Зап-ли и теплопроводность Ба.

Теплопроводность - одно из важнейших свойств Ба, приме­няемого в ограждающих конструкциях. Чем легче Б, тем, как правило, меньше его теплопроводность, поскольку уменьшение плот­ности Ба связано с повышением пористости, т. е. с вовлечени­ем в объем Ба воздуха, являющегося в небольших порах прекрасным теплоизолятором. Теплопроводность Ба в значительной мере определяется ви­дом используемого зап-ля. Развитие произ-ва пористых зап-лей для легких Бов сделало возможным массовое применение легкоБных стеновых панелей наружных стен в жилищном стр-ве, теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных легких Бов различного назначения. Расчетная теплопроводность керамзитоБа при плотности 1000 кг/м³ составляет 0,41 Вт/(м∙°С), что в 2 раза меньше теплопроводности кирпичной кладки, а при плотности 1200 кг/м³ - 0,52Вт/(м∙°С) и т. д. Имеется определенная общая зависимость между плотностью и теплопроводностью, однако возможны и существенные отклоне­ния от этой зависимости. Известно, что аморфные мат-лы ме­нее теплопроводны, чем кристаллические. Так, обычное силикатное стекло с плотностью 2500 кг/м3 имеет теплопроводность примерно 0,8 Вт/(м∙°С), т. е. такую же, как у кирпича, плотность которого лишь 1700 кг/м3. Теплопроводность обычного Ба с плотностью близкой к плотности стекла, составляет примерно 1,4 Вт/(м∙°С). Поэтому с точки зрения требований теплоизоляции предпочти­тельны зап-ли, в составе которых больше стекла, например шлаковая пемза, получаемая быстрым охлаждением поризованного расплава (при быстром охлаждении расплава кристаллизация не происходит). Действительно, исследования показали сравни­тельно малую теплопроводность шлакопемзоБа. На теплопроводность легкого Ба неплотной структуры (крупнопористого или малопесчаного) существенное влияние ока­зывает гранулометрический состав зап-лей, поскольку от не­го зависит характер межзерновой пористости. Из двух видов Ба с одинаковым общим объемом пор мелкопористый, как прави­ло, будет иметь меньшую теплопроводность, так как эффективная теплопроводность воздуха, включающая и передачу излучением, зависит от размера пор. Теплопроводность Ба зависит также от его влажности. Теп­лопроводность воды составляет 0,58 Вт/(м°С), что во много раз больше теплопроводности воздуха. Поэтому, если поры Ба вместо воздуха заполняет вода, то теплопроводность его резко уве­личивается, теплопотери через увлажненные ограждающие кон­струкции возрастают, а в зимний период возможно их промерза­ние. Теплопроводность льда составляет около 1,8 Вт/(м-°С), Т.О. с промерзанием увлажненного Ба его теплопровод­ность еще более увеличивается. При приготовлении Бной смеси и пропаривании изделий по­ристые зап-ли обычно переувлажняются. Поэтому большое зн-ние имеет скорость высыхания Ба, связанная с влагоот­дачей зап-ля. Некоторые зап-ли отл-ются замедлен­ной влагоотдачей. К их числу относится, в частности, мелкий вспу­ченный перлит.

Усадка Ба и зап-ля.

Твердение и высыхание Цного камня сопровождаются усадкой, проявляющейся в уменьшении его объема. Линейные раз­меры образцов из Цного камня за год или несколько лет уменьшаются примерно на 2 мм/м. Зап-ли в Бе, препятствуя усадочным деформациям Цного камня, сопротивляются им и в рез-те оказывают­ся обжатыми, тогда как Цный камень испытывает растяже­ние. При обжатии зерен зап-ля их деформации обратно про­порциональны модулю упругости. Так, пористые зап-ли де­формируются значительнее, чем плотные; их сопротивление силам, возникающим при уменьшении объема Цного камня, меньше. Поэтому усадка легких Бов на пористых зап-лях больше и составляет примерно 0,5... 0,7 мм/м, иногда до 1 мм/м. Тяжелый Б на плотных жестких зап-лях дает усадку не более 0,2... 0,4 мм/м. На усадочные деформации Ба влияет не только качество, но и сод-ние зап-лей. Чем больше зап-лей в Бе и меньше Цного камня, тем меньше усадка. Наиболь­шее насыщение объема Ба зап-лем достигается при оп­тимальном его зерновом составе и наибольшей предельной круп­ности. Зап-ли с прерывистым зерновым составом обеспечи­вают наименьшую усадку Ба. Мелкозернистые Бы отли­чаются повышенной усадкой (как и повышенной ползучестью). Необходимо различать два проявления усадки: усадочные деформации и усадочные напряжения. Последние возникают в том случае, когда осуществлению усадочных деформаций что-то препятствует. в Бе Цный камень вследствие его усадки и сопротивления зап-ля оказывается растянутым. Предварительное растяжение Цного камня в Бе до приложения внешней нагрузки — явление нежелательное, так как уменьшает прочность Ба. Однако если учесть, что усадка - процесс длительный, растягивающие усадочные напряжения в Цном камне могут быть не столь опасны: постепенно происхо­дит их релаксация вследствие ползучести Цного камня (это один из примеров того, как нежелательное явление ползучести мо­жет оказаться полезным). Благодаря пластическим деформациям усадочные напряжения в Бе носят временный характер и по­степенно затухают. Иное дело, когда усадочные напряжения оказываются столь большими, что достигают предела прочности Цного камня при растяжении. Тогда в Цном камне образуются микротрещины, прочность Ба (особенно при растяжении), его водонепроницае­мость, стойкость в агрессивных средах снижаются. Это нередко наблюдается при применении высокомодульного (жесткого) круп­ного зап-ля, особенно если последний расположен контактно (зерно впритык к зерну), например при раздельном Бировании, когда в опалубку сначала укладывается крупный зап-ль, а затем нагнетается раствор. Если такой Б эксплуатируется в су­хой среде, то хотя наблюдаемая усадка очень мала, необходимо учитывать внутреннее напряженное состояние, чтобы исключить трещинообразование. Раздельное Бирование применяется обычно в гидротехниче­ском стр-ве, когда сооружения эксплуатируются в водной среде, и усадка там не происходит. Для предупреждения прояв­ления внутренних усадочных напряжений и трещинообразования предпочтительно применение низкомодульных, в частности порис­тых, зап-лей. При таких зап-лях обеспечивается целостность Цного камня, что благоприятно сказывается на долговечности Ба, его водонепроницаемости, стойкости в агрессив­ных средах. Преимущества порис­тых зап-лей; сцепление их с Цным камнем надежнее, модуль упругости меньше. При обжатии пористых зап-лей происходит увеличение прочности зап-ля.

Долговечность Ба и зап-ля.

Некоторые факторы долговечности Ба связаны с усадкой и ползучестью, другие также в значительной степени обусловлены свойствами применяемых зап-лей. Весьма важна способность Ба противостоять многократно­му изменению tы. Если разница между коэф-та­ми tного расширения Цного камня и зап-лей велика, то при изменении tы в Бе могут развивать­ся значительные внутренние напряжения, аналогичные усадочным и иногда еще более опасные. Коэф-т линейного tного расширения Цно­го камня в интервале обычных эксплуатационных t со­ставляет (10-18) 10^{-6 о}С. У природных плотных горных пород, используемых для произ-ва зап-лей, коэф-т ли­нейного расширения обычно несколько меньше. Это значит, что при нагреве Ба в зап-ле могут возникать растягивающие напряжения, а в Цном камне - сжимающие. Напряженное состояние при этом аналогично случаю расширения Цного камня и может привести к нарушению сцепления между зап-лем и Цным камнем. Опасно для таких Бов и охлаждение — в Цном камне могут возникнуть значительные растягивающие напряжения. Это возможно, в частности, после термообработки (пропаривания) Бных изделий, т. е. когда tа эксплуатации ниже tы формирования структуры Ба. Еще более существенные напряжения могут возникнуть в Бе при его применении в особых условиях футеровки тепловых агрегатов, печей и т. д. Используемые для этих целей жаростойкие Бы получают на специальных зап-лях. Многократные колебания tы в процессе эксплуата­ции, вызывая появление внутренних напряжений, иногда знакопе­ременных, могут привести к «расшатыванию» структуры, образо­ванию трещин в Бе. Необходимо предвидеть возможные терми­ческие напряжения, уметь оценить последствия их действия. Особый случай представляют зап-ли с ориентированным расположением кристаллов. Так, кристаллы ортоклаза, являюще­гося составной частью гранитов, характеризуются термическим расширением только в одном направлении — параллельно кристал­лографической оси. Кристаллы плагиоклазовых полевых шпатов имеют в различных направлениях разные коэф-ты линейно­го расширения, а у кристаллов кальцита, составляющего известня­ки и мраморы, коэф-ты линейного расширения отличаются не только по значению, но и по знаку. При неравномерных дефор­мациях подобных зап-лей в Бе возникают большие со­средоточенные силы. Зап-ли, состоящие из кристаллов с одинаковой ориента­цией кристаллографических осей (ортоклаз), при резких колебаниях tы могут разрушить Б. Поэтому из горных пород для зап-лей предпочтительны такие, которые состоят из мелких кристаллов со случайной, хаотической ориентацией. Важным фактором долговечности Ба является его способ­ность противостоять многократному попеременному увлажнению и высушиванию, вызывающему разбухание и усадку Цного камня. разбухание и усадка при увлаж­нении и высушивании свойственны также и некоторым пористым зап-лям, в частности керамзиту. Это обстоятельство и главным образом относительная податливость пористых зап-лей (меньший модуль упругости) приводят к уменьшению внутренних Напряжений в Бе, способствуя его долговечности. В ряде случаев на пористых зап-лях можно получить менее водопроницаемый Б, чем на плотных. Объясняется это тем, что вода просачивается не столько че­рез зап-ли, сколько через микротрещины в Цном кам­не и в зоне контакта его с зап-лями, а такие микротрещины в Бе на пористых зап-лях менее вероятны. Водонепроницаемость — один из важных факторов стойкости Ба в различных агрессивных средах. На способность Ба сопротивляться попеременному замора­живанию и оттаиванию в насыщенном водой состоянии решающее влияние оказывают морозостойкость самих зап-лей, свойства, определяющие их сцепление с Цным камнем, и модуль упру­гости зап-лей. Кроме того, при использовании пористых зап-лей имеет значение следующий фактор. Свободные поры зап-ля при замораживании Ба являются резервуаром для оттесненной воды за фронтом расширяющегося льда. Воздух в по­рах сжимается и служит амортизатором возникающего давления. Поэтому легкие Бы на доброкачественных пористых зап-лях характеризуются высокой морозостойкостью. На долговечность Ба влияет химическое взаимодействие некоторых зап-лей или содержащихся в них примесей с продуктами гидратации и гидролиза Ца и водой. В глинистых породах, применяемых для произ-ва искус­ственных пористых зап-лей (керамзита, аглопорита), могут встречаться вкрапления известняков. В рез-те обжига такого сырья образуются частицы пережженной медленно гасящейся из­вести (так называемый «дутик»), которая может через длитель­ное время — уже в Бной конструкции — вступить во взаимо­действие с водой. Получаемый гидроксид кальция, как известно, увеличивается в объеме, что может вызвать разрушение Ба. В Бе, эксплуатируемом во влажной среде, возможны так­же медленно идущие и проявляющиеся в течение многих лет реак­ции взаимодействия щелочей, содержащихся в Це, с неко­торыми кислыми минералами зап-лей, например с опалом и другими видами химически активного аморфного кремнезема. Гелеобразные продукты реакции распирают зону. контакта, в рез-те чего нарушается сцепление между зап-лем и Цным камнем, в Бе возникают трещины. Стан­дартами ограничивается сод-ние в зап-лях органических примесей и сульфатов, вызывающих коррозию Цного камня. Коррозия Ба. Для повышения долговечности Ба зап-ли, активно вза­имодействующие со щелочами, в Цных Бах применяться не должны. Исключение составляют некоторые пористые зап-ли, для которых в силу развитой поверхности, открытой по­ристости и надежности сцепления с Цным камнем такое взаи­модействие, как показал опыт, не столь опасно. Описанные выше и другие эксплуатационные факторы с тече­нием времени могут привести к постепенному ослаблению Ба, однако одновременно действует также фактор его упрочнения в силу продолжающейся годы и десятилетия гидратации Ца. Несомненно, долговечность Ба и Бных конструкций связа­на с ростом прочности, компенсирующим ослабляющие эффекты. Известно, что увеличение прочности Ба во времени зависит эт вида Ца, состава Ба и условий эксплуатации т е рост прочности Ба определяется ростом прочности Цного камня. Исп-ние пористого зап-ля в Бе дает возможность прогнозировать рост прочности Ба.

Однородность Ба и зап-ля.

Состав однородной смеси и ее теплотехнические свойства, необходимые для удовлетворительного перемешивания, транспортирования, укладки, уплотнения, твердения Б в значительной степени зависит от свойств применяемых зап-лей (щебень/песок). Задача этого этапа состоит в точном дозировании компонентов Б, тщательном их перемешивании. Критерием надлежащего перемешивания является однородность БС по составу. Произ-во БС и растворных смесей осуществляется в зависимости от условий их потребления: товарные заводы для районного потребления, на центральных заводах стр-ва; на предприятиях сборного ЖБ, временных Босмесительных и растворосмесительных установках. В зависимости от размеров и мощности завода в его составе д.б.: 1. Приемные складские и транспортирующие устройства для компонентов Б (склады). 2. Бункеры для создания оперативного запаса мат-лов. 3. Дозаторы компонентов Б. 4. Смесительное оборудование. 5. Устройство для перегрузки готовой смеси и транспортные средства. В зависимости от свойств зап-лей выбирается технология их дозирования. Так, при использовании зап-лей из плотных каменных пород дозирование осуществляется с помощью весовых дозаторов. Если объемная масса готовой продукции практически постоянна, то при весовом дозировании объем занимаемого отдозированного компонента будет постоянным. При использовании пористых зап-лей, где каждое зерно имеет отличную степень вспучивания и неодинаковую среднюю плотность и пористость, то 1кг пористой породы занимает различные объемы, поэтому все пористые мат-лы, имеющие неоднородную среднюю плотность, дозируются по объему. Свойства зап-лей необходимо учитывать при технологии перемешивания. Существует 2 вида смесителей: гравитационные, принудительные (с вертикальным валом перемешивания; с горизонтальным валом перемешивания; скоростные, турбулентного типа с верт.валом). В гравитационных смесителях компоненты БС перемешиваются при многократном свободном падении во вращающемся барабане под воздействием силы тяжести. Этот способ перемешивания м.б. использован, если крупный пористый зап-ль тяжелее ЦТ или растворной части Б. Если же зап-ль легче и всплывает, то необходимо использовать смесители принудительного действия. Для перемешивания тяжелых БС, имеющих высокую прочность тяжелого крупного зап-ля, использование принудительного смесителя нецелесообразно, т.к. зап-ль, попадая м/у корпусом и лопастью смесителя, может повредить лопасть или корпус смесителя. Для получения достаточной однородности необходимо учитывать интенсивность перемешивания БС, форму зерен, пористость, шероховатость пов-ти, крупность. В процессе перемешивания БС необходимо распределить небольшое кол-во ЦТ, покрыв им всю пов-ть зерен зап-ля. Отсюда, чем < зап-ль, тем > процесс перемешивания. Однородность Ба по прочности и другим свойствам - важ­нейший фактор надежности Бных и железоБных конст­рукций.

Однородность Ба по прочности наряду с другими фактора­ми зависит от сод-ния и качества применяемых зап-лей, особенно если какие-либо свойства последних ограничивают полу­чение Ба требуемой прочности. При попытке получить высокопрочный Б на гладком ока­танном гравии слабым местом является контакт Цного камня с зап-лем, и чем больше будет в Бе зап-ля, тем меньшей окажется прочность Ба. В этом случае неточность дозирования и неравномерное распределение зап-ля по объ­ему Ба будут снижать однородность Ба по прочности и тем значительнее, чем выше проектная прочность Ба. Если свойства зап-ля обеспечивают надлежащее сцепле­ние с Цным камнем в Бе, а прочность зап-ля доста­точно высока, то возможные колебания сод-ния такого зап-ля в Бе сравнительно мало скажутся на прочности Ба и ее изменчивости. Если прочность зап-ля недостаточна для полу­чения Ба требуемой прочности, то и колебания сод-ния, и неоднородность зап-ля могут весьма резко снизить одно­родность Ба. Однородность легких Бов помимо общих технологических факторов зависит от того, насколько рационально выбрана область применения того или иного пористого зап-ля. Имеет значение соотношение заданной прочности Ба и прочности зап-ля в Бе, причем последняя должна оцениваться не только интегрально по средним показателям, но и характеристи­кой однородности. Если заданный предел прочности Ба превы­шает минимальное статистически вероятное значение предела прочности зап-ля, а тем более среднее его значение, то одно­родность Ба снижается. Нередко стремятся получить легкий Б как можно более высокой прочности, не учитывая при этом, что при R_б>R₃ повы­шение прочности Ба сопровождается снижением его однород­ности, поэтому расчетное сопротивление нельзя повысить без рис­ка снизить обычный запас прочности конструкций. Отсюда в до­полнение к вышеизложенному вытекают повышенные требования к прочности зап-лей для Ба и их однородности. Повышение однородности зап-лей, т. е. приближение ми­нимального статистически вероятного предела прочности к средне­му, столь же важно, как повышение среднего предела прочности. Для легких теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоля­ционных Бов большое значение имеет однородность по тепло­проводности. Учитывая связь теплопроводности с плотностью Ба, обычно для упрощения задачи определяют однородность Ба по плотности, причем вычисляют не минимальную, а макси­мальную статистически вероятную плотность Ба. На стабильность всех показателей качества Ба влияет однородность применяемых зап-лей также по влажности, крупности, форме зерен и т. д.