Гигроскопичность

Анализируя вышеизложенное, можно заключить, что при уменьшении радиуса пор ниже критического значения (< 0,5 мкм) исчезает капиллярный подсос, однако жидкость все же заполняет даже мельчайшие поры за счет конденсации паров на их стенки с последующим переходом пленок в столбик жидкости. Такое свойство заполнения пор жидкостью называют гигроскопичностью структуры.

Согласно эмпирическому уравнению Фрейндлиха можно рассчитать количество адсорбированного газа или водяного пара (α):

α = Kp^l/n,

где: p^l/n — давление газа;

К и п — эмпирические параметры, постоянные для адсорбента и газа при определенной температуре.

Такие высокопористые материалы, как силикагель, древесина керамзитовый гравий и др., могут быть использованы в качестве регуляторов влажности в замкнутых объемах. Ограждающие конструкции из древесины и керамического кирпича благодаря гигроскопичности структуры и в зависимости от климатических условий регулируют влажностный режим помещения, т.е. они как бы дышат.

П.А. Ребиндер дает следующую классификацию пор по насыщению их жидкостью (табл. 3.4).

Пористость как основная характеристика структуры во многом определяет такие ее свойства, как теплопроводность, прочность и др.

Таблица 3.4. Классификация пор по насыщению их жидкостью

Структура материала	Размер пор, мкм	Характер пор	Характер процесса	Физический смысл явления
Крупнопористая	>10 (20)	Макропоры (резервные)	Насыщение окунанием	Гравитационное вытеснение газа жидкостью
Пористая	10 (20)…0,5	Капилляры (опасные)	Капиллярный подсос	φкп > φпт
Мелкопористая	< 0,5	Микропоры (безопасные)	Сорбция и конденсация	α= Кр1/n

Газопроницаемость

Газопроницаемость - свойство пористой структуры пропускать газ при перепаде давлений. Газопроницаемость зависит от размеров и вида пор, поэтому этот показатель часто используют при оценке равномерности структуры.

Наибольшее значение газопроницаемости соответствует размеру пор порядка 20... 100 мкм. Однако проницаемость газов через бетоны может происходить и при более низких значениях размера пор (0,1 мкм и ниже), например, в тонких трещинах.

Газопроницаемость весьма чувствительна к изменению структуры изделий. Так, если при некотором изменении структуры открытая пористость изменилась в 2 раза, то газопроницаемость меняется более чем в 100 раз.

Поскольку материал, как правило, имеет макро- и микропоры, перенос газа может происходить одновременно вязкостным и молекулярным потоками, которые подчиняются соответственно законам Пуазейля и Кнудсена.

Таблица 3.5. Сопротивление воздухопроницанию некоторых материалов и конструкций.

Материал конструкции	Толщина слоя, мм	Сопротивление воздухопроницанию, м2.ч.Па/кг
Кирпичная кладка	120	2000
Обшивка из шпунтованных досок	20…25	15
Плиты минераловатные, жесткие	50	2
Легкий бетон, слитный	400	13000
Цементно-песчаная штукатурка	15	373
Пенобетон автоклавный	100	1960
Бетон тяжелый, слитный	100	19620

Для вывода уравнения газопроницаемости пористость материала условно представляют в виде цилиндрических каналов одинакового сечения, идущих параллельно направлению движения газа.

Уравнение Пуазейля хорошо отражает процесс газопроницаемости, но очень сложно для практических расчетов. Поэтому часто для расчета газопроницаемости строительных изделий и конструкций используют упрощенную формулу Дарси, хотя она описывает лишь перенос газа через стенку:

V = K_r.А. τ.Δр/δ,

где V — объемный или массовый поток газа в единицу времени, м³/c или кг/с;

K_r — коэффициент газопроницаемости. Для объемной газопроницаемости — м²/Па^.с; для массовой — кг/м^.Па^.с;

А — площадь сечения потока, м²;

τ — время протекания процесса, с;

δ — глубина проникания газа, м.

Δр – Разность давлений газа на входе и выходе из поры, Па^.с.

Коэффициент газопроницаемости фактически является той физической константой для каждой пористой структуры, которая оценивает ее способность, при определенных условиях, пропускать газ.

При расчете строительных конструкций учитывают газопроницаемость структуры материалов через сопротивление воздухопроницанию.