Способ определения влажностных характеристик строительных материалов Советский патент 1983 года по МПК G01N7/14 G01N15/08 

4

QD О 1

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.

(4)Ж 1/У

й/г./ Изобретение относится к строител ной физике, а именно к определению влажностных характеристик строительных материалов (коэффициентов сорбции, паропроницаемости и диффузии) .. Известен способ определения сорб циЬнной способности пористого образца путем вьвделения из него адоор Оированного газа под воздействием ультразвукового поля- Известен способ определения коэф фициента диффузии в. полимерах, который основан на изменении резонанс ной частоты кварцевого резонатора в зависимости от коэффициента диффу-, ЗИН С2 }. Известен способ определения коэф фициента диффузии газов в ячеистом бетоне, основанный на замере распределения концентраций газа .поперек образца испытуемого материала Гз . Недостатком указанных известных способов является невозможность сов местного определения коэффициента сорбции, паропроницаемости и диффузии, .что приводит к увеличению длительности процесса экспериментального определения влажностных характеристик материалов, и, следова тельно, к снижению производительности и удорожанию процесса определения указанных характеристик. Наиболее близким к предлагаемому способу является эксикаторный метод определения влажностных характерисСущность эксикаторного метода за ключается в том,- что образцы исследуемого материала, ..высушенные в бюксах до постоянного веса, помещают в эксикаторы над водньми растворами серной кислоты или глицерина различной концентрации. Бюксы с. образцами периодически взвешивают до достижения ими постоянного веса, что означает установление равновесной влажности в образце, по кото рой определяют коэффициент сорбции 4 . , Сущность определения коэффициент паропроницаемости и коэффициента диффузии заключается в создании фиксируемого градиента водяного пара поперек образца и регистрации фильтрационного потока пара IJ, попадающего в образец до наступления стационарного режима влагопереноса I;i const. К недостаткам указанных методик относятся дороговизна и низкая производительность экспериментального определения вяажностных характеристик , во-первых , из-за невозможности совместного.определения коэффициентов сорбции, паропроницаемости и диффузии, во-вторых, из-за длительности экспериментального 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 определения 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 предложенного способа; на фиг.2 - зависимости от времени потоков пара входящего 1 и выходящего 1 из образца испытуемого материала; на фиг.З - распределение парциальных давлений водяного пара (концентрацией) поцерек образца в процессе диффузии; на фиг.4 - экспериментальные данные по определению влажностных .характеристик пеносиликата; на фиг.5 распределение концентраций водяного пара доперек изотропной пластины для различных расстояний у/с/ определяемое решением классической задачи теории теплопроводйости. Предлагаемый способ состоит из следующих операций, По торцам образца 1 устройством.2 создают перепад парциальных давлёНИИ водяного пара Р и соответствует заданию концентраций водя-, ного парах и х. Производят регистрацию потоков массы водяного пара, попадающего Т. и выходящего 12 из-образца 1, с помощью устройств 3 и 4 .Производят -экстрополяцию экспериментальных данных 1 и 1л экспонентациальными функциями времени f.в микропроцессоре 5. Находят общую ассимптоту от функций 1 (IT) . и 12 (tO , являющуюся пото.ком массы fiapa в стационарном режиме процесса влагопереноса 1 время достижения этого режима Т микропроцессоре 5. Вычисляют в микропроцессоре 5 коэффициенты сорбции vJ, паропроницаемости /д, и диффузии D по формуст «-ст JJ CTIcfir-l з(га . о, где I;j(t) и I2(J) - потоки массы пара входящего и выходящего из ой разца, соответст венно, г/ч; . о обр сухого обраэ ца, г; TC - Время достижения стационарного режима влагопереноса, ч) . поток массы пара при стационарном режиме влагопере носа, г/ч;. площадь образт ца, толщина образца, м; (Р;,) разница парциаль ных давлений водяного пара по торцам образца, мм рт.ст.; атмосферное давление, мм рт.ст. fg - мольная плотност паровоздушной CMecrf,г/моль/м ; Мр - кажущийся молеку лярный вес смеси г/моль. На фиг.2 показаны области о, 5 и .. 6 , соответств.ующие моментам времени процесса диффузии f , Т и fj, а на фиг.3 - распределение концентрации водяного пара, соответствующие ,этим временам. В области « происходит накопление образцов влаги (сорб. ция) так как отсутствует поток пара Ig, выходящих из образца. В области 5 происходит как накопление пара образцам, так и его выход из образца. В области ъ процесс накоп. ления пара заканчивается и входящий Лготок пара 1 равен выходящему I.. . Равенство говорит о том 11ЧТО процесс сорбции закончился, а процесс диффузии водяного пара I стал стационарным.. Достижение стационарного периода диффузии - процесс очень длительный. На для примера показано., что .стационарный процесс диффузии для образца пеносиликата наступает на 33 сутки. Вычисление влаж1 рстных :характеристик исследуемого материала производят по нескольким экспе, риментальньоч точкам на кривых 1 f (1; и 12 f(f) в областях нестационарного процесса, диффузии d и & (фиг.2) Действительно две-три эксперимен альные точки определяют кривые и IjCl. Кроме того, известен характер этих кривых - они экспоненты. К этому результату приводит рассмотрение згшачи о диффузии изотропную- пластину.. Плотность массового потока через торцы образца j, и j 2 определяют первым законом Фика ь. . 1 F fe acJ/cO , гдеf- г- плотность паровоздушной смеси, D - коэффициент диффузии, 5(x-X2)/(xv|-X2) концентрация, водяного пара; У/« текущая координата-. Градиенты определятся согласно вы|41« ШПЧ( где F - диффузионно.е число Фурье. Из выражений X5) видно, что плотности потоков массы пара 3 и J2 таляются экспонентациальными функциями времени. Таким образом, по нескольким экспериментальным«точкам (фиг.1), причем достаточно двух-трех, строят э.кспонентациальные зависимости, ассимптоту ICT consti . exp -b-, (T-c, ) +ICT , l-expf-bgCf-ro) . , b, c, b я r Коэффициенты a находят no координатам экспериментгалБных точек I и 2 CncTeiMa алгебраических уравнений. (6) позволяет найти поток массы паpa при процессе стационарной диффузии IQJT и время достижения этого процесса ICT« Тогда коэффициенты сорбции и и паропроницаемос ти уи, определяют согласно выражениям (1) и (2). Связь между коэффициентами паропроницаемости yu, и диффузии D легко установить следующим образом. Сог ласно уравнению состояния газа записываемгще X - мольная доля пара в паровоздушной смеси; парцигшьное давление водяных паров, мм рт.ст.; полное давление смеси, рав-. ное барометрическому, мм рт.ст. Записав плотность массового по тока пара, как RI Рд г/м.ч, и j -DppA.I..S4. моль/м.ч, /получим выргикенив (3), в котором ) М-))х мольная плотность паровоздушной смеси; fe массовые плотнос воздуха и пара соответственно, г/ Mj и , - молекулярные веса-возду и пара, соответственно, г/моль (j(l-x) - кажущийся молек лярный вес смеси г/моль. Время tj. наступления процесса стационарной даффуэии можно оцен из рассмотрения задачи о лриффузи пара через изотропную пластину. На фиг. 4 показа.но распределени концентраций пара в различных сеч ниях пластины (у/с/ в зависимости от времени (Р,) . видно, что стац нарное состоя{|ие наступает при ч лах ,. При Fo2iO,07 уже мо оценить поток пира Ij выходящий образца. Таким образом, определя влажностные характеристики в нес ционарной области процесса диффу время экспериментальных работ мо быть сокращено в . у, 10 раз. 00 В качестве примера рассмотрим ределение влажностных характерис пеносиликата (фиг.3). Удельный вес,пеносиликата f, КГ/МТолщина образца А, мм 31,5 0,095 Диаметр образца, м Площадь образца F, м 0,0070 Вес сухого образца, 267,93 о5р . . Температура среды (воздуха), °С 20 Средняя относитель.ная влажность воздуха за время рпы. тов V, % Плотность водяного пара j , КГ/М 0,0180 Молекулярный вес пара, 18,016 Мд, гмоль Плотность воздуха j, кг/м ; i Молекулярный вес воздуха Wg ,г.моль Средняя упругость водяного пара в приборе Р, мм рт.ст. Средняя упругость водяного пара в окружающем воздухе Р2 мм рт.ст..8,3 Среднее барометрическое давление Рд,мм рт.ст. -763 Толщина воздушного слоя от поверхности. воды в испарительной чаиже прибора до нижнего торца образца сЛ-, м ;. . 0,085 Коэффициент паропроницаемости воздуха /и.., г/м ч . мм рт.ст. 0,135 Коэффициент диффузии . водяных паров в воз.духе Dg, ,82-10 Сопротивление паропроницанию воз-, yxa в приборе составляет 0,085/0,,63 м -ч-мм рт.ст./г) ., АпроксИмаЦия экспериментгшьных анных потоков массы пара li,/4P и 2/лР приводит к выражениям .,,0035ехр -0,255(Т-4) +0,001 г/ч-мм рт.ст.,(8) ,0019{l-expC-0,l(T-6)J г/Ч-мм РТ.СТ.3.(9)V. Количество водяного пара, вошед-i. его в образец за время от f 2 сут« о Т 44 сут, вычисляется по форуле (8) 44 24 лр| ( /ДР) -9,3 -О, 42) 1..8+0,255.-2 I. 1 -е-(0,2550,255 J 0,0019М2-24-9,3 22,914 г. Количество водяного п.ара а , опеделяемого по изменению веса испаительной чашки с водой в приборе, а 44 сут для опытов ё 100,8169 - 77,7299 23,0879 г. Видно, что совпадение данных довлетворительное и не превышает %. Количество водяного пара, вышедего из образца за время от его повления (Т0 6 суток) до С 44 сут f 2 -9,3Jo,00«(44-()6 . -0,0(И9{- -fOexp t-0,f (44-6;j+fO || ГГ,%8г. Количество водяного пара, оставегося в образце ,914 г -11,968 г 10,946 в. Коэффициент сорбции u, fi-. 4,09%. обр 267,93 Коэффициент сорбции, полученный ксикаторным методом (методом протг ипа) UJ.S 4,12%.

Коэффициент паропроницаемости

.,JIcT/AP)cA 0,0019 0,0315 (1/ДР)- Rp 0,007088-0,,63

0,0102 fr/м-чгмм pT.CT.j.

. Здесь член (Icr/dP) учитьшает сопротивление паропроницанию толщи;ны воздушного слоя 6т поверхности воды в приборе до образца.

Коэффициент паропроницаемости, подсчитанный по среднему из четырех опытных точек в стационарном режиме диффузии поспособу-прототипу

(),001878 г/ч-мм рт.ст}:

ц 0.001878.-0,0315 0,007088-0,0019О, 63

0,01 г/м-ч - мм рт.ст,2 .

Среднее парциальное давление водяного пара ,

р Pj±Pl i2x|±8 12,95 мм рт.-СТ.

V-P

Средняя концентрация пара при Ч 50%

0,017.

Кажущийся молекулярный вес парогазовой смеси

,8(1-0,017)+18,016-0,017 28,62 г - моль.

Мольная плотность парогазовой смеси

(1-0,017) -I- (44т7)

,1000л

f 2878

18,016 I

Х(0,017) 34,.

Весовая плотность парогазовой, смеси

J g p -Mg«28,62-34, . Коэффициент диффузииD |3,,,2 -10- gj.

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 по0рядок. Следовательно, коэффициент диффузии определен верно.

Время, необходимое для определения коэффициента сорбции эксикаторным методом для образца пеносилика5та равно 3,5 мес,

Время,необходимое для определения коэффициента паропроницаемости равно 44 сут. .

Время,,необходимое для определе0ния коэффициентов сорбции и паропро-. ницаемости согласно предлагаемому способу равно времени регистрации 2-3 точек потока массы пара, выходящего из образца материала и для

5 пеносиликата равно 10-12 сут.

Таким образом, время эксперимен; тальных работ по определению влажностных характеристик пеносиликата совращается в 3,5,1+44 ;:аз раз.

0 I . iz

Достоинством предложенного способа определения влажностных характеристик строительных материалов является возможность одновременного определения коэффициентов сорбции,

5 паропроницаемости, диффузии и значительное сокращение времени проведения экспериментальных работ, что приводит к повышению их производительности и.значительному удешевле0нию..

,f

4;/2

3i

г, г «Tj . А Рг,2 Ij