CC BY
38
1/2П11 ВЕСТНИК
J/2012_мгсу
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ КЛАДКИ ИЗ ОПИЛКОБЕТОННЫХ
КИРПИЧЕЙ
EXPERIMENTAL RESEARCHES OF COEFFICIENT OF EFFECTIVE THERMAL CONDUCTIVITY OF MASONRY FROM WOOD-CONCRETE BRICK
M.A. Лебедев, С.Ю. Лихачева
M.A. Lebedev, S.Yu. Likhacheva
ННГАСУ
Изложен метод определения теплопроводности опилкобетонного материала при стационарном тепловом режиме и расчет коэффициента теплопроводности кладки из опилкобетонных кирпичей.
The method of determination of steady-state thermal conductivity of chips-concrete material and the calculation of coefficient of effective thermal conductivity of masonry from chips-concrete bricks is stated.
В течение длительного времени опилкобетон применялся при возведении монолитных набивных стен малоэтажных жилых домов, животноводческих помещений, мастерских, гаражей и т.п. При изготовлении стен использовался опилкобетон марок М10 - М25 с плотностью 1000 - 1200 кг/м3. Недостатком монолитного опилкобетона является сезонность работ, в результате чего на большей территории страны строительство может проводиться лишь 3 - 5 месяцев в году.
Рис. 1 Применение монолитного опилкобетона
В настоящее время производство опилкобетонных изделий в различных странах мира увеличивается. Производство это материала существует в Латвии, Финляндии и
ВЕСТНИК 1/2011
Германии. В Нижнем Новгороде производство опилкобетонного кирпича освоено в фирме ООО «Стройсервис-2».
Современный технический уровень производства позволяет изготавливать из опилкобетона различные заводские штучные изделия. При этом производство изделий на его основе может быть налажено круглогодично.
На основе опилкобетона могут быть изготовлены различные по форме материалы, такие как блоки, камни, кирпичи и др.
Средняя плотность опилкобетонных изделий составляет от 600 до 1400 кг/м3 для марок соответственно от М15 до М75. По основному назначению они относятся к конструкционно-теплоизоляционным или теплоизоляционным материалам.
Рис. 2 Общий вид и размеры опилкобетонных изделий: а) - кирпич, б) - камень.
В таблице 1 приведены физико-механические и теплофизические характеристики опилкобетона разной прочности.
Таблица 1
Основные физико-механические свойства опилкобетонного кирпича и опилкобетона,
из которого они изготовлены
Марка по прочности Средняя плотность Морозостойкость Коэффициент теплопроводности Вт/(мК)
М15 D800 F25 0,18
М25 D950 F25 0,23
М35 D1050 F50 0,27
М50 D1200 F50 0,32
На данный момент кирпич является одним из основных стеновых материалов, из которого в современном строительстве возводится около 40% гражданских зданий. Наиболее востребована кирпичная кладка в малоэтажном строительстве, где материалом несущих стен обычно становятся керамический или силикатный кирпичи. Очевидно, что тенденция строительства из кирпича на ближайшее время сохранится. Но при этом потребители все больше уделяют внимание теплоэффективным строительным изделиям с достаточными марками по прочности и плотности.
Исследование теплотехнических свойств опилкобетонного материала достаточно важно для эффективного применения его в строительстве в качестве конструкционно-теплоизоляционного и теплоизоляционного материала стен малоэтажных зданий. Эти свойства играют первостепенную роль при определении толщины ограждающих стен зданий из опилкобетонного кирпича в соответствии с требованиями стандартов по
1/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
уровню теплозащиты и определяют экономическую эффективность применения опил-кобетонного кирпича в целом.
В рамках комплексной работы по изучению кладок и изделий на основе деревобетонов авторами были проведены экспериментальные исследования коэффициента теплопроводности кладки из опилкобетонных кирпичей, состоящие из двух этапов.
На 1-м этапе определялся коэффициент теплопроводности опилкобетонного материала по ГОСТ 7076-99 [1].
Для экспериментальной оценки коэффициента теплопроводности опилкобетона марок М25 и М50 путем механической обработки изготавливались специальные плоские опытные образцы материала в форме квадрата размерами 250x250x20 мм.
Рабочий участок прибора (рис. 3) состоит из двух образцов материала (1 - на чертеже) толщиной ё = (20,0 ± 0,015) мм. Образцы помещаются между нагревателем 3 и двумя холодильниками 2. Нагреватель 3 выполнен из двух соединенных между собой квадратов, выполненных из прокатной нержавеющей стали, толщиной 5 мм и длиной 250 мм, между которыми располагается нагревательный элемент 4. Для измерения температуры поверхностей образцов используются шесть термопар ТХК (термопары хромель-копелевые), подключенных к прибору ТЕПЛОГРАФ.
Рис. 3 Схема рабочего участка прибора: 1 - исследуемые образцы; 2 - холодильники; 3 - нагреватель; 4 - цилиндр с нагревательными элементами; 5 - теплоизоляционный
контур; 1Т - 7Т - термопары.
Определялись плотность теплового потока:
Ф
Чи = —
А
термическое сопротивление исследуемого образца:
Я = - 2Я,
и к
Чи
и его коэффициенты теплопроводности при разной сорбционной влажности материала:
(1)
(2)
Я
(3)
В таблице 2 приведено сравнение коэффициента теплопроводности материала в сухом состоянии и при равновесной влажности, принятой для опилкобетона 4%. Таким образом был определен расчетный коэффициент теплопроводности опилкобетона
ВЕСТНИК МГСУ
1/2011
для условий эксплуатации А, соответствующий сорбционной влажности. Как видно из таблицы 2 расчетный коэффициент теплопроводности опилкобетона выше коэффициента теплопроводности этого материала в сухом состоянии.
Таблица 2
Средние значения экспериментальных коэффициентов теплопроводности и X
Серия п., шт ^eff , Вт/(мК) Wc, % Я , Вт/(мК) Я1Яе// -100, % Xeff
М-1 (М25) 5 0,23 4,0 0,25 8,87
М-2 (М50) 5 0,32 4,0 0,36 12,5
Используя методику, изложенную в [2], с определенными ранее коэффициентами теплопроводности опилкобетона и раствора швов кладки, на 2-м этапе рассчитывается приведенное термическое сопротивление кладки.
Для этого плоскостями, параллельными направлению теплового потока, часть кладки условно разрезается на участки, из которых одни могут быть однородными (однослойными) - из одного материала, а другие неоднородными - из слоев различных материалов, и определяется термическое сопротивление R
F + f +... + Fn_
(4)
R
at ~ F F Г1 . 2
F
+ — + ... + -Я1 Я2 Яп .
где ¥1, ¥2, ¥п - площади отдельных участков стены;
Я], Я2, ..., Яп - термические сопротивления этих участков, определенные по формуле для однородных участков и по формуле для неоднородных участков [].
Плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока часть кладки условно разрезается на однородные и неоднородные слои. Термическое сопротивление части кладки при перпендикулярном разбиении Ят находится как сумма термических сопротивлений отдельных однородных и неоднородных слоев [3].
Приведенное термическое сопротивление части кладки в целом определяется по формуле:
я: = + 2ЯТ )/3 (5)
Коэффициент теплопроводности вычисляется кладки по формуле:
. (6)
КЛ
Як .
Следует иметь в виду, что для кирпичной кладки значения коэффициентов X даны как для комплексной конструкции, состоящей из кирпичей и кладочного раствора. В зависимости от вида кирпичей и состава раствора коэффициенты теплопроводности кладок существенно различаются между собой даже при их одинаковой объемной плотности.
Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, финансируемых
1/2011 ВЕСТНИК _1/2011_МГСУ
за счет средств федерального бюджета, выделяемых по направлению расходов «НИ-ОКР», мероприятию 1.3 «Проведение научных исследований молодыми учеными -кандидатами наук и целевыми аспирантами в научно-образовательных центрах» (ГК № П1186 от 27.08.09) .
Литература:
1. ГОСТ 7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. - М.: МНТКС, 1999.
2. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2003.
3. Леденев В.И., Матвеева И.В. Физико-технические основы эксплуатации наружных кирпичных стен гражданских зданий. Учеб. пособие. - Тамбов: ТГТУ, 2005.
Literature:
1. State standard of Russia (GOST) 7076-99. Building materials and products. Method of determination of steady-state thermal conductivity and thermal resistance. - M.: MNTKS, 1999.
2. Building norms and rules of Russia (SNiP) 23-02-2003. Thermal protection of buildings. -M.: Gosstroy of Russia, 2003.
3. Ledenev V.I., Matveeva I.V. Physicotechnical bases of operation of external brick walls of civil buildings. The manual. - Tambov: TSTU, 2005.
Ключевые слова: опилкобетон, испытания, кладка из опилкобетонных кирпичей, теплотехнические свойства, коэффициент теплопроводности, плотность теплового потока, термическое сопротивление, влажность.
Key words: wood-concrete, tests, wood-concrete brick work, thermal properties, coefficient of effective thermal conductivity, heat flux, thermal resistance, humidity.
Россия, 603950, г.Н.Новгород, ул. Ильинская, д.65, каф. сопротивления материалов и
теории упругости.
Тел.:(831) 430-53-75; факс: (831) 430-19-36; эл.почта: lihsvetlana@yandex.ru
Рецензент: Зефиров С.В., к.т.н., с.н.с., НИИ механики ННГУ им Н.И.Лобачевкого
