Способ определения влажностных характеристик строительных материалов
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ , заключающийся в создании регистрируемой разности парциальных давлений водяного пара по торцам образца и измерении потока масйы пара, попадающего в образец, о тл и ч а ю щ и и с я тем., что, с целью сокращения времени определений , измеряют поток массы пара, выходящего из образца.
„„SU„„1041907
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
3(д) G 01 N 7/14; G 01 N 15/08
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/, -.::./
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3396539/25-26 (22) 22.02.82 (46) 15.09.83. Бюл, У 34 (72) О.В.Нирлин (71) Научно-исследовательский институт строительной физики Госстроя СССР(53) 543.712(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
Р 705304, кл. G 01 N 7/10, 1979.
2. авторское свидетельство СССР
9 373587, кл. 6 01 Н 5/04; 1973.
3. Квтордкое свидетельство СССР
Р 336570, кл. G 01 N 7/10, 1972.
4. Методика определения влажностных характеристик строительных материалов. НИИСП Госстроя УССР, Киев, изд.1970, с.4-7. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЛЫКНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в создании регистрируемой разности парциальных давлений водяного пара по торцам образца и измерении потока массы пара, попадающего в образец, о тличающи.йся тем., что, с целью сокращения времени определений, измеряют поток массы пара, выходящего из образца.
1О419О7
Изобретение относится к строительной физике, а именно к определению влажностным характеристик строительных материалов (коэффициентов сорбции, паропроницаемости и диффузии). 5
Известен способ определения сорбционной способности пористого образца путем выделения из него адсорбированного газа под воздействием ультразвукового поля 1 . . 10
Известен способ определения коэффициента диффузии в.полимерах, который основан на изменении резонансной частоты кварцевого резонатора в зависимости от коэффициента диффу, зии Г2 3.
Известен способ определения коэф фициента диффузии газов в ячеистом бетоне, основанный на замере распределения концентраций газа поперек образца испытуемого материала 533.
Недостатком указанных известных способов является невозможность совместного определения коэффициента сорбции, паропроницаемости и диффу25 зии, .что приводит к увеличению длительности процесса экспериментального определения влажностных характеристик материалов, и, следовательно, к снижению производительности и удорожанию процесса определения укаэанных характеристик.
Наиболее близким к предлагаемому способу является эксикаторный метод определения влажностных характерис- 35 тик.
Сущность эксикаторного метода заI ключается в том, что образцы исследуемого материала, высушенные в бюксах до постоянного веса, помещают в эксикаторы над водными растворами серной кислоты или глицерина различной концентрации. Бюксы с. образцами периодически взвешивают до достижения имн постоянного веса, что означает установление равно- весной влажности в образце, по которой определяют коэффициент сорбции (4 ).
Сущность определения коэффициента паропроницаемости и коэффициента диффузии заключается в создании фиксируемого градиента водяного пара поперек образца и регистрации фильтрационного потока пара I, попадающего в образец до наступления 55 стационарного режима влагопереноса I„ = const.
K недостаткам указанных методик относятся дороговизна и низкая производительность экспериментального 6О определения влажностных характеристик,во-первых, из-эа невозможности. совместного. определения коэффициентов сорбции, паропроницаемости и . дифФузии, во-вторых, из-за длительности экс11ерименталь ного определения указанных коэффициентов (доходящей до нескольких месяцев), вызванной тем, что .их определение производится- в стационарном режиме влагопереноса.
Цель изобретения — сокращение времени определений. Указанная цель достигается тем, что согласно способу оиределения влажностных характеристик строительных материалов, заключающемуся в создании регистрируемой разности парциальных давлений водяного пара по торцам образца и измерений потока: массы пара, попадающего в образец, производят измерение потока массы пара, выходящего из образца..
На фиг.1 приведена блок-схема устройство для реализации предложенноf
ro способа; на фиг.2 - зависимости от времени потоков пара входящего I ч и выходящего I> из образца испытуемого материала1 на фиг.3 — распределение парциальных давлений водяного пара (концентрацией) поперек образца в процессе диффузии; на фиг.4 — экспериментальные данные по определению влажностных .характе= ристик пеносиликата; на фиг.5 распределение концентраций водяного пара поперек изотропной пластины для различных расстояний у/Ы ; определяемое решением классической задачи теории теплопроводности.
Предлагаемый способ состоит из следующих операций.
По торцам образца 1 устррйством..2 создают перепад парциальных давлений водяного пара Р и Р2, что соотч ветствует заданию концентраций водя-, ного пара хч и х2.
Производят регистрацию потоков . массы водяного пара, попадающего I и выходящего I> из образца 1, с помощью устройств 3 и 4..
Производят экстрополяцию экспериментальных данных Хч и 12 экспонентациальными функциями времени в микропроцессоре 5, Находят общую ассимптоту от функций Хч() и 12 (), являющуюся пото.ком массы йара в стационарном режиме процесса влагопереноса I u сг время достижения этого режима в микропроцессоре 5. . "с
Вычисляют в микропроцессоре 5 коэффициенты сорбции ru, паропроницаемости,и,и диффузии D по формулам." ф\
I ст "ст Д) -- э (а)аа (}
Р
1ст о р(Р «Р ) Гг/M-ч мм рт сто (2) ч,я
11 = ую.щ (м /ч3, (3)
8.. „
1041907 где I„() и 12(i) потоки массы па-. ра входящего и выходящего из об разца, соответственно, г/ч1 вес сухого образ 5 ца, r„. время достижения стационарно-, го режима влагопереноса, ч, 10 поток массы пара при cTclgHQHBpHQM режиме влагопере-. носа, г/чу, - площадь образт . f5 ца, м2у толщина образца, м; разница парциаль», ных давлений во-,2О дяного пара по торцам образца, мм рт.ст..; атмосферное дав» ление, мм рт.ст.а
Плотность массового потока через. торцы образца 7„ и 72 определяют первым законом Фина
Х Зх — -,)Р- (// ) Y/ 0, . бсб I
"ст (4) — D у/о =1 и aR
1= F = E а(у/ где плотность пароЕ воздушной смеси,,,/м э.
D — - коэффициент диффузии M 2/ч .
%= (х-х ) / (х1-х ) — концентрация водяного пара; у/d" — текущая координата;
Градиенты определятся согласно выст
С/"
Р2) ГХХ )1 м 2 ! ЭК 1 2 +я) «р (и
; a(v/d/s/d"=o аМГ (»= ((, Щ ) ( ах 4" """2) гг
, d(v/d /а -1= г Т Q р(2tFP l-М- > -((М() "
Р.
У е мольная плотность паровоздушной смесИ,г/моль/м ;
М - кажущийся молеку- D (.
E лярный вес смеси,- о д2 .где F = — диффузионное число
На фиг.2 показаны области а 6 и з выражений (5) видно, что плот.ь, соответствующие моментам времени - пар. 1 72 ности потоков массы па а яВляются экспонентациалъными функ» зии (1, 2 и (з, а циями времени. на фиг.З - распределение концентра ции водяного пара, соответствующие 35
Таким образом, по нескольким экспериментальным .точкам (Фиг.1),, этим вРеменам. В области а пРоисхо- причем достаточно двух-трех ст оят дит накопление образцов влаги (сорб, экспонентациальные зависимости, иМею. ция), так как отсутствует поток па- . е -а .Щие асснмптОтУ ст сО °
2 d ласти происходит как накоплений 4© I =I (1-ех f -b (Г- V пара образцам, так и его выход из, . 2
Образца.. В Области В процесс накоп фф " нты a1а b1/ С1 ° 2 и 0 .Ления пара заканчивается и вход и . НахоДЯт ПО кооРДинатам экспериМен2 : Система алгебраических уравнений, авенство I1 12=ICY говорит.о том(45 .(6) позволяет найти поток массы па(что процесс сорбции закончился, а процесс диффузии водяного пара .- эии Хс и время достижения этого остижение стационарного периода . ПРОЦесса (ст ТогДа коэффиЦиенты диффУзии - процесс очень длительный.,® Ределяют согласно выражения,, (1)
На фиг.З для примера показано., что .с ационарный процесс диффузии для Связь между „ эфф ц
Связь между коэффициентами парообразца пеносиликата наступает на .характеристик исследуемого матерна- установить следующим образом. Сог:ла производят по нескольким экспе- 55:ласно УРавнению состоЯниЯ газа эа,риментальным точкам на кривых Х„ й(В), и Х f(t ) в областях нестационар- x — (7) ного процесса. диффузии о и в (фиг.2). - at р У дейбтвителъно две-три эксперимен-, где х - молъная доля пара в паровозталъные точки определяют кривые ЕО душной смеси;
Х1((/) и Х2(i) . Кроме того, известен Р - парциалъное давление водяхарактер этих кривых — они экспонен- ных паров, мм рт.ст. у ты. К этому результату приводит рас i - полное давление смеси, равсмотрение задачи о диффузии через ное барометрическому, изотропную. пластину.. мм рт.ст..1041907
Записав плотность массового потока пара, как (г/м ° o 2, Р. Р 2 р
У О 7
Ж 10 раз.
Боа О, 07
В качестве примера. рассмотрим определение влажностных характеристик пеносиликата (Фиг.3).
Удельный вес.нейосиликата g, кг/м 1200
Толщина образца а/Ор мм 31,5
0,095
0,007088
Диаметр образца, м
Площадь образца F м
Вес сухого образца, ©o6p . Температура сре(воэдуха) оС
Средняя относитель.ная влажность воздуха за время опытов Мр Ъ.
Плотность водяного пара р р кг/МЭ
Молекулярный вес пара, М,, г моль
Плотность воздуха ре, кг/м
267,93
50
0,0180Я
18,016
Молекулярный вес воздуха .МВ рг моль
"Средйяя упругость во" дяного пара в приборе Р., мм рт.ст.
28,8
17,6 и 3 =* -Пр - и — — - (моль/м .ч) мх. - х
Е d" получим выражение (3), в котором е М® и М „ » молекулярные веса. воздуха и пара, соответственно, г/моль| м =M>fl-õ)+ì .х - кажущийся молеку-. лярнйй вес смеси г/моль. Время 2 наступления процесса стационарной диффузии можно оценить "из рассмотрения задачи о,уффуэии пара через изотропную йластину. . На Фиг.4 показано распределенйе концентраций пара в .различных сечениях пластины (у/р4. в зависимости от времени (Гр) . Видно, что стационарное состояние наступает при чис:лах F+„ 0,7. При F 2 0,07 уже можно оценить поток пара 12 выходящий из . образца. Таким образом, определяя влажностные характеристики в нестационарной области процесса диффузии, время экспериментальных работ может быть сокращено s Средняя упругость водяного пара в окружающем воздухе Р2 р мм рт.ст. .8,3 Среднее барометрическое давление Р,мм рт.ст. .763 Толщина воздушного слоя от поверхности . воды в испарительной чашке прибора до нижнего торца образца d" м 0,085 Коэффициент паропроницаемости воздуха))2,., г/м ч мм рт.ст. 0 135 50 + О «244Р (1 /кр/к)0=24 sef(OOO)S -00049(- 40 екр < О 4<44-4)1440)Д = 44,060 г, 55 Количество водяного пара, оставшегося в образце dan=6„-6д=220 914 r -11,968 г 10,946 и. Коэффициент сорбции ке -ек — 1000 4,090. .56 10 946 267,93 Коэффициент сорбции, полученный эксикаторным методом (методом прот" тина) и2. 4,12%. К оэффициент диффузии водяных паров в воз.духе D» c 2,82 -10 Сопротивление паропроницанию воз-. 20 руха в приборе составляет R>z=d+/N8 0 085/0,135=0,63 м2 ° ч-мм рт.ст./rj., аппроксимация экспериментальных данных потоков массы пара I./дР и I2/дР приводит к выражениям 25 I1/d Р=О 2 0035ехр(-0,255 (4)) +0,0019 (г/ч. мм рт.ст. j, (8) I2/d Р=О, 0019(1-exP (-О, 1 (7-6)3J (г/ч мм рт. ст. ) . (9 ) " Количество водяного пара всшед- i шего в образец эа время от i = 2 сут< р до C = 44 сут, вычисляется по Формуле (8) + ф =24 дР (I1/дР) dt =24-9,3 ° О, 0035 " :" "" ? 00255 00255 + O,0019;42 24 9,3 = 22,914 г. Количество водяного пара 6, определяемого по изменению веса испарительной чашки с водой в.приборе, за 44 сут. для опытов 4 =100,8169 - 77,7299 = 23,0879 г. Видно, что совпадение данных. удовлетворительное и не превышает Количество водяного пара, вышедшего из образца эа время от его по- явления (Гр= 6 суток) до С =44 сут 1041907 15 35 Ь i Ñ ф Коэффициент паропроницаемости j Ic àÐ аа" 0.0018 0 0216 F (IQAP) Впе 0 007088-0,0019 0,63 = 0,0102 (г/м ч .-мм рт.ст.) . Здесь член (Ic /àÐ)Rпе учитывает 5 сопротивление паропроницанию толщи:ны воздушного слоя от поверхности воды в приборе до образца.. Коэффициент паропроницаемости, подсчитанный по среднему из четырех опытных точек в стационарном режиме диффузии по способу-прототипу (Х /йР) =0,001878(г/ч.мм рт.сто: 0 001878"О 0315 0,007088-0,0019 0,63 = 0,01 (г/м-ч - мм рт.ст.) . Среднее парциальное давление:водяного пара 02+Р8 171 6+8л2 12 06 мм рт.а . сР 2 2 а Средняя концентрация пара при ° 50% = 0а2. 12 95 0 017. 763 Кажущийся молекулярный вес па-. рогазовой смеси М =28,8(1-0,017)tl8,016 0,017 = 28, 62 (г ° моль ). Мольная плотность парогазовой смеси (— ) (1-0, 017) + (8а-1-) а Х(08017) = 34,15 Весовая плотность парогазовой, смеси р =y< М 28,62 ° 34,15=97.7 (г/M3j. Коэффициент диффузии D — а — а — =0 0780(— )=2 2 10 О 01:763 Гм21 -бам 1 977 (ч J с ) . Из сравнения результатов по величинам коэффициента паропроницаемости воздуха и пеносиликата видно, что они отличаются на порядок, поэтому и величины коэффициентов дифФузии также должны отличаться на порядок. Следовательно, коэффициент диффузии. определен верно. Время, необходимое для определения коэффициента сорбции эксикаторным методом для образца пеносиликата равно.3,5 мес. Время, необходимое для определения коэффициента паропроницаемости равно 44 сут. Время,, необходимое для определения коэффициентов сорбции и паропроницаемости согласно предлагаемому способу равно времени регистрации 2-3 точек потока массы пара, выходящего из образца материала, и для пеносиликата равно 10-12 сут . Таким образом, время эксперимен,тальных работ IIo определению влажностных характеристик пеносиликата сокращается в ° 12 13 раз. Достоинством предложенного способа определения влажностных харак. теристик строительных материалов является возможность одновременного определения коэффициентов сорбции, паропроницаемости, диффузии H значительное сокращение времени проведения экспериментальнЫх работ, что приводит к повышению их производительности и. значительному удешевлению, 1041907 2 < 7 сТ . Pg A_#_g 6 г ЖЮZ4 Дюдояжяиеяьнасщь oieimu oui.Ф 1041907 02 «Ю Ъ р Составктель A. Tàðàcîâ Редактор С. Тимохина Техред В.Далекорей Корректор А. Зимокосов Заказ 7117/43 Тирам 873 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5 «« ю««м Филиал ППП Патент, г. Умгород, ул. Проектная, 4
