Einleitung
Porenbeton findet häufig Einsatz im Bauwesen, insbesondere für tragende und nicht tragende Wände, Decken, Dachkonstruktionen und Fassaden. Aufgrund seiner geringen DichteDie Massen-Dichte ist definiert als Verhältnis zwischen Masse und Volumen.Dichte und guten Wärmedämmeigenschaften ist Porenbeton ein beliebtes Material für energieeffiziente Gebäude. Die WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit ist nicht nur ein wichtiger Parameter für die Qualitätskontrolle, sondern auch für die Forschung und Entwicklung neuer Materialien. Gängige Techniken zur Bestimmung der WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit von Dämmstoffen sind Heat Flow Meter (HFM) und Guarded Hot Plate (GHP).
Laser Flash Analysis
Die Laser Flash Analyse (LFA) ist eine weitere gängige Methode zur Bestimmung der thermischen Eigenschaften, wie beispielsweise der TemperaturleitfähigkeitDie Temperaturleitfähigkeit (a mit der Einheit mm2/s) ist eine materialabhängige Stoffeigenschaft zur Charakterisierung des instationären Wärmetransports. Sie gibt an, wie schnell ein Material auf eine Temperaturänderung reagiert.Temperaturleitfähigkeit, der spezifischen Wärmekapazität und der Wärmeleitfähigkeit. Sie ist in der Regel auf nichtporöse Materialien beschränkt. Unter Verwendung des Modells von McMasters [1] zur Auswertung des Messsignals können mittels LFA jedoch auch poröse Materialen untersucht werden:
- Das Material sollte im Vergleich zur Dicke der Probe kleine Poren aufweisen.
- Das Material sollte mit einer definierten Geometrie vorbereitet werden.
- Das Material sollte undurchsichtig oder ordnungsgemäß mit Grafit beschichtet sein.
Probenbeton erfüllt all diese Anforderungen, sodass dieser Dämmstoff mit Hilfe der LFA untersucht wurde. Zur Überprüfung der LFA-Ergebnisse wurden weitere Messungen mit einem Wärmefluss-Messgerät (HFM) und einer Guarded Hot Plate- (GHP) Apparatur durchgeführt.
Experimentelle Daten
Für die Untersuchungen wurden zwei Proben aus größeren Blöcken mit den Abmessungen 250 mm x 300 mm x 60 mm vorbereitet, geeignet für HFM- und GHP-Messungen. Die Proben wurden einzeln im HFM und gemeinsam im symmetrischen Aufbau der GHP untersucht. Die Temperaturen wurden auf 25 °C, 50 °C und 75 °C mit einem Temperaturunterschied von 20 K zwischen den Platten eingestellt.
Für die LFA-Messungen wurden ebenfalls zwei unabhängige Proben mit einem Durchmesser von 12,7 mm und einer Dicke von 5 mm hergestellt. Die Proben wurden bei denselben Temperaturstufen, wie für die Untersuchungen mit HFM und GHP gewählt, gemessen. Für die Auswertung der TemperaturleitfähigkeitDie Temperaturleitfähigkeit (a mit der Einheit mm2/s) ist eine materialabhängige Stoffeigenschaft zur Charakterisierung des instationären Wärmetransports. Sie gibt an, wie schnell ein Material auf eine Temperaturänderung reagiert.Temperaturleitfähigkeit der LFA-Messsignale wurde das sogenannte Penetration Model nach McMasters verwendet. Dieses Modell berücksichtigt das Eindringen von Licht in den Probekörper, bedingt durch die poröse Oberfläche des Porenbetons.
Die Spezifische Wärmekapazität (cp)Die spezifische Wärmekapazität oder Wärmekapazität ist eine messbare physikalische Größe, die dem Verhältnis der einem Objekt zugeführten Wärme zur resultierenden Temperaturänderung entspricht.spezifische Wärmekapazität, die für die Berechnung der Wärmeleitfähigkeit erforderlich ist, wurde hier an pulverförmigen Proben mit Hilfe der dynamischen Differenz-Kalorimetrie (DSC) bestimmt. Die Dichtebestimmung aller Probekörper erfolgte durch Messung von Masse und Volumen.
Ergebnisse und Diskussion
In Abbildung 1 sind die Ergebnisse der Wärmeleitfähigkeit dargestellt, die mit den Methoden HFM, GHP und LFA ermittelt wurden. Die Wärmeleitfähigkeit steigt, wie bei porösen Materialien zu erwarten, mit zunehmender Temperatur an. Der Einfluss der DichteDie Massen-Dichte ist definiert als Verhältnis zwischen Masse und Volumen.Dichte ist ebenfalls zu beobachten. Je geringer die Dichte, desto niedriger ist die effektive Wärmeleitfähigkeit aufgrund des höheren Anteils der niedrig leitenden Phase. Die Ergebnisse weisen eine gute Übereinstimmung zwischen den etablierten Methode HFM, GHP und LFA unter Verwendung des auf McMasters basierenden Penetration Models auf. Die maximale Abweichung zwischen den unterschiedlichen Proben und Methoden beträgt ca. 10 %.
Zusammenfassung
Die Messungen zeigen, dass die LFA-Methode auch bestens zur Charakterisierung poröser Materialien geeignet ist. Aufgrund der geringen Probengröße kann dies für die Forschung & Entwicklung neuer Porenbetonmaterialien mit begrenzter Probenmenge von großem Interesse sein.