CC BY
33УДК 691.357.332
П.П. ПАСТУШКОВ, канд. техн. наук ([email protected]);
В.Г. ГАГАРИН, д-р техн. наук, член-корр. РААСН ([email protected])
Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, Россия, г. Москва, Локомотивный пр., 21)
Исследования зависимости теплопроводности и коэффициента теплотехнического качества от плотности автоклавного газобетона
Актуальность темы работы обусловливается, с одной стороны, устарелостью описанных ранее исследований, так как полученные в них результаты отражают теплофизические характеристики газобетона, произведенного на оборудовании и по технологиям, отличающимися от современных, а с другой - проводимой в настоящее время деятельностью по актуализации нормативных документов в сфере теплозащиты зданий. В работе представлены результаты по определению теплопроводности в сухом состоянии и коэффициента теплотехнического качества (КТК) для автоклавного газобетона современного производства с диапазоном марок по плотности от 100 до 600 кг/м3. Построена зависимость теплопроводности в сухом состоянии от плотности, получено уравнение, описывающее эту зависимость. Проведено сравнение полученной зависимости и данных в действующем СП 50.13330 и сделан вывод о большей точности полученных результатов. Представлена зависимость КТК газобетона от плотности: полученные результаты коррелируются с классическими работами по этой тематике. Найдено, что значение КТК исследованных марок по плотности газобетона примерно одинаково и равно 0,04 1/%. Полученные данные теплофизических параметров могут быть использованы при назначении и анализе расчетных значений теплопроводности газобетона, а также при актуализации и выпуске новых нормативных документов в сфере теплозащиты зданий и производства газобетона.
Ключевые слова: теплопроводность, коэффициент теплотехнического качества, плотность, автоклавный газобетон.
Для цитирования: Пастушков П.П., Гагарин В.Г. Исследования зависимости теплопроводности от плотности и коэффициента теплотехнического качества автоклавного газобетона // Строительные материалы. 2017. № 5. С. 26-28.
P.P. PASTUSHKOV, Candidate of Sciences (Engineering), ([email protected]);
V.G. GAGARIN, Doctor of Sciences (Engineering), Corresponding Member of RAACS ([email protected]) Research Institute of Building Physics of RAACS (21, Lokomotivny Passage, Moscow, 127238, Russian Federation)
Research in Dependence of Heat Conductivity on Density and Coefficient of Thermo-Technical Quality of Autoclaved Concrete
The relevance of the theme of the work is due, on the one hand, to the obsolete nature of the studies described earlier, since the results obtained in them reflect the thermophysical characteristics of aerated concrete produced on equipment and technologies different from modern ones, and on the other hand, the current activity of updating normative documents in the field Thermal protection of buildings. The paper describes the results obtained for determining the thermal conductivity in the dry state and the thermo quality factor (TQF) for autoclaved aerated concrete of modern production with a range of grades in density from 100 to 600 kg/m3. The dependence of the thermal conductivity of the material in the dry state on the density is constructed, an equation describing this dependence is presented. A comparison of the obtained dependence and data in the current SP 50.13330 is made, a conclusion is made about the greater accuracy of the results obtained. The dependence of TQF aerated concrete on density is presented - the results obtained are correlated with classical works on this topic. It is found that the TQF value of the investigated grades according to the density of aerated concrete is approximately the same and is equal to 0.04 1/%. The obtained data on the values of thermophysical parameters can be used for designation and analysis of calculated values for the thermal conductivity of aerated concrete, as well as for updating and issuing new regulatory documents in the field of thermal performance of buildings and production of aerated concrete.
Keywords: thermal conductivity, thermo quality factor, density, autoclave aerated concrete.
For citation: Pastushkov P.P., Gagarin V.G. Research in Dependence of Heat Conductivity on Density and Coefficient of Thermo-Technical Quality of Autoclaved Concrete. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 5, pp. 26-28. (In Russian).
В связи с повышением нормативных требований к тепловой защите стеновых ограждающих конструкций, которое произошло уже более 20 лет назад, в России перестали применяться почти все материалы, относившиеся к типу конструкционно-теплоизоляционных. Практически единственным исключением является автоклавный газобетон. Стены из этого материала возводятся как однослойными, так и в составе многослойных конструкций и обеспечивают высокий класс энергосбережения согласно СП 50.133301. Современная кладка из газобетонных блоков обеспечивает минимальное теплотехническое влияние кладочных швов, чем достигается большая однородность конструкций. За счет этих факторов победителем в номинации «Лучший реализованный проект энергосбережения при строительстве жилья эконом-класса» на градостроительном конкурсе Минстроя РФ в 2015 г. стал жилой комплекс «Солнечный» в Свердловской области с однослойными
стенами из укрупненных газозолобетонных блоков. Проект реализован ООО «ПСО «Теплит» при участии НИИСФ РААСН [1]. Поэтому в настоящее время большой актуальностью обладают работы, направленные на исследования теплотехнических свойств автоклавного газобетона, в том числе в эксплуатационных условиях.
В российской научной и профессиональной среде хорошо известны работы Е.С. Силаенкова [2], Б.А. Качу-ры [3] и др., посвященные таким исследованиям. За рубежом широко распространена книга Хельмута Кюн-целя [4], которая выдержала несколько изданий. Однако эти работы описывают характеристики газобетона, производившегося до 90-х гг. ХХ в. Несмотря на то что на рынке еще встречается продукция, производимая на оборудовании того времени, в подавляющем большинстве современный автоклавный газобетон выпускается уже на новом оборудовании и по усовершенствованным технологиям [5]. В последние годы выходят работы с
1 СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02—2003». М.: Минрегионразвития России. 2012. 96 с.
научно-технический и производственный журнал
Materials with Cellular Structure
0,25
0,15
0,05
100
200
300 400 500 Плотность, кг/м3
600 700 800
Рис. 1. Зависимость теплопроводности газобетона от плотности
новыми данными о теплопроводности газобетона [6]. К числу таких работ относится и настоящая статья.
Известные зависимости теплопроводности газобетона в сухом состоянии от его плотности были определены в 60-х гг. ХХ в. В РФ эта зависимость была представлена в СНиП «Строительная теплотехника» и с небольшими дополнениями перешла в действующий СП 50.13330 «Тепловая защита зданий». Представленные данные в приложении Т СП 50.13330 «Расчетные теплотехнические показатели строительных материалов и изделий» обладают многими противоречиями и вызывают критику среди производителей современного автоклавного газобетона, начиная от названия материала: «Газо- и пенобетон на цементном вяжущем» и заканчивая значениями расчетной влажности в условиях эксплуатации А и Б [7]. Более того, только две марки по плотности из четырех представленных в таблице применяются в строительстве в настоящее время (400 и 600 кг/м3), при этом газобетон плотностью 800 и 1000 кг/м3 фактически не производится. В таблице нет данных для газобетона плотностью 500 кг/м3, которого в настоящее время выпускается более 65% от всего объема, а также
для газобетона плотностью ниже 400 кг/м3, которого с каждым годом производится больше [5]. Поэтому выполняемые в 2017 г. НИИСФ РААСН работы по актуализации действующих и подготовке новых нормативных документов в сфере теплозащиты зданий делают особенно важными исследования зависимости теплопроводности в сухом состоянии от плотности автоклавного газобетона современного производства, а также параметров для расчета теплопроводности в условиях эксплуатации.
Лабораторией строительной теплофизики НИИСФ РААСН совместно с Национальной ассоциацией производителей автоклавного газобетона (НААГ) проведен комплекс работ по определению теплофизических показателей автоклавного газобетона с диапазоном марок по плотности от 100 до 600 кг/м3. По результатам экспериментов устанавливалась теплопроводность в сухом состоянии при средней температуре 25оС и приращение теплопроводности на 1% влажности. По полученным результатам рассчитывался коэффициент теплотехнического качества (КТК) [8]: п=АХД0, 1/%. В таблице представлены осредненные результаты этих исследований.
На рис. 1 построена полученная зависимость теплопроводности аппроксимированная прямой. Там же нанесены данные по теплопроводности газобетона из СП 50.13330.
Как видно, экспериментальные данные хорошо представляются в виде линейной зависимости (экспериментальные точки очень точно лежат на аппроксимирующей прямой). Полученная зависимость теплопроводности в сухом состоянии описывается уравнением при условии, что при плотности 0 кг/м3 теплопроводность равна теплопроводности воздуха в спокойном состоянии (0,026 Вт/(м-°С)):
X = 0,00021р + 0,026, Вт/(м-°С).
(1)
Также по рис. 1 можно сделать вывод, что представленные сейчас данные в СП 50.13330 по теплопроводности в сухом состоянии для газобетона в диапазоне плот-
Результаты экспериментальных определений теплофизических показателей газобетона
Марка Средняя плотность образцов, р, кг/м3 Теплопроводность в сухом состоянии, Х0, Вт/(м-°С) Приращение на 1% влажности, АХ, Вт/(м-оС-%) КТК, П, 1/%
D100 112 0,049 0,002 0,043
D300 316 0,091 0,004 0,043
D400 416 0,111 0,005 0,045
D500 494 0,13 0,006 0,044
D600 616 0,158 0,007 0,044
а 0,05 0,04 ж 0,03 ^ 0,02 0,01 0
100
б 6
й 4
СП ^
0 300
400
200 300 400 500 600 700 Плотность, кг/м3
Рис. 2. Зависимость КТК газобетона от плотности: а - по результатам экспериментов; б - из [4]
500 600
Rohdichte, кг/м3
700
800
< \ научно-технический и производственный журнал
1>. ® май 2017
2
ностей от 400 до 800 кг/м3 близки к построенной по результатам экспериментов зависимости, однако полученное уравнение (1) позволяет находить теплопроводность газобетона со значительно большей точностью, а также для марок с плотностью ниже 400 кг/м3.
На рис. 2, а представлена полученная зависимость КТК от плотности современного автоклавного газобетона. Найденная зависимость близка к зависимости, представленной в [4] (рис. 2, б), полученной Х. Кюнцелем с той разницей, что в [4] она рассчитывалась в % и названа «Zunahme» (рост, нем).
В [9] сделан вывод о том, что значение КТК для каждого вида материала примерно одинаково. Полученная зависимость подтверждает этот результат для автоклавного газобетона современного производства. По проведенным исследованиям значение КТК для газобетона составляет: п~0,04 1/%. Данное значение можно применять для нахождения расчетной теплопроводности, X, Вт/(м-°С) по формуле [10]:
X = Х0+А X ■ w,=Ци- ■^ • = Jl0 (1+Ti • О, (2)
где w3 — эксплуатационная влажность материала по массе, %.
Если, используя формулу (2), рассчитать КТК по данным из таблицы теплотехнических показателей
Список литературы
1. Гринфельд Г.И., Коркина Е.В., Пастушков П.П., Павленко Н.В., Ерофеева И.В. Система ограждающих конструкций, обеспечивающая повышенное энергосбережение в зданиях // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2016. № 3. С. 25-35.
2. Силаенков Е.С. Долговечность изделий из ячеистых бетонов. М.: Стройиздат, 1986. 174 с.
3. Гаевой А.Ф., Качура Б.А. Качество и долговечность ограждающих конструкций из ячеистого бетона. Харьков: Вища школа, 1978. 224 с.
4. Künzel H. Gasbeton.Wärme- und Feuchtigkeitsverhalten. Wiesbaden-Berlin: Bauverlag. 1970. 120 S.
5. Вишневский А.А., Гринфельд Г.И., Смирнова А.С. Российский рынок автоклавного газобетона. Итоги 2016 года // Строительные материалы. 2017. № 3. С. 49-51.
6. Гринфельд Г.И., Коркина Е.В., Пастушков П.П., Павленко П.П., Ерофеева И.В., Губанов Д.А. Исследования теплопроводности ячеистых бетонов. Актуальные вопросы архитектуры и строительства: Материалы XIV Международной научно-технической конференции. 2015. Саранск. С. 21-24.
7. Пастушков П.П. Расчетное определение эксплуатационной влажности автоклавного газобетона марок D300-600 // Технологии бетонов. 2016. № 3-4. С. 20-23.
8. Гагарин В.Г., Пастушков П.П. Определение расчетной влажности строительных материалов // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 8. С. 28-33.
9. Гагарин В.Г. Теория состояния и переноса влаги в строительных материалах и теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий. Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук. Москва. 2000. 396 с.
10. Пастушков П.П. Влияние влажностного режима ограждающих конструкций с наружными штукатурными слоями на энергоэффективность теплоизоляционных материалов. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. Москва. 2013. 169 с.
(приложение Т СП 50.13330) и сравнить их с найденными, то можно сделать вывод, что для марки по плотности 400 кг/м3 значения в СП 50.13330 занижены (КТК примерно равно 0,03), а для марки по плотности 600 кг/м , наоборот, завышены (0,07). При этом найденное осредненное значение КТК, равное 0,04, коррелируется с данным из ГОСТ 31359—2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия». Однако в этом стандарте для марки по плотности 600 кг/м3 расчетные значения теплопроводности указаны с ошибкой: для влажности 4% КТК составляет 0,036, а для влажности 5% —
0.061. т. е. нарушена линейная зависимость теплопроводности от влажности.
Таким образом, в результате проведенных исследований найдена линейная зависимость теплопроводности в сухом состоянии от плотности автоклавного газобетона современного производства. Значение КТК исследованных марок по плотности газобетона примерно одинаково и равно 0,04 1/%. Полученные данные по значениям теплофизических параметров могут быть использованы при назначении и анализе расчетных значений теплопроводности газобетона, а также при актуализации и выпуске новых нормативных документов в сфере теплозащиты зданий и производства газобетона.
References
1. Grinfeld G.I., Korkina E.V., Pastushkov P.P., Pavlenko N.V., Erofeeva I.V. The system of the protecting designs providing the increased energy saving in buildings. Nauchnyi vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arkhi-tekturno-stroitel'nogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitek-tura. 2016. No. 3, pp. 25—35. (In Russian).
2. Silaenkov E.S. Dolgovechnost' izdeliy iz yacheistykh be-tonov [Longevity of products from cellular concretes]. Moscow: Stroyizdat. 1986. 174 p.
3. Gaevoy A.F. Kachura B.A. Kachestvo i dolgovechnost' ograzhdayushchikh konstruktsiy iz yacheistogo betona [Quality and durability of the protecting designs from cellular concrete]. Khar'kov: Vishcha shkola. 1978. 224 p.
4. Künzel H. Gasbeton. Wärme- und Feuchtigkeitsverhalten. Wiesbaden-Berlin: Bauverlag. 1970. 120 S.
5. Vishnevsky A.A., Grinfeld G.I., Smirnova A.S. Russian market of autoclave gas concrete. Results of 2016. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2017. No. 3, pp. 49-51. (In Russian).
6. Grinfeld G.I., Korkina E.V., Pastushkov P.P., Pavlenko P.P., Erofeeva I.V., Gubanov D.A. Researches of heat conductivity of cellular concretes. Topical issues of architecture and construction: Materials of the XIV-th International scientific and technical conference. Saransk. 2015, pp. 21-24. (In Russian).
7. Pastushkov P.P. Calculated definition of operational humidity of autoclave aerocrete of the D300-600 brands. Tekhnologii betonov. 2016. No. 3-4, pp. 20-23. (In Russian).
8. Gagarin V.G., Pastushkov P.P. Definition of calculated humidity of structural materials. Promyshlennoe i grazh-danskoestroitel'stvo. 2015. No. 8, pp. 28-33. (In Russian).
9. Gagarin V.G. The theory of a state and transfer of moisture in structural materials and heat-shielding properties of the protecting structures of buildings. Doctor Diss. (Engineering). Moscow. 2000. 396 p. (In Russian).
10. Pastushkov P.P. The theory of a state and transfer of moisture in structural materials and heat-shielding properties of the protecting structures of buildings. Cand. Diss. (Engineering). Moscow. 2013. 169 p. (In Russian).
научно-технический и производственный журнал
