Способ определения теплопроводности гранул сыпучих материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4(зц 6 01 Й 25/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Г "- чр 4 Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Рфл - масса формы с кг;рфэ - масса формы, з сыпучим матери Уп - объемная масса определяемая з ливки, кг/мэ; Ч - объем композиц композицией,. полненн алом, кг, парафина, ранее до э мЗ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Научно-исследовательский институт строительной физики Госстроя СССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 476493, кл. 6 01 И 25/18, 1975.2. Авторское свидетельство СССР У 586375,кл ., О 01 Б 25/1 8,1 97 (прототип). о(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГРАНУЛ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ, включающий з.ливку пространства между гранулами быстротвердеющим материалом, о т л и ч а ю щ и й с я 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 полно" го обволакивания поверхности гранулы перед заливкой нагревают до 30- 35 С, после отвердевания полученной композиции определяют объемные содер-,Я 01163233 А жания гранул и парафина, а затем находят коэффициент теплопроводности сыпучего материала по формуле л, л/ч-л(Я-ч) (л.- .1(-л) . )" гце 3 - коэффициент теплопроводности гранул сыпучего материала,Вт/м К; 3 " коэффициент теплопроводности Л парафина в твердом составе,. Вт/м лК1 к " коэффициент теплопроводности композиции парафина и гранул сыпучего материала, Вт/м К, 3 Чл - объемное содержание гранул в композиции, доли единиц, определяемое из выражения Рф- рф,З Ч1163233 где 1Нш,Н,А,Л,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 формугранулы,кусковые материалы), основанный на калориметрических измерениях тепловых потоков с поверхности образца и температуры в различных точках Г 13.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 й1Р; 1-Р+зф 3; ., Л +4 Е ЬГ Нп Л число членов, определяемоечислом интервалов распределения по вертикалям размеров гранул материала и размеров эпоксидной смолы, находящейся между гранулами размер гранул материалов и размер затвердевшей эпоксидной смолы, находящейся между грануламисредняя пустотность слоя, определяемая до заливки эпоксидной смолой; коэффициент теплопроводности газовой среды и гранул материала;степень черноты поверхности материала;постоянная Стефана-Вольцмана,температура, К;- индекс суммирования,величина, определенная поформулеНп пч Однако известный способ позволяет определять только эффективнуютеплопрдводность засыпки, которая 10 отличается от истинной теплопроводности сыпучего материала. Вто же время при подборе составабетона и прогнозирования его свойствнеобходимо знать теплопроводность 15 компонентов, в том числе гранул заполнителя. Материалы типа эпоксидной смолы из-за большой вязкости плохо заполняют межгранульное пространство сыпучих материалов, осо бенно для фракции меньше 20 мм. Кроме ого, характеристики эпоксиднойсмолы, такие как плотность и теплопроводность, меняются в зависимости от условия отвердевания и 25 сложно заранее прогнозировать ихсвойства, Для заливки используетсяматериал только одноразового пользования.Белью изобретения является повыЗ 0 шение точности определения теплопроводности сыпучего материала путемполного заполнения межгранульногопространства связующим.Указанная цель достигается тем,что при способе, в котором пространство между гранулами заливаютбыстротвердеющим материалом, заливку производят жидким парафином,нагретым до температуры 55-бО С, 40 причем для полного обволакиванияповерхности гранулы перед заливкойнагревают до 30-35 фС, после отвердевания полученной композиции определяют объемные содержания гра нул и парафина,а затем находят коэффициент теплопроводности сыпучего материала по формуле где Лщ - коэффициент теплопроводности гранул сыпучего материала, Втм К;- коэффициент теплопроводности парафина в твердом состоянии, Вт/м К;Л - коэффициент теплопроводности композиции парафина и гранул сыпучего материала, Вт/м К;/ - объемное содержание гранул 5в композиции, доли единиц, определяемое из выраженияР. - Рф фк Э 10где Р - масса формы с композицифхей, кг;Рф - масса формы, заполненнойсыпучим материалом, кг;15гп - объемная масса парафина,определяемая заранее дозаливки, кг/м3.к- объем композиции, м3Температура заливаемого парафина выбрана из следующих условий,Заливаемый парафин должен обладать такой подвижностью, котораяобеспечивает полное заполнение межгранульного пространства и исключа- Мет затекание жидкого парафина в поры гранул. Для этого необходимо, чтобы температура заливаемого парафинабыла выше температуры начала отвердевания, но ниже той температуры, ЗОпри которой происходит затеканиежидкого парафина в поры гранул,Оптимальная температура заливаемого парафина, обеспечивающая указанные условия, 55-60 С.35Температура гранул в момент заливки парафином выбрана из следующихусловий:Температура гранул должна бытьтакой, чтобы парафин обволакивалвсю поверхность гранул и при отвердевании его на границе гранул и парафина не образовывались воздушныепузырьки.Для этого необходимо, чтобы средневзвешенная температура ком-,15позиции 1 гранул и парафина в начальный момент после заливки быланиже температуры 1 0 начала отверотвотвдевания и выше температуры 1 конца отвердевания, т.е. 50Оптимальная температура Сг гра нул, обеспечивающая укаэанные условия при температуре заливаемого парафина 1=55-бО 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 чрезмерной 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 теплопроводностью с той целью чтобы опреде" лить теплопроводность гранул по известным значениям теплопроводности заливочного материала и композиции. Объемное содержание гранул Ч , равное 1-7 (где Ч - объемное содержание парафина), использовано в расчетной формуле для удобства при вычислении.П р и м е р. 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 1,керамзитом фракции 10- 20 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 сыпу163233 Рф -Рфк з м УЧк Составитель В.ГусеваТехредЖ,Кастелевич Корректор Е,Рошко Редактор И.Николайчук Заказ 4098/43 Тираж 897 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 3чего материала керамзита) из вы- ражения где 7 - доля объема гранул в компотзиции, доли единиц;Рф - масса формы с композицией,фкРф - масса формы, заполненнойсыпучим материалом, кг;у - объемная масса парафина,кг/мз;7 - объем композиции, м, рав 3Кный емкости формы,В данном примереяк=11,275 кг;Рфз =10,110 кг; у=935 кг/м 1; Ч ==3,125 10м. Тогда доля объемагранул Ч керамзита в композиции,полученная из выражения 51, равна 0,60.Доля объема парафина Ч, соответствующая лустотности 11 засыпки,равнач: и = 1-ч. (ь) В данном примере Чп =о=0,40.Пустотность 1 засыпки из того 30же керамзита, полученная по ГОСТ9758-68, равна 0,39, т.е. отличается от значения пустотности и, полученного парафинированием, иа 2,57.Это свидетельствует о том, чтопри предложенном способе межгранульное пространство полностью заполнено парафином, а доля затекшего впоры гранул ничтожно мала по сравнению с объемом засыпки и пустот,следовательно, температуры заливаемого парафина и гранул выбранынаиболее оптимальными,По ГОСТ Г 076-78 определяют коэффициент теплопроводности композиции,В данном примере Л равен 0,198Вт/м К.По формуле 3 ) определяют коэф.фициент й, теплопроводности сыпучего материала 1 гранул керамзита фракции 10-20 мм ), Лп=0,15 Вт/м К.При этом использован парафин с коэффициентом теплопроводности в твердомсостоянии 0,28 Вт/м К,С помощью предложенного способаопределены коэффициенты теплопроводности керамзита и шлаковой пемзыразличной 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. Коэффициенттеплопроводности гранул сыпучего материала, полученный предлагаемым способом, отличается от эффективногокоэффициента теплопроводности засыпки, полученного известным способом, на 30-407 в зависимости оттипа материала и фракции.Используемое при предлагаемомспособе вещество для заливки предназначено для многократного применения,что позволяет экономить материал припроведении эксперимента.Простота оборудования позволяетпроводить испытания по предлагаемомуспособу в условиях заводской лаборатории и с достаточной точностью определять теплопроводность гранул приподборе и проектировании состава бетона.