9.2.2.1 Среди современных методов определения теплопроводности дорожно-строительных материалов и грунтов следует выделить методы начальной методов регулярного режима первого рода, методы регулярного режима второго рода; методы температурных волн, методы монотонного режима.

9.2.2.2 Приборы с горячей плоской плитой, снабженной охранным кольцом для адиабатизации боковых поверхностей, применяются в качестве первичных приборов для определения теплопроводности теплоизоляционных материалов. Использованный в этих приборах метод был принят в качестве стандартного в 1954 г. Международным объединением лабораторий испытаний строительных материалов (RILEM). Возможны варианты расположения горячей плиты между двух холодных. Возможно использование центрального нагревателя и цилиндрического исследуемого образца. Приборы изготавливаются с нагревательными элементами, равномерно распределенными по площади квадратной, круглой или прямоугольной пластины и выполненными в виде линейного источника тепла.

9.2.2.3 Подготовка образцов грунта к эксперименту. Материал вырезают по изотермической поверхности. Образцы мерзлого грунта с места отбора, доставляются в специальных термостатированных контейнерах, с целью сохранения ненарушенной структуры, согласно нормативной документации. Температура в термостатирующем контейнере должна соответствовать температуре, при которой залегал грунт в месте отбора образца. По прибытию в лабораторию образцы грунта хранятся в морозильной камере при постоянной температуре, соответствующей условиям их залегания.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

9.2.2.4 Исследуемый образец мерзлого грунта ненарушенной структуры представляет собой, например, суглинок суммарной влажностью – 0,3 д. е. и плотностью – 1880 кг/м3.

9.2.2.5 Проводится серия измерений на трех установках в одинаковых условиях в диапазоне температур от -10оС до 20оС.

9.2.2.6 Подготовка экспериментальной установки к проведению исследования. В отведенный промежуток времени для проверки прибора и увеличения точности измерений производится тарировка экспериментальной установки. Тарировка также может быть произведена в случае, если имеются сомнения в достоверности показаний прибора. Тарирование производится по аналогичной схеме с экспериментом, в роли исследуемого образца выступает эталонный образец с известным коэффициентом теплопроводности, определенным заранее с высокой точностью. Производится серия замеров с применением различных комбинаций эталонных образцов и по его результатам строится тарировочная зависимость угла поворота реохорда от соотношения между исследуемым и эталонным образцом. Минимальные и максимальные значения коэффициентов теплопроводности эталонов, применяемых при тарировке, ограничивают диапазон измерения прибора.

9.2.2.7 Коэффициент теплопроводности мерзлого грунта измеряют только до температуры -6°С. Это связано с тем, что нагревательные элементы при больших температурах, чем -6°С, перегревают испытываемый образец, и он начинает испытывать фазовый переход и плавиться. В связи с особенностями прибора индикация данных невозможна, так как при фазовом переходе грунта происходит поглощение или выделение большого количества тепла, а чувствительные элементы прибора на это не рассчитаны.

9.2.3 Определение коэффициента температуропроводности.

9.2.3.1 Для комплексного определения теплофизических характеристик строительных материалов и изделий методом неразрушающего контроля используется методика Фокина-Чернышова. Разработано приборное и программное обеспечение для экспериментального определения коэффициента температуропроводности, объемной теплоемкости, теплопроводности строительных материалов и изделий, а также методические указания по проведению опытов.

9.2.3.2 Метод рекомендуется для экспериментального определения теплофизических характеристик бетона, цементного раствора и силикатного кирпича при различных условиях нагрева и охлаждения. Метод Фокина-Чернышова основан на контактном измерении температуры на поверхности образца в виде призмы квадратного сечения. Измерения проводятся в двух точках: на ребре и середине грани призмы. Определяемая характеристика – коэффициент температуропроводности материала. Метод относится к неразрушающим методам, основан на измерениях температур на поверхности без нарушения целостности образца.

9.2.3.3 Особенности проведения эксперимента: жесткие условия на форму образца: призма квадратного сечения, длина грани призмы в шесть и более раз превышает ширину; необходимо тщательное крепление спаев термопар к образцу; требуется печь для нагрева образца

9.2.3.4 Метод не применим к сыпучим материалам. Коэффициент теплопроводности или значение теплоемкости могут быть найдены в результате пересчета; погрешность измерений не однородна: для материалов неоднородной структуры (например, жаропрочный бетон) погрешность измерения температуропроводности и погрешность пересчета теплопроводности и теплоемкости составляют до 7%.

9.2.4 Методы линейного источника и оптического сканирования.

9.2.4.1 Методы являются комплексными и позволяют определить три основных теплофизических характеристики материала: теплопроводность, температуропроводность и теплоемкость. Возможности метода зависят от градуировки измерительной системы по образцам с заранее известными свойствами. Имеется возможность обнаружить и выделить анизотропию свойств в объеме образца. Точность методов не уступает известным и стандартизированным методам стационарного теплового потока (например, в ГОСТ 25820).

9.2.4.2 Метод линейного источника (нагретой нити) относится к методам нестационарного теплового потока и требует внедрения датчика (нагретой нити) в образец. Нить является источником теплового потока и прибором температурных измерений. Достоинства метода определяются возможностью записи сигнала нити и последующей программно-вычислительной обработки полученных данных.

9.2.4.3 Метод оптического сканирования представляет собой метод измерения расплывания теплового пятна, созданного точечным источником излучения (например, лазерным лучом). Возможности метода зависят от возможности градуировки измерительной системы по образцам с заранее известными свойствами. Метод оптического сканирования рассматривают совместно с другими методами, в частности, с методом линейного источника. Погрешность данных методов определяется трудностью проведения эксперимента и сложностью обработки экспериментальных данных. Точность методов не уступает традиционным и стандартизированным методам стационарного теплового потока (например, отраженным в ГОСТ 25820).

9.2.4.4 Применение методов линейного источника и оптического сканирования позволяет существенно расширить диапазон измерения теплопроводности (до 6 Вт/(м×К)) при сохранении высокой точности измерений.

9.2.4.5 В России проведена адаптация методов линейного источника и оптического сканирования применительно к задачам определения теплофизических свойств дисперсных пород. Методы позволяют работать с сухими и влагонасыщенными образцами. Главный недостаток методов линейного источника и оптического сканирования – требование высокой научной квалификации персонала.

9.2.4.6 В настоящее время существуют хорошо разработанные методы экспериментального определения теплофизических свойств дорожных материалов и подстилающих грунтов. Погрешность данных методов определяется трудностью проведения эксперимента и сложностью обработки экспериментальных данных.

9.2.4.7 Теплопроводность строительных материалов в настоящее время определяется с погрешностью 3%, теплоемкость – 5%. Сократилось время проведения эксперимента, увеличилась экономическая и технологическая эффективность от проведенных исследований.

9.2.5 Для определения теплофизических характеристик дисперсных материалов используются также новые методы и приборы:

а) методы определения теплоемкости дисперсных материалов:

1) балансный метод (прибор – калориметр);

2) метод адиабатического калориметра (прибор – калориметр с непрерывным вводом);

б) стационарные методы определения коэффициента теплопроводности дисперсных материалов:

1) абсолютные стационарные методы (прибор для определения коэффициента теплопроводности методом пластины;

2) сферический метод определения теплопроводности образца;

3) прибор для определения теплопроводности методом цилиндрического слоя);

в) методы, основанные на регулярном тепловом режиме:

1) методы акалориметров и ламбдакалориметров;

2) методы двух и многих точек (установка для определения теплофизических характеристик по методу двух точек/многих точек);

3) методы бикалориметров (приборы – шаровый бикалориметр со слабо развитым ядром/сильно развитым ядром; простой бикалориметр; цилиндрический бикалориметр);

г) квазистационарные методы определения теплофизических характеристик дисперсных материалов (приведены установки);

д) нестационарные методы определения теплофизических характеристик:

1) схема установки Плотникова;

2) изотермический плоский зонд;

3) изотермический цилиндрический зонд;

4) мгновенный плоский зонд;

5) плоский зонд с мгновенным импульсом тепла;

6) цилиндрический зонд постоянной мощности;

7) шаровый зонд постоянной мощности и др.

Приложение А

Теплофизическая характеристика – теплопроводность

Теплопроводность – способность материала пропускать тепловой поток при условии разных температур поверхности. Степень теплопроводности материалов характеризует коэффициент, который равен количеству тепла, проходящего через стену из испытуемого материала толщиной 1 м площадью 1 м2 за 1 час при разности температур противоположных поверхностей стены 1 К.

Теплопроводность материала зависит от вещественного состава, строения и характера пористости, температуры и влажности материала. Особенности структуры оказывают значительное влияние на теплопроводность. Если материал имеет волокнистое строение, то тепло вдоль волокон передается быстрее, чем поперек. Теплопроводность древесины вдоль волокон равна 0,3, а поперек – 0,15 Вт/(м×К). Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые; материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами. В крупных и сообщающихся порах возникает движение воздуха, облегчающее перенос тепла. Наличие воды в порах материала повышает его теплопроводность, так как вода имеет коэффициент теплопроводности 0,5 Вт/(м×К), а воздух – 0,02 Вт/(м×К). При замерзании влажных материалов коэффициент теплопроводности еще более повышается.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11