Теплопроводность бетона таблица: Теплопроводность бетона таблица

Содержание

Теплопроводность бетона таблица

Теплопроводность материалов. Таблица

Очень часто домашнему мастеру приходится выбирать, какой материал выбрать для той или иной работы. Одним из основных параметров материалов, в том числе и строительных, является их теплопроводность.

Чтобы быстро найти ответ, какой теплопроводностью обладает конкретный материал, или сравнить между собой различные материалы, очень удобно воспользоваться таблицей теплопроводности материалов.

В таблице собраны, конечно, далеко не все материалы. Но по большинству самых распространенных материалов вы с можете найти в ней значение теплопроводности.

Коэффициенты теплопроводности основных строительных материалов в размерности Вт/(м*К)=Вт/(м*С) и плотность.

Плотность (для сыпучих – насыпная плотность), кг/м3 Коэффициент теплопроводности, Вт/ (м*К)
Алюминий 2600-2700 203,5-221 растет с ростом плотности
Асбест 600 0,151
Асфальтобетон 2100 1,05
АЦП асбесто-цементные плиты 1800 0,35
Бетон см. также Железобетон 2300-2400 1,28-1,51 растет с ростом плотности
Битум 1400 0,27
Бронза 8000 64
Винипласт 1380 0,163
Вода при температурах выше 0 градусов С ~1000 ~0,6
Войлок шерстяной 300 0,047
Гипсокартон 800 0,15
Гранит 2800 3,49
Дерево, дуб — вдоль волокон 700 0,23
Дерево, дуб — поперек волокон 700 0,1
Дерево, сосна или ель — вдоль волокон 500 0,18
Дерево, сосна или ель — поперек волокон 500 0,10—0,15 растет с ростом плотности и влажности
ДСП, ОСП; древесно- или ориентированно-стружечная плита 1000 0,15
Железобетон 2500 1,69
Картон облицовочный 1000 0,18
Керамзит 200 0,1
Керамзит 800 0,18
Керамзитобетон 1800 0,66
Керамзитобетон 500 0,14
Кирпич керамический пустотелый (брутто1000) 1200 0,35
Кирпич керамический пустотелый (брутто1400) 1600 0,41
Кирпич красный глиняный 1800 0,56
Кирпич, силикатный 1800 0,7
Кладка из изоляционного кирпича 600 0,116—0,209 растет с ростом плотности
Кладка из обыкновенного кирпича 600–1700 0,384—0,698—0,814 растет с ростом плотности
Кладка из огнеупорного кирпича 1840 1,05 (при 800—1100°С)
Краска масляная 0,233
Латунь 8500 93
Лед при температурах ниже 0 градусов С 920 2,33
Линолеум 1600 0,33
Литье каменное 3000 0,698
Магнезия 85% в порошке 216 0,07
Медь 8500-8800 384-407 растет с ростом плотности
Минвата 100 0,056
Минвата 50 0,048
Минвата 200 0,07
Мрамор 2800 2,91
Накипь, водяной камень 1,163—3,49 растет с ростом плотности
Опилки древесные 230 0,070—0,093 растет с ростом плотности и влажности
Пакля сухая 150 0,05
Пенобетон 1000 0,29
Пенобетон 300 0,08
Пенопласт 30 0,047
Пенопласт ПВХ 125 0,052
Пенополистирол 100 0,041
Пенополистирол 150 0,05
Пенополистирол 40 0,038
Пенополистирол экструдированый 33 0,031
Пенополиуретан 32 0,023
Пенополиуретан 40 0,029
Пенополиуретан 60 0,035
Пенополиуретан 80 0,041
Пеностекло 400 0,11
Пеностекло 200
0,07
Песок сухой 1600 0,35
Песок влажный 1900 0,814
Полимочевина 1100 0,21
Полиуретановая мастика 1400 0,25
Полиэтилен 1500 0,3
Пробковая мелочь 160 0,047
Ржавчина (окалина) 1,16
Рубероид, пергамин 600 0,17
Свинец 11400 34,9
Совелит 450 0,098
Сталь 7850 58
Сталь нержавеющая 7900 17,5
Стекло оконное 2500 0,698—0,814
Стеклянная вата (стекловата) 200 0,035—0,070 растет с ростом плотности
Текстолит 1380 0,244
Торфоплиты 220 0,064
Фанера клееная 600 0,12
Фаолит 1730 0,419
Чугун 7500 46,5—93,0
Шлаковая вата 250 0,076
Эмаль 2350 0,872—1,163

postrojka. pp.ua

Стройдокс: Таблица теплопроводности строительных материалов

Теплопроводность — это процесс переноса энергии от теплой части материала к холодной частицами этого материала (т.е. молекулами). Надо помнить, что это только один из «источников» потерь тепла: хотя, например, вакуум имеет нулевую теплопроводность, энергия может передаваться излучением.

Основные значения коэффициентов теплопроводности я взял из СНиП II-3-79* (приложение 2) и из СП 50.13330.2012 СНиП 23-02-2003. Таблицу я дополнил значениями теплопроводности, которые взял с сайтов производителей строительных материалов (например, для ККБ, пеностекла и других).

Теплопроводность некоторых (но не всех) строительных материалов может значительно меняться в зависимости от их влажности. Первое значение в таблице — это значение для сухого состояния. Второе и третье значения — это значения теплопроводности для условий эксплуатации А и Б согласно приложению С СП 50.13330.2012. Условия эксплуатации зависят от климата региона и влажности в помещении. Проще говоря А — это обычная «средняя» эксплуатация, а Б — это влажные условия.

Материал Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·°C)
В сухом состоянии Условия А («обычные») Условия Б («влажные»)
Пенополистирол (ППС) 0,036 — 0,041 0,038 — 0,044 0,044 — 0,050
Пенополистирол экструдированный (ЭППС, XPS) 0,029 0,030 0,031
Войлок шерстяной 0,045
Цементно-песчаный раствор (ЦПР) 0,58 0,76 0,93
Известково-песчаный раствор 0,47 0,7 0,81
Гипсовая штукатурка обычная 0,25
Минеральная вата каменная, 180 кг/м3 0,038 0,045 0,048
Минеральная вата каменная, 140-175 кг/м3 0,037 0,043 0,046
Минеральная вата каменная, 80-125 кг/м3 0,036 0,042 0,045
Минеральная вата каменная, 40-60 кг/м3 0,035 0,041 0,044
Минеральная вата каменная, 25-50 кг/м3 0,036 0,042 0,045
Минеральная вата стеклянная, 85 кг/м3 0,044 0,046 0,05
Минеральная вата стеклянная, 75 кг/м3 0,04 0,042 0,047
Минеральная вата стеклянная, 60 кг/м3 0,038 0,04 0,045
Минеральная вата стеклянная, 45 кг/м3 0,039 0,041 0,045
Минеральная вата стеклянная, 35 кг/м3 0,039 0,041 0,046
Минеральная вата стеклянная, 30 кг/м3 0,04 0,042 0,046
Минеральная вата стеклянная, 20 кг/м3 0,04 0,043 0,048
Минеральная вата стеклянная, 17 кг/м3 0,044 0,047 0,053
Минеральная вата стеклянная, 15 кг/м3 0,046 0,049 0,055
Пенобетон и газобетон на цементном вяжущем, 1000 кг/м3 0,29 0,38 0,43
Пенобетон и газобетон на цементном вяжущем, 800 кг/м3 0,21 0,33 0,37
Пенобетон и газобетон на цементном вяжущем, 600 кг/м3 0,14 0,22 0,26
Пенобетон и газобетон на цементном вяжущем, 400 кг/м3 0,11 0,14 0,15
Пенобетон и газобетон на известняковом вяжущем, 1000 кг/м3 0,31 0,48 0,55
Пенобетон и газобетон на известняковом вяжущем, 800 кг/м3 0,23 0,39 0,45
Пенобетон и газобетон на известняковом вяжущем, 600 кг/м3 0,15 0,28 0,34
Пенобетон и газобетон на известняковом вяжущем, 400 кг/м3 0,13 0,22 0,28
Сосна, ель поперек волокон 0,09 0,14 0,18
Сосна, ель вдоль волокон 0,18 0,29 0,35
Дуб поперек волокон 0,10 0,18 0,23
Дуб вдоль волокон 0,23 0,35 0,41
Медь 382 — 390
Алюминий 202 — 236
Латунь 97 — 111
Железо 92
Олово 67
Сталь 47
Стекло оконное 0,76
Свежий снег 0,10 — 0,15
Вода жидкая 0,56
Воздух (+27 °C, 1 атм) 0,026
Вакуум 0
Аргон 0,0177
Ксенон 0,0057
Арболит (подробнее здесь) 0,07 — 0,17
Пробковое дерево 0,035
Железобетон плотностью 2500 кг/м3 1,69 1,92 2,04
Бетон (на гравии или щебне) плотностью 2400 кг/м3 1,51 1,74 1,86
Керамзитобетон плотностью 1800 кг/м3 0,66 0,80 0,92
Керамзитобетон плотностью 1600 кг/м3 0,58 0,67 0,79
Керамзитобетон плотностью 1400 кг/м3 0,47 0,56 0,65
Керамзитобетон плотностью 1200 кг/м3 0,36 0,44 0,52
Керамзитобетон плотностью 1000 кг/м3 0,27 0,33 0,41
Керамзитобетон плотностью 800 кг/м3 0,21 0,24 0,31
Керамзитобетон плотностью 600 кг/м3 0,16 0,2 0,26
Керамзитобетон плотностью 500 кг/м3 0,14 0,17 0,23
Крупноформатный керамический блок (тёплая керамика) 0,14 — 0,18
Кирпич керамический полнотелый, кладка на ЦПР 0,56 0,7 0,81
Кирпич силикатный, кладка на ЦПР 0,70 0,76 0,87
Кирпич керамический пустотелый (плотность 1400 кг/м3 с учетом пустот), кладка на ЦПР 0,47 0,58 0,64
Кирпич керамический пустотелый (плотность 1300 кг/м3 с учетом пустот), кладка на ЦПР 0,41 0,52 0,58
Кирпич керамический пустотелый (плотность 1000 кг/м3 с учетом пустот), кладка на ЦПР 0,35 0,47 0,52
Кирпич силикатный, 11 пустот (плотность 1500 кг/м3), кладка на ЦПР 0,64 0,7 0,81
Кирпич силикатный, 14 пустот (плотность 1400 кг/м3), кладка на ЦПР 0,52 0,64 0,76
Гранит 3,49 3,49 3,49
Мрамор 2,91 2,91 2,91
Известняк, 2000 кг/м3 0,93 1,16 1,28
Известняк, 1800 кг/м3 0,7 0,93 1,05
Известняк, 1600 кг/м3 0,58 0,73 0,81
Известняк, 1400 кг/м3 0,49 0,56 0,58
Туф, 2000 кг/м3 0,76 0,93 1,05
Туф, 1800 кг/м3 0,56 0,7 0,81
Туф, 1600 кг/м3 0,41 0,52 0,64
Туф, 1400 кг/м3 0,33 0,43 0,52
Туф, 1200 кг/м3 0,27 0,35 0,41
Туф, 1000 кг/м3 0,21 0,24 0,29
Песок сухой строительный (ГОСТ 8736-77*), 1600 кг/м3 0,35
Фанера клееная 0,12 0,15 0,18
ДСП, ДВП, 1000 кг/м3 0,15 0,23 0,29
ДСП, ДВП, 800 кг/м3 0,13 0,19 0,23
ДСП, ДВП, 600 кг/м3 0,11 0,13 0,16
ДСП, ДВП, 400 кг/м3 0,08 0,11 0,13
ДСП, ДВП, 200 кг/м3 0,06 0,07 0,08
Пакля 0,05 0,06 0,07
Гипсокартон (листы гипсовые обшивочные), 1050 кг/м3 0,15 0,34 0,36
Гипсокартон (листы гипсовые обшивочные), 800 кг/м3 0,15 0,19 0,21
Линолеум из ПВХ на теплоизолирующей подоснове, 1800 кг/м3 0,38 0,38 0,38
Линолеум из ПВХ на теплоизолирующей подоснове, 1600 кг/м3 0,33 0,33 0,33
Линолеум из ПВХ на тканевой подоснове, 1800 кг/м3 0,35 0,35 0,35
Линолеум из ПВХ на тканевой подоснове, 1600 кг/м3 0,29 0,29 0,29
Линолеум из ПВХ на тканевой подоснове, 1400 кг/м3 0,2 0,23 0,23
Эковата 0,037 — 0,042
Перлит вспученный, песок, плотность 75 кг/м3 0,043 — 0,047
Перлит вспученный, песок, плотность 100 кг/м3 0,052
Перлит вспученный, песок, плотность 150 кг/м3 0,052 — 0,058
Перлит вспученный, песок, плотность 200 кг/м3 0,07
Пеностекло, насыпное, плотность 100 — 150 кг/м3 0,043 — 0,06
Пеностекло, насыпное, плотность 151 — 200 кг/м3 0,06 — 0,063
Пеностекло, насыпное, плотность 201 — 250 кг/м3 0,066 — 0,073
Пеностекло, насыпное, плотность 251 — 400 кг/м3 0,085 — 0,1
Пеностекло, блоки, плотность 100 — 120 кг/м3 0,043 — 0,045
Пеностекло, блоки, плотность 121 — 170 кг/м3 0,05 — 0,062
Пеностекло, блоки, плотность 171 — 220 кг/м3 0,057 — 0,063
Пеностекло, блоки, плотность 221 — 270 кг/м3 0,073
Керамзит, гравий, плотность 250 кг/м3 0,099 — 0,1 0,11 0,12
Керамзит, гравий, плотность 300 кг/м3 0,108 0,12 0,13
Керамзит, гравий, плотность 350 кг/м3 0,115 — 0,12 0,125 0,14
Керамзит, гравий, плотность 400 кг/м3 0,12 0,13 0,145
Керамзит, гравий, плотность 450 кг/м3 0,13 0,14 0,155
Керамзит, гравий, плотность 500 кг/м3 0,14 0,15 0,165
Керамзит, гравий, плотность 600 кг/м3 0,14 0,17 0,19
Керамзит, гравий, плотность 800 кг/м3 0,18
Гипсоплиты, плотность 1350 кг/м3 0,35 0,50 0,56
Гипсоплиты, плотность 1100 кг/м3 0,23 0,35 0,41
Перлитобетон, плотность 1200 кг/м3 0,29 0,44 0,5
Перлитобетон, плотность 1000 кг/м3 0,22 0,33 0,38
Перлитобетон, плотность 800 кг/м3 0,16 0,27 0,33
Перлитобетон, плотность 600 кг/м3 0,12 0,19 0,23
Пенополиуретан (ППУ), плотность 80 кг/м3 0,041 0,042 0,05
Пенополиуретан (ППУ), плотность 60 кг/м3 0,035 0,036 0,041
Пенополиуретан (ППУ), плотность 40 кг/м3 0,029 0,031 0,04
Пенополиэтилен сшитый 0,031 — 0,038

Если в таблице у материала нет значений для условий А и Б, значит в СП 50. 13330.2012 или на сайтах производителей нет соответствующих значений либо для этого материала это не имеет смысла.

Теплопроводность некоторых (но не всех) строительных материалов может значительно меняться в зависимости от их влажности.

Если в таблице у материала нет значений для условий А и Б, значит в СП 50.13330.2012 или на сайтах производителей нет соответствующих значений либо для этого материала это не имеет смысла.

Обратите внимание на рост теплопроводности в зависимости от условий влажности. Например, у пенобетона значительно растёт теплопроводность при росте влажности, а, например, у ППС такого не наблюдается.

stroydocs.ru

Коэффициент теплопроводности материала. Теплопроводность строительных материалов: таблица

Процесс передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой называется теплопроводностью. Числовое значение такого процесса отражает коэффициент теплопроводности материала. Это понятие является очень важным при строительстве и ремонте зданий. Правильно подобранные материалы позволяют создать в помещении благоприятный микроклимат и сэкономить на отоплении существенную сумму.

Понятие теплопроводности

Теплопроводность – процесс обмена тепловой энергией, который происходит за счет столкновения мельчайших частиц тела. Причем этот процесс не прекратится, пока не наступит момент равновесия температур. На это уходит определенный промежуток времени. Чем больше времени затрачивается на тепловой обмен, тем ниже показатель теплопроводности.

Данный показатель выражают как коэффициент теплопроводности материалов. Таблица содержит уже измеренные значения для большинства материалов. Расчет производится по количеству тепловой энергии, прошедшей сквозь заданную площадь поверхности материала. Чем больше вычисленное значение, тем быстрее объект отдаст все свое тепло.

Факторы, влияющие на теплопроводность

Коэффициент теплопроводности материала зависит от нескольких факторов:

  • Плотность материала. При повышении данного показателя взаимодействие частиц материала становится прочнее. Соответственно, они будут передавать температуру быстрее. А это значит, что с повышением плотности материала улучшается передача тепла.
  • Пористость вещества. Пористые материалы являются неоднородными по своей структуре. Внутри них находится большое количество воздуха. А это значит, что молекулам и другим частицами будет сложно перемещать тепловую энергию. Соответственно, коэффициент теплопроводности повышается.
  • Влажность также оказывает влияние на теплопроводность. Мокрые поверхности материала пропускают большее количество тепла. В некоторых таблицах даже указывается расчетный коэффициент теплопроводности материала в трех состояниях: сухом, среднем (обычном) и влажном.

Выбирая материал для утепления помещений, важно учитывать также условия, в которых он будет эксплуатироваться.

Понятие теплопроводности на практике

Теплопроводность учитывается на этапе проектирования здания. При этом берется во внимание способность материалов удерживать тепло. Благодаря их правильному подбору жильцам внутри помещения всегда будет комфортно. Во время эксплуатации будут существенно экономиться денежные средства на отопление.

Утепление на стадии проектирования является оптимальным, но не единственным решением. Не составляет трудности утеплить уже готовое здание путем проведения внутренних или наружных работ. Толщина слоя изоляции будет зависеть от выбранных материалов. Отдельные из них (к примеру, дерево, пенобетон) могут в некоторых случаях использоваться без дополнительного слоя термоизоляции. Главное, чтобы их толщина превышала 50 сантиметров.

Особенное внимание следует уделить утеплению кровли, оконных и дверных проемов, пола. Сквозь эти элементы уходит больше всего тепла. Зрительно это можно увидеть на фотографии в начале статьи.

Конструкционные материалы и их показатели

Для строительства зданий используют материалы с низким коэффициентом теплопроводности. Наиболее популярными являются:

  • Бетон. Его теплопроводность находится в пределах 1,29-1,52Вт/м*К. Точное значение зависит от консистенции раствора. На этот показатель также влияет плотность исходного материала, которая составляет 500-2500 кг/м3. Используют данный материал в виде раствора для фундаментов, в виде блоков – для возведения стен и фундамента.
  • Железобетон, значение теплопроводности которого составляет 1,68Вт/м*К. Плотность материала достигает 2400-2500 кг/м3.
  • Древесина, издревле использующаяся как строительный материал. Ее плотность и теплопроводность в зависимости от породы составляют 150-2100 кг/м3 и 0,2-0,23Вт/м*К соответственно.

Еще один популярный строительный материал – кирпич. В зависимости от состава он обладает следующими показателями:

  • саманный (изготовленный из глины): 0,1-0,4 Вт/м*К;
  • керамический (изготовленный методом обжига): 0,35-0,81 Вт/м*К;
  • силикатный (из песка с добавлением извести): 0,82-0,88 Вт/м*К.

Материалы из бетона с добавлением пористых заполнителей

Коэффициент теплопроводности материала позволяет использовать последний для постройки гаражей, сараев, летних домиков, бань и других сооружений. В данную группу можно отнести:

  • Пенобетон. Производится с добавлением пенообразующих веществ, за счет которых характеризуется пористой структурой с плотностью 500-1000 кг/м3. При этом способность передавать тепло определяется значением 0,1-0,37Вт/м*К.
  • Керамзитобетон, показатели которого зависят от его вида. Полнотелые блоки не имеют пустот и отверстий. С пустотами внутри изготавливают пустотелые блоки, которые менее прочные, нежели первый вариант. Во втором случае теплопроводность будет ниже. Если рассматривать общие цифры, то плотность керамзитобетона составляет 500-1800кг/м3. Его показатель находится в интервале 0,14-0,65Вт/м*К.
  • Газобетон, внутри которого образуются поры размером 1-3 миллиметра. Такая структура определяет плотность материала (300-800кг/м3). За счет этого коэффициент достигает 0,1-0,3 Вт/м*К.

Показатели теплоизоляционных материалов

Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов, наиболее популярных в наше время:

  • пенопласт, который обладает плотностью 15-50кг/м3, при теплопроводности – 0,031-0,033Вт/м*К;
  • пенополистирол, плотность которого такая же, как и у предыдущего материала. Но при этом коэффициент передачи тепла находится на уровне 0,029-0,036Вт/м*К;
  • стекловата. Характеризуется коэффициентом, равным 0,038-0,045Вт/м*К;
  • каменная вата с показателем 0,035-0,042Вт/м*К.

Таблица показателей

Для удобства работы коэффициент теплопроводности материала принято заносить в таблицу. В ней кроме самого коэффициента могут быть отражены такие показатели как степень влажности, плотность и другие. Материалы с высоким коэффициент теплопроводности сочетаются в таблице с показателями низкой теплопроводности. Образец данной таблицы приведен ниже:

Использование коэффициента теплопроводности материала позволит возвести желаемую постройку. Главное: выбрать продукт, отвечающий всем необходимым требованиями. Тогда здание получится комфортным для проживания; в нем будет сохраняться благоприятный микроклимат.

Правильно подобранный изоляционный материал снизит потери тепла, по причине чего больше не нужно будет «отапливать улицу». Благодаря этому финансовые затраты на отопление существенно снизятся. Такая экономия позволит в скором времени вернуть все деньги, которые будут затрачены на приобретение теплоизолятора.

fb.ru

Сравнительная таблица теплопроводности современных строительных материалов

  • Дата: 11-04-2018
  • Просмотров: 263
  • Комментариев:
  • Рейтинг: 64

Оглавление: [скрыть]

  • Понятие теплопроводности
  • Факторы, влияющие на величину теплопроводности
  • Практическое применение значения теплопроводности строительных материалов
  • Теплопроводность материалов: параметры
  • Теплопроводность при строительстве

Строительство любого дома, будь то коттедж или скромный дачный домик, должно начинаться с разработки проекта. На этом этапе закладывается не только архитектурный облик будущего строения, но и его конструктивные и теплотехнические характеристики.

Схема теплопроводности и толщины материалов.

Основной задачей на этапе проекта будет не только разработка прочных и долговечных конструктивных решений, способных поддерживать наиболее комфортный микроклимат с минимальными затратами. Помочь определиться с выбором может сравнительная таблица теплопроводности материалов.

Понятие теплопроводности

В общих чертах процесс теплопроводности характеризуется передачей тепловой энергии от более нагретых частиц твердого тела к менее нагретым. Процесс будет идти до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие. Другими словами, пока не сравняются температуры.

Коэффициент теплопроводности кирпичей.

Применительно к ограждающим конструкциям дома (стены, пол, потолок, крыша) процесс теплопередачи будет определяться временем, в течение которого температура внутри помещения сравняется с температурой окружающей среды.

Чем более продолжителен по времени будет этот процесс, тем помещение будет более комфортным по ощущениям и экономичным по эксплуатационным расходам.

Численно процесс переноса тепла характеризуется коэффициентом теплопроводности. Физический смысл коэффициента показывает, какое количество тепла за единицу времени проходит через единицу поверхности. Т.е. чем выше значение этого показателя, тем лучше проводится тепло, значит, тем быстрее будет происходить процесс теплообмена.

Соответственно, на этапе проектных работ необходимо спроектировать конструкции, теплопроводность которых должна иметь по возможности наименьшее значение.

Вернуться к оглавлению

Теплопроводность материалов, используемых в строительстве, зависит от их параметров:

Зависимость теплопроводности газобетона от плотности.

  1. Пористость – наличие пор в структуре материала нарушает его однородность. При прохождении теплового потока часть энергии передается через объем, занятый порами и заполненный воздухом. Принято за отсчетную точку принимать теплопроводность сухого воздуха (0,02 Вт/(м*°С)). Соответственно, чем больший объем будет занят воздушными порами, тем меньше будет теплопроводность материала.
  2. Структура пор – малый размер пор и их замкнутый характер способствуют снижению скорости теплового потока. В случае использования материалов с крупными сообщающимися порами в дополнение к теплопроводности в процессе переноса тепла будут участвовать процессы передачи тепла конвекцией.
  3. Плотность – при больших значениях частицы более тесно взаимодействуют друг с другом и в большей степени способствуют передаче тепловой энергии. В общем случае значения теплопроводности материала в зависимости от его плотности определяются либо на основе справочных данных, либо эмпирически.
  4. Влажность – значение теплопроводности для воды составляет (0,6 Вт/(м*°С)). При намокании стеновых конструкций или утеплителя происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. Теплопроводность в этом случае значительно увеличится.
  5. Влияние температуры на теплопроводность материала отражается через формулу:

λ=λо*(1+b*t), (1)

где, λо – коэффициент теплопроводности при температуре 0 °С, Вт/м*°С;

b – справочная величина температурного коэффициента;

t – температура.

Вернуться к оглавлению

Из понятия теплопроводности напрямую вытекает понятие толщины слоя материала для получения необходимого значения сопротивления теплового потока. Тепловое сопротивление – нормируемая величина.

Упрощенная формула, определяющая толщину слоя, будет иметь вид:

Таблица теплопроводности утеплителей.

H=R/λ, (2)

где, H – толщина слоя, м;

R – сопротивление теплопередаче, (м2*°С)/Вт;

λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С).

Данная формула применительно к стене или перекрытию имеет следующие допущения:

  • ограждающая конструкция имеет однородное монолитное строение;
  • используемые стройматериалы имеют естественную влажность.

При проектировании необходимые нормируемые и справочные данные берутся из нормативной документации:

  • СНиП23-01-99 – Строительная климатология;
  • СНиП 23-02-2003 – Тепловая защита зданий;
  • СП 23-101-2004 – Проектирование тепловой защиты зданий.

Вернуться к оглавлению

Принято условное разделение материалов, применяемых в строительстве, на конструкционные и теплоизоляционные.

Конструкционные материалы применяются для возведения ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий). Они отличаются большими значениями теплопроводности.

Значения коэффициентов теплопроводности сведены в таблицу 1:

Таблица 1

Материал Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С).
Пенобетон (0,08 – 0,29) – в зависимости от плотности
Древесина ели и сосны (0,1 – 0,15) – поперек волокон 0,18 – вдоль волокон
Керамзитобетон (0,14-0,66) – в зависимости от плотности
Кирпич керамический пустотелый 0,35 – 0,41
Кирпич красный глиняный 0,56
Кирпич силикатный 0,7
Железобетон 1,29

Подставляя в формулу (2) данные, взятые из нормативной документации, и данные из Таблицы 1, можно получить требуемую толщину стен для конкретного климатического района.

При выполнении стен только из конструкционных материалов без использования теплоизоляции их необходимая толщина (в случае использования железобетона) может достигать нескольких метров. Конструкция в этом случае получится непомерно большой и громоздкой.

Допускают возведение стен без использования дополнительного утепления, пожалуй, только пенобетон и дерево. И даже в этом случае толщина стены достигает полуметра.

Теплоизоляционные материалы имеют достаточно малые величины значения коэффициента теплопроводности.

Основной их диапазон лежит в пределах от 0,03 до 0,07 Вт/(м*°С). Наиболее распространенные материалы – это экструдированный пенополистирол, минеральная вата, пенопласт, стекловата, утепляющие материалы на основе пенополиуретана. Их использование позволяет значительно снизить толщину ограждающих конструкций.

Вернуться к оглавлению

Схема сравнения теплопроводности стен из газобетона и кирпича.

При проектировании и производстве строительных работ необходимо учитывать возможные пути теплопотерь:

  • 30-40% потерь тепла приходится на поверхность стен;
  • 20-30% – через межэтажные перекрытия и крышу;
  • около 20% потерь приходится на поверхность, занимаемую оконными и дверными проемами;
  • приблизительно 10% тепла уходит из помещения через плохо утепленные полы.

Важным фактором при учете теплопроводности в строительстве является обеспечение надлежащей ветро- и пароизоляции. В наибольшей степени это справедливо для пористых утеплителей. Т.е. при ограничении доступа влаги внутрь конструкций (как извне, так и снаружи) сопротивление теплопередачи будет выше. Утеплитель будет более эффективно работать, соответственно, потребуется меньшая толщина конструкций.

В идеале стены и перекрытия должны выполняться из теплоизоляционных материалов. Однако они обладают низкой конструкционной прочностью, что ограничивает широту их применения. Возникает необходимость выполнять основные несущие конструкции из кирпича, дерева, пенобетонных блоков и т.п.

Наиболее распространенным вариантом конструкций домов, встречающимся на практике, является комбинация несущей конструкции и теплоизоляции.

Здесь можно различить:

Сравнение теплопроводности соломобетонных блоков с другими материалами.

  1. Каркасный вариант строительства – основной каркас, обеспечивающий пространственную жесткость, выполняется из деревянных досок или брусьев. Утеплитель укладывается в межстоечное пространство. В некоторых случаях для достижения требуемых показателей по энергоэффективности осуществляется дополнительное утепление снаружи каркаса.
  2. Возведение стен дома из кирпича, пористых бетонных блоков, дерева – утепление осуществляется по наружной поверхности. Слой утеплителя компенсирует избыточную теплопроводность основного стенового материала. С другой стороны материал основной стены несет на себе нагрузки, компенсируя малую механическую прочность утеплителя.

Аналогичные закономерности будут справедливы при возведении межэтажных перекрытий и кровельных конструкций.

Таким образом, используя комбинацию материалов с требуемыми значениями коэффициентов теплопроводности, можно получить оптимальные по свойствам и толщине ограждающие конструкции здания.

ostroymaterialah.ru

Теплопроводность бетона, от чего зависит и как измеряется теплопередача

Теплопроводность — это характерная особенность материала передавать тепло от одной своей части другой. Данное свойство является одним из доминирующих при проектировании и возведении объектов. Оно напрямую зависит от состава бетонного раствора и его плотности. Изменение коэффициента теплопроводности может стать причиной потери прочности конструкции.

Что такое теплопроводность и на что она влияет?

Стройматериалы, используемые при сооружении объектов, должны иметь низкую теплопередачу.

1. Определяется количеством тепловой энергии, проходящим за 1 ч через поверхность в 1 м3, способной изменить t воздуха на 1 °С. Метрическая единица измерения — Вт/мК.

2. На данный коэффициент влияет вид используемого заполнителя. Передача тепла у сплошного бетона равна 1,75:

  • с щебнем — 1,3;
  • у пористого — 1,4;
  • у теплоизоляционного — 0,18.

3. Зависит от нескольких условий:

Основные Второстепенные
состав бетонной смеси;

плотность материала;

качество;

наличие теплоизоляционных заполнителей.

влажность конструкции;

качественное состояние монолита;

температура окружающей среды.

4. Чем больше вес наполнителя и плотность монолита, тем быстрее происходит теплопередача. Если при возведении здания используется состав с высоким содержанием щебня или гравия, то требуется дополнительное утепление.

Вид Коэффициент, Вт/м*°С Характеристика
Газобетонный кирпич 0,12-0,14 Имеет низкий показатель, полученный за счет усиленной поризации раствора.
Пенобетон 0,30 Сочетает небольшую теплопроводность бетона с хорошими прочностными качествами. Кирпич используется при возведении несущих стен в малоэтажном строительстве.
Керамзитобетон 0,23-0,40 Сопротивление теплопередаче и прочность позволяют применять при создании зданий в несколько этажей.

Коэффициент проводимости тепла у бетона — величина не постоянная. Зависит от температурно-влажностных параметров окружающей среды, имеет тенденцию к увеличению и уменьшению.

Как измерить, сравнение по теплопроводности с деревом и кирпичом

Определение коэффициента теплопередачи — активный метод контроля путем воздействия на объект тепловым потоком заданной интенсивности.

Производится при помощи специальных приборов:

  • стационарный применяется при лабораторном изучении образцов ограниченного размера;
  • зондовый используют в полевых условиях и для обследования крупногабаритных конструкций из бетона.

Тепломер является работающим в цифровом режиме высокотехнологичным микропроцессорным прибором, позволяющим выполнять обработку данных с привлечением соответствующего программного обеспечения.

Измерения проводятся следующим образом:

1. В контрольном образце на расстоянии не менее 7,5 см от края сверлится отверстие, по длине и диаметру не превышающее размеры зонда более чем на 15-20 %.

2. Стержень тепломера для усиления термического контакта с изделием смазывается глицерином или техническим вазелином.

3. Опытную модель со вставленным в нее зондом термостатируют на протяжении 2-4 ч.

4. Устройство подключают к сети, прогревают около 5 мин:

  • фиксируют показания температуры среды в начале испытания;
  • одновременно запускают секундомер и нагревательный элемент тепломера;
  • регистрируют температурные показания в таблицу через 2; 2,5; 3; 4; 5; 6 мин;
  • отключают прибор и повторяют процедуру через 30-40 минут.

5. Для достоверности проводится не менее 3 повторов снятия данных.

Каждый материал имеет свой коэффициент теплопередачи, который самостоятельно замерить сложно. Для бетона М200-300, предприятия вообще не указывают данные. Сравнительная таблица теплопроводности дерева, кирпича и бетона может оказать незаменимую помощь при выборе сырья.

Стройматериал Коэффициент, Вт/м*К
Кирпич Кремнеземный 0,15
Пустотелый 0,44
Силикатный 0,81
Сплошной 0,67
Шлаковый 0,58
Пенобетон 0,05-0,3
Легкий бетон М300 (200) 0,25-0,51
Древесина Липа, дуб, клен, ель, пихта 0,15
Доски, фанера 0,15
Сосна 0,23
Твердые породы древесины и ДСП 0,2
Камень 1,4

Значения указываются для толщины в 1 метр. Чтобы вычислить данные для других размеров, надо заданный в таблице параметр разделить на нужную величину, выраженную в метрах.


 

Теплопроводность бетона: особенности, определение коэффициента

При выполнении мероприятий по строительству зданий или ремонту ранее возведенных построек важно надежно теплоизолировать стены строения. Для уменьшения объема тепловых потерь и снижения затрат на поддержание комфортной температуры важно ответственно подойти к выбору теплоизоляционных материалов и выполнению тепловых расчетов. Решая задачи, связанные с обеспечением энергоэффективности бетонных строений, необходимо учитывать теплопроводность бетона. Этот показатель характеризует способность проводить тепло и является одной из наиболее важных характеристик.

Теплопроводность бетонного массива

Как влияет теплопроводность бетона на микроклимат внутри помещения

Из множества строительных материалов, применяемых для возведения зданий, одним из наиболее распространенных является бетон. Среди главных рабочих характеристик материала выделяется коэффициент теплопроводности бетона. На этапе проектирования необходимо предусмотреть применение в процессе строительства теплоизоляционных материалов, позволяющих превратить возведенную железобетонную конструкцию в жилое строение. Ведь важно возвести не только устойчивое, экологически чистое и оригинальное здание, но и создать благоприятные условия для проживания.

Зная теплопроводность бетонного массива, и правильно выбрав теплоизоляционные материалы, можно добиться значительных результатов:

  • существенно сократить тепловые потери;
  • снизить затраты на обогрев помещения;
  • обеспечить внутри здания комфортный микроклимат.

Влияние уровня теплопроводности на внутренний микроклимат выражается простой зависимостью:

  • при возрастании коэффициента, интенсивность тепловой передачи возрастает, и строение, возведенное из материала с такими характеристиками, быстрее остывает и, соответственно, ускоренными темпами нагревается;
  • снижение способности бетонного массива передавать тепло позволяет на протяжении увеличенного периода времени сохранять внутри помещения комфортную температуру, с соответственным уменьшением тепловых потерь.

Зная теплопроводность бетонного массива можно обеспечить внутри здания комфортный микроклимат
Если подытожить, то степень теплопроводимости бетона является определяющим фактором, влияющим на комфортность жилища. Различные виды бетона отличаются структурой массива, свойствами применяемого наполнителя и, соответственно, степенью теплопроводности. Важно использовать такие марки бетона совместно с утеплителями, чтобы обеспечить надежное удержание бетонным массивом тепла в помещении. Выбор применяемых для строительства материалов производится на проектной стадии.

Кирпич как изолятор

Для сопоставления свойств теплопроводности можно сравнить бетон и кирпич. По прочностным свойствам кирпич ничуть не уступает своему собрату, а иногда и превосходит его. То же самое можно сказать и про плотность. Современные виды кирпича, используемые в строительных работах, можно разделить на силикатный и керамический. Те, в свою очередь, могут быть полнотелыми, пустотелыми и щелевыми.
Таким образом, теплоизоляция кирпича и бетона идентична. Что силикатный кирпич, что керамический держат тепло довольно слабо. Это значит, что сооружения необходимо дополнительно утеплять. Изоляторами как в кирпичных, так и бетонных зданиях служат чаще всего пенополистирол и минеральная вата.

Теплопроводность железобетона и тепловое сопротивление – знакомимся с понятиями

Принимая решение об использовании для строительства здания определенной марки бетона или другого строительного материала, следует обращать внимание на следующие характеристики, обеспечивающие энергоэффективность строения:

  • коэффициент теплопроводности железобетона или бетона. Это специальный показатель, характеризующий объем тепловой энергии, которая может пройти через различные стройматериалы за определенный промежуток времени. При снижении величины коэффициента, способность материала проводить тепло уменьшается, а при возрастании показателя – скорость отвода тепла возрастает;
  • тепловое сопротивление строительных конструкций. Этот параметр характеризует свойства стройматериалов препятствовать потерям тепловой энергии. Тепловое сопротивление является обратным показателем, если сравнивать со степенью теплопроводности. При повышенном значении показателя теплового сопротивления стройматериал может применяться для теплоизоляционных целей, а при пониженном – для ускоренного отвода тепла.

Разрабатывая проект будущего здания, и выполняя тепловые расчеты, необходимо учитывать указанные показатели.

Коэффициент теплопроводности материалов

Влажность

На способность передавать тепло влияет влажность. Повышенная влажность уменьшает способность конструкций сохранять тепло. При заполнении пор материала водой, а не воздухом, составляющая сохранения тепла понижается, а в зимний период увеличивается вероятность промерзания стен.

Например, пористый бетон обладает способностью проводить тепло на 0,14 Вт, а пропитанный водой материал — 1,1 — 2,9 Вт.

Выбирая материал для строительства будущего дома, стоит ориентироваться на инструкции по теплопроводности, сетки с указанием коэффициентов. Для предварительного проектирования учитывают не только способность стен удержать тепло, а температуру окружающей среды, систему отопления, которая будет использоваться в доме.

Коэффициент теплопроводности бетона для различных видов монолита

Определяясь с видом бетона, который будет использоваться для постройки жилого дома, следует оценить, как изменяется теплопроводность монолита для разновидностей этого строительного материала. Поможет сравнить теплопроводность бетона таблица, которая охватывает характеристики всех типов бетона. Рассмотрим, как изменяется уровень теплопроводности бетонного массива, который выражается в Вт/м2х ºC для наиболее распространенных разновидностей материала.

Наименьшее значение коэффициента у бетонных композитов с ячеистой структурой:

  • для сухого пенобетона и газонаполненного бетона величина показателя небольшая, по сравнению с другими видами. Она возрастает при повышении плотности материала. При удельном весе 0,6 т/м3 коэффициент равен 0,14, а при плотности 1 т/м3 уже составляет 0,31. При базовой влажности значения возрастают от 0,22 до 0,48, а при повышенной от 0,26 до 0,55;
  • керамзитонаполненный бетон, в зависимости от плотности массива, также имеет различную величину коэффициента, который изменяется пропорционально возрастанию удельного веса. Так керамзитобетон с плотностью 0,5 т/м3 имеет низкий коэффициент, равный 0,14, а при возрастании плотности до 1,8 т/м3 параметр теплопроводности возрастает до 0,66.

Величина коэффициента определяется также используемым для приготовления бетонной смеси наполнителем:

  • для тяжелого бетона плотностью 2,4 т/м3, содержащего щебеночный наполнитель, показатель составляет 1,51;
  • бетон, где в качестве наполнителя используются шлаки, характеризуется уменьшенной величиной теплопроводности, составляющей 0,3–0,7;
  • керамзитобетон, содержащий кварцевый или перлитовый песок, имеет плотность 0,8–1 и, соответственно, уровень теплопроводности, равный 0,22–0,41.

Коэффициент теплопроводности бетона
надежно теплоизолируют возводимое строение. При сооружении стен зданий из бетона, имеющего пористую структуру и пониженный уровень теплопроводности, необходим тонкий слой теплоизолятора. Применение тяжелых марок бетона требует усиленного утепления строения. Для этого укладывается толстый слой теплоизолятора. При подборе материала следует учитывать, что с возрастанием плотности увеличивается теплопроводность бетонного массива.

Зависимость от различных показателей

Теплоизоляционные характеристики бетона, кирпича, гипсокартона, дерева и многих других стройматериалов зависят от ряда параметров. Например:

  • Влаги.
  • Пористости.
  • Плотности.

Чем больше пор в детали, тем она теплее, а тяжелый стройматериал — прочнее. В современных условиях строительства используются различные типы материала. Но их условно можно поделить на два основных — это тяжелые и легкие пенистые типы.
Тяжелый сорт бетона тоже можно разделить на два вида: тяжелые и особо тяжелые. Для усиления прочности во второй вид добавляют различные наполнители — магнетит, металлический скреп, барит и др. Особо тяжелый бетон применяется при строительстве объектов, нуждающихся в защите от радиации. Плотность материала в этой категории начинается от 2500 кг/куб. м.

Обычный тяжелый бетон изготавливают с добавлением гранита, диабаза, известняка, на основе горного щебня. Плотность материала здесь варьируется от 1500 до 2500 кг/куб. м.

Легкий сорт бетона тоже можно поделить на две группы. Довольно часто в строительных работах используют виды на базе пористого наполнителя, в роли которого выступают шлак, керамзит, пемза и др.

Для изготовления второй группы применяется обычный наполнитель, который вспенивается в процессе замеса. В итоге получается материал с очень большим количеством пор.

Теплоизоляция легкого бетона, конечно же, высокая, но вот прочность гораздо ниже тяжелого. Применяются такие стройматериалы при сооружении зданий, которые не подвергаются серьезным перегрузкам.

Ячеистый бетон можно разделить по назначению:

  • Теплоизолирующий (плотностью до 800 кг/куб.м).
  • Конструкционно-теплоизолирующий (плотность до 1350 кг/куб. м).
  • Конструкционный (до 1850 кг/куб.м).

Теплоизоляционные блоки чаще всего применяют для утепления стен, которые возводили из кирпича или цементного раствора. Кроме того, из такого бетона можно соорудить небольшие ограждающие конструкции.

К конструкционно-теплоизолирующим и просто конструкционным видам можно отнести керамзитобетон, шлакопемзобетон, пенобетон и др. Их можно использовать в качестве теплоизоляционного и строительного материала.

Какие факторы влияют на коэффициент теплопроводности железобетона

Уровень теплопроводимости бетона, независимо от его марки и наличия в массиве стальной арматуры, зависит от комплекса факторов. Рассмотрим показатели, каждый из которых оказывает определенное влияние на данную характеристику:

  • структура бетонного массива. При создании внутри монолита воздушных полостей процесс передачи тепла через ячеистый массив осуществляется на небольшой скорости и с минимальными потерями. Если подытожить, то увеличенная концентрация ячеек позволяет снизить потери тепла;
  • удельный вес материала. Плотность бетонного массива влияет на его структуру и, соответственно, на интенсивность процесса теплообмена. При возрастании плотности материала увеличивается степень теплопередачи и возрастает объем тепловых потерь;
  • концентрация влаги в бетонных стенах. Бетонный массив, имеющий пористую структуру, гигроскопичен. Частицы влаги, которые по капиллярам просачиваются вглубь бетона, заполняют воздушные поры и ускоряют тем самым процесс теплопередачи.

Выполняя расчеты необходимо учитывать, что с уменьшением влажности материала снижается степень теплопроводимости, и теряется меньшее количество тепла. Применение пористого заполнителя позволяет снизить потери тепла и обеспечить комфортный микроклимат помещения. Стройматериалы с низкой теплопроводностью целесообразно использовать для теплоизоляционных целей. Зная зависимость теплопроводности бетона от его характеристик можно выбрать оптимальный вид материала для постройки стен.

Коэффициент теплопроводности железобетона

Способность материалов проводить тепло

По сути, это свойство любого материала пропускать через свою структуру тепло. И чем больше тепловой энергии проходит, тем выше теплопроводность. Для того чтобы сохранить температуру внутри дома, необходимы стройматериалы с низким коэффициентом.

Критерии зависимости

К второстепенным относят влажность бетонной конструкции, температуру окружающей среды, качественное состояние самого бетона.

Теплопроводность бетона и утепление зданий

Решение о теплоизоляции стен возводимых зданий принимается в зависимости от того, из каких видов бетона производится сооружение стен. Бетонные изделия делятся на следующие виды:

  • конструкционные, применяемые для капитальных стен. Отличаются повышенной нагрузочной способностью, увеличенной плотностью, а также способностью ускоренными темпами проводить тепло;
  • теплоизоляционные, используемые в ненагруженных конструкциях. Характеризуются уменьшенным удельным весом, ячеистой структурой, благодаря которой снижается теплопроводность стен.

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты
Для поддержания комфортной температуры в помещении можно возводить стены из различных видов бетона. При этом толщина стен будет существенно изменяться. Одинаковый уровень теплопроводности капитальных стен обеспечивается при следующей толщине:

  • пенобетон – 25 см;
  • керамзитобетон – 50 см;
  • кирпичная кладка – 65 см.

Для поддержания благоприятного микроклимата, в рамках мероприятий по энергосбережению, выполняется теплоизоляция строительных конструкций. На стадии разработки проекта специалисты определяют возможные пути потери тепла и выбирают оптимальный вариант утеплителя.

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

Основной объем тепловых потерь происходит из-за недостаточно эффективной теплоизоляции следующих частей здания:

  • поверхности пола;
  • капитальных стен;
  • кровельной конструкции;
  • оконных и дверных проемов.

При профессиональном подходе и выборе эффективных утеплителей можно сделать свой дом более комфортным, а также сэкономить значительный объем денежных средств на отоплении.

Методы определения

Эту информацию получают в ходе процесса измерения термического сопротивления с помощью специального оборудования. Сама процедура и используемые технические средства регламентируются государственным стандартом 7076-99. Он описывает требования к образцу, прибору, градуировке и допускает проведение испытаний лишь по двум схемам – ассиметричной и симметричной.

Сущность обоих методов заключается в том, что создается стационарный тепловой поток, который проходит через образец плоской формы. Толщина образца известна, а направление потока выбирается перпендикулярно наибольшим граням. В ходе процесса исследования производится измерение величины плотности теплового потока, а также температуры противоположных граней.

Число образцов, которое необходимо использовать для чистоты эксперимента, регламентируется для каждого конкретного вида бетона. Как правило, подобная информация содержится в государственном стандарте на конкретный материал. В том случае, когда ГОСТ не содержит подобных данных, число образцов выбирают равным пяти.

В ходе испытания в помещении должны поддерживаться определенные условия: уровень относительной влажности воздуха должен находиться в пределах 10% от 50-процентной отметки. Абсолютная температура в процессе испытаний должна находиться в пределах 290-300 К.

Как производится расчет с учетом коэффициента теплопроводности бетона

Для поддержания комфортной температуры и снижения теплопотерь несущие стены современных зданий выполняются многослойными и включают капитальные конструкции, теплоизоляционные материалы, отделочные покрытия. Каждый слой сэндвича имеет определенную толщину.

Решая задачу по расчету толщины теплоизолятора, необходимо использовать формулу расчета теплового сопротивления – R=p/k, которая расшифровывается следующим образом:

  • R – величина температурного сопротивления;
  • p – значение толщины слоя, указанное в метрах;
  • k – коэффициент теплопроводности железобетона, бетона или другого материала, из которого изготовлены стены.

Используя данную зависимость можно самостоятельно выполнить расчет, используя обычный калькулятор. Для этого необходимо разделить толщину строительной конструкции на коэффициент теплопроводимости бетона или другого материала. Рассмотрим пример расчета для стен толщиной 0,3 метра, возведенных из газобетона с удельным весом 1000 т/м3 и степенью теплопроводности, равной 0,31.

Алгоритм вычислений:

  • Рассчитайте термосопротивление, разделив толщину стен на коэффициент теплопроводности – 0,3:0,31=0,96.
  • Отнимите полученный результат от предельно допустимого для определенной климатической зоны – 3,28-0,96=2,32.

Перемножив коэффициент теплопроводности утеплителя на величину термического сопротивления, получим в результате требуемый размер слоя. Например, толщина листового пенопласта с коэффициентом теплопроводности 0,037 составит – 0,037х2,32=0,08 м.

Таблица – выражение основных параметров теплопроводности песка

Данная таблица поможет как начинающим строителям, так и тем, кто не новичок в этом деле, быстро и точно рассчитать необходимое количество песочного материала для будущей застройки.

Таблица теплопроводности

Если используется строительный вид песка стандартного ГОСТ образца, то при массе 1600 кгм3 теплопроводность будет составлять 0,35 Вт м*град., а теплоемкость 840 Джкг*град.

Если используется влажный речной песок, то параметры будут такие: масса от 1900 кгм3 имеет теплопроводность 0,814 Вт м*град, а теплоемкость 2090 Джкг*град.

Все эти данные взяты из различных пособий о физических величинах и теплотехнических таблиц, где приведены многие показатели именно для строительных материалов. Так что полезным будет иметь такую книжечку у себя.

Перегородки из пенобетонных блоков

Рисунок 3 — монтаж перегородки из пенобетонных блоков

На внутренние перегородки из пенобетона показатель теплопроводности практически не влияет. Но при повышенной пористости структуры улучшаются звукоизоляционные свойства материала, что положительно сказывается на эксплуатационных характеристиках.

Перегородки лучше строить из теплоизоляционного пенобетона используя марки D300, D400 и D500.

Узнать недостатки пенобетона и рассчитать сколько в 1 кубе пеноблоков можно перейдя по ссылкам.

Свойства различных типов блоков

Красный керамический

Пористость увеличивает теплосопротивление стройматериалов, поэтому у полнотелого кирпича теплопроводность выше.

  • прочность;
  • морозостойкость;
  • огнеупорность;
  • звукоизоляция.

Вернуться к оглавлению

Клинкерный
Характеристика шамотного
  • огнеупорность;
  • устойчивость к перепадам температуры;
  • высокая теплопроводность;
  • легкий вес;
  • устойчивость к воздействию щелочей и ряда кислот;
  • прочность;
  • эстетичность.

Вернуться к оглавлению

Силикатный

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Любое строительство независимо от его размера всегда начинается с разработки проекта. Его цель – спроектировать не только внешний вид будущего строения, еще и просчитать основные теплотехнические характеристики. Ведь основной задачей строительства считается сооружение прочных, долговечных зданий, способных поддерживать здоровый и комфортный микроклимат, без лишних затрат на отопление. Несомненную помощь при выборе сырья, используемого для возведения постройки, окажет таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты.

Тепло в доме напярямую зависит от коэффициента теплопроводности строительных материалов

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность – это процесс передачи энергии тепла от нагретых частей помещения к менее теплым. Такой обмен энергией будет происходить, пока температура не уравновесится. Применяя это правило к ограждающим системам дома, можно понять, что процесс теплопередачи определяется промежутком времени, за который происходит выравнивание температуры в комнатах с окружающей средой. Чем это время больше, тем теплопроводность материала, применяемого при строительстве, ниже.

Отсутствие теплоизоляции дома скажется на температуре воздуха внутри помещения

Для характеристики проводимости тепла материалами используют такое понятие, как коэффициент теплопроводности. Он показывает, какое количество тепла за одну единицу временного промежутка пройдет через одну единицу площади поверхности. Чем выше подобный показатель, тем сильнее теплообмен, значит, постройка будет остывать значительно быстрее. То есть при сооружении зданий, домов и прочих помещений необходимо использовать материалы, проводимость тепла которых минимальна.

Сравнительные характеристики теплопроводности и термического сопротивления стен, возведенных из кирпича и газобетонных блоков

Что влияет на величину теплопроводности?

Тепловая проводимость любого материала зависит от множества параметров:

  1. Пористая структура. Присутствие пор предполагает неоднородность сырья. При прохождении тепла через подобные структуры, где большая часть объема занята порами, охлаждение будет минимальным.
  2. Плотность. Высокая плотность способствует более тесному взаимодействию частиц друг с другом. В результате теплообмен и последующее полное уравновешивание температур происходит быстрее.
  3. Влажность. При высокой влажности окружающего воздуха или намокании стен постройки, сухой воздух вытесняется капельками жидкости из пор. Теплопроводность в подобном случае значительно увеличивается.

Теплопроводность, плотность и водопоглощение некоторых строительных материалов

Применение показателя теплопроводности на практике

В строительстве все материалы условно подразделяются на теплоизоляционные и конструкционные. Конструкционное сырье отличается наибольшими показателями теплопроводности, но именно его применяют для постройки стен, перекрытий, прочих ограждений. Согласно таблице теплопроводности строительных материалов, при возведении стен из железобетона, для низкого теплообмена с окружающей средой толщина конструкции должна быть около 6 метров. В таком случае строение получится огромным, громоздким и потребует немалых затрат.

Наглядный пример — при какой толщине различных материалов их коэффициент теплопроводности будет одинаковым

Поэтому при возведении постройки следует отдельное внимание уделять дополнительным теплоизолирующим материалам. Слой теплоизоляции может не понадобиться только для построек из дерева или пенобетона, но даже при использовании подобного низкопроводного сырья толщина конструкции должна быть не менее 50 см.

Нужно знать! У теплоизоляционных материалов значения показателя теплопроводности минимальны.

Теплопроводность готового здания. Варианты утепления конструкций

При разработке проекта постройки необходимо учесть все возможные варианты и пути потери тепла. Большое его количество может уходить через:

  • стены – 30%;
  • крышу – 30%;
  • двери и окна – 20%;
  • полы – 10%.

Теплопотери неутепленного частного дома

При неверном расчете теплопроводности на этапе проектирования, жильцам остается довольствоваться только 10% тепла, получаемого от энергоносителей. Именно поэтому дома, возведенные из стандартного сырья: кирпича, бетона, камня рекомендуют дополнительно утеплять. Идеальная постройка согласно таблице теплопроводности строительных материалов должна быть выполнена полностью из теплоизолирующих элементов. Однако малая прочность и минимальная устойчивость к нагрузкам ограничивает возможности их применения.

Нужно знать! При обустройстве правильной гидроизоляции любого утеплителя высокая влажность не повлияет на качество теплоизоляции и сопротивление постройки теплообмену будет значительно выше.

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

Самым распространенным вариантом сочетание несущей конструкции из высокопрочных материалов с дополнительным слоем теплоизоляции. Сюда можно отнести:

  1. Каркасный дом. При его постройке каркасом из древесины обеспечивается жесткость всей конструкции, а укладка утеплителя производится в пространство между стойками. При незначительном уменьшении теплообмена в некоторых случая может потребоваться утепление еще и снаружи основного каркаса.
  2. Дом из стандартных материалов. При выполнении стен из кирпича, шлакоблоков, утепление должно проводиться по наружной поверхности конструкции.

Необходимая тепло- и гидроизоляция для сохранения тепла в частном доме

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

В этой таблице собраны показатели теплопроводности самых распространенных строительных материалов. Пользуясь подобными справочниками, можно без проблем рассчитать необходимую толщину стен и применяемого утеплителя.

Таблица коэффициента теплопроводности строительных материалов:

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Теплопроводность строительных материалов (видео)

ОЦЕНИТЕ
МАТЕРИАЛ

Загрузка…

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ

REMOO В ВАШЕЙ ПОЧТЕ

Таблица теплопроводности строительных материалов, рекомендации

Комфорт и уют в доме во многом зависят от грамотно рассчитанного теплообмена ещё на этапе строительства. Для этого учитывают всё. Чтобы расчёты были более точными, а сделать их было гораздо легче, применяется таблица теплопроводности строительных материалов. С её помощью можно рассчитать, насколько тепло будет в доме и насколько экономнее получится его отопление. Рассмотрим основные параметры теплопроводности различных материалов и методику вычисления подобной величины общей конструкции.

Чем ниже теплопроводность строительных материалов, тем теплее в доме

Содержание статьи

Что такое теплопроводность, термическое сопротивление и коэффициент теплопроводности

Что же за «зверь» − теплопроводность? Если «расшифровать» сложное физическое определение, то можно получить следующее пояснение. Теплопроводность – свойство, которым обладают все строительные материалы. Характеризуется способностью отдавать тепло от нагретого предмета более холодному. Чем быстрее и интенсивнее это происходит, тем холоднее сам материал, соответственно, и строение из него нуждается в более интенсивном обогреве. Что не очень эффективно, особенно в денежном плане.

Для оценки величины теплопроводности используются специальные коэффициенты, которые уже заранее выявлены. ГОСТ 30290-94 контролирует методы определения подобной характеристики. Последняя нераздельно связана с термическим сопротивлением, которое означает сопротивление слоя теплоотдачи. В случае многослойного материала оно рассчитывается как сумма термических сопротивлений отдельных слоёв. Сама же эта величина равна отношению толщины слоя к коэффициенту.

ИСТ-1 – прибор для определения теплопроводности

Внимание! Для упрощённого расчёта теплосопротивления стены в сети можно найти калькулятор с доступным и понятным интерфейсом.

Как видите, в определении теплопроводности нет ничего сложного и непонятного. Зная все подобные характеристики будущих материалов, можно составить «энергоэффективный бутерброд», но только при условии учёта всех обстоятельств, которые будут влиять на теплоэффективность каждого слоя конструкции.

Основные параметры, от которых зависит величина теплопроводности

Не все строительные материалы одинаково теплоэффективны. На это влияют следующие факторы:

  1. Пористая структура материала говорит о том, что подобное строение неоднородно, а поры наполнены воздухом. Тепловые массы, перемещаясь через такие прослойки, теряют минимум своей энергии. Поэтому пенобетон именно с замкнутыми порами считается хорошим теплоизолятором.

    Замкнутые поры пенобетона наполнены воздухом, который по праву считается лучшим теплоизолятором

  2. Повышенная плотность материала гарантирует более тесную взаимосвязь частиц друг с другом. Соответственно, уравновешивание температурного баланса происходит намного быстрее. По этой причине плотный материал обладает большим коэффициентом проводимости тепла. Поэтому железобетон считается одним из самых «холодных» материалов.

    Высокая плотность даёт хорошую прочность железобетону, но также и «обделяет» его теплоэффективностью

  3. Влажность – злокачественный фактор, повышающий скорость прохождения тепла. Поэтому так важно качественно произвести гидроизоляцию необходимых узлов здания, грамотно организовать вентиляцию и использовать максимально инертные к намоканию строительные материалы.

«Холодно, холодно и сыро. Не пойму, что же в нас остыло…» Даже Согдиана знает о том, что сырость и холод − вечные соседи, от которых не спрячешься в тёплом свитере

Зная, что такое проводимость тепла, и какие факторы на неё влияют, можно смело пробовать применять свои знания для расчётов будущих строительных конструкций. Для этого нужно знать коэффициенты используемых материалов.

Коэффициент теплопроводности строительных материалов – таблицы

Теплоизоляционные свойства материалов прекрасно демонстрируют сводные таблицы, в которых представлены нормативные показатели.

Таблица коэффициентов теплоотдачи материалов. Часть 1Проводимость тепла материалов. Часть 2Таблица теплопроводности изоляционных материалов для бетонных полов

Но эти таблицы теплопроводности материалов и утеплителей учли далеко не все значения. Рассмотрим подробнее теплоотдачу основных строительных материалов.

Таблица теплопроводности кирпича

Как уже успели убедиться, кирпич – не самый «тёплый» стеновой материал. По теплоэффективности он отстаёт от дерева, пенобетона и керамзита. Но при грамотном утеплении из него получаются уютные и тёплые дома.

Сравнение теплопроводности строительных материалов по толщине (кирпич и пенобетон)

Но не все виды кирпича имеют одинаковый коэффициент теплопроводности (λ). Например, у клинкерного он самый большой – 0,4−0,9 Вт/(м·К). Поэтому строить из него что-то нецелесообразно. Чаще всего его применяют при дорожных работах и укладке пола в технических зданиях. Самый малый коэффициент подобной характеристики у так называемой теплокерамики – всего 0,11 Вт/(м·К). Но подобное изделие также отличается и большой хрупкостью, что максимально минимизирует область его применения.

Неплохое соответствие прочности и теплоэффективности у силикатных кирпичей. Но кладка из них также нуждается в дополнительном утеплении, и в зависимости от региона строительства, возможно, ещё и в утолщении стены. Ниже приведена сравнительная таблица значений проводимости тепла различными видами кирпичей.

Теплопроводность разных видов кирпичей

Таблица теплопроводности металлов

Теплопроводность металлов не менее важна в строительстве, например, при выборе радиаторов отопления. Также без подобных значений не обойтись при сварке ответственных конструкций, производстве полупроводников и различных изоляторов. Ниже приведены сравнительные таблицы проводимости тепла различных металлов.

Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 1Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 2Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 3

Таблица теплопроводности дерева

Древесина в строительстве негласно относится к элитным материалам для возведения домов. И это не только из-за экологичности и высокой стоимости. Самые низкие коэффициенты теплопроводности у дерева. При этом подобные значения напрямую зависят от породы. Самый низкий коэффициент среди строительных пород имеет кедр (всего 0,095 Вт/(м∙С)) и пробка. Из последней строить дома очень дорого и проблемно. Но зато пробка для покрытия пола ценится из-за своей невысокой проводимости тепла и хороших звукоизоляционных качеств. Ниже представлены таблицы теплопроводности и прочности различных пород.

Проводимость тепла дереваПрочность разных пород древесины

Таблица проводимости тепла бетонов

Бетон в различных его вариациях является самым распространённым строительным материалом на сегодня, хотя и не является самым «тёплым». В строительстве различают конструкционные и теплоизоляционные бетоны. Из первых возводят фундаменты и ответственные узлы зданий с последующим утеплением, из вторых строят стены. В зависимости от региона к таковым либо применяется дополнительное утепление, либо нет.

Сравнительная таблица теплоизоляционных бетонов и теплопроводности различных стеновых материалов

Наиболее «тёплым» и прочным считает газобетон. Хотя это не совсем так. Если сравнивать структуру пеноблоков и газобетона, можно увидеть существенные различия. У первых поры замкнутые, когда же у газосиликатов большинство их открытые, как бы «рваные». Именно поэтому в ветреную погоду неутеплённый дом из газоблоков очень холодный. Эта же причина делает подобный лёгкий бетон более подверженным к воздействиям влаги.

Какой коэффициент теплопроводности у воздушной прослойки

В строительстве зачастую используют воздушные ветронепродуваемые прослойки, которые только увеличивают проводимость тепла всего здания. Также подобные продухи необходимы для вывода влаги наружу. Особое внимание проектированию подобных прослоек уделяется в пенобетонных зданиях различного назначения. У подобных прослоек также есть свой коэффициент теплопроводности в зависимости от их толщины.

Таблица проводимости тепла воздушных прослоек

Калькулятор расчёта толщины стены по теплопроводности

На практике подобные данные применяют часто и не только профессиональными проектировщиками. Нет ни одного закона, запрещающего самостоятельно создавать проект своего будущего дома. Главное, чтобы тот соответствовал всем нормативам и СНиПам. Чтобы рассчитать теплопроводность стены, можно воспользоваться специальным калькулятором. Подобное «чудо прогресса» можно как установить к себе на компьютер в качестве приложения, так и воспользоваться услугой онлайн.

Окно расчёта калькулятора

В нём нет премудростей. Просто выбираешь необходимые данные и получаешь готовый результат.

Расчёт толщины стен с использованием глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе

Существуют и более сложные калькуляторы расчёта, где учитываются все слои стен, пример подобного расчётного «механизма» показан на фото ниже.

Расчёт проводимости тепла всех прослоек стен

Конечно, теплоэффективность будущего здания – это вопрос, требующий пристального внимания. Ведь от него зависит, насколько тепло будет в доме и насколько экономно будет его отапливать. Для каждого климатического региона существуют свои нормы коэффициентов теплопроводности ограждающих конструкций. Можно рассчитать самостоятельно теплоэффективность, но если возникают проблемы, лучше обратиться за помощью к специалистам.

 

Предыдущая

Строительные материалыИз чего делают цемент: от теории к практике

Следующая

Строительные материалыКрепкий пол в каждый дом: ламинат или линолеум — что лучше

Понравилась статья? Сохраните, чтобы не потерять!

Коэффициент теплопроводности материалов таблица, формулы

Термин «теплопроводность» применяется к свойствам материалов пропускать тепловую энергию от горячих участков к холодным. Теплопроводность основана на движении частиц внутри веществ и материалов. Способность передавать энергию тепла в количественном измерении – это коэффициент теплопроводности. Круговорот тепловой энергопередачи, или тепловой обмен, может проходить в любых веществах с неравнозначным размещением разных температурных участков, но коэффициент теплопроводности зависим от давления и температуры в самом материале, а также от его состояния – газообразного, жидкого или твердого.
Эквивалентная теплопроводимость строительных материалов и утеплителей

 

Физически теплопроводность материалов равняется количеству тепла, которое перетекает через однородный предмет установленных габаритов и площади за определенный временной отрезок при установленной температурной разнице (1 К). В системе СИ единичный показатель, который имеет коэффициент теплопроводности, принято измерять в Вт/(м•К).

Как рассчитать теплопроводность по закону Фурье

В заданном тепловом режиме плотность потока при передаче тепла прямо пропорциональна вектору максимального увеличения температуры, параметры которой изменяются от одного участка к другим, и по модулю с одинаковой скоростью увеличения температуры по направлению вектора:

q = − ϰ х grad х (T), где:

  • q – направление плотности предмета, передающего тепло, или объем теплового потока, который протекает по участку за заданную временную единицу через определенную площадь, перпендикулярный всем осям;
  • ϰ – удельный коэффициент теплопроводности материала;
  • T – температура материала.

Перенос тепла в неравновесной термодинамической системе

 

Знак «-» в формуле перед «ϰ» указывает, что тепло движется в противоположном направлении от вектора grad х (T)/ – в направлении уменьшения температуры предмета. Эта формула отражает закон Фурье. В интегральном выражении коэффициент теплопередачи согласно закону Фурье будет выглядеть как формула:

  • P = − ϰ х S х ΔT / l, выражается в (Вт/(м•К) х (м2•К) / м = Вт/(м•К) х (м•К) = Вт), где:
  • P ­– общая мощность потерь теплоотдачи;
  • S – сечение предмета;
  • ΔT – разница температуры по стыкам сторон предмета;
  • l – расстояние между стыками сторон предмета – длина фигуры.

Связь коэффициента теплопроводимости с электропроводностью материалов

 

Электропроводность и коэффициент теплопередачи

Собственно, коэффициент теплопроводности металлов «ϰ» связан с их удельной электропроводимостью «σ» согласно закону Видемана-Франца, в соответствии с которым коэффициент теплопроводности металлов зависит от удельной электропроводимости прямо пропорционально температуре:

Κ / σ = π2 / 3 х (К / e)2 х T, где:

  • К – постоянный коэффициент Больцмана, устанавливающий закономерность между тепловой энергией тела и его температурой;
  • e – заряд электрона;
  • T – термодинамическая температура предмета.

Коэффициент теплопроводности газовой среды

В газовой среде коэффициент теплопроводности воздуха может рассчитываться по приблизительной формуле:

ϰ ~ 1/3 х p х cv х Λλ х v, где:

  • pv – плотность газовой среды;
  • cv – удельная емкость тепловой энергии при одном и том же объеме тела;
  • Λλ – расстояние свободного перемещения молекул в газовой среде;
  • v – скорость передачи тепла.

Что такое теплопроводимость

 

Или:

ϰ = I x К / 3 x π3/3 x d2 √ RT / μ, где:

  • i – результат суммирования уровней свободы прямого движения и вращения молекул в газовой среде (для 2-атомных газов i=5, для 1-атомных i=3;
  • К – коэффициент Больцмана;
  • μ – отношение массы газа к количеству молей газа;
  • T – термодинамическая температура;
  • d – ⌀ молекул газа;
  • R – универсальный коэффициент для газовой среды.

Согласно формуле минимальная теплопроводность материалов существует у тяжелых инертных газов, максимально эффективная теплопроводность строительных материалов – у легких.

Теплопроводимость в газовой разреженной среде

Газовая среда и теплопроводность

 

Результат по выкладкам выше, по которым делают расчет теплопроводности для газовой среды, от давления не зависит. Но в очень разреженной газовой среде расстояние свободного перемещения молекул зависит не от столкновений частиц, а от препятствий в виде стен резервуара. При этом ограничение перемещения молекул в соответствующих единицах измерения называют высоковакуумной средой, при которой степень теплообмена уменьшается в зависимости от плотности материала и прямо пропорциональна значению давления в резервуаре:

ϰ ~ 1/3 х p х cv х l х v, где:

i – объем резервуара;

Р – уровень давления в резервуаре.

Согласно этой формуле теплопроводность в вакуумной среде стремится к нулевой отметке при глубоком вакууме. Это объясняется тем, что в вакууме частицы, которые передают тепловую энергию, имеют низкую плотность на единицу площади. Но тепловая энергия в вакуумной среде перетекает посредством излучения. В качестве примера можно привести обычный термос, в котором для уменьшения потерь тепловой энергии стенки должны быть двойными и посеребренными, без воздуха между ними.
Что такое тепловое излучение

 

При применении закона Фурье не принимают во внимание инерционность перетекания тепловой энергии, а это значит, что имеется в виду мгновенная передача тепла из любой точки на любое расстояние. Поэтому формулу нельзя использовать для расчетов передачи тепла при протекании процессов, имеющих высокую частоту повторения. Это ультразвуковое излучение, передача тепловой энергии волнами ударного или импульсного типа и т.д. Существует решение по закону Фурье с релаксационным членом:

τ х ∂q / ∂t = − (q + ϰ х ∇T) .

Если ре­лак­са­ция τ мгновенная, то формула превращается в закон Фурье.

Ориентировочная таблица теплопроводности материалов:

Основа Значение теплопроводности, Вт/(м•К)
Жесткий графен 4840 +/ 440 – 5300 +/ 480
Алмаз 1001-2600
Графит 278,4-2435
Бора арсенид 200-2000
SiC 490
Ag 430
Cu 401
BeO 370
Au 320
Al 202-236
AlN 200
BN 180
Si 150
Cu3Zn2 97-111
Cr 107
Fe 92
Pt 70
Sn 67
ZnO 54
 Черная сталь 47-58
Pb 35,3
Нержавейка Теплопроводность стали – 15
SiO2 8
Высококачественные термостойкие пасты 5-12
Гранит

(состоит из SiO2 68-73 %; Al2O3 12,0-15,5 %; Na2O 3,0-6,0 %; CaO 1,5-4,0 %; FeO 0,5-3,0 %; Fe2O3 0,5-2,5 %; К2О 0,5-3,0 %; MgO 0,1-1,5 %; TiO2 0,1-0,6 %)

2,4
Бетонный раствор без заполнителей 1,75
Бетонный раствор со щебнем или с гравием 1,51
Базальт

(состоит из SiO2 – 47-52%, TiO2 – 1-2,5%, Al2O3 – 14-18%, Fe2O3 – 2-5%, FeO – 6-10%, MnO – 0,1-0,2%, MgO – 5-7%, CaO – 6-12%, Na2O – 1,5-3%, K2O – 0,1-1,5%, P2O5 – 0,2-0,5 %)

1,3
Стекло

(состоит из SiO2, B2O3, P2O5, TeO2, GeO2, AlF3 и т. д.)

1-1,15
Термостойкая паста КПТ-8 0,7
Бетонный раствор с наполнителем из песка, без щебня или гравия 0,7
Вода чистая 0,6
Силикатный

или красный кирпич

0,2-0,7
Масла

на основе силикона

0,16
Пенобетон 0,05-0,3
Газобетон 0,1-0,3
Дерево Теплопроводность дерева – 0,15
Масла

на основе нефти

0,125
Снег 0,10-0,15
ПП с группой горючести Г1 0,039-0,051
ЭППУ с группой горючести Г3, Г4 0,03-0,033
Стеклянная вата 0,032-0,041
Вата каменная 0,035-0,04
Воздушная атмосфера (300 К, 100 кПа) 0,022
Гель

на основе воздуха

0,017
Аргон (Ar) 0,017
Вакуумная среда 0

Приведенная таблица теплопроводности учитывает теплопередачу посредством теплового излучения и теплообмена частиц. Так как вакуум не передает тепло, то оно перетекает при помощи солнечного излучения или другого типа генерации тепла.  В газовой или жидкой среде слои с разной температурой смешиваются искусственно или естественным способом.

Таблица теплопроводимости стройматериалов

 

Проводя расчет теплопроводности стены, необходимо принимать во внимание, что теплопередача сквозь стеновые поверхности меняется от того, что температура в здании и на улице всегда разная, и зависит от площади всех поверхностей дома и от теплопроводности стройматериалов.

Чтобы количественно оценить теплопроводность, ввели такое значение, как коэффициент теплопроводности материалов. Он показывает, как тот или иной материал способен передавать тепло. Чем выше это значение, например, коэффициент теплопроводности стали, тем эффективнее сталь будет проводить тепло.

  • При утеплении дома из древесины рекомендуется выбирать стройматериалы с низким коэффициентом.
  • Если стена кирпичная, то при значении коэффициента 0,67 Вт/(м2•К) и толщине стены 1 м при ее площади 1 м2 при разнице наружной и внутридомовой температуры 10С кирпич будет пропускать 0,67 Вт энергии. При разнице температур 100С кирпич будет пропускать 6,7 Вт и т.д.

Стандартное значение коэффициента теплопроводимости теплоизоляции и других строительных материалов верно для толщины стены 1 м. Чтобы провести расчет теплопроводности поверхности другой толщины, следует коэффициент поделить на выбранное значение толщины стены (метры).
Ориентировочные показатели коэффициентов теплопроводимости

 

В СНиП и при проведении расчетов фигурирует термин «тепловое сопротивление материала», он означает обратную теплопроводность. То есть при теплопроводности листа пенопласта 10 см и его теплопроводности 0,35 Вт/(м2•К) тепловое сопротивление листа – 1 / 0,35 Вт/(м2•К) = 2,85 (м2•К)/Вт.

Ниже – таблица теплопроводности для востребованных строительных материалов и теплоизоляторов:

Стройматериалы Коэффициент теплопроводимости, Вт/(м2•К)
Плиты из алебастра 0,47
Al 230
Шифер асбоцементный 0,35
Асбест (волокно, ткань) 0,15
Асбоцемент 1,76
Асбоцементные изделия 0,35
Асфальт 0,73
Асфальт для напольного покрытия 0,84
Бакелит 0,24
Бетон с заполнителем щебнем 1,3
Бетон с заполнителем песком 0,7
Пористый бетон – пено- и газобетон 1,4
Сплошной бетон 1,75
Термоизоляционный бетон 0,18
Битумная масса 0,47
Бумажные материалы 0,14
Рыхлая минвата 0,046
Тяжелая минвата 0,05
Вата – теплоизолятор на основе хлопка 0,05
Вермикулит в плитах или листах 0,1
Войлок 0,046
Гипс 0,35
Глиноземы 2,33
Гравийный заполнитель 0,93
Гранитный или базальтовый заполнитель 3,5
Влажный грунт, 10% 1,75
Влажный грунт, 20% 2,1
Песчаники 1,16
Сухая почва 0,4
Уплотненный грунт 1,05
Гудроновая масса 0,3
Доска строительная 0,15
Фанерные листы 0,15
Твердые породы дерева 0,2
ДСП 0,2
Дюралюминиевые изделия 160
Железобетонные изделия 1,72
Зола 0,15
Известняковые блоки 1,71
Раствор на песке и извести 0,87
Смола вспененная 0,037
Природный камень 1,4
Картонные листы из нескольких слоев 0,14
Каучук пористый 0,035
Каучук 0,042
Каучук с фтором 0,053
Керамзитобетонные блоки 0,22
Красный кирпич 0,13
Пустотелый кирпич 0,44
Полнотелый кирпич 0,81
Сплошной кирпич 0,67
Шлакокирпич 0,58
Плиты на основе кремнезема 0,07
Латунные изделия 110
Лед при температуре 00С 2,21
Лед при температуре -200С 2,44
Лиственное дерево при влажности 15% 0,15
Медные изделия 380
Мипора 0,086
Опилки для засыпки 0,096
Сухие опилки 0,064
ПВХ 0,19
Пенобетон 0,3
Пенопласт марки ПС-1 0,036
Пенопласт марки ПС-4 0,04
Пенопласт марки ПХВ-1 0,05
Пенопласт марки ФРП 0,044
ППУ марки ПС-Б 0,04
ППУ марки ПС-БС 0,04
Лист из пенополиуретана 0,034
Панель из пенополиуретана 0,024
Облегченное пеностекло 0,06
Тяжелое вспененное стекло 0,08
Пергаминовые изделия 0,16
Перлитовые изделия 0,051
Плиты на цементе и перлите 0,085
Влажный песок 0% 0,33
Влажный песок 0% 0,97
Влажный песок 20% 1,33
Обожженный камень 1,52
Керамическая плитка 1,03
Плитка марки ПМТБ-2 0,035
Полистирол 0,081
Поролон 0,04
Раствор на основе цемента без песка 0,47
Плита из натуральной пробки 0,042
Легкие листы из натуральной пробки 0,034
Тяжелые листы из натуральной пробки 0,05
Резиновые изделия 0,15
Рубероид 0,17
Сланец 2,100
Снег 1,5
Хвойная древесина влажностью 15% 0,15
Хвойная смолистая древесина влажностью 15% 0,23
Стальные изделия 52
Стеклянные изделия 1,15
Утеплитель стекловата 0,05
Стекловолоконные утеплители 0,034
Стеклотекстолитовые изделия 0,31
Стружка 0,13
Тефлоновое покрытие 0,26
Толь 0,24
Плита на основе цементного раствора 1,93
Цементно-песчаный раствор 1,24
Чугунные изделия 57
Шлак в гранулах 0,14
Шлак зольный 0,3
Шлакобетонные блоки 0,65
Сухие штукатурные смеси 0,22
Штукатурный раствор на основе цемента 0,95
Эбонитовые изделия 0,15

Влажность и теплопроводимость – зависимость

 

Кроме того, необходимо учитывать теплопроводность утеплителей из-за их струйных тепловых потоков. В плотной среде возможно «переливание» квазичастиц из одного нагретого стройматериала в другой, более холодный или более теплый, через поры субмикронных размеров, что помогает распространять звук и тепло, даже если в этих порах  будет абсолютный вакуум.

Теплопроводность бетона: коэффициент, расчеты

Важную роль при строительстве дома играет теплопроводность бетона. Это свойство указывает на способность строения удерживать тепловую энергию. Показатель изменяется в зависимости от вида и влажности материала. Стройматериал с высокой способностью удерживать тепло позволяет сэкономить на утеплении помещения. Пористые виды бетона чаще используют в качестве утеплителя, но при этом учитывают, что с повышением объема пор в материале происходит ухудшение устойчивости к механическим нагрузкам.

Что это такое?

При строительстве конструкций и домов со значительной нагрузкой на стены лучше выбрать конструкционный вид материала, а потом утеплить его с помощью полистирола.

Коэффициент теплопроводности бетона служит основной характеристикой при выборе теплоизоляционного сырья. Этот показатель указывает на способность стройматериала удерживать тепло внутри помещения. Высокое значение способствует более оперативному охлаждению дома в зимнее время и нагреванию летом. Блоки повышенной плотности быстрее передают тепло, в то время как поросодержащий материал задерживает нагретый воздух внутри сооружения. Поэтому материалы с более пористой структурой чаще всего применяют в качестве утеплителя.

Что влияет на показатель?

Пористая смесь обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, чего не скажешь про материал высокой плотности.

От теплопроводности материала, из которого построен дом, зависит микроклимат в нем. При выборе сырья для сооружения стен учитывают все факторы, влияющие на изоляционные способности. Выбрав бетон, как основной стройматериал, рекомендуется учитывать такие показатели:

  • Плотность. Высокое значение свидетельствует о близком расположении молекул материала друг к другу, что способствует более быстрой передаче тепла. Такой бетон является более прочным, но в то же время малоэффективен для утепления помещения. Плотный вид стройматериала требует дополнительных расходов на теплоизоляцию.
  • Пористость. Поризованная структура бетона делает материал неоднородным, что препятствует быстрой передачи тепла. Поэтому большое количество пустот свидетельствует о хороших теплоизоляционных свойствах. Теплопроводность керамзитобетона меньше чем у жестких бетонов в 5 раз. Минусом такого сырья является низкая прочность, что препятствует использованию материала при возведении несущих конструкций.
  • Влажность. Мокрые стены лучше проводят тепло, поэтому дома, построенные на влажном фундаменте без хорошей гидроизоляции склонны к повышению теплоотдачи.

Коэффициент теплопроводности

Значение показателя указывает на объем тепловой энергии, которую материал толщиной 1 м и площадью 1 м2 может провести за 1 секунду. При этом разница температур по обе стороны стройматериала составляет 1 °C. Значение показателя характеризует способность помещения из этого бетона удерживать тепло в зимнее время. Правильно подобранный материал при строительстве жилья позволит сэкономить на оплате за услуги тепла.

Посмотреть «ГОСТ 7076–99» или cкачать в PDF (1.2 MB)

Как проводятся расчеты?

Коэффициент теплопроводности рассчитывается для сухого, и для бетона с влажностью — отдельно.

Чтобы определить этот показатель пользуются такими формулами:

  • Кауфмана. Применяется для определения коэффициента на сухом бетоне. Выглядит так: λ = 0,0935*(m)0,5*2,28m + 0,025;
  • Некрасова. При изменении влажности и показатель меняется. Поэтому для бетона с влажностью более 3% используют такую формулу: λ = (0,196 + 0,22 m2)0,5—0,14.

Для расчета нужно иметь сведения об исследуемых экземплярах. Знак m обозначает объемную массу объекта, а λ — непосредственно искомый коэффициент. Так как вес различных видов бетона при одинаковом объеме меняется, то и значение показателя также изменяется. Коэффициент теплопроводности керамзитобетона имеет одно из самых низких значений. Поэтому этот материал чаще всего применяют в качестве утеплителя.

Важную роль в строительстве играет влажность бетона, которая сказывается не только на теплопроводности стройматериала, но и его прочностных показателях. Гидроизоляционные мероприятия помогут предупредить такие побочные эффекты.

Утепление и показатели теплопроводности бетона

Сравнительная таблица теплопроводности различных видов материала:

В зависимости от вида стройматериала, используемого при строительстве дома, проводятся дополнительные изоляционные работы. Это приводит к повышению способности стен к удерживанию тепла. Бетон выступает, как самостоятельный стройматериал, который требует утепления, или утеплитель. Во втором случае материал не подходит для строительства несущих конструкций, так как имеет низкую прочность. Как видно из таблицы, теплопроводность монолитного железобетона самая высокая, поэтому из него строят ответственные объекты, а при необходимости повышения теплоизоляционных способностей здания применяют пенополистирол, минвату или керамзитобетон. Поэтому перед строительством дома оценивают возможные пути потери тепла и проводят утепление помещения.

Влияние суррогатных заполнителей на теплопроводность бетона при температуре окружающей среды и повышенных температурах

Точная оценка теплопроводности бетона является важной частью проектирования зданий с точки зрения тепловой эффективности и тепловых характеристик материалов при различных температурах. Мы представляем экспериментальную оценку теплопроводности пяти образцов теплоизолированного бетона, изготовленных с использованием легких заполнителей и стеклянных пузырьков вместо обычных заполнителей.Для оценки надежности тепловых данных и оценки влияния различных типов датчиков используются четыре различных метода измерения. Образцы бетона также оценивают через каждые 100°С при нагреве до ~800°С. Показано, что обычный бетон имеет теплопроводность ~ 2,25 Вт м -1 К -1 . Замещающие агрегаты эффективно снижают проводимость до ~ 1,25 Вт  м -1 К -1 при комнатной температуре. Показано, что размер заполнителя не влияет на теплопроводность: мелкие и крупные заполнители дают одинаковые результаты.Методы оценки поверхностного контакта, как правило, занижают теплопроводность, предположительно из-за высокого теплового сопротивления между преобразователями и образцами. Термогравиметрический анализ показывает, что стадии потери массы цементного теста соответствуют эволюции теплопроводности при нагреве.

1. Введение

Новые корейские стандарты энергосбережения для новых зданий и домов, вступившие в силу с сентября 2013 года, направлены на повышение энергоэффективности жилых и офисных зданий, занимающих 19.6% от общего энергопотребления в 2007 г. [1, 2]. Они направлены на снижение годового потребления энергии домохозяйствами на отопление с уровня 120 кВт·ч·м 90 003 −2  в 2005 году до менее 30 кВт·ч·м 90 003–2  к 2017 году. мм полистироловой изоляции или более толстых бетонных стен [1], меры, которые ранее считались слишком дорогостоящими [3]. Использование недорогого напольного отопления и внутреннего утепления в быстровозводимых высотных домах Кореи, возводимых с 1980-х годов, привело к образованию поверхностного конденсата и плесени из-за разницы температур между бетонными стенами и внутренней изоляционной плитой.

Внешняя изоляция может решить эту проблему, но ее установка будет дорогостоящей и трудоемкой и может быть затруднена правовыми нормами. Разработка бетона с высокой термостойкостью, возможно, является более практичной альтернативой. Теплопроводность бетонов можно легко снизить, заменив один или несколько его компонентов теплоизоляционными материалами, такими как легкие крупные заполнители или стеклянные пузырьки [4]. Легкие заполнители использовались, например, в жилых домах в Японии, экономя 20% потребления тепловой энергии для поддержания комнатной температуры ~ 20°C по сравнению с обычным бетоном [5]. Стеклянные пузырьки также нашли широкое применение в качестве теплоизоляции при изготовлении изолированных труб и теплоотражающих красок [6]. Бетоны, как сложные смеси различного состава, могут иметь широкий диапазон теплопроводности (например, 0,6~3,6 Вт м -1  К -1 ) в зависимости от используемых заполнителей и условий влажности, а также от диапазона температур. и метод испытаний [7–9]. Оценка теплопроводности бетонов, смешанных с различными синтетическими материалами, и ее изменение при повышенной температуре является сложной и сложной задачей, чем оценка обычного бетона.Поэтому разработка методов точной оценки теплопроводности при различных температурах бетона с обычным или легким заполнителем (LWA) является важной частью проектирования теплоэффективной инфраструктуры.

Предыдущие экспериментальные и численные исследования сообщали о тепловых свойствах (например, теплопроводность, удельная теплоемкость и термическая деформация) конструкционного бетона и теплоизолированного бетона, содержащего LWA и добавки, такие как волокно, переработанное стекло и метакаолин, при температуре окружающей среды и повышенных температурах. [10–13].Плотность и теплопроводность бетона часто уменьшаются при нагреве. Однако эволюция при нагреве микроструктуры цементного теста в бетонах как с нормальным, так и с легким заполнителем изучена недостаточно. Роль легких заполнителей и других добавок также остается до конца не выясненной. Кроме того, надежность измерения теплопроводности зависит не только от метода измерения в стационарном или переходном режимах, но и от типа преобразователя (например,г., термозащитная пластина, горячий бокс, игольчатые термозонды) [4, 9, 14, 15]. Важнейшими микроструктурными компонентами гидратированного цементного камня являются гидраты силиката кальция (C–S–H), составляющие до 67 % продуктов гидратации, и гидроксид кальция [16]. Эти компоненты определяют механические свойства пасты [17–19]. Дегидратация гидратов силиката кальция и дегидроксилирование гидроксида кальция объясняют потерю массы, наблюдаемую при нагревании. Зависимость между теплопроводностью и потерей массы микроструктурных компонентов гидратированного цементного камня четко не установлена ​​[19, 20].

В работе представлено исследование теплопроводности различных теплоизолированных бетонов. Образцы, содержащие различные агрегаты и стеклянные пузырьки, сравнивают при комнатной и повышенной температурах. Контрольный образец, содержащий обычный заполнитель, сравнивают с пятью различными образцами теплоизолированного бетона. Роли суррогатных агрегатов исследуются путем измерения теплопроводности образцов с использованием четырех различных методов испытаний: два с использованием встроенных зондов (тепловой игольчатый зонд и нагрев с плоским источником) и два с использованием методов контактной горячей проволоки.Одним из методов горячей проволоки является стандартный метод ASTM C1113 для оценки температурно-зависимой теплопроводности [21]. Также оценивается влияние мелких и крупных заполнителей на теплопроводность. Термогравиметрический анализ (ТГА) используется для сравнения последовательности потери веса при нагревании с соответствующим изменением теплопроводности. Затем оценивается взаимосвязь между микроструктурным составом цементных паст и их теплопроводностью.

2. Материалы и методы
2.1. Материалы

Различные комбинации обычного портландцемента (ASTM Type I), мелкого заполнителя, нормального крупного заполнителя, двух типов легких крупных заполнителей и стеклянных пузырьков используются для изготовления образцов для испытаний. Мелкие и крупнозернистые заполнители происходят из раздробленных пород одинакового происхождения: они имеют один и тот же минералогический состав; отличается только размер зерна (в Корее нет отдельного природного источника мелких заполнителей, такого как очищенный прибрежный песок).Стеклянные пузырьки микрометрового размера (3 M, Ltd.) тестируются в качестве частичной замены крупного заполнителя и для создания искусственных пор в бетоне. Два типа LWA (Argex от Argex NV, Ltd. и Asanolite от Taiheiyo Cement, Ltd.) испытывались в качестве заменителей оставшегося крупного заполнителя. Физические свойства различных агрегатов и стеклянных пузырьков перечислены в таблице 1.





Shine
Агрегат
Грубый совокупность Стеклянные пузырьки
Normal Argex Asanolite

Graneite гранит Гранит глиняный сланца Soda-lime Borosilicate
Максимальный размер (мм) 1. 2 25 25 8 19 0,065
сухой сыпучий объемная плотность (кг м -3 ) 1480 1680 650 800 125
Водяная адсорбция (%) 1.0 19.0 19.0


2.2. Подготовка образцов

Теплоизолированные бетоны получают путем замены крупного заполнителя стеклянными пузырьками и легкими заполнителями.Подробные пропорции смешивания приведены в таблице 2. K обозначает образец со стеклянными пузырьками; добавленное число представляет собой объемную долю добавленных стеклянных пузырьков по отношению к общему объему заполнителя. Влияние размера заполнителя и объемной доли заполнителя на теплопроводность исследуется с использованием другой группы образцов: пасты, раствора и бетона (табл. 3).

900 59 —




4

4

CEment
(кг м -3
)
Fly-Ash
(кг м -3 )
Вода
(кг м -3 )
Заполнители (кг · м -3 )
Fine Грубые Стеклянный пузырь LWA

Нормальный 288 32 175 822 934
К10 288 32 175 870 732 12
К20 288 32 175 870 494 494
K30 288 32 175 870 227 37
Argex 288 32 175 834 510
Asanolite 288 32 175 834 583

9 Соотношение объема (%)


+

Тип микса W / C
Соотношение
(%)
KG M -3 )
Цемент Water Sand Gravil CEment Water Sand Gravavel
Paste 34. 7 48,2 51,8 320 111
минометный 54,7 17,2 29,2 53,5 320 175 827
Бетон 54,7 10,8 18,2 33,4 37,6 320 175 827 939

На рис. 1 представлены оптические изображения используемых здесь легких заполнителей. Argex содержит округлые частицы с беспорядочно расположенными внутренними порами; в асанолите существуют раковинообразные поры; оба показывают заметно большое разнообразие форм пор. Поры микрометрового размера, наблюдаемые с помощью сканирующей электронной микроскопии, подтверждают низкую плотность суррогатных агрегатов.

Все образцы проходят испытания на осадку и плотность в свежем виде, а затем отливаются в различные формы [22]. Бетон с теплоизоляцией заливают в специально разработанные термоформы (200 мм × 200 мм × 300 мм) и три кирпичные формы (65 мм × 114 мм × 230 мм) для измерения теплопроводности.Три образца (тесто, раствор и бетон) отливают в цилиндры Ф 70 мм × 100 мм. Все образцы извлекают из форм через 24 часа и отверждают при комнатной температуре и относительной влажности 50% в течение более 14 дней. Плотность и прочность на сжатие измеряются независимо друг от друга с использованием образцов Ф 100 мм × 200 мм.

2.3. Измерение теплопроводности

Сравниваются четыре метода оценки теплопроводности. Они отличаются способом теплопередачи и типом преобразователя (рис. 2).Методы и их соответствующие образцы перечислены в таблице 4.


6 Термальная плесень
(200 мм × 200 мм × 300 мм) для температуры окружающей среды

O

O

O

O

9005 9 О

Нормальный K10 K20 K30 AG0 AS0

игольчатый зонд
O O O

O O
Самолет О О О О О О
Контактное термоанемометрические О О О О

ASTM C1113 Кирпичная форма
(65 мм × 114 мм × 230 мм) для температуры окружающей среды и повышенной температуры
O О О О О

2.

3.1. Термоигольчатый зонд (встроенного типа для переходных процессов)

Зонд (нержавеющая сталь, длина 60 мм, диаметр 1,3 мм) содержит нагревательный провод и термистор (East 30 Sensors Ltd.). Он полностью внедряется в образец, когда он находится в термической форме. Постоянный ток генерирует тепло линейного источника радиально от зонда, и температура одновременно контролируется каждые 0,5 с в течение 3 мин. Применимость метода к бетонам и другим строительным материалам, а также подробную теорию можно найти в других источниках [4, 23, 24].Зонд должен быть встроен в бетон до отверждения, что ограничивает его полезность в отношении испытаний бетонных конструкций на месте .

2.3.2. Метод контактной горячей проволоки (контактный тип при переходном процессе)

Система тестирования (QTM-500, Kyoto Electronics Manufacturing, Co., Ltd.) следует тем же принципам, что и термоигольчатый зонд. Однако датчик располагается на поверхности образца, и тепло от линейного источника распространяется только в одном направлении. Этот метод может быть легко применен на месте , хотя для передачи звука требуется плоская и полированная контактная поверхность.

2.3.3. Метод планарного источника тепла (встроенный тип при квазистационарном режиме)

Нагревательная пластина обеспечивает тепло от плоского источника через образец, а последовательно встроенные термопары определяют пространственно-временное изменение температуры. Вся система теплоизолирована для минимизации потерь тепла. Зарегистрированные профили температуры интерпретируются с учетом сохранения энергии на основе закона Фурье. Ранее сообщалось о надежности использования планарных источников тепла для измерения теплопроводности бетонов [4].Этот метод может оценивать относительно большие образцы (с размерами в десятки сантиметров), хотя получение полного набора тестовых профилей температуры занимает несколько дней, поскольку система приближается к устойчивому состоянию.

2.3.4. ASTM C1113 (контактный тип при постоянном контакте)

Этот метод изначально был разработан для огнеупоров при повышенных температурах. Три образца в форме кирпича помещают между собой термопары и нагревательные провода перед нагреванием в печи. Достигается первое тепловое равновесие (для испытаний при 600°С период выдержки для установления термического стационарного состояния занимает более 4 суток).Затем нагревают платиновый нагревательный провод, и разница температур, измеренная двумя термопарами, используется для расчета теплопроводности. Связь между преобразователями и поверхностью образца не такая полная, как при встроенных типах контроля.

2.4. Процедуры испытаний

Термоформа, предназначенная для измерений при температуре окружающей среды, содержит два термоигольчатых датчика и пять последовательных термопар с интервалом 50 мм. После завершения измерения с использованием термоигольчатого зонда и планарного источника тепла форму демонтируют, а поверхность образца тщательно очищают и полируют.Далее следует измерение с использованием контактной термоэлектрической проволоки (т. е. устройства QTM-500). Затем независимо получают теплопроводность кирпичей с использованием метода ASTM C1113 при 45°C, 100°C, 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C, 670°C и 770°C. С. Измерение повторяют три раза при каждой температуре. Печь нагревают при 55°С ч -1 . Образцы пасты, цемента и бетона (цилиндры Ф 70 мм × 100 мм) испытывают с помощью термоигольчатых датчиков. Содержание воды и удельный вес периодически измеряют во время отверждения, а значения электропроводности оценивают независимо через 7, 14 и 28 дней отверждения.

2.5. Термогравиметрический анализ (ТГА)

Термогравиметрический анализ позволяет оценить изменение пропорций гидрата силиката кальция (C–S–H) и гидроксида кальция в гидратированных цементах обычного бетона при нагреве при 10°C мин −1 от 25° С до 1000°С. Данные о массе и тепловом потоке получают при нагревании цементного теста. Затем тепловое поведение сравнивается с измеренной теплопроводностью при повышенных температурах, что позволяет выяснить взаимосвязь между химическими изменениями в образцах и их термическими свойствами.

3. Результаты и обсуждение

Сначала представлены данные по теплопроводности, полученные при различных методах испытаний. Эталонные образцы (паста, раствор и бетон) готовятся независимо, чтобы продемонстрировать влияние заполнителя и время отверждения. Для образцов, нагретых до ~770°C, сообщается их температурно-зависимая теплопроводность с обсуждением их фазового перехода и связанных с ним химических реакций.

3.1. Теплопроводность

На рис. 3 измеренная теплопроводность сравнивается с полученной методом термоигольчатого зонда.Обычный бетон имеет теплопроводность ~2,25 Вт м −1  K −1 ; значения имеют тенденцию к линейному уменьшению с увеличением доли стеклянных пузырьков, достигая ~1,3 Вт м –1  К –1 в образце К30. Это снижение теплопроводности на 42% при добавлении стеклянных пузырьков при объемной доле заполнителей 30% в основном связано с наличием воздушных пустот субмикрометрового размера в стеклянных пузырьках. Изменение плотности от 2370 кг м −3 (бетон нормальный) до 2011 кг м −3 (К30) сопровождается снижением прочности на сжатие (с 43,09 МПа в обычном бетоне до 24,6 МПа в К30). Бетонный образец с заполнителем Argex имеет теплопроводность от 1,25 Вт м -1  К -1 до 1,54 Вт м -1  К -1 , что ниже, чем у образца, содержащего асанолит. Это связано с тем, что Argex имеет более низкую объемную плотность и более высокую водопоглощающую способность, что позволяет предположить, что он имеет больше внутренних пор, чем Asanolite. Воздушно-сухая плотность образцов с Argex и Asanolite составляет 1848 кг м −3 и 1817 кг м −3 соответственно; их соответствующие измеренные значения прочности на сжатие равны 37.7 МПа и 36,0 МПа. Таким образом, замена крупного заполнителя легким заполнителем более эффективно снижает плотность бетона, сводя к минимуму ослабление бетона, чем использование стеклянных пузырьков.

Методы испытаний со встроенными датчиками (тепловая игла и планарный источник тепла) показывают аналогичные значения теплопроводности с меньшим разбросом, чем два контактных метода, из-за минимального теплового сопротивления между датчиками и тестируемыми материалами (рис. 3( а), 3(б) и 3(в)).Присущая методам контактной горячей проволоки и ASTM C1113 неполная связь приводит к тому, что они занижают теплопроводность примерно на 20%; однако эти два метода согласуются друг с другом (рис. 3(d)). Влияние легких заполнителей и стеклянных пузырьков на теплопроводность ясно представлено всеми методами, но встроенные методы, по-видимому, дают количественно более точные данные благодаря определенному контакту между преобразователями и образцом. Методы контактного типа, вероятно, будут более применимы на практике, чем методы встроенного типа, потому что установка преобразователей не всегда осуществима после завершения строительства.

3.2. Влияние размера заполнителя

Мелкие и крупные заполнители сравниваются по их влиянию на теплопроводность образцов пасты, раствора и бетона. Термоигольчатые зонды полностью вставляются в цилиндрические образцы (Φ 70 мм × 100 мм), и проводимость достигается через 7, 14 и 28 дней отверждения. Также отслеживаются изменения удельного веса и содержания воды (рис. 4). Паста имеет самое высокое содержание воды и самый низкий удельный вес во влажном состоянии. Оба свойства со временем уменьшаются из-за испарения воды.Теплопроводность имеет тенденцию к небольшому снижению во время отверждения (рис. 5), хотя отверждение, по-видимому, имеет номинальный эффект. Образец пасты имеет наименьшее значение ~1 Вт м −1  K −1 ; раствор и бетон имеют одинаковые значения ~ 2 Вт м −1  K −1 .

Хотя наличие крупного заполнителя могло бы способствовать теплопроводности, нет заметной разницы между образцами с крупным и мелким заполнителем, предположительно из-за того, что два заполнителя имеют одинаковое происхождение и, таким образом, являются одинаково хорошими теплопроводниками независимо от зерна размер.Это говорит о том, что межфазное термическое сопротивление не влияет на свойства заполнителей в цементном тесте и что объемная доля заполнителя в бетонах в большей степени влияет на теплопроводность. Содержание воды, по-видимому, влияет на теплопроводность, при этом более влажная паста имеет более низкую теплопроводность, чем раствор или бетон. Из рис. 4 видно, что удельный вес образцов мало влияет на их теплопроводность. Поэтому желательно заменить любой заполнитель заменителями для снижения теплопроводности при условии, что образцы не слишком сильно ослаблены.

3.3. Зависимая от температуры теплопроводность

На рис. 6 представлены результаты термогравиметрического анализа образцов обычного бетона. При нагреве свободная вода начинает испаряться из цементного теста при 100°С ~ 120°С [25]. Затем происходит диссоциация воды, связанной с C-S-H, между 150°C и 400°C [14, 26]; дегидроксилирование гидроксида кальция (кристаллы гидроксида кальция распадаются на оксид кальция и воду) происходит при 400°С и 600°С, когда происходит основная потеря массы и разупрочнение бетонов [25].Постепенное снижение массы от 600°С до 825°С связывают с декарбонизацией кальцита до оксида кальция [27]. Процентные потери массы, соответствующие дегидратации C–S–H, дегидроксилированию гидроксида кальция и декарбонизации кальцита, приведены в таблице 5. Данные о средней теплопроводности для обычного бетона (измеренные методом ASTM C1113, наложены в Рисунок 6) постепенно уменьшаются в соответствии с наблюдаемыми потерями массы. Континуум в гидратированном цементном тесте теряется при нагревании из-за образования пор, которые первоначально были заняты микроструктурами, такими как гидраты силиката кальция и гидроксид кальция.

0







145 ~ 400 ~ 600 ° C 600 ~ 825 ° C
Убыток массы (%) 2.75 1.85 1.85 0.87

Рисунок 7 суммирует эволюцию теплопроводности шести протестированных образцов при нагревании. Сплошная линия обозначает поведение обычного бетона для сравнения. Каждый образец демонстрирует резкое увеличение теплопроводности вблизи 100°С; выраженная вариация обусловлена ​​испарением свободной воды, связанной с уменьшением скрытой теплоты при парообразовании [25, 28]. Хотя образование и распространение микротрещин под давлением пара после 300°С может снижать теплопроводность, здесь они не проявляются отчетливо. Образцы со стеклянными пузырьками демонстрируют значительное снижение теплопроводности на 400°C (обозначено как зона A), за которым следует постепенное снижение (зона B).Бетоны с легким заполнителем, обладающие низкой теплопроводностью при температуре окружающей среды, демонстрируют наибольшие потери теплопроводности в фазах испарения и обезвоживания при температуре ниже 400°С; затем следует квазиасимптотическое поведение (рис. 7(e) и 7(f)). Эти наблюдения показывают, что химические реакции при повышенных температурах не способствуют снижению теплопроводности. Присутствия пор в легких заполнителях, вероятно, достаточно, чтобы уменьшить теплопроводность и уменьшить влияние любых дальнейших изменений химического состава, вызванных нагревом. Мы также предполагаем, что поглощение воды легкими агрегатами при перемешивании частично препятствует дегидратации неиспарившейся воды из C-S-H; последующие химические реакции в бетонах с легким заполнителем при нагревании не следуют аналогичному поведению, наблюдаемому в обычных бетонах. Тем не менее очевидно, что тип крупного заполнителя не только существенно определяет теплопроводность при температуре окружающей среды, но и влияет на ее поведение при нагреве.

4. Выводы

Было охарактеризовано тепловое поведение теплоизолированных бетонов с легкими заполнителями и стеклянными пузырьками, заменяющими обычно используемый крупный заполнитель, при температуре окружающей среды и повышенных температурах. Увеличение объемной доли стеклянных пузырьков привело к снижению теплопроводности бетона при сохранении достаточной прочности на сжатие для его практического использования. Два легких заполнителя были испытаны в качестве заменителей крупного заполнителя: их макро- и микропоры также снижали теплопроводность бетона. Для оценки бетонов сравнивали четыре метода. Два метода, использующие датчики поверхностно-контактного типа (метод контактной горячей проволоки и стандартный метод ASTM C1113), как правило, недооценивают теплопроводность. Присутствие регулярного заполнителя способствует теплопроводности, но было обнаружено, что размер заполнителя не влияет на теплопроводность. Термогравиметрический анализ цементных паст выявил последовательность изменений их химического состава при нагреве вслед за наблюдаемым снижением их теплопроводности.Появление внутренних пор в образцах, содержащих легкие заполнители, обусловленное термическим разложением их составляющих при нагревании, вероятно, оказало доминирующее влияние на термическое поведение бетонов. Это физическое изменение оказало большее влияние на теплопроводность, чем сами изменения химического состава. Возникновение квазипостоянной теплопроводности выше 400°С может быть связано не только с изначально высокой пористостью легких заполнителей, но и с поглощением воды легким заполнителем при перемешивании и замедлением дегидратации С-S-H.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарности

Это исследование было поддержано грантом (Код 11-Технологические инновации-F04) от Программы инноваций в области строительных технологий (CTIP), финансируемой Министерством земли, транспорта и морских дел правительства Кореи, Корейским научно-исследовательским центром CCS ( KCRC) и Грант Национального исследовательского фонда Кореи (NRF), финансируемый правительством Кореи (MSIP) (№.2011-0030040, 2013035972).

Сравнительное исследование теплопроводности бетона с зольным остатком угля при различных условиях сушки

Использование золы угольного остатка (CBA) и золы-уноса в бетоне стало более распространенным. Для бетона CBA условия отверждения будут влиять на тепловые свойства бетона из-за высокой водопоглощающей способности заполнителя CBA. Кроме того, содержание CBA и летучей золы в бетоне влияет на тепловые свойства бетона. Таким образом, в этом исследовании изучалось влияние условий сушки и содержания CBA и летучей золы на теплопроводность бетона CBA. Теплопроводность бетона была измерена в двух различных условиях отверждения и сушки: в условиях сушки в печи и в условиях насыщенной поверхностной сушки (SSD) со временем отверждения 28 и 91 день. Бетонные смеси также содержали различные уровни CBA и летучей золы. Песчаный щебень в составе бетонных смесей заменяли на СВА с коэффициентами замены 25, 50, 75 и 100 % по объему.Кроме того, цемент в составе бетонной смеси был заменен золой-уносом с коэффициентами замены 20 и 40% по объему. Теплопроводность бетона в условиях печной сушки была значительно ниже, чем в условиях ССД. Более того, теплопроводность бетона снижалась по мере увеличения содержания ХБК как в условиях сушки в печи, так и в условиях твердого тела. Материальные свойства бетона, в том числе удельный вес, прочность на сжатие и скорость ультразвука, также были измерены в исследовании.По сравнению с условиями SSD прочность на сжатие, удельный вес и скорость ультразвука бетона CBA были значительно ниже в условиях сушки в печи. Кроме того, были предложены зависимости между теплопроводностью и удельным весом, прочностью на сжатие и скоростью ультразвука.

1. Введение

В последнее время глобальное изменение климата привело к увеличению потребления энергии для охлаждения в жаркую погоду и для обогрева в холодную погоду. Применение легкого бетона в строительных материалах для зданий выгодно, поскольку снижает использование энергии в зданиях и способствует эффективному потреблению энергии [1–5].Тепловые свойства строительных материалов, используемых для бетонных зданий, сильно зависят от пористых заполнителей и плотности материала, поскольку материал с пористыми заполнителями обладает низкой теплопроводностью [3].

Зола угольного остатка (CBA) считается благоприятной для изготовления бетона с низкой теплопроводностью из-за его пористой структуры [6]. Теплопроводность раствора с использованием заполнителей СВА снизилась на 64 % при применении СВА к растворной смеси [7].Нгохпок и др. [8] исследовали свойства материала водопроницаемого бетона, содержащего рециклированные и зольные заполнители. Это исследование показало, что использование CBA в водопроницаемом бетоне значительно снижает теплопроводность бетона. Парк и др. [9] также исследовали выбранные прочностные характеристики бетона СВА при различных условиях твердения и сушки. Кроме того, Gooi et al. [10] пришли к выводу, что применение бетона CBA является перспективным методом повышения энергоэффективности зданий.

Кроме того, летучая зола также влияет на теплопроводность бетона. Сопротивление тепловому потоку золы-уноса на 15-40 % выше, чем у кварцевого песка [11]. Однако на сопротивление тепловому потоку летучей золы влияет содержание влаги, поэтому оно может резко снизиться в условиях более высокой влажности. Влияние содержания летучей золы на тепловые и механические свойства легкого бетона было проанализировано в исследовании Чжоу и Брукса [12]. Результаты их испытаний показали, что легкий бетон, содержащий летучую золу, имеет низкую теплопроводность, но сохраняет свою механическую прочность.Брукс и др. [4] сравнили тепловые и механические свойства бетона, содержащего четыре различных типа легких наполнителей, в том числе летучую золу. Согласно их исследованию, теплопроводность бетона уменьшалась по мере увеличения содержания летучей золы, а плотность бетона, содержащего летучую золу, была выше, чем у другого бетона, использованного в исследовании.

Однако, хотя CBA и зольная пыль влияют на теплопроводность бетона, в большинстве исследований оценивается исключительно влияние только CBA или зольной пыли на теплопроводность получаемого бетона.Исследования влияния содержания СВА и летучей золы на теплопроводность бетона, в котором они используются одновременно, все еще ограничены. Гош и др. [13] исследовали термические свойства строительного раствора, содержащего летучую золу и СВА в качестве заменителя песка. Кроме того, очень мало исследований, изучающих влияние содержания влаги или условий сушки на теплопроводность легкого бетона, содержащего как CBA, так и летучую золу. Хан [14] исследовал теплопроводность обычного бетона при различном содержании влаги и показал, что на теплопроводность бетона влияет влажность. Согласно исследованию Zhang et al. [15], теплопроводность обычного бетона, содержащего известняк и гранит в качестве крупных заполнителей, увеличивалась по мере увеличения степени насыщения бетона.

Кроме того, ожидается, что использование CBA и летучей золы снизит теплопроводность бетона. На теплопроводность бетона, содержащего СВА и летучую золу, также могут влиять условия сушки или содержание влаги внутри бетона из-за высокой водопоглощающей способности СВА [3–5].

Бетон CBA может быть благоприятен для снижения теплопроводности стен зданий, но неблагоприятен для повышения прочности бетонных конструкций из-за легкости бетона. Влажность бетона зависит от условий твердения и сушки. В конце концов, условия твердения и сушки влияют на прочностные и тепловые свойства бетона. Поэтому важно влияние условий твердения и сушки как на прочностные, так и на тепловые свойства бетона СВА.Исследование влияния условий отверждения и сушки на прочностные свойства, включая прочность на сжатие, прочность на растяжение при раскалывании и прочность на растяжение при изгибе, было выполнено в более ранней работе [9]. Тем не менее, исследование влияния условий твердения и сушки на теплопроводность бетона, содержащего CBA и летучую золу, очень ограничено, и, соответственно, исследование влияния условий твердения и сушки на теплопроводность бетона должно быть проанализировано.

Таким образом, это исследование было направлено на то, чтобы подчеркнуть влияние условий отверждения и сушки на теплопроводность бетона, содержащего CBA в качестве замены мелкого заполнителя и летучей золы в качестве замены цемента соответственно.В частности, была исследована теплопроводность бетона в условиях насыщенной поверхностной сушки (SSD) и в условиях сушки в печи. Кроме того, свойства материала используемого бетона были проанализированы при различном содержании CBA и летучей золы.

2. Материалы

Дробленый природный крупный заполнитель, использованный в смеси, имел максимальный размер 20 мм и плотность 2,60 г/см 3 . Песок, использованный в качестве мелкого заполнителя, имел максимальный размер 5 мм и плотность 2,61 г/см 3 . Свойства материала крупного и мелкого заполнителя, включая плотность и водопоглощение, были измерены, как показано в таблице 1. На рисунке 1 также представлено распределение размера частиц природного мелкого и крупного заполнителя.







поглощение воды (%) плотность (G / см 3 )
CBA 3,88 1.84
Грубый совокупность

1.02 1.02 2,60045
0.64 2,61

CBA были получены на термальной электростанции и использованы в качестве штрафа агрегатная замена. CBA, использованный в этом исследовании, был собран на коммерческой тепловой электростанции (Korea South-East Power Co. , Ltd., Yeongheung Power Division, Yeongheung, Корея). На теплоэлектростанции действует строгая программа обработки отходов, поэтому с этой электростанции был собран CBA.Кроме того, для обеспечения постоянства CBA он был выбран из одной и той же партии производственного процесса. CBA является побочным продуктом сжигания угольного топлива на тепловых электростанциях. Угольное топливо, поступающее из разных источников или сжигаемое в разных технологических процессах, вызывает некоторую вариацию свойств ХБС. Поэтому, чтобы избежать таких вариаций и максимально обеспечить согласованность АЗВ, поставщик подтвердил, что АЗВ, использованный в этом исследовании, был поставлен из одного и того же источника и произведен одной и той же партией.Кроме того, для исследования компонентов ХБС были случайным образом отобраны некоторые образцы ХБС, которые были проанализированы с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии (РФА). Результаты анализа компонентов для ХБС, представленные в табл. 2, показали, что составы образцов были схожими, что обеспечивало консистенцию ХБС.




K 2 O

Компонент CBA (%) Fly Ash (%) OPC (%)
AL 2 O 3 26.20 22,10 4,59
СаО 3,93 6,42 65,00
SiO 2 55,70 55,80 17,60
Fe 2 О 3 7.53 9.26 9.26 3,43
1.17 1.30 1.13
NA 2 O 0.76 1,33 0,19
MgO 1,09 1,69 3,53
SO 3 0,76 3,76

Свойства бетона, содержащего CBA, зависят от свойств CBA. Чтобы обеспечить воспроизводимость результатов испытаний, проведенных для изучения характеристик бетона CBA, важно получить CBA, произведенный в одной партии и полученный из одного и того же источника, поскольку результаты испытаний могут различаться из-за различных производственных процессов, используемых для изготовления бетона. ЦБ.

Перед добавлением CBA в бетонную смесь ее измельчали ​​до достижения гранулометрического состава, аналогичного гранулометрическому составу. Для замены измельченных мелких заполнителей в смеси оставляли частицы ХБК размером от 0,15 до 5,0 мм. На рис. 2 представлено распределение по размерам при замене природного мелкого заполнителя CBA при различных коэффициентах замещения. Предполагалось, что изменение распределения по размерам при включении как мелкого заполнителя, так и CBA повлияет на плотность бетона CBA, которая связана с теплопроводностью бетона.В таблице 1 представлены физические свойства CBA и природного крупного и мелкого заполнителя. По сравнению с мелким заполнителем, СВА имел меньшую плотность со значением 1,84 г/см 3 , но его водопоглощение было в 6 раз выше, чем у мелкого заполнителя. Удельная поверхность CBA, используемого в этом исследовании, не измерялась. Таким образом, частицы CBA перед добавлением в смесь сушили в условиях SSD. В таблице 2 приведены химические составы ХБК и мелкого заполнителя. Из таблицы видно, что СВА содержал большое количество диоксида кремния (SiO 2 ), превышающее 50% от общего количества компонентов.

Обыкновенный портландцемент (OPC) имеет удельный вес 3,15 г/см 3 и удельную поверхность 2800 см 2 /г. OPC сочетали с летучей золой в качестве связующего в смесях. Удельный вес и удельная поверхность летучей золы составляли 2,61  г/см 3 и 3650 см 2 /г соответственно. Таблица 2 показывает, что как CBA, так и летучая зола содержат большое количество Al 2 O 3 и SiO 2 , улучшающих пуццолановую реакцию в бетоне.

3. Экспериментальная программа
3.1. Пропорции смешивания

Были приготовлены две серии смесей с точки зрения содержания летучей золы, как показано в Таблице 3 в этом исследовании, которые применялись в более раннем исследовании [9]. Для первой серии смесей OPC был заменен летучей золой в объемном соотношении 20%. Кроме того, мелкий заполнитель был заменен на CBA в объемных соотношениях 25%, 50%, 75% и 100%. Кроме того, учитывалось влияние времени отверждения. Для второй серии смесей OPC был заменен летучей золой в объемном соотношении 40%.CBA также использовался для замены мелкого заполнителя в двух различных соотношениях 50% и 100% по объему в этой серии смешивания. Согласно комитету ACI 211 [16], замена цемента летучей золой должна составлять от 10% до 35%, чтобы получить преимущества от использования летучей золы. Рекомендуемое максимальное значение из ACI 211 примерно соответствует коэффициенту замещения 40%. Поэтому OPC заменили летучей золой в объемном соотношении 40%. Кроме того, по сравнению с бетоном с летучей золой при коэффициенте замещения 20%, бетон с летучей золой при коэффициенте замещения 40% можно было бы отличить более четко благодаря более высокому коэффициенту замещения.

04

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Горман, Дж. М., Абрахам, Дж. П., и Воробей, Э. М. (2014). Новое всестороннее численное моделирование для прогнозирования температуры в скважинах и прилегающем скальном пласте. Геотермия 50, 213–219. doi:10.1016/j.geothermics.2013.10.001

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Хамм С. и Меткалф Э. (2019). Использование тепла под нашими ногами: геотермальная энергия. Фронт. Young Minds 7, 105. doi:10.3389/frym.2019.00105

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хасан А.Р. и Кабир К.С. (2002). Течение жидкости и теплообмен в стволах скважин . Техас: Общество инженеров-нефтяников, 64–73.

Google Scholar

Ичим А., Теодориу К. и Фальконе Г. (2016). «Влияние тепловых свойств цемента на теплообмен в стволе скважины», в материалах 41-го семинара по разработке геотермальных резервуаров Стэнфордского университета, Стэнфорд, Калифорния, февраль 2016 г.

Google Scholar

Ичим А., Теодориу К. и Фальконе Г. (2018). Оценка тепловых свойств цемента с помощью трехфазной модели применительно к геотермальным скважинам. Energies 11 (10), 2839. doi:10.3390/en11102839

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Канев К., Икеучи Дж., Кимурат С. и Окадзима А. (1997). Потери тепла в окружающую горную породу из ствола геотермальной скважины. Геотермия 26, 329–349. дои: 10.1016/S0375-6505(96)00046-6

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Li, X.Y., He, H.P., Duan, YZ, and Li, Y.F. (2017). Анализ процесса повышения тепловой эффективности геотермальной скважины в пористом песчанике. Бурение нефтяных скважин Prod. Тех. 39 (4), 484–490. doi:10.13639/j.odpt.2017.04.016

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Ма Б., Цао Ю., Ван Ю., Цзя Ю., Цинь Х. С. и Чен Ю. (2016). Происхождение карбонатных цементов с их значением для нефтяных коллекторов в эоценовых песчаниках, северная впадина Дунъин, бассейн Бохайского залива, Китай. Разведка и эксплуатация энергетики 34 (2), 199–216. doi:10.1177/0144598716629871

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Qomi, M.J.A., Bauchy, M., Ulm, F.-J., и Pellenq, R.J.-M. (2014). Аномальная динамика нанонапорной воды в прослойке неупорядоченных силикатов кальция в зависимости от состава. J. Chem. физ. 140 (5), 054515. doi:10.1063/1.4864118

CrossRef Full Text | Google Scholar

Саркар П.К. и Митра Н.(2021). Теплопроводность цементного теста: влияние макропористости. Цемент Бетон Res. 143, 106385. doi:10.1016/j.cemconres.2021.106385

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Текин С. и Акин С. (2011). «Оценка температуры пласта по температуре бурового раствора на входе и выходе при бурении геотермальных пластов», в материалах 36-го семинара по проектированию геотермальных резервуаров, Стэнфорд (Стэнфордский университет).

Google Scholar

Тот, А.(2006). «Тепловые потери на планируемой венгерской геотермальной электростанции», Материалы первого семинара по проектированию геотермальных резервуаров, Стэнфорд, февраль 2016 г. (Стэнфордский университет).

Google Scholar

Ван Г. Л., Чжан В., Лян Дж. Ю., Лин В. Дж. и Ван В. Л. (2017). Оценка потенциала геотермальных ресурсов Китая. Acta Geoscientica 38 (04), 449–450+134+451. doi:10.3975/cagsb.2017.04.02

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Вон, Дж., Ли, Д., На, К., Ли, И.-М., и Чой, Х. (2015). Физические свойства цемента класса G для цементирования геотермальных скважин в Южной Корее. Продлить. Энерг. 80, 123–131. doi:10.1016/j.renene.2015.01.067

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Ян М., Мэн Ю. Ф., Ли Г., Дэн Дж. М. и Чжао Х. М. (2013). Нестационарная модель теплообмена ствола скважины и пласта в течение всего процесса бурения. Acta Petrolei Sinica 34 (2), 366–371. doi:10.7623/syxb201302021

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Ян Т., Чжао П., Ли К., Чжао Ю. и Ю Т. (2021). Исследование теплофизических свойств графеновой наножидкости на основе свинца-висмута. Фронт. Энерг. Рез. 9, 727447. doi:10.3389/fenrg.2021.727447

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжао, Дж. (2020). Обсуждение технической осуществимости теплоизоляционного цемента на нефтяном месторождении Цзянсу. Нефтехимическая промышленность Внутренней Монголии 3, 86–88. doi:10.3969/j.issn.1006-7981.2020.11.032

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Чжао, X.Т. и Фу, Х.Ю. (2019). Анализ современного состояния и перспектив развития и использования геотермальной энергии. Окружающая среда. Дев. 31 (5), 233. doi:10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.05.139

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжоу Ф. и Чжан Х. (2013). Оценка теплообмена в водоносном горизонте с использованием теории фракталов. Заяв. Терм. англ. 59 (1-2), 445–453. doi:10.1016/j.applthermaleng.2013.06.013

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Теплопроводность распространенных материалов

В этой статье представлены данные о теплопроводности некоторых распространенных материалов.Теплопроводность измеряет способность материалов пропускать через себя тепло посредством проводимости.

Теплопроводность измеряет способность материалов пропускать через себя тепло посредством проводимости. Теплопроводность материала сильно зависит от состава и структуры. Вообще говоря, плотные материалы, такие как металлы и камень, являются хорошими проводниками тепла, в то время как вещества с низкой плотностью, такие как газ и пористая изоляция, плохо проводят тепло.

Теплопроводность материалов требуется для анализа сетей теплового сопротивления при изучении теплообмена в системе.

Дополнительную информацию см. в статье «Значения теплопроводности для других металлов и сплавов».

В следующих таблицах приведены коэффициенты теплопроводности для обычных веществ.


2 Смесь

4 Water

4 Грубый агрегат

7



178.5

W / B 2 CBA Содержание по объему (%) Единица (кг / м 3 )
Binder Агрегат
OPC FA FA CBA
F4-B000 0. 34 0 178.5 357,0 168,5 650,0 0,0 878,5
F4-B050 0,34 50 178,5 357,0 168,5 325,0 230,7 878,5
F4-B100 0.34 100 178.5 178.5 357.0 168.59 168.5 0.0 461.4 878.5
F2-B000 0.32 0 178,5 476,0 84,2 650,0 0,0 878,5
F2-B025 0,32 25 178,5 476,0 84,2 487,5 115,4 878.5
F2-B050

0.32 50 476.0 476.0 84.2 325.0 230.7 878.5
F2-B075 0. 32 75 178,5 476,0 84,2 162,5 346,1 878,5
F2-B100 0,32 100 178,5 476,0 84,2 0,0 461,4 Примечания: OPC: обычный портландцемент; FA: летучая зола; CBA: зольный остаток угля; w/b: соотношение воды и связующего.

Соотношение воды и вяжущего 0,32 и 0,34 применяли в первой и второй сериях смешивания соответственно. В частности, из-за высокого водопоглощения CBA, CBA и природные заполнители перед смешиванием сушили в условиях SSD. Для улучшения удобоукладываемости свежего бетона в смеси серий F2 и F4 были добавлены воздухововлекающие добавки 6,72 и 6,31 кг/м 3 и HWRAs 1,88 и 1,77 кг/м 3 соответственно.

3.2. Отверждение и сушка бетона

В соответствии со стандартом KS F 2405 [17] для оценки удельного веса и прочности на сжатие бетона СВА были отлиты цилиндрические образцы бетона размерами 100 мм × 200 мм. В этом исследовании использовались два различных режима отверждения и сушки.

Для условий отверждения водой и SSD цилиндрические образцы бетона были извлечены из формы через 24 часа заливки бетона в формы, а затем отверждены в хранилище воды при 23 ± 2°C за сутки до испытаний [18].После этого влага с поверхности цилиндрических образцов бетона удалялась полотенцами и, наконец, перед измерением они выдерживались при комнатной температуре в лаборатории. Напротив, для условий отверждения на воздухе и сушки в печи цилиндрические образцы бетона были извлечены из формы после 24 часов заливки бетона в формы, а затем отверждены в хранилище с водой при температуре 23 ± 2 ° C в течение 7 дней. После этого они выдерживались при комнатной температуре в лаборатории до суток перед испытаниями. Наконец, цилиндрические бетонные образцы были высушены в печи в камере при 105 ± 5°C в течение 24 часов перед испытанием.

Вкратце, далее условия отверждения в воде и SSD обозначаются как условия SSD, а условия отверждения на воздухе и сушки в печи обозначаются как условия сушки в печи.

3.3. Измерение тепловых свойств

Для измерения теплопроводности твердых материалов существует несколько методов, таких как ASTM D 5334-05 [19], метод двух линейных параллелей (TLPP) [20] и переходный плоский источник (TPS). метод [21, 22]. Среди этих методов метод TPS широко используется для измерения теплопроводности бетона.Метод измерения теплопроводности, использованный в этом исследовании, был основан на методе TPS. Теплопроводность образцов бетона CBA была измерена с помощью испытательного устройства TPS1500, поставленного Hot Disk Ltd. (Гетеборг, Швеция), как показано на рисунке 3. Датчик горячего диска был вставлен между двумя полуцилиндрами для измерения теплопроводности. Поверхности среза бетонного образца были отполированы для обеспечения ровной поверхности перед установкой датчика. В термодатчик подавалось электрическое напряжение, и элементы датчика нагревались при работе прибора ТПС1500.В этот момент датчик исследовал теплопроводность бетонных образцов. Эта процедура проводилась трижды в течение не менее 90 минут для обеспечения точности измерений с учетом теплового равновесия образцов бетона. Измерение теплопроводности бетона СВА было выполнено в условиях твердого и сухого состояния с возрастом отверждения 28 и 91 день.

3.4. Измерение свойств материала

Удельный вес (объемная плотность) бетона CBA оценивался в условиях SSD и сушки в печи с возрастом отверждения 28 и 91 день.Возраст отверждения 28 дней обычно используется для проектирования конструкционного бетона. Кроме того, ожидается, что применение CBA и золы-уноса улучшит прочностные свойства бетона, приготовленного с длительным отверждением, благодаря пуццолановым свойствам этих двух добавок. Таким образом, это исследование было сосредоточено на изучении свойств материала бетона CBA после отверждения в течение 28 и 91 дней.

Были измерены размеры и вес трех различных цилиндрических образцов бетона.Затем удельный вес бетона CBA был тщательно измерен три раза и, наконец, было рассчитано среднее значение удельного веса бетона CBA. Эта процедура измерения подразумевала, что вероятность человеческих ошибок в измерениях была очень низкой. Поэтому предполагалось, что результаты теста относятся только к тестовым переменным.

Дополнительно три цилиндрических образца каждой серии были испытаны на универсальной испытательной машине усилием 2000 кН для оценки прочности бетона СВА на сжатие в соответствии с КС Ф 2405 [17].Были определены средние значения прочности на сжатие бетона CBA в условиях SSD и сушки в печи.

Наконец, три цилиндрических образца были использованы для исследования скорости ультразвука бетона CBA в соответствии с ASTM C597-09 [23]. Прибор для измерения скорости ультразвука включал два преобразователя: генератор импульсов и приемник. Для измерения скорости ультразвука в бетоне рекомендуется использовать ультразвуковой импульс с частотой 50∼55 кГц [23–25].Поэтому в данном исследовании использовался прибор с частотой импульсов 54 кГц. Были представлены средние скорости ультразвука бетона CBA в условиях SSD и сушки в печи.

4. Результаты испытаний и обсуждение
4.1. Теплопроводность бетона СВА

На рис. 4(а) представлена ​​теплопроводность бетона СВА с различным содержанием летучей золы (серии F2 и F4) и при различных условиях сушки в возрасте отверждения 28 дней. Характеристики S и D в подписи к рисунку представляют условия SSD и сушки в печи соответственно.

Теплопроводность бетона CBA уменьшилась, когда условия сушки были изменены с условий SSD на условия сушки в печи. В частности, для образцов бетона серии Ф2 с содержанием ХБК 0 %, 25 %, 50 %, 75 % и 100 % теплопроводность бетона в условиях термической сушки снизилась на 15,9 %, 18,1 %, 18,4 %. , 18,0 % и 19,0 % соответственно по сравнению с бетоном в условиях SSD. Что касается бетона серии F4 с содержанием СВА 0 %, 50 % и 100 %, теплопроводность бетона в условиях термической сушки снизилась на 17.2 %, 20,6 % и 15,6 % соответственно по сравнению с бетоном в условиях SSD. Наконец, результаты испытаний показали, что теплопроводность бетона CBA, приготовленного в условиях сушки в печи, значительно снизилась. Бетон с высокой теплопроводностью увеличивает потери тепла через стены в строительных конструкциях. Следовательно, применение бетона с низкой теплопроводностью, такого как бетон CBA, проанализированный в этом исследовании, может снизить теплопередачу и, таким образом, потребление энергии в строительных конструкциях.

Снижение теплопроводности бетона СВА, приготовленного в условиях сушки в печи, было связано с его низким содержанием влаги и степенью гидратации из-за различных процедур отверждения образцов бетона. Образцы бетона, отвержденные в условиях SSD, сохраняли влагу, так как образцы выдерживались только одни сутки при комнатной температуре после извлечения их из резервуара с водой, а затем удалялась влага с поверхности бетона. Поэтому ожидается, что по сравнению с бетоном, отвержденным в условиях сушки в печи, теплопроводность бетона, отвержденного в условиях SSD, будет выше из-за более высокого содержания влаги внутри пористого бетона.Условия SSD идеальны, поскольку образец бетона полностью пропитан влагой во время измерения. Условия сушки в печи также идеальны, поскольку предполагается, что образцы бетона полностью высушиваются во время измерения. Условия SSD и условия сушки в печи, исследованные в этом исследовании, являются двумя крайними условиями. Содержание влаги в реальных образцах бетона зависит от условий окружающей среды и влажности, которым они подвергаются.

Испарение воды из-за методов сушки в печи увеличило количество пор без влаги в бетоне CBA; таким образом, теплопроводность бетона CBA уменьшилась в условиях сушки в печи.Более того, эта тенденция была аналогична результатам некоторых предыдущих исследований обычного бетона [20, 26, 27]. Ким и др. [20] показали, что содержание влаги в образцах бетона является основным фактором, влияющим на теплопроводность обычного бетона. Нгуен и др. [28] исследовали влияние влажности на теплопроводность бетона, в том числе с различными видами легких заполнителей. Они обнаружили, что теплопроводность легкого бетона увеличивается почти линейно с содержанием влаги.Кроме того, удельная поверхность ХБС может влиять на теплопроводность и прочностные свойства бетона, поскольку удельная поверхность ХБС влияет на ускорение пуццолановой реакции [29].

Влияние содержания СВА на теплопроводность бетона СВА также показано на Рисунке 4(а). Теплопроводность серии F2 в условиях ТСД постепенно снижалась по мере увеличения содержания ХБК. Теплопроводность образцов серии Ф2 в условиях ТСД постепенно уменьшалась в 3 раза.9%, 9,1%, 11,7% и 15,0%, так как природный мелкий заполнитель был заменен на 25%, 50%, 75% и 100% CBA соответственно. Наблюдалась также тенденция к снижению теплопроводности серии F4 в условиях ТСД с содержанием ХБК. Теплопроводность серии F4 снизилась с 1,77 Вт/м∙К до 1,46 Вт/м∙К при увеличении замены мелкого заполнителя ХБК с 0% до 100%. Кроме того, теплопроводность серий F2 и F4 в условиях сушки в печи постепенно снижалась.Теплопроводность серии F2 уменьшилась с 1,54 Вт/м∙К до 1,27 Вт/м∙К, а серия F4 уменьшилась с 1,47 Вт/м∙К до 1,23 Вт/м∙К. Из-за пористой структуры CBA бетонная смесь, содержащая CBA, вызывала увеличение пористости бетона. Следовательно, теплопроводность бетона СВА уменьшилась.

Влияние содержания летучей золы на теплопроводность бетона CBA показано на рис. 4(а). Строго говоря, теплопроводность серии F4 была ниже, чем у серии F2, но разница не была существенной.Брукс и др. [4] исследовали влияние золы-уноса на тепловые свойства бетона в условиях SSD. Результаты их испытаний показали, что теплопроводность бетона значительно снижается по мере увеличения содержания летучей золы в смеси. Таким образом, сравнение результатов теплопроводности этого исследования и предыдущего исследования показало, что характеристики летучей золы, которые зависят от ее источника, могут влиять на теплопроводность бетона CBA, содержащего летучую золу.

На рис. 4(b) показано влияние возраста отверждения на теплопроводность серии F2. На рисунке видно, что теплопроводность бетона CBA увеличивается с возрастом отверждения. В частности, что касается бетона CBA в условиях SSD, теплопроводность образцов F2-BA00, F2-BA025, F2-BA050 и F2-BA100 увеличилась на 5,8 %, 5,4 %, 7,8 %, 5,1 % и 5,8 % соответственно. , когда возраст отверждения был увеличен с 28 до 91 дня. Что касается бетона CBA в условиях сушки в печи, теплопроводность бетона через 91 день составила 8. на 0~14,4% больше, чем у бетона через 28 дней.

4.2. Удельный вес бетона CBA

Удельный вес бетона CBA при различных условиях отверждения и сушки с возрастом отверждения 28 дней показан на рисунке 5 (а). Удельный вес бетона CBA уменьшился по мере того, как условия сушки перешли от условий SSD к условиям сушки в печи. Что касается образцов серии F2 с различным содержанием ХБК, удельный вес в условиях SSD был на 3,3-4,1 % больше, чем в условиях термической сушки.Что касается серии F4 с различным содержанием CBA, удельный вес в условиях SSD также был на 3,4-4,8% больше, чем в условиях сушки в печи. Таким образом, результаты испытаний показали, что состояние сушки образцов влияет на удельный вес бетона CBA. Это явление может быть вызвано испарением воды из образцов, содержащих СВА, при сушке в печи.

Влияние содержания СВА на удельный вес бетона СВА также показано на рис. 5(а). Удельный вес бетона CBA уменьшался по мере увеличения содержания CBA.Удельный вес образцов бетона серии Ф2 в условиях ТСД уменьшился с 2 273 кг/м 3 до 2 169 кг/м 3 при увеличении содержания ХБК от 0 % до 100 %. Удельный вес образцов бетона серии F2 при высушивании в печи уменьшился с 2 185 кг/м 3 до 2 079 кг/м 3 по мере увеличения содержания CBA с 0% до 100%, что аналогично проанализировано в исследовании Парк и др. [9]. Снижение удельной массы наблюдалось и у образцов серии F4.Удельный вес серии F4 уменьшился на 4,4 % в условиях SSD и на 4,5 % в условиях термической сушки при увеличении содержания CBA до 100 %. Уменьшение удельного веса с содержанием ХБК связано с высокой пористостью ХБК. В исследовании Singh и Siddique [30] сообщалось о значительном снижении удельного веса из-за содержания CBA в условиях SSD. В их исследовании снижение удельной массы достигало примерно 10% при увеличении содержания ХБК с 20 до 100%, что было связано с низкой плотностью агрегата ХБК.Однако добавление золы-уноса в бетонную смесь может сделать микроструктуру бетона более плотной; снижение удельного веса в этом исследовании было ниже, чем в предыдущем исследовании.

Кроме того, удельный вес серий F2 и F4 сравнивался для изучения влияния содержания летучей золы на удельный вес. В целом удельный вес серии F4 был ниже, чем у серии F2 как при твердом хранении, так и при сушке в печи; однако этот результат не был значительным.В частности, в условиях SSD удельный вес образцов серии F4, содержащих 50 % и 100 % CBA, был примерно на 0,9 % ниже, чем у образцов серии F2, содержащих 50 % и 100 % CBA. В условиях сушки в печи удельный вес образцов серии F4, содержащих 50% и 100% ХБК, был примерно на 0,5-0,8% ниже, чем у образцов серии F2, содержащих 50% и 100% ХБК.

Сравнение удельного веса образцов серии F2 для двух разных возрастов отверждения представлено на рис. 5(b).Удельный вес образцов серии F2 в условиях SSD и сушки в печи был улучшен по мере увеличения срока отверждения; однако улучшение было невелико.

4.3. Прочность на сжатие бетона CBA

Прочность на сжатие бетона CBA в условиях сушки в печи была значительно ниже, чем у бетона CBA в условиях SSD, как показано на рисунке 6 (а). Прочность на сжатие образцов серий F2 и F4 значительно снизилась в условиях сушки в печи. Сравнение прочности на сжатие бетона с различным содержанием CBA также показано на рисунке 6 (а). Прочность бетона на сжатие снижалась по мере увеличения содержания CBA как в условиях сушки в печи, так и в условиях SSD. Прочность на сжатие серии F2 в условиях SSD постепенно снижалась на 4,1%, 5,9%, 7,0% и 10,7% при замене мелкого заполнителя на 25%, 50%, 75% и 100% CBA соответственно. Кроме того, прочность на сжатие серии F2 в условиях сушки в печи снизилась с 56.3 МПа до 51,3 МПа при повышении содержания ХБК от 0% до 100%. Кроме того, снижение прочности на сжатие с увеличением содержания ХБК наблюдалось и в образцах серии Ф4. В частности, прочность на сжатие образцов серии F4 в условиях SSD была на 3,4-5,9% выше, чем в условиях сушки в печи.

Прочность на сжатие бетона в возрасте отверждения 28 дней в условиях SSD в этом исследовании снизилась на 4,2-15,1% по мере увеличения содержания CBA.Между тем, другое исследование [31] показало, что прочность на сжатие бетона CBA в возрасте отверждения 28 дней в условиях SSD снизилась на 18,2-27,3%, поскольку мелкий заполнитель был заменен на заполнитель CBA в количестве 25-100% по объему. Таким образом, снижение прочности на сжатие в этом исследовании было меньше, чем снижение прочности на сжатие в предыдущем исследовании. Этот результат может быть связан с совместным действием CBA и летучей золы, которые сделали микроструктуру бетона более плотной, как обсуждалось Majhi и Nayak [32], по сравнению с тем, когда в бетонной смеси использовались либо CBA, либо летучая зола.

Сравнение прочности на сжатие образцов бетона серии F2 с разным возрастом отверждения показано на рис. 6(b). Прочность на сжатие бетона CBA с возрастом отверждения 91 день была выше, чем у бетона с возрастом отверждения 28 дней. Улучшение прочности на сжатие с увеличением срока отверждения было связано с пуццолановой реакцией CBA и летучей золы. Пуццолановая реакция CBA и летучей золы развивалась с увеличением времени отверждения. Сравнение также показало, что влияние возраста отверждения на прочность на сжатие в условиях сушки в печи было больше, чем влияние возраста отверждения на прочность на сжатие в условиях SSD. Этот результат означает, что на развитие пуццолановой реакции с увеличением возраста отверждения влияют условия отверждения.

4.4. Ультразвуковая скорость бетона CBA

Рисунок 7(a) показывает сравнение ультразвуковой скорости бетона CBA в условиях SSD и сушки в печи с возрастом отверждения 28 дней. Что касается образцов серии F2, скорость ультразвука образцов в условиях сушки в печи была на 5,8-6,2% ниже, чем у образцов в условиях SSD.Кроме того, что касается образцов серии F4, скорость ультразвука образцов в условиях термической сушки была на 5,7-6,6 % ниже, чем у образцов в условиях SSD. Таким образом, результаты испытаний показали, что на скорость ультразвука в бетоне CBA влияли условия сушки.

Влияние содержания CBA на скорость ультразвука бетона CBA при двух различных условиях сушки можно увидеть на рисунке 7 (a). Относительно образцов серии F2 скорость ультразвука в условиях SSD уменьшилась на 0.9~3,3%, а скорость ультразвука в условиях сушки в печи уменьшалась на 3,4% при увеличении содержания ХБК от 0 до 100%.

На рис. 7(а) также показано сравнение скорости ультразвука в бетоне СВА с различным содержанием летучей золы. Образцы с высоким содержанием летучей золы показали низкую скорость ультразвука. Например, скорости ультразвука образцов F4-BA050 и F4-BA100 были на 0,8% и 1,1% ниже, чем у образцов F2-BA050 и F2-BA100 соответственно в условиях SSD.Ультразвуковые скорости образцов F4-BA050 и F4-BA100 составляли 4033 м/с и 3965 м/с, тогда как скорости ультразвука образцов F2-BA050 и F2-BA100 составляли 4066 м/с и 3992 м/с соответственно при условия сушки в печи. Таким образом, результаты испытаний показали, что содержание летучей золы оказало незначительное влияние на скорость ультразвука в бетоне CBA как в условиях SSD, так и в условиях сушки в печи.

На рис. 7(b) показано, что скорость ультразвука в бетоне CBA увеличивалась с увеличением возраста отверждения как в условиях SSD, так и в условиях сушки в печи.В частности, в отношении образцов бетона, содержащих 25 %, 50 %, 75 % и 100 % CBA в условиях SSD, скорость ультразвука увеличилась на 2,6 %, 2,7 %, 3,3 % и 2,4 % соответственно по мере увеличения срока твердения. от 28 до 91 дня.

5. Взаимосвязь между теплопроводностью и свойствами материала

Взаимосвязь между теплопроводностью и удельным весом бетона CBA в условиях как SSD, так и сушки в печи показана на рисунке 8. На рисунке показано, что теплопроводность Бетон CBA имел тесную связь с удельным весом.

Замена природного заполнителя на СВА повысила пористость бетона, а бетон с высокой пористостью имеет низкую теплопроводность. Следовательно, теплопроводность бетона СВА снизилась из-за его высокой пористости.

На основе регрессионного анализа связь между теплопроводностью и удельным весом была выражена следующим уравнением: где k — теплопроводность (Вт/м·К), а ν — удельный вес (кг/м 3 ).Коэффициент детерминации ( R 2 ) этого уравнения был близок к 1, что означало, что уравнение можно использовать для точного прогнозирования теплопроводности.

Взаимосвязь между теплопроводностью и прочностью на сжатие бетона CBA в условиях как SSD, так и в условиях сушки в печи также показана на рисунке 9. Теплопроводность бетона CBA увеличивается линейно с увеличением прочности на сжатие. Экспоненциальное уравнение для прогнозирования теплопроводности бетона CBA с использованием прочности на сжатие предлагается следующим образом: где k — теплопроводность (Вт/м∙K), а f c — прочность на сжатие ( МПа).Это уравнение можно было использовать для точного прогнозирования теплопроводности, поскольку коэффициент детерминации этого уравнения был близок к 1. теплопроводность и скорость ультразвука бетона СВА были близкими, как и связь между теплопроводностью и удельным весом и прочностью на сжатие бетона СВА. Предсказание теплопроводности путем измерения скорости ультразвука было предложено следующим образом: где к — теплопроводность (Вт/м∙К), а В — скорость ультразвука (м/с).Предложенное уравнение хорошо предсказало теплопроводность, поскольку коэффициент детерминации R 2 этого уравнения был близок к 1.

условия на теплопроводность и свойства материала бетона СВА.

Кроме того, было исследовано влияние уровней СВА и летучей золы на теплопроводность бетона СВА. Основываясь на обширных результатах испытаний, можно сделать следующие выводы этого исследования: (1) Результаты испытаний показали, что условия отверждения и сушки повлияли на удельный вес бетона CBA.По сравнению с таковой в условиях SSD, удельный вес бетона CBA в условиях печной сушки уменьшился примерно на 3-4%. Это уменьшение удельного веса может быть связано с испарением воды из заполнителя CBA и степенью гидратации бетона при различных условиях отверждения. (2) Условия сушки значительно повлияли на теплопроводность бетона CBA. Теплопроводность бетона CBA значительно снизилась, когда образцы имели низкое содержание влаги. Теплопроводность бетона СВА снизилась на 15-20% в условиях термической сушки.Кроме того, теплопроводность бетона CBA также значительно снижается с увеличением содержания CBA. Кроме того, влияние содержания летучей золы на теплопроводность бетона CBA было незначительным. (3) Условия отверждения и сушки повлияли на прочность на сжатие бетона CBA. Прочность на сжатие бетона CBA снизилась на 14-16% в условиях сушки в печи. Кроме того, замена мелкого заполнителя на CBA снизила прочность на сжатие полученного бетона.(4) Скорость ультразвука в бетоне CBA значительно зависит от условий сушки. В частности, скорость ультразвука была примерно на 6% ниже, когда условия сушки были изменены с условий SSD на условия сушки в печи. Кроме того, скорость ультразвука в бетоне CBA уменьшилась примерно на 3,3% при повышении уровня CBA. SSD и условия сушки в печи.Эти отношения могут быть применены для прогнозирования теплопроводности бетона CBA путем измерения трех упомянутых выше свойств материала.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной рукописи.

Благодарности

Это исследование было поддержано Министерством торговли, промышленности и энергетики (MOTIE) и Корейским институтом энергетических исследований (KETEP) (номер.20181110200070).

Теплопроводность и ее влияние на характеристики покрытий PCC в MEPDG

%PDF-1.7
%
1 0 объект
>
эндообъект
2 0 объект
>поток
2019-01-04T21:18:51-08:002019-01-04T21:18:49-08:002019-01-04T21:18:51-08:00Заявитель ПриложениеPDF Pro 5.5uuid:30742479-aa7d-11b2-0a00- 782dad000000uuid:3076211e-aa7d-11b2-0a00-202a0fd1fd7fapplication/pdf

  • Теплопроводность и ее влияние на характеристики покрытий PCC в MEPDG
  • Принц 9.0 rev 5 (www.princexml.com)AppendPDF Pro 5.5 Ядро Linux 2.6 64-разрядная версия 2 октября 2014 г. Библиотека 10.1.0

    конечный поток
    эндообъект
    5 0 объект
    >
    эндообъект
    3 0 объект
    >
    эндообъект
    6 0 объект
    >
    эндообъект
    13 0 объект
    >
    эндообъект
    14 0 объект
    >
    эндообъект
    632 0 объект
    >
    эндообъект
    633 0 объект
    >
    эндообъект
    634 0 объект
    >
    эндообъект
    635 0 объект
    >
    эндообъект
    636 0 объект
    >
    эндообъект
    637 0 объект
    >
    эндообъект
    638 0 объект
    >
    эндообъект
    639 0 объект
    >
    эндообъект
    640 0 объект
    >
    эндообъект
    641 0 объект
    >
    эндообъект
    642 0 объект
    >
    эндообъект
    643 0 объект
    >
    эндообъект
    7412 0 объект
    >2455 0 R]/P 402 0 R/Pg 7446 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7413 0 объект
    >>2457 0 R]/P 402 0 R/Pg 7446 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7414 0 объект
    >2811 0 R]/P 412 0 R/Pg 7450 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7415 0 объект
    >2813 0 R]/P 412 0 R/Pg 7450 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7416 0 объект
    >2815 0 R]/P 412 0 R/Pg 7450 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7417 0 объект
    >>2818 0 R]/P 413 0 R/Pg 7454 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7418 0 объект
    >2820 0 R]/P 413 0 R/Pg 7454 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7419 0 объект
    >2886 0 R]/P 421 0 R/Pg 7458 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7420 0 объект
    >2889 0 R]/P 425 0 R/Pg 7460 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7421 0 объект
    >2891 0 R]/P 425 0 R/Pg 7460 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7422 0 объект
    >2893 0 R]/P 425 0 R/Pg 7460 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7423 0 объект
    >2979 0 R]/P 432 0 R/Pg 7464 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7424 0 объект
    >2981 0 R]/P 432 0 R/Pg 7464 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7425 0 объект
    >645 0 R]/P 7468 0 R/Pg 7467 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7426 0 объект
    >648 0 R]/P 7470 0 R/Pg 7467 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7427 0 объект
    >3005 0 R]/P 436 0 R/Pg 7472 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7428 0 объект
    >3007 0 R]/P 436 0 R/Pg 7472 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7429 0 объект
    >3009 0 R]/P 436 0 R/Pg 7472 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7430 0 объект
    >651 0 R]/P 7476 0 R/Pg 7467 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7431 0 объект
    >3012 0 R]/P 437 0 R/Pg 7472 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7432 0 объект
    >654 0 R]/P 7479 0 R/Pg 7467 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7433 0 объект
    >3015 0 R]/P 444 0 R/Pg 7481 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7434 0 объект
    >3018 0 R]/P 448 0 R/Pg 7483 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7435 0 объект
    >3020 0 R]/P 448 0 R/Pg 7483 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7436 0 объект
    >657 0 R]/P 7486 0 R/Pg 7467 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7437 0 объект
    >659 0 R]/P 7488 0 R/Pg 7467 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7438 0 объект
    >3092 0 R]/P 454 0 R/Pg 7490 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7439 0 объект
    >3094 0 R]/P 454 0 R/Pg 7490 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7440 0 объект
    >661 0 R]/P 7493 0 R/Pg 7467 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7441 0 объект
    >663 0 R]/P 7495 0 R/Pg 7467 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7442 0 объект
    >665 0 R]/P 7497 0 R/Pg 7467 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7443 0 объект
    >668 0 R]/P 7499 0 R/Pg 7467 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7444 0 объект
    >670 0 R]/P 7501 0 R/Pg 7467 0 R/S/Link>>
    эндообъект
    7501 0 объект
    >
    эндообъект
    7467 0 объект
    >/MediaBox[0 0 612 792]/Parent 7529 0 R/Ресурсы>/ProcSet[/PDF/Text/ImageB/ImageC/ImageI]>>/StructParents 2/Tabs/S/Type/Page>>
    эндообъект
    7528 0 объект
    >поток
    xko7 osY|Qn+;p\[vW)xZ$PW/gg!9sz?mw_vZq:yziVwˋ|{M3!Y!’+H^9+x6Y}SdO7YTyy0͆ d }3>Ɉ. .Zb0xtz]U\=-b1Ӳa9 {||[l(bS593x5o).’j4’y:(qTvpy俀+X_NMUN $9Rc9-sa41N)Gp*E.tOU
    $/?
    |$X2 qZRHQZ’
    H;BK}N\t’ℾK/bȕ>te>@X7F)q:I#_7lpI.0oWv#QZNl{MSHvB?
    ZJVlW!LfL$M{z·

    Эффективное прогнозирование теплопроводности бетона с использованием метода нейронной сети | International Journal of Concrete Structures and Materials

    Принципы нейронной сети

    Поскольку такие проблемы, как распознавание образов, идентификация системы и управление системой, стало трудно решать с использованием обычных вычислительных методов, концепция нейронных сетей была вдохновлена ​​биологическим обучением и принятием решений. процесс создания нейронной системы человека.В гражданском строительстве нейронные сети хорошо применялись для обнаружения структурных повреждений (Фенг и Банг, 1999), идентификации и контроля структурных систем (Фенг и Банг, 1999; Чен и др., 1995), моделирования поведения материалов (Адели и др.). Парк, 1995 г.), и доля бетонных смесей (Ох и др., 1999 г.). Кроме того, прочность бетона на сжатие (Ким и др. , 2004; Ким и др., 2005) была эффективно оценена несколькими исследователями, в том числе авторами этой статьи, которые применили нейронные сети.Основным преимуществом нейросетевого подхода является простота выполнения прогнозов, которые зависят от множества переменных и затрудняют разработку аналитической модели.

    В этой статье мы использовали нейронные сети с прямой связью, основанные на алгоритме обратного распространения для обучения сети. Основными элементами обработки сети являются искусственные нейроны и связующие веса, а сложные отношения между входными данными и соответствующими целевыми значениями обучаются для поиска закономерностей в данных.Во время обучения сети связующие веса обновляются в соответствии с конкретным правилом обучения до тех пор, пока разница между прогнозируемыми значениями из процесса прямой связи и целевыми значениями не достигнет допустимого предела. Вычисления проводятся от входа сети к выходным данным, а ошибки, вычисленные на выходном уровне, затем распространяются обратно на входной уровень. После этого обученная нейронная сеть применяется для прогнозирования результата новых независимых входных данных.

    Структура нейронной сети

    Чтобы установить взаимосвязь между TCC и одиннадцатью параметрами, в этом исследовании была создана двухслойная сеть с двадцатью нейронами, представленная на рис. 1. Каждый слой полностью связан с последующими слоями через соединение веса. Нейронная сеть может быть выражена как

    $$ {\text{net}}\,{ = }\,f\left( {\sum\limits_{i} {W_{ji} P_{i} + B_{j } } } \справа) $$

    (1)

    в котором P i
    — элемент входных наборов, а W ji
    и В и
    90 818 — это веса связей и смещения нейронов.Исходные данные для разработки модели нейронной сети, которые играют ключевую роль в достижении удовлетворительного качества нейросетевого подхода, были получены из литературы (Ким и др. {{ — {x}}} }} $$

    (2)

    и линейная передаточная функция на втором уровне,

    Во время обучения сети веса и смещения сети итеративно корректировались, чтобы минимизировать производительность сети с помощью алгоритма обратного распространения.{2} } $$

    (4)

    в котором Т к
    — расчетное значение в сети, a k
    — искомая теплопроводность бетона, а N — количество выходных нейронов. Ошибки, связанные с желаемыми выходными данными, корректируются таким образом, чтобы уменьшить эти ошибки в каждом нейроне от выходных до входных слоев.Функция ошибки была минимизирована с помощью алгоритма обратного распространения Левенберга-Марквардта, который сочетает в себе метод градиента и метод Гаусса-Ньютона. Когда решение далеко от правильного, веса обновляются в направлении отрицательного градиента. Когда решение близко к правильному, для обучения применяется метод Гаусса-Ньютона, поскольку он точнее и быстрее вблизи минимума ошибки, чем метод градиентного приличия.

    Доступные наборы данных, полученные из литературы, были разделены на два набора; обучающая и тестовая выборки.Всего экспериментальных наборов данных 152, из которых 124 данных (что составляет 80 % от общего числа данных) были выбраны случайным образом для обучения модели нейронной сети, а остальные 28 данных (что составляет 20 %) были использованы для тестирование работоспособности сети. Программа нейросетевого моделирования была реализована в пакете MATLAB 7.01. Количество нейронов во входном и выходном слоях равно количеству входных и выходных наборов данных. Оптимальное количество нейронов в скрытом слое было определено равным двадцати путем обучения сетей с увеличением числа нейронов.

    Обучение нейронной сети

    Для обучения нейронной сети TCC в этом исследовании использовались экспериментальные данные, представленные предыдущими исследователями с 1980-х по 2000-е годы. Обучающие данные сети были составлены из 124 наборов от Harmathy (1983), Morabito (1989), Yamazaki et al. (1995), Lie and Kodur (1996), Van Geem et al. (1997), Хан и др. (1998), Хан (2002), Кодур и Султан (2003) и Ким и др. (2003). В таблице 1 представлены образцы наборов данных, использованных при обучении сети с одиннадцатью параметрами: водоцементное отношение, процентное содержание мелкого заполнителя, процентное содержание крупного заполнителя, удельная масса воды, удельная масса цемента, удельная масса мелкого заполнителя. , удельный вес крупного заполнителя, удельный вес золы-уноса, удельный вес кремнеземного дыма, температура бетона, содержание воды в бетоне.

    Таблица 1 Примеры наборов входных данных для обучения нейронной сети.

    Во время обучения нейронной сети веса и смещения сети обновлялись до тех пор, пока ее среднеквадратическая ошибка не стала меньше целевой среднеквадратической ошибки. В этом исследовании изучалась производительность нейронных сетей на основе четырех различных целевых ошибок: 0,10, 0,05, 0,01 и 0,005. Эффективность прогнозирования сетей оценивалась с использованием среднеквадратичной ошибки (MSE) и коэффициента статистической корреляции ( R ).На рис. 2 показаны вариации среднеквадратичных ошибок и корреляции всех данных обучения. Нейронная сеть, обученная с целевой ошибкой 0,10, представляет ошибку 0,086 и корреляцию 0,850 между выходными данными сети и обучающими наборами. Поскольку целевые ошибки уменьшились с 0,10 до 0,005, среднеквадратические ошибки также уменьшились с 0,086 до 0,003. В дополнение к среднеквадратичным ошибкам корреляции между выходными данными сети и обучающими данными увеличились до 0,928, 0.983 и 0,995 при целевых ошибках 0,05, 0,01 и 0,005 соответственно. Кроме того, как показано на рис. 3, распределения сетевых ошибок, разница между выходными данными сети и наборами обучающих данных, показали уменьшение по мере уменьшения целевых ошибок с 0,10 до 0,005. Нейронные сети, обученные по целевым ошибкам 0,01 и 0,005, обнаружили, что большинство сетевых ошибок находятся в диапазоне от −0,1 до 0,1 Вт/м·К. что две нейронные сети могут применяться в качестве оптимальных моделей для прогнозирования TCC.

    Рис. 2

    Вариации среднеквадратичных ошибок и корреляции с наборами обучающих данных.

    Рис. 3

    Распределения сетевых ошибок для обучающих наборов данных.

    IRJET-Страница, которую вы запрашивали, не найдена на нашем сайте , март 2022 г. Выполняется публикация…

    Browse Papers


    IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

    Подтвердить здесь


    IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 3, выпуск 3 (март 2022 г.) из различных технических и научных дисциплин

    Отправить сейчас..

    Browse Papers


    IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

    Подтвердить здесь


    IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 3, выпуск 3 (март 2022 г.) из различных технических и научных дисциплин

    Отправить сейчас. .

    Browse Papers


    IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

    Подтвердить здесь


    IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 3, выпуск 3 (март 2022 г.) из различных технических и научных дисциплин

    Отправить сейчас..

    Browse Papers


    IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

    Подтвердить здесь


    IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 3, выпуск 3 (март 2022 г.) из различных технических и научных дисциплин

    Отправить сейчас..

    Browse Papers


    IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

    Подтвердить здесь


    IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 3, выпуск 3 (март 2022 г.) из различных технических и научных дисциплин

    Отправить сейчас..

    Browse Papers


    IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

    Подтвердить здесь


    IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 3, выпуск 3 (март 2022 г.) из различных технических и научных дисциплин

    Отправить сейчас..

    Browse Papers


    IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

    Подтвердить здесь


    IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 3, выпуск 3 (март 2022 г.) из различных технических и научных дисциплин

    Отправить сейчас..

    Browse Papers


    IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

    Подтвердить здесь


    Границы | Исследование теплопроводности теплоизоляционного цемента в геотермальной скважине

    1 Введение

    Геотермальная энергия является чистой и устойчивой и широко используется для производства электроэнергии, отопления и сельского хозяйства (Bildirici and Gökmenoğlu, 2017; Wang et al., 2017; Хэмм и Меткалф, 2019 г .; Ян и др., 2021). В последние годы в связи с возросшей потребностью в возобновляемых источниках энергии в Китае широкое развитие получили разведка и использование средне-низкотемпературных геотермальных ресурсов (Ma et al., 2016; Zhao and Fu, 2019). Однако разница температур между высокотемпературным геотермальным флюидом и низкотемпературными пластами приводит к тому, что температура в устье скважины ниже, чем в реальном резервуаре (Hasan and Kabir, 2002). Это неблагоприятно для применения геотермальной энергии, особенно для геотермальных скважин, характеризующихся высокой температурой забоя или низким дебитом жидкости (Канев и др., 1997; Тот, 2006).

    Устьевая температура геотермальной жидкости является одним из наиболее важных параметров, определяющих режимы использования и применяемую эффективность геотермальной энергии (Канев и др., 1997; Текин и Акин, 2011; Чжоу и Чжан, 2013; Горман и др.). ., 2014). Следовательно, повышение этой температуры жизненно важно для исследования и использования геотермальной энергии. В последнее время все больше и больше исследований сосредоточено на цементной оболочке, так как ее большой вклад в теплопередачу (Янг и др., 2013; Вон и др., 2015). Между тем, была предложена теория о том, что снижение теплопроводности цемента может значительно снизить потери тепла (Ichim et al., 2016, Ichim et al., 2018; Li et al., 2017; Zhao, 2020). На основе этой теории были подтверждены метод расчета и факторы влияния (например, водоцементное отношение, температура испытаний и добавки) на теплопроводность цемента (Ichim et al., 2018; Won et al., 2015; Fang et al. , 2020). Эти результаты выявили изменение законов теплопроводности с макроскопической точки зрения.Изучение влияющих факторов не является всеобъемлющим, и микрокосмические механизмы остаются неясными.

    Эта статья направлена ​​на подтверждение законов изменения и соответствующих микрокосмических механизмов теплопроводности цемента. Для выбранных репрезентативных теплоизоляционных материалов был использован точно разработанный стационарный метод. На основании этого исследования задокументировано влияние на теплопроводность и прочность на сжатие различных факторов влияния (например, водоцементного отношения, содержания теплоизоляционных материалов, температуры отверждения и испытаний).В сочетании с результатами микрокосмического анализа (тест на пористость и сканирующий электронный микроскоп) предлагается метод интерпретации изменений теплопроводности и прочности на сжатие с помощью микрокосмических взглядов. Результаты исследования могут стать теоретической основой для эффективного использования геотермальной энергии.

    2 Материалы и методы

    2.1 Материал

    В этом исследовании в качестве основного материала использовался цемент класса G, так как он обычно используется в геотермальных скважинах.Одновременно в качестве изоляционных материалов были выбраны плавающие шарики с полой структурой и вспученный перлит с сотовой структурой. Результаты химического состава и физических свойств цемента класса G представлены в таблицах 1, 2. Свойства этих двух теплоизоляционных материалов представлены в таблице 3.

    ТАБЛИЦА 1 . Состав цемента класса G.

    ТАБЛИЦА 2 . Физические свойства цемента класса G.

    ТАБЛИЦА 3 .Свойства теплоизоляционных материалов.

    2.2 Методы

    В этом исследовании для чистого цементного раствора были выбраны четыре различных водоцементных отношения (0,5, 0,55, 0,6 и 0,7) (водоцементное отношение). Массовое соотношение теплоизоляционных материалов к цементу класса Г составляет 5 %, 10 %, 15 % и 20 % соответственно. Кроме того, для теплоизоляционного тампонажного раствора выбрано фиксированное водоцементное отношение (0,7), а для сохранения его реологических свойств использованы реагенты, снижающие водоотдачу. Сравнение чистого цемента с водоцементным отношением 0.7 (в/ц = 0,7) и теплоизоляционный цемент с различным содержанием теплоизоляционных материалов. Между тем, стационарный метод использовался для точного расчета теплопроводности цемента. Инструменты, предназначенные для изготовления образцов цемента в этом исследовании, показаны на рисунке 1. В процессе проектирования соотношение между диаметром образца и толщиной было больше 8.

    РИСУНОК 1 . Отверждение форм и пробных образцов. (A) Чертеж сборки формы для вулканизации. (B) Образец для испытаний на теплопроводность.

    Цементный порошок и теплоизоляционные материалы смешивались перед изготовлением теплоизоляционного цемента. Затем смесь выливали в водоносную мешалку с низкой скоростью перемешивания. При этом процесс заливки был завершен за 15 с. Затем суспензию отверждали в камере отверждения при температурах отверждения 60°C, 90°C и 120°C в течение 24 ч, а давление отверждения устанавливали на уровне 10 МПа.

    После отверждения теплопроводность образца цемента проверяли высокоточным прибором для измерения теплопроводности ДРПЛ-Ⅲ (диапазон измерения 0.001–3 Вт/(м·К), а точность измерения составила 1 %. В этом исследовании мы используем «температура горячей пластины — температура холодной пластины» для представления комбинации тестовых температур. Когда температура горячей пластины составляет 70°C, а температура холодной пластины составляет 30°C, это выражается как «70–30°C». Для анализа теплопроводности чистого цемента были заданы два условия. Один устанавливает температуру нагревательной пластины на уровне 70°C с различными соотношениями вода/цемент (т.е. 0,5, 0,55, 0,6 и 0,7) и температурой отверждения (т.е. 60°C, 90°C и 120°C).Другой устанавливал температуру отверждения на уровне 60°C с различными соотношениями вода/цемент (т. е. 0,5, 0,55, 0,6 и 0,7) и температурами нагревательной пластины (т. е. 50°C, 70°C и 90°C). Более того, анализ теплопроводности теплоизоляционного цемента также проводился в двух разных условиях. В одном из них была установлена ​​температура нагревательной плиты на уровне 70 °C с различным содержанием теплоизоляционных материалов (т. е. 5 %, 10 %, 15 % и 20 %) и температурами отверждения (т.  е. 60 °C, 90 °C и 120 °C). °С). В другом была установлена ​​температура отверждения на уровне 60 °C с различными соотношениями вода/цемент (т.например, 5%, 10%, 15% и 20%) и температуры нагревательной плиты (т.е. 50°С, 70°С и 90°С).

    Микроструктуры чистого цемента и теплоизоляционного цемента исследовали с помощью Nova NanoSEM 450 и AxioCam MRc5. Для испытаний на прочность на сжатие использовалась автоматическая машина для опрессовки YAW-300B. Максимальное испытательное значение этого устройства составляет 300 кН, а погрешность испытаний находится в пределах 1 %. Во время испытания скорость нагружения поддерживалась на уровне 71,7 ± 7,2 кН/мин. Сухая плотность и средний размер пор цемента были достигнуты с помощью AutoPore Ⅳ 9505.Испытательное давление было установлено на уровне 1,0 МПа, а выбранная температура испытания составляла 20°C. Rigaku Ultima Ⅳ использовали для проверки изменений в типах минералов и содержании цемента. Все оборудование калибруется перед использованием.

    3 Результаты и обсуждение

    3.1 Чистый цемент

    3.1.1 Микроструктура и связанные параметры

    Микроструктура чистого цемента под микроскопом и сканирующим электронным микроскопом (СЭМ) показана на рисунках 2A–D. По мере увеличения соотношения вода/цемент с 0,5 до 0.7, количество и размер первичных макропор и микропор в чистом цементе значительно увеличивается, тогда как количество мелких трещин на единицу объема уменьшается (рис. 2А-Г).

    РИСУНОК 2 . Микроструктура и связанные с ней параметры чистого цемента. (A) Микроструктура чистого цемента (в/ц = 0,5) под микроскопом. (B) Микроструктура чистого цемента (в/ц = 0,7) под микроскопом. (C) Микроструктура чистого цемента (вес/цемент = 0,5) при СЭМ. (D) Микроструктура чистого цемента (вод/цемент = 0.7) под СЭМ. (E) Сухая плотность и средний радиус порового канала чистого цемента.

    Результаты испытаний плотности в сухом состоянии и среднего радиуса порового канала чистого цемента при различных соотношениях вода/цемент показаны на рисунке 2E. С увеличением водоцементного отношения плотность в сухом состоянии постепенно снижается, тогда как средний радиус порового канала постепенно увеличивается (рис. 2Е). Одним словом, скорость изменения сухой плотности и медианного радиуса порового канала постепенно снижалась. То есть, когда водоцементное отношение составляет 0,6, сухая плотность и средний радиус порового канала равны 1.37 г/см 3 и 53 мкм соответственно, что составляет 67,9 и 61,3% от общего снижения. Увеличение количества и размера первичных макропор является основной причиной изменений сухой плотности и среднего радиуса порового канала.

    Результаты XRD чистого цемента с различными соотношениями В/Ц (0,5 и 0,7) показаны на рисунке 3. Как показано на рисунке, увеличение соотношения В/Ц или температуры отверждения может эффективно улучшить степень гидратации C 3 S, C 2 S и C 4 AF, что приведет к явному увеличению содержания CH и CSH (рис. 3A–D).

    РИСУНОК 3 . Результаты рентгеноструктурного анализа чистого цемента с водоцементным отношением 0,5 и 0,7. (A) Результаты XRD чистого цемента с соотношением вода/цемент 0,5 и 0,7. Температура отверждения 60°С. (B) Статистика минерального содержания панели (A) результаты. (C) Результаты XRD чистого цемента (вес/цемент = 0,7) при различных температурах отверждения. (D) Статистика минерального содержания панели (C) результатов.

    3.1.2 Теплопроводность

    Теплопроводность, полученная при различных температурах отверждения и нагрева плиты, показана в таблице 4 и представлена ​​на рисунках 4A,B.Примечательно, что по мере увеличения содержания плавающих шариков теплопроводность сначала быстро снижается, а затем скорость восстановления становится относительно медленной (, рис. 4A, B). Теплопроводность чистого цемента (вес/ц = 0,7) на 21,2 %, 25,0 % и 25,6 % соответственно ниже, чем у чистого цемента (вод/ц = 0,5) при трех различных температурах отверждения (т. е. 60 °С, 90 °С). °С, 120°С) (рис. 4А). В том же случае процент снижения превышает 20,1% при трех различных температурах нагревательной плиты (рис. 4В).Считается, что улучшение степени гидратации частиц цемента и пористость цемента являются двумя основными факторами, которые приводят к снижению теплопроводности. Кроме того, поскольку водоцементное отношение ниже 0,55, большая часть добавляемой воды участвует в гидратации частиц цемента, а небольшое их количество используется для образования пор. В этом процессе повышенная степень гидратации частиц цемента будет преобразовывать больше C 3 S и C 3 A в CSH с относительно слабой теплопроводностью, что является основной причиной снижения теплопередающей способности цементного скелета ( Коми и др., 2014; Кумар и Митра, 2021 г.). Когда соотношение В/Ц составляет от 0,55 до 0,6, скорость увеличения степени гидратации частиц цемента постепенно уменьшается, и увеличенные поры становятся основным результатом увеличения соотношения В/Ц. При этом теплопроводность воздуха значительно ниже, чем у цементного каркаса. Следовательно, увеличенные поры могут эффективно уменьшить площадь поперечного сечения и продлить путь теплопередачи в цементе. Приведенные выше три результата являются основным способом снижения теплопроводности чистого цемента.Когда водоцементное отношение выше 0,6, свободная вода, необходимая для гидратации частиц цемента, достигает насыщения, и основной функцией повышенного количества свободной воды является улучшение пористости. Однако по мере того, как соотношение между добавляемой впоследствии свободной водой и общим объемом цементного раствора продолжает уменьшаться, количество свободной воды, которая может быть распределена на единицу объема цементного раствора, также продолжает уменьшаться. Это приводит к более медленному изменению пористости и теплопроводности.

    ТАБЛИЦА 4 .Теплопроводность и прочность цемента на сжатие.

    РИСУНОК 4 . Результаты испытаний на теплопроводность и прочность на сжатие чистого цемента в различных условиях. (A) Результаты испытаний теплопроводности при различных температурах отверждения. Комбинация температур испытания составляет 70–30°C. (B) Результаты испытаний теплопроводности при различных температурах нагревательной плиты. Температура отверждения 60°С. (C) Результаты испытаний прочности на сжатие при различных температурах отверждения.

    Согласно рис. 4А теплопроводность значительно снижается по мере повышения температуры отверждения. При соотношении в/ц = 0,5 и трех различных температурах отверждения (т.е. 60°С, 90°С, 120°С) теплопроводность составляет 0,909 Вт/(мК), 0,880 Вт/(мК) и 0,863 Вт/(мК) соответственно. Однако при изменении отношения вода/цемент до 0,7 теплопроводность снижается до 0,716 Вт/(мК), 0,660 Вт/(мК) и 0,642 Вт/(мК) соответственно. Поэтому при повышении температуры отверждения с 60 до 120°С снижение теплопроводности составляет 5% (в/ц = 0.5) и 10,3% (вес/ц = 0,7) соответственно. Обобщая, можно определить, что основными причинами снижения теплопроводности являются увеличение степени гидратации частиц цемента и содержания веществ с низкой теплопроводностью, вызванное повышением температуры твердения.

    Как показано на рисунке 4B, по мере повышения температуры нагревательной пластины теплопроводность явно увеличивается. При повышении температуры нагревательной пластины до 90°C теплопроводность равна 0.948 Вт/(мК), 0,816 Вт/(мК) и 0,757 Вт/(мК), что соответствует водоцементному соотношению 0,5, 0,6 и 0,7 соответственно. Эти значения на 8,6% выше, чем у температуры нагревательной плиты, установленной на 50°C. Результаты в основном связаны с тем, что повышение температуры горячей плиты может увеличить интенсивность вибрации нагретого скелета. При этом также усилился конвективный теплообмен газа в соединительных порах цемента.

    3.1.3 Прочность на сжатие

    Результаты испытаний на прочность на сжатие показаны в таблице 3 и представлены на рисунке 4C.С увеличением водоцементного отношения прочность цемента на сжатие, по-видимому, снижается. Тем не менее, он показывает противоположную тенденцию к возрастающей температуре отверждения (рис. 4C). По мере постепенного повышения температуры отверждения прочность цемента на сжатие (в/ц = 0,7) составляет 39,2, 45,0 и 63,9 МПа соответственно, что на 38,6%, 46,6% и 41,3% ниже, чем у цемента (в/ц = 0,5). Точно так же прочность на сжатие составляет 108,8, 87,8 и 63,9 МПа, что соответствует соотношению вода/цемент, равному 0,5, 0,6 и 0,7, соответственно, при температуре отверждения, установленной на уровне 120°C.Эти результаты показывают, что прочность на сжатие увеличилась на 70,3%, 93,8% и 63,0% по сравнению с температурой отверждения, равной 60°C. Анализ показывает, что увеличение количества и размеров первичных макропор и микропор является основной причиной снижения прочности на сжатие (рис. 2). Повышение температуры отверждения способствует увеличению содержания CSH. Повышение содержания CSH является основным фактором, ведущим к повышению прочности на сжатие.

    Увеличение водоцементного отношения может эффективно улучшить размер и количество первичных макропор и микропор, а также степень гидратации частиц цемента.Это может привести к снижению теплопередающей способности цементного каркаса и площади теплообмена. Однако путь теплопередачи, по-видимому, имеет противоположную тенденцию. Точно так же повышение температуры отверждения и температуры горячей пластины также может изменить теплопроводность. Кроме того, увеличение количества и размера первичных макропор и микропор является основной причиной значительного снижения прочности на сжатие.

    3.2 Теплоизоляционный цемент с плавающими шариками

    3.2.1 Микроструктура и связанные с ней параметры

    Макропоры и микропоры теплоизоляционного цемента показаны на рисунках 5A,B,E,F. Микроструктура плавающих шариков в цементе показана на рисунках 5C,D. Плотность в сухом состоянии и средний радиус порового канала показаны в таблице 5 и представлены на рисунке 5G.

    РИСУНОК 5 . Микроструктура и связанные с ней параметры теплоизоляционного цемента с плавающими шариками. (A) Микроструктура теплоизоляционного цемента с 10% плавающих шариков под микроскопом. (B) Микроструктура теплоизоляционного цемента с 20% плавающих шариков под микроскопом. (C, D) Микроструктура плавающих шариков при СЭМ. (E) Микроструктура теплоизоляционного цемента с 10% плавающими шариками при РЭМ. (F) Микроструктура теплоизоляционного цемента с 20% плавающими шариками при РЭМ. (G) Плотность в сухом состоянии и средний радиус порового канала теплоизоляционного цемента с плавающими шариками.

    ТАБЛИЦА 5 .Сухая плотность и средний радиус порового канала цемента.

    Плавающие шарики равномерно распределяются в цементе (рис. 5А, В). Поверхность может быть тесно связана с цементным каркасом, а его полая структура может эффективно заменить скелет (рис. 5C, D). Увеличение содержания плавающих шариков может не только значительно увеличить количество и размер макропор, но также эффективно уменьшить количество микропор и увеличить плотность скелета (Tylor, 1997; рисунки 5A, B, E, F).

    Плотность в сухом состоянии и средний радиус порового канала уменьшаются по мере увеличения плавающих шариков. Кроме того, скорость сокращения постепенно замедляется (рис. 5G). В то же время большинство плавающих валиков могут оставаться закрытыми, поэтому это не влияет на распределение внутренних сообщающихся пор в цементе. Таким образом, снижение плотности в сухом состоянии в основном связано с увеличением количества плавающих шариков. Однако уменьшение размеров первичных макропор и микропор в цементе приводит к уменьшению медианного радиуса порового канала.Кроме того, анализ показывает, что при содержании плавающих шариков 0–5 % их основной функцией является замещение первичных макропор и сжатие микропор. Следовательно, изменения плотности в сухом состоянии относительно малы, в то время как средний радиус порового канала сильно различается. При изменении дозировки флотирующих шариков на 5% на уменьшение значения сухой плотности и медианного радиуса порового канала приходится 18,2 и 52,6% общего снижения соответственно. Поскольку дозировка варьируется от 5 до 15%, основная функция плавающих шариков заключается в дополнительной замене цементного скелета и сжатии первоначальных пор. Это приведет к тому, что скорость снижения плотности в сухом состоянии изменится больше, чем средний радиус порового канала. Когда дозировка плавающих шариков достигает 15%, снижение плотности в сухом состоянии и среднего размера частиц порового канала составляет 81,8 и 89,5% от общего уменьшения соответственно. Кроме того, при дозировке 15–20 % значительно снижается отношение плавающих шариков к общему объему цементного раствора, поэтому значительно снижается и снижение плотности в сухом состоянии.

    Результаты СЭМ плавающих шариков и скелета в теплоизоляционном цементе показаны на рисунках 6A,B.Среди них точки спектрограммы 1 и спектрограммы 2 выбраны с поверхности плавающих шариков, а спектрограммы 3 – с цементного скелета. Результаты рентгеновской дифракции чистого цемента (в/ц = 0,7) и теплоизоляционного цемента с 20% плавающими шариками показаны на рисунках 6C,D.

    РИСУНОК 6 . Анализ энергетического спектра и результаты рентгеноструктурного анализа теплоизоляционного цемента с плавающими шариками. (A) Выбранные точки спектрограмм. (B) Статистика атомного числа по результатам анализа энергетического спектра. (C) Результаты рентгеновского дифракционного анализа чистого цемента (вес/цемент = 0,7) и теплоизоляционного цемента с 20% плавающих шариков. (D) Статистические данные о содержании минералов по результатам XRD-анализа.

    Результат спектрограммы 1 может дополнительно подтвердить, что в основном на поверхности флоат-гранул присутствуют два типа оксидов, т.е. SiO 2 и Al 2 O 3 . Сравнивая спектрограмму 2 со спектрограммой 3, можно обнаружить, что на некоторых участках поверхности плавающего шарика содержание кальция увеличилось.Он может образовываться в результате реакции между оксидами и кальцийсодержащими веществами в цементном растворе (рис. 6А, Б). Кроме того, исследование XRD показывает, что добавление плавающих гранул снижает содержание Ca(OH) 2 и увеличивает содержание CSH в цементе (рис. 6C,D). Это может дополнительно поддержать мнение о том, что оксиды, которые существовали на поверхности плавающих шариков, могут реагировать с Ca(OH) 2 и в конце образовывать CSH (уравнение 1, 2).

    xCa(OH)2+SiO2+mh3O→xCaO·SiO2·mh3O(1)yCa(OH)2+Al2O3+mh3O→yCaO·SiO2·mh3O(2)

    3.2.2 Теплопроводность

    Результаты испытаний теплопроводности теплоизоляционного цемента с плавающими шариками показаны в таблице 4 и представлены на рисунках 7A,B. Теплопроводность постепенно снижается с увеличением количества плавающих шариков. В частности, скорость снижения теплопроводности сначала постепенно увеличивается, а затем постепенно снижается (рис. 7А, В). Это похоже на правило изменения плотности в сухом состоянии, так как эффект плавающих шариков варьируется при разных дозировках.

    РИСУНОК 7 . Результаты испытаний теплопроводности и прочности на сжатие теплоизоляционного цемента с плавающими шариками в различных условиях. (A) Результаты испытаний теплопроводности при различных температурах отверждения. Комбинация температур испытания составляет 70–30°C. (B) Результаты испытаний теплопроводности при различных температурах нагревательной плиты. Температура отверждения 60°С. (C) Результаты испытаний прочности на сжатие при различных температурах отверждения.

    Повышенная температура отверждения может эффективно снизить теплопроводность (рис. 7А). При температуре отверждения 60°C, 90°C и 120°C теплопроводность теплоизоляционного цемента с 20% поплавковыми шариками составляет 0,5922 Вт/(мК), 0,5713 Вт/(мК) и 0,5591 Вт/( мК) соответственно. По сравнению с чистым цементом (в/ц = 0,7) теплопроводность снижается на 17,3%, 13,4% и 12,9%. Кроме того, для теплоизоляционного цемента с плавающими шариками 20% коэффициент снижения теплопроводности равен 4.5 и 6,1 % соответственно, что соответствует температурам отверждения 60–90 и 120°С. Для теплоизоляционного цемента с 10 % плавающих шариков при повышении температуры отверждения скорость снижения теплопроводности составляет 3,5 и 5,6 %. Результаты испытаний ясно показывают, что скорость снижения теплопроводности постепенно снижается, что вызвано повышением температуры отверждения. Увеличение пористости и степени гидратации частиц цемента являются основными факторами снижения теплопроводности.

    Теплопроводность увеличивается с повышением температуры нагревательной пластины (рис. 7B). Более того, законы изменения теплопроводности при трех разных температурах нагревательной пластины одинаковы. Теплопроводность теплоизоляционного цемента с 10 и 20% плавающих шариков составляет 0,5966 Вт/(мК) и 0,5335 Вт/(мК) соответственно при температуре нагревательной плиты 50°C. Когда температура нагревательной пластины увеличивается до 70°C, скорость увеличения теплопроводности составляет 9,3 и 11.0% соответственно. Повышенный коэффициент теплопроводности составляет 12,9 и 14,4% соответственно, при этом температура нагревательной плиты установлена ​​на уровне 90°С. По мере увеличения температуры нагревательной пластины скорость увеличения теплопроводности уменьшается. На основании этих результатов можно сделать вывод, что повышение температуры нагревательной пластины может повысить конвективную силу газа внутри плавающих шариков. Это отличается от усиления потока газа в связанных порах чистого цемента.

    3.2.3 Прочность на сжатие

    Прочность на сжатие теплоизоляционного цемента с плавающими шариками показана в таблице 4 и представлена ​​на рисунке 7C.Увеличение содержания плавающих шариков снизит теплопроводность, но эффект от повышения температуры отверждения будет противоположным (рис. 7С). Прочность на сжатие теплоизоляционного цемента с 20% плавающих шариков при различных температурах отверждения (т.е. 60°C, 90°C и 120°C) составляет 22,5, 38,4 и 45,4 МПа соответственно, что составляет 42,6%, 14,7% и на 28,9% ниже, чем у чистого цемента при том же водоцементном соотношении. Кроме того, при повышении температуры отверждения до 90 и 120°C повышенный показатель прочности на сжатие для теплоизоляционного цемента с 20% поплавков составляет 70.7 и 101,8%. Как правило, прочность на сжатие теплоизоляционного цемента может поддерживаться на относительно высоком уровне. Исследования микроструктуры цемента показывают, что, хотя добавление плавающих шариков может эффективно уменьшить количество и размер первичных пор, полая структура плавающих шариков может значительно увеличить пористость цемента. Это основная причина снижения прочности на сжатие. Кроме того, прочность плавающих шариков, полученных из более толстой оболочки (рис. 5C), и гидратация активных веществ могут эффективно повысить прочность окружающего цементного скелета.Это важный фактор для поддержания высокой прочности на сжатие.

    Таким образом, добавление плавающих шариков может эффективно снизить теплопроводность цемента и сохранить его прочность на сжатие. В частности, увеличение пористости является основной причиной снижения теплопроводности. Однако другими причинами являются удлинение пути теплопроводности и гидратация активных веществ на поверхности плавающих шариков. Более того, повышение степени гидратации частиц цемента, более толстая оболочка плавающих шариков, а также увеличение прочности окружающего цементного скелета являются важными факторами для сохранения прочности цемента на сжатие.

    3.3 Теплоизоляционный цемент с вспученным перлитом

    3.3.1 Микроструктура и связанные параметры

    Результаты анализа макропор и микропор для теплоизоляционного цемента с вспученным перлитом показаны на рисунках 8A,B,E,F. Микроструктура вспученного перлита в цементе под РЭМ показана на рисунках 8C,D. Плотность в сухом состоянии и средний радиус порового канала показаны в Таблице 5 и на Рисунке 8G.

    РИСУНОК 8 . Микроструктура и связанные с ней параметры теплоизоляционного цемента с вспученным перлитом. (A) Микроструктура теплоизоляционного цемента с 10% вспученного перлита под микроскопом. (B) Микроструктура теплоизоляционного цемента с 20% вспученного перлита под микроскопом. (C,D) Микроструктура вспученного перлита при СЭМ. (E) Микроструктура теплоизоляционного цемента с 10 % вспученного перлита при РЭМ. (F) Микроструктура теплоизоляционного цемента с 20 % вспученного перлита при РЭМ. (G) Плотность в сухом состоянии и средний радиус порового отверстия теплоизоляционного цемента с вспученным перлитом.

    Добавление вспученного перлита может заметно заменить первичные макропоры и сжать микропоры. В результате с добавлением вспученного перлита количество и размер первичных макропор и микропор постепенно уменьшаются (рис. 8А,Б,Д,Е). В конечном итоге это приводит к постоянному уменьшению среднего радиуса порового канала (рис. 8G). В то же время увеличение содержания вспученного перлита также значительно снизит плотность в сухом состоянии из-за его внутренней сотовой структуры (рис. 8C, D, G).При содержании вспученного перлита 10 % сухая плотность и медианный радиус порового канала составляют 1,23 г/см 3 и 50 мкм, а уменьшенное значение при этом количестве составляет 45,4 и 78,9 % от общего значения уменьшения. По сравнению с теплоизоляционным цементом с плавающими шариками, цемент с вспученным перлитом имеет значительные преимущества по снижению плотности в сухом состоянии, а эффект по уменьшению среднего радиуса порового канала эквивалентен.

    Результаты РЭМ вспученного перлита и скелета в теплоизоляционном цементе показаны на рисунках 9A,B.Среди них точки спектрограммы 1 и спектрограммы 2 выделены с поверхности вспученного перлита, а спектрограммы 3 – с цементного скелета. Результаты XRD чистого цемента (водо-цементный состав = 0,7) и теплоизоляционного цемента с 20% вспученного перлита показаны на рисунках 9C,D.

    РИСУНОК 9 . Результаты анализа энергетического спектра и рентгеноструктурного анализа теплоизоляционного цемента с вспученным перлитом. (A) Выбранные точки спектрограмм. (B) Статистика атомного числа по результатам анализа энергетического спектра. (C) Результаты рентгеновского дифракционного анализа чистого цемента (вес/цемент = 0,7) и теплоизоляционного цемента с 20% вспученного перлита. (D) Статистические данные о содержании минералов по результатам XRD-анализа.

    Сравнивая результаты спектрограммы 1, спектрограммы 2 и спектрограммы 3, можно сделать вывод, что основными веществами, существовавшими на поверхности вспученного перлита, являются SiO 2 и Al 2 O 3 , которые аналогичны плавающие бусы. Эти оксиды могут реагировать с Ca(OH) 2 в суспензии с образованием CSH (рис. 9A, B).В конечном итоге содержание Ca(OH) 2 снижается, а содержание CSH увеличивается (рис. 9C,D).

    3.3.2 Теплопроводность

    Результаты испытаний теплопроводности теплоизоляционного цемента с вспученным перлитом при различных температурах отверждения и нагрева плиты приведены в таблице 4 и на рисунках 10А,Б.

    РИСУНОК 10 . Результаты испытаний теплопроводности и прочности на сжатие теплоизоляционного цемента с вспученным перлитом в различных условиях. (A) Результаты испытаний теплопроводности при различных температурах отверждения. Комбинация температур испытания составляет 70–30°C. (B) Результаты испытаний теплопроводности при различных температурах нагревательной плиты. Температура отверждения 60°С. (C) Результаты испытаний прочности на сжатие при различных температурах отверждения.

    Помимо вспученного перлита теплопроводность постепенно снижается, а скорость восстановления сначала увеличивается, а затем снижается (рис. 10А,Б).Это правило и причины изменения идентичны цементу с плавающими шариками. Теплопроводность теплоизоляционного цемента с 20 % вспученного перлита при температуре отверждения 60°С, 90°С и 120°С составляет 0,5656 Вт/(мК), 0,5343 Вт/(мК) и 0,5436 Вт/(мК). , соответственно, что на 21,0 %, 19,0 % и 17,1 % ниже, чем у чистого цемента с соотношением в/ц 0,7 (рис. 10А). Точно так же при трех различных температурах нагревательной плиты коэффициент теплопроводности теплоизоляционного цемента с 20% вспученного перлита снижается более чем на 21%.В сочетании с проанализированными данными теплопроводность теплоизоляционного цемента с вспученным перлитом в целом ниже, чем у цемента с плавающими шариками. Это может быть связано с относительно небольшой плотностью вспученного перлита. Следовательно, при той же массовой доле добавки количество вспученного перлита, которое можно добавить в цементный раствор, значительно больше. Кроме того, еще одним фактором является сотовая структура вспученного перлита. Эта конструкция более эффективно уменьшает конвекцию жидкости в изоляционном материале (таблица 3 и рисунок 8C).

    Теплопроводность снижается с повышением температуры отверждения (рис. 10А). Это можно объяснить увеличением степени гидратации частиц цемента и поверхностных оксидов вспученного перлита. Теплопроводность теплоизоляционного цемента с 10 % вспученного перлита может быть снижена на 7,3 и 9,5 % при температуре твердения 60–90°С и 120°С соответственно. В ситуации с содержанием вспученного перлита 20 % скорость восстановления составляет 5,5 и 5,9 %.

    Точно так же теплопроводность увеличивается с увеличением температуры нагревательной плиты.Чем выше температура, тем ниже скорость роста. Теплопроводность теплоизоляционного цемента с 20 % вспученного перлита может быть повышена на 12,5 и 14,4 % при температуре горячей плиты 50–70°С и 90°С соответственно.

    3.3.3 Прочность на сжатие

    Результаты испытаний прочности на сжатие теплоизоляционного цемента с вспученным перлитом показаны в Таблице 4 и представлены на Рисунке 10C. С добавлением вспученного перлита прочность на сжатие постепенно снижается.Результаты показывают, что повышение температуры отверждения может значительно повысить прочность цемента на сжатие (рис. 10С). При содержании вспученного перлита 20% прочность на сжатие при различных температурах отверждения (т.е. 60°С, 90°С и 120°С) составляет 32,9, 40,0 и 45,5 МПа соответственно. В целом прочность на сжатие теплоизоляционного цемента с вспученным перлитом может сохранять высокое значение при указанных выше условиях испытаний, особенно выше, чем у цемента с плавающими шариками.Это может быть связано с относительно более высоким содержанием SiO 2 на поверхности вспученного перлита. Это может эффективно увеличить прочность каркаса вокруг вспученного перлита и снизить вероятность концентрации напряжений. Кроме того, наличие сотовой структуры может значительно улучшить пластичность цементного скелета и, наконец, улучшить способность к сжатию (рис. 8C, D).

    Одним словом, при добавлении вспученного перлита и плавучих шариков теплопроводность и прочность на сжатие имеют схожие различные тенденции и механизмы.Однако сотовая структура внутри вспученного перлита благоприятна для получения более низкой теплопроводности и поддержания более высокой прочности цемента на сжатие.

    4 Заключение

    В этой статье представлен метод испытаний в установившемся режиме. Были проверены теплопроводность и прочность цемента на сжатие в различных условиях. Также был объяснен микроскопический механизм изменения теплопроводности и прочности на сжатие. Выводы следующие:

    1) Использование теплоизоляционных материалов позволяет эффективно снизить теплопроводность цемента и сохранить его прочность на сжатие.В частности, увеличение водоцементного отношения, теплоизоляционного материала и температуры отверждения может значительно снизить теплопроводность цемента. Однако первые два фактора и последний фактор оказывают противоположное влияние на прочность на сжатие. Кроме того, повышение температуры нагревательной пластины увеличивает теплопроводность. Для сравнения, эффект вспученного перлита лучше, чем у плавающих шариков.

    2) Увеличение пористости и степени гидратации частиц цемента может эффективно уменьшить площадь теплопередачи и теплопередающую способность каркаса.Они являются основными причинами снижения теплопроводности. Расширение пути теплопередачи и гидратация активных веществ на поверхности изоляционного материала могут эффективно снизить эффективность теплопередачи каркаса, что является еще одной причиной снижения теплопроводности. Кроме того, гидратация частиц цемента является основой сохранения цементом необходимой прочности на сжатие. Прочность изоляционного материала, гидратация поверхностно-активного вещества и внутренняя сотовая структура являются важными факторами для поддержания прочности на сжатие на высоком уровне.

    3) В сочетании с фактическими условиями пласта и техники более низкая температура пласта в верхней части скважины приведет к относительно низкой температуре затвердевания и относительно большой разнице температур (между горячей водой и пластом) в процессе закачки. . Это приведет к относительно высокой теплопередающей способности цемента в верхней части скважины, и, таким образом, эта область является основной зоной тепловых потерь.

    Заявление о доступности данных

    Исходные материалы, представленные в исследовании, включены в статью/дополнительный материал, дальнейшие запросы можно направлять соответствующему автору.

    Вклад автора

    Ф.З. написал рукопись и отвечает за предоставление общей идеи, экспериментального плана и анализа данных, Л.Л. отвечает за работу прибора. Все авторы одобряют статью к публикации.

    Финансирование

    Работа выполнена при финансовой поддержке Национальной ключевой программы исследований и разработок Китая (грант № 2019YFB1504102) и проекта Китайской академии геологических наук (грант № JKY202008).

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Примечание издателя

    Все утверждения, изложенные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно представляют претензии их дочерних организаций или издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или претензии, которые могут быть сделаны его производителем, не гарантируются и не поддерживаются издателем.

    Благодарности

    Мы благодарим редактора, помощника редактора и рецензентов за их конструктивные комментарии, которые помогли значительно улучшить статью.

    Ссылки

    Билдиричи, М.Е., и Гёкменоглу, С.М. (2017). Загрязнение окружающей среды, энергопотребление гидроэнергетики и экономический рост: данные стран G7, Потребление гидроэнергетики и экономический рост: данные стран G7. Продлить. Суст. Энерг. 75 (С), 68–85. doi:10.1016/j.rser.2016.10.052

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    Фанг Ю., Чжан Ю. и Ран З.З. (2020). Теплопроводность цементирующего токопроводящего цемента в средней и глубокой геотермальной скважине. Матер. 34 (20), 32–37+56. doi:10.11896/cldb.1

    87.2

    4 Mercury

    40040

    2 Water

    Материал Температура Теплопроводность Температура Теплопроводность
    Почвы и Земли
    Глина 20 0.600 68 68 0.347
    гравий 20 2.50 68 1.44
    (8% WT влажности) 20 0.900 68 0.520
    20 0.300 68 0.173
    мокрый песок
    (8% WT влаги)
    20 0.600 68 0.347
    Стройматериалы
    кирпич (здание) 20 0.720 68 0,416
    Кирпич (оксид алюминия) 430 3,10 806 1,79
    клинкеров (цемент) 20 0,700 68 0,404
    Бетон, тяжелый 20 1.30 68 0.751
    20 20 0.207 68 68 0.120
    Бетон, свет 20 0.418 68 0,242
    Стекло 20 0,935 68 0,540
    Вуд 20 0,170 68 0,098
    Изоляция
    Asbestos 0 0.160 32 0.092
    100 0.190 212 0.110
    200 0.210 392 0,121
    Силикатный 20 0,046 68 0,027
    Корк 30 0,043 86 0,025
    Стекловолокно 20 0.042 68 0.024 0.024
    20 0,070 68 0,040
    Magnenite 200 3.80 392 2,20
    Слюда 50 0,430 122 0,248
    Rockwool 20 0,034 68 0,020
    Резина, Мягкий 20 0.130 0.130 68 0.075
    0 0 0.150 32
    Sawdust 20 0.052 68 0,030
    Уретановые пены (жесткая) 20 0,026 68 0,015
    Разное Сухой остаток
    Алмазный 20 2300 68 1,329
    графит 0 151 32
    Человеческая кожа 20 0.370 68 0.214
    Жидкости
    Уксусная кислота, 50% 20 0,350 68 0,202
    Ацетон 30 0,170 86 0,098
    Анилин 20 0.170 0.170 68 0.098
    30 0,160 86 86
    хлорид кальция, 30% 30 0.550 86 0,318
    Этанол, 80% 20 0,240 68 0,139
    Глицерин, 60% 20 0,380 68 0,220
    глицерина, 40% 20 0.450 68 0.260
    30 0.140 86 86
    20 8.54 68 493 493
    28 8.36 82
    30 0.360 86 0.208
    Серновая кислота, 60 % 30 0.430 86 0.248
    20 0.613 68 0.354
    30 0.620 86 0,358
    60 0,660 140 0,381
    Газы
    воздуха 0 0,024 32 0,014
    20 0.026 68 0.015 0.015
    100 0,031 212 212 0,018
    Углекисный диоксид 0 0,015 32 0.009
    Этан 0 0,018 32 0,010
    Этилен 0 0,017 32 0,010
    Гелий 20 0,152 68 0.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.

    *

    *

    *