
- •Лабораторная работа № 2 «Изучение свойств минеральной ваты»
- •1 Теоретическая часть
- •1.1 Характеристика и основные сырьевые материалы
- •1.2 Классификация минеральной ваты
- •1.3 Применение минеральной ваты
- •1.4 Основы технологии производства минеральной ваты
- •2 Практическая часть
- •2.1 Определение средней плотности минеральной ваты
- •2.2 Определение коэффициента теплопроводности минеральной ваты
- •3 Результаты эксперимента
2 Практическая часть
2.1 Определение средней плотности минеральной ваты
Плотность (среднюю плотность) минеральной ваты определяют с помощью прибора, изображенного на рисунке 1. Навеску ваты в 0,5 кг укладывают горизонтальными слоями в металлический цилиндр 2. Сверху на вату отпускают с помощью подъемного устройства 3 металлический диск 2 массой 7 кг, что соответствует давлению 2 кПа (0,02 кгс/см2). Вату выдерживают под нагрузкой в течение 5 мин. Высоту сжатого слоя ваты в цилиндре определяют по шкале, находящейся на стержне 1.
1 – стержень со шкалой; 2 – металлический диск; 3 – подъемное устройство
Рисунок 1 – Прибор для определения плотности минеральной ваты
Плотность минеральной ваты вычисляют с точностью до 10 кг/м3 по формуле:
,
[кг/м3]
(1)
где m – масса ваты, равная 0,5 кг;
V – объем ваты, м3, находящийся под нагрузкой 2 кПа (0,02 кгс/см2);
W – влажность ваты, %.
Плотность ваты вычисляют как среднее арифметическое пяти измерений.
2.2 Определение коэффициента теплопроводности минеральной ваты
Коэффициент теплопроводности минеральной ваты определяют на специальной установке согласно методике ГОСТ 7076-78 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности».
Установка для определения теплопроводности должна содержать:
- тепловой блок с двумя металлическими теплообменниками с размером рабочих поверхностей от 200200 мм до 300300 мм, служащих для создания и поддержания заданных температур на противоположных поверхностях образца (схема теплового блока приведена на рисунке 1);
- один или два преобразователя теплового потока, в зависимости от средней температуры испытания образцов;
- не менее четырех преобразователей с диаметром проволок не более 0,3 мм (по два на каждую поверхность теплообменника) для измерения температуры поверхностей образца;
- блок задания и регулирования температуры теплообменников;
- блок коммутации и измерения сигналов от преобразователей температуры и теплового потока;
- узел зажима образца теплообменниками;
- теплоизоляционный кожух для устранения теплопотерь через торцевые грани образца.
Погрешность установки должна быть не более 5 %.
1 – теплоизоляционный кожух; 2 – охранная зона преобразователя теплового потока; 3 – прижимное устройство; 4 – преобразователи температуры; 5 – преобразователи теплового потока; 6, 8 – теплообменники; 7 – образец
Рисунок 2 – Схема теплового блока установки
Теплопроводность определяют на пяти образцах, если в НТД на материал или изделие конкретного вида не указано, число образцов, подлежащих испытанию.
Образцы для определения теплопроводности изготавливают в виде пластины размером в плане от (200 ± 1)(200 ± 1) мм до (300 ± 1)(300 ± 1) мм и толщиной от (20 ± 1) мм до (50 ± 1) мм. Допускается изготавливать образцы в виде диска диаметром от (200 ± 1) мм до (300 ± 1) мм.
Образцы материалов и изделий с теплопроводностью менее 0,2 Вт/(мК) должны иметь толщину не более (30 ± 1) мм.
Перед началом испытаний образцы взвешивают. Для высушенных образцов определяют изменение их влажности.
Образец или рамку с материалом устанавливают между теплообменниками. Расположение образца – горизонтальное или вертикальное. При горизонтальном расположении образца направление теплового потока – сверху вниз.
Устанавливают заданные значения температуры теплообменников. Перепад температуры на поверхностях высушенного образца должен быть 10 – 30 С. при средней температуре испытания образца от минус 40 до плюс 40 С. Допускается проведение испытаний при перепадах св. 30 С. при средней температуре испытания образцов более 40 С.
После установления стационарного теплового состояния образца проводят в течение 30 мин последовательно десять измерений термо-ЭДС преобразователей теплового потока и температуры. Тепловое состояние образца считают стационарным, если три последовательных измерения термо-ЭДС от преобразователей теплового потока, производимые через каждые 10 мин, дают отклонения не более 5 % их среднего значения.
После окончания измерений образец взвешивают. При изменении массы образца результаты измерений следует отнести к результатам данного взвешивания.
Теплопроводность минеральной ваты вычисляют по формуле
[Вт/(м·К)]
(2)
где - толщина образца (высота рамки), м;
t – перепад температур на поверхностях образца, С.;
qср – средняя плотность теплового потока, проходящего через образец, Вт/м2;
rк – термическое сопротивление контакта между образцом и теплообменником или слоями образца, м2К/Вт, Rк=0,005 м2К/Вт (для теплоизоляционных материалов и изделий не учитывают);
n – число контактов.
Среднюю плотность теплового потока qср рассчитывают как среднее арифметическое значение плотности теплового потока, входящего в образец q1 и выходящего из него q2.
Теплопроводность материала или изделия вычисляют как среднее арифметическое значение теплопроводности испытанных образцов.
Погрешность определения теплопроводности данным методом составляет не более 7 %.
Коэффициент теплопроводности также можно вычислить, зная среднюю плотность минеральной ваты, по формуле (3):
,
[Вт/(м·К)]
(3)
где ρ0 – средняя плотность минеральной ваты, г/см3.