Материал: Поризованный бетон. структура и строительные-технические свойства. Славчева Г.С

Рис. 3. Развитие усадочного напряжения F ( ) при удалении влаги из материала (по А.С. Аведикову, М.С. Острикову, Г.Д. Диброву 36 )

Рис. 4. Типовая кривая влажностной усадки цементного камня в условиях квазистатической сушки (по А.Е. Шейкину 37 )

31

Рис. 5. Типичные кривые усадки строительных материалов при обезвоживании (по Е.М.Чернышову 38 ):

Тип I характерен для материалов со структурой, определяющей максимальные значения величины усадки на всех этапах обезвоживания; Тип II характерен для материалов с промежуточными характеристиками структуры;

Тип III характерен для материалов со структурой, определяющей минимальные значения величины усадки на всех этапах обезвоживания.

32

где А – коэффициент пропорциональности для конкретного материала; Vц.в.-

объем цементирующего вещества; Vпор – объем пор; Vзап – объем зерен заполнителя;Sтв.ф - площадь поверхности частиц твердой фазы; qтв.ф - удельная поверхностная энергия твердой фазы; rэ – средний эквивалентный радиус пор; a, b, c, d – коэффициенты меры соответствующих параметров структуры материала на его влажностную усадку.

Существо влияния влажностного состояния материала на его теп-

лофизические характеристики, в частности на коэффициент теплопровод-

ности, объясняется согласно положениям строительной теплофизики 39-42 ,

опирающимся в данном вопросе на принцип Максвелла. Влажный строительный материал рассматривается как дисперсная система, состоящая из трех компонентов – частиц твердого тела, воды и воздуха между ними, вносящих свой соответствующий определенный вклад в механизмы процессов теплопереноса в увлажненном материале. В такой системе передача тепла через твердую и жидкую фазу материала происходит посредством тепло-

проводности, а в порах, заполненных влажным воздухом, теплопередача дополнительно осуществляется конвекцией и излучением.

Коэффициент теплопроводности строительного материала в сухом состоянии определяется объемом и структурой пористости, химикоминералогическим составом твердой фазы. При увлажнении материала влага,

вытесняя воздух, сначала покрывает поверхность пор, а затем заполняет их частично или полностью. Поскольку теплопроводность воды выше, чем воз-

духа, то теплопроводность материала закономерно повышается по мере его увлажнения. Одновременно существенный вклад вносят процессы термогра-

диентного влагопереноса в увлажненном материале, когда дополнительные порции тепла переносятся потоками жидкости и пара. Зависимость тепло-

проводности от влажности материала является нелинейной, и решающее влияние на величину коэффициента теплопроводности во влажном состоя-

нии оказывает форма связи воды со структурой (рис. 6). В области гигроскопического состояния, когда в структуре уже присутствует вода в жидком со-

стоянии, а вклад влагопереноса в передачу тепла еще невелик, температуропроводность материала резко повышается, так как вода является одним из наиболее теплоинерционных веществ. Коэффициент теплопроводности увеличивается наиболее сильно, когда объем жидкости в порах становится больше объема водяного пара, то есть при наличии в структуре капиллярносвязанной воды. Дополнительный вклад капиллярной воды в микропорах в

33

Рис. 6. Общий характер зависимости коэффициента температуропроводности а и теплопроводности э от влажностного состояния материала

механизм переноса тепла обусловлен ее молекулярным течением. Если объем жидкости в материале становится меньше по сравнению с объемом в виде па-

ра, теплопроводность резко падает. Когда же влагосодержание определяется лишь адсорбционно-связанной водой, теплопроводность принимает наи-

меньшие значения и близка к теплопроводности сухого вещества и подчиняется закону Фурье для молекулярного переноса тепла, то есть определяется градиентом температуры и теплопроводностью твердой фазы. Дополнительной причиной снижения теплопроводности материала при наличии в нем только адсорбционной воды является снижение температуропроводности данного вида воды по сравнению со значениями, характерными для свобод-

ной воды.

Таким образом, для величины теплопроводности тела во влажном со-

стоянии определяющая роль принадлежит количественному соотношению различных видов воды, что зависит от распределения объема пор по разме-

рам в материале, состава и структуры его твердой фазы.

Во всех процессах морозной деструкции главное место принадлежит гигрометрическим характеристикам материала, которые и определяют ин-

тенсивность и меру развития гигромеханических процессов при заморажи-

вании, а тем самым меру дилатометрических эффектов и скорость морозного

34

разрушения. Морозное разрушение и морозостойкость строительных мате-

риалов по их механизму трактуется, соответственно, как процесс и как след-

ствие процесса накопления повреждений в увлажненном материале при воз-

действии на него среды с циклически меняющейся отрицательной и положи-

тельной температурой. Накопление повреждений в микрообъеме материала представляется результатом кристаллизационных и одновременно совокуп-

ности гигромеханических явлений (кристаллизационного давления льдообра-

зования, гидростатического и гидравлического давления воды), связанных с преобразованием жидкой фазы в криофазу (льдофазу) 38,39 . При этом кри-

териальными для развития морозной деструкции считаются два основных фактора:

1)критическая степень насыщения объема пор водой (91,7%),

2)температура замерзания воды в материале.

Однако и при докритических значениях степени насыщения пор водой не исключается возможность интенсивного морозного разрушения от дейст-

вия кристаллизационного льдообразования. Дело в том, что морозная дест-

рукция в макрообъеме, то есть в конструкции, в условиях одностороннего ее охлаждения оказывается результатом развития гигромеханических процессов массопереноса, миграции жидкой фазы в направлении к охлаждаемой по-

верхности, накопления вблизи нее с льдообразованием. В зоне односторон-

него охлаждения содержание жидкой фазы может достигать и превышать критическое значение, при котором льдообразование способно привести ма-

териал к быстрому слоистому разрушению 43 .

Критериальный для развития морозной деструкции фактор (температура замерзания воды в материале) зависит от силы связи воды со структурой ма-

териала, предопределяемой адсорбционной активностью поверхности твер-

дой фазы (характеризуется теплотой смачивания qтв.ф), сродством жидкой фазы к твердой фазе (характеризуется краевым углом смачивания ), рас-

пределением объема порового пространства по радиусу пор drпор/dVпор (ха-

рактеризуется средним эквивалентным радиусом пор rэ). В зависимости от структуры материала значение температуры замерзания воды в нем может,

как известно, находиться в интервале 0 0С -70 0С (табл. 7), а мера деформи-

рования материала при замораживании (рис. 7), являющаяся следствием и

«тестом» возможного проявления кристаллизационного давления при льдо-

35