Úvod
Pórobeton se často používá ve stavebnictví, zejména pro nosné a nenosné stěny, stropy, střešní konstrukce a fasády. Díky své nízké hustotě a dobrým tepelně izolačním vlastnostem je pórobeton oblíbeným materiálem pro energeticky úsporné stavby. Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.Tepelná vodivost je důležitým parametrem pro kontrolu kvality, ale také pro výzkum a vývoj nových materiálů. Běžnými metodami pro stanovení tepelné vodivosti u izolačních materiálů jsou metody Heat Flow Meter (HFM) a Guarded Hot Plate (GHP).
Analýza laserového záblesku
Laserová blesková analýza (LFA) je další běžnou metodou pro stanovení tepelných vlastností, jako je Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.tepelná difuzivita, Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.měrná tepelná kapacita a Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.tepelná vodivost. Obvykle se omezuje na neporézní materiály. LFA si však dokáže poradit s porézními materiály pomocí modelu podle McMasterse [1] pro vyhodnocení signálu měření za následujících podmínek:
- Materiál by měl mít relativně small póry v poměru k tloušťce vzorku.
- Materiál by měl být připraven s definovanou geometrií.
- Materiál by měl být neprůhledný nebo řádně potažený grafitem.
Pórobeton splňuje všechny tyto požadavky, a proto byl tento izolační materiál zkoumán pomocí LFA. Pro ověření výsledků LFA byla provedena další měření pomocí měřiče tepelného toku (HFM) a hlídané horké desky (GHP).
Experimentální
Pro zkoušky byly připraveny dva vzorky z větších bloků o rozměrech 250 mm x 300 mm x 60 mm, aby byly vhodné pro měření HFM a GHP. Vzorky byly zkoumány jednotlivě v HFM a společně v symetrickém uspořádání v GHP. Teploty byly nastaveny na 25 °C, 50 °C a 75 °C s teplotním rozdílem 20 K mezi deskami.
Pro měření LFA byly ze stejného velkého bloku připraveny také dva nezávislé vzorky o průměru 12,7 mm a tloušťce 5 mm. Vzorky byly měřeny ve stejných teplotních krocích jako u HFM a GHP. Pro vyhodnocení tepelné difuzivity signálů měření LFA byl použit tzv. penetrační model založený na McMastersově modelu. Tento model zohledňuje pronikání světla do vzorku, které umožňuje porézní povrch pórobetonu.
Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.Měrná tepelná kapacita, která je potřebná pro výpočet tepelné vodivosti, byla stanovena na práškových vzorcích pomocí diferenčního skenovacího kalorimetru (DSC). HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. Hustota všech vzorků byla stanovena měřením hmotnosti a objemu.
Výsledky a diskuse
Na obrázku 1 jsou znázorněny výsledky tepelné vodivosti získané metodami HFM, GHP a LFA. Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.Tepelná vodivost se zvyšuje s rostoucí teplotou, jak se u porézních materiálů očekává. Lze také pozorovat vliv hustoty. Čím nižší je HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota, tím nižší je efektivní Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.tepelná vodivost v důsledku většího množství objemu málo vodivé plynné fáze. Výsledky ukazují dobrou shodu mezi zavedenými metodami HFM, GHP a LFA s využitím penetračního modelu založeného na McMastersově modelu. Maximální odchylka mezi jednotlivými vzorky a metodami činí přibližně 10 %.
Závěr
Měření ukazují, že metoda LFA je vhodná i pro charakterizaci porézních materiálů. Díky velikosti vzorku small to může být velmi zajímavé pro výzkum a vývoj nových pórobetonových materiálů s omezeným množstvím vzorků.