Лекция 4. Газо- паропроницаемость– это способность материала пропускать через свою толщу соответственно газ или водяной пар

Газо- паропроницаемость – это способность материала пропускать через свою толщу соответственно газ или водяной пар. При возникновении у поверхности ограждения разности давления газа (воздуха) происходит его перемещение через поры и трещины материала.

За счет чего происходит перемещение водяного пара? С повышением температуры парциальное давление водяных паров возрастает. Таким образом, водяные пары стремятся попасть в область меньшего давления, т. е. на сторону слоя материала с меньшей температурой. Этим объясняется увлажнение изоляции, применяемой для поверхности с отрицательными температурами. Влага, проникая в слой изоляции с теплой стороны, увлажняет изоляцию, а при температуре ниже нуля замерзает. Это вызывает ухудшение свойств изоляции и ее разрушение.

Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропроницаемости, который определяется количеством водяных паров в граммах, проходящим в течение 1 ч через слой материала площадью 1 м² и толщиной 1 м при разности давлений водяного пара на противоположных поверхностях 133,3 Па. Размерность этого коэффициента – кг/(м*ч*Па).

Паропроницаемость несет в себе как положительные моменты, так и отрицательные. Благодаря паропроницаемости материал способен «дышать». То есть из помещения с повышенной влажностью перемешать водяной пар наружу и наоборот. В тоже время в помещениях с повышенной влажностью (более 75 %, таких как бани, свинарники, текстильные фабрики и т.п.) влагообмен достаточно высокий. И в зимний период, когда влага будет стремиться наружу, в зону отрицательных температур, произойдет её замораживание, которое может привести к разрушению поверхностного слоя. В этих случаях необходимо учитывать коэффициент паропроницаемости используемых материалов, при необходимости следует произвести гидроизоляцию внутренней поверхности.

Морозостойкость – свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание.

В строительном материаловедении понятие «морозостойкость» связывают с воздействием на материал двух основных факторов: низкие температуры и вода (в случае пористых материалов).

Разрушительное воздействие мороза на ограждающую конструкцию можно условно разделить на три основных периода: водонасыщение, промерзание и, собственно, разрушение. Рассмотрим причины разрушения пористого материала (бетона). Осенью, в наиболее влажный период года, происходит водонасыщение поверхностного слоя ограждающей конструкции. При понижении температуры окружающей среды наружные слои конструкции постепенно охлаждаются, фронт низких температур распространяется внутрь конструкции. Водяной пар, находящийся в противоположной зоне конструкции, перемещается от тепла к холоду, поскольку давление влажного воздуха при отрицательной температуре ниже, чем при положительной. Попадая в зону низких температур, водяной пар конденсируется в порах, вблизи наружной поверхности ограждающей конструкции. При температуре ниже 0, вода, находящаяся в порах, замерзает, увеличиваясь в объеме на 9 %. Образовавшийся лед начинает давить на стенки пор и может их разрушить, вследствие чего прочность материала снизится.

Существует и другое объяснение. Давление расширения воды при замерзании заставляет мигрировать еще не замерзшую воду, создавая большое гидростатическое давление, которое усиливает напряжения на стенки сообщающихся пор.

Плотные материалы без пор или с низким количеством открытых пор, поглощают мало воды и поэтому морозостойки. Пористые материалы будут обладать удовлетворительной морозостойкостью только в том случае, когда вода займет не более 90 % доступных пор.

Морозостойкость материала количественно оценивается циклами и соответственно маркой по морозостойкости: F15; F25; F50.. F500. За марку материала по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживает образец без снижения прочности на сжатие более 15 – 25 %; после испытаний образцы не должны иметь видимых повреждений, выкрашиваний, потеря массы не должна превышать 5 %.

Морозостойкость материалов: керамический кирпич F15-F50; ячеистый бетон F35-F100; тяжелый бетон для строительства дорог и мостов F50-F200; гидротехнический бетон F500.

Методы повышения морозостойкости:

- уменьшение водопоглощения за счет создания микропористой структуры с преимущественно замкнутыми порами;

- путем воздухововлечения, когда в материале образуются воздушные резервуары, гасящие избыточное давление мигрирующей и замерзающей воды

Теплотехнические свойства.

Теплопроводностью называют свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой.

Теплопроводность является физическим свойством материалов, связанным с переносом в них тепловой энергии за счет взаимодействия их мельчайших частиц (атомов, ионов, электронов, молекул). Перенос тепловой энергии осуществляется непосредственно от частиц, обладающих большей энергией, к частицам с меньшей энергией за счет их непосредственного столкновения и колебания, что приводит к выравниванию температуры тела. Вектор плотности теплового потока пропорционален и противоположен по направлению градиенту температуры Т(grad Т):

Q = - λ grad Т;

где λ — коэффициент теплопроводности (теплопроводность), который не зависит от grad Т, а зависит от агрегатного состояния вещества, его атомно-молекулярного строения, состава, температуры, давления и других физических показателей.

Как отмечалось ранее, строительный материал является гетерогенным, имеющий твердую фазу и воздушные прослойки (поры). Тепловой поток, проходящий через материал, проходит как через твердый каркас, так и через воздушные ячейки (поры). Так как теплопроводность воздуха примерно в 20 раз ниже теплопроводности твердого каркаса (например, для кирпича), то с увеличением пористости теплопроводность твердых тел снижается.

Кроме количества пор, на величину теплопроводности оказывает влияние их размер. Наличие крупных пор приводит к повышению общей теплопроводности системы, особенно при высокой температуре. В то время как мелкие поры являются хорошим препятствием для переноса теплоты. Связано это с тем, что в крупных порах интенсивнее происходит перемещение воздуха, а значит и теплообмен.

Помимо пористости на величину теплопроводности существенное влияние оказывает влага. Попадая в поры материала, влага увеличивает его теплопроводность, так как теплопроводность воды в 25 раз больше, чем теплопроводность воздуха (0.023 → 0.58 Вт/(м∙⁰ С)). При замерзании воды в порах с образованием льда, теплопроводность ещё увеличивается, так как теплопроводность льда в 4 раза выше (2.3 Вт/(м∙⁰ С)), чем воды.

Незначительно на величину теплопроводности влияет температура: теплопроводность металлов с увеличением температуры уменьшается, а остальных материалов увеличивается.

Величину теплопроводности можно оценить расчетно:

,

где λ – теплопроводность, Вт/м∙⁰ С;

р₀ – средняя плотность материала, выраженная в относительных единицах по отношению к плотности воды.