Способ определения теплопроводности гранул сыпучих материалов

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕШ10ПРОВОДНОСТИ ГРАНУЛ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ, включающий Зсшивку пространства между гранулами быстротвердеющим материалом , отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения теплопроводности сыпучего материала путем полного заполнения межгранульного пространства связующим, заливку производят парафином , -нагретым для достижения необходимой подвижности, причем для полного обволакивания поверхности гранулы перед, заливкой нагревают до 3035 С , после отвердевания полученной , композиции определяют объемные содержания гранул и парафина, а затем находят коэффициент теплопроводности сыпучего материала по формуле 3( . ( м )(. где Д - коэффициент теплопроводности гранул сьшучего материала, Вт/м К; , - коэффициент теплопроводности парафина в твердом составе,. Вт/м «К А - коэффициент теплопроводности композиции парафина и гранул сыпучего материала, Вт/м-Ki - объемное содержание гранул (Л в композиции, доли единиц, с определяемое из выражения Р«..-Р V - с композицией,. где Рфх - масса формы кг; Од Рфэ масса формы, заполненной СА) сыпучим материалом, кг-, 1C УП объемная масса парафина, СО 00 определяемая заранее до заливки , Vn - объем композиции, м.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 4рц, G 01 Й 25/18

4 л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (1 с

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3599665/24-25 (22) 02.06,83 (46) 23.06.85. Бюл. ¹ 23 (72) Л,Н. Ким, В.P.Õëåâ÷óê и И.Н.Бутовский (» ) Научно-исследовательский институт строительной физики Госстроя СССР (53) 536.6 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 476493, кл . G 01 И 25/18, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 586375,кл ., G 01 N 25/1 8,1 977 (прототип). о (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГРАНУЛ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ, включающий з.ливку пространства между гранулами быстротвердеющим материалом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения теплопроводности сыпучего материала путем полного заполнения межгранульного пространства, связующим, заливку производят парафином,"нагретым для достижения необ- ходимой подвижности, причем для полного обволакивания поверхности гранулы перед заливкой нагревают до 3035ОС, после отвердевания полученной композиции определяют объемные содер-, „„SU„„1163233 A жания гранул и парафина, а затем находят коэффициент теплопроводности сыпучего материала по формуле л, л„ /ч„-s „(v„-u„) (л,- Äj(u- u„j л,uÄ гце 3+ коэффициент теплопроводности гранул сыпучего материала, Вт/м К;

" коэффициент теплопроводности

fl парафина в твердом составе,.

Вт/м лК <

1к " коэффициент теплопроводности композиции парафина и гранул сыпучего материала, Вт/м К, Чл„ вЂ” объемное содержание гранул в композиции, доли единиц, определяемое из выражения

Р „- рф, 3 и "к где Р „- масса формы с композицией,. кг; р э - масса формы, заполненной сыпучим материалом, кг; — объемная масса парафина, определяемая заранее до эаливкил кг/м

Чк — объем композиции, мЗ.

1163233 где

Hm1 9

НАл

А„, л,„ число членов, определяемое числом интервалов распределения по вертикалям размеров гранул материала и размеров эпоксидной смолы, находящейся между гранулами размер гранул материалов и размер затвердевшей эпоксидной смолы, находящейся между гранулами средняя пустотность слоя, определяемая до заливки эпоксидной смолой; коэффициент теплопроводности газовой среды и гранул материала; степень черноты поверхности материала; постоянная Стефана-Вольцмана, температура, К;

Изобретение относится к строительству, а именно к способу определения теплофизических свойств строительных материалов, и может найти применение при проектировании и подборе оптимального состава бетона для наружных ограждений.

Известен способ определения теплофиэических свойств материалов, имеющих неправильную форму (гранулы,кусковые материалы), основанный на калориметрических измерениях тепловых потоков с поверхности образца и температуры в различных точках 11).

Однако этот способ позволяет определить теплопроводность только отдельной гранулы без учета влияния взаимного расположения и контакта между гранулами сыпучего материала.

Наиболее близким к изобретению . по технической сущности и достигаемому результату является способ (2) определения коэффициента эффективной теплопроводности сыпучих материалов путем заливки слоя сыпучего материала быстротвердеющей эпоксидной смолой, определения распределения размеров гранул и эпоксидной смолы между гранулами и коэффициента эффективной теплопроводности по формуле — индекс суммирования, величина, определенная по формуле

Н„.

ni mi

Однако известный способ позволяет определять только эффективную теплопроводность засыпки, которая

10 отличается от истинной теплопроводности сыпучего материала. В то же время при подборе состава бетона и прогнозирования его свойств необходимо знать теплопроводность

15 компонентов, в том числе гранул заполнителя. Материалы типа эпоксидной смолы из-за большой вязкости плохо заполняют межгранульное пространство сыпучих материалов, осо20 бенно для фракции меньше 20 мм. Кроме ого, характеристики эпоксидной смолы, такие как плотность и теплопроводность, меняются в зависи— мости от условия отвердевания и

25 сложно заранее прогнозировать их свойства. Для заливки используется материал только одноразового пользования.

Белью изобретения является повы30 шение точности определения теплопроводности сыпучего материала путем полного заполнения межгранульного пространства связующим.

Указанная цель достигается тем, что при способе, в котором пространство между гранулами заливают быстротвердеющим материалом, заливку производят жидким парафином, нагретым до температуры 55-б0 С, 40 причем для полного обволакивания поверхности гранулы перед заливкой нагревают до 30-35 лС, после отвердевания полученной композиции определяют объемные содержания гра45 нул и парафина,а затем находят коэффициент теплопроводности сыпучего материала по формуле л.л, v„-z, (v„-ч„) (л„-л,)(1/й),л,v где Л1лл — коэффициент теплопроводности гранул сыпучего ма55 териала, Вт/м К; — коэффициент теплопроводности парафина в твердом состоянии, Вт/м.К;

1163233

Л „— коэффициент теплопроводности композиции парафина и гранул сыпучего материала, Вт/м.К; / — объемное содержание гранул в композиции, доли единиц, определяемое из выражения

10 где P — масса формы с композицифх ей, кг;

Р— масса формы, заполненной сыпучим материалом, кг;

15 уп — объемная масса парафина, определяемая заранее до заливки, кг/м

3. объем композиции, м

Температура заливаемого парафина выбрана из следующих условий, Заливаемый парафин должен обладать такой подвижностью, которая обеспечивает полное заполнение межгранульного пространства и исключает затекание жидкого парафина в поры гранул. Для этого необходимо, чтобы температура заливаемого парафина была выше температуры начала отвердевания, но ниже той температуры, 30 при которой происходит затекание жидкого парафина в поры гранул.

Оптимальная температура заливаемого парафина, обеспечивающая указанные условия, 55-60 C. 35

Температура гранул в момент заливки парафином выбрана из следующих условий:

Температура гранул должна быть такой, чтобы парафин обволакивал всю поверхность гранул и при отвердевании его на границе гранул и парафина не образовывались воздушные пузырьки. Для этого необходимо, чтобы средневзвешенная температура ком- g3 позиции t, гранул и парафина в начальный момент после заливки была ниже температуры t 0 начала отверотв отв девания и выше температуры t конца отвердевания, т.е. SO

Оптимальная температура Сг гра- 55 нул, обеспечивающая укаэанные условия при температуре заливаемого парафина t„=55-60 С, составляет 30-35 С.

В качестве заливочного материала проверены три вещества: битумная смола, парафин и пластилин, Оказалось, что разогретая битумная смола. плохо заполняет межгранульное пространство, требует большого расхода электроэнергии для разогрева, отвердевшая смола прилипает к стенкам формы,что затрудняет распалубку образца и его многократное использование. Пластилин, обладающий низкой температурой плавления, в отвердевшем состоянии характеризуется черезмерной податливостью и изменчивостью плотности, что затрудняет его использование в качестве заливочного материала.

Парафин, обладающий также низкой температурой плавления и необходимой твердостью в отвердевшем состоянии, достаточной для полного заполнения межгранульного пространства, подвижностью в жидком состоянии, стабильностью свойств при многократном расплавлении и отвердевании, наиболее оптимален из всех проверенных материалов.

При предложенном способе заливка межгранульного пространства производится быстротвердеющим материалом с заранее известной теплопроI водностью с той целью чтобы опредеУ лить теплопроводность гранул по известным значениям теплопроводности заливочного материала и композиции. Объемное содержание гранул V» равное 1-7„ {где V объемное содержание парафина), использовано в расчетной формуле для удобства при вычислении.

Пример. Определение коэффициента теплопроводности керамзита фракции 10-20 мм Лианозовского завода. °

Сборная форма емкостью 3125 см засыпается до краев высушенным до постоянного веса исходным сыпучим материалом (керамзитом фракции 1020 мм ). Форму с заполненным керамзитом взвешивают, подогревают до

35 С, закрывают крышкой и через воронку заливают жидким парафином, нагретым до 57 С. После отвердевания .парафина форму с полученной композицией взвешивают и определяют долю объема гранул сыпуl 163233

Рф -9

К 3 5)

У„Чк

Составитель В.Гусева

ТехредЖ,Кастелевич Корректор E.Рошко

Редактор И. Николайчук

Заказ 4098/43 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 чего материала керамзита.) из выражения где U — доля объема гранул в компоФ зиции, доли единиц;

P — масса формы с композицией, фк кг;

Рф — масса формы, заполненной сыпучим материалом, кг; у„ - объемная масса парафина, кг/м ;

U — объем композиции, м, равз к ный емкости формы.

В данном примере Рф„=11,275 кг;

Рф> =10,110 кг; у„=935 кг/м ;

=3,125.10 м . Тогда доля объема гранул Ч керамзита в композиции, полученная из выражения l5), равна 0,60.

Доля объема парафина V соответствующая лустотности tr засыпки, равна

V П = 1Ч„., (6) В данном примере 4„=n=0,40.

Пустотность 1 засыпки из того Зр же керамзита, полученная по ГОСТ

9758-68, равна 0,39, т.е. отличается от значения пустотности и, полученного парафинированием, иа 2,57.

Это свидетельствует о том, что при предложенном способе межгранульное пространство полностью заполнено парафином, а доля затекшего в поры гранул ничтожно мала по сравнению с объемом засыпки и пустот, 4 следовательно, температуры заливаемого парафина и гранул выбраны наиболее оптимальными.

По ГОСТ Г076-78 определяют коэффициент теплопроводности композиции, В данном примере Л равен 0,198

Вт/м К.

По формуле (3 ) определяют коэф. фициент й„, теплопроводности сыпучего материала (гранул кер амзит а фр акции 10-20 мм), Лщ=0,15 Вт/м.К.

При этом использован парафин с коэффициентом теплопроводности в твердом

-состоянии 0,28 Вт/м К.

С помощью предложенного способа определены коэффициенты теплопроводности керамзита и шлаковой пемзы различной плотности.

Использование способа обеспечивает более точное определение теплопроводности гранул сыпучих материалов, используемых в легком бетоне, что позволяет выбрать наиболее оптимальный его состав, снизить материалоемкость, а также повысить теплозащитные качества наружных ограждений из легкого бетона. Коэффициент теплопроводности гранул сыпучего материала, полученный предлагаемым способом, отличается от эффективного коэффициента теплопроводности засыпки, полученного известным способом, на 30-40Х в зависимости от типа материала и фракции.

Используемое при предлагаемом способе вещество для заливки предназначено для многократного применения, что позволяет экономить материал при проведении эксперимента.

Простота оборудования позволяет проводить испытания по предлагаемому способу в условиях заводской лаборатории и с достаточной точностью определять теплопроводность гранул при подборе и проектировании состава бетона.