混凝土干燥狀態(tài)下導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混凝土性能測試技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種混凝土干燥狀態(tài)下導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)是其一個(gè)重要的熱工參數(shù)，是切實(shí)反映建筑材料導(dǎo)熱性能的最直接的物理量，在科研和建筑領(lǐng)域中，建筑材料導(dǎo)熱系數(shù)的測定是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的研究與測定是研發(fā)保溫材料與新型混凝土的關(guān)鍵。
[0003]目前對(duì)混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的測定方法有以下幾種方法:
防護(hù)熱板法。此方法是穩(wěn)態(tài)法的一種，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定防護(hù)熱板法》(GB10294-2008)。該方法只適用于測定干燥均質(zhì)試件，試件熱阻應(yīng)大于O-1m2.k/w。依據(jù)的原理是在穩(wěn)態(tài)條件下，在具有平行表面的均勻板狀試件內(nèi)，建立類似于以兩個(gè)平行的溫度均勻的平面為界的無限大平板中存在的一維均勻熱流密度，通過測定穩(wěn)定狀態(tài)下流過計(jì)量單元的一維恒定熱流Q、計(jì)量單元的面積A及試件冷、熱表面的溫度差ΔT，可計(jì)算出厚度為d的試件的導(dǎo)熱系數(shù)λ(λ=ρ.d/(AT.A))。防護(hù)熱板法的試驗(yàn)裝置可分為雙試件和單試件兩種形式，雙試件裝置要求兩試塊厚度差不超過2%，試件表面偏離平整度的最大值為0.025%。優(yōu)點(diǎn)是能較為準(zhǔn)確的測得均質(zhì)體和均質(zhì)多孔體的導(dǎo)熱系數(shù)，缺點(diǎn)是只適用于試件干燥狀態(tài)下導(dǎo)熱系數(shù)的測定，并且對(duì)于像混凝土這樣的各向非均質(zhì)體的導(dǎo)熱系數(shù)并不能準(zhǔn)確測定。
[0004]熱流計(jì)法。此方法是穩(wěn)態(tài)法的另一種，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定熱流計(jì)法》(GB10295-2008)。依據(jù)的原理是當(dāng)熱板和冷板在恒定溫度和恒定溫差的穩(wěn)定狀態(tài)下，熱流計(jì)裝置在熱流計(jì)中心測量區(qū)域和試件中心區(qū)域建立一個(gè)單向穩(wěn)定熱流密度，該熱流穿過一個(gè)(或兩個(gè))熱流計(jì)的測量區(qū)域及一個(gè)(或兩個(gè)接近相同)的時(shí)間的中間區(qū)域。此方法首先需要通過IS08302防護(hù)熱板法測定標(biāo)準(zhǔn)試件的熱阻，再由測試試件的熱阻和標(biāo)準(zhǔn)試件熱阻相比得到測試試件的熱阻，最后由已測得的測試試件的厚度計(jì)算出其導(dǎo)熱系數(shù)。在本方法中，最關(guān)鍵的是標(biāo)定試件的熱阻必須準(zhǔn)確測定，優(yōu)點(diǎn)與防護(hù)熱板法相同，能夠較為準(zhǔn)確的測得均質(zhì)體和均質(zhì)多孔體的導(dǎo)熱系數(shù)，缺點(diǎn)是該法檢測的準(zhǔn)確度取決于標(biāo)定試件導(dǎo)熱系數(shù)測試的準(zhǔn)確度，同時(shí)對(duì)于類似混凝土的各向非均質(zhì)體也不能準(zhǔn)確測得其導(dǎo)熱系數(shù)。
[0005]熱脈沖法。此方法是基于非穩(wěn)態(tài)法，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》(JGJ51-2002)。熱脈沖法測定導(dǎo)熱系數(shù)的裝置由一個(gè)加熱器和放置在加熱器兩側(cè)材料相同的三塊試件以及測溫?zé)犭娕冀M成，當(dāng)加熱器通以電流后，根據(jù)被測試件的溫度變化測出試件的導(dǎo)熱系數(shù)。此方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，操作方便，不需要控溫制冷裝置，適用于測定干燥或不同含濕狀況下輕骨料混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，并且一次試驗(yàn)中可以同時(shí)測出材料的導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)和比熱，試驗(yàn)時(shí)間短，避免了試件在測試過程中的濕迀移。缺點(diǎn)是這種方法不能夠有效測定普通混凝土和各種新型混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0006]隨著我國人口的增多，建筑物的大量建造，大量的開采已經(jīng)對(duì)自然環(huán)境造成了極大的破壞，天然資源逐漸枯竭，在國策與各種因素綜合考慮下，各種新型混凝土應(yīng)運(yùn)而生，良好的導(dǎo)熱系數(shù)極具說服力，是建筑材料得以進(jìn)一步推廣的重要熱工性能之一，這就要求我們要有一個(gè)統(tǒng)一簡便的測定方法，為新型混凝土的推廣使用提出指導(dǎo)性的建議。
[0007]目前，房屋舒適度已經(jīng)是人類生產(chǎn)生活需要認(rèn)真考慮的因素，國內(nèi)很多高校都在對(duì)混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行研究，但由于測定設(shè)備的不同，以及各種測定設(shè)備對(duì)均質(zhì)體和均質(zhì)多孔體的限制，導(dǎo)致在相同的混凝土研究結(jié)果上出現(xiàn)一些較大的偏差，沒能對(duì)混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)有一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論，并且也沒有就各種混凝土作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，給出人類生活在其中舒適度的一個(gè)直觀評(píng)比，在這種產(chǎn)學(xué)研急需快速結(jié)合的形勢(shì)下，提出一種簡單、實(shí)用、便捷的混凝土導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置勢(shì)在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，而提供一種混凝土干燥狀態(tài)下導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置。
[0009]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種混凝土干燥狀態(tài)下導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置，包括隔熱測試盒、試件下表面加熱裝置、試件上表面熱流量測試裝置和溫度采集裝置；
所述的隔熱測試盒包括左盒壁和右盒壁，左盒壁的頂端和底端以及右盒壁的頂端和底端都向內(nèi)延設(shè)有凸棱，左盒壁和右盒壁之間的后端固定有后盒壁、底部固定有盒底、前端活動(dòng)安裝有前盒壁(前盒壁卡置在左、右盒壁之間，前盒壁的左端卡置在左盒壁及其上下凸棱形成的凹槽內(nèi)，前盒壁的右端卡置在右盒壁及其上下凸棱形成的凹槽內(nèi)，前盒壁可在左、右盒壁之間前后推拉)、頂部設(shè)有與后盒壁鉸接的盒蓋，其中，前、后、左、右盒壁以及盒蓋都設(shè)有夾層，夾層內(nèi)填充有高分子納米氣凝膠;左盒壁的內(nèi)壁上以及右盒壁的內(nèi)壁上位于前、后盒壁之間的部分沿左、右盒壁水平中線的位置分別設(shè)有支撐棱；
所述的試件下表面加熱裝置由加熱電阻絲和穩(wěn)壓交流電源組成，加熱電阻絲置于測試盒內(nèi)的盒底上；
所述的試件上表面熱流量測試裝置采用正方形的熱流傳感片(即熱流傳感器)，熱流傳感片置于測試盒內(nèi)；
所述的溫度采集裝置采用三組熱電偶組，每組熱電偶組包括三個(gè)熱電偶，其中第一組熱電偶組置于測試盒內(nèi)的盒底上，第二組熱電偶組固定于熱流傳感片上，第三組熱電偶組固定于一根鋼絲上，鋼絲的兩端分別固定于左、右盒壁的支撐棱的中間位置;測試盒的前盒壁上開設(shè)有供熱流傳感片及熱電偶的引線穿出的孔洞。
[0010]使用時(shí)，制作混凝土試件，所選上試件和下試件為同一批制作，尺寸相同，表面平整度誤差2%以內(nèi)，在測試之前將下試件上下表面打磨平整，用導(dǎo)熱硅脂將下試件在打磨平整后出現(xiàn)的小孔填充，最大限度減少熱流量采集時(shí)因?yàn)榭紫对斐傻恼`差，之后將試件烘干至恒重。將前盒壁拉出，在左、右盒壁的支撐棱下方插入下試件，在左、右盒壁的支撐棱上方插入上試件，其中，下試件通過自身重力向下壓加熱電阻絲和第一組的三個(gè)熱電偶，使其與下試件的下表面緊密結(jié)合;將熱流傳感片及第二組三個(gè)熱電偶緊密貼合在下試件的上表面上，將第三組的三個(gè)熱電偶固定在鋼絲上，在左右盒壁的支撐棱上方插入上試件，將前盒壁推入到左、右盒壁之間，并將盒蓋閉合，從而組成封閉的盒體，同時(shí)將加熱電阻絲和第一組的三個(gè)熱電偶的引線從前盒壁和盒底之間的縫隙中穿出與外部計(jì)算機(jī)相連，將熱流傳感片和第二組的三個(gè)熱電偶的引線以及第三組的三個(gè)熱電偶的引線從前盒壁的孔洞中穿出與外部計(jì)算機(jī)相連，確認(rèn)成功連接后，將縫隙和孔洞縫隙用保溫膠填充。
[0011]在本發(fā)明裝置加熱過程中實(shí)時(shí)采集溫度、熱流量、加熱功率，并通過比較下試件下表面三點(diǎn)平均溫度(第一組熱電偶)和測試盒中部隔層三點(diǎn)平均溫度(第三組熱電偶)，來直觀對(duì)比不同材料做圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)的舒適度。
[0012]測試過程穩(wěn)定傳熱狀態(tài)確定為加熱功率穩(wěn)定時(shí)，下試件上下表面溫差一定，熱流傳感器顯示數(shù)值穩(wěn)定。
[0013]本裝置利用導(dǎo)熱系數(shù)的定義:在穩(wěn)定傳熱條件下，Im厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為I度(k，°C)，在I秒鐘內(nèi)，通過Im2面積傳遞的熱量，單位為瓦/米.度W/(m.k)(此處為k可用°C代替)。用公式λ=Φ.d/( AT.s)計(jì)算得到材料導(dǎo)熱系數(shù)。其中，Φ表示在加熱功率、下試件上下表面溫度穩(wěn)定時(shí)，熱流傳感片所測的通過下試件的熱流量;d表示下試件的平均厚度；Δ T表示在加熱功率、下試件上下表面溫度、熱流傳感片所測熱流量穩(wěn)定時(shí)，下試件兩個(gè)表面溫差的絕對(duì)值;s表示所用熱流傳感器與下試件上表面接觸的面積。
[0014]通過監(jiān)測、采集上下試件之間隔層區(qū)域溫度隨下試件下表面溫度的變化趨勢(shì)，對(duì)于不同材料制作的試件，采取兩種對(duì)比方法評(píng)估不同材料分別作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)的隔熱效果，即人類居住于其中的舒適程度。
[0015]方法一:加熱功率一致，試件厚度一致，上下試件之間隔層區(qū)域平均溫度一致時(shí)所需的時(shí)間長短，時(shí)間越長，表明舒適度越好。
[0016]方法二:加熱功率一致，試件厚度一致，在相同的時(shí)間內(nèi)不同材料試件隔層區(qū)域平均溫度所升高的程度，相對(duì)變化越小，表明舒適越好。此方法還可以反映不同材料在受熱時(shí)間積累上所能提供的舒適度大小。
[0017]作為優(yōu)選方案，固定于熱流傳感片上的三個(gè)熱電偶沿?zé)崃鱾鞲衅娜我粚?duì)角線斜向布置，中間的熱電偶位于熱流傳感片的中心位置，兩側(cè)的熱電偶距中間的熱電偶的距離為100mm;置于測試盒盒底上的三個(gè)熱電偶與固定于熱流傳感片上的三個(gè)熱電偶對(duì)稱布置；固定于鋼絲上的三個(gè)熱電偶中，中間的熱電偶位于鋼絲的中間位置，兩側(cè)的熱電偶距中間的熱電偶的距離為100mm。三點(diǎn)測試取平均溫度，排除偶然因素。
[0018]作為優(yōu)選方案，測試盒的外形尺寸為500mm X 400mm X 320mm，前、后、左、右盒壁以及盒蓋的夾層厚度為10mm，熱流傳感片的尺寸為100m