ГлавнаяСтроительные материалы имеют капиллярно-пористую или пористую структуры. Воздух в них перемещается с небольшими скоростями по порам и капиллярам.
При ламинарном движении в порах материала количество воздуха, проникающего через 1 м2 слоя материала в течение 1 ч, рассчитывается по формуле Ланга
где G - масса воздуха, кг/(м2*ч);
i - коэффициент воздухопроницания материала, кг/(м*ч*Па);
Ap - разность давлений воздуха, Па;
b - толщина слоя материала, м.
При турбулентном движении воздуха в порах материала прямой зависимости между G и Ap нет. Для практических расчётов турбулентного режима формулу (8.3) можно использовать, но при этом принимать Ap = Apn. Значение показателя режима фильтрации «n» может быть в пределах от 0,5 до 1.
Коэффициент воздухопроницания материала показывает величину численно равную потоку воздуха в кг, проходящему сквозь 1 м2 площади, перпендикулярной направлению потока, при градиенте давления равном 1 Па/м.
Размеры и структура пор и капилляров у различных материалов неодинакова, поэтому и воздухопроницаемость их различна. Например, для минеральной ваты i = 0,05 кг/(м*ч*Па), для пенобетона - i = 5,5*10в-4 кг/(м*ч*Па), для тяжёлого бетона - i = 5,1*10в-6 кг/(м*ч*Па). Кроме того, воздухопроницаемость зависит от ряда факторов, таких как влажность материалов и их температура.
Влияние температуры на воздухопроницаемость строительных материалов незначительно и связано с изменением вязкости воздуха и размеров пор и капилляров при её колебаниях. Влажность же материалов оказывает существенное влияние на его воздухопроницаемость. При заполнении пор и капилляров материалов влагой их воздухопроницаемость практически равна нулю.
Зависимость между воздухопроницаемостью и объёмной влажностью материала в общем виде записывается как
де Vw - часовой расход воздуха через влажный материал, м3/ч;
Wo - объёмная влажность материала в долях единицы;
с и n - коэффициенты, численные значения которых следует определять для каждого материала экспериментально.
Формула (8.4) справедлива при давлениях AP = 40...70 Па.
Плотные материалы с очень мелкими порами, однородной структурой, без трещин практически не пропускают молекул воздуха при умеренной разности давлений. Поэтому для плотной керамики, пластифицированных растворов бетонов и других плотных материалов, не имеющих трещин и проницаемых сопряжений, коэффициент воздухопроницания в пределах разности давлений до 5 Па, практически равен нулю. Такие же данные получают и при экспериментальных исследованиях влажных материалов, поры которых заполнены влагой, удерживаемой силами адгезии и капиллярного давления.
Информационные данные по сопротивлению воздухопроницанию различных материалов и конструкций приведены в СП 50.13330:212. «Тепловая защита зданий», являющейся актуализированной редакцией СНиП 23-02-2003, Москва, 2012 г.
Среди строительных материалов особую группу составляют теплоизоляционные волокнистые минераловатные материалы. Их воздухопроницаемость определяется многими факторами, но важнейшим является влажность. Волокнистые материалы обладают гидрофобностью, зависящей от физических свойств исходных материалов и структуры изделий. Гидрофобность каменной ваты, основной составляющей которой служит базальт, формируется под действием электростатических сил, отталкивающих с поверхности волокон воду. Естественно, что чем больше площадь поверхности волокон, тем выше водоотталкивающие свойств изделий при прочих равных условиях и выше воздухопроницаемость.
Если гидрофобность волокнистых материалов понижена, как у шлаковой ваты, то влияние влаги на их характеристики воздухопроницаемости будут иными.
Представленные в литературе данные по воздухопроводности минераловатных материалов малы и не конкретны.
В работах Франчука А.У. для шлаковой ваты, без указания плотности, коэффициенты воздухопроницаемости даны в пределах i = 0,27*10-6...12*10в-6 кг/(м с Па).
Р.Е. Брилинг представил коэффициенты воздухопроницаемости минеральной ваты для разности давлений ДР = 10 Па, но без указания плотности. Полученная им величина равна i = 12*10в-6 кг/(м с Па).
Наиболее конкретные данные приведены в работе для минеральной ваты плотности р = 22...58 кг/м3. Экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с требованиями, определяемыми ISO 9053, когда воздушные потоки были направлены перпендикулярно и параллельно ориентации волокон. По результатам исследований построены зависимости коэффициентов воздухопроницаемости от плотности и от ориентации волокон относительно потока воздуха. Величины коэффициентов воздухопроницаемости приведены к размерности в соответствии с отечественной нормативной литературой (рис. 8.1).
Представленные результаты указывают на зависимость коэффициентов воздухопроницаемости, как от плотности минеральной ваты, так и от ориентации волокон относительно потока воздуха. При этом данные зависимости не являются линейными.
Веселовацкой Е.В. были выполнены определения коэффициентов воздухопроницаемости минеральной ваты при разности давлений потока воздуха АP = 4...10 Па. По их результатам сделан вывод, что для образцов плотностью р = 70 и 100 кг/м3 коэффициент воздухопроницаемости постоянен при AP > 4 Па.
Обширные экспериментальные исследования воздухопроницаемости минераловатных изделий плотностью р = 35...185 кг/м3, изготовленных разными предприятиями, выполнены Садчиковым А.В.
По результатам исследований определено, что показатель режима фильтрации воздуха «n» имеет среднее значение 1,0014 и его с достаточной степенью точности следует принимать равным единице. Коэффициенты воздухопроницаемости минеральной ваты при направлении воздушного потока перпендикулярно плоскости образца и разности давлений AP = 10 Па равны для р = 35 кг/м3 - i = 0,529 кг/(м*ч*Па), р = 90 кг/м3 - i = 0,1495 кг/(м*ч*Па), р = 185 кг/м3 - i = 0,0463 кг/(м*ч*Па).
Представленные ниже результаты исследований воздухопроницаемости минеральной ваты ограничены и не охватывают всю номенклатуру изделий широко применяемых в строительстве. Это указывает на необходимость дополнительных исследований воздухопроницаемости современных теплоизоляционных материалов из минеральной ваты.