13 Дек 11 КОНТРОЛЬ ТЕПЛОЗАЩИТЫ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Ры — ЗО...+70 °С. Относительная погрешность определения тепло­проводности сухих материалов этими методами 3...5%.

Стационарные методы пригодны для сухих материалов, требу­ют значительного времени и определяют только одну характери­стику — теплопроводность.

Удельную теплоемкость строительных материалов определяют по ГОСТ 23250—78 методом смешения основанного на введении предварительно нагретого образца исследуемого материала до тем­пературы Ґ в калорихметр с начальной температурой t0, из теплово­го баланса которого по измеренной общей температуре Ґ капсулы с материалом и калориметра определяют среднюю удельную тепло­емкость материала в интервале температуры (Ґ—t"). Относитель­ная погрешность определения удельной теплоемкости 3...5 %.

Преимущества нестационарных методов перед стационарными — в значительном уменьшении времени проведения эксперимента, снижении требований к тепловой защите, отсутствии необходимости измерять тепловые потоки, возможности исследования с их помо­щью влажных материалов в широком диапазоне температуры.

Методы экспериментального определения тепловых характери­стик, базирующиеся на закономерностях нестационарного теплово­го потока, разделяют на три подгруппы: регулярного теплового ре­жима, квазистационарного теплового режима, начальной стадии развития нестационарного температурного поля.

При определении теплофизических характеристик строительных и теплоизоляционных материалов при температуре близкой к ком­натной широко применяют методы регулярного режима первого ро­да, а при температуре—100...-|-400 °С — методы монотонного ре­жима.

Под регулярным режимом первого рода понимают упорядочен­ную, свободную от начальных условий стадию охлаждения (нагре­вания) тела в среде с постоянными температурой и коэффициен­том теплоотдачи с изменением температуры во времени для любой точки тела, описываемым показательной функцией

V = t — tc = AUe~mzt (V. l)

Где v — избыточная температура тела; t — температура в фиксиро­ванной точке тела; tc — температура окружающей среды; А — ко­эффициент, зависящий от формы тела и начального распределения температуры; U — функция координат; га— темп охлаждения (по­стоянная величина, не зависящая от координат и времени t).

Теория регулярного режима устанавливает зависимость темпа охлаждения тела от его физических свойств, геометрической формы и размеров, условий теплообмена с окружающей средой. Решение уравнения (V.1) относительно теплопроводности используют как исходное при экспериментальных исследованиях.

В эксперименте определяют темп охлаждения, характеризующе­го относительную скорость изменения температуры тела во времени m = In у,-In у, } (V2)

V дг Ч — z2

I7j, evi=vZi, V2=vjr —избыточные значения температуры в фик­сированной точке тела в моменты времени Z и г2, которые измеря­ют с помощью дифференциальной термопары, подключенной к гальванометру. По данным этих измерений строят график lnv= =f(z) и определяют га— угловой коэффициент линейного участ­ка, характеризующий регулярный режим.

Регулярная стадия опыта в телах простой формы с равномер­ным начальным распределением температуры обычно наступает при значениях числа Fo;>0,5. Погрешность измерения около 5 %■.

Методы монотонного теплового режима, под которым понимают плавное охлаждение (разогрев) тела в широком диапазоне изме­нения температуры со слабо переменным полем скоростей внутри образца, основываются на закономерностях приближенного анали­за нелинейного определения теплопроводности. Они обобщают ква­зистационарные на случай переменных теплофизических парамет­ров и скорости охлаждения (нагревания) и положены в основу оп­ределения теплофизических свойств пластмасс по ГОСТ 23630.1— 79 и ГОСТ 23630.2—79.

Сущность метода определения удельной теплоемкости пласт­масс по ГОСТ 23630.1—79 состоит в измерении теплового потока, поглощаемого образцом в процессе монотонного режима нагрева динамического калориметра, характеризуемого временем запазды­вания температуры на тепломере с известной эффективной тепло­проводностью. Погрешность измерений 3...5 %.

Сущность метода определения теплопроводности пластмасс по ГОСТ 23630.2—79 (метод Я,-калориметра) состоит в измерении теп­лового сопротивления образца при монотонном режиме нагрева его при заданных значениях температуры испытания. Погрешность из­мерений составляет 3...7 % •

Метод определения теплопроводности бетонных панелей цилин­дрическим зондом по ГОСТ 22024—76 основан на зависимости из­менения температуры помещенного в бетон нагреваемого тела (зон­да) от теплопроводности окружающего его материала.

Зонд нагревают в течение 15 мин, фиксируя при этом э. д. с. термопары. Контактное сопротивление между зондом и материалом должно быть сведено к минимуму. Погрешность измерения тепло­проводности сухих бетонов 5...7 %.

Импульсные методы основаны на решении двухмерного урав­нения теплопроводности для неограниченного тела при действии в нем в течение короткого времени линейного источника тепла. При реализации методов в исследуемом образце размещают линейный источник (проволока диаметром 0,05...0,1 мм с малым температур­ным коэффициентом сопротивления), а на расстоянии г от него — дифференциальную термопару. Начальная температура образца должна быть равна температуре окружающей среды. По измерен­ному времени прохождения температурной волны от нагревателя до термопары рассчитывают температуропроводность и теплопровод­ность материала в соответствии с уравнениями формирования не­стационарного температурного поля [23].

По указанным характеристикам и плотности материала рассчи­тывают его теплоемкость по формуле

С = К/ау. (V.3)

Плотность теплоизоляционных материалов определяют по ГОСТ 17177.3—81, бетонов плотных — по ГОСТ 12730.1—78, бетонов яче­истых—по ГОСТ 12852.2—77.

Относительная погрешность определения теплофизнческих свойств сухих и влажных материалов импульсными методами не превышает 5 % •

Коэффициент паропроницаемости строительных материалов определяют методом стационарного потока влаги по ГОСТ 12852.5—77 при относительной влажности воздуха с одной стороны образца, близкой 100 %, а с другой — 50...60 %. Полученные значе­ния коэффициента паропроницаемости соответствуют сорбционной влажности материала при относительной влажности воздуха 75... 80 %. Коэффициенты паропроницаемости пересчитывают на мень­шие значения влажности wx по формуле [19]

Их = ИвС^Ло» (V.4)

Где pet) коэффициент паропроницаемости, соответствующий по изо­терме сорбции относительной влажности воздуха 80 %; г^во — мас­совая влажность материала, соответствующая по изотерме сорбции относительной влажности воздуха 80 %.

Коэффициент влагопроводности р строительных материалов определяют методом стационарного потока влаги [54] при комнат­ной температуре. Влияние на него температуры оценивают измене­нием вязкости и поверхностного натяжения связанной воды при раз­ных значениях температуры t и t' по формуле

Fc = (V-5)

Р Pf

Где Dt, Dt. — поверхностное натяжение, Н/с; р*, — динамическая вязкость воздуха, Па/с.

Для практических расчетов используют формулу [54]

R ft 1 + 0,04/ ,v fiv

Pt = РіБ --- ГТ--- . lVb>

1,6

Где Pis — коэффициент влагопроводности материала при f=15°C.

Коэффициент влагопроводности также определяют нестационар­ным методом по формуле [11]

Ри= ._,. (v.?)

3,25zyWv^—Y Big)

Где ш0 — начальное массовое влагосодержание материала, %; wn — влагосодержание слоя, соприкасающегося с поверхностью воды, %.

Методика определения коэффициента влагопроводности неста­ционарным методом следующая [11]. Образец строительного мате­риала в форме куба увлажняют посредством контакта одной из его плоскостей с поверхностью воды. Периодически взвешивая его, оп­ределяют количество влаги /2, кг/м2, в нестационарном режиме ув­лажнения и стоят графики ]2(VZ) и w{z). Для периода, когда вы­полняется условие полубесконечного образца (зависимость /2(] z) линейная) рассчитывают Р(яу) по формуле (V.7).

Коэффициент потенциалопроводности ат экспериментально оп­ределяют по кривым скорости сушки, по изменению среднего вла­госодержания тела, находящегося в контакте с эталонным [24, 48]. Метод стационарного потока влаги для определения коэффициента потенциалопроводности аналогичен методу определения коэффици­ента паропроницаемости по ГОСТ 12852.5—77. В эксперименте оп­ределяют удельный поток влаги /=/і —f—/2- После достижения стаци­онарного потока образец исследуемого материала разрезают и на­ходят градиент влагосодержания dw/dx. Расчет осуществляют по формуле

J = ~ «тїо ~г. (V.8)

Термоградиентный коэффициент Kt определяют методом стацио­нарного потока, который основан на создании в исследуемом мате­риале стационарного поля влагосодержания и поля температур. По длине опытного образца устанавливают несколько термопар и с помощью двух термостатов создают стационарное распределение температуры и влажности. Изменение влажности по длине образца определяют по окончании опыта путем его разрезания на несколько частей и высушивания их в сушильном шкафу^

Kt = (Дш/Дт)/=0. (V.9)

Коэффициент влагопроводимости х определяют методом стацио­нарного потока влаги по методике, аналогичной определению коэф­фициента потенциалопроводности. Расчетная формула

Х =------- !—. (V.10)

Дв/дх

Для определения коэффициента влагопроводимости исследуемо­го материала предварительно получают экспериментальную зави­симость

Є = /(«>).

Температуру конструкций зданий и окружающей их среды изме­ряют на-основании явления теплового обмена между телами с раз­личной температурой и на изменении физических свойств веществ при их нагревании или охлаждении.

Температуру наружного и внутреннего воздуха измеряют термо­метрами стеклянными жидкостными по ГОСТ 112—78*Е, ГОСТ 215—73*Е, ГОСТ 2045—71*, ГОСТ 9871—75*Е, термометрами со­противления по ГОСТ 6651—78*, термоэлектрическими термометра­ми (термопарами) по ГОСТ 3044—77*, ГОСТ 6616—79*.

Температуру в толще ограждающих конструкций и строитель­ных материалов измеряют термопарами или термометрами сопро­тивления. Температуру поверхности ограждающих конструкций — контактным и радиационным методами.

Принцип действия стеклянных жидкостных термометров осно­ван на тепловом расширении термометрической жидкости, заклю­ченной в термометре. Для заполнения жидкостных термометров применяют ртуть, толуол, этиловый спирт, керосин, петролейный эфир. Допускаемая погрешнось измерения термометров, которая нормируется в зависимости от их цены деления и температурного интервала шкалы, при проведении теплофизических исследований» не должна превышать ±0,1 °С.

Термоэлектрический метод измерения температуры основан на строгой зависимости термоэлектродвижущей силы (термо-эдс) тер­моэлектрического термометра (термопары) от температуры. Термо­электродные материалы, предназначенные для изготовления термо­пар, должны обладать стабильностью и воспроизводимостью тер­моэлектрических характеристик. Для проведения теплофизических исследований строительных материалов и конструкций используют термопары хромель-копелевые типа ТХК, хромель-алюминиевые ти­па ТХА (из сплавов хромель Т, алюмель и копель по ГОСТ 492— 73*) и медьконстантовые типа ТМК.

Для изготовления положительного термоэлектрода ТХК исполь­зуют хромель Т, представляющий собой жаропрочный немагнитный сплав на никелевой основе (89 % Ni+9,8 % Сг+10 % Fe+0,2 % Мп). Отрицательный термоэлектрод — копель — сплав из меди и никеля (56% Cu+44 % Ni). ТХК развивают наибольшую тер- мо-э. д. с. по сравнению с другими типами термопар (при /= =—200°С и f0=0°С, Е (t, t0) =9,6 мВ; при /=100°С и fo=0°C, Е (t, /о) =6,88 мВ).

Положительный термоэлектрод ТХА — хромелевая проволока, отрицательный — алюмель, представляющий собой магнитный сплав на никелевой основе (94 % Ni+2 % Al+2,5 % Mn+1 % Si-f - +0,5 % примеси). ТХА обладают лучшей сопротивляемостью окис­лению, чем другие термопары из неблагородных металлов при ра­боте в воздушной среде.

ТМК приборостроительной промышленностью не изготовляются, но широко применяются в экспериментальных исследованиях, так как медь обладает большим постоянством термоэлектрических свойств. ТМК развивает термо-э. д. с. при /=100 °С, /0=0°С, Е (t9 /о) «4 мВ, а при /=—200°С, /о=0°С, Е (/, /0)^5,5 мВ.

Для измерения температуры в комплекте с термоэлектрически­ми термометрами применяют милливольтметры или потенциомет­ры по ГОСТ 7164—78* [33]. Действие термометров сопротивления основано на свойстве вещества менять электрическое сопротивление с изменением температуры.

Наиболее широко применяют медные термометры сопротивле­ния ТСМ. Технология получения проволоки из чистой меди в раз­ной изоляции несложна. Зависимость электрического сопротивления меди от температуры описывают уравнением

/?Г=/?о (1+<М), (V-11)

Где Rt~ — сопротивление чувствительности элемента данного тер­мометра соответственно при температуре t и О °С; at — темпера­турный коэффициент электрического сопротивления, характерный для данного образца медной проволоки, из которого изготовлен термометр.

Для измерения температуры в комплекте с термометрами со­противления применяют уравновешенные или неуравновешенные мосты, логометры [33].

Радиационные методы измерения температуры основаны на пре­образовании потока инфракрасного излучения, являющегося функ­цией температуры, в другой вид энергии, удобной для измерения. Для этих целей используют тепловизоры, в которых изображение температурного поля на поверхности исследуемого объекта воспро­изводится на экране электронно-лучевой трубки и фиксируется ка­ким-либо носителем информации, например, фотобумагой. Поле обзора тепловизора может иметь поперечный размер до десятков угловых радиусов, мгновенное поле зрения — несколько миллира - диан, время воспроизведения кадра — от нескольких минут до со­тых долей секунды [20].

Тепловизионная контрольно-измерительная система состоит из таких устройств: одно - или двухканального сканирующего, видео­контрольного с черно-белым или цветным изображением и видео­магнитного. С помощью сканирующего устройства воспринимается тепловое излучение от исследуемого объекта, перерабатывается и передается на видеоконтрольное устройство (монитор или видео­магнитофон) . Основная функция монитора — представление вос­принятой сканирующим устройством невидимой инфракрасной энер­гии излучения на экране электронно-лучевой трубки в виде кон­трастного черно-белого или цветного изображения. Видеомагнитное устройство применяют для записи данных термосъемки на видео­магнитную ленту.

Для контроля теплового режима зданий и сооружений широко используют также [61] более простые и дешевые устройства — радиометры, обладающие приемлемой для практики точностью из­мерений. В состав переносных радиометров входят приемник лучи­стого потока, сканирующее устройство (переносная координатная сетка), позволяющее перемещать приемник в горизонтальном и вертикальном направлениях, и фиксирующее устройство, записы­вающее данные термосъемки на диаграммную ленту.

Влажность материалов ограждающих конструкций определяют прямыми или косвенными методами.

Наиболее широко распространен прямой метод — высушивание, который положен в основу определения влажности строительных материалов и конструкций по ГОСТ 17177.4—81, ГОСТ 12730.2—78, ГОСТ 12852.2—77.

Косвенные методы разделяют на электрические и неэлектриче­ские. Последняя группа мало применима для исследований ограж­дающих конструкций, так как дает возможность определять толь­ко интегральную влажность и требует сложной аппаратуры.

Широко распространены в практике измерения влажности мате­риалов строительных конструкций электрические методы — кондук- тометрический и диэлькометрический.

Диэлькометрическими методами по ГОСТ 23422—79 определя­ют влажность путем измерения комплексной диэлькометрической проницаемости (и ее составляющих) строительного материала в широком диапазоне частот [38]. На показания диэлькометрических влагомеров оказывают влияние химический состав и температура материала, характер распределения в нем влаги [13].

Кондуктометрические влагомеры измеряют электрическую про­водимость материала [34]. Под действием электрического поля во влажном строительном материале возникает ток сквозной прово­димости, обусловленный наличием свободных электрических заря­дов. Основные недостатки кондуктометрического метода — это за­висимость показаний от химического состава материала, его струк­туры, температуры, ограниченный верхний и нижний пределы измерений, возможность возникновения эффекта поляризации элек­тродов [13].

Изотермы сорбции строительных материалов получают эксика - торным методом по ГОСТ 24816—71, ГОСТ 17177.5—81, ГОСТ 12852.6—77. Недостаток этого метода — длительность эксперимен­та. Поэтому часто применяют ускоренные методы — вакуумный и динамический. Вакуумный более точен, но результаты его все же отличаются от реальных условий эксплуатации материалов в ог­раждающих конструкциях.

Потенциал влажности материалов 0 определяют на основании постулата о влажностном равновесии: два влажных тела, находят­ся во влажностном равновесии не только с третьим, но и друг с другом.

Измеряют в градусах влажности (°В). В качестве измерителя применяют равновесное влагосодержание эталонного материала — фильтровальной бумаги при эталонной температуре +20 °С.

Равновесную весовую влажность фильтровальной бумаги, со­ответствующую максимальной гигроскопической при эталонной тем­пературе, принимают за 100 °В, сухой бумаге соответствует 0°В. Изменение равновесной влажности на 0,01 величины ее макси­мальной гигроскопической влажности при эталонной температуре равно 1 °В. Зависимости w (6, t) фильтровальной бумаги приведе­ны в [14].

Для определения потенциала влажности исследуемого материа­ла при фиксированных его влажности и температуре обеспечива­ют плотный контакт между материалом и фильтровальной бума­гой. Полученную систему влагоизолируют и, после установления влажностного равновесия по эталонным зависимостям гг»(0, t) для фильтровальной бумаги, определяют потенциал влажности иссле­дуемого материала.

Для определения зависимости 0(к t) материал помещают в неизотермическую разрезную колонку, где фиксируется изменение влажности и температуры по длине образца и с помощью эталон - ного материала (фильтровальной бумаги) соответствующее изме­нение потенциала влажности.

Фазовый состав влаги в порах строительных материалов опре­деляют кондуктометрическим методом в приведенной ниже после­довательности [34]. В испытываемую строительную конструкцию помещают кондуктометрические датчики влажности (см. с. 154) и термопары или термометры сопротивления. Измеряют темпера­туру и электрическое сопротивление. Определяют количество неза - мерзшей влаги по зависимости У = b0 + b--bzx2 -f - b3xa + е где'у = lgх = tt; х2= lgw; x3 = tlg ш; є — систематическая погрешность, определяемая адекватностью принятой модели, точно­стью измерения контролируемых и неконтролируемых параметров состояния и составляющих компонентов [34].

Общее количество влаги в локальной зоне датчика определяют по уравнению w2 = b0 + bxw +(&2 4- b3w) /1 при t ^ fe.

После определения общего влагосодержания находят количест­во твердой фазы (льда).

Градуировку кондуктометрических датчиков влажности прово­дят на образцах материала, из которого изготовляют конструкцию. Образцы увлажняют в эксикаторах от минимальной влажности до максимальной гигроскопической. Сверхгигроскопическое увлажне­ние осуществляют, капая на образец пипеткой дистиллированную воду в различных количествах и выдерживая образцы в эксикато­рах до равномерного распределения влаги в их объемах. Образцы разной влажности с установленными в них кондуктометрическими датчиками помещают в термокамеру, где задают соответствующую температуру, начиная с положительной. На каждой ступени задан­ной температуры образцы выдерживают в течение времени, необ­ходимого для наступления термодинамического равновесия, о чем судят по стабилизации измеряемого электросопротивления и тем­пературы.