CC BY
44
Равновесная сорбционная влажность легких бетонов и ее полимолекулярно-адсорбированная и капиллярно-конденсированная составляющие при температуре от +35 до -10°С
И.Я.Киселев
Сорбционная влажность строительных материалов в значительной мере определяет ход процессов тепло- и влагопереноса через наружные ограждающие конструкции зданий, а следовательно, и термическое сопротивление этих конструкций в реальных условиях эксплуатации. Поэтому при расчете термического сопротивления конструкции необходима информация о сорбционной влажности материалов, из которых она изготовлена, при положительных и отрицательных температурах.
Метод расчета зависимости равновесной сорбционной влажности строительных материалов от относительной влажности воздуха, температуры в диапазоне ее изменения от 0,20 (20%) до 0,99 (99%) и температуры от 262,75 К (-10,4°С) до 308,15 К (+35°С) описан в работе [1]:
{9,Т) =
(1)
ЯГ(-1п<р)
где ^ - равновесная сорбционная влажность материала, кг/кг; ф - относительная влажность воздуха, Па/Па; Т- абсолютная температура, К; wm - емкость монослоя паров воды, кг/кг; а - эмпирическая константа, Дж/кмоль; г - эмпирическая константа; Я = 8,314-103 Дж/(кмоль-К) - универсальная газовая постоянная.
Этот метод применим при расчете зависимостей от относительной влажности воздуха и температуры полимолеку-лярно-адсорбированной wа и капиллярно-конденсированной wсс составляющих равновесной сорбционной влажности.
В работах [2-4] показано, что модифицированное уравнение Брунауэра-Эммета-Тейлора (БЭТ) описывает явление полимолекулярной адсорбции при изменении относительной влажности воздуха ф от 0,05 до 0,99. Причем, если численные значения емкости монослоя wm и константы с уравнения БЭТ определены по участку изотермы сорбции, соответствующему изменению ф от 0,05 до 0,5, то отличия экспериментально полученных значений равновесной сорбционной влажности wp - при больших значениях относительной влажности воздуха ф - от значений, вычисленных по модифицированному уравнению, объясняются тем, что при этих значениях ф в исследуемом материале имеет место капиллярная конденсация паров воды.
На основании этого запишем:
м>сс(ф,Т) = м>(ф,Т)- м>а(ф,Т); (2)
м>а{ф,Т) = м>т(Т)
с(Т)<р
1 + [с(Г)-ф
N (ф,Т),
(3)
где wсс - капиллярно-конденсированная составляющая равновесной сорбционной влажности wp материала, кг/кг; wa - полимолекулярно-адсорбированная составляющая равновесной сорбционной влажности wp материала, кг/кг; с - константа уравнения БЭТ; N (ф,Т) - ^функция [4].
Вышеупомянутый метод [1] и соотношения (1), (2) и (3) позволяют вычислить значения равновесной сорбционной влажности материала w и ее обеих составляющих w и w в
р а сс
диапазоне изменения температуры от -10,4 до +35°С при изменении относительной влажности воздуха ф от 0,20 (20%) до ф - значения, при котором заканчивается капиллярная конденсация паров воды в порах исследуемого материала.
Расчеты зависимостей равновесной сорбционной влажности w легких бетонов и ее составляющих w и w от от-
р а сс
носительной влажности воздуха и температуры произведены на примере керамзитоперлитобетона (850 кг/м3), керамзи-тобетона (1200 кг/м3) и шунгизитобетона (1100 кг/м3). В таблице представлены результаты расчета этих зависимостей от относительной влажности воздуха при четырех значениях температуры: -10,4, +1,2, +20 и +35°С.
Данные таблицы показывают, что для исследованных материалов во всем температурном диапазоне от -10,4 до +35°С верны определенные закономерности:
- при значениях относительной влажности воздуха ф <0,6 (60%) капиллярная конденсация паров воды в керамзито-перлитобетоне и керамзитобетоне не происходит, поэтому капиллярно-конденсированная составляющая wcc равновесной сорбционной влажности wp этих материалов равна нулю;
- при значениях относительной влажности воздуха ф <0,9 (90%) капиллярная конденсация паров воды в шунгизитобе-тоне не происходит, поэтому капиллярно-конденсированная составляющая wcc равновесной сорбционной влажности wp этого материала равна нулю;
- только при относительной влажности воздуха ф, близкой к 1 (100%), значения капиллярно-конденсированной составляющей wcc равновесной сорбционной влажности wp керамзитоперлитобетона и керамзитобетона резко увеличиваются, но даже при ф = 0,97 (97%) капиллярно-конденсированная составляющая wcc равновесной сорбционной влажности wp этих материалов практически не превышает ее полимолеку-лярно-адсорбированную составляющую wa;
- полимолекулярно-адсорбированная составляющая wa равновесной сорбционной влажности wp шунгизитобетона даже при ф = 0,97 (97%) в 4-5 раз превышает ее капиллярно-конденсированную составляющую w .
Таблица
Зависимость равновесной сорбционной влажности легких бетонов и ее составляющих от относительной влажности воздуха и температуры
Равновесная Равновесная сорбционная влажность
Материал, Температура, сорбционная влажность и ее составляющие V и V при относительной влажности воздуха ф, %
К (°С) ее составляющие М> и V , % а сс> 20 40 60 80 90 97
1 2 3 4 5 6 7 8 9
V р 1,8 2,3 3,0 4,4 6,2 11
308,15 V а 1,8 2,3 3,0 3,8 5,3 6,0
(+35) V сс 0 0 0 0,6 0,9 5,0
V / V а сс — — — 6,3 5,6 1,2
V р 1,9 2,4 3,2 4,6 6,4 11
293,15 V а 1,9 2,4 3,2 4,0 5,5 5,9
(+20) V сс 0 0 0 0,6 0,9 5,1
Керамзито-перлитобетон, 850 кг/м3 V / V а сс — — — 6,7 6,1 1,1
V р 2,0 2,6 3,4 4,8 6,7 12
274,35 V а 2,0 2,6 3,4 4,3 5,9 6,0
(+1,2) V сс 0 0 0 0,5 0,8 6,0
V / V а сс — — — 8,6 7,4 1,0
V р 2,1 2,7 3,4 5,0 6,8 12
262,75 V а 2,1 2,7 3,4 4,6 6,0 6,0
(-10,4) V сс 0 0 0 0,4 0,8 6,0
V / V а сс — — — 11 8,5 1,0
V р 0,79 1,0 1,4 2,1 3,0 5,6
308,15 V а 0,79 1,0 1,4 1,7 2,2 2,5
(+35) V сс 0 0 0 0,4 0,8 3,1
V / V сс а — — — 4,3 1,4 0,81
р 0,93 1,2 1,6 2,3 3,2 5,6
293,15 а 0,93 1,2 1,4 1,9 2,4 2,5
(+20) V сс 0 0 0,2 0,4 0,8 3,1
Керамзито- бетон, 1200 кг/м3 V / V а сс — — 7,0 4,8 3,0 0,81
V р 1,1 1,4 1,8 2,6 3,6 6,2
274,35 V а 1,1 1,4 1,7 2,2 2,9 2,9
(+1,2) V сс 0 0 0,1 0,4 0,7 3,3
V / V а сс — — 17 5,5 4,1 0,88
V р 1,3 1,5 2,0 2,8 3,8 6,4
262,75 V а 1,3 1,5 1,8 2,4 3,2 3,2
(-10,4) V сс 0 0 0,2 0,4 0,6 3,2
V / V а сс — — 9,0 6,0 5,3 1,0
120
2 2014
Продолжение таблицы
1 2 3 4 5 6 7 8 9
w p 1,3 1,6 1,9 2,5 3,3 5,0
308,15 w а 1,3 1,6 1,9 2,5 — 4,1
(+35) w cc 0 0 0 0 — 0,9
w / w а cc — — — — — 4,6
w p 1,3 1,6 1,9 2,6 3,3 5,0
293,15 w а 1,3 1,6 1,9 2,6 — 4,1
Шунгизито-бетон, (+20) w cc 0 0 0 0 — 0,9
w / w а cc — — — — — 4,6
w p 1,5 1,8 2,2 2,8 3,6 5,2
1100 кг/м3 274,35 w а 1,5 1,8 2,2 2,8 — 4,3
(+1,2) w cc 0 0 0 0 — 0,9
w / w а cc — — — — — 4,8
w p 1,6 1,9 2,3 2,9 3,7 5,4
262,75 w а 1,6 1,9 2,3 2,9 — 4,3
(-10,4) w cc 0 0 0 0 — 0,8
w / w а cc — — — — — 5,4
Из вышеизложенного вытекает, что для всех исследованных легких бетонов в температурном диапазоне от -10,4 до +35°С увлажнение материалов парообразной влагой происходит в основном за счет явления полимолекулярной адсорбции, капиллярная конденсация играет заметную роль в этом процессе только при значениях относительной влажности воздуха ф, близких к 1 (100%).
Литература
1. Киселев И. Я. Метод расчета равновесной сорбцион-ной влажности строительных материалов при положительных и отрицательных температурах // Academia. 2011. №3. С. 101-104.
2. Брунауэр С. Адсорбция паров и газов. Т.1. Физическая адсорбция. М.: ГИИЛ, 1948.
3. Грег С., Синг Л. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984.
4. Гагарин В.Г. О модификации t-метода для определения удельной поверхности макро- и мезопористых адсорбентов // Физическая химия. 1985. Т. 59. № 5. С. 1838, 1839.
Literatura
1. Kiselyov I.Ya. Metod raschota ravnovesnoy sorbcionnoy vlazhnosti stroitelnуh materialov pri polozhitelnyh i otricatelnyh temperaturah // Academia. 2011. №3. S. 101-104.
2. Brunauer S. Adsorbciya parov i gazov. T.1. Fizicheskaya adsorbciya. M.: GIIL, 1948.
3. GregS., SingL. Adsorbciya, udelnaya poverhnost, poristost. М.: Mir, 1984.
4. Gagarin V.G. 0 modifikacii t-metoda dlya opredeleniya udelnoj poverhnosti makro- i mezoporistyh adsorbentov // Fizicheskaya himiya. 1985. Т. 59. № 5. S. 1838, 1839.
Equilibrium Sorption Moisture Content of Lightweight Concretes and Its Polymolecule Adsorption Component and Capillary Condensation Component at a Temperature from +35° to -10°C. By I.Ya.Kiselev
The author developed a calculation method of polymolecule adsorption component and capillary condensation component of equilibrium sorption moisture content of lightweight concretes in the temperature range from -10,4° С up to +35° С. Moistening of lightweight concrete by water vapor occurs mainly due to the polymolecule adsorption phenomenon. The phenomenon of the capillary condensation plays a role in this process only when the relative humidity of air is close to 1 (100%).
Ключевые слова: легкие бетоны, равновесная сорбци-онная влажность, полимолекулярно-адсорбированная составляющая, капиллярно-конденсированная составляющая, положительные и отрицательные температуры.
Key words: lightweight concretes, equilibrium sorption moisture content, polymolecule adsorption component, capillary condensation component, positive and negative temperatures.
