مقدمة
كثيرًا ما تستخدم الخرسانة الخلوية في البناء، خاصةً في الجدران الحاملة وغير الحاملة والأسقف وهياكل الأسقف والواجهات. ونظراً لكثافتها المنخفضة وخصائص العزل الحراري الجيدة، تعتبر الخرسانة الخلوية مادة شائعة للمباني الموفرة للطاقة. تُعد الموصلية الحرارية معيارًا مهمًا لمراقبة الجودة، وكذلك للبحث والتطوير للمواد الجديدة. الطرق الشائعة لتحديد الموصلية الحرارية على المواد العازلة هي طرق مقياس التدفق الحراري (HFM) وطريقة اللوح الساخن المحروس (GHP).
تحليل وميض الليزر
تحليل الوميض بالليزر (LFA) هو طريقة شائعة أخرى لتحديد الخواص الحرارية مثل الانتشار الحراري والسعة الحرارية النوعية والتوصيل الحراري. وتقتصر عادةً على المواد غير المسامية. ومع ذلك، يمكن لطريقة LFA التعامل مع المواد المسامية باستخدام نموذج McMasters [1] لتقييم إشارة القياس وفقًا للشروط التالية:
- يجب أن تحتوي المادة على مسام صغيرة نسبيًا بالنسبة لسمك العينة.
- يجب تحضير المادة بهندسة محددة.
- يجب أن تكون المادة معتمة أو مطلية بالجرافيت بشكل صحيح.
تفي الخرسانة الخلوية بجميع هذه المتطلبات، لذلك تم فحص هذه المادة العازلة عن طريق LFA. وللتحقق من صحة نتائج LFA، تم إجراء قياسات إضافية باستخدام مقياس التدفق الحراري (HFM) ولوحة تسخين محروسة (GHP).
تجريبي
بالنسبة للاختبارات، تم إعداد عينتين من كتل أكبر بأبعاد 250 مم × 300 مم × 60 مم لتكون مناسبة لقياسات جهاز التردد العالي وجهاز GHP. تم فحص العينات كل عينة على حدة في جهاز الترددات العالية ومعًا في إعداد متماثل في جهاز GHP. ضُبطت درجات الحرارة عند 25 درجة مئوية و50 درجة مئوية و75 درجة مئوية مع فرق درجة حرارة 20 كلفن بين الألواح.
لقياسات التردد المنخفض، تم تحضير عينتين مستقلتين بقطر 12.7 مم وسمك 5 مم من نفس الكتلة الكبيرة. تم قياس العينات بنفس درجات الحرارة كما هو الحال مع HFM و GHP. استُخدم ما يسمى بنموذج الاختراق المستند إلى McMasters لتقييم الانتشار الحراري لإشارات قياس LFA. يأخذ هذا النموذج في الاعتبار تغلغل الضوء في العينة، وهو ما يسمح به السطح المسامي للخرسانة الهوائية.
تم تحديد السعة الحرارية النوعية، وهي ضرورية لحساب التوصيل الحراري، على العينات المسحوقية عن طريق جهاز المسح الضوئي التفاضلي (DSC). تم تحديد كثافة جميع العينات عن طريق قياس الكتلة والحجم.
النتائج والمناقشة
يوضح الشكل 1 نتائج التوصيل الحراري التي تم الحصول عليها باستخدام طرق HFM وGHP وLFA. تزداد الموصلية الحرارية مع زيادة درجة الحرارة كما هو متوقع للمواد المسامية. يمكن أيضًا ملاحظة تأثير الكثافة. فكلما انخفضت الكثافة، انخفضت الموصلية الحرارية الفعالة بسبب ارتفاع كمية حجم المرحلة الغازية منخفضة التوصيل. تُظهر النتائج اتفاقًا جيدًا بين الطرق الراسخة من HFM وGHP وLFA باستخدام نموذج الاختراق القائم على McMasters. يبلغ الحد الأقصى للانحراف بين العينات والطرق المختلفة حوالي 10%.
الخاتمة
تُظهر القياسات أن طريقة LFA مناسبة أيضًا لتوصيف المواد المسامية. وبفضل حجم العينة الصغير، يمكن أن يكون هذا الأمر ذا أهمية كبيرة للبحث والتطوير لمواد الخرسانة الخلوية الجديدة بكمية عينة محدودة.