Εισαγωγή
Το ελαφροσκυρόδεμα χρησιμοποιείται συχνά στις κατασκευές, ιδίως για φέροντες και μη φέροντες τοίχους, οροφές, κατασκευές οροφής και προσόψεις. Λόγω της χαμηλής πυκνότητάς του και των καλών θερμομονωτικών ιδιοτήτων του, το ελαφρομπετόν είναι ένα δημοφιλές υλικό για ενεργειακά αποδοτικά κτίρια. Η θερμική αγωγιμότητα είναι μια σημαντική παράμετρος για τον ποιοτικό έλεγχο, αλλά και για την έρευναarch και την ανάπτυξη νέων υλικών. Συνήθεις μέθοδοι για τον προσδιορισμό της θερμικής αγωγιμότητας σε μονωτικά υλικά είναι οι μέθοδοι του μετρητή ροής θερμότητας (HFM) και της φυλασσόμενης θερμής πλάκας (GHP).
Ανάλυση flash λέιζερ
Η ανάλυση με λέιζερ (LFA) είναι μια άλλη κοινή μέθοδος για τον προσδιορισμό των θερμικών ιδιοτήτων, όπως η θερμική διάχυση, η ειδική θερμοχωρητικότητα και η θερμική αγωγιμότητα. Συνήθως περιορίζεται σε μη πορώδη υλικά. Ωστόσο, η LFA μπορεί να χειριστεί πορώδη υλικά χρησιμοποιώντας το μοντέλο του McMasters [1] για την αξιολόγηση του σήματος μέτρησης υπό τις ακόλουθες συνθήκες:
- Το υλικό πρέπει να έχει συγκριτικά small πόρους σε σχέση με το πάχος του δείγματος.
- Το υλικό θα πρέπει να προετοιμάζεται με καθορισμένη γεωμετρία.
- Το υλικό πρέπει να είναι αδιαφανές ή κατάλληλα επικαλυμμένο με γραφίτη.
Το ελαφροσκυρόδεμα πληροί όλες αυτές τις προϋποθέσεις, έτσι ώστε αυτό το μονωτικό υλικό να διερευνηθεί με τη βοήθεια της LFA. Για να επικυρωθούν τα αποτελέσματα της LFA, πραγματοποιήθηκαν πρόσθετες μετρήσεις με μετρητή ροής θερμότητας (HFM) και προστατευόμενη θερμή πλάκα (GHP).
Πειραματικό
Για τις δοκιμές παρασκευάστηκαν δύο δοκίμια από μεγαλύτερα μπλοκ με διαστάσεις 250 mm x 300 mm x 60 mm, ώστε να είναι κατάλληλα για μετρήσεις HFM και GHP. Τα δοκίμια ερευνήθηκαν μεμονωμένα στο HFM και μαζί σε συμμετρική διάταξη στο GHP. Οι θερμοκρασίες ρυθμίστηκαν στους 25°C, 50°C και 75°C με διαφορά θερμοκρασίας 20 K μεταξύ των πλακών.
Για τις μετρήσεις LFA, δύο ανεξάρτητα δοκίμια με διάμετρο 12,7 mm και πάχος 5 mm παρασκευάστηκαν επίσης από το ίδιο μεγάλο μπλοκ. Τα δοκίμια μετρήθηκαν στα ίδια στάδια θερμοκρασίας όπως με τα HFM και GHP. Για την αξιολόγηση της θερμικής διαχυτικότητας των σημάτων μέτρησης LFA χρησιμοποιήθηκε το λεγόμενο μοντέλο διείσδυσης που βασίζεται στο McMasters. Το μοντέλο αυτό λαμβάνει υπόψη τη διείσδυση του φωτός στο δοκίμιο, η οποία επιτρέπεται από την πορώδη επιφάνεια του ελαφροσκυροδέματος.
Η ειδική θερμοχωρητικότητα, η οποία είναι απαραίτητη για τον υπολογισμό της θερμικής αγωγιμότητας, προσδιορίστηκε σε δοκίμια σε σκόνη με τη βοήθεια θερμιδόμετρου διαφορικής σάρωσης (DSC). Η πυκνότητα όλων των δοκιμίων προσδιορίστηκε με τη μέτρηση της μάζας και του όγκου.
Αποτελέσματα και συζήτηση
Στο Σχήμα 1 απεικονίζονται τα αποτελέσματα της θερμικής αγωγιμότητας, που προέκυψαν με τις μεθόδους HFM, GHP και LFA. Η θερμική αγωγιμότητα αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, όπως αναμένεται για τα πορώδη υλικά. Παρατηρείται επίσης η επίδραση της πυκνότητας. Όσο χαμηλότερη είναι η πυκνότητα, τόσο χαμηλότερη είναι η αποτελεσματική θερμική αγωγιμότητα λόγω της μεγαλύτερης ποσότητας του όγκου της χαμηλής αγωγιμότητας αέριας φάσης. Τα αποτελέσματα δείχνουν καλή συμφωνία μεταξύ των καθιερωμένων μεθόδων HFM, GHP και LFA με τη χρήση του μοντέλου διείσδυσης που βασίζεται στο McMasters. Η μέγιστη απόκλιση μεταξύ των διαφόρων δοκιμίων και μεθόδων ανέρχεται σε περίπου 10%.
Συμπέρασμα
Οι μετρήσεις δείχνουν ότι η μέθοδος LFA είναι επίσης κατάλληλη για τον χαρακτηρισμό πορωδών υλικών. Χάρη στο μέγεθος του δείγματος small, αυτό μπορεί να έχει μεγάλο ενδιαφέρον για την Ε&Α νέων υλικών από ελαφροσκυρόδεμα με περιορισμένη ποσότητα δείγματος.