面向建筑节能的加气混凝土吸放湿特性与有效导热系数研究

摘要

如今随着建筑能耗在社会总能耗中逐渐占有较高比例，对建筑进行能耗分析也开始受到人们重视，然而在进行建筑能耗分析或热工设计时，需获知建筑材料准确的吸放湿特性参数和有效导热系数数值以确保计算结果精确性，因此获取材料准确的热湿物性就显得尤为重要。本文以典型的建筑多孔材料蒸压加气混凝土作为研究对象，通过实验和理论相结合对其吸放湿特性和导热性能进行了全面研究。
　　首先，本文通过采用多种手段（SEM、XRD、压汞法等）对其细观孔隙结构进行表征，总结了加气混凝土的基本物性（容积密度、骨架密度、开口孔隙率、总孔隙率）测试方法。
　　为获得加气混凝土吸放湿特性，本文研究了不同环境相对湿度(20％、40％、60％、80％和90％ RH)下，不同孔隙率试样（B04、B05、B06级）的等温动态吸湿和放湿曲线。对于吸湿过程，同一孔隙率下，相对湿度越大，试样动态吸水率越大，当相对湿度达到80％ RH以上时，吸水率增长更为剧烈。对于放湿过程，孔隙率越大，试样含水率变化幅度越大;对于同一孔隙率试样，达到动态放湿平衡所需的时间将随环境相对湿度的增大而增长。此外，本文研究了不同温度（15℃、25℃和35℃）对试样放湿速率的影响，发现温度越高，放湿速率越大，即温度越低，越不利于试样内部湿分的释放。对于常年高湿的地区，冬天应更关注并改善建筑墙体的内部结露，以提高墙体保温性及室内人体热舒适性。
　　为研究含湿加气混凝土的导热性能，本文选用基于瞬态平面热源法的Hot Disk热常数分析仪，并通过多次调整测试探头、测试时间及输出功率，确定了测试含湿加气混凝土有效导热系数的最佳输入功率为50 mW，并获得绝干和含湿状态下的加气混凝土的有效导热系数值。实验结果表明，加气混凝土有效导热系数受其孔隙结构及内部成分组成的影响较大，其有效导热系数将随含水率的提升呈单调增长趋势，随孔隙率的增大而呈降低趋势。在含水率低于15％时，加气混凝土的有效导热系数随含水率增加而迅速增大;当含水率大于15％时，有效导热系数随含水率的变化逐渐减缓。此外，对于年平均相对湿度约为80％RH的夏热冬冷地区，加气混凝土的平衡质量含水率将达5％以上，其有效导热系数较绝干状态提升近一倍。
　　此外，本文在分形理论的基础上，描述了三种计算加气混凝土分形维数的方法;由于图像法较压汞法而言具有可操作性强、成本低廉、数据获取便捷等特点，因而更适用于加气混凝土分形维数的计算。此外，本文还在Feng等人工作的基础上，运用简化的分形预测模型计算了绝干状态下加气混凝土的有效导热系数，通过比对实验数据发现，预测结果具有较高的准确性，证明该模型适用于诸如加气混凝土等固相连续多孔建材的有效导热系数预测。

目录

声明

致谢

摘要

主要符号表

1 绪论

1．1 课题研究意义

1．2 课题研究背景

1．2．1 建筑围护结构与建筑节能

1．2．2 建筑保温围护体系

1．3 国内外研究现状

1．3．1 多孔介质的有效导热系数研究

1．3．2 含水率对多孔介质有效导热系数的影响

1．3．3 多孔建材吸放湿特性研究

1．3．4 已有工作的不足

1．4 课题来源

1．5 课题的研究内容及创新点

1．5．1 研究内容

1．5．2 创新点

2 加气混凝土微观结构及基本物性表征

2．1 实验材料

2．2 微观结构特性

2．2．1 用扫描电子显微镜获得孔隙结构图像

2．2．2 用X射线衍射获得材料成分

2．3 加气混凝土多孔介质特性表征参数

2．3．1 容积密度

2．3．2 骨架密度

2．3．3 开口孔隙率

2．3．4 总孔隙率

2．4 本章小结

3 加气混凝土的吸放湿特性

3．1 加气混凝土吸放湿特性研究实验

3．1．1 实验试样及仪器

3．1．2 实验过程

3．2 等温动态吸湿过程曲线

3．3 等温动态放湿过程曲线

3．4 平衡湿度曲线

3．5 本章小结

4 有效导热系数测试及其影响因素

4．1 实验仪器及原理

4．1．1 实验仪器

4．1．2 瞬态平面热源法(TPS)测量原理

4．2 含湿试样的制备过程

4．3 有效导热系数测量条件的选取

4．4 仪器重复性验证

4．5 固相导热系数测试

4．6 含水率对加气混凝土有效导热系数的影响

4．7 孔隙率对加气混凝土有效导热系数的影响

4．8 本章小结

5 加气混凝土有效导热系数预测模型

5．1 分形原理

5．2 分形维数

5．2．1 相似维数

5．2．2 计盒维数

5．3 加气混凝土孔结构分形特征描述

5．3．1 压汞法计算分形维数

5．3．2 图像法计算分形维数

5．4 绝干加气混凝土有效导热系数的预测模型

5．5 本章小结

6 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果

攻读硕士学位期间获奖情况

攻读硕士学位期间参与的科研项目