Оливковый жмых: как изменить тепловые свойства бетона

Сокращение потребления энергии на строительных объектах в процессе их эксплуатации, – это конструкторская идея, так и не доведённая до полного завершения. Проблема оптимизации и рационального использования энергии упирается в естественную проблему – создание оптимальной теплоизоляции жилых и коммерческих строений. Для избавления от такой проблемы привлекательной видится технология оливковый жмых – внедрение натурального волокна в структуру бетона. Рассмотрим подробнее этот вариант.

Технология оливковый жмых для бетона

Принцип стройки до сего дня остаётся основанным на сопоставлении различных материалов, каждому из которых передаётся определённая задача.

Однако скопление массы различных стройматериалов видится нерациональным подходом строительства, потому что в конечном итоге этот вариант дорогостоящий и чрезмерно объёмный.

Эволюция методов стройки и разработка новых материалов для теплоизоляции, – оба подхода обещают снижение стоимости строительства с одной стороны и уменьшение затрат на электроэнергию с другой стороны.

Среди перспективных стройматериалов выделяется облегченный бетон, способный действовать как изолятор при сохранении достаточного уровня надёжности.

Отсюда использование растительных заполнителей в структуре бетона видится интересным направлением.

Подход с растительными наполнителями имеет преимущество использования возобновляемого ресурса. В отличие от добычи в карьерах, возобновляемые ресурсы не истощаются.

Но облегченные бетоны приобретают свойства пористой структуры, крайне чувствительной к влиянию воды, способной впитывать и сохранять влагу.

Это одна из проблем устойчивости, способная значительно изменить тепловые характеристики и термально-физические свойства стройматериалов.

Поэтому для создания теплоизоляции требуются тонкие познания в области гигротермического поведения строительных конструкций.

После глубокого изучения различных существующих компонентов, с учётом их доступности и стоимости, приоритетными остаются волокна натурального вида.

Оливковый жмых: создание экспериментального прототипа

Добавление таких компонентов в определённых пропорциях позволяет разрабатывать новые стройматериалы с высокими эксплуатационными характеристиками.

Понятно, чтобы подтвердить актуальность этих вариантов внедрения, следует учитывать термально-физические и механические характеристики.

А выбранным для эксперимента добавочным компонентом вполне мог бы выступить оливковый жмых – натуральное природное волокно.

Несколько методов позволяют получить термально-физическую характеристику оливкового жмыха:

• метод горячего прессования,
• метод мгновенного напыления,
• лазерный светометрический метод.

Последняя методика из списка применяется для измерения теплофизических свойств. Однако сесть ещё одна методика – так называемый метод боксов.

Этот способ позволяет одновременно определить две важные особенности стройматериала: проницаемость и коэффициент теплопроводности.

Оливковый жмых в экспериментальном методе боксов

Лабораторная установка представляет собой измерительную ячейку (корпус «А»), предназначенную для одновременного определения теплопроводности и диффузии материала в стационарном состоянии.

Корпус «А» изолирован от внешней атмосферы экструдированным полистиролом и оснащён двумя контрольными боксами (B): один для измерения теплопроводности, другой — диффузии. Боксы сделаны из фанеры, покрытой изнутри изоляционным материалом – стиродуром.

Изоляция ограничивает потерю тепла поверхностями боксов, находящихся в контакте с внешней средой. Каждый бокс содержит нагревательную пленку, благодаря которой внутри сохраняется необходимая атмосфера.

При охлаждении корпуса «A» и нагреве бокса «B», между двумя атмосферами создается температурный градиент. Конвективный обмен по обеим сторонам образца незначителен.

Чтобы свести к минимуму теплообмен между боксом «B» и внешней средой, необходимо подвести оптимальное напряжение нагрева таким образом, чтобы температура (Tb) внутри бокса «B» оставалась равной температуре (Ta) бокса «А», но оставалась бы выше значения ΔT < 1.

Образец стройматериала помещается между двух сред. Размеры образцов 27*27*X см³, толщина X варьируется от 2 до 6 см. Принцип измерения теплопроводности основан на достижении постоянного однонаправленного теплового потока через образец. При этом образец должен оставаться однородным, без внутренней генерации тепла.

Как только установлен постоянный режим для объекта, его теплопроводность определяется выражением Фурье:

γ = e/S*ΔT (V²/R – c*ΔT0)

Где: γ – теплопроводность, Вт; e – толщина образца, м; S – площадь поверхности, м²; ΔT – разность температур между горячими и холодными гранями, °С; ΔT0 – разница температур между внешней и внутренней сторонами бокса, °С; с – коэффициент тепловых потерь, Вт; V – напряжение на клеммах терморезистора, В; R – электрическое сопротивление, Ом.

Прочность  бетона на сжатие измеряется в соответствии с европейскими стандартами NF EN 12390-4. Для измерения используют автоматический пресс типа «Seidner» со скоростью загрузки 3 ± 0,5 кН/с.

Подготовка экспериментальных образцов

В качестве рецепта составления бетона используется рецептура «Дреу-Гориссе»: оптимальные отношения: вода – цемент и песок — гравий. Песок карьерный. Связывающая основа — портландцемент «CPJ45 Hamma Bouziane» или аналоги.

Тепловые свойства бетона увеличивались добавлением в раствор натуральных волокон (оливковый жмых). Толщина экспериментальных образцов составляет 6 см. Агрегаты, используемые в различных смесях, были изготовлены из двух фракций размером 5/8 и 8/15,

Вода является основным фактором, способным к разложению стройматериала. Поэтому проводились исследования влияния влаги на термально-физические свойства бетона, в зависимости от объёмной процентной составляющей оливкового жмыха.

Измерения плотности сухого вещества проводились после высушивания материала в печи до 60°С в течение 24 часов (стабилизация веса). Эволюция сухой плотности относительно долей добавленного оливкового жмыха показана на картинке выше.

Наблюдалось значительное уменьшение плотности бетона за счет увеличения процентной доли добавляемых волокон. Экспериментально для улучшения тепловых свойств бетона добавлялись волокна (оливковый жмых) в консистенции от 0 до 3%.

Таблица соотношений компонентов экспериментальных смесей

Применение волокон оливкового жмыха даёт первое преимущество композиту – осветление материала. Это связано с заменой части матрицы менее плотным материальным эквивалентом.

Результаты эксперимента с оливковым жмыхом

Анализ, показанный на картинке ниже, позволяет констатировать увеличение теплопроводности с увеличением содержания воды. В сухом состоянии теплопроводность зависит только от теплопроводности твердой матрицы и воздуха (около 0,26 Вт/мК при 20°С).

Это значительно ниже теплопроводности воды (около 0,60 Вт/мК при 20°C), постоянно стремящейся заменить воздух в порах бетона в режиме увлажнения. Точность измерений теплопроводности:

 Δγ / γ = 6%

Таким образом, для конкретной массы бетона, увеличивая объемный процент  растительных волокон оливы, можно добиться более высоких термоизоляционных свойств.

Что касается результатов механических испытаний, то бетоны обычно имеют прочность 20-30 МПа для смесей, упомянутых выше. Экспериментальные варианты получили прочность на сжатие, указанную в таблице ниже:

Увеличение увлажнения легкого бетона приводит к уменьшению теплового сопротивления, что отрицательно влияет на изоляционную способность этого материала.

Этот момент легко объяснить. Вода является отличным проводником, снижающим тепловое сопротивление бетона. Водой вытесняется воздух из пор материала. А воздух является эффективным изолятором.

Экспериментом установлено значительное влияние плотности на тепловое сопротивление облегченного бетона. Следовательно, теплоизоляционная способность также меняется.

Чем плотнее материал, тем ниже его тепловое сопротивление. Понятно, что здесь определяющим фактором снижения является пористость материала.

Что касается изоляции носителя, качество, требуемое для строительного материала, является максимальным термическим сопротивлением. К этому сопротивлению добавляется высокая механическая прочность.

Заключение: что даёт оливковый жмых бетону?

Если цель заключается в улучшении тепловых качеств бетона, например, путём интеграции изоляционных материалов в процессе смешивания, методика видится оптимальной. При этом следует учитывать сохранение таких же оптимальных механических характеристик.

Экспериментальные результаты, полученные в ходе испытаний, позволяют констатировать: добавлением растительных волокон оливы (оливковый жмых), как представляется, улучшаются тепловые характеристики бетона.

Оливковый жмых вызывает значительное снижение плотности стройматериала. Добавление растительных волокон оливы к массе бетона положительно влияет на теплоизоляционную способность популярного стройматериала.