|
Краткий справочник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Строительство»
|
Теоретические принципы формирования оптимальной пористой структуры теплоизоляционных материалов Оптимизация волокнистой структуры материалов. Пористость теплоизоляционных волокнистых материалов складывается из межволокнистой пористости и пористости самих волокон. Подавляющее количество волокнистых теплоизоляционных материалов производится из волокон, пористость которых равна нулю (минеральных, стеклянных, муллитокремнезёмистых). Поэтому применительно к ним оперируют понятием межволокнистой пористости. Поры в материалах с волокнистой структурой имеют неопределенную форму и представляют собой сообщающуюся систему воздушных полостей, в которой замкнутую поры отсутствуют. Теплопроводность таких материалов во многом зависит от размера пор, определяющего вклад конвективного переноса теплоты. Уменьшение размеров пор достигают простым приемом - снижением диаметра волокон, т.е. увеличением их в единице объема материала. Кроме того, чем тоньше волокно, тем меньше площадь контакта между волокнами и тем больше этих контактов, что повышает сопротивление материала передаче теплоты. Сечение волокон должно быть круглым, так как в этом случае, во - первых, уменьшается масса твердой фазы в единице объёма материала и, во - вторых, становится меньше площадь контактов между волокнами, что снижает теплопроводность через волокна. По теплофизическим характеристикам оптимальна неровная (рыхлая) поверхность волокон, так как при этом еще больше уменьшается площадь контактов между волокнами. Однако при этом снижается прочность и упругость волокон, увеличивается расход связующего. Таким образом, оптимальны волокна круглого сечения с плотной гладкой поверхностью, без резкого перепада диаметра по всей их длине. Оптимизация материалов с зернистой структурой. Пористость материалов с зернистой фазой складывается из внутримежзерновой пористости гранул и образующейся пористости раствора. Внутризерновая пористость, в большинстве случаев характеризующаяся ячеистой структурой, может быть закрытой (гранулы пенополистирола, керамзита) и открытой (перлит, вермикулит). Объем межзерновой пустотности, занимаемой раствором, определяется гранулометрическим составом и формой зерен и не зависит от их размера. Чем однороднее по размерам зерна, тем выше межзерновая пустотность. Полифракционные зернистые материалы характеризуются более плотной упаковкой и, следовательно, большой насыпной плотностью. Основными параметрами структуры материалов с пористыми заполнителями являются: межзерновая пустотность заполнителей, толщина омоноличи-вающих их пленок, содержание воздушной фазы (2.5). Нами в дальнейшем в основном рассматриваются плотные упаковки заполнителей (2.6). При плотной гексагональной упаковке пористые заполнители разных размеров находятся в условиях соприкосновения, предельный объем занимаемый ими составит: (2.27) При условии покрытия пористых заполнителей тонкой пленкой, образующей после камнеобразования контактную зону, их объем можно определить по зависимостям: (2.28) где Дз - диаметр заполнителей; 5к - толщина контактной зоны заполнителя. Общая толщина контактной зоны в бетонах на пористых заполнителях и цементном связующем колеблется от 30 до 60 мкм. Полидисперсный характер пористых заполнителей увеличивает удельный объем заполнителей, снижает межзерновую пустотность. В случае идеального распределения гранул заполнителей по схеме четырехмерной гексагональной решетки, занимаемый ими объем составит: (2.29) где Дзм - максимальный диаметр заполнителей. По аналогии с заполнением объема пористыми заполнителями рассмотрим заполнение пористых заполнителей и межзернового пространства цементного камня порами различных размеров. Максимальный объем, занимаемый порами в заполнителях и в цементном камне, составит соответственно: (2.30 где Дп.з и Дц.к - соответственно поры в заполнителе и цементном камне; §ст.з и SCT.U.K - толщина стенок пор в заполнителе и цементном камне; Уц.к -объем цементного камня; Уц.к = 1- УЗ. Плотности контактной зоны цементного камня и корковой части заполнителей имеют толщины по 45 мкм. Вокруг гранул заполнителей в процессе приготовления образуются обмазки, толщина которых увеличивается с ростом гранул, снижением их насыпной плотности, уменьшением округлости и повышением шероховатости. Как уже отмечалось, оптимальная величина зерен заполнителей второй фракции составляет 0.226 от ее диаметра. Это позволяет образовывать плотные упаковки смеси заполнителей, пустотность которых по данным П.И.Боженова всегда будет меньше 21 % ( 2.6). При этом создается плотная упаковка заполнителей, в связи с чем пористость материала определяется в основном насыпными плотностями используемых фракций заполнителей. Максимальные значения пористости материалов на минеральных вяжущих с наиболее распространенной четырехмерной решеткой при наличии перегородок между порами могут достигать 73.8 %, при этом минимальная средняя плотность материалов составит 590 кг/м3. |
| INFOSTROY.INFO © |