专利名称：：测定早期混凝土导热系数、导温系数的测试装置及测试方法
技术领域：
：本发明涉及一种同时测定早期混凝土导热系数、导温系数的装置及测试方法，属于混凝土建筑领域。
背景技术：
：土木工程领域中，对混凝土结构的热传导进行分析是非常重要的。混凝土在硬化过程中所释放的水化热，或者在其内部产生某种程度的温度梯度，都有可能导致混凝土结构发生开裂现象。为了能够准确的预测混凝土在这些因素作用下的开裂趋势，并能够及时的预防混凝土开裂现象的发生，就必须系统的研究混凝土的导热系数、导温系数以及比热，尤其是在混凝土的早龄期阶段，更应深入的研究这些热学参数随龄期变化的规律。目前测量材料的导热系数、导温系数及比热的方法主要分为稳态方法和瞬态方法两大类。稳态方法是最早使用的方法，它的普遍特点是操作人员在已知样品的壁厚上建立温度梯度，并控制从一边传递到另一边的热量。最常用的热流是一维的，如热流法或热板法。采用热流法测量材料导热系数请参见2000年9月20曰公告的中国专利第93115076.0号揭露的一种渕量材料导热系数的方法及装置。所述专利揭露的方法及装置使用方便，测量成本低。但是，对于液体或气体物质来说，明显的温度改变会形成对流传热，违背了稳态法的根本出发点，因此，该方法不适用于测定液体，气态物质的导热系数。由于早期混凝土处于半液体状态，因此该方法不适用于测定早期混凝土的导热系数，且一次测量不能同时测得导温系数。瞬态方法如热线法(HotWireraethod)，用于测量高导热系数材料和/或在高温条件下测量。热线法又分为单线法、平行线法、热线比较法、和探针法四种。其中单线法和探针法的原理基本上一致，只是测试的装置不同。其原理是直线(即热线)附近物质(热电偶)的温升与其导热系数有关，导热系数^可用下式表达A=《ln(r2/rj/4;r(^-《)(1)其中，q为单位长度热线发热量W/lD;巧、f2为测量时刻，可事先确定；《、《为^时刻对应的温升。但是，单线法、热线比较法和探针法在测量中只能确定材料的导热系数，而不能同时确定导温系数。《耐火材料导热系数试验方法》GB/T17106—1997中提出了采用平行线法测定耐火材料的导热系数，该方法虽然能够同时测定材料的导热系数和导温系数，但是该标准中提出的装置并不适用于测定早期混凝土的导热系数和导温系数。2000年6月28日公告的中国专利第99214843.X号揭露的一种无机非金属材料的热导率测试装置也是采用热线法测试才才料的导热系数。所述热线法测试装置测量精度高，操作简便。但是，该装置不适用于测定半液体状态材料的导热系数，且不能同时测定导温系数。因此，不适用于同时测定早期混凝土导热系数、导温系数。热线法应用广泛，可用于对液体物质导热系数的测定，但是热线法直接对热线通电加热，对于自身能导电的液态物质，为保证通过的电能完全转变成热能，必须对热线做绝缘处理，另外，热线法中为保证测定的准确度要求热线在测定过程中不得变形弯曲，同时对热线加热功率和温度的测量精度要求较髙，这些因素增加了热线法的应用难度。
发明内容本发明所要解决的技术问题时针对上述现有技术的不足，而提供一种同时测定早期混凝土导热系数、导温系数的试验装置及测试方法。为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案一种测定早期混凝土导热系数、导温系数的测试装置，包括试模，电源以及温度显示仪，在所述的试模内设置有两根平行的第一电阻丝、第二电阻丝，所述的电源通过导线与第一电阻丝连接形成回路，在该回路上还连接有一电流表，在第二电阻丝上设置有一热敏电阻，该热敏电阻与温度显示仪连接。在所述的试模的端板还设置有接插件，所述的第一电阻丝和第二电阻丝通过接插件固定在试模内，所述的导线也通过接插件与第一电阻丝连接。第一电阻丝的材料为镍铬合金、康铜丝或锰铜丝。接插件与试模的端板粘结固定，粘合剂为氰基丙烯酸脂粘合剂。所述的热敏电阻通过热缩套管和氰基丙烯酸脂粘合剂固定在电阻丝中部。一种测定早期混凝土导热系数、导温系数的测试方法，包括以下步骤第一步、采集热敏电阻(9)与第一电阻丝(2)的距离r;第=步、对第一电阻丝(2)通电加热，采集电流表(6)的电流值/;并按540s的时间间隔采集巧时刻热敏电阻(9)的温度《；求出r,时刻距z^时刻的温差&,r,+,时刻距^时刻的温差^+1，其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>;第三步、令<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>；当2SM〈3时，令<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>,当l5A/《2时，令x<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>:第四步、迭代令<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>,赋值;c-;c。，求<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>;当I及-M^^时，停止迭代，10朋！输出x，式中，y为欧拉常数(=0.5772156649);第五步、求导温系数"、导热系数vl;<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式中，g—第一电阻丝(2)每单位长度的发热功率，W/m。本试验装置根据平行线法原理制成，因此一次测量能同时测定早期混凝土的导热系数和导温系数。加热丝选用有效长度与直径比大于150的电阻丝，因此完全可把热线当作理想线热源。为保证热线在测定过程中保持直线状态，故采用接插件内部的螺栓固定。热线表面的绝缘防水处理采用环氧树脂导热胶，环氧树脂导热胶的优点在于较高的导热性能，因此能够快速的把热线产生的热量散发出去。另外，环氧树脂导热胶的防水效果好，固化快且与热线表面的粘结强度高。为保证热线加热功率的稳定，故采用高精度的直流稳压电源，同时采用精度为1/1000的电流表对流经热线的电流进行测定，保证热线加热功率计算的准确性。温度测量中采用的温度传感器为PT100热敏电阻。热敏电阻在测温领域中应用广泛，具有高稳定性、精密、小尺寸以及温度响应速度快且不需要冷端补偿等优点。测量中结合高精度的温度显示仪表，分辨能力达到了o.oit:，保证了测试过程中所测温度的精度。同现有技术相比较，本发明具有如下优点1、本发明测试装置结构简单，且易于操作，可同时对导热系数和导温系数进行测量。2、既适用于松散材料(如水泥、砂子等)，也适用于早期混凝土、水泥净浆和水泥砂浆等导热系数和导温系数的测定；3、本发明测试方法测试过程中温升小、时间短，测定的导热系数和导温系数可认为是指定温度下的导热系数和导温系数；4、测量所需仪器少，自行组装测量装置方便、快速、简单。图1是本发明测试装置的结构示意图。图2是本发明测试方法的迭代流程图。图3为本发明测试方法下导热系数随龄期增长的变化图。图4为本发明测试方法下导温系数随龄期增长的变化图。具体实施例方式下面结合附图对本发明装置作进一步描述可拆式钢试模1的尺寸为150ramX150咖X300咖，在钢试模1内平行的设置两根电阻丝2和3，也可以采用接插件4将上述电阻丝2和电阻丝3固定在钢试模1内，采用接插件4固定的方法是，预先在接插件4上用大头针钻取两个一定距离的小孔，以保证电阻丝2和3能够穿过。先将电阻丝2和3—端穿过事先钻取的小孔，同时将导线8固定在接插件4内部，然后拧紧接插件4内部的螺栓直至完全固定为止，并采用氰基丙烯酸脂粘合剂将接插件4固定在钢试模1的端板上。待接插件4完全固定后，截取一小段热缩套管穿过电阻丝3。电阻丝2和3的另一端也穿过接插件上的小孔，并从接插件4下部的孔穿出预留一部分，同时将导线8固定在接插件4内部，但事先不拧紧嫘栓，然后采用氰基丙烯酸脂粘合剂将接插件4固定在钢试模1的另一块端板上。待接插件4完全固定在端板上后，开始组装钢试模l并拧紧所有的螺栓。然后利用钳子夹住预留的电阻丝用力拉紧，直至电阻丝2和3完全绷紧为止，然后快速拧紧接插件4内部的螺栓，保证电阻丝2和3完全被拉直且固定。然后把热敏电阻9穿过热縮套管，并对热縮套管加热，直至完全固定热敏电阻为止。最后，利用环氧树脂导热胶对电阻丝2表面进行绝缘防水处理，同时用硅橡胶对接插件周边以及接线部位进行密封，以此达到绝缘防水的目的。将待测的新拌混凝土装入钢试模1后，利用塑料薄膜将装置的上表面密封，以防止水分的散失，然后把整个测试装置放入温度稳定的养护室内。待混凝土内部的温度与室内温度达到平衡后即可开始进行测量。接通直流稳压电源5对电阻丝2进行加热，同时开始记录温度及对应的时间。测量过程中，每隔10秒钟利用温度显示仪表7记录一次热敏电阻9的温度，直至600秒时停止，并读取电流表6的电流值/。假设在^"时刻，距电阻丝2距离为r处所测得的温差为&;在、-2z"时刻，距电阻丝(2)r处所测得的温差为《2，则《u《2可由下式确定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>由式(2)和(3)可得:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式中，；i是介质的导热系数，"是介质的导温系数，a似的用如下形式的级数确定是一个指数积分，可近令<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(5)式中，y为欧拉常数00.5772156649)<则上式可简化为k考^(6)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>根据式(6)可知，若根据比值&，就可以确定jc的值。由于式(6)中￡,^/2)和《^)是隐函数，无法直接求解出x值，因此必须利用级数展开式，通过具体的数值计算求出。因此，只要计算出x的值，便可得出￡'")的值，由此确定介质的导热系数和热扩散系数。具体的计算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>式(6)中，义一导热系数，单位W/(r'C);《一电阻丝(2)每单位长度的发热功率，单位W/m;式(7)中，"一导温系数，单位w)^;r一第一电阻丝2距热敏电阻9的距离，单位ni;其中x的算法流程框图见图2，令M-，^^;当2SM〈3时，令jc。-0.6，当lSM〈2时，令^。=0.002;第四步、迭代令X。-JC。+^^，赋值^-X。，求<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>输出x，式中，y为欧拉常数(=0.5772156649);具体测定方法是结合本装置，对水灰比为0.4的混凝土材料进行了导热系数和导温系数的测定，混凝土拌合物的具体用量详见表l。测定按以下步骤迸行，1、将拌合的混凝土装入试模1中，然后把整个装置放入温度稳定的养护室内进行养护。同时，在试模上表面利用铝箔纸进行密封处理，以避免环境湿度对测定早期混凝土导热系数和导温系数结果的影响；2、待混凝土试件内部的温度与环，度达到平衡时，即可进行测量。温度达到平衡时的判断依据是，在10分钟内混凝土内部的温度波动不大于0.05C;3、接通髙精度直流稳压电源5，同时利用高精度温度显示仪表7开始记录温度及对应的时间；4、一次测量过程中，每隔10秒钟记录一次热敏电阻9的温度，直至600秒时停止，并读取电流表6的电流值；5、利用自编程序(见图2流程图)根据步骤4记录的时间和对应的温度值，计算混凝土在该龄期的导热系数和导温系数；6、表2给出了该混凝土在龄期为2.5小时，一次测量所得到的导热系数和导温系数；7、图3、图4分别给出了该混凝土在龄期180小时内导热系数和导温系数的发展变化图。试验数据初始温度f。=21.68C平行线距离r=0.026w热线电流/-4.450A每米热线的电阻值及。-9.92Q/附热线单位长度发热功率g-/2及。-l邻,41379W/附表1试验所用混凝土拌合物的具体用量<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表2—次测暈整理的测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求1、一种测定早期混凝土导热系数、导温系数的测试装置，其特征在于包括试模(1)，电源(5)以及温度显示仪(7)，在所述的试模(1)内设置有两根平行的第一电阻丝(2)、第二电阻丝(3)，所述的电源(5)通过导线(8)与第一电阻丝(2)连接形成回路，在该回路上还串联有一电流表(6)，在第二电阻丝(3)上设置有一热敏电阻(9)，该热敏电阻(9)与温度显示仪(7)连接。2、根据权利要求1所述的测定早期混凝土导热系数、导温系数的测试装置，其特征在于在所述的试模(1)的端板还设置有接插件(4)，所述的第一电阻丝(2)和第=电阻丝(3)通过接插件(4)固定在试模(1)内，所述的导线(8)也通过接插件(4)与第一电阻丝(2)连接。3、根据权利要求1所述的测定早期混凝土导热系数、导温系数的测试装置，其特征在于第一电阻丝(2)的材料为镍铬合金、康铜丝或锰铜丝。4、根据权利要求1所述的测定早期混凝土导热系数、导温系数的测试装置，其特征在于接插件(4)与试模(1)的端板粘结固定，粘合剂为氰基丙烯酸脂粘合剂。5、根据权利要求1所述的测定早期混凝土导热系数、导温系数的测试装置，其特征在于所述的热敏电阻(9)通过热缩套管和氰基丙烯酸脂粘合剂固定在第二电阻丝(3)中部。6、一种采用权利要求1所述的测定早期混凝土导热系数、导温系数的测试装置的测试方法，其特征在于包括以下步骤第一步、记录热敏电阻(9)与第一电阻丝(2)的间距r;第二步、对第一电阻丝(2)通电加热，采集电流表(6)的电流值/;并按540s的时间间隔采集r,时刻热敏电阻(9)的温度《；求出^时刻距2^时刻的温差《,，7,+1时刻距^时刻的温差&+1，其中10^iS80;第三步、令Af-^"+《；当2SAf《3时，令Xo-0.6,当l^Af<2时，令x。-0.002;<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>，及='朋！/当|及-似|5~^时，停止迭代，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>输出jc，式中，y为欧拉常数O0.5772156649);第五步、求导温系数or、导热系数义<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中，《一电阻丝(2)每单位长度的发热功率，^-/2及。，及。为每米第一电阻丝(2)的电阻值。全文摘要本发明公开了一种测定早期混凝土导热系数、导温系数的装置及测试方法，其测定装置由一个150mm×150mm×300mm的可拆式钢试模、两根水平拉直的电阻丝、接插件、一个电流表、直流稳压电源、热敏电阻、高精度温度显示仪表及若干导线组成。本发明装置结构简单，拆卸方便，所需材料及仪器少，测量精度高，不仅适用于科研，而且适用于施工现场对早期混凝土导热系数、导温系数的测定，同时，本发明装置适用范围广，还可以用于松散材料，如水泥和砂子等的导热、导温系数测量以及水泥净浆和水泥砂浆早期导热系数、导温系数的测量。文档编号G01N25/20GK101339149SQ200810122928公开日2009年1月7日申请日期2008年7月2日优先权日2008年7月2日发明者佘小颉,吴胜兴,杰李,沈德建申请人:河海大学;江苏顺通建设工程有限公司