本發(fā)明屬于建筑材料科學實驗技術領域，具體地，涉及一種測量服役狀態(tài)下建筑材料導熱系數的試驗裝置及方法。

背景技術：

隨著我國建筑節(jié)能工作的不斷開展和對圍護結構熱工性能要求的提高，建筑材料的絕熱性能正逐漸成為研究者關注的重點。為了有效滿足建筑結構的節(jié)能環(huán)保要求，需要確切掌握材料的導熱性能參數，尤其是建筑材料的有效導熱系數。目前，關于建筑材料有效導熱系數的研究很少，其主要集中于無應力、氣干狀態(tài)下的建筑材料。然而，實際服役狀態(tài)下的建筑材料經常處于應力狀態(tài)，應力會改變建筑材料的孔隙率，進而造成材料導熱系數的改變；同時，服役狀態(tài)下的建筑材料隨著環(huán)境濕度的變化，其含水率也會發(fā)生相應的改變，而水的存在也會造成材料導熱系數的變化。因此，有必要針對實際服役狀態(tài)下的建筑材料的導熱系數展開研究，總結應力和含水率對有效導熱系數的影響規(guī)律，從而獲得確切的有效導熱系數。

目前，依據實驗原理可以將測量建筑材料導熱系數的方法分為穩(wěn)態(tài)法和準穩(wěn)態(tài)法。其中，穩(wěn)態(tài)法的測試過程較長，測試完成時，試樣的濕度場已經發(fā)生改變，所得到的實驗結果誤差較大。準穩(wěn)態(tài)法測量時間短，能夠較準確的測取材料的導熱系數，但是準穩(wěn)態(tài)法需要在建筑材料內埋設熱源和溫度傳感器，導致被測建筑材料的力學性能改變。申請?zhí)枮?01510724632.7的發(fā)明專利公開了一種測量單周壓縮過程混凝土導熱系數下降率的裝置及方法，該試驗裝置能夠測量混凝土試件在單軸壓縮過程中的導熱系數及變化規(guī)律，但是其試驗原理采用了穩(wěn)態(tài)法，并不能測量不同濕度下受壓建筑材料的導熱系數。

技術實現要素：

為克服現有技術存在的缺陷，本發(fā)明提供一種測量服役狀態(tài)下建筑材料導熱系數的試驗裝置及方法，能夠測量建筑材料的導熱系數與應力大小、含水率之間關系，測試過程中不會影響建筑材料原有的力學性能，試驗裝置簡單，易操作，精度較高，測試速度快。

為實現上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

測量服役狀態(tài)下建筑材料導熱系數的試驗裝置，包括：固定支架、直流電源、溫度數據采集系統；其中：固定支架上，從上到下依次放置支架板、隔熱板、第一對比試樣、第一片狀電加熱器、第一熱電偶組、第一受壓試樣、第二熱電偶組、第二受壓試樣、第二片狀電加熱器、第二對比試樣、絕熱板；直流電源與第一片狀電加熱器、第二片狀電加熱器相連接；溫度數據采集系統與第一熱電偶組、第二熱電偶組相連；利用本發(fā)明提供的測量服役狀態(tài)下建筑材料導熱系數的操作方法，結合溫度數據采集系統獲得的數據，得到待測建筑材料的導熱系數。

與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：能夠測量建筑材料的導熱系數與應力大小、含水率之間關系；測量過程中，不會影響建筑材料原有的力學性能，能夠精確地向待測試樣施加壓力荷載；試驗裝置構造簡單，易操作，精度較高；測試速度快。

附圖說明

圖1導熱系數測試裝置結構示意圖；

圖2導熱系數測試裝置爆炸示意圖；

圖3第一受壓試樣示意圖；

圖中：1、固定支架，2、直流電源，3、溫度數據采集系統，4、支架板，5、隔熱板，6、第一對比試樣，7、第一片狀電加熱器，8、第一熱電偶組，9、第一受壓試樣，10、第二熱電偶組，11、第二受壓試樣，12、第二片狀電加熱器，13、第二對比試樣，14、絕熱板，15、主體螺桿，16、螺母，17、支座，18、待測建筑材料，19、受壓鋼板，20、支座螺桿，21、支座螺母，22、第一墊片，23、彈簧，24、第二墊片，25、壓力傳感器。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，測量服役狀態(tài)下建筑材料導熱系數的試驗裝置，包括：固定支架1、直流電源2、溫度數據采集系統3；其中：固定支架1上從上到下依次放置支架板4、隔熱板5、第一對比試樣6、第一片狀電加熱器7、第一熱電偶組8、第一受壓試樣9、第二熱電偶組10、第二受壓試樣11、第二片狀電加熱器12、第二對比試樣13、絕熱板14；直流電源2與第一片狀電加熱器7、第二片狀電加熱器12相連接；溫度數據采集系統3與第一熱電偶組8、第二熱電偶組10相連。

如圖2所示，固定支架1為方形板；四根主體螺桿15依次焊接于固定支架的四個角端，方向朝上；主體螺桿15貫穿于支架板4；在主體螺桿15的上端設置有螺紋，并連接螺母16，螺母用于固定支架板4。

如圖3所示，第一受壓試樣9，包括：支座17、待測建筑材料18和受壓鋼板19；支座17為方形板，支座上從上到下依次放置受壓鋼板19、待測建筑材料18；四根支座螺桿20依次焊接于支座的四個角端，方向朝上，支座螺桿20貫穿于受壓鋼板19；支座螺桿20的上端設置有螺紋，支座螺桿上端從上至下依次連接支座螺母21、第一墊片22、彈簧23、第二墊片24、壓力傳感器25；壓力傳感器25和受壓鋼板19相接觸。

待測建筑材料18的形狀為方形板，其厚度應小于寬度的六分之一；待測建筑材料18與受壓鋼板19接觸的面積應小于第一片狀電加熱器7的面積。

隔熱板5、絕熱板14的材質采用絕熱抗壓材料，例如高性能多孔陶瓷；支架板4、主體螺桿15、第一墊片22、第二墊片24、支座17、受壓鋼板19、支座螺桿20均采用不銹鋼等耐腐蝕高強度材料。

第二受壓試樣11與第一受壓試樣完全相同。

測量服役狀態(tài)下建筑材料導熱系數的操作方法，包括如下步驟：

步驟一：測量受壓鋼板的熱損失p鋼板損失：實驗臺上，從上到下依次放置隔熱板5、第一對比試樣6、第一片狀電加熱器7、第一熱電偶組8、受壓鋼板19、第二熱電偶組10、待測建筑材料18，直流電源2連接第一片狀電加熱器7，溫度數據采集系統3與第一熱電偶組8、第二熱電偶組10相連，開啟第一片狀電加熱器7，直到當第一熱電偶組測取的平均溫度t受壓1與第二熱電偶組測取的平均溫度t受壓2之間的差值(t受壓1－t受壓2)變化浮動小于0.5℃時，開始進行計算受壓鋼板的熱損失p鋼板損失，計算公式如下：

其中：p0是直流電源輸出功率，s試樣是待測建筑材料與受壓鋼板接觸的面積，λ鋼板是受壓鋼板的導熱系數，d鋼板是受壓鋼板的厚度；計算過程在連接溫度數據采集系統的計算機中完成，并繪制t受壓1與p鋼板損失的關系曲線，擬合出公式p鋼板損失(t)；

步驟二：測量支座的熱損失p支座損失：在實驗臺上，從上到下依次放置待測建筑材料18、第一片狀電加熱器7、第一熱電偶組8、支座17、第二熱電偶組10、受壓鋼板19，直流電源2連接第一片狀電加熱器7，溫度數據采集系統3與第一熱電偶組8、第二熱電偶組相連10，開啟第一片狀電加熱器7，直到當第一熱電偶組測取的平均溫度t支1與第二熱電偶組測取的平均溫度t支2之間的差值(t支1－t支2)變化浮動小于0.5℃時，開始進行計算支座的熱損失p支座損失，計算公式如下：

其中：p0是直流電源輸出功率，s試樣是待測建筑材料與受壓鋼板接觸的面積，λ支座是支架的導熱系數，d支座是支座的厚度；計算過程在連接溫度數據采集系統的計算機中完成，并繪制t支2與p支座損失的關系曲線，擬合出公式p支座損失(t)；

步驟三：裝配第一受壓試樣：依據實驗室建筑材料含水率的測量方法，確定待測建筑材料的含水率，然后，在支座17上按從下到上順序依次放置待測建筑材料18、受壓鋼板19，四根支座螺桿20應貫穿于受壓鋼板19，在每根鋼螺桿的頂端，從上到下依次設置支座螺母21、第一墊片22、彈簧23、第二墊片24、壓力傳感器25，擰緊支座螺母21，從而壓縮彈簧對受壓鋼板施壓，四根鋼螺桿依次進行，觀察壓力傳感器，直至滿足實驗所需的壓力；

步驟四：選取一塊與步驟三中待測建筑材料的尺寸完全相同的待測建筑材料，重復步驟三，裝配第二受壓試樣11；

步驟五：測量待測建筑材料的導熱系數λ：在固定支架上，從上到下依次放置支架板4、隔熱板5、第一對比試樣6、第一片狀電加熱器7、第一熱電偶組8、第一受壓試樣9、第二熱電偶組10、第二受壓試樣11、第二片狀電加熱器12、第二對比試樣13、絕熱板14；直流電源2與第一片狀電加熱器7、第二片狀電加熱器12相連接；溫度數據采集系統3與第一熱電偶組8、第二熱電偶組10相連；四根主體螺桿貫穿于支架板4，并擰緊主體螺桿15頂部的螺母16，開啟第一、第二片狀電加熱器，直到當第一熱電偶組測取的平均溫度t實1與第二熱電偶組測取的平均溫度t實2之間的差值(t實1－t實2)變化浮動小于0.5℃時，開始進行計算待測建筑材料的導熱系數λ，計算公式如下：

其中：p0是直流電源輸出功率，d試樣是待測建筑材料的厚度，s試樣是待測建筑材料與受壓鋼板接觸的面積，λ支座是支架的導熱系數，d支座是支座的厚度，λ鋼板是受壓鋼板的導熱系數，d鋼板是受壓鋼板的厚度。