Способ определения влажностных характеристик строительных материалов

ство 1979 во С 1973 во С 1972 влаж тель ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ С ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОП(Р(71) Научно-исследовательсктут строительной физики Гос(56) 1. Авторское свидетельР 705304, кл. С 01 В 7/10,2. Авторское свидетельст9 373587, кл, ф 6 01 Н 5/04;3. авторское свидетельс9 336570, кл. 0 01 Ы 7/10,4. Методика определенияностных характеристик строматериалов. НИИСП ГосстрояКиев, изд.1970, с.4-7. Ф(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЛЫКНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в созданиирегистрируемой разности парциальных давлений водяногопара по торцам образца и измерении потока массы пара, попадающего в образец, о тл и ч а ю щ и й с я тем., что, сцелью сокращения времени определений, измеряют поток массы пара,выходящего из образца.1 О 41907 ности экспериментального определенияуказанных коэффициентов (доходящей донескольких месяцев), вызванной тем,что.их определение производится в стационарном режиме влагопереноса.Цель изобретения в . сокращение времени определений.Указанная цель достигается тем,что согласно способу оиределениявлажностных характеристик строительных материалов, заключающемуся всоздании регистрируемой разности парциальных давлений водяного пара поторцам образца и измерений потока:массы пара, попадающего в образец,производят измерение потока массыпара, выходящего из образца.На Фиг,1 приведена блок-схемаустройство для реализации предложенного способа; на Фиг,2 - зависимости отвремени потоков пара входящего 1чи выходящего 1 из образца испытуемого материала 1 на фиг.З - распределение парциальных давленийводяного пара (концентрацией) поперек образца в процессе диффузии;на Фиг.4 - экспериментальные данныепо определению влажностных .характеристик пеносиликата; на Фиг.5распределение концентраций водяногопара г,оперек изотропной пластиныдля различных расстояний у/Я, определяемое решением классической задачи теории теплопроводности,Предлагаемый способ состоит изследующих операций.По торцам образца 1 устррйством 2создают перепад парциальных давле-ний водяного пара Р и Р 2, что соответствует заданию концентраций водя-,ного пара хч и х.Производят регистрацию потоков .массы водяного пара, попадающего 1.1и выходящего 12 из образца 1, с помощью устройств 3 и 4.Производят экстрополяцию экспериментальных данных 1 ч и 12 экспонентациальными Функциями времени .вмикропроцессоре 5,Находят общую ассимптоту от функций Хч и 1 (Л, являющуюся пото.ком массы йара в стационарном режиме процесса влагопереноса 1 истовремя достижения этого режима Т вмикропроцессоре 5.(3) улаф Щ Изобретение относится к строительной Физике, а именно к определениювлажностным характеристик строительных материалов (коэффициентовсорбции, паропроницаемости и диффузии). 5Известен способ определения сорбционной способности пористого об"разца путем выделения из него адсорбированного газа под воздействиемультразвукового поля 1 (, . 10Известен способ определения коэфФициента диффузии в.полимерах, который основан на изменении резонансной частоты кварцевого резонатора взависимости от коэффициента диффузии 2 3Известен способ определения коэфФициента диффузии газов в ячеистомбетоне, основанный на замере распределения концентраций газа .поперек образца испытуемого материала ГЗ 3.Недостатком указанных известныхспособов является невозможность совместного определения коэффициентасорбции, паропроницаемости и диффу 25зии, что приводит к увеличению длительности процесса экспериментального определения влажностных характеристик материалов, и, следовательно, к снижению производитель- З 0ности и удорожанию процесса определения укаэанных характеристик.Наиболее близким к предлагаемомуспособу является эксикаторный методопределения влажностных характеристик,Сущность эксикаторного метода заключается в том, что образцы исследуемого материала, высушенные вбюксах до постоянного веса, помещают в эксикаторы над водными растворами серной кислоты или глицерина различной концентрации. Бюксыс. образцами периодически взвешиваютдо достижения имн постоянного веса,что означает установление равно-весной влажности в образце, по которой определяют коэффициент сорбции 4 ,Сущность определения коэффициентапаропроницаемости и коэффициентадиффузии заключается в созданиификсируемого градиента водяного пара поперек образца и регистрациифильтрационного потока пара 1 ч, попадающего в образец до наступления 55стационарного режима влагоперено- лса 1 = сопят.К недостаткам указанных методикотносятся дороговизна и низкая производительность экспериментальногоопределения влажностных характеристик,во-первых, из-эа невозможностисовместного. определения коэффициентов сорбции, паропроницаемости игде 1(С) и 12(т) потоки массы пара входящего ивыходящего из образца, соответственно, г/чувес сухого обраэг 5ца, гювремя достижения стационарно-,го режима влагопереноса, ч10поток мАссы парапри стационарномрежиме влагопереноса, г/чу,площадь образт . 15ца, м 2;толщина образПлотность массового потока через.торцы образца ) и 32 определяютпервым законом Фина11 а ахз. р =ффд( /у) у/ бр"ст гд ст Градениям г г ехр-( ) Гу/д=0 о Р 1 Р 2 разницапарциа ных давлений во-,Одяного пара поторцам образца,мм рт.ст;атмосферное давление мм Рт ст 1 5мольная плот Г МГ м е,е слоплотЗ 2ункара в паров вление водярт.ст.уе смеси, равескому,У ность . опаровоздушнойсмесИ,г/моль/мз; -иМ - кажущийся молеку- где р :лярный вес смеси, о д"На фиг,2 показаны области а,и Из выРажений (5) видно, чтов, соответствующие моментам времени массы пара Э иности потоков массы па апроцесса диффузии В, " иа являются экспонентациальными фциями времени.на фиг.З - распределение концентра- ции водяного пара, соответствующие 35Таким образом, по несколькимэкспериментальным точкам (Фиг.1),, этим временам. В области а происхо-причем достаточно двух-трех ст оятдит накопление образцов влаги (сорб,экспонентациальные зависимости,ийею. ция), так как отсутствует поток па" .е -а.Щие ассимптОТУ ст сОя гласти О происходит как накопление 4 1 1 (Я1 =1 Г 1-ех -Ь (Г- г 3 .пара образцам, так и его выход изОбразца В Области В процесс накоп фф " нты 1 Р Ъ 1 г 1 г 2 и 0.ления пара заканчивается и входящ,й : находят по координатам эксперимен 1 2; Система алгебраических уравнений,авенство 1=12=1 т говоРит О томгг 5 (б) позволяет найти поток массы пагчто процесс сорбции закончился, апроцесс диффузии водяного па а"ра р процессе стационар о диффузии 1 с и время достижения этогоОстижение цнарн прда Процесса фт Тогда коэффициенты.стационарный процесс диффузии для Связь между к эфф цСвязь между коэффициентами парообразца пеносиликата наступает нахарактеристю исследуемого матернау овить следующим образом Согла производят по нескольким экспе:ласно уравнению состояния газа эа,риментальным точкам на кривых 1 й(В),и 1 Г(%) в областях нестационар- х- (7)ного процесса, диффузии с 1 и в (фиг.2). -. юр УДействителънодве-три эксперимен- , йде х - молъная доля п озТалъные точки определяют кривые Я душной смеси,.1(Ф) и 12(7). Кроме того, известен Р - парциалъное дахарактер этих кривых - они экспонен- ных паров, ммты. К этому результату приводит рас г Р - полное давленисмотрение задачи о диффузии черезЮное барометричизотропную пластину., мм рт.ст.Записав плотность массового потока пара, как0 9.09509007088 Вес сухого об фрбр 9, Температура с ды (воздуха), Средняяотнос .ная влажностьдуха за время тов Чо Ъ. Плотность водра р 9 кг/мэ Молекулярный М/9 г моль Плотность возд кг/м э аэ 67993 РСтельвозопы г па 0,0180 ес пар 89.01% уха арво ес возМолекулярный духа .ф 89 г мо Средйяя дяного на17,6 и : -Ор -й -- ф- моль/м ч,)мх. - хЕ Фполучим выражение (3), в котором9"м 9,/РЬ Ц-ч)+(99/ОО,)ч -":-"Яо-")мольная плотность паровоэдушнойсмесите рб и уА.- массовые плотностиэвоздуха и пара соот 5 ветственноо г/м ;М и И . молекулярные веса воздухаи пара, соответственно, г/мольм =м (1-х)+м м - кажущийся молеку-.лярнйй вес смеси, г/моль,Времянаступления процессастационарной диффузии можно оценить. На фиг.4 показано распределенйеконцентраций пара в .различных сечениях пластины (у/р 4. в зависимостиот времени (Гр) . Видно, что стационарное состояние наступает при чис:лах Рр 0,7. При РО 240,07 уже можнооценить поток пара 129 выходящий изобразца. Таким образом, определяявлажностные характеристики в нестационарной области процесса диффузии,время экспериментальных работ можетбыть сокращено вУ 0 7Ж 10 раз.р 2 0907В качестве примера. рассмотрим определение влажностных характеристикпеносиликата (фиг.3).Удельный вес.нейосиликата уо кг/м 1200Толщина образца а/", мм 31,5Диаметр образца, мПлощадь образца Ро мСредняя упругость водяного пара в окружаюЩем воздухе Р 2 9мм рт.ст. 8,3 Среднее барометрическоедавление Р ,мм рт.ст. 763Толщина воздушногослоя от поверхности,воды в испарительнойчашке прибора до нижнего торца образца Ф;,м 0,085Коэффициент паропроницаемости воздуха р,г/м ч мм рт,ст,10 09135 Коэффициент диффузииводяных паров в воз.- дУхе Рэ м)/с 2,82 10 Сопротивление паропроницанию воз-, 20 руха в приборе составляет Вп =4/М 80,085/0,135=0,63 м 2 ч-мм рт.ст./гАпроксимация экспериментальныхданных потоков массы пара 1 /6 Р и12/6 Р приводит к выражениям 25 11/6 Р=0,0035 ехр(-0,255( 4)+0,0019г/ч мм рт.ст., (8)12/6 Р=О, 001911-ехр -0, 1 (7-6)Яг/ч мм рт,ст ) . (9)"30количество водяного пара всшед-шего в образец эа время от= 2 суто9до 7 = 44 сут, вычисляется по Формуле (8) +6 =24 6 Р (11/6 Р) й 7=24 993090035 9+ 090019 чч 42 2499 Количество вод 40 ределяемого по из 40 рительной чашки с за 44 сут для опы 4 =100,8169 Видноо что сов удовлетворительно 45 1,Количество в щего из образцао ов797299 = 2390879 г.адение данныхи не превышает одяного пара, эа время от е суток) до /С =4 ышедо по- сут-О,ООЕ +оА - в,900 гКоличество водяного пара, оставшегося в образце66=6-6 д=229914 г -11,968 г109946 РКоэффициент сорбциии чо - 1009 щ - о - 4,09.Ьб 10 946267993Коэффициент сорбции, полученный эксикаторным методом (методом прот/. типа) и). 4,12.1041907 Р (11 аР).Впв 0 Р 007088-0 Р 0019 а О Р 63 = 0,0102 г/м ч .мм рт,ст.,Здесь член (1,-/аР)Вйв учитывает5 сопротивление паропроницанию толщи:ны воздушного слоя от поверхности воды в приборе до образца 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, коэффициентдиффузии. определен верно.Время, необходимое для определе"ния коэффициента сорбции эксикаторным методом для образца пеносиликата равно.3,5 мес.Время, необходимое для определениякоэффициента паропроницаемости равно44 сут.Время необходимое для определеЮ ния коэффициентов сорбции и паропроницаемости согласно предлагаемомуспособу равно времени регистрации2-3 точек потока массы пара, выходящего из образца материала, и для5 пеносиликата равно 10-12 сут,Таким образом, время эксперимен,тальных работ по определению влажностных характеристик пеносиликата сокращается в1213 раз.Достоинством предложенного способа определения влажностных харак.теристик строительных материалов является возможность одновременногоопределения коэффициентов сорбции,паропроницаемости, диффузии и значительное сокращение времени проаедения экспериментальных работ, чтоприводит к повышению их производительности и. значительному удешевлению,1 О 15 30 35 Коэффициент паропроницаемости, 21 СтааР)Ю" О 0010 а 0 0215С Коэффициент паропроницаемости;подсчитанный по среднему из четырехопытных точек в стационарном режимедиффузии по способу-прототипу1041907 ИЮ47 р 4 Х Составитель А.ТарасовРедактор С.Тимохина Техред В.Далекорей Еоррек д. 4 Уагоро Проектн 4 7117/43 Тирам 873 Вниипи Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Р а ее юеваюфвеЯ филиал ППП ффПатентфф, Подписикомитета СССРи открытийущская наб /5