英语原文共 12 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
轻骨料混凝土的热传导
作者：S Real ， JA Bogas ， MDG Gomes ， B Ferrer
本文描述了强度等级从LC12/13到LC55/60，密度等级从D1·6到D2·0轻骨料混凝土的导热率。考虑不同类型的轻骨料和粘合剂，以及不同的水/粘合剂的比例，通过瞬态试验方法对混凝土的导热性进行评估。分析了混凝土组分对其导热系数的影响，建立了该热性能与混凝土密度和含水率之间的关系。结果表明，轻骨料混凝土的导热系数是组成相似的正常重量骨料的混凝土的一半。导热系数和混凝土密度之间存在很高的指数关系。平均而言，导热率在聚集孔隙率每增加1％时下降约0.6％，对与粗骨料体积而言，粗骨料体积每增加50l/m3，导热率增加8.3％，而在水中，水含量每降低1％，导热率降低3-9％。
介绍
低密度轻骨料混凝土（LWAC）可以减少建筑构件的永久荷载和导热系数（Chandra和Berntsson，2002; Newman，1993）。在结构和非结构建筑围护构件中使用具有更好的隔热性能的低密度的轻骨料混凝土减少了热量传递，有助于提高能源效率和构建更科学的环境可持续建筑（Liu 等人。2014）。尤其是使用结构轻骨料混凝土（SLWAC）代替普通混凝土（NWC）有助于减少结构构件中的热桥效应，从而减少外壳的整体热损失或最小化需要符合标准的隔热要求的矫正绝热系统（Bogas，2011）。当前面临的主要挑战之一是寻找可以不需要采取额外的纠正性绝缘措施来降低热桥效应得结构层面上的解决方案。因此，低密度轻骨料混凝土的应用是满足这些要求的高效解决方案（Bogas，2011;FIP，1983）。
混凝土的导热率主要取决于其密度和含水量，但也受到其他因素如孔径分布，化学成分，固体组分的结晶度和温度的影响（FIP，1983; Holm和Bremner，2000）。随着密度增大，含水量增高，温度上升和结晶相百分比的增加，固体材料的导热率会增加（EuroLightCon，1998; FIP，1983; Holm and Bremner，2000）。然而，混凝土导热率只受当前温度变化的轻微影响（ISO/FDIS 10456（ISO，2007）.FIP（1983）认为混凝土的导热系数在20-60°C不同的的温度范围内进行的试验中发生了微小的变化。
混凝土的导热性受其构成相的热特性的影响，特别是糊状物和聚集体。因此，由于聚集体通常约占混凝土体积的70-80％，所以掺入低导热系数的聚集体可能会大大增加混凝土的隔热能力（Chi等人，2003; Lo-Shu 等人，1980; Neville，1995）。被轻骨料（LWAs）多孔结构中含有的具有低导热率的空气是低密度轻骨料混凝土与类似组成的普通混凝土相比具有更高绝热能力的主要原因（Demirog˘a和Guuml;l，2003; EuroLightCon，1998）。另一方面，导热系数随着水泥含量的增加而增加（Ashworth和Ashworth，1991; FIP，1978; Uysal等，2004）。Demirog˘a和Guuml;l（2003）发现用不同百分比的粉煤灰（FA）或硅灰（SF）部分替代水泥会导致混凝土导热率下降。这主要是由于含有矿物掺合料的混凝土的密度较低，其次是粉煤灰和硅灰的含量是无定形的。Fu和Chung（1997）和Demirog˘a（2007）得出了相同的结果。Bessenouci等人（2011）同时证实导热系数与孔隙度成反比。据Uysal等人的研究。（2004），混凝土的导热率取决于硅酸盐结构的导热率和混凝土中所含空气的导热率。因此，一些作者发现密度是与热传导性最相关的性质，并且已经提出这些性质之间的指数关系（ACI 213R（ACI，2003）; Newman，1993; Uysal等，2004; Valore，1980）。
事实上，由于水的导热率比空气大25倍，因此随着含水量的增加，绝热能力会下降（Ashworth和Ashworth，1991; FIP，1978）。 根据ACI 213R（ACI，2003）的研究，对于轻骨料混凝土和普通混凝土，含水量在重量上每增加1％，导热系数增加6％至9％。FIP（1983）指出，当含水量在体积上增加1％时，导热率增加2％至6％。 因此，轻骨料的高吸水性会影响轻骨料混凝土的导热率（Diacute;az等人，2013）。
根据Holm和Bremner（2000）的资料，平均密度约为1850 kg/m3的结构轻骨料混凝土的导热率一般为0.58〜86 W/m K，另一方面，Santos和Matias（2006）表明，对于密度为1400〜1800 kg/m3的轻骨料混凝土导热系数可能在0.85到1.0W/mK之间变化，对于密度为2000〜2600 kg/m3的普通混凝土导热系数可能在1.65至2.0W/mK 之间变化（23℃和50％RH的平衡）。 这意味着与普通混凝土相比，轻骨料混凝土的导热率降低约50-70％。
其他作者已经特征化了轻骨料混凝土的导热率，尽管他们的研究通常限制在低强度混凝土或某些给定含水量的特定组成成分（ACI 213R（ACI，2003）; Bogas，2011; FIP，1983; Mydin和Yong，2012; Newman，1993; Santos和Matias，2006; Valore，1980）。此外，导热率可能在很大程度上取决于所使用的测量方法，这进一步使轻骨料混凝土在这种性质方面的特征化变得复杂（Van Geem等人，1982）。目前对轻骨料混凝土热性能的认识仍然不足，特别是考虑到不同的组成成分，强度等级，密度和含水量。因此，为达到本研究的目的，需要进一步的实验研究来考虑所有提到的这些方面。
提高耐用的结构轻骨料混凝土的能源效率并不是一项简单的任务，因为密度和孔隙率会以相反的方式影响导热性能和机械性能和耐久性性能（Sacht 等人，2010）。人们认识到轻骨料混凝土的抗压强度和密度之间没有单一关系（Bogas和Gomes，2013; FIP，1983; Virlogeux，1986）。事实上，轻骨料混凝土的结构效率由压缩强度与密度之比表示，取决于混合物组成，骨料类型和混凝土的强度等级等几个因素，（Bogas and Gomes，2013; Chen et al，1995）。因此，难以建立导热率与抗压强度之间的直接关系。然而，关联和分类某种类型的轻骨料混凝土的绝热性能和考虑到轻骨料混凝土预期的力学性能和耐久性能是相关的。
本文描述了用不同类型的骨料和粘结剂以及不同的水/粘结剂（w/b）比例生产的结构轻骨料混凝土的导热率。其包括的各种强度和密度等级，涵盖了结构元件最常用的轻骨料混凝土类型。分析了混凝土的主要参数（即骨料种类，w/b比例，粘结剂种类，用量以及含水量）对其导热系数的影响，建立了结构轻骨料混凝土的导热系数与密度和含水率之间的关系。
实验计划
材料
为了生产结构轻骨料混凝土样品，选择了四种粗轻骨料：来自葡萄牙的两种膨胀粘土聚集体（商业名称Leca和Argex，以两种不同粒径级别供应，即Argex 2-4和Argex 3-8F）; 来自英国的一种烧结的粉煤灰聚集体（商业名称Lytag）; 来自美国的一种膨胀石板聚集体（商业名称Stalite）。为了生产普通混凝土参考样品，使用了两种不同粒径的碎石灰石骨料，即细砂和粗砂。为了获得与Leca相同的级配曲线以作为比较，设定了石灰石碎石的两个部分比例（34％细碎和66％粗碎石）和Argex的两个部分比例（70％Argex 2-4和30％Argex 3-8F）。对于结构轻骨料混凝土和普通混凝土样品，细集料含有70％的粗粒和30％的正常重量砂。表1列出了具有非常明显的孔隙度的聚集体的主要性质。
混合物的组成和生产
在对结构轻骨料混凝土的热行为进行广泛研究的范围内，进一步分析结构轻骨料混凝土和普通混凝土之间的相对性能，测量了总共126种组合物的导热系数。根据BS EN 197-1（BSI，2011），混凝土采用不同类型的骨料，不同的w/b比率（0.35-0.65）和不同类型的粘合剂生产，包括不同的粉煤灰和硅灰的重量百分比。所考虑的126种混合物组成见附录表A1。w/b比对应于可用于水泥水合的有效水。混凝土用350 l/m3的粗骨料生产。此外，还生产了六种糊状物，三种砂浆和九种混凝土混合物，和不同体积的粗轻骨料（250,300和400 l/m3）和用CEM I制成的相同组成的混凝土，用来更好地分析混凝土各相组成的导热性。混凝土在底部可以排料的立式混合机中生产。 轻骨料先前浸泡24小时以确保更好地控制混凝土的工作性能和有效含水量。然后用吸水毛巾将骨料表面擦干，和砂和50%总容量的水一起放置在混合器中。混合2分钟后，将混合物静置1分钟，然后加入粘合剂和剩余的水。使用时，在一分钟之后，将强塑剂和10％的水缓慢加入。总混合时间为7分钟。对于使用Argex生产的混凝土，在混合前骨料最初是干燥的。在这种情况下，用基于Bogas等人提出的方法，事先估计混合物中轻骨料的吸收，以考虑总混合水的校正。（2012年）。
试样制备和试验方法
根据BS EN 12390-7（BSI，2009b）规范，对于每种混合物，生产了以下混凝土试样：两个100mm立方体试样用于测定28d混凝土的干密度;根据BS EN 12390-3（BSI，2009a）规范，产生了四个150 mm立方体试样用于28天时进行抗压强度试验;三个直径105times;50毫米的圆柱形标本，沿直径锯开。 对于105times;250 mm的试样，用瞬态脉冲法测定导热系数。 24小时脱模后，标本在水中养护至28天。
使用便携式传热分析仪进行热传导测试，该传感分析仪是一种配备有用来探测硬质材料的表面测量探针的测量仪器，通过瞬态脉冲法确定导热率。通过在与周围环境（ASTM D5930（ASTM，2009）; ASTM D5334（ASTM，2014））和导热率lambda;（W/mK）的热平衡下对样品施加热冲击来产生热流，测量以J/m3 K表示的体积热容量crho;和以℃表示的平均测试温度Tmean。还评估了以单位为m2/s的热扩散率a，其数值定义是导热率除以比热和密度的乘积。根据供应商的说法，导热率lambda;的测量精度为10％，对于体积热容量crho;而言考虑到测量范围在0.7和6 W / m K，15％ 1103 J / m3 K之间，对于平均测试温度Tmean而言，考虑到测量范围为-20〜70°C之间其测量范围在4104和3106 J / m3 K。水固化28天后，测得了每个圆柱形样品对应于饱和状态，干燥状态和两个中间含水量的四种不同含水量的导热率。对于直径尺寸为105times;50 mm的圆柱形标本 可以用型号为Isomet 2114表面探头测量，因为它们高于最小建议容积：60 mm底面直径和20-40毫米厚度（Isomet 2114,2011）。此外，为了提高结果的准确性，将每个样品的顶部表面整平并且所有测试都在30mm规格的XPS绝热板上进行。根据Santos和Matias（2006）的说法，具有CE标记的产品的导热系数在平均测试温度为10°C的温度下进行评估。通过这种方法，根据ISO/FDIS 10456（ISO，2007）规范要求，将获得的测试结果转换为10℃的参考温度。
表1骨料参数
结果与讨论
每种组合物的干密度(rho;d)，抗压强度(fcm)，干导热系数(lambda;dry)和干比热(c)的平均值列于附录表A1中。附录表A1还提供了表示含水量按重量增加1％时导热率的增量系数Ks。接受测试的结构轻骨料混凝土的抗压强度范围为14.8〜66.8 MPa，干密度范围为1440〜1890 kg/m3。根据BS-EN 206-1（BSI，2013）规范要求，可以覆盖最常用的强度等级从LC12/13到LC55/60，密度等级从D1·6到D2·0的结构轻骨料混凝土。根据轻骨料的类型和w/b比值，与相同组成的普通混凝土相比，结构轻骨料混凝土的抗压强度损失在10％至63％之间变化。结构轻骨料混凝土中w/b比值较低，孔隙度较大的骨料的抗压强度降低幅度较大（Argex，表1）。结构轻骨料混凝土采用孔隙度较低的轻骨料（Stalite）生产，其抗压强度与普通混凝土相似或略低，这一点在此强调，因为它导致了更高的结构效率水平（fcm /rho;d）。用中等密度骨料（Leca和Lytag）生产的结构轻骨料混凝土的w/b比分别为0.55和0.65，它们分别表现出与普通混凝土相似或更高的结构效率水平。因为密度降低是一个决定性因素，所以认为Argex更适合低强度混凝土的生产。对于所分析的抗压强度和密度范围，可以生产干导热率为0.70-1.36 W/mK的结构轻骨料混凝土和干导热率为1.35-2 W/mK的普通混凝土。结构轻骨料混凝土的导热系数与有相同组成的普通混凝土相比在Stalite，Lytag，Leca和Argex四个方面分别平均降低了40％，47％，49％和53％。通过结构效率和导热率之比（fcm /（rho;dlambda;dry））测得的最佳性能是结构轻骨料混凝土（Stalite2·2），其次是结构轻骨料混凝土（Lytag和Leca2.1），结构轻骨料混凝土和（Argex1·7）和普通混凝土（1·4）。干混凝土的c比更密集的结构轻骨料混凝土低，其中Argex结构轻骨料混凝土约为1030 J / kg K，Leca 结构轻骨料混凝土约970 J / kg K，Lytag结构轻骨料混凝土约920 J / kg K， Stalite结构轻骨料混凝土约为900 J / kg K，普通混凝土约为760 J / kg K。尽管本研究获得的普通混凝土的平均比热c值略低。但这些结果与FIP（1983），Van Geem和Fiorato（1983）和ACI 122
全文共8814字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[12709]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
