Лабараторные работы(практикум)

По форме и внешнему виду ТИМ бывают:

1)

штучные (плиты, блоки, кирпич, цилиндры, полуцилиндры,

сегменты);

2)

рулонные (маты, полосы);

3)

шнуровые (шнуры, жгуты);

4)

сыпучие и рыхлые (вата минеральная, стеклянная, вспученные

перлит и вермикулит).

По виду сырья ТИМ делят на:

1)

неорганические (минеральная и стеклянная вата, ячеистые бе-

тоны, материалы на основе асбеста, керамические и др.);

2)

Н

органические (древесноволокнистые и древесностружечныеУ

плиты, торфяные плиты, материалы из пластмасс и др.);

3)

комбинированные, состоящие из органического и неорганичеТ-

ского сырья (фибролит, арболит, минеральные волокна с органиче-

ским связующим).

й

По средней плотности ТИМ делят на марки:

1)

особо легкие (ОЛ): 15, 25, 35, 50, 75, 100;

2)

и

Б

легкие (Л): 125, 150, 200, 250, 300;

3)

тяжелые (Т): 400, 450, 500, 600.

оразл

По теплопроводности

чают 3 класса ТИМ:

1)

низкой теплопроводности – А (меньше 0,058 Вт/(м С);

2)

средней теплопроводности – Б (0,058 …0,116 Вт/(м С);

3)

повышенной тепл п

в дн сти – В (не более 0,175 Вт/(м С).

и

Теплотехн ческ е характеристики некоторых ТИМ приведены в

воздушных

табл. 13.1.

Важнейшим свойством ТИМ является пористость, от которой за-

висят средняязплотность, теплопроводность, прочность, газопрони-

цаем сть и другие свойства. Важное значение имеют распределение

пор в материале, характер пор, химический состав, мо-

Р

л кулярное строение каркаса и условия применения ТИМ.

пТеплопроводность является главной характеристикой теплоза-

щитных свойств материала. При равной пористости более высоки-

еми теплоизоляционными свойствами обладают материалы, имею-

лоты конвекцией и излучением. Это особенно важно учитывать при

выборе материалов для высокотемпературной изоляции. Увлажне-

ние и тем более замерзание воды в порах материала ведут к резкому

увеличению теплопроводности, так как теплопроводность воды

(0,58 Вт/(м С))

примерно в 25 раз, а льда

(2,32 Вт/(м С)) – в

100 раз больше, чем воздуха. Поэтому ТИМ необходимо предохра-

У

нять от увлажнения. Прочность ТИМ вследствие их пористого

строения относительно невелика. Предел прочности при сжатии

обычно колеблется от 0,2 до 2,5 МПа. Требуется, чтобы прочност-

ные характеристики ТИМ были достаточными для их сохранности

Н

при транспортировании, складировании, монтаже и работе в кон-

кретных условиях эксплуатации.

Б

Химическую и биологическую стойкость ТИМ повышают примеТ-

нением различных защитных покрытий и обработки антисептиками.

Применение ТИМ в строительстве позволяет резко снизить мас-

щений.

зданий

су конструкций, затраты на сооружение

, уменьшить потреб-

ность в основных строительных материалах, сократить потери теп-

ла в окружающую среду через

ограждающие

конструкции и тем

самым уменьшить расход топлива, повыс ть комфортность поме-

р

Весьма эффективным является

спользован е ТИМ для изоля-

о

ции тепловых агрегатов, технологической аппаратуры и трубопро-

водов. В холодильной пр мышленности ТИМ применяют для

т

хлаждение.

уменьшения затрат энергии на

В табл. 13.1

приведены

сн вные физико-технические характе-

ристики наиболее эффек

вных

еплоизоляционных материалов.

з

Т а б л и ц а 13.1

№

Наименование

плотность

ность в сухом

тость

плотность

Физико-технические характеристики теплоизоляционных материалов

п

Средняя

Теплопровод-

Порис-

Истинная

материала

материала

состоянии λ,

П, %

вещества

Р

ρо, кг/м3

Вт/(м С)

ρо, кг/м3

1

2

3

4

5

6

1

П нополистирол

20…35

0,04…0,05

99…97

1060

е

2 Минеральная вата

150…250

0,05…0,075

94…90

2500

3

Пеногипс

250…400

0,07…0,095

98…90

2450

292

1

2

3

4

5

6

4

Пеностекло

180…350

0,065…0,09

95…98

2500

5

Газосиликат

250…400

0,07…0,105

90…85

2550

6

Пенополистиролбетон

250…350

0,065…0,095

80…70

1250

7

Керамзитобетон

500…600

0,14…0,16

77…65

2200

Задания

У

Задание 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК И ВЛАЖНОСТИ

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Т

К структурным характеристикам теплоизоляционных материа-

лов относятся их средняя и истинная плотность, пористость, насып-

ная плотность и пустотность (для сыпучих материалов).

Н

Приборы и материалы

1. Весы технические.

Б

2. Штангенциркуль.

3. Образцы теплоизоляционных матерйалов (ячеистый бетон, пе-

нополиуретан, жесткая мине альная пл та, пенополистирольный пе-

нопласт).

и

рдика испытаний

Ме

Определен

е пло

и материала сводится к нахождению мас-

сы сухого

нос

его объема в естественном состоянии. Масса

т

образца определяется взвешиванием на технических или аналити-

ческих весах с точностью до 0,01 г. Объем образца рассчитывается

и

по линейным размерам, измеренным с помощью штангенцирку-

ля. Определив плотность материала и зная плотность вещества

образца

(табл. 13.1), рассчитывают пористость испытываемых ТИМ:

его

п

о

П 1

100% ,

(13.1)

где ρо средняя плотность материала, кг/м3;

Р

ρ истинная плотность материала (плотность вещества), кг/м3.

293

Определение влажности

материала проводится согласно

ГОСТ 12730.0-78 и сводится к определению массы влажного образ-

ца. Масса сухого образца определяется предварительно до его по-

мещения во влажную среду. Эта величина должна быть зафиксиро-

вана на образце или в журнале лабораторных испытаний. Влаж-

ность вычисляется по формуле

W

mв mс

100 , %

(13.2)

mc

Т

Н

У

где m в, m с – соответственно масса в г образца во влажном и в сухом

состоянии.

Б

3

Результаты испытаний

Результаты испытаний по определению средней плотности и

влажности ТИМ заносят в табл. 13.2.

Среднюю плотность теплоизоляционных материалов вычисляют

и

с точностью до 0,1 кг/м . Истинную плотность вещества испытан-

ных ТИМ принимают по табл. 13.1. Пор стость вычисляют по фор-

р

муле (13.1) с точностью до 0,1 %. Влажностьйопределяют по фор-

муле (13.2) с точностью до 0,1 %.

о

Т а б л и ц а 13.2

т

Результаты определения структурных характеристик

влажн сти ТИМ

Наиме-

з

Л ней-

Объем

Плотность ρ, кг/м3

Порис-

Влаж-

№

нование

обра -

ные раз-

образ-

тость,

ность,

1

о

3

средняя

пп

ТИМ

ца, г

меры, см

ная

%

%

ца, см

и

1.

Сухие бра цы

1

п

2

е

бразцы

2.

Влажные

Р

2

294

Одним из важных свойств теплоизоляционных материалов явля-

ется теплопроводность – способность материала пропускать через

Н

себя тепло от одной поверхности к другой при наличии перепадаУ

температур.

Б

Теплопроводность материала оценивается количествомТтепла,

проходящим через образец из этого материала толщиной 1 м, пло-

щадью 1 м2 за 1 час при разности температур на противоположных

й

плоскопараллельных поверхностях образца в 1 С:

и

λ

Q a

,

(13.3)

F t

t

τ

а – толщина с енки ма ериала, м;

1

о

2

где (t2 t1) – разность темпе атур, С;

τ – время прохождения тепла, ч;

водности, меющтеплай размерность Вт/(м С).

Q – количество

, п х дящее через материал, Дж;

енки

, равная 1 м2.

F – площадь с

Показателем еплопроводности служит коэффициент теплопро-

з

о

Приборы и материалы

п

1. Электрический сушильный шкаф с температурой нагрева до

240 С и регулятором температуры.

Р

2. Весы электронные 9026 ВН-3Д13.

3. Секундомер.

4. Измеритель теплопроводности строительных материалов ИТ-1.

е5. Вазелин технический.

Методика испытаний

Измерение теплопроводности материала производится с помо-

щью теплового цилиндрического зонда постоянной электрической

мощности нагрева для изменения его температуры. Метод опреде-

ления теплопроводности основан на принципе регулярного режима

У

и устанавливает зависимость температуры помещенного в материал

нагреваемого зонда от температуры окружающего его материала за

определенный интервал времени.

Величину теплопроводности определяют расчетным путем по

результатам измерений.

Н

1. Проведение испытаний. Испытываемые образцы высушива-

Б

ют в сушильном шкафу при t = 100 С до постоянной массы. ЗатемТ

подготавливают прибор ИТ-1 к работе. Для этого включают его в

сеть, прогревают в течение 5-ти минут и вставляют зонд прибора-

й

теплоизмерителя в отверстие в центре образца-куба, предваритель-

но смазав корпус зонда техническим вазелином для надежности

и

термического контакта с материалом. Схема прибора приведена на

рис. 13.1.

р

соответствующие

На табло прибора индицируются показан я R,

температуре (в условных единицах) с еды спытания в начальный

о

момент времени τо, которые фикси уются в таблице для записи ис-

пытаний.

т

и

п

з

е

оРис. 13.1. Схема прибора для определения теплопроводности:

1 – ис ытуемый образец; 2 – зонд-измеритель тепла; 3 – нагревательный элемент;

Р

Одновременно с пуском секундомера включают нагревательный

элемент зонда. Нагрев производят в течение 6-ти минут, фиксируя по-

казания температуры Ri в момент времени τ1 = 2; 2,5; 3; 4; 5; 6 минут.

После снятия показаний измеритель отключают. Следующий за-

мер может быть осуществлен не ранее чем за 30…40 мин до полно-

го остывания зонда и образца. Для получения достоверных резуль-

татов проводят три измерения.

Принцип регулярного режима при использовании теплового ци-

линдрического зонда постоянной мощности предусматривает, что

изменение температуры зонда во времени подчиняется экспоненци-

альному закону. В связи с этим для расчета теплопроводностиУис-

пользуется формула

Т

n n / m

А

,

Н

(13.4)

Rm Rn

где λ – теплопроводность, Вт/(м С);

Б

А – аппаратурный фактор пр бора, зав сящий от условий испы-

таний, температуры в начале

спытан , в

да материала с зондом;

τn, τm – фиксированные отсчеты в йемени в минутах, выбираются

при условии τn

/ τm = 2;

и

Rm, Rn – фиксированные темпе ату ы в условных единицах.

Для фактических

в с учетом неизбежных погрешностей

р

опыта определяют среднеарифметическое значение R по трем па-

раметрам

нных измерений:

о

R m Rn

1

ра1счет

R4 R 2,5 R5 R3 R6 .(13.5)

3

; R i

R 2

3

фиксирова

Величиназаппаратурного фактора рассчитывается по формуле

о

А = Rо(К + Сρ),

(13.6)

п

где Rо – температура среды материала (в условных единицах) в на-

Р

К удельная мощность нагрева зонда, зависит от начальной тем-

пературы, определяется по графику К = f (t) (рис. 13.2) (пример оп-

ределения величин R и К приведен под рисунком);

коэффициент теплообмена в зоне контакта (Вт/(м2/ч), для пено-

пласта, газосиликата (пеногипса) и керамзитобетона в сухом состоянии

соответственноравен 0,0000175, 0,0000365и 0,000451Вт/(м2/ч);

С удельная теплоемкость, для пенопласта, газосиликата (пено-

гипса) и керамзитобетона соответственно равна 1,34, 0,84 и

0,84 кДж/ (кг С));

Т

У

средняя плотность исследуемых образцов ТИМ в сухом со-

стоянии в кг/м3, определяется в задании № 1.

Н

Б

й

и

т

р

и

Рис. 13.2. Граф к определеноя величины К в зависимости от величины R

2. Пример определен я величины К в зависимости от Rо.

t = f (R) точкев В. Из т. В проведем линию, параллельную оси К, до

Имеем значение R = 526 у. е., снятое при показаниях прибора ИТ-1

в процессе и мерений. Отложим это значение на оси абсцисс R в

п

соответствующемзмасштабе (точка А). Проведем линию, парал-

лельную

си рдинат t, С, до пересечения с прямой зависимости

п р с ч ния с графиком функции К = f (t) в т. С. Опустив перпен-

Р

дикуляр из т. С на ось абсцисс К, получим численное значение К,

Rо K c

n n

/ m

,

(13.7)

1/ 3

Ri 103

где n n / m = 0,693.

У

Т

За теплопроводность материала принимают среднее арифмети-

ческое трех значений.

Н

Результаты испытаний

Б

13.3

Т а б л и ц а

Результаты измерений и теплофизические характеристики ТИМ в

сухом состоянии

№

Показатели, обозначения и ед н цы

Образцы материала

пп

измерения

времени

1

2

3

1

2

3

1

2

3

й

1

Температура среды испытания

начальный момент времени R в

условных единицах

и

2

Температура среды испытания Ri в

τ2= 2,5 м н

счет

τi

фиксированный

соответственно при:

τ0= 0 мин

о

τ1= 2 м н

з

τ3= 3 м н

оi

τ4= 4 м н

τ5= 5 мини

п

τ6= 6 мин

3

Фиксир ванные измерения темпе-

е

ратуры в условных единицах

(1/3 ∑ ∆ R 103)

Р

4

Те лопроводность λ, Вт/(м С)

5

Среднее значение теплопроводно-

сти λ, Вт/(м С)

299

Известно, что на теплопроводность материала значительное

влияние оказывает его влажность: влажные материалы более тепло-

проводны по сравнению с сухими. Это объясняется тем, что тепло-

проводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха. Имен-

Т

но вода, находящаяся в порах материала в парообразном или жид-

У

ком состоянии,

способствует более интенсивной передаче тепла от

Н

поверхности изделия с более высокой температурой к поверхности

с более низкой температурой.

Приборы и материалы

й

1. Весы электронные 9026 ВН-3Д13 с разновесами.

2. Секундомер.

испытаний

Б

3. Прибор-измеритель теплопроводности ИТ-1.

4. Вазелин технический.

пр

5. ОбразцыисследуемыхТИМ(по3шт.)размерами150х150х150мм.

жат образцы (по 3 шт.)

з

газосиликата.

Методика

тепл

в дности образцов исследуемых

Методика определения

материалов аналогична

писанн й в задании 2. Испытаниям подле-

и

з

Величину теплопроводнос и определяют расчетным путем по

результатам и мерен й

с учетом величины влажности образцов.

Для

определен

я вл

ян я влажности на теплопроводность мате-

риала в сп ль уемся данными по плотности и влажности образцов,

полученными

в

адании 1.

Схема ис ытательной установки и очередность операций по оп-

ределению

те лопроводности аналогична описанной в задании 2.

Посл довательность замера показаний температуры R и время за-

Р