Рекомендации по определению теплофизических свойств дорожно-строительных материалов и грунтов (стр. 11 )

Тепловизор Testo 881-2 предназначен для проведения неразрушающего контроля материалов и компонентов, что позволяет визуализировать источники проблем при обслуживании промышленных объектов, а также осуществлять мониторинг на производстве. Прибор используется в строительной термографии (рисунок Г.2).

2 - Тепловизор Testo 881-2

Основные технические характеристики

Разрешение детектора с технологией SuperResolution	320 x 240
Дисплей	3,5"
Поле зрения (FOV)	32°x23°
Температурная чувствительность (NETD)	менее 50 мК при 30°C
Диапазон измерений	Переключаемый: от -20°C до 100°C / от 0°C до 350 °C / от 350 °C до 550°C (с высокотемпературным фильтром)
Частота обновления кадра	9 Гц, 33 Гц - по запросу
Распознавание гор./хол. точки	да
Встроенная цифровая камера	да

Г.3 Прибор ИТП-МГ4 «Грунт»

Прибор ИТП-МГ4 «Грунт» предназначен для определения теплопроводности мерзлых грунтов в лабораторных условиях по ГОСТ 26263.

Прибор состоит из блока управления с дисплеем и термоконтейнера, помещаемого в морозильную камеру для промораживания образца грунта и поддержания стационарного теплового режима. Термоконтейнер состоит из нижней и верхней термоплиты, нагрузочного устройства и датчиков для измерения температур, теплового потока и силы.

ИТП-МГ4 «Грунт» позволяет задавать необходимое давление на образец мерзлого грунта и определять его теплопроводность в автоматическом режиме при средней температуре от -20°С до 2°С, обеспечивая поддержание заданной разницы температур нижнего и верхнего холодильников в диапазоне от 0 до 5°С. Прибор имеет режим непрерывной регистрации процесса испытаний образца грунта, энергонезависимую память на 500 результатов испытаний, промаркированных датой и временем измерения, часы реального времени и режим передачи данных на ПК по USB интерфейсу.

Технические характеристики

Наименование характеристик	ИТП-МГ4 «Грунт»
Диапазон определения коэффициента теплопроводности, Вт/м•К	от 0,15 до 3,0
Диапазон нагружения, Н	от 0 до 500
Диапазон регулирования температуры, °С	от -21,5 до 4,0
Погрешность измерения коэффициента теплопроводности, %	±6
Размеры испытуемого образца, мм	Ø100×30
Время одного измерения, не более, ч	20
Потребляемая мощность, кВт, не более	0,6
Электрическое питание	220 В (50 Гц)
Габаритные размеры, мм, не более:
− блока управления	280×230×100
− теплометрической установки	230×230×350
Масса, кг, не более:
− блока управления	1,5
− теплометрической установки	6,6

Комплект поставки: блок управления, термоконтейнер, блок вентиляторов, морозильная камера, регулятор холодильной камеры, обойма для образца грунта, обойма с металлическим дном для сыпучих образцов, калибровочный образец, кабель связи с ПК, CD с программным обеспечением, руководство по эксплуатации, упаковочная тара.

Г.4 Прибор KD2 Pro

Примером применения метода теплового источника для определения теплофизических свойств материалов (приложение В) является прибор KD2 Pro. Цикл измерения занимает минимальное время: по 30 с для установления равновесия, нагрева и охлаждения. Прибор измеряет температуру образца с интервалом в 1 с во время циклов нагрева или охлаждения. Результаты измерения затем подставляются в экспоненциальную функцию, и производится обработка с помощью нелинейного метода наименьших квадратов.

Технические характеристики: диапазон измерений от 0,02 до 4,0 Вт/(м×°С); погрешность определения коэффициента теплопроводности не более 5%. Прибор проходит процесс калибровки на заводе-изготовителе и поставляется с поверочными эталонами. Соответствует зарубежным стандартам IEEE Standard 442-1981 и ASTM Standard D 5334-00. Температурный диапазон работы датчиков от -50°C до 150°C. Достоинства: могут быть использованы образцы практически любого размера; широкий список объектов исследования; высокая заявленная точность; малые габариты и вес; возможность полевых измерений.

Недостатки: диапазон измерения коэффициента теплопроводности от 0,0 до 4,0 Вт/(м×°С) позволяет измерять теплофизические характеристики не всех строительных материалов и грунтов. Измерительные зонды игольчатого типа, для измерения в образце необходимо высверлить отверстие соответствующего диаметра. В случае измерения мерзлого грунта ненарушенной структуры для получения точного результата требуется применение термопасты с высоким коэффициентом теплопроводности, что усложняет процесс измерения и делает его не всегда возможным (образец после измерения непригоден для большинства дальнейших исследований).

Приложение Д

Материалы с улучшенными теплофизическими свойствами

Анализ научно-исследовательских работ, проводимых в нашей стране и за рубежом, позволяет отметить высокий уровень исследования теплофизических свойств теплоизоляционных материалов, применяемых в дорожном строительстве.

Для широкого применения в дорожном хозяйстве рекомендуются материалы с улучшенными теплофизическими свойствами, в том числе пенопласты. Полученные для них значения теплопроводности основаны на обработке большого массива опытных значений.

Теплопроводность пенопластов характеризуется вариативностью коэффициента теплопроводности для 45 марок различных производителей от 0,032 до 0,035 Вт/(м СП 25.13330.2012 К).

Многолетние исследования показывают, что пенополистирол является достаточно стойким по отношению к действию влаги. За счет наличия закрытопористого строения водопоглощение пенополистирола составляет менее 0,2% в объёме. Такое незначительное водопоглощение обеспечивает малое изменение теплопроводности во влажных условиях, которое составляет не более 0,002 Вт/(м×К). Это позволяет применять экструзионный пенополистирол без применения дополнительной гидроизоляции. Пренебрежимо мал коэффициент паропроницаемости (в зависимости от плотности материала – менее 0,02 мг/(м×ч×Па). С увеличением кажущейся плотности и при повышенных температурах проницаемость водяных паров в пенополистироле снижается.

Пенопласты подробно исследованы на морозостойкость. Даже после 1000 циклов замораживания-оттаивания изменение термического сопротивления материала не превышает 5%. Результаты исследования теплофизических свойств пенопластов в зависимости от времени показывают, что за 20 лет эксплуатации теплопроводность образцов практически не изменилась.

Исследовалось влияние агрессивных сред (противогололедные реагенты) на теплофизические свойства пенопластов. Показано, что постоянство коэффициента теплопроводности при воздействии погодно-климатических факторов и агрессивных сред указывает на сохранение макроструктуры материала в процессе эксплуатации. Исследованы механические характеристики пенопластов: их зависимость от вида, цикличности нагрузки, продолжительности воздействия в условиях неблагоприятных внешних факторов и т. д. Высокие современные требования к исследованию поведения материалов в условиях эксплуатации подчеркивают важность точного определения и задания теплофизических свойств материалов дорожных одежд и подстилающего грунта.

Для широкого применения в дорожном хозяйстве в качестве материала с улучшенными теплофизическими свойствами и повышенным сроком службы также рекомендуется физически сшитый пенополиэтилен (таблица Г.1). Важным положительным свойством физически сшитого пенополиэтилена является то, что материал химически инертный и экологически чистый, стоек к гниению и деструкции (расчетный срок эксплуатации материала 25 лет). Высокая адгезия с грунтами и всеми известными строительными материалами. Благодаря сшитой закрыто-ячеистой структуре пенополиэтилен имеет высокую эластичность и низкую остаточную деформацию.

1 – Характеристики физически сшитого пенополиэтилена

Характеристики	Сшитый пенополиэтилен
Цвет	молочно-белый
Толщина листа, мм	от 0,5 до 50,0
Плотность, кг/м3	33 (±5), 66 (±5)
Рабочая температура, Сº	от -60 до 100
Коэффициент теплопроводности, не более, Вт/(м·°С)	0,031
Коэффициент теплопоглощения, не более, Вт/(м·°С)	0,34
Паропроницаемость, не более, мг/(м. ч.Па)	от 0,002 до 0,003
Индекс снижения ударного шума, дБ, не менее	18,0
Напряжение сжатия при 25% линейной деформации, не менее, МПа	0,035
Водопоглощение по объему при полном погружении 96 час., не более, %	1,0
Удельная теплоемкость, С0 кДж/(кг0С)	2,0

Библиография

[1] СНиП II-3-79* Строительная теплотехника.

[2] СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий.

[3] СНиП 2.06.05-84 Плотины из грунтовых материалов.

[4] СТБ 4.206-94 Система показателей качества продукции. Строительство. Материалы стеновые каменные. Номенклатура показателей.

[5] ОДН 218.046-01 Проектирование нежестких дорожных одежд.

[6] СТО 218.3.001-2006 Проектирование и устройство теплоизолирующих слоев из экструдированного пенополистирола «STYROFOAM» на автомобильных дорогах России.

[7] СТО НОСТРОЙ 2.25.28-2011 Автомобильные дороги. Строительство земляного полотна автомобильных дорог. Часть 6. Возведение земляного полотна в зоне вечной мерзлоты.

[8] Рекомендации по комплексному определению теплофизических характеристик строительных материалов. М. : Стройиздат, 1987.

[9] Временная инструкция по проведению проверок качества строительства автомобильных дорог и искусственных сооружений. Утвержден Федеральным дорожным департаментом Минтранса России 01.01.1996.

[10] Методические рекомендации по опробованию и инженерной оценке меловых и мергелистых грунтов. Министерство транспортного строительства, Москва. 1985.

[11] Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов. М. : Стройиздат, 1973.

_____________________________________________________________________

ОКС 91.100.01

Ключевые слова: теплофизические свойства, объемная теплоемкость, коэффициент теплопроводности, коэффициент температуропроводности, теплоусвояемость, дисперсные материалы, грунты

Руководитель организации-разработчика

ФАУ «РОСДОРНИИ»,

генеральный директор ___________________