混凝土等湿热传导过程中内部温湿度演化规律
发布时间：2021-06-22 20:12
为研究混凝土在不同初始温湿度条件下内部温湿度的演化规律,通过预埋温湿度传感器和预处理产生不同温湿度分组试件及绝热、绝湿边界,同时结合加热板和恒温恒湿箱,使试件内部温度沿单一方向传导,从而监测混凝土内部等湿热传导过程中的温湿度演化规律。试验表明,混凝土内部湿度越大,温度响应速率越快,但湿度对最终稳定时试件内部的温度几乎无影响;混凝土内部湿度相同时,试件两侧温差越大,湿度响应速率越快,且变幅越大;此外,混凝土内部湿度迁移与温度传导存在耦合作用,湿度在温度驱动力和浓度梯度下发生迁移,同时湿迁移过程带走热能,能进一步促进温度传导。
【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(10)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
试验示意图
由图2、表3可看出：(1)混凝土内部各测点的温度变化分快速增长期和缓慢增长期两个阶段。(2)混凝土内部湿度相同时，在热传导过程中，混凝土内部温度变化仅受两侧温差影响，试件两侧温差（30、20、10℃）对试件内部温度演化规律影响较大，两侧温差越大，距热源距离越近；混凝土内部各测点温度响应速率和温升幅度越大，两侧温差为30℃时尤为明显。(3)混凝土内部湿度不同时，湿度越大，其内部温度响应速率越快，混凝土内部相对湿度越小，其内外平衡温差越大。原因在于湿度作为混凝土孔隙中的一种介质，水的热传导系数为0.62 W/（m·K），而空气的热传导系数为0.024 W/（m·K），水的导热系数为空气的30倍，混凝土湿度越大其孔隙中的水分含量越高[8]，故整体的导热系数也较大，根据傅立叶定律，由于导热系数增大，导致温度变化率增加[9]，从而使测点温度响应速度增大；此外，由于温湿耦合作用，在温度作用下湿度会产生迁移，而在湿度迁移过程中，必将带走部分热能[4]。因此，混凝土内部相对湿度越大，各测点温度响应速度越快，温升速率及温升幅度亦越大。3.2 相对湿度变化特性
混凝土内部相对湿度变化特性曲线见图3。在单面施加50℃人工温度扰动后，随着热传导的进行，各测点的湿度均发生一定变化；其中不同初始温湿度下混凝土内部各测点温度最高值及最大增幅见表4。由图3、表4可看出：(1)随着热传导的进行，内部湿度沿轴向逐渐发生变化；随着时间的延长，不同测点的湿度均发生一定变化，其中离热源最近的测点（测点3）湿度先变大后变小，而另外2个测点的湿度均先增大后趋于稳定状态。(2)试件内部温度的演化对各测点相对湿度具有一定的影响，初始湿度越大，影响越大；各测点温差越大，湿度变化越大；且湿度由温度高的部位向温度低的部位迁移。其中初始湿度为90%、试件两侧温差为30℃时，湿度变化最大，最大变幅为4.4%；初始湿度为30%、试件两侧温差10℃时，湿度变化最小，最大变幅仅0.1%。在绝湿边界条件，内部湿度受温度的影响产生迁移。原因在于温度越高，水分子的不规则运动加快，水蒸汽扩散速率加快，因此靠近热源的测点相对湿度响应速度最快，增幅最大；随后，各测点间会产生一定的湿度差，根据Fick第二定律可知，由于浓度梯度，湿度由浓度大的部位向浓度低的部位迁移[10]。同时，温差越大所产生的温度驱动力越大，水分子运动速率越大，湿度扩散速率越快；在温度驱动力作用下，湿度由温度高的部位向温度低的部位迁移，最终达到相对稳定状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土导热系数与其饱和度及温度的关系[J]. 宫经伟,曹国举,陈国新,李双喜. 水电能源科学. 2017(12)
[2]不同温湿度环境下混凝土温度响应研究[J]. 陈永丰,金祖权. 硅酸盐通报. 2017(04)
[3]不同环境因素对混凝土碳化深度的影响规律研究[J]. 李兆恒,杨永民,蔡杰龙,张君禄,陈晓文. 人民珠江. 2017(01)
[4]自然环境中混凝土内部温度响应规律[J]. 王卫仑,刘鹏,邢锋. 中南大学学报(自然科学版). 2014(02)
[5]人工气候环境下混凝土内相对湿度响应预测[J]. 蒋建华,袁迎曙,王嵩林,孙冬林. 中南大学学报(自然科学版). 2013(12)
[6]计算混凝土湿热耦合变形的解析-有限元结合解法[J]. 陈德鹏,钱春香,缪昌文,刘加平. 东南大学学报(自然科学版). 2010(S2)
[7]混凝土温湿耦合研究[J]. 刘光廷,黄达海. 建筑材料学报. 2003(02)
硕士论文
[1]水工混凝土湿热耦合应力研究[D]. 吴蒙.清华大学 2008
本文编号：3243466
【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(10)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
试验示意图
由图2、表3可看出：(1)混凝土内部各测点的温度变化分快速增长期和缓慢增长期两个阶段。(2)混凝土内部湿度相同时，在热传导过程中，混凝土内部温度变化仅受两侧温差影响，试件两侧温差（30、20、10℃）对试件内部温度演化规律影响较大，两侧温差越大，距热源距离越近；混凝土内部各测点温度响应速率和温升幅度越大，两侧温差为30℃时尤为明显。(3)混凝土内部湿度不同时，湿度越大，其内部温度响应速率越快，混凝土内部相对湿度越小，其内外平衡温差越大。原因在于湿度作为混凝土孔隙中的一种介质，水的热传导系数为0.62 W/（m·K），而空气的热传导系数为0.024 W/（m·K），水的导热系数为空气的30倍，混凝土湿度越大其孔隙中的水分含量越高[8]，故整体的导热系数也较大，根据傅立叶定律，由于导热系数增大，导致温度变化率增加[9]，从而使测点温度响应速度增大；此外，由于温湿耦合作用，在温度作用下湿度会产生迁移，而在湿度迁移过程中，必将带走部分热能[4]。因此，混凝土内部相对湿度越大，各测点温度响应速度越快，温升速率及温升幅度亦越大。3.2 相对湿度变化特性
混凝土内部相对湿度变化特性曲线见图3。在单面施加50℃人工温度扰动后，随着热传导的进行，各测点的湿度均发生一定变化；其中不同初始温湿度下混凝土内部各测点温度最高值及最大增幅见表4。由图3、表4可看出：(1)随着热传导的进行，内部湿度沿轴向逐渐发生变化；随着时间的延长，不同测点的湿度均发生一定变化，其中离热源最近的测点（测点3）湿度先变大后变小，而另外2个测点的湿度均先增大后趋于稳定状态。(2)试件内部温度的演化对各测点相对湿度具有一定的影响，初始湿度越大，影响越大；各测点温差越大，湿度变化越大；且湿度由温度高的部位向温度低的部位迁移。其中初始湿度为90%、试件两侧温差为30℃时，湿度变化最大，最大变幅为4.4%；初始湿度为30%、试件两侧温差10℃时，湿度变化最小，最大变幅仅0.1%。在绝湿边界条件，内部湿度受温度的影响产生迁移。原因在于温度越高，水分子的不规则运动加快，水蒸汽扩散速率加快，因此靠近热源的测点相对湿度响应速度最快，增幅最大；随后，各测点间会产生一定的湿度差，根据Fick第二定律可知，由于浓度梯度，湿度由浓度大的部位向浓度低的部位迁移[10]。同时，温差越大所产生的温度驱动力越大，水分子运动速率越大，湿度扩散速率越快；在温度驱动力作用下，湿度由温度高的部位向温度低的部位迁移，最终达到相对稳定状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土导热系数与其饱和度及温度的关系[J]. 宫经伟,曹国举,陈国新,李双喜. 水电能源科学. 2017(12)
[2]不同温湿度环境下混凝土温度响应研究[J]. 陈永丰,金祖权. 硅酸盐通报. 2017(04)
[3]不同环境因素对混凝土碳化深度的影响规律研究[J]. 李兆恒,杨永民,蔡杰龙,张君禄,陈晓文. 人民珠江. 2017(01)
[4]自然环境中混凝土内部温度响应规律[J]. 王卫仑,刘鹏,邢锋. 中南大学学报(自然科学版). 2014(02)
[5]人工气候环境下混凝土内相对湿度响应预测[J]. 蒋建华,袁迎曙,王嵩林,孙冬林. 中南大学学报(自然科学版). 2013(12)
[6]计算混凝土湿热耦合变形的解析-有限元结合解法[J]. 陈德鹏,钱春香,缪昌文,刘加平. 东南大学学报(自然科学版). 2010(S2)
[7]混凝土温湿耦合研究[J]. 刘光廷,黄达海. 建筑材料学报. 2003(02)
硕士论文
[1]水工混凝土湿热耦合应力研究[D]. 吴蒙.清华大学 2008
本文编号：3243466
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