1. Определение морозостойкости методом циклического

замораживания и оттаивания

О б о р у д о в а н и е и п р и н а д л е ж н о с т и.

Камера климатическая для испытаний на нагревание/охлаждение;

Контейнер сварной из стальных стержней;

Сосуд с деревянной решеткой для насыщения водой и оттаивания образцов;

Шкаф сушильный, объем камеры 100 л.;

Весы электронные.

1. Взвесить образцы.

2. Насытить образцы водой.

3. Уложить в контейнер.

4. Контейнер поместить в холодильную камеру.

5. После окончания замораживания контейнер поместить в сосуд с водой для оттаивания.

6. Повторить пункты 4 и 5 необходимое число раз.

7. Высушить образцы.

8. Взвесить образцы.

2. Определение морозостойкости ускоренным методом

в растворе сернокислого натрия

О б о р у д о в а н и е и п р и н а д л е ж н о с т и.

Шкаф сушильный, объем камеры 100 л.;

Весы электронные;

Сосуд металлический для насыщения образцов раствором сернокислого натрия.

1. Взвесить образцы.

2. Поместить их в раствор сернокислого натрия.

3. После насыщения вынуть из раствора.

4. Поместить в сушильный шкаф.

5. Повторить пункты 2-4 три-пять раз.

6. Промыть образцы горячей водой.

7. Высушить образцы до постоянной массы.

8. Взвесить образцы.

Возможно определение морозостойкости ускоренным методом с помощью прибора «Бетон-Фрост».

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

Потери массы образцов после испытания на морозостойкость вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний пяти образцов.

При испытании щебня или гравия для определения потери массы берут две пробы от каждой фракции материала.

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

Отчет составляется в тетради и содержит название и цель работы, понятие морозостойкости, метод определения морозостойкости, результаты испытания, по которым устанавливается марка.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Что называется морозостойкостью?

2. Чем оценивается морозостойкость?

3. От каких факторов зависит морозостойкость?

4. Зачем надо знать морозостойкость различных материалов?

5. Какими методами можно определить морозостойкость?

Задание 7. Определение теплотехнических параметров на примере использования величины теплопроводности.

Цель работы: изучение метода экспериментального определения величины теплопроводности различных материалов, применяемых в строительстве; использование найденных в ходе выполнения лабораторной работы величин теплопроводности для расчета термического сопротивления ограждающих конструкций.

Теплопроводность – способность строительного материала передавать сквозь свою толщу тепловой поток, образующийся вследствие разности температур на поверхностях, ограничивающих этот материал. Теплопроводность численно характеризуется величиной коэффициента теплопроводности, Вт/(м^.оС), который равен количеству тепла в Дж, проходящему через стенку материала толщиной в 1 м и площадью в 1 м² за 1 ч (3600 с) при разности температур на противоположных поверхностях стенки в 1^оС:

,

где Q - количество тепла, прошедшее через стенку, выполненную

из испытываемого материала, Дж;

l - толщина стены из испытываемого материала (толщина образца), м;

S - площадь сечения, через которое передается тепло, м²;

z - время прохождения теплового потока, с;

Δt - разность температур на противоположных сторонах проводника

тепла, ^оС.

От величины теплопроводности материала зависит термосопротивление, (м^2.оС)/Вт, тепловому потоку стенки из этого материала

,

где δ - толщина стенки, через которую проходит тепло, м;

λ - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м ^{. о}С).

Низкое значение теплопроводности является положительной характеристикой для стеновых и теплоизоляционных строительных материалов, так как позволяет повысить величину термосопротивления конструкций без увеличения их толщины.

Точный теплотехнический расчет общей толщины стены позволяет, с одной стороны, обеспечить санитарно-гигиенические и энергосберегающие требования, а с другой - не допустить перерасхода дорогостоящих строительных материалов. Необходимым условием получения достоверного расчетного результата является по возможности более точное определение теплофизических показателей материала конструкций ограждения.

Определение фактического коэффициента теплопроводности

строительных материалов с использованием

измерителя теплопроводности ИТП-МГ4 "Зонд"

Прибор ИТП-МГ4 "Зонд" предназначен для оперативного определения теплопроводности строительных материалов в образцах путем измерения плотности теплового потока и методом теплового зонда в изделиях.

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы :

1. На первом этапе работы определяют величину средней плотности исследуемых материалов, которую заносят в табл. 1.

2. С использованием справочных таблиц СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника" находят нормативное значение величины удельной теплоемкости с, соответствующей исследуемым материалам. Для большинства строительных материалов значение удельной теплоемкости можно принять:

- для неорганических строительных материалов

С_неорг. ≈ 0,88 кДж/(кг ^{. о}С);

- для полимерных строительных материалов

С_полим. ≈ 1,34 кДж/(кг ^{. о}С).

3. Переключателем "сеть" на блоке управления включают питание прибора ИТП-МГ4 (рис. 4), при этом на индикаторе появляется "0" с мигающим символом "⁰С", что свидетельствует о готовности прибора к работе и необходимости ввода в память прибора требуемых данных.

Рис. 4. Общий вид прибора для измерения теплопроводности

строительных материалов ИТП-4МГ "Зонд"

4. Найденные ранее показатели свойств материала следует ввести в электронный блок прибора в следующем порядке:

а) γ - средняя плотность материала, кг/м³;

б) с - удельная теплоемкость материала, кДж/(кг ^{. 0}С);

в) α - коэффициент теплообмена в зоне контакта рабочей поверхности теплового зонда с исследуемым материалом. В зависимости от используемого материала смазки следует принять следующие значения коэффициента α: для глицерина – 3,63 см²/ч, для вазелина и литола – 3,05 см²/ч.

После ввода всех необходимых значений производится непосредственное измерение коэффициента теплопроводности путем нажатия на кнопку "ПУСК". По окончании цикла измерения (через 8 … 10 минут в зависимости от исследуемого строительного материала) прибор автоматически вычисляет коэффициент теплопроводности λ по формуле

,

где λ - коэффициент теплопроводности, Вт/(м ^{. 0}С);

Р - удельная мощность нагрева зонда, определяемая прибором в

Зависимости от условий испытаний, Вт;

α - коэффициент температуропроводности в зоне контакта зонда,

см²/ч;

с - удельная теплоемкость материала, кДж/(кг ^{. 0}С);

ΔТ – приращение температуры зонда за фиксированный интервал

времени, ^оС.

Результаты определения коэффициента теплопроводности строительных материалов рекомендуется записывать в табличной форме (табл. 2).

Таблица 2

№ п/п	Наименование материала	Средняя плотность, кг/м3	λ, Вт/(м . оС)
1.	Пенополистирольный утеплитель (ППС)
2.	Силикатный кирпич
3.	Мипора ("Пеноизол")

С увеличением влажности теплопроводность строительных материалов существенно возрастает. Поэтому для неорганических материалов, поверхностные слои которых характеризуются достаточно высокой способностью к адсорбции водяного пара из окружающего воздуха, необходимо уточнить полученную величину теплопроводности с учетом их влажности.

,

где λ - теплопроводность изделий в сухом состоянии, Вт/(м ^{. о}С);

W_эксп - фактическое значение влажности материала в % по массе;

К – коэффициент приращения значения теплопроводности в

зависимости от влажности материала;

λ_влаж - теплопроводность, экспериментально определенная при

влажности материала W_эксп , %.

Для силикатных стеновых материалов значение коэффициента К выбирается в зависимости от средней плотности изделий:

К = 0,009 – для изделий средней плотностью от 1200 до 1500 кг/м³;

К = 0,011 – для изделий средней плотностью от 1500 до 1700 кг/м³;

К = 0,013 – для изделий средней плотностью свыше 1700 до 1900 кг/м³.

П р и м е ч а н и е . За величину влагосодержания материала, находившегося долгое время в воздушно-сухих условиях, можно принять равновесную влажность, равную величине его сорбционного увлажнения. Для кирпича силикатного W_{эксп .} ≈ W_сорб ≈ 4 %.

Задание 8. Расчетный метод определения коэффициента теплопроводности силикатного кирпича

Теплопроводность являясь структурно-чувствительной характеристикой строительного материала, интегрально зависит от множества факторов: плотности, дефектов структуры, фазового и минералогического состава вяжущего и заполнителей, гранулометрического состава, влагосодержания, пористости.

Рядом исследователей поддерживается концепция доминирующего влияния плотности материала на его теплопроводящие свойства. На основании этого предположения были получены теплопроводности строительных материалов (табл. 3). Средняя плотность большинства строительных материалов и изделий является справочной величиной, что значительно упрощает использование последней в теплотехнических расчетах.

Таблица 3

Эмпирические зависимости теплопроводности материалов от их плотности

Некрасов В.П.		П р и м е ч а н и е . В формулах γ – относительная плотность материала, равная отношению средней плотности исследуемого строительного материала к плотности стандартного вещества, в качестве которого принимается вода при температуре +4оС.
Спектор Б.В.
Власов О.Е.
Кауфман Б.Н.
Бужевич Г.А.

Анализ вычислений по формулам, приведенным в таблице 3, показывает большой разброс величины теплопроводности материала при одинаковой плотности. Поэтому для использования в инженерных расчетах большинства формул, приведенных в табл. 3, необходимо более точно определить, для какого конкретного материала подходит та или иная формула.

Студентам предлагается выполнить расчеты и выяснить, какая из формул, приведенных в табл. 3, подходит для прогнозирования величины теплопроводности исследованного силикатного кирпича.

П р и м е р расчета коэффициента теплопроводности силикатного кирпича.

Данные для расчета: силикатный кирпич средней плотностью 1700 кг/м³ и влажностью (по объему) 10 %. Необходимо найти коэффициент теплопроводности полнотелого и эффективного силикатного кирпича с объемом технологических пустот, равным 31 %.

По формуле проф. В.П. Некрасова рассчитываем коэффициент теплопроводности сухого кирпича:

Вт/(м^{. о}С).

Находим водопоглощение силикатного кирпича по массе:

.

За окончательный результат необходимо принять значение теплопроводности изделий с учетом их влажности

Вт/(м^{. о}С),

где λ - теплопроводность изделий в сухом состоянии, Вт/(м ^{. о}С);

W_эксп - фактическое значение влажности материала по массе, %;

К – коэффициент приращения значения теплопроводности в

зависимости от влажности материала.

Для определения коэффициента теплопроводности эффективного силикатного кирпича можно использовать формулы, учитывающие термосопротивление от воздушных включений:

,

где λ _кирп - коэффициент теплопроводности полнотелого силикатного

кирпича;

λ _возд - коэффициент теплопроводности воздуха, принимаемый

равным 0,025 Вт//м ^{. о}С);

V_возд - относительный объем технологических пустот в эффективном

силикатном камне, отн. ед.

После подстановки данных получим:

=

= Вт/(м^{. о}С).

Порядок выполнения теплотехнического расчета

ограждающей конструкции из силикатного кирпича

с дополнительным теплоизоляционным слоем

При выполнении теплотехнического расчета прежде всего необходимо убедиться в том, что исследуемая конструкция обеспечит требуемое термосопротивление тепловому потоку .

Для этого на первом этапе расчета определим величину , исходя из соблюдения санитарно-гигиенических норм по формуле

,

где t_в - расчетная температура внутреннего воздуха, ^оС, принимаемая по

нормам проектирования соответствующих зданий (для жилых

зданий t_в = 18^оС);

t_н - расчетная зимняя температура, ^оС, принимаемая в зависимости от

климатических условий строительства (для Поволжья t_нё = - 29^оС);

n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения

огражадющей конструкции по отношению к наружному воздуху

(для стен n = 1);

Δt_н - нормативный температурный перепад между температурой

внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждения

(для стен жилых зданий Δt_н = 4^оС);

α_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей

конструкции, α_в = 8,7 Вт/(м^{2 . о}С).

На втором этапе, используя фактические величины коэффициентов теплопроводности, а также толщины силикатного кирпича и утеплителя, находим величину суммарного термосопротивления для данного вида конструкции ограждения:

,

где α_н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения

(для наружных стен α_в = 23 Вт/(м^{2 . о}С);

δ_к - толщина кирпичной кладки ограждающей конструкции;

λ_к - фактический коэффициент теплопроводности кирпича;

δ_ТИМ - толщина слоя теплоизоляционного материала (ТИМ);

λ_ТИМ - фактический коэффициент теплопроводности ТИМ.

На последнем этапе сравнивают полученные в ходе расчета величины R_тр и R₀. При выполнении условия R_тр R₀ конструкция соответствует санитарно-гигиеническим условиям проживания.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Что такое теплопроводность строительного материала? Приведите размерность и математическую зависимость, характеризующую физический смысл этой величины?

2. Чем, по вашему мнению, можно обосновать доминирующее влияние средней плотности материала на его теплопроводность?

3. Что такое термосопротивление строительной конструкции? Как эта характеристика строительных конструкций зависит от физических свойств материалов?

4. Почему при использовании в теплотехнических расчетах для стеновых и теплоизоляционных материалов необходимо учитывать их сорбционное увлажнение?

5. Какими положительными и отрицательными качествами характеризуются полимерные теплоизоляционные материалы и их неорганические аналоги?