Состав бетона: расчет коэффициентов теплоемкости

Не следует путать коэффициент теплоемкости с коэффициентом теплопроводности. Коэффициент теплоемкости это количество теплоты, которое необходимо сообщить данному телу, чтобы нагреть его на 1оС, а коэффициент теплопроводности это количество теплоты, проходящее через данное тело при разнице температур на границах в 1оС (см. здесь). Другими словами теплоемкость материала отражает его способность сохранять тепло, а теплопроводность - проводить. Известно, что наибольшей теплоемкостью обладает вода, следовательно, более влажные материалы обладают более высокой теплоемкостью. Коэффициент теплоемкости используется в расчетах теплоустойчивости, например, стен, перегородок.

Теплоемкость бетона, как сложного композитного материала, не является раз и навсегда определенной величиной, а зависит от расхода и типа компонентов в составе бетона. Используя методы математического моделирования сегодня довольно легко можно проводить многофакторный анализ и подобрать оптимальный состав, чтобы достичь нужного коэффициента теплоемкости. В данной статье мы рассмотрим пример расчета коэффициента теплоемкости для бетонной смеси заданного состава - 1 : x : y : z. Мы сравним теплоемкость двух видов бетона:

обычный тяжелый бетон – 1 : 2 : 5; В/Ц = 0,6

термозитоперлитобетон – 1 : 0,3 : 3; В/Ц = 1,2.

Для упрощения коэффициенты теплоемкостей цемента, песка, гравия, перлитового песка и керамзита возьмем равными 0,2.

Расчет начнем со следующей идеи – если все составляющие бетона нагреть на 1оС, то при смешивании этих материалов температура бетона также увеличится на 1оС (мы не учитываем сейчас теплопотери и тепловыделение за счет химических реакций). Таким образом, запас тепла в бетоне будет равен запасу тепла от каждого из компонентов (теплоемкость воды – 1 ккал):

Q = mБССБС = Ц·Сц + П·Сп + Щ·Сщ + Ц·(В/Ц),

следовательно,

CБС = (Ц·Сц + П·Сп + Щ·Сщ + Ц·(В/Ц))/mБС

подставив наши данные, получим:

CБС = ((Ц + П + Щ)·0,2 + Ц·(В/Ц))/(Ц + П + Щ + Ц·(В/Ц)),

или

CБС = ((1 + x + y)·0,2 + В/Ц)/(1 + x + y + В/Ц).

Окончательно, для бетонной смеси тяжелого бетона получим:

СБС = 0,26 ккал/кг·оС

для термозитоперлитобетонной смеси:

СБС = 0,375 ккал/кг·оС.

Сделаем расчет удельной объемной теплоемкости бетонов:

CV = Q/VΔt.

Будем считать, что расход цемента для обоих видов бетона одинаков, а объемную массу термозитоперлитобетонной смеси возьмем равной 1540 кг/м3. Также примем, что количество химически связанной в бетоне воды составляет 20% от массы цемента. По определению, удельный массовый коэффициент теплоемкости:

Cm = Q/mΔt,

откуда

Cm = CV/ρ,

где ρ – плотность бетона (объемная масса). Следовательно,

CV = Cm·ρ.

Определим расход цемента из объемной массы термозитоперлитобетонной смеси:

Ц = 1540/(1 + 0,3 + 3 + 1,2) = 280 кг/м3,

тогда объемные массы сухих бетонов с учетом начальных данных, равны:

а) тяжелый бетон mV = Ц·(1+x+y+n) = 280·(1+2+5+0,2) = 2300 кг/м3

б) термозитоперлитобетон mV = 280·(1+0,3+3+0,2) = 1260 кг/м3

Окончательно, для тяжелого бетона:

CV = 0,2·2300 = 460 ккал/м3·оС

и для теромозитоперлитобетона:

CV = 0,2·1260 = 252 ккал/м3·оС

В отдельной статье мы проведем сравнительный анализ параметров тяжелого бетона и термозитоперлитобетона, где также сравним и коэффициенты теплопроводности.

Комментарии закрыты.