Пенза, Пензенская область, Россия
аспирант
студент
ГРНТИ 67.01 Общие вопросы строительства
ББК 386 Технология строительного производства
Представлены сведения о процессах тепломассопереноса в отделочных покрытиях стен зданий. Показано, что теплоизоляционное декоративное покрытие, полученное с использованием в качестве наполнителя зольных алюмосиликатных микросфер, обладает большей трещиностойкостью в процессе увлажнения.
влагонасыщение, тепломассоперенос, отделочный состав, зольные алюмосиликатные мик-росферы, вспученный вермикулитовый песок
Введение. Продолжительность срока службы отделочных покрытий наружных стен зданий зависит от характера воздействия различных климатических факторов, которые способны вызывать температурно-влажностные деформации внутри слоя отделки. В процессе эксплуатации стен из газобетона часто наблюдается частичное разрушение отделочного покрытия из-за конденсации влаги на границе отделочное покрытие – газобетон. Также повышает опасность трещинообразования неравномерное распределение влаги по сечению слоя отделки. Предотвратить возникновение избытков влаги в стеновой газобетонной конструкции возможно при использовании для наружной отделки штукатурных покрытий, характеризующихся низкими значениями сопротивления паропроницанию и высокими значениями сопротивления теплопередаче [1, 2].
Основная часть. Предварительно проведенные исследования позволили рекомендовать для отделки стен из газобетона теплоизоляционную сухую строительную смесь (ССС) следующего состава: известь-пушонка, белый цемент, модифицирующая добавка на основе смеси гидросиликатов и алюмосиликатов кальция, молотые отходы производства газобетона, различные модифицирующие добавки, легкий высокопористый наполнитель [3, 4, 5, 6].
Эксплуатационные свойства пористых материалов, таких как теплоизоляционные ССС, в значительной степени определяются интенсивностью происходящих в них процессов тепломассопереноса [7, 8, 9]. Значительного продлить срок службы теплоизоляционных отделочных покрытий можно за счет выбора оптимального легкого наполнителя [10]. Нами проведены исследования процессов тепломассопереноса в отделочных покрытиях, полученных с использованием предложенной теплоизоляционной ССС, наполненной вспученным вермикулитовым песком (состав 2) и зольными алюмосиликатными микросферами (состав 3). Для сравнения в работе исследованы процессы тепломассопереноса в цементно-песчаной штукатурке (состав 1).
Для получения данных по распределению влаги по толщине покрытия были изготовлены образцы на основе каждого состава в виде дисков диаметром 100 мм и толщиной 5 мм. Образцы, полученные с использованием состава 1, твердели при температуре 18–20 °С в водных условиях, образцы, полученные с использованием отделочного состава 2 и 3, твердели в воздушно-сухих условиях при температуре 18–20 °С и относительной влажности 50–60 %. Все образцы набирали прочность в течение 28 суток. Затем их высушивали до постоянной массы при температуре 100–105 °С.
Исследуемый образец состоял из 4-х плоскопараллельных дисков указанных размеров. Боковые поверхности исследуемых образцов покрытий влагоизолировали парафином. Образцы размещали между двумя тепловыми камерами в соответствие с принципиальной схемой, представленной на рис 1.
В камерах поддерживались следующие температурно-влажностные условия: в камере
1 – температура t1=60 °С, относительная влажность φ=100 %, в камере 2 – температура
t2=20 °С, относительная влажность φ=50 %. Для предотвращения потерь тепла вся экспериментальная установка теплоизолировалась. В ходе эксперимента проводилось измерение текущего интегрального и дифференциального влагосодержания весовым методом. Результаты исследований приведены в табл.1, 2 и рис. 2–4.
На рис. 2 представлена зависимость влагосодержания u покрытия на основе состава 1 от времени увлажнения τ. Из-за разности величин упругости водяного пара с разных сторон образца наблюдается диффузия водяного пара через покрытие в сторону пониженных температур. В данном случае направление градиента влагосодержания совпадает с направлением температурного градиента. Установлено, что слой 1 характеризуется наиболее высоким значением максимального влагосодержания u. После 18 часов влагопоглощения влагосодержание составляет u=102∙10-3 кг/кг (рис 2. кривая 1). Величина влагосодержания u 2-го, 3-го и 4-го слоев последовательно уменьшалась по мере их удаления от камеры 1.
На рис. 3 представлена зависимость скорости влагопоглощения покрытия на основе состава 1 от времени увлажнения τ. Установлено, что для всех 4-х слоев скорость влагопоглощения максимальна в 1 час увлажнения, в дальнейшем скорость влагопоглощения 1-го и 2-го слоев последовательно падала (рис 3. кривая 1, 2).
Скорость влагопоглощения 3-го и 4-го слоев изменялась в зависимости от времени увлажнения. В период с 1 по 4 час увлажнения скорость уменьшалась, с 5 по 9 час эксперимента увеличивалась, а затем вновь снижалась. (рис 3. кривая 3,4). Такой характер кривых объясняется тем, что в ходе эксперимента влага сначала наиболее активно адсорбировалась в порах 1-го слоя, ближнего к камере 1. После того как большинство пор 1-го слоя заполнялись водой, влага за счет диффузии последовательно заполняла поры каждого следующего слоя.
Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки
Установлено, что кривые распределение влагосодержания по сечению образца покрытия на основе состава 1 имеют следущий характер (рис. 4).
|
1
2
3
4 |
Рис. 2. Зависимость влагосодержания в отделочном покрытии (состав 1) от времени увлажнения:
1 – 1-ый слой; 2 – 2-ой слой; 3 – 3-ий слой; 4-ый – 4 слой
Данные на рис. 4 показывают то, что в процессе увлажнения отделочного покрытия влагосодержание по сечению материала распределено неравномерно. Наибольший перепад влагосодержания между крайними 1-ым и 4-ым слоями составил 60,2∙10-3 кг/кг, он наблюдался спустя 8 часов с момента начала увлажнения. Это создает опасность трещинообразования в слое отделки.
Зависимость дифференциального влагосодержания u исследуемых покрытий на основе состава 2 и 3 от времени увлажнения τ представлена в таблице 1. Зависимость скорости влагопоглощения покрытия на основе состава 2 и 3 от времени увлажнения τ представлена в таблице 2.
|
4 |
|
3 |
|
2 |
|
1 |
Рис. 3. Зависимость скорости влагопоглощения отделочного покрытия (состав 1) от времени увлажнения:
1 – 1-й слой; 2 – 2-й слой; 3 – 3-й слой; 4 – 4-й слой
|
4 ч |
|
2 ч |
|
6 ч |
|
8 ч |
|
10 ч |
|
16 ч |
|
14 ч |
|
12 ч |
Рис. 4. Зависимость распределение влагосодержания в отделочном покрытие (состав 1)
от времени увлажнения
Установлено, что для покрытий на основе составов 2 и 3 характерны те же закономерности кинетики увлажнения. Слой 1 характеризуется наиболее высоким значением максимального влагосодержания u. После 18 часов увлажнения кривые влагосодержания всех слоев покрытия на основе состава 3 вышли на асимптоту, при этом влагосодержание 1-го слоя составило
u=168,2∙10-3 кг/кг. Покрытие на основе состава 2 активно поглощало влагу на 4 часа дольше и спустя 22 часа увлажнения влагосодержание 1-го слоя составило u=286,5∙10-3 кг/кг. Более высокое максимальное влагосодержание образцов покрытий на основе состава 2 объясняется преобладанием в поровой структуре данных композитов открытой пористости. Их общая пористость составляет 75,2 %, в том числе открытая пористость –
49,1 %, закрытая пористость 26,1 %. Общая пористость композитов, полученных с использованием состава 3, составляет 66,4 %, в том числе открытая пористость – 31,8%, закрытая пористость 34,6 %.
Влагосодержание в покрытие на основе состава 2 распределено крайне неравномерно по сечению материала. При этом наибольший перепад влагосодержания между крайними 1-м и 4-м слоями спустя 10 часов увлажнения составил 201,0∙10-3 кг/кг. Влагосодержание в покрытие на основе состава 3 распределено более равномерно по сечению материала. Спустя 9 часов с начала эксперимента перепад влагосодержания между крайними 1-м и 4-м слоями был максимальный и составил 108,9∙10-3 кг/кг. В данном покрытии ниже вероятность возникновения трещин из-за неравномерного распределения влаги по толщине слоя отделки.
Таблица 1
Зависимость влагосодержания u (кг/кг)·10-3 в отделочном покрытии от времени τ
|
№ состава |
Номер слоя |
Время увлажнения τ, ч |
|||||||||||
|
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
|
||
|
2 |
1 |
30,7 |
41,5 |
50,3 |
59,1 |
70,2 |
86,5 |
106,1 |
132,8 |
151,9 |
160,7 |
161,8 |
|
|
2 |
31,0 |
48,0 |
62,2 |
77,1 |
99,6 |
128,3 |
159,8 |
183,9 |
196,9 |
199,4 |
199,4 |
|
|
|
3 |
47,3 |
79,9 |
109,6 |
142,2 |
173,7 |
197,1 |
217,5 |
234,1 |
239,7 |
239,7 |
239,7 |
|
|
|
4 |
93,7 |
156,5 |
203,8 |
242,7 |
271,2 |
283,4 |
286,2 |
286,4 |
286,5 |
286,5 |
286,5 |
|
|
|
3 |
1 |
13,1 |
24,0 |
30,0 |
37,0 |
46,1 |
59,1 |
77,2 |
89,1 |
94,2 |
94,2 |
94,2 |
|
|
2 |
11,8 |
27,0 |
39,1 |
52,1 |
68,8 |
91,2 |
105,3 |
113,3 |
114,1 |
114,1 |
114,1 |
|
|
|
3 |
16,2 |
43,0 |
63,9 |
86,9 |
110,3 |
127,2 |
135,2 |
138,0 |
137,8 |
137,8 |
137,8 |
|
|
|
4 |
28,2 |
72,9 |
107,0 |
134,8 |
155,0 |
163,2 |
166,9 |
168,0 |
168,2 |
168,2 |
168,2 |
|
|
Таблица 2
Зависимость скорости влагопоглощения (кг/кг·ч)·10-3 отделочного покрытия от времени τ
|
№ состава |
Номер слоя |
Время увлажнения τ, ч |
||||||||||
|
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
||
|
2 |
1 |
13,4 |
4,9 |
4,2 |
4,2 |
6,2 |
8,2 |
10,1 |
13,6 |
7,5 |
3,8 |
0,0 |
|
2 |
15,2 |
7,8 |
7,0 |
8,1 |
12,5 |
15,1 |
15,1 |
11,4 |
4,3 |
0,5 |
0,0 |
|
|
3 |
22,0 |
15,3 |
15,0 |
17,0 |
15,0 |
11,0 |
9,8 |
7,4 |
0,2 |
0,0 |
0,0 |
|
|
4 |
45,8 |
25,7 |
22,8 |
18,2 |
11,1 |
4,8 |
0,8 |
0,1 |
0,1 |
0,0 |
0,0 |
|
|
3 |
1 |
6,3 |
3,1 |
3,1 |
4,3 |
6,1 |
9,0 |
6,9 |
3,1 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
2 |
8,2 |
6,2 |
5,9 |
8,1 |
11,4 |
8,1 |
4,7 |
0,8 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
|
3 |
14,1 |
10,4 |
11,3 |
12,1 |
9,6 |
4,6 |
1,9 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
|
4 |
24,0 |
17,4 |
14,3 |
12,6 |
4,9 |
2,1 |
1,1 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
Выводы. В результате проведенных исследований установлено, что теплоизоляционное покрытие, полученное с использованием в качестве наполнителя зольных алюмосиликатных микросфер, способно лучше, противодействовать температурно-влажностным деформациям, возникающим в слое отделки.
1. Ватин В.И., Горшков А.С., Глумов А.В. Влияние физико-технических и геометриче-ских характеристик штукатурных покрытий на влажностный режим однородных стен из газобетонных блоков // Инженерно-строительный журнал. 2011. №1. С. 28–33.
2. Корниенко С.В., Ватин Н.И., Петри-ченко М.Р., Горшков А.С., Оценка влажност-ного режима многослойной стеновой кон-струкции в годовом цикле // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2015. №6. С.19–33.
3. Логанина В.И., Кислицына С.Н, Фро-лов М.В. Известковое композиционное вяжу-щее с применением добавки на основе алюмосиликатного наполнителя // Вестник Белгородского государственного университе-та им В.Г. Шухова. 2015. №6. С.70–73.
4. Логанина В.И., Фролов М.В. Оценка трещиностойкости покрытий на основе теплоизоляционного состава для отделки газобетона // Региональная архитектура и строи-тельство. 2017. №1. С. 30–35.
5. Логанина В.И., Фролов М.В. Тонкодисперсный наполнитель на основе силикатов кальция для известковых смесей // Вестник гражданских инженеров. 2015. №5. С.144–147.
6. Lesovik V.S., Chulkova I.L., Zagordnyuk L.K., Volodchenko A.A., Yurievich P.D. The Role of the Law of Affinity Structures in the Construction Material Science by Performance of the Restoration Works // Research Journal of Applied Sciences. 2014. Vol. 9. № 12. Pp. 1100–1105.
7. Лыков А.В. Явления переноса в капил-лярно-пористых телах. М.: Гостехиздат, 1954. 364 с.
8. Павлюкевич Н.В. Введение в теорию тепло- и массопереноса в пористых средах. Минск: Ин-т тепло- и массообмена НАНБ, 2002. 140 с.
9. Низовцев М.И., Стерлягов А.Н., Тере-хов В.И. Влияние градиента температуры на влагоперенос в пористых материалах // Пол-зуновский вестник. 2012. №3/1. С.17–21.
10. Семенов В.С., Розовская Т.А. Повы-шение энергоэффективности ограждающих конструкций с применением облегченных кладочных растворов // Строительные мате-риалы. 2015. № 6. С. 16–19.
