Introduzione
Il calcestruzzo cellulare è spesso utilizzato in edilizia, in particolare per pareti portanti e non portanti, soffitti, strutture di copertura e facciate. Grazie alla sua bassa densità e alle buone proprietà di isolamento termico, il calcestruzzo cellulare è un materiale popolare per gli edifici ad alta efficienza energetica. La conducibilità termica è un parametro importante per il controllo della qualità, ma anche per la ricercaarch e lo sviluppo di nuovi materiali. I metodi più diffusi per determinare la conducibilità termica dei materiali isolanti sono il metodo dell'Heat Flow Meter (HFM) e del Guarded Hot Plate (GHP).
Analisi del flash laser
L'analisi laser flash (LFA) è un altro metodo comune per la determinazione delle proprietà termiche, come la Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica, laCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica e la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica. Di solito è limitato ai materiali non porosi. Tuttavia, l'LFA può gestire materiali porosi utilizzando il modello di McMasters [1] per la valutazione del segnale di misura alle seguenti condizioni:
- Il materiale deve avere pori relativamente small rispetto allo spessore del campione.
- Il materiale deve essere preparato con una geometria definita.
- Il materiale deve essere opaco o adeguatamente rivestito di grafite.
Il calcestruzzo aerato soddisfa tutti questi requisiti, per cui questo materiale isolante è stato studiato mediante LFA. Per convalidare i risultati dell'LFA, sono state effettuate ulteriori misurazioni con un misuratore di flusso di calore (HFM) e una piastra calda protetta (GHP).
Sperimentale
Per le prove, sono stati preparati due campioni da blocchi più grandi con dimensioni di 250 mm x 300 mm x 60 mm per essere adatti alle misure HFM e GHP. I campioni sono stati analizzati singolarmente nell'HFM e insieme in una configurazione simmetrica nel GHP. Le temperature sono state impostate a 25°C, 50°C e 75°C con una differenza di temperatura di 20 K tra le piastre.
Per le misure LFA, sono stati preparati due campioni indipendenti con un diametro di 12,7 mm e uno spessore di 5 mm dallo stesso blocco grande. I campioni sono stati misurati con gli stessi incrementi di temperatura utilizzati per HFM e GHP. Per la valutazione della Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica dei segnali di misura LFA è stato utilizzato il cosiddetto modello di penetrazione basato su McMasters. Questo modello tiene conto della penetrazione della luce nel provino, consentita dalla superficie porosa del calcestruzzo cellulare.
LaCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica, necessaria per calcolare la conducibilità termica, è stata determinata su campioni polverosi per mezzo di un calorimetro differenziale a scansione (DSC). La densità di tutti i campioni è stata determinata mediante la misurazione della massa e del volume.
Risultati e discussione
La Figura 1 illustra i risultati della Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica, ottenuti con i metodi HFM, GHP e LFA. La Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica aumenta con l'aumentare della temperatura, come previsto per i materiali porosi. Si può osservare anche l'influenza della densità. Più bassa è la densità, più bassa è la conducibilità termica effettiva, a causa della maggiore quantità di volume della fase gassosa a bassa conducibilità. I risultati mostrano un buon accordo tra i metodi consolidati di HFM, GHP e LFA utilizzando il modello di penetrazione basato su McMasters. La deviazione massima tra i diversi campioni e metodi ammonta a circa il 10%.
Conclusione
Le misure dimostrano che il metodo LFA è adatto anche alla caratterizzazione di materiali porosi. Grazie alle dimensioni del provino small può essere di grande interesse per la ricerca e sviluppo di nuovi materiali in calcestruzzo cellulare con una quantità limitata di campioni.