Содержание к диссертации
Введение
1. Процессы тепло- и влагопереноса в ограждающих конструкциях зданий. современное состояние вопроса 13
1.1. Закономерности тепло- и влагопереноса в ограждающих конструкциях 14
1.1.1. Влияние влажностного режима на состояние ограждающих конструкций 14
1.1.2. Причины увлажнения материалов в ограждающих конструкциях 15
1.1.3. Основные закономерности и механизмы тепло- и влагопереноса в пористых материалах 17
1.2. Методы расчета тепловлажностного режима ограждающих конструкций 23
1.3. Методы экспериментального определения влажностных характеристик строительных материалов 31
1.4. Основные выводы и направления исследования 41
2. Экспериментальное исследование структуры и влажностных характеристик автоклавного газобетона 43
2.1. Описание пористого материал а.. 43
2.1.1. Общие сведения о материале 43
2.1.2. Состав материала 45
2.1.3. Технология получения материала 47
2.2. Исследование структуры пористого материала. 48
2.2.1. Исследование структуры методом световой микроскопии 49
2.2.3. Исследование структуры методом ртутной порометрии 51
2.2.4. Исследование структуры с помощью синхротронного излучения 55
2.2.5. Сравнение пористой структуры газобетона и других строительных материалов 57
2.3. Исследование влажностных характеристик материала 59
2.3.1. Изотермы сорбции и десорбции 59
2.3.2. Водопоглощение 66
2.3.3. Паропроницаемость 67
3. Экспериментальное исследование влагопереноса в автоклавном газобетоне в изотермических условиях 71
3.1. Описание метода исследования 71
3.2. Описание экспериментальной установки 73
3.3. Тестовые измерения 75
3.4. Исследование процессов влагопереноса в изотермических условиях 78
3.4.1. Исследование влагопереноса при капиллярной пропитке 78
3.4.2. Исследования влагопереноса при сорбционном увлажнении 81
3.5. Обработка экспериментальных данных 85
3.6. Сравнение коэффициента диффузии влаги газобетона и других
строительных материалов 91
4. Экспериментальное исследование влагопереноса в автоклавном газобетоне в неизотермических условиях 94
4.1. Описание экспериментальной установки 94
4.2. Увлажнение газобетона при различных тепловлажностных условиях 97
4.2.1. Увлажнение газобетона при отсутствии градиента температуры 97
4.2.2. Увлажнение газобетона при малом градиенте температуры .. 99
4.2.3. Увлажнение газобетона при большом градиенте температуры... 101
4.3. Сравнение интенсивности увлажнения газобетона при различных граничных тепловлажностных условиях 105
5. Теоретическое и эксперментальное определение увлажнения ограждающих конструкций зданий 107
5.1. Методика расчета квазистационарного влажностного режима ограждающих конструкций 107
5.2. Расчеты влажностного режима однослойных ограждающих конструкций 116
5.3. Расчеты влажностного режима многослойных ограждающих конструкций 122
5.4. Исследование влажностного режима многослойных ограждающих конструкций в натурных условиях 125
5.5. Расчеты различных вариантов внутреннего утепления многослойных ограждающих конструкций 129
6. Расчет совместного нестационарного тепло- и влагопереноса в ограждающих конструкциях зданий ... 133
6.1. Модель расчета - 133
6.2. Сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными 136
6.3. Расчет влияния градиента температуры на увлажнение газобетона 145
Основные выводы 151
Список использованной литературы 153
Приложение 1. Оценка погрешности измерений 164
- Основные закономерности и механизмы тепло- и влагопереноса в пористых материалах
- Исследование структуры методом ртутной порометрии
- Исследования влагопереноса при сорбционном увлажнении
- Исследование влажностного режима многослойных ограждающих конструкций в натурных условиях
Введение к работе
Актуальность работы.
Энерго - и ресурсосбережение является генеральным направлением современной технической политики Российской Федерации в области строительства [1, 2]. В комплексе мер по энергосбережению большое значение имеет повышение теплозащиты ограждающих конструкций зданий. В соответствии с введенными в действие новыми нормативами по теплозащите зданий [3, 4] значительно возросли теплотехнические требования к ограждающим конструкциям. В связи с этим в современном строительстве широкое распространение получили многослойные ограждающие конструкции с применением пористых теплоизоляционных материалов. Данные материалы обладают повышенными теплозащитными свойствами и позволяют уменьшить толщину и вес ограждающих конструкций. В то же время долговечность и эксплуатационные свойства таких конструкций в значительной степени определяются их влажностным режимом [6, 7]. Поэтому весьма актуальна задача прогнозирования влажностного состояния многослойных ограждающих конструкций еще на стадии проектирования здания. Для этого необходимо выполнять расчеты влажностного режима ограждающих конструкции зданий и сооружений.
Используемые в проектировании методы расчета влажностного состояния ограждающих конструкций, как правило, основываются на стационарном подходе и не отражают изменение содержания влаги в процессе эксплуатации здания [4, 5]. Для того чтобы оценить состояние ограждающей конструкции в различные периоды времени необходимо развивать нестационарные методы расчета влажностного режима. Однако, большинство используемых в настоящее время нестационарных методов расчета влажностного режима ограждающих конструкций не учитывают многие сопутствующие физические явления и отличаются сильной формализацией параметров влагопереноса.
Для разработки новых методов расчета, более полно учитывающих физические явления сопутствующие влагопереносу в ограждениях необходимо проведение цикла экспериментальных исследований влажностных характеристик и структуры строительных материалов. В тоже время существующие методики экспериментального определения влажностных характеристик строительных материалов трудоемки и недостаточно точны. Таким образом, одновременно с разработкой методов расчета влажностного режима ограждающих конструкций следует развивать методики экспериментального исследования влагопереноса в строительных материалах.
За последние годы в условиях политики энергосбережения при общем дефиците и дороговизне энергии активно разрабатываются проекты энергоэффективных зданий [8, 9], которые предусматривают интенсивное использование пористых теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях, позволяющих одновременно выполнять несущие и повышенные теплозащитные функции. Одним из материалов, отвечающим вышеназванным требованиям является автоклавный газобетон. В связи с этим в последнее время все чаще встречаются различные конструкции наружных стен с применением данного строительного материала [10, 11]. Автоклавный газобетон относится к конструкционно-теплоизоляционным материалам, теплотехнические характеристики и показатели прочности которого хорошо известны. Однако, влажностные характеристики данного материала недостаточно хорошо изучены, поэтому в практике строительства нередко возникают вопросы при его использовании.
Следует отметить, что данная работа выполнялась при поддержке программ Министерства науки и образования «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (проект № 03.01.079, проект № 03.01.034), "Интеграционного проекта СО РАН" (проект № 166), а также совместного российско-белорусского проекта РФФИ-БРФФИ (грант № 02.02.81005, грант № 06-08-81003 Бел-а).
Цель работы состояла в исследование совместного тепломассообмена в пористых строительных материалах с целью создания эффективного метода расчета тепловлажностного состояния ограждающих конструкций зданий и обеспечения заданных температурного и влажностного режимов в помещениях.
В соответствии с целью работы поставлены следующие задачи:
1 .На базе современной аппаратуры и с использованием новых измерительных методов создать комплекс экспериментальных установок для исследования тепломассообмена в пористых строительных материалах.
2.Выполнить экспериментальное исследование структуры и влажностных характеристик пористого строительного материала на примере автоклавного газобетона. Выявить взаимосвязь между структурой и влажностными характеристиками материала.
3.Провести экспериментальное исследование тепло- и влагопереноса в газобетоне в широком диапазоне изменения граничных тепловлажностных условий и при различных режимах увлажнения.
4. Методами математического моделирования исследовать совместный нестационарный тепло- и влагоперенос в пористых строительных материалах и провести верификацию полученных результатов расчетов на экспериментальных данных для автоклавного газобетона.
5.Выполнить расчеты и провести натурные исследования тепловлажностного состояния различных ограждающих конструкций зданий из газобетона, используя экспериментально полученные влажностные характеристики.
На защиту выносятся:
1. Результаты экспериментального исследования структуры и влажностных характеристик автоклавного газобетона.
2. Результаты экспериментального исследования процессов влагопереноса в автоклавном газобетоне в широком диапазоне тепловлажностных условий.
3. Результаты численных расчетов совместного тепло- и влагопереноса в автоклавном газобетоне с использованием нестационарной методики.
Научная новизна работы:
1. Разработана новая методика экспериментального определения влажно Ф стных характеристик строительных материалов с использованием гамма-просвечивания.
2. При различных тепловлажностных условиях экспериментально определены характеристики влагопереноса в автоклавном газобетоне. Получена зависимость коэффициента диффузии влаги от влажности материала при различных режимах увлажнения.
3. На основании экспериментальных исследований разработан и апробиро- ,. , ван нестационарный метод расчета тепловлажностного состояния ограждающих конструкций зданий, учитывающий перенос парообразной и жидкой влаги при различных тепловлажностных условиях.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
- разработанный неразрушающий метод определения влажностных характеристик пористых материалов может быть использован для широкого круга ,0) строительных материалов;
- полученные экспериментальные и расчетные результаты по влиянию градиентов температуры и влажности на увлажнение газобетона позволяют сформулировать требования к условиям его эксплуатации;
- проведены натурные испытания и выполнено расчетное обоснование многослойных ограждающих конструкций зданий из газобетона с оптимальны ф ми конструктивными решениями для обеспечения минимального накопления влаги в ограждениях и создания комфортного тепловлажностного режима в помещениях.
Апробация работы. Результаты работы докладывались: на II Международном научно-техническом семинаре "Нетрадиционные технологии в строитель-стве" (Томск, 2001 т.), на 58-й - 64-й научно-технических конференциях в НГАСУ (Сибстрин) (Новосибирск, 2001 - 2007 гг.), на VIII и IX Всероссийской конференции молодых учёных "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики" (Новосибирск, 2004 г, 2006 г.), на V Минском Международном Форуме по тепломассообмену (Беларусь, Минск, 2004 г.), на XV международной конференции по использованию синхротронного излучения (Новосибирск, 2004 г.), на XXVII Сибирском теплофизическом семинаре (Но-, . восибирск, 2004 г.), на 3-ей научной школе-конференции "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики" (Украина, Алушта, 2005г.), на IV российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2006 г.).
Материалы работы получили признание в конкурсе исследовательских фантов молодежной программы международного фонда "Глобальная энергия" (№ МГ-200 5/04/3) и Лаврентьевском конкурсе молодежных проектов СО РАН. Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 16 печат-фу ных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Объем диссертации составляет 164 страницы, включая 63 рисунка, 7 таблиц. Список литературы содержит 117 наименований.
В первой главе рассмотрены основные закономерности процессов тепло- и i влагопереноса, а также проведен обзор литературы по существующим методам расчета тепловлажностного режима ограждающих конструкций зданий и по методикам экспериментального исследования влажностных характеристик строительных материалов.
Во второй главе изложены результаты экспериментальных исследований структуры и влажностных характеристик автоклавного газобетона. Рассматри- ; вается взаимосвязь пористой структуры с влажностными характеристиками.
В третьей главе описаны метод исследования и экспериментальная установка. Представлены результаты экспериментальных исследований влагопере-носа в изотермических условиях для автоклавного газобетона. Рассматривается как капиллярная пропитка, так и сорбционное увлажнение материала. Представлена методика определения влажностных характеристик строительного материала и определена зависимость коэффициента диффузии влаги от влажности для автоклавного газобетона.
В четвертой главе описана экспериментальная установка для исследования тепло- и влагопереноса в пористых материалах в неизотермических условиях. Представлены результаты экспериментальных исследований тепло- и влагопереноса при различных граничных тепловлажностных условиях для автоклавного газобетона.
В пятой главе приведены результаты расчетов квазистационарного т епло-влажностного режима некоторых распространенных конструкций наружных стен с применением газобетона. В расчетах использованы экспериментально полученные влажностные характеристики автоклавного газобетона.
В шестой главе описана математическая модель и методика численного расчета совместного тепло- и влагопереноса в пористых строительных материалах. Представлены результаты расчеты нестационарного тепло- и влагопереноса в автоклавном газобетоне при различных граничных условиях. Приведено сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными.
В приложении сделана оценка погрешности проведенных измерений.
Автор благодарен сотрудникам лаборатории термогазодинамики Института теплофизики СО РАН, а также сотрудникам кафедр ТСП и ТГиВ НГАСУ за ценные советы и внимание к работе.
По вопросам, относящихся к проведению экспериментальных исследований и разработке методов расчета, научным консультантом диссертанта являлся к.т.н., с.н.с. Низовцев Михаил Иванович.
Основные закономерности и механизмы тепло- и влагопереноса в пористых материалах
Расчеты влажностного состояния ограждающих конструкций зданий в отечественной практике строительного проектирования стали применяться сравнительно недавно. К первым наиболее известным работам, в которых учитывается влажностный режим как самостоятельный фактор, можно отнести работу В.Д. Мачинского [32], в которой он указывает на перемещение водяного пара в наружных ограждениях за счет разности упругостей (парциального давления) водяного пара по разные стороны ограждения в холодное время года. Однако он не предлагает метода расчета, а лишь рекомендует некоторые "строительные приемы" при проектировании наружных ограждений.
Первый метод расчета влажностного режима был разработан и предложен в начале 30-х годов К.Ф. Фокиным [33]. Метод основывался на стационарном влажностном режиме и сводился к определению зоны конденсации. Предложенная методика рассматривала перемещение влаги посредством диффузии под влиянием градиента упругости (парциального давления) водяного пара. При этом интенсивность диффузии зависела не только от разности парциальных давлений водяного пара, но еще и от степени паропроницаемости строительных материалов составляющих ограждение. Кроме того, предполагается, что в процессе диффузии по толщине ограждающей конструкции времени происходит падение упругости водяного пара и температуры. В некоторых случаях соотношение падения упругости водяного пара и температуры в ограждении будет таким, что конденсации влаги в толще ограждения не происходит. В других же случаях, когда падение температуры в ограждении будет более интенсивным, чем падение упругости водяного пара, может оказаться, что к некоторому моменту времени в отдельных сечениях ограждения упругость водяного пара достигает значений, соответствующих максимальным при температуре в этих сечениях. Это определяет начало выпадения конденсата. Расчетом можно было установить количество выпадающего конденсата в ограждении как разность поступающего и уходящего водяного пара из зоны конденсации. Предложенный метод, по сути, являлся графоаналитическим, и соответственно не отличался высокой точностью. В тоже время в основу метода К.Ф. Фокина была положена простая и понятная физическая модель, поэтому различные модификации этого метода применяются до сих пор как у нас в стране, так и за рубежом [108]. Совершенствованием этого метода занимались как сам К.Ф. Фокин [30], так и ряд других авторов: А.М, Шкловер [34], Ф.В. Ушков [35]. ,щ. Несмотря на недостатки, расчет влажностного режима по квазистационарным условиям позволяет установить годовой баланс влаги в ограждении и тем самым выяснить будет ли ограждение с течением времени увлажняться или высыхать. Поэтому на практике эти методы часто применяют для ориентировочной оценки влажностного состояния ограждающей конструкции. Например, до сих пор при проектировании ограждающей конструкции влажностный расчет, как правило, выполняется по стационарному If;/ состоянию и сводится к определению требуемого сопротивления паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги за годовой период и за период с отрицательными среднемесячными температурами [3,4]. Общим недостатком всех стационарных методов является их неточность, вследствие не соответствия реальному физическому процессу влагопереноса, который из-за очень малой интенсивности при переменных температурному влажностных климатических условиях в ограждающих конструкциях практически никогда не достигает стационарного состояния. Для получения действительной картины влажностного режима ограждающей конструкции необходимо выполнять нестационарные расчеты. Первыми работами, показывающими возможность расчета нестационарного влажностного режима, можно считать работы Эпштейна [15], в которых предлагается решать дифференциальное уравнение второго порядка, описывающее перенос парообразной влаги, методом конечно-разностной аппроксимации по явной схеме. Несколько позднее К.Ф. Фокин опубликовал работу, в которой предложил более совершенный нестационарный метод расчета, названный им методом «последовательного увлажнения» [36]. Распространяя аналогию между теплопроводностью и диффузией на нестационарные условия, решается следующее дифференциальное уравнение влагопереноса:
Методика представленная Фокиным рассматривает процесс влагопереноса в диапазоне сорбционной влажности материалов. За потенциал влажности также принимается парциальное давление водяных паров. Обычно при расчете условно принимают стационарное распределение температуры, а затем определяют значение парциального давления водяного пара в различных сечениях конструкции в определенные моменты времени и переводят их в равновесные влажности, пользуясь изотермами сорбции и десорбции. При образовании конденсата в плоскости соприкосновения слоев из различных материалов можно его количество распределять между материалами пропорционально их среднесуточным скоростям всасывания влаги.
Позднее К.Ф. Фокин предложил дополнить метод последовательного увлажнения учетом перемещения жидкой фазы влаги [30]. В дальнейшем этот метод был усовершенствован В.Г. Гагариным [37]. К усовершенствованиям относятся учет пароизоляционных слоев ограждения, замена среднесуточных скоростей капиллярного всасывания мгновенными скоростями капиллярного всасывания воды строительными материалами. Учет зависимости сорбционных свойств строительных материалов от температуры позволил повысить точность расчета парциального давления в порах материала. Кроме того, в [37] было предложено решать общее уравнение, которое описывает влагоперенос в материалах ограждающей конструкции, как при сорбционном, так и при сверхсорбционном увлажнении:
Исследование структуры методом ртутной порометрии
Наиболее крупные поры газобетона были исследованы с помощью метода световой микроскопии, который относится к оптическим методам [81, 82]. Оптические методы исследования структуры материала основываются на исследовании микрофотографий. Используемый в работе метод заключается в измерении площади сечения пор на фотоизображениях плоских и ровных поверхностей материала. По площади сечения пор определяется их диаметр, а по их количеству, вклад в общую пористость. Общая пористость в этом случае определяется, как отношение площади, занимаемой сечениями пор, к общей площади исследованной поверхности. Данный метод, несмотря на свою трудоемкость и неточность, позволяет определить объемную пористость и рассчитать радиус достаточно крупных пор, которые не могут быть оценены с помощью других методов определения пористой структуры материалов.
С помощью цифрового микроскопа Intel QX3 были сделаны микрофотографии срезов исследуемого материала - автоклавного ячеистого газобетона. При этом рассматривался газобетон различной плотности: 400 кг/м3, 600 кг/м3 и 700 кг/м3. Полученные фотографии при 10-и кратном увеличении представлены на рис.2.1.
Из данного рисунка следует, что в газобетоне различной плотности присутствуют крупные поры, размером до 1 мм. Причем из фотографий видно, что чем больше плотность газобетона, тем меньше в нем количество крупных пор размером свыше 10 м. Данные поры согласно классификации К.Э. Горяйнова и С.К. Горяйновой [83] относятся к ячеистым порам (г = 10"6-Н0"2 м). Ячеистые поры создаются в газобетоне в результате процессов газовыделения при введении алюминиевой пудры в бетонную смесь.
Из представленных на рис.2.1. фотографий видно, что в газобетоне различной плотности наблюдается равномерное распределение крупных пор. В зависимости от плотности газобетона количество крупных пор различно: больше всего их при плотности 400 кг/м , а меньше всего при 700 кг/м .
Полученные изображения были обработаны с помощью оптического метода световой микроскопии. На изображении выделялась характерная пора определенного размера, после этого подсчитывалось количество пор такого размера на исследуемом изображении. Зная площадь одной поры, вычислялась площадь, занимаемая порами данного размера на фотоизображении материала. После этого определялось отношение площади всех этих пор на фотоизображении материала к площади всего изображения. В результате, определялось количество данного вида пор в материале и их вклад в общую пористость материала. В рамках данной работы были определены доли крупных поры различных размеров: 1x10"4, 2x10"4, З 10"4, 4x10"4, 5x10"4 м и определен отдельный вклад каждого размера пор в общую пористость. Результаты измерений представлены в виде зависимостей интегрального распределения пористости по радиусам пор для газобетона различной плотности (рис.2.2.). Как видно из представленных данных, в газобетоне плотностью 400 кг/м содержание крупных пор составляет 50 % от общей пористости, в газобетоне плотностью 600 кг/м3 - 21 %, а в газобетоне плотностью 700 кг/м - 10 %. Таким образом, полученные данные показывают что в газобетоне меньшей плотности более значительная доля крупных пор. .
Итак, оптический метод световой микроскопии позволил нам определить в газобетоне количество крупных пор размером от ІхІО"4 м до 5ХІ0"4 м, но для пор меньшего размера данный метод достаточно сложно применим. Поэтому для исследования следующего диапазона пористости автоклавного газобетона были использованы другие методы изучения пористой структуры материалов.
Наиболее распространенным методом определения размеров пор в широком диапазоне пористости является ртутная порометрия [80]. Метод основан на том, что ртуть не смачивает большинство материалов, образуя при контакте с ними выпуклые мениски с большим углом смачивания. Таким образом, вдавливая ртуть в пористое тело и измеряя приложенное давление, с помощью формулы Томсона-Кельвина вычисляют размер пор, заполняемых при данном давлении. Затем, по размеру пор и массе ртути, вошедшей в поры данного размера, определяют их количество. Постепенно увеличивая давление, вычисляют размеры пор и определяют соответствующие им объемы пор.
На рис.2.3. представлено интегральное распределение пор по радиусам, полученное методом ртутной порометрии для исследуемого газобетона различной плотности. В силу ограничения применимости метода, результаты ртутной порометрии не охватывают крупные поры (радиусом более 10 "4 м), поэтому на данном графике добавлены данные, полученные с использованием метода световой микроскопии. Как видно из графиков, газобетон различной плотности имеет разную общую пористость: при плотности 700 кг/м3 - 70%, при плотности 600 кг/м - 75%, при плотности 400 кг/м - 80%. Кроме того, отличается характер интегральных зависимостей, что указывает на различное распределение пор по размерам при различной плотности газобетона.
Для анализа распределения пор более удобно использовать дифференциальное распределения пор по размерам. На рис.2.4. представлено дифференциальное распределение пор по радиусам, полученное для исследуемого газобетона различной плотности. Как видно из графиков на рис. 2.4., на зависимостях дифференциального распределения пор для газобетона различной плотности присутствует два максимума, то есть согласно классификации пористых материалов [80] газобетон относится к материалам с двумодальным распределением пор. Причем, независимо от плотности газобетона, первый максимум приходится на крупные ячеистые поры размером порядка 10 м, а второй максимум соответствует мелким порам размером порядка 10 7 м. Данные поры согласно классификации К.Э. Горяйнова и С.К. Горяйновой [83] относятся к капиллярным порам (г = Ю МО"6 м). Капиллярные поры образуются в газобетоне в результате удаления избыточной воды из межпоровых перегородок [73].
Исследования влагопереноса при сорбционном увлажнении
После этого образец на несколько дней помещался в установку. В течение этого времени, через определенные промежутки времени регистрировались показания приборов, - определялось ослабление интенсивности излучения в различные моменты времени в данном сечении образца. Просвечивание образца производилось в средней части образца на расстоянии 50 мм от нижнего края образца. Все это время происходило высыхание образца при относительной влажности окружающего воздуха 30 % и температуре 20 С, то есть содержание влаги в образце уменьшалось и соответственно уменьшалось ослабление интенсивности излучения. Высохший образец доставали из установки и взвешивали, соответственно определялась его влажность на момент окончания эксперимента, которая составила 4,5 %. По результатам измерений был получен график изменения ослабления интенсивности излучения с течением времени (рис. 3.3). После этого по известному ослаблению интенсивности излучения, согласно выше изложенной методике, определялась влажность материала в соответствующие моменты времени. В результате было получено изменение влажности образца с течением времени (рис. 3.4). Данный рисунок иллюстрирует процесс высыхания образца газобетона: примерно за 20 суток влажность образца уменьшилась с 60 % до 5 %. Это свидетельствует о сравнительно большой инерционности процессов влагопереноса по сравнению с процессами теплопереноса. В качестве контрольных точек измерения использовались значения влажности образца на момент начала и окончания эксперимента, определенные гравиметрическим методом. Из рисунка 3.4 видно, что измерения сделанные различными методами хорошо согласуются между собой. Расчеты и результаты тестовых замеров показали, что погрешность определения влажности в экспериментах составляла порядка 1,5 %. Оценка погрешности измерений приведена в Приложении 1.
В качестве исследуемого материала использовался автоклавный газобетон плотностью 600 кг/м3. Из данного материала были изготовлены образцы размерами 50x100x100 мм. Образцы высушивались до постоянной массы при 105 С в условиях вакуумной сушки. Затем боковые поверхности образцов покрывались слоем разогретой смеси парафина и канифоли для гидроизоляции и достижения одномерности процесса влагопереноса. После этого образцы помещались в экспериментальную установку. Кроме того, предварительно определялось ослабление интенсивности гамма - излучения соответствующее абсолютно сухому состоянию материала. Все эксперименты выполнялись в изотермических условиях при постоянной температуре 20 С.
Исследования процессов влагопереноса с помощью метода гамма-просвечивания проводились при двух различных режимах изотермического увлажнения: капиллярной пропитке и сорбционном увлажнении.
В режиме капиллярной пропитки, нижняя поверхность образца соприкасалась с водой. К верхней границе подводился воздух, который во время проведения экспериментов имел постоянную относительную влажность 30%, что соответствовало абсолютной влажности воздуха 3 г/м3.
Эксперимент по исследованию влагопереноса при капиллярной пропитке проводился следующим образом. Образец помещался в сосуд с постоянным уровнем воды, так что его нижняя поверхность касалась воды. Этот момент считался началом эксперимента, так как в это время начинался процесс переноса влаги. После этого, через определенные промежутки времени регистрировались значения ослабления интенсивности излучения в различных по высоте сечениях образца. Следует отметить тот факт, что при обработке всех полученных данных крайние точки по расстоянию в расчет не брались вследствие сильного влияния краевых эффектов. Полученные данные обрабатывались по ранее представленной методике и в результате были получены профили распределения влажности по высоте образца в различные моменты времени (рис. 3.5.).
На рис. 3.5 по оси абсцисс отложена относительная массовая влажность материала, а по оси ординат - высота образца, считая от нижней границы. Как видно из графика, с течением времени наблюдалось изменение профиля распределения влажности в образце. Профили влажности наглядно демонстрируют неравномерное продвижение фронта влажности в образце. Через 3 часа после начала эксперимента фронт влажности находился на треть высоты образца, к 5 часам он продвинулся до середины образца и только к концу первых суток фронт влажности достиг верхней границы образца. На вторые сутки от начала эксперимента процесс увлажнения образца завершился практически по всей высоте образца.
В данной работе, наряду с профилями влажности, измеренными по высоте образца, были получены экспериментальные зависимости изменения влажности материала в фиксированных сечениях образцов с течением времени. Для этого подготовленный образец помещался в установку так чтобы пучок гамма -квантов проходил через его среднюю часть (в эксперименте это составляло 40 и 50 мм от низа образца). В таком случае влияние краевых эффектов сводилось к минимуму. Аналогично предыдущему эксперименту на нижней границе образца создавалась постоянная концентрация влаги с помощью сосуда постоянного уровня воды. После этого в течение нескольких часов с интервалом в 100 секунд определялось ослабление интенсивности излучения при прохождении через данное сечение образца. Обработав полученные данные по ранее представленной методике, было получено изменение влажности материала в данном сечении образца с течением времени (рис. 3.6.).
Исследование влажностного режима многослойных ограждающих конструкций в натурных условиях
С помощью разработанной программы были выполнены расчеты влажностного режима многослойных ограждающих конструкций при различных вариантах расположения слоя утеплителя. В качестве многослойной ограждающей конструкции рассмотрим несущую кирпичную стену толщиной 640 мм, утепленную слоем газобетона толщиной 120 мм плотностью 600 кг/м . В первом случае утепление производится изнутри, а во втором случае снаружи. Результаты проведенных расчетов представлены на рис. 5.7., 5.8.
Как видно из представленных графиков, в течение года распределение относительной влажности воздуха в порах материала по толщине стены существенно меняется. Расчеты показали, что при внутреннем утеплении, в ограждении в течение 6 месяцев с ноября по апрель наблюдается зона конденсации, которая занимает значительную часть по толщине слоя кирпича, причем одна из границ зоны конденсации будет всегда находиться на границе слоев (рис. 5.7.). При наружном утеплении, зоны конденсации влаги в ограждении не наблюдается ни в один из месяцев (рис. 5.8).
На основании полученных данных определялось изменение приращения влажности кирпича в стене при внутреннем и при наружном утеплении (рис.5.9.). Для сравнения на рис. 5.9. также нанесены данные по изменению влажностного режима неутепленной кирпичной стены толщиной 640 мм. Как видно из данных представленных на рисунке, при внутреннем утеплении по сравнению с обычной неутепленной кирпичной стеной возрастает величина приращения влажности кирпича, а также количество месяцев, в течение которых в ограждении происходит конденсация влаги. Это приводит к повышению приращения массовой влажности кирпича на 1 % за один зимний период, что достаточно близко к предельно допустимому увлажнению для кирпича (AWm = 1,5 %) [3].
Также, на основании данных рисунка 5.9. видно, что при наружном утеплении стены, увлажнения кирпича не будет происходить даже в зимний период года. То есть, при наружном утеплении процесс высыхания кирпича в ограждающей конструкции будет протекать более интенсивно, чем в обычной неутепленной кирпичной стене.
Таким образом, полученные данные показывают, что при наружном утеплении кирпичной стены газобетоном мы улучшаем ее влажностный режим, а при внутреннем утеплении наоборот ухудшаем. При этом следует отметить, что расчетные сопротивления теплопередаче рассматриваемой многослойной ограждающей конструкций и при наружном и при внутреннем утеплении одинаковы (R = 2,1 м2 С/Вт).
В данной работе проводились натурные исследования влажностного режима ограждающих конструкций зданий с применением автоклавного газобетона. Рассматривалось два жилых многоэтажных здания, расположенных в городе Новосибирске. Оба здания были введены в эксплуатацию за 2 года до исследования. В состав ограждающих конструкций каждого здания входит автоклавный газобетон. В первом здании ограждающая конструкция представляет собой внешнюю несущую кирпичную стену толщиной 640 мм утепленную изнутри слоем газобетона плотностью 600 кг/м и толщиной 120 мм. Схема данной ограждающей конструкции представлена на рис. 5.10. Внутренняя поверхность стены оштукатурена и оклеена обоями. Во втором здании ограждающая конструкция также представляет собой несущую кирпичную стену толщиной 640 мм, однако утепляющий слой из газобетона плотностью 600 кг/м3 и толщиной 120 мм расположен снаружи (рис. 5.12.). Снаружи на стену нанесен слой штукатурки. Внутренняя поверхность стены также оштукатурена и оклеена обоями. Таким образом, в состав ограждающих конструкций каждого здания входит слой из автоклавного газобетона с различными вариантами расположения.
Исследование влажностного режима рассматриваемых ограждающих конструкций проводилось в декабре и заключалось в определении распределения влажности по толщине слоя газобетона. Распределение влажности определялось весовым методом. Для этого из стены по толщине слоя газобетона выпиливалось два образца прямоугольной формы. Затем, каждый образец разрезался на равные по длине части, каждую из которых взвешивали во влажном состоянии и высушивали до постоянного веса. Таким образом, определялось распределение влаги в каждом из образцов.
