Теплофизические свойства многокомпонентных строительных материалов при гелиотепловой обработке

Актуальность. Теплофизические    свойства многокомпонентных материалов зависят от многих факторов и в первую очередь от объёмной массы, поровой структуры, влажности и режима гелиотеплохимической обработки. Поэтому, управляя строением и структурными характеристиками, можно создавать эффективные материалы с улучшенными теплофизическими характеристиками [1].

Ограждающие конструкции, в частности материалы из золоцементных смесей на основе золошлаковых отходов ТЭС представляю собой мелкопористый материал, в котором сцепление зерен между собой осуществляется только в местах точечных контактов. В мелкозернистых многокомпонентных изделиях, благодаря малому размеру межзерновых пор, конвективный теплообмен сводится к минимуму, поэтому в таком материале логично ожидать оптимальное сочетание прочностных и теплофизических свойств.

Так как повышение температуры структурообразующей среды при гелиотеплохимическом воздействии ускоряет процесс твердения золоцементного изделия, то коэффициенты тепломассопереноса будут зависеть и от температурного режима [2].

Теплопроводность структурообразующего золоцементного материала зависит от физико-химической структуры, плотности твёрдой фазы, влагосодержания и внутреннего давления парогазовой среды и составляет -0,28... 0,32 Вт/м. ос.

При этом теплопроводность твердых фаз, в связи с фазовыми и структурными преобразованиями, происходящими в золоцементном изделии, при гидратации цемента, со временем увеличивается [3].

Перенос тепла внутри пор осуществляется конвекцией и теплопроводностью среды, заполняющие поры путём излучения. Влияние лучистого переноса тепла с развитием реакции гидратации и появлением контракционных пор, диаметр которых значительно меньше 2 мм, резко снижается, и им можно пренебречь. Теплопроводность заполняющей среды с течением времени из-за стока воды на гидратацию и преобразования в порах будет уменьшаться. Следовательно, на формирование величины коэффициента теплопроводности основополагающее влияние будут иметь теплопроводность твердеющего скелета и заполняющей среды и конвективная составляющая, а также перенос тепла за счёт перемещения масс.

Во время структурообразования при гелиотеплохимической обработке изменяется коэффициент теплопроводности, температуропроводности и теплоёмкости. В частности он будет зависеть от размера фракции (SyД) заполнителя, марки цемента (м), водоцементного отношения (В/Ц), модифицированно пластифицирующих добавок (МПД), влияющего на состав и количество заполняющей среды в порах и от температуры воды затворения и воздух нагретых в гелиотеплогенерирующих агрегатах [4, 5, 6].

Удельная теплоёмкость структурообразующего З.Ц.К (золоцементная композиция) находятся в пределах 830 -870 ВТ/(кг.⁰К), т.е. удельная теплоёмкость является величиной слабочувствительной к структурным изменениям материала, наибольшие её изменения определяются в основном стоком влаги на реакцию гидратации, а ввиду того, что на свободную воду приходится не более 7...8 % от объемной массы композиционного изделия, то и эти изменения можно считать незначительным. Результаты исследований за динамикой коэффициента теплопроводности λ приведён на рис. 1.

Обсуждение. В качестве исходных данных для получения значений коэффициента теплопроводности λ выбраны основные факторы эксперимента и их граничные значения осуществлёны на основе априорной экспериментальной информации.

Установлено, что тенденция изменения λ при рассматриваемых режимах имеет одинаковый характер: незначительный рост значений λ сменяется значительным его падением, а затем увеличением и стабилизацией. Диапазон изменения теплопроводности при различных режимах гелиотеплохимической обработки почти тот же, что указывает в основном на влияния состава и марки мелкозернистого композиционного изделия полиструктурного строения.

Температура твердения композиционного изделия оказывает влияние на периоды наступления минимума λ и выход коэффициента на постоянное значение: при- t_max минимум и стадия стабилизация λ наступает быстрее. При низких температурах - т ест стадия стабилизации λ наступает позднее и кривая изменение теплопроводности имеет более пологий характер и медленнее выходить на стадию стабилизации. А при структурообразовании золоцементных композиционных изделий в естественных условиях понижение и рост значений λ растянуто во времени.

Если сравнить ход кривых интенсивности тепловыделения q э и коэффициентов теплопроводности определяется интересная закономерность что периоды поступления минимума λ и максимума q_э совпадают, что является следствием структурообразования полиструктурного мелкозернистого композиционного материалов при гелиотеплохимической обработке; влияние же температуры сказывается в ускорении или замедлении этих процессов.

скоростью его изменения и теплопроводностью композиционного материала полиструктурного строения.

1- режим ГТХО без МПД: 2- режим ГТХО с МПД:

3- режим структурообразования в естественных условиях.

На рис. 1 показана зависимость между интенсивностью тепловыделения q э , теплопроводностью λ и скоростью изменения тепловыделения ∂ q э / ∂ τ структурообразующего композиционного изделия. Анализ и сопоставление результатов дали мне предложить интересную взаимосвязь заключающейсяв следующем: что поступление абсолютного минимума значений ∂ q_э/ ∂ τ совпадает с началом периода стабилизации значений коэффициента теплопроводности, а абсолютному максимуму тепловыделения q э соответствует абсолютный минимум значения λ . Это означает о том, что если известен ход кривых q э , то, вычислив производную ∂ q э / ∂ τ , можно построить для данного режима гелиотеплохимической обработки прогнозную зависимость коэффициента теплопроводности в процессе структурообразования высоконаполненных золоцементных композиционных материалов полиструктурного строения.

Таким образом, регулирования теплофизических свойств композиционных изделий путём гелиотеплохимического воздействия до и в период структурообразования возможно регулированием поровой структуры, влажность, дисперсности основного слагаемого вещества, режима температурного воздействия, от вида и количества модифицированно пластифицирующих добавок.