для обеспечения наименьшей теплопроводности бетона. Цемент должен содержать минимальное количество алита и большее количество трехкальциевого алюмината кальция и четырехкальциевого алюмоферрита кальция.
Разработан технологический регламент по производству пенобетона со средней плотностью 480 кг/м3, коэффициентом теплопроводности 0,112 Вт/(мК), обеспечивающего малые теплопотери и низкие эксплуатационные затраты.
Изготовлена опытно-промышленная партия пенобетона по предложенным рекомендациям на предприятиях ОАО «Омский комбинат строительных конструкций» и ООО «Завод строительных конструкций - 1», г. Омск.
Научно-техническая новизна результатов работ подтверждена патентом РФ на изобретение № 2360235 «Способ определения коэффициента эффективной теплопроводности пенобетона» от 27.06.2009г.
На защиту выносятся:
1. Результаты исследования свойств цементов различного
химического и минерального состава.
2. Результаты исследования теплопроводности цементного камня,
формирующего межпоровые перегородки пенобетона с разным
содержанием минералов в цементе.
3. Метод и уравнение для определения коэффициентов
теплопроводности цементного камня в зависимости от содержания
основных минералов в применяемом цементе.
4. Метод и уравнение для определения коэффициента эффективной
теплопроводности пенобетона с учетом содержания основных
минералов в применяемом цементе, объема пор и их размеров.
Достоверность результатов подтверждена сходимостью полученных экспериментальных исследований, выполненных с использованием поверенного измерительного оборудования, с применением современных методов физико-химического анализа, с проведением предварительных экспериментов на повторяемость и воспроизводимость результатов исследования с расчетными данными.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях (г. Омск, 2006; г. Новосибирск, 2007, 2009; г. Владивосток, 2007; г. Пенза, 2008), на международных научно-практических конференциях (г. Пенза, 2007; г. Омск, 2008, 2009) и на Международном конгрессе «Наука и инновации в строительстве» (г. Воронеж, 2008).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 научных статей, из них три статьи во всероссийских журналах с внешним рецензированием: «Известия вузов. Строительство».
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе, списка литературы, включающего 136 наименований. Объём работы 168 страниц, включая 33 таблицы, 72 рисунка и 5 приложений.
