При суммарной влажности около 43% λ при —180 °С достигает значения λ при 20 °С, а затем круто поднимается вверх, приближаясь к теплопроводности льда или инея. Это указывает на необходимость применения для низкотемпературной изоляции пеностекла с малым объемным водопоглощением.

4. Влияние состава и режима термообработки на изменение сорбционных свойств пеностекла

Стабильность сорбционных свойств является одним из основных требований, предъявляемых к изоляционным материалам. Особое внимание при этом уделяется паро- и газопроницаемости материала, так как диффузия водяных паров в сторону более холодного участка (при использовании материала для изоляции поверхностей с отрицательной температурой) может привести к их конденсации и поры в зоне конденсации заполнятся водой. Под влиянием влажности повышение теплопроводности приводит к постепенному расширению зоны теплопроводности, в результате чего потери тепла возрастают.

Влагопроницаемость пеностекла зависит от степени разрушения разделительных стенок ячеек. На их целостность при отсутствии внешних воздействий могут влиять остаточные напряжения, вызванные незавершенностью процесса снятия термических напряжений во время отжига пеностекла, а также локальные напряжения, вызванные присутствием в разделительных стенках инородных включений и кристаллов с другим по сравнению с исходным стеклом коэффициентом термического расширения. Метастабильное состояние некоторых кристаллических включений, присутствующих в форме высокотемпературных модификаций, и их последующие превращения в низкотемпературные формы также могут вызвать возникновение дополнительных напряжений в стенках ячеек и даже их разрушение.

Наиболее распространенным способом оценки влагозащитных свойств пеностекла является определение степени его водонасыщения в воде. Поскольку изоляционные конструкции из пеностекла рассчитываются на длительную эксплуатацию в различных температурных условиях, то миграция влаги в изоляционном материале будет зависеть от характера структурных изменений, происходящих как в результате взаимодействия влаги со стеклом, так и в связи с тепловым прошлым пеностекла. Влага у поверхности пеностекла может присутствовать в виде пара или воды (конденсата). Проникновение ее в глубь материала и последующее накопление в нем может происходить по-разному.

Поэтому наряду с водопоглощением следует учитывать способность пеностекла к влагонасыщению в присутствии паров воды, которое оценивается коэффициентом паропроницаемости и величиной сорбционной влажности (W').

Паропроницаемость.

Диффузия водяного пара зависит от характера структуры пеностекла. Коэффициент паропроницаемости образцов (μ) с различной структурой повышается с увеличением открытой пористости и величины ячеек (рис. 6.12).

Пеностекло с незначительным водопоглощением и равномерной мелкопористой структурой паронепроницаемо. Повышение μ у образцов с отклонениями в развитии структуры (рис. 6.12, кривые 2—4) связано с наличием микродефектов в разделительных стенках ячеек, которые, однако, вследствие гидрофобности поверхности, покрытой частицами остаточного углерода, являются малопроницаемыми. Поэтому, несмотря на незначительное количество сообщающихся каналов в строительном пеностекле, процесс проникновения пара внутрь испытуемых образцов малоактивен и стабилизируется примерно через 120—130 суток.

Для пеностекла с открытой пористостью (W>70 об. %) проникновение влаги максимальное в начальный момент испытаний (рис. 6.12, кривая 5). Затем оно равномерно повышается, однако через 150 суток равновесное состояние, как например для влагозащитного или строительного пеностекла, не наступает. Влага продолжает накапливаться и дальше, что свидетельствует о наличии в структуре такого пеностекла макродефектов, объединяющихся в соединительные ходы сложной системы.

Зависимость паропроницаемости пеностекла

При непосредственном соприкосновении влаги с гидрофильной поверхностью стекла возможна его гидратация, в результате чего в наиболее ослабленных участках могут разрушаться с течением времени структурные элементы, способствующие в дальнейшем повышению паропроницаемости.

Таким образом, изменение паропроницаемости связано с характером структуры пеностекла. Эти особенности должны учитываться при проектировании изоляционных конструкций, поскольку в натурных условиях их эксплуатации в связи с колебаниями температуры в них может накапливаться сорбционная влага.

Сорбционная влажность.

Это свойство пеностекла изучалось на тех же образцах, которые были отобраны для исследования паропроницаемости. Скорость накопления влаги определялась при относительной влажности воздуха (φ), равной 60, 80 и 97%.

Влажность исследуемых образцов при различном значении φ стабилизировалась в различное время (от 50 до 240 суток); при φ=60% равновесная влажность для всех видов пеностекла минимальная. По мере повышения водопоглощения пеностекла время, необходимое для установления равновесной влажности, увеличивается. При максимальном значении φ равновесная влажность раньше наступает у образцов с меньшим исходным водопоглощением, самый длительный период накопления влаги обнаружен у пеностекла на карбонатном газообразователе (240сут).

Динамика накопления влаги при максимальном значении φ по характеру аналогична изменению паропроницаемости пеностекла и тесно взаимосвязана с ней, поскольку скорость конденсации водяных паров пропорциональна величине поверхности контакта их с незащищенным стеклом. Поэтому можно предположить, что кинетика увлажнения пеностекла определяется гидролитической устойчивостью пеностекла и характером его структуры.

Для пеностекла на углеродистых газообразователях (антрацит, сажа) величина сорбционной влажности невелика (0,1 — 1,8%), что указывает на преимущественно замкнутый характер структуры и наличие гидрофобного эффекта за счет локализации остаточного углерода на поверхности стекла (рис. 6.13, кривые 2,3). Следовательно, применение высоко-дисперсных газообразователей более эффективно (рис. 6.13, кривая 1), так как при меньшем количестве остаточного углерода достигается больший гидрофобизирующий эффект. Губчатая структура пеностекла на карбонатных газообразователях способствует интенсивной сорбции влаги (рис. 6.13, кривая 5), а отсутствие гидрофобного эффекта не препятствует проникновению паров воды внутрь.

СТРАНИЦЫ: