本發(fā)明屬于建筑材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種測(cè)量服役狀態(tài)下建筑材料導(dǎo)熱系數(shù)的試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)建筑節(jié)能工作的不斷開(kāi)展和對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能要求的提高，建筑材料的絕熱性能正逐漸成為研究者關(guān)注的重點(diǎn)。為了有效滿足建筑結(jié)構(gòu)的節(jié)能環(huán)保要求，需要確切掌握材料的導(dǎo)熱性能參數(shù)，尤其是建筑材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)。目前，關(guān)于建筑材料有效導(dǎo)熱系數(shù)的研究很少，其主要集中于無(wú)應(yīng)力、氣干狀態(tài)下的建筑材料。然而，實(shí)際服役狀態(tài)下的建筑材料經(jīng)常處于應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力會(huì)改變建筑材料的孔隙率，進(jìn)而造成材料導(dǎo)熱系數(shù)的改變；同時(shí)，服役狀態(tài)下的建筑材料隨著環(huán)境濕度的變化，其含水率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，而水的存在也會(huì)造成材料導(dǎo)熱系數(shù)的變化。因此，有必要針對(duì)實(shí)際服役狀態(tài)下的建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)展開(kāi)研究，總結(jié)應(yīng)力和含水率對(duì)有效導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律，從而獲得確切的有效導(dǎo)熱系數(shù)。

目前，依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可以將測(cè)量建筑材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法分為穩(wěn)態(tài)法和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法。其中，穩(wěn)態(tài)法的測(cè)試過(guò)程較長(zhǎng)，測(cè)試完成時(shí)，試樣的濕度場(chǎng)已經(jīng)發(fā)生改變，所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大。準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法測(cè)量時(shí)間短，能夠較準(zhǔn)確的測(cè)取材料的導(dǎo)熱系數(shù)，但是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法需要在建筑材料內(nèi)埋設(shè)熱源和溫度傳感器，導(dǎo)致被測(cè)建筑材料的力學(xué)性能改變。申請(qǐng)?zhí)枮?01510724632.7的發(fā)明專利公開(kāi)了一種測(cè)量單周壓縮過(guò)程混凝土導(dǎo)熱系數(shù)下降率的裝置及方法，該試驗(yàn)裝置能夠測(cè)量混凝土試件在單軸壓縮過(guò)程中的導(dǎo)熱系數(shù)及變化規(guī)律，但是其試驗(yàn)原理采用了穩(wěn)態(tài)法，并不能測(cè)量不同濕度下受壓建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種測(cè)量服役狀態(tài)下建筑材料導(dǎo)熱系數(shù)的試驗(yàn)裝置及方法，能夠測(cè)量建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)與應(yīng)力大小、含水率之間關(guān)系，測(cè)試過(guò)程中不會(huì)影響建筑材料原有的力學(xué)性能，試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，易操作，精度較高，測(cè)試速度快。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

測(cè)量服役狀態(tài)下建筑材料導(dǎo)熱系數(shù)的試驗(yàn)裝置，包括：固定支架、直流電源、溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；其中：固定支架上，從上到下依次放置支架板、隔熱板、第一對(duì)比試樣、第一片狀電加熱器、第一熱電偶組、第一受壓試樣、第二熱電偶組、第二受壓試樣、第二片狀電加熱器、第二對(duì)比試樣、絕熱板；直流電源與第一片狀電加熱器、第二片狀電加熱器相連接；溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與第一熱電偶組、第二熱電偶組相連；利用本發(fā)明提供的測(cè)量服役狀態(tài)下建筑材料導(dǎo)熱系數(shù)的操作方法，結(jié)合溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)，得到待測(cè)建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：能夠測(cè)量建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)與應(yīng)力大小、含水率之間關(guān)系；測(cè)量過(guò)程中，不會(huì)影響建筑材料原有的力學(xué)性能，能夠精確地向待測(cè)試樣施加壓力荷載；試驗(yàn)裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，易操作，精度較高；測(cè)試速度快。

附圖說(shuō)明

圖1導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試裝置爆炸示意圖；

圖3第一受壓試樣示意圖；

圖中：1、固定支架，2、直流電源，3、溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，4、支架板，5、隔熱板，6、第一對(duì)比試樣，7、第一片狀電加熱器，8、第一熱電偶組，9、第一受壓試樣，10、第二熱電偶組，11、第二受壓試樣，12、第二片狀電加熱器，13、第二對(duì)比試樣，14、絕熱板，15、主體螺桿，16、螺母，17、支座，18、待測(cè)建筑材料，19、受壓鋼板，20、支座螺桿，21、支座螺母，22、第一墊片，23、彈簧，24、第二墊片，25、壓力傳感器。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2所示，測(cè)量服役狀態(tài)下建筑材料導(dǎo)熱系數(shù)的試驗(yàn)裝置，包括：固定支架1、直流電源2、溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3；其中：固定支架1上從上到下依次放置支架板4、隔熱板5、第一對(duì)比試樣6、第一片狀電加熱器7、第一熱電偶組8、第一受壓試樣9、第二熱電偶組10、第二受壓試樣11、第二片狀電加熱器12、第二對(duì)比試樣13、絕熱板14；直流電源2與第一片狀電加熱器7、第二片狀電加熱器12相連接；溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3與第一熱電偶組8、第二熱電偶組10相連。

如圖2所示，固定支架1為方形板；四根主體螺桿15依次焊接于固定支架的四個(gè)角端，方向朝上；主體螺桿15貫穿于支架板4；在主體螺桿15的上端設(shè)置有螺紋，并連接螺母16，螺母用于固定支架板4。

如圖3所示，第一受壓試樣9，包括：支座17、待測(cè)建筑材料18和受壓鋼板19；支座17為方形板，支座上從上到下依次放置受壓鋼板19、待測(cè)建筑材料18；四根支座螺桿20依次焊接于支座的四個(gè)角端，方向朝上，支座螺桿20貫穿于受壓鋼板19；支座螺桿20的上端設(shè)置有螺紋，支座螺桿上端從上至下依次連接支座螺母21、第一墊片22、彈簧23、第二墊片24、壓力傳感器25；壓力傳感器25和受壓鋼板19相接觸。

待測(cè)建筑材料18的形狀為方形板，其厚度應(yīng)小于寬度的六分之一；待測(cè)建筑材料18與受壓鋼板19接觸的面積應(yīng)小于第一片狀電加熱器7的面積。

隔熱板5、絕熱板14的材質(zhì)采用絕熱抗壓材料，例如高性能多孔陶瓷；支架板4、主體螺桿15、第一墊片22、第二墊片24、支座17、受壓鋼板19、支座螺桿20均采用不銹鋼等耐腐蝕高強(qiáng)度材料。

第二受壓試樣11與第一受壓試樣完全相同。

測(cè)量服役狀態(tài)下建筑材料導(dǎo)熱系數(shù)的操作方法，包括如下步驟：

步驟一：測(cè)量受壓鋼板的熱損失p鋼板損失：實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，從上到下依次放置隔熱板5、第一對(duì)比試樣6、第一片狀電加熱器7、第一熱電偶組8、受壓鋼板19、第二熱電偶組10、待測(cè)建筑材料18，直流電源2連接第一片狀電加熱器7，溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3與第一熱電偶組8、第二熱電偶組10相連，開(kāi)啟第一片狀電加熱器7，直到當(dāng)?shù)谝粺犭娕冀M測(cè)取的平均溫度t受壓1與第二熱電偶組測(cè)取的平均溫度t受壓2之間的差值(t受壓1－t受壓2)變化浮動(dòng)小于0.5℃時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行計(jì)算受壓鋼板的熱損失p鋼板損失，計(jì)算公式如下：

其中：p0是直流電源輸出功率，s試樣是待測(cè)建筑材料與受壓鋼板接觸的面積，λ鋼板是受壓鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)，d鋼板是受壓鋼板的厚度；計(jì)算過(guò)程在連接溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中完成，并繪制t受壓1與p鋼板損失的關(guān)系曲線，擬合出公式p鋼板損失(t)；

步驟二：測(cè)量支座的熱損失p支座損失：在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，從上到下依次放置待測(cè)建筑材料18、第一片狀電加熱器7、第一熱電偶組8、支座17、第二熱電偶組10、受壓鋼板19，直流電源2連接第一片狀電加熱器7，溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3與第一熱電偶組8、第二熱電偶組相連10，開(kāi)啟第一片狀電加熱器7，直到當(dāng)?shù)谝粺犭娕冀M測(cè)取的平均溫度t支1與第二熱電偶組測(cè)取的平均溫度t支2之間的差值(t支1－t支2)變化浮動(dòng)小于0.5℃時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行計(jì)算支座的熱損失p支座損失，計(jì)算公式如下：

其中：p0是直流電源輸出功率，s試樣是待測(cè)建筑材料與受壓鋼板接觸的面積，λ支座是支架的導(dǎo)熱系數(shù)，d支座是支座的厚度；計(jì)算過(guò)程在連接溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中完成，并繪制t支2與p支座損失的關(guān)系曲線，擬合出公式p支座損失(t)；

步驟三：裝配第一受壓試樣：依據(jù)實(shí)驗(yàn)室建筑材料含水率的測(cè)量方法，確定待測(cè)建筑材料的含水率，然后，在支座17上按從下到上順序依次放置待測(cè)建筑材料18、受壓鋼板19，四根支座螺桿20應(yīng)貫穿于受壓鋼板19，在每根鋼螺桿的頂端，從上到下依次設(shè)置支座螺母21、第一墊片22、彈簧23、第二墊片24、壓力傳感器25，擰緊支座螺母21，從而壓縮彈簧對(duì)受壓鋼板施壓，四根鋼螺桿依次進(jìn)行，觀察壓力傳感器，直至滿足實(shí)驗(yàn)所需的壓力；

步驟四：選取一塊與步驟三中待測(cè)建筑材料的尺寸完全相同的待測(cè)建筑材料，重復(fù)步驟三，裝配第二受壓試樣11；

步驟五：測(cè)量待測(cè)建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ：在固定支架上，從上到下依次放置支架板4、隔熱板5、第一對(duì)比試樣6、第一片狀電加熱器7、第一熱電偶組8、第一受壓試樣9、第二熱電偶組10、第二受壓試樣11、第二片狀電加熱器12、第二對(duì)比試樣13、絕熱板14；直流電源2與第一片狀電加熱器7、第二片狀電加熱器12相連接；溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3與第一熱電偶組8、第二熱電偶組10相連；四根主體螺桿貫穿于支架板4，并擰緊主體螺桿15頂部的螺母16，開(kāi)啟第一、第二片狀電加熱器，直到當(dāng)?shù)谝粺犭娕冀M測(cè)取的平均溫度t實(shí)1與第二熱電偶組測(cè)取的平均溫度t實(shí)2之間的差值(t實(shí)1－t實(shí)2)變化浮動(dòng)小于0.5℃時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行計(jì)算待測(cè)建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ，計(jì)算公式如下：

其中：p0是直流電源輸出功率，d試樣是待測(cè)建筑材料的厚度，s試樣是待測(cè)建筑材料與受壓鋼板接觸的面積，λ支座是支架的導(dǎo)熱系數(shù)，d支座是支座的厚度，λ鋼板是受壓鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)，d鋼板是受壓鋼板的厚度。