Влияние влажностного режима эксплуатации зданий на теплоизоляционные свойства торфодревесных материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 662.67, 662.73

КОПАНИЦА НАТАЛЬЯ ОЛЕГОВНА, канд. техн. наук, доцент, ЫрапШа@таИ ги

КОВАЛЕВА МАРГАРИТА АЛЕКСЕЕВНА, канд. техн. наук, доцент, хотосИ28@уапёвх. ги

Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634050, г. Томск, пл. Соляная, 2

ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ НА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТОРФОДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В статье представлены результаты исследований теплоизоляционных свойств торфодревесных стеновых материалов и дано обоснование влияния состава торфодревесных материалов и влажности окружающей среды на характеристики теплопроводности, сорбции и десорбции.

Ключевые слова: торфодревесный материал, теплопроводность, сорбция.

KOPANITSA, NATALIA OLEGOVNA, Cand.of tech. sc., assoc. prof., kopanitsa@mail. ru

KOVALYOVA, MARGARITA ALEKSEYEVNA, Cand. of tech. sc., assoc. prof., xomoch28@yandex. ru

Tomsk State University of Architecture and Building,

2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia

INFLUENCE OF HUMID СONDITION OF BUILDINGS EXPLOITATION ОN THE HEAT INSULATING PROPERTIES OF PEAT - WOODEN MATERIALS

The article presents the results of the research of heat-insulating properties of peat-wooden wall materials. The justification of influence of peat-wooden materials and humidity on the characteristics of thermal conductivity, sorption and desorption is given.

Keywords: peat-wooden material, thermal conductivity, sorption.

Изучение теплоизоляционных свойств строительных материалов представляет собой одну из актуальнейших задач для решения проблем энергосбережения в строительстве. Знание законов изменения теплопроводности в зависимости от различных условий эксплуатации зданий и сооружений позволит достичь более эффективного использования теплоизоляционных материалов (ТИМ).

На коэффициент теплопроводности ТИМ весьма существенное влияние оказывает структура материала, вид и объем пор. Помимо широко используемых теплоизоляционных изделий (минераловатные, стекловолокнистые плиты, пеностекло), где закономерности изменения теплопроводности достаточно изучены, существует ряд материалов на основе местного сырья, для которых ис-

© Н.О. Копаница, М. А. Ковалева, 2011

следования в данной области практически отсутствуют. В НИИСМ ТГАСУ разработаны эффективные стеновые строительные материалы на основе торфодревесных смесей с широким диапазоном эксплуатационных свойств: средней плотностью - 250-500 кг/м3, пределом прочности при сжатии - 0,47-6,00 МПа, водопоглощением - 170-18 %, теплопроводностью - 0,047-0,06 Вт/(мК) (в сухом состоянии).

Свойства полученного стенового и теплоизоляционного материала могут быть изменены путем введения модифицирующих добавок, вид которых определяется ожидаемым эффектом и типом торфяного сырья. Так, для получения теплоизоляционных материалов на основе торфодревесной композиции рекомендовано применение поризующих комплексных добавок и использование в качестве вяжущего низинного торфа. При этом композит имеет плотность 250-450 кг/м3, теплопроводность 0,047-0,048 Вт/(мК) и обладает капиллярно-пористой структурой. Структура торфодревесного ТИМ представлена замкнутыми порами правильной формы диаметром от 0,05 до 0,3 мм и крупными порами воронкообразного типа, заканчивающимися на глубине более мелкими порами. Толщина межпоровых перегородок колеблется от 0,03 до 0,3 мм. В межпоровых перегородках микропоры диаметром до 7 мкм распределены равномерно. Ячейки пор преимущественно замкнутые, равномерно распределенные, стенки пор имеют однородную мелкопористую структуру. Для повышения водостойкости торфодревесных теплоэффективных материалов обоснован выбор гидрофобизаторов с учетом особенностей физикохимических свойств торфа. Гидрофобизирующие добавки рекомендуется выбирать, исходя из необходимости блокирования отрицательно заряженных функциональных групп торфа. При введении в торфодревесную смесь метил-силиконата калия его положительно заряженные частицы, адсорбируясь на поверхности функциональных групп торфа и вступая с ними во взаимодействие, блокируют полярные группы торфа, в результате чего на поверхности торфа появляются гидрофобные группы, обеспечивающие повышение водостойкости композиционного материала.

В работе использовались гидрофобизирующие добавки катионоактивной или неиногенной природы (кремнийорганические жидкости ГКЖ-94, «Аквасил», латекс СКС-65Г и др.). Показано, что для улучшения гидрофизических характеристик торфодревесного материала рационально применение гидрофобизирующих добавок на основе кремнийорганических жидкостей с применением способа двухступенчатого введения добавки: в количестве 8-10 % от массы торфовяжущего в формовочную смесь с последующей дополнительной поверхностной обработкой. При таком способе обработки во-допоглощение материала снижается до 15-18 %. Эффект повышения водостойкости торфодревесных материалов объясняется не только блокированием полярных групп торфа и древесного заполнителя при их химическом или электростатическом взаимодействии с компонентами модифицирующих добавок, но и за счет заполнения порового пространства композиционного материала [1].

Для теплоизоляционных торфодревесных материалов с гидрофобизи-рующими добавками и средней плотностью 250-450 кг/м3 исследованы зна-

чения теплопроводности при разных условиях эксплуатации, сорбционные и десорбционные свойства. Определение эксплуатационных свойств стеновых теплоэффективных торфодревесных изделий проводилось в ИЦ «Стромтест» ТГАСУ на образцах с размерами 150x150x25 мм на лабораторном оборудовании ИТС-1 по ГОСТ 7076-87 «Материалы строительные. Метод определения теплопроводности».

Результаты экспериментальных исследований теплопроводности теплоэффективных торфодревесных изделий при положительных температурах в зависимости от средней плотности, влажности и вида изделий приведены в табл. 1. Влажность торфодревесных изделий ют = 20 % (ю0 = 4,5 %) считается оптимальной для нормально эксплуатируемых ограждений гражданских зданий.

Таблица 1

Теплопроводность теплоэффективных торфодревесных изделий

Наименование изделий Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К)

в сухом состоянии при влажности по массе Ют =20 %

250 0 047 0 061

Плита торфодревесная 300 0,048 0,062

теплоизоляционная 350 0,0485 0,063

350 0,052 0,068

Блок стеновой торфодре- 400 0,054 0,070

весный конструкционно- 450 0,055 0,071

теплоизоляционный 500 0,057 0,073

550 0,06 0,075

Результаты исследований показывают, что зависимость коэффициента теплопроводности от средней плотности для полнотелых блоков и плит имеет нелинейный характер в области значений от 250 до 450 кг/м3. Такой характер зависимости для торфодревесных изделий объясняется влиянием на изменение коэффициента теплопроводности твердых составляющих и воздуха в порах. С увеличением значений средней плотности пористость изделий уменьшается, и, соответственно, возрастает роль твердых частиц.

Повышение влажности любого строительного материала приводит к росту его теплопроводности. Влажностное состояние ограждающих конструкций зданий в значительной степени влияет на их теплозащитные свойства и долговечность. Особенно это относится к утеплителям с выраженной сорбционной способностью [2]. Проводимые исследования выявили закономерности изменения коэффициента теплопроводности от сорбционных характеристик торфодревесного теплоизоляционного материала.

Для определения количественных характеристик сорбционной способности торфодревесных теплоэффективных изделий использована методика ГОСТ 24816-81 «Материалы строительные. Метод определения сорбционной влажности». Результаты испытаний на сорбцию и десорбцию при температуре

t = 20 °С торфодревесных теплоэффективных изделий с различными характеристиками средней плотности и водостойкости приведены в табл. 2 и 3.

Таблица 2

Сорбционная влажность базовых торфодревесных изделий

Средняя плотность, кг/м3 Относительная влажность воздуха, % 0 5 40 60 80 97

250 Сорбция 0 3,1 9,3 14,9 16,8 36,9

Десорбция 0 2,1 9,1 19,8 25,3 36,1

300 Сорбция 0 - 8,9 14,2 16,2 35,4

Десорбция 0 1,9 8,7 19,2 24,9 36,2

350 Среднее значение Сорбция 0 - 8,3 13,8 15,8 34,6

влагосодержания образцов, масс. % Десорбция 0 1,7 8,7 18,8 24,3 35,2

400 Сорбция 0 - 7,9 13,2 15,0 34,0

Десорбция 0 1,3 8,1 18,1 23,3 35,2

450 Сорбция 0 - 7,3 12,2 14,8 33,0

Десорбция 0 1,3 7,7 17,8 22,3 34,2

Таблица 3

Сорбционная влажность водостойких торфодревесных изделий

Средняя плотность, кг/м3 Относительная влажность воздуха, % 0 5 40 60 80 97

250 Среднее значение влагосодержания образцов, масс. % Сорбция 0 1,1 5,3 8,1 9,8 25,9

Десорбция 0 0,7 7,6 12,0 14,3 31,1

300 Сорбция 0 - 4,6 7,8 9,2 23,6

Десорбция 0 0,4 7,2 11,6 13,2 29,0

350 Сорбция 0 - 4,2 7,1 8,9 22,6

Десорбция 0 0,3 6,9 11,2 13,1 27,8

400 Сорбция 0 - 4,0 6,8 8,7 22,2

Десорбция 0 0,2 6,6 10,7 12,2 26,9

450 Сорбция 0 - 3,8 6,3 8,2 21,2

Десорбция 0 0,1 6,5 10,2 12,0 23,9

Результаты анализа показывают, что максимальное влагосодержание изделий с низкой водостойкостью достигает 36,9 % при относительной влажности воздуха 97 % и средней плотности 250 кг/м3. С повышением средней плотности изделий до 450 кг/м3 при относительной влажности воздуха 97 % сорбционное влагосодержание увеличивается всего на 3,9 %.

Средняя плотность торфодревесных изделий в меньшей степени влияет на сорбционную влажность по сравнению с влажностью воздуха (табл. 2). Полученные закономерности изменения сорбционной влажности торфодревесных изделий повторяются и для водостойких видов продукции, но при этом величина влажности уменьшается на 11,8-8,3 %, что положительно сказывается на процессе удаления влаги из стены в летний период эксплуатации материала в здании. Для установления параметров, характеризующих скорость высыхания торфоблоков, были исследованы их десорбционные свойства. Наибольшее расхождение между изотермами сорбции и десорбции, равное 4,5-3,7 % для разных значений средней плотности, зафиксировано при ф = 80 %.

Эти характеристики положительно сказываются на процессе удаления влаги из конструкции стены в летний период эксплуатации здания. Таким образом, установлено, что наибольшее расхождение между изотермами сорбции и десорбции, равное 4,5-3,7 %, установлено для торфодревесных теплоэффективных изделий с разными средними плотностями при ф = 80 %, что положительно сказывается на процессе удаления влаги из стены в летний период эксплуатации материала в здании. Определена нормированная отпускная влажность торфодревесных теплоэффективных изделий 20 %. При данной влажности минимизируется вероятность деформирования изделий и возникновения деформаций при эксплуатации.

Библиографический список

1. Копаница, Н.О. Торфодревесные теплоизоляционные строительные материалы / Н.О. Копаница, А.И. Кудяков, М. А. Ковалева. - Томск : ББТ, 2009. - 183 с.

2. Фокин, К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий / К.Ф. Фокин. -М. : Стройиздат, 1973. - 288 с.