Изменение коэффициента теплопроводности газобетона в период подъема температуры

19.07.2019

Как известно, коэффициент теплопроводности материала зависит от его температуры, влагосодержания, величины пористости и других факторов. Точное определение коэффициента теплопроводности бетона в зависимости от изменения температуры, влагосодержания, пористости и других факторов представляет значительные затруднения и должно явиться предметом специальных исследований. Для установления приближенных значений коэффициентов теплопроводности в процессе автоклавной обработки нами был использован предложенный О.А. Краевым метод, позволяющий определить при нестационарном температурном режиме изменение коэффициента температуропроводности.

Сущность метода состоит в том, что при нагревании в заданном интервале температур экспериментально определяют изменение температуры в центре и на поверхности цилиндра, у которого длина в 8—10 раз больше диаметра. В этом случае влиянием торцов на распределение температур в выбранных точках можно пренебречь. По изменению температуры в центре и на поверхности цилиндра определяют коэффициент температуропроводности по формуле, предложенной О.А. Краевым:

где а — коэффициент температуропроводности в м2/ч;

R — радиус цилиндра в м;

Aт — промежуток времени, в течение которого цилиндрический образец нагревается на величину AT, равную перепаду температур между точками r=R и r=0;

е — поправка на переменность скорости нагрева, равная 1/4AT*dAT/dтАт;

b — поправка, учитывающая зависимость коэффициента температуропроводности от температуры и равная 1/4a*da/dT AT.

Зная изменение коэффициента температуропроводности, легко можно определить и изменение коэффициента теплопроводности по известной формуле:

где Л — коэффициент теплопроводности в ккал/м*ч*град;

а — коэффициент температуропроводности в м3/ч;

с — удельная теплоемкость газобетонной смеси в ккал/кг*град;

у — объемный вес газобетонной смеси в кг/м3.

Определение коэффициента температуропроводности проводилось в автоклаве при изменении температуры от 20 до 170° С и давлении от 1 до 9 ат. С этой целью в стальную трубу (рис. 42) с внутренним диаметром 80 мм и длиной 600 мм заливалась исследуемая газобетонная смесь заданного объемного веса. Предварительно вдоль оси трубы устанавливался металлический стержень диаметром 3 мм с закрепленной в середине его термопарой. Другая термопара устанавливалась на расстоянии 30—35 мм от центра по сечению цилиндра.

Медь-константановые термопары изготавливались из проводов диаметром 0,3 мм и изолировались от действия пара двойной изоляцией: лаковой высокотемпературной и пластмассовой из хлорвинилового пластиката рецептуры № 230, выдерживающей температуру до 190° С. Перед установкой в образец термопары тарировали на температуру. После вспучивания и созревания исследуемый образец вместе с контрольными образцами-кубами 10x10x10 см (для контроля объемного веса) помещали в лабораторный автоклав. Давление в автоклаве поднималось таким образом, чтобы перепад температур между термопарами не превышал 20—30°. Показания термопар фиксировались на протяжении всего времени прогрева образца в интервале температур от 20 до 174° С. Следует иметь в виду, что по условиям опыта испытуемый образец газобетона, находящийся в стальной трубе, был изолирован от непосредственного воздействия паровой среды и в процессе запаривания не происходило его дополнительного увлажнения. Как известно, аналогичные условия по тепло- и массообмену создаются при прогреве в автоклаве той части изделия, которая защищена металлической формой от воздействия паровой среды. Это также в известной степени исказило истинное значение коэффициента температуропроводности.

При вычислении коэффициента теплопроводности по формуле (3) удельная теплоемкость с с учетом влажности газобетонной смеси определялась следующим образом. Объемная теплоемкость C0 влажного материала может быть подсчитана по формуле, рекомендуемой А.В. Лыковым:

где Cо — объемная теплоемкость в ккал/м3*°C;

с — удельная теплоемкость газобетонной смеси в ккал/кг*°С;

усм — объемный вес газобетонной смеси в кг/м3;

ссух — удельная теплоемкость сухого материала в ккал/кг*°С;

сж — удельная теплоемкость воды, принимается равной 1 ккал/кг*°С;

u — влагосодержание газобетонной смеси в кг/кг, численно равное исходному водовяжущему отношению;

уcyx — объемный вес газобетона в сухом состоянии в кг/м3.

Из формулы (4)

Формулу (4)' можно записать так:

так как влагосодержание в нашем случае численно равно В/В.

Умножая числитель на знаменатель в, выражении (4)" на (1+В/В), получим

По данным К.Ф. Фокина, удельная теплоемкость газобетона в сухом состоянии составляет 0,2 ккал/кг*°C. Удельная теплоемкость воды, как известно, равна 1 ккал/кг*°С. В этом случае при объемном весе 750 кг/м3 и водовяжущем отношении 0,5

Для расчетов К.Э. Горяйнов и И.Б. Заседателев принимали удельную теплоемкость газозолобетона объемным весом 900— 1000 кг/м3 равной 0,45 ккал/кг*°С.

На рис. 43 изображен график изменения коэффициента теплопроводности газобетона у =750 кг/м3 от температуры. При 30° С коэффициент теплопроводности газобетона незначителен и составляет 0,40 ккал/м*ч*°С. С повышением температуры до 65° С он возрастает примерно до 0,5 ккал/м*ч*°С, что можно объяснить увеличением доли переноса тепла за счет диффузии пара. При дальнейшем повышении температуры наблюдается более резкое возрастание коэффициента теплопроводности. Так, при 160° С он возрастает до 2,5 ккал/м*ч*°С.

Полученные значения коэффициента теплопроводности при 100° C близко совпадают с экспериментальными данными, которые были получены Б.А. Новиковым для пенобетона. Изучая изменение коэффициента теплопроводности пенобетона при нагревании до 80—100° C, он применил метод регулярного режима, разработанный Г.М. Кондратьевым.

Сопоставив значения коэффициента теплопроводности газобетона при 165° и 29° С, можно видеть, что интенсивность переноса тепла при 165° С почти в 5 раз выше.

За счет каких факторов возрастает интенсивность переноса тепла при повышенных температурах? Напомним, что газобетонная смесь, подвергающаяся запариванию, представляет собой раствор, в котором равномерно распределены поры диаметром до 3 мм. При температуре 20° С поры в газобетоне заполнены воздухом, коэффициент теплопроводности которого незначителен и составляет, как известно, 0,023 ккал/м*ч*°С. В этих условиях поры препятствуют передаче тепла, и перенос тепла происходит в основном через межпоровые перегородки. По данным О. Кришера, их коэффициент теплопроводности может колебаться от 0,8 до 1,3 ккал/м*ч*°С. Межпоровые перегородки, насыщенные водой, будут иметь меньшую теплопроводность, так как коэффициент теплопроводности воды составляет 0,6 ккал/м*ч*°С. Таким образом, чем меньше объемный вес газобетона, а следовательно, чем выше его пористость, тем медленнее будут прогреваться изделия в начальный период автоклавной обработки.

При температуре 100° C и выше происходит интенсивное насыщение пор паром частично за счет испарения воды, находящейся в свободном состоянии. Это в свою очередь приводит к резкому повышению интенсивности переноса тепла в них. Теперь уже межпоровые перегородки, коэффициент теплопроводности которых на этой стадии в несколько раз меньше, чем поровых ячеек, становятся в известной мере препятствием для передачи тепла.

Кривая изменения коэффициента теплопроводности газобетона объемным весом 750 кг/м3 в процессе автоклавной обработки в интервале температур от 20 до 170° С, изображенная на рис. 54, аппроксимируется следующей формулой:

Полученная зависимость была использована при составлении программы для расчета распределения температур на электронно-вычислительной машине.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна