CC BY
17УДК 536.2:69.022
И.Я. КИСЕЛЁВ, д-р техн. наук (ikiselyov@ bk.ru)
Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, Россия, г. Москва, Локомотивный проезд, 21)
Равновесная сорбционная влажность ячеистых бетонов и ее полимолекулярно-адсорбированная и капиллярно-конденсированная составляющие
Равновесная сорбционная влажность строительных материалов в значительной мере определяет ход процессов тепло- и влагопереноса через наружные ограждающие конструкции зданий, а следовательно, и термическое сопротивление этих конструкций в реальных условиях эксплуатации. Поэтому при расчете термического сопротивления конструкций необходима информация о равновесной сорбционной влажности материалов конструкций и ее составляющих при положительной и отрицательной температуре. Исследование процесса сорбционного увлажнения проведено на примере ячеистых бетонов. Увлажнение ячеистых бетонов парообразной влагой при температуре от +35°С до -10°С происходит в основном за счет явления полимолекулярной адсорбции. Явление капиллярной конденсации играет заметную роль в этом процессе только при значениях относительной влажности воздуха, близких к 1 (100%).
Ключевые слова: ячеистые бетоны, равновесная сорбционная влажность, полимолекулярно-адсорбированная составляющая, капиллярно-конденсированная составляющая.
I.Ya. KISELYOV, Doctor of Sciences (ikiselyov@ bk.ru)
Research Institute of Building Physics of RAAСS (21, Lokomotivniy Driveway, Moscow, 127238, Russian Federation)
Equilibrium Sorption Humidity of Cellular Concretes and Its Polymolecular-Adsorbed and Capillary-Condensed Components
Equilibrium sorption humidity of building materials largely determines the progress of processes of heat- and moisture transfer through external enclosing structures of buildings and, consequently, the thermal resistance of these structures under the real conditions of operation. Therefore, when calculating the thermal resistance of structures, the information about the equilibrium sorption humidity of structures and its components at positive and negative temperatures is needed. The study of the sorption humidity process is conducted on the example of cellular concretes. The humidification of cellular concretes with vaporous moisture at temperatures from +35°C up to -10°C takes place mainly due to the phenomenon of polymolecular adsorption. The phenomenon of capillary condensation plays a prominent role in this process only at the values of relative air humidity close to 1 (100%).
Keywords: cellular concretes, equilibrium sorption humidity, polymolecular-adsorbed component, capillary-condensed component.
Сорбционная влажность строительных материалов в значительной мере определяет ход процессов тепло- и влагопереноса через наружные ограждающие конструкции зданий [1—4].
Метод расчета зависимости равновесной сорбционной влажности строительных материалов от относительной влажности воздуха и температуры в диапазоне изменения относительной влажности воздуха (р от 0,2 (20%) до 0,99 (99%) и температуры Т от 262,75 К (- 10,4оС) до 308,15 К (+35оС) описан в работе [5]:
иф^, (1)
где — равновесная сорбционная влажность материала, кг/кг; (р — относительная влажность воздуха, Па/Па; Т — абсолютная температура, К; — емкость монослоя паров воды, кг/кг; а — эмпирическая константа, Дж/кмоль; г — эмпирическая константа; Я = 8,314-103 Дж/(кмоль-К) — универсальная газовая постоянная.
Этот метод применен при расчете зависимостей от относительной влажности воздуха и температуры полимолекулярно-адсорбированной и капиллярно-конденсированной wсс составляющих равновесной сорбционной влажности ячеистых бетонов.
В работах [6—8] показано, что модифицированное уравнение Брунауэра—Эммета—Тейлора (БЭТ) описывает явление полимолекулярной адсорбции при изменении относительной влажности воздуха (р от 0,05 до 0,99. Также показано, что если численные значения емкости монослоя и константы с уравнения БЭТ определены по участку изотермы сорбции, соответствующему изменению (р от 0,05 до 0,5, то отличие эксперимен-
тально полученных значений равновесной сорбцион-ной влажности при больших значениях относительной влажности воздуха (р от значений, вычисленных по модифицированному уравнению, объясняется тем, что при этих значениях (р в исследуемом материале имеет место капиллярная конденсация паров воды.
На основании вышеизложенного запишем:
Т) = Wp(<p, Т) - Wa{(p, Г);
wa{<p,T)=wm{T)
с{Т)<р
\ + [с{Т)-\]<р
М<р,Т),
(2)
(3)
где: м>сс — капиллярно-конденсированная составляющая равновесной сорбционной влажности материала, кг/кг;
— полимолекулярно-адсорбированная составляющая равновесной сорбционной влажности материала, кг/кг; с — константа уравнения БЭТ, —; Ы(<р, Т) — N функция [8].
Вышеупомянутый метод [5] и соотношения (1), (2) и (3) позволяют вычислить значения равновесной сорбционной влажности материала и обеих ее составляющих и ^сс в диапазоне изменения температуры от -10,4 до +35оС при изменении относительной влажности воздуха (р от 0,2 (20%) до ^ — значения, при котором заканчивается капиллярная конденсация паров воды в порах исследуемого материала.
Расчеты зависимостей равновесной сорбционной влажности ячеистых бетонов и обеих ее составляющих и ^сс от относительной влажности воздуха и температуры проведены на примере [4] пенобетона (750 кг/м3), газобетона (400 кг/м3) и газобетона (700 кг/м3). В таблице представлены результаты расчета этих зависимостей
Reports of the VI Academic reading «Actual issues of building physics»
Материал, Температура, K (оС) Равновесная сорбционная влажность wp, ее Значения равновесной сорбционной влажности и ее составляющие м>а, щс при относительной влажности воздуха (р, %
составляющие wa и wcc 20 40 60 80 90 97
wp 1,3 1,9 2,7 4,6 7,4 15
308,15 (+35) wa 1,3 1,9 2,7 3,4 4,8 5,2
wcc 0 0 0 1,2 2,6 9,8
wa/wcc - - - 2,8 1,8 0,53
wp 1,7 2,4 3,2 5,1 7,7 16
со 2 293,15 (+20) wa 1,7 2,4 3,2 3,8 5,2 5,4
wcc 0 0 0 1,3 2,5 11
wjwcc - - - 3 2 0,49
О ет wp 2,2 2,9 4 6,1 9 17
VO о =л 274,35 (+1,2) wa 2,2 2,9 3,8 4,8 6,1 6,1
е [= wcc 0 0 0,2 1,3 2,9 11
wo/wcc - - 19 3,7 2,1 0,55
wp 2,4 3,2 4,3 6,6 9,6 19
262,75 (-10,4) wa 2,4 3,2 4,2 5,2 6,5 6,6
wcc 0 0 0,1 1,4 3,1 12
wa/wcc - - 42 3,7 2,1 0,55
wp 1,3 1,7 2,3 3,6 5,4 9,4
308,15(+35) wa 1,3 1,7 2,3 2,9 4,2 4,3
wcc 0 0 0 0,7 1,2 5,1
wa/wcc - - - 4,1 3,5 0,85
wp 1,6 2 2,6 3,8 5,4 9,6
со 293,15 (+20) wa 1,6 2 2,5 3,3 4,3 4,6
wcc 0 0 0,1 0,5 1,1 5
о wa/wcc - - 25 6,6 3,9 0,92
=л о wp 2 2,5 3,3 4,6 6,3 11
VO о со 274,35 (+1,2) wa 2 2,5 3 4,1 5,4 5,5
а 1_ wcc 0 0 0,3 0,5 0,9 5,5
wa/wcc - - 10 7,5 6 1
wp 2,3 2,8 3,6 5 6,7 11
262,75 (-10,4) wa 2,3 2,8 3,3 4,6 6 6
wcc 0 0 0,3 0,4 0,7 6
wa/wcc - - 11 12 8,6 1
wp 1,9 2,6 3,7 6,2 9,8 21
308,15(+35) wa 1,9 2,6 3,7 4,3 5,4 5,6
wcc 0 0 0 1,9 4,4 15
wa/wcc - - - 2,3 1,2 0,37
wp 2,2 3,1 4,3 7 11 23
со 293,15(+20) wa 2,2 3,1 4,3 5 6,3 6,4
wcc 0 0 0 2 4,7 17
о wa/wcc - - - 2,5 1,3 0,38
=л о wp 2,7 3,7 5,1 8,1 12 24
VO о со 274,35(+1,2) wa 2,7 3,7 3,9 6 7,5 7,7
а 1_ wcc 0 0 1,2 2,1 4,5 16
wa/wcc - - 3,3 2,9 1,7 0,48
wp 3,1 4,1 5,7 8,8 13 25
262,75 (-10,4) wa 3,1 4,1 4,4 6,7 8,5 8,7
wcc 0 0 1,3 2,1 4,5 16
wa/wcc - - 3,4 3,2 1,9 0,54
научно-технический и производственный журнал
июнь 2015
21
от относительной влажности воздуха при четырех значениях температуры: —10,4; +1,2; +20 и +35оС.
Из данных, приведенных в таблице, следует, что для исследованных материалов во всем температурном диапазоне от -10,4 до +35оС:
1. При значениях относительной влажности воздуха 9><0,4 (40%) капиллярной конденсации паров воды в пенобетоне (750 кг/м3) и газобетонах (400 кг/м3 и 700 кг/м3) не происходит и поэтому капиллярно-конденсированная составляющая исс равновесной сорбционной влажности ир этих материалов равна нулю.
2. При значениях относительной влажности воздуха Ч><0,9 (90%) величина полимолекулярно-адсорбиро-ванной составляющей иа равновесной сорбционной влажности ир исследованных материалов значительно превосходит величину ее капиллярно-конденсированной составляющей исс.
3. Только при относительной влажности воздуха (р, близкой к 1 (100%), значения капиллярно-конденсированной составляющей исс равновесной сорбционной влажности ир в пенобетоне (750 кг/м3) и газобетонах (400 кг/м3 и 700 кг/м3) резко увеличиваются, но даже при ^=0,97 (97%) капиллярно-конденсированная составляющая исс равновесной сорбционной влажности ир пенобетона (750 кг/м3) и газобетона (700 кг/м3) примерно в два раза превышает ее полимолекулярно-адсорбированную составляющую иа.
4. Капиллярно-конденсированная составляющая исс равновесной сорбционной влажности ир газобетона (400 кг/м3) даже при ^>=0,97 (97%) не превышает ее полимолекулярно-адсорбированную составляющую иа.
Из вышеизложенного следует, что для всех исследованных ячеистых бетонов в исследованном температурном диапазоне от -10,4 до +35оС увлажнение материалов парообразной влагой происходит в основном за счет явления полимолекулярной адсорбции; явление капиллярной конденсации играет заметную роль в этом процессе только при значениях относительной влажности воздуха (р, близких к 1 (100%).
Список литературы
1. Гагарин В.Г., Козлов В.В. Теоретические предпосылки расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций // Строительные материалы. 2010. № 12. С. 4—12.
2. Гагарин В.Г., Козлов В.В. Перспективы повышения энергетической эффективности жилых зданий в России // Вестник МГСУ. 2011. № 3. Т. 1. С. 192-200.
3. Умнякова Н.П. Сорбция водяного пара минерало-ватного утеплителя в эксплуатируемых вентфасадах // Жилищное строительство. 2013. № 3. С. 50-52.
4. Умнякова Н.П., Бутовский И.Н., Чеботарев А.Г. Развитие методов нормирования теплозащиты энергоэффективных зданий // Жилищное строительство. 2014. № 7. С. 19-23.
5. Киселев И.Я. Метод расчета равновесной сорбционной влажности строительных материалов при положительных и отрицательных температурах // Academia. Архитектура и строительство. 2011. № 3. С. 101-104.
6. Брунауэр С. Адсорбция паров и газов. Т. 1. Физическая адсорбция. М.: ГИИЛ, 1948. 784 с.
7. Грег С., Синг Л. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984. 306 с.
8. Гагарин В.Г. О модификации t-метода для определения удельной поверхности макро- и мезопористых адсорбентов // Журнал физической химии. 1985. Т. 59. № 5. С. 1838-1839.
References
1. Gagarin V.G., Kozlov V.V. Theoretical preconditions for calculation of reduced resistance to heat transfer of enclosing structures. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 12, pp. 4-12. (In Russian).
2. Gagarin V.G., Kozlov V.V. Prospects for increasing the energy efficiency of residential buildings in Russia. Vestnik MGSU. 2011. No. 3. Vol. 1, pp. 192-200. (In Russian).
3. Umnyakova N.P. Sorption of water steam of mineral wool heat insulation in operating ventilated facades. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2013. No. 3, pp. 50-52. (In Russian).
4. Umnyakova N.P., Butovskiy I.N., Chebotarev A.G. Development of the regulation methods of heat shield of energy efficient buildings. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 7, pp. 19-23. (In Russian).
5. Kiselyov I.Ya. The method of calculation of the equilibrium sorption humidity of building materials for positive and negative temperatures. Academia. Arhitektura i stroi-telstvo. 2011. No. 3, pp. 101-104. (In Russian).
6. Brunauer C. Adsorbcia parov i gazov. T1. Fizicheskaia adsorbcia [Adsorption of gases and vapors. Part. 1. Physical adsorption]. Moscow: GIIL. 1948. 784 p.
7. Greg S., Sing L. Adsorbciya, udelnaya poverchnoct, poristost [Adsorption specific surface area, porosity]. Moscow: MIR. 1984. 527 p.
8. Gagarin V.G. About modification of t-method for the determination of the specific surface area of macro and mesoporous adsorbents. Zhurnalfizicheskoi khimii. 1985. Vol. 59. No. 5, pp. 1838-1839. (In Russian).
Технология производства стеновых цементно-песчаных изделий
Ю.З. Балакшин, В.А. Терехов
Справочное пособие М.: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2012. 276 с.
Авторы многие годы отдали работе в промышленности строительных материалов и накопили значительный объем знаний и технических документов производстве стеновых материалов не только из опыта работы промышленности в СССР и России, но и многих предприятий Европы, Америки и Азии.
В книге описано производство и применение стеновых материалов методом вибропрессования из цементно-песчаных бетонов. Рассмотрена существующая и перспективная номенклатура изделий и их свойства. Описаны сырьевые материалы для производства цементнопесчаных изделий. Сформулированы специфические требования к сырьевым материалам, а также рекомендации по подбору состава бетонной смеси. Подробно представлена технология производства цементно-песчанных вибропрессованных стеновых изделий. Особое внимание уделено технологическому контролю на производстве и техническому контролю и обслуживанию оборудования.
Книга предназначена для организации производственно-технического обучения на предприятии, будет полезна инженерно-техническому персоналу.
Тел./факс: (499) 976-22-08; 976-20-36 www.rifsm.ru
