Johdanto
Kevytbetonia käytetään usein rakentamisessa, erityisesti kantavissa ja ei-kantavissa seinissä, katoissa, kattorakenteissa ja julkisivuissa. Pienen tiheytensä ja hyvien lämmöneristysominaisuuksiensa ansiosta kevytbetoni on suosittu materiaali energiatehokkaissa rakennuksissa. LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.Lämmönjohtavuus on tärkeä parametri laadunvalvonnassa, mutta myös uusien materiaalien tutkimuksessa ja kehittämisessä. Eristemateriaalien lämmönjohtavuuden määrittämisessä käytetään yleisesti lämpövirtausmittaria (HFM) ja suojattua kuumalevyä (GHP).
Laser Flash -analyysi
Laser Flash Analysis (LFA) on toinen yleinen menetelmä lämpöominaisuuksien, kuten lämpödiffuusiokyvyn, ominaislämpökapasiteetin ja lämmönjohtavuuden määrittämiseksi. Se rajoittuu yleensä huokosettomiin materiaaleihin. LFA:lla voidaan kuitenkin käsitellä huokoisia materiaaleja käyttämällä McMastersin [1] mallia mittaussignaalin arvioimiseksi seuraavissa olosuhteissa:
- Materiaalissa on oltava verrattain small huokosia suhteessa näytteen paksuuteen.
- Materiaali on valmistettava määritellyllä geometrialla.
- Materiaalin on oltava läpinäkymätön tai asianmukaisesti grafiitilla päällystetty.
Kevytbetoni täyttää kaikki nämä vaatimukset, joten tätä eristysmateriaalia tutkittiin LFA-menetelmällä. LFA-tulosten validoimiseksi suoritettiin lisämittauksia lämpövirtausmittarilla (HFM) ja suojatulla kuumalevyllä (GHP).
Kokeellinen
Testejä varten valmistettiin kaksi näytettä suuremmista lohkoista, joiden mitat olivat 250 mm x 300 mm x 60 mm, jotta ne soveltuivat HFM- ja GHP-mittauksiin. Koekappaleita tutkittiin erikseen HFM:ssä ja yhdessä symmetrisessä kokoonpanossa GHP:ssä. Lämpötiloiksi asetettiin 25 °C, 50 °C ja 75 °C, ja levyjen välinen lämpötilaero oli 20 K. Mittauksissa käytettiin eri lämpötiloja.
LFA-mittauksia varten valmistettiin samasta isosta kappaleesta myös kaksi toisistaan riippumatonta näytettä, joiden halkaisija oli 12,7 mm ja paksuus 5 mm. Näytteet mitattiin samoilla lämpötilavaiheilla kuin HFM- ja GHP-mittauksissa. LFA-mittaussignaalien lämpödiffuusiokyvyn arviointiin käytettiin McMastersiin perustuvaa niin sanottua tunkeutumismallia. Tässä mallissa otetaan huomioon valon tunkeutuminen koekappaleeseen, jonka kevytbetonin huokoinen pinta sallii.
Ominaislämpökapasiteetti (cp)Lämpökapasiteetti on materiaalikohtainen fysikaalinen suure, joka määräytyy näytteeseen syötetyn lämmön määrän ja siitä aiheutuvan lämpötilan nousun perusteella. Ominaislämpökapasiteetti suhteutetaan näytteen massayksikköön.Ominaislämpökapasiteetti, jota tarvitaan lämmönjohtavuuden laskemiseen, määritettiin jauhemaisista näytteistä differentiaalipyyhkäisykalorimetrillä (DSC). Kaikkien näytteiden TiheysMassatiheys määritellään massan ja tilavuuden suhteena. tiheys määritettiin mittaamalla massa ja tilavuus.
Tulokset ja keskustelu
Kuvassa 1 esitetään HFM-, GHP- ja LFA-menetelmillä saadut lämmönjohtavuustulokset. LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.Lämmönjohtavuus kasvaa lämpötilan kasvaessa, kuten huokoisille materiaaleille on odotettavissa. Myös tiheyden vaikutus on havaittavissa. Mitä pienempi TiheysMassatiheys määritellään massan ja tilavuuden suhteena. tiheys on, sitä pienempi on tehollinen LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus, koska heikosti johtavan kaasufaasin tilavuus on suurempi. Tulokset osoittavat, että vakiintuneet HFM-, GHP- ja LFA-menetelmät, joissa käytetään McMastersiin perustuvaa tunkeutumismallia, ovat hyvässä yhteisymmärryksessä. Suurin poikkeama eri näytteiden ja menetelmien välillä on noin 10 prosenttia.
Päätelmä
Mittaukset osoittavat, että LFA-menetelmä soveltuu hyvin myös huokoisten materiaalien karakterisointiin. small näytekoon ansiosta tämä voi olla erittäin kiinnostavaa uusien kevytbetonimateriaalien tutkimus- ja kehitystyössä, kun näytemäärä on rajallinen.