含湿量对轻质保温混凝土导热系数影响的实验研究
发布时间：2021-11-20 17:14
由于轻质保温混凝土具有较好的保温性,且使用轻质保温混凝土做成的砌块能够显著节省建筑耗材,因此,轻质保温混凝土在工程中得到广泛应用。在建筑能耗计算过程中,材料的导热系数通常取其在常温干燥状态下的定值,然而,轻质保温混凝土材料的孔隙率较高且孔径分布广泛,使得其导热系数随着环境湿度变化非常明显。因此,在高湿地区,取轻质保温混凝土导热系数为干燥状态下的定值时,将导致建筑负荷及能耗计算的不准确,进而导致设备选型出现偏差。针对以上问题,本文研究了目前常用的导热系数测试方法及含湿材料的制备方案,并从理论上分析了各实验方案对多孔建筑材料的适用性和不确定度。此外,本文利用不同的导热系数测试方法及含湿材料制备方案展开预实验,测试了不同温度下干燥材料的导热系数,获得了具有不同含湿量的平衡含湿材料,并通过对比实验论证了含湿材料的导热系数测试方法,最后,对实验结果进行对比分析,得到了不同导热系数测试及含湿材料制备方案的适用范围,确立了一套可靠的,用于研究含湿量对多孔建筑材料导热系数影响的实验方案。根据本文所确定的实验方案,选择工程中常用的加气混凝土（AC）、发泡水泥（FC）、新兴的珊瑚砂混凝土（CSC）和正在研...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
稳态保护热板法测试原理示意图
西安建筑科技大学硕士学位论文9部分的平均加热功率，W；为试件的平均厚度，m;A是计量面积，m2；1和2分别是试件热面和冷面的平均温度，K。2.2.2设备及试件当测试不同温度下材料的导热系数时，需要构造一个具有恒定温度的外界环境，如图2.2所示为稳态保护热板法测试装置。本实验所用的测试装置为德国耐驰公司生产的双试件稳态导热系数测试仪（GHP456），导热系数测量范围为0.01~2W/m2k，测量精度为±0.1%，测试试件厚度要求为25~30mm，尺寸要求为200~300mm的方形试件，可测试温度范围为-160℃~120℃。测试箱体是一个可以打开的保温系统，测试前首先将试件在105℃下干燥，然后用保鲜膜包裹冷却至室温并放入仪器，通过调控系统设置相关参数开始测量。需要注意的是，为确保接触热阻的影响可以被忽略，材料表面需进行粗磨加工使其粗糙度约为Ra3.2~6.3，当测试含湿材料或者对试件的干燥度要求较为精确时，为确保水分不流失或测量过程中材料的干燥，材料表面可包裹一层厚度低于0.01mm的保鲜膜，而实验表明保鲜膜厚度对其导热系数影响在0.1%以下[2]，可以忽略。图2.2稳态保护热板法测试装置测试过程中需将试件分别放置于热板和下冷板上（参见图2.1），关闭箱体则仪器会施加一定的压力使试件和热板、冷板紧密接触。通过监控装置设置所需的测试温度及材料的厚度，如温度在0℃~100℃则通过控制单元调控水域系统控制箱体温度，如温度在-160℃~0℃则通过手动调节液氮系统控制箱体温度。仪器在一定的时间间隔内不断测试并输出冷、热板及箱体内的环境温度，并输出该时刻的导热系数测量值，直至各个单元温度指标和导热系数测试偏差达到指定下限值则输出该温度下的导热系数值，测试界面
西安建筑科技大学硕士学位论文10如图2.3所示。图2.3稳态保护热板法测试过程监控界面当控制系统参数设置完成后，需实时监测测试界面并调节水浴系统（液氮系统），由于仪器内部温度调节通过循环水（液氮）调节，循环水（液氮）将依次通过上水浴系统-上冷板-下冷板-维护板-水浴系统（液氮则转换为氮气排至室外），因此，水浴温度将根据冷板参数设置，如设置温度工况为，温差为，冷板温度为1，热板温度为2，则其满足下式：1+22=(2-2)=21(2-3)根据式2-2和2-3即可计算出冷板温度，而水浴温度需设置为低于冷板温度3~5℃，若为液氮制冷，则需要根据实时检测的误差数据不断手动调节液氮电磁阀的开度直至数据稳定。2.2.3适用性及不确定度温度是影响导热系数的重要因素之一，尤其对于轻质保温混凝土，由于其内部的高孔隙率，导热系数会随环境温度的升高而增加，在约50~60℃达到峰值然后降低，因为在干燥状态下轻质混凝土的比热会随温度变化从而影响导热系数[5]。稳态保护热板法测试周期较长，能够准确得到材料在绝干状态（绝对干燥状态即材料在干燥箱内按标准温度干燥直至连续三次24小时间隔内测量的质量变化不超过0.1%）下的导热系数，因此，为了研究温度对轻质保温混凝土导热系数的影响，稳态保护热板法可用于测试材料在温度在-20°C~90°C环境中，达到稳定状态时的导热系数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]珊瑚砂混凝土热湿物性参数研究[J]. 王莹莹,黄津津,王登甲,刘艳峰,刘加平. 建筑材料学报. 2020(04)
[2]实验室认可中测量不确定度的评定[J]. 赖煜东. 计量与测试技术. 2015(06)
[3]纤维增强复合材料热导率的理论估算[J]. 李伟. 玻璃钢. 2004(03)
博士论文
[1]多孔建筑材料内部湿分布及湿传递对导热系数影响研究[D]. 马超.西安建筑科技大学 2017
[2]多孔建筑材料湿物理性质的测试方法研究[D]. 冯驰.华南理工大学 2014
硕士论文
[1]含湿多孔介质导热系数测量准确性实验研究及机理分析[D]. 刘玉旺.山东建筑大学 2010
[2]建筑围护结构调湿材料理论和实验的基础研究[D]. 彭昊.同济大学 2006
本文编号：3507782
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
稳态保护热板法测试原理示意图
西安建筑科技大学硕士学位论文9部分的平均加热功率，W；为试件的平均厚度，m;A是计量面积，m2；1和2分别是试件热面和冷面的平均温度，K。2.2.2设备及试件当测试不同温度下材料的导热系数时，需要构造一个具有恒定温度的外界环境，如图2.2所示为稳态保护热板法测试装置。本实验所用的测试装置为德国耐驰公司生产的双试件稳态导热系数测试仪（GHP456），导热系数测量范围为0.01~2W/m2k，测量精度为±0.1%，测试试件厚度要求为25~30mm，尺寸要求为200~300mm的方形试件，可测试温度范围为-160℃~120℃。测试箱体是一个可以打开的保温系统，测试前首先将试件在105℃下干燥，然后用保鲜膜包裹冷却至室温并放入仪器，通过调控系统设置相关参数开始测量。需要注意的是，为确保接触热阻的影响可以被忽略，材料表面需进行粗磨加工使其粗糙度约为Ra3.2~6.3，当测试含湿材料或者对试件的干燥度要求较为精确时，为确保水分不流失或测量过程中材料的干燥，材料表面可包裹一层厚度低于0.01mm的保鲜膜，而实验表明保鲜膜厚度对其导热系数影响在0.1%以下[2]，可以忽略。图2.2稳态保护热板法测试装置测试过程中需将试件分别放置于热板和下冷板上（参见图2.1），关闭箱体则仪器会施加一定的压力使试件和热板、冷板紧密接触。通过监控装置设置所需的测试温度及材料的厚度，如温度在0℃~100℃则通过控制单元调控水域系统控制箱体温度，如温度在-160℃~0℃则通过手动调节液氮系统控制箱体温度。仪器在一定的时间间隔内不断测试并输出冷、热板及箱体内的环境温度，并输出该时刻的导热系数测量值，直至各个单元温度指标和导热系数测试偏差达到指定下限值则输出该温度下的导热系数值，测试界面
西安建筑科技大学硕士学位论文10如图2.3所示。图2.3稳态保护热板法测试过程监控界面当控制系统参数设置完成后，需实时监测测试界面并调节水浴系统（液氮系统），由于仪器内部温度调节通过循环水（液氮）调节，循环水（液氮）将依次通过上水浴系统-上冷板-下冷板-维护板-水浴系统（液氮则转换为氮气排至室外），因此，水浴温度将根据冷板参数设置，如设置温度工况为，温差为，冷板温度为1，热板温度为2，则其满足下式：1+22=(2-2)=21(2-3)根据式2-2和2-3即可计算出冷板温度，而水浴温度需设置为低于冷板温度3~5℃，若为液氮制冷，则需要根据实时检测的误差数据不断手动调节液氮电磁阀的开度直至数据稳定。2.2.3适用性及不确定度温度是影响导热系数的重要因素之一，尤其对于轻质保温混凝土，由于其内部的高孔隙率，导热系数会随环境温度的升高而增加，在约50~60℃达到峰值然后降低，因为在干燥状态下轻质混凝土的比热会随温度变化从而影响导热系数[5]。稳态保护热板法测试周期较长，能够准确得到材料在绝干状态（绝对干燥状态即材料在干燥箱内按标准温度干燥直至连续三次24小时间隔内测量的质量变化不超过0.1%）下的导热系数，因此，为了研究温度对轻质保温混凝土导热系数的影响，稳态保护热板法可用于测试材料在温度在-20°C~90°C环境中，达到稳定状态时的导热系数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]珊瑚砂混凝土热湿物性参数研究[J]. 王莹莹,黄津津,王登甲,刘艳峰,刘加平. 建筑材料学报. 2020(04)
[2]实验室认可中测量不确定度的评定[J]. 赖煜东. 计量与测试技术. 2015(06)
[3]纤维增强复合材料热导率的理论估算[J]. 李伟. 玻璃钢. 2004(03)
博士论文
[1]多孔建筑材料内部湿分布及湿传递对导热系数影响研究[D]. 马超.西安建筑科技大学 2017
[2]多孔建筑材料湿物理性质的测试方法研究[D]. 冯驰.华南理工大学 2014
硕士论文
[1]含湿多孔介质导热系数测量准确性实验研究及机理分析[D]. 刘玉旺.山东建筑大学 2010
[2]建筑围护结构调湿材料理论和实验的基础研究[D]. 彭昊.同济大学 2006
本文编号：3507782
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