淺析非均質材料傳熱系數檢測環境對檢測結果的影響

楊凌軍

(深圳市政院檢測有限公司,廣東 深圳 518057)

建筑節能施工質量控制的關鍵之一是加強外墻節能質量控制,而外墻節能質量的控制主要方法即控制外墻傳熱系數。本文簡要介紹了非均質材料傳熱系數性能檢測原理,并就檢測環境展開了分析,以便確定其最快達到干濕平衡的養護、檢測環境,為尋找出快速測量墻體傳熱系數的養護、檢測環境提供理論依據。

1 檢測原理

傳熱系數是用兩側環境溫度定義的,因此要求有適合的測量溫度方法來確定環境溫度。實驗室檢測非均質材料傳熱系數是基于穩定傳熱原理,采用防護熱箱法或標定熱箱法檢測。設備一側為熱箱,另一側為冷箱,中間為試件框,安放被檢測的墻體試件,試件兩側各自保持穩定的空氣溫度、氣流速度和熱輻射條件下,測量熱箱中加熱器的發熱量Qp,減去通過計量熱箱外壁的熱流量Q3和試件內不平衡熱流量Q2(防護熱箱法)或減去通過熱箱外壁的熱流量Q3和試件側面迂回熱損的熱流量Q4(標定熱箱法),除以試件面積與兩側環境空氣溫差的乘積,由此計算得出試件的傳熱系數K值[1]。

2 檢測環境對比分析

眾所周知,墻體在砌筑過程中要對砌筑材料進行濕潤處理,此時墻體的含水率比較高,墻體砌筑成型后在兩個側面還要抹上砂漿,在室外面還會做防水層、表面刷涂料或貼瓷磚,因此,墻體內的水分在短期內是很難自然蒸發掉的,特別是對于目前大量使用的蒸壓加氣混凝土砌塊墻體,其墻體的初始含水率一般在20%以上。在本輪分析之初,我司曾采用稱重法對墻體濕度進行跟蹤測量,200mm厚的蒸壓加氣混凝土砌塊,其兩個側面各抹20mm厚的普通水泥砂漿,蒸壓加氣混凝土砌塊的初始含水率約為13%,整個墻體初始含水率約為21%；將整個墻體放置于通風良好的室內進行自然養護(溫度介于22～28℃、空氣相對濕度介于50%～75%),28天后再測試加氣塊的含水率約為5%,顯然墻體內的水分在自然環境下是不容易被蒸發的。

墻體含水率大小對于傳熱系數檢測結果影響巨大,墻體的含水率越高,傳熱系數檢測結果越大。《廣東省建筑節能工程施工質量驗收規范》DBJ 15-65-2009中4.2.3規定：非均質材料(構造)砌塊(磚)、復合砌筑墻,其構造的熱阻或傳熱系數進場復驗報告應為樣品自然養護28天以上干燥狀態下的實驗室檢測報告[2]。

目前各個檢測機構的墻體傳熱系數檢測業務主要面向建設工程類,即主要是為工程驗收服務。全國各省市都對本地區的建筑外墻的傳熱系數給出了一個具體的限值指標,該指標是基于墻體在干燥狀態下測試的結果,不考慮含水率的影響。因此,如果所測試的墻體含水率較高,會造成超標的情況,給工程驗收帶來困擾。由于很難統計不同的墻體材料在不同的含水率下的傳熱系數,即使在檢測報告中給出測試時樣品的含水率,其參考意義也不大；另外,要使墻體在自然養護條件下達到干燥狀態,所需的時間非常長,特別是在雨季就更難了,這不僅給檢測機構帶來了不利影響,對工程驗收也是很不利的。本項目也是在此背景下提出,目的是為人工調節墻體含水率,快速進行墻體傳熱系數檢測提供理論依據。

本輪研究性實驗共檢測3對平行樣,每對平行樣含1組自然風干28天試件和1組經人工調節含水率的試件,樣品構造做法為20mm水泥砂漿+200mm蒸壓加氣混凝土砌塊+20mm水泥砂漿。

第一對平行樣：ZYJN16001-01為自然風干試件；ZYJN16001-02由同一工人、同廠家原材砌筑而成,但在墻體抹灰完工3天后,將試件移至溫度為40～50℃、空氣相對濕度介于40%～50%的房間中放置7天后,取出試件,按防護熱箱法進行檢測。此次人工調節墻體含水率過程共7天,調節后墻體含水率為4.0%。

第二對平行樣：ZYJN16002-01為自然風干試件；ZYJN16002-02仍由同一工人、同廠家原材砌筑而成,但在墻體抹灰完工7天后,將試件移至溫度為40～50℃、空氣相對濕度介于40%～50%的房間中放置7天后,取出試件,按防護熱箱法進行檢測。此次人工調節墻體含水率過程共7天,調節后墻體含水率為4.2%。

第三對平行樣：ZYJN16003-01為自然風干試件；ZYJN16003-02仍由同一工人、同廠家原材砌筑而成,但在墻體抹灰完工7天后,將試件移至溫度為40～50℃、空氣相對濕度介于40%～50%的房間中放置10天后,取出試件,按防護熱箱法進行檢測。此次人工調節墻體含水率過程共10天,調節后墻體含水率為3.5%。

檢測結果按下式計算：

U=QA(Tni-Tne)

經檢測,3組平行樣檢測結果見表1。

表1 3組平行樣檢測結果

由上表數據分析第一組平行樣,由于過早的進行人工干預養護,ZYJN16001-02試件表面可見多處大小不一裂縫,該項缺陷導致其檢測結果明顯偏高,從上表我們也很容易發現,ZYJN16001-02檢測結果明顯高于ZYJN16001-01；第二組平行樣,ZYJN16002-01和ZYJN16002-02的含水率和傳熱系數均很接近,且樣品ZYJN16002-02的外觀質量無明顯缺陷；第三組平行樣,ZYJN16003-02的含水率檢查結果稍低于ZYJN16003-01,傳熱系數檢測結果也稍優于ZYJN16003-01,且樣品ZYJN16003-02的外觀質量無明顯缺陷。將測試后ZYJN16003-02置于自然風干環境中3天,待樣品重新獲得干濕平衡后再對樣品進行檢測,得到其傳熱系數約為1.068,與ZYJN16003-01檢測結果較為接近。

綜上分析可得,蒸壓加氣混凝土砌塊墻體傳熱系數檢測最佳養護檢測環境調節方案為自然風干7天,而后在溫度為40～50℃、空氣相對濕度介于40%～50%的環境中養護7天,此時墻體傳熱檢測結果與自然風干28天檢測結果最為相近[3]。

3 結語

采用合適的養護、檢測環境調節過程,將加氣塊墻體的含水率控制在4%左右,既可以使檢測結果更加接近理論計算值,又可以使各個檢測機構的檢測結果趨于接近,為工程驗收部門提供易于判斷的檢測報告；通過對養護、檢測環境的調節,大大地縮短了墻體養護所需的時間,幫助施工單位快速有效地控制建筑節能施工質量提供了又一條途徑。

[1]中華人民共和國建設部.建筑節能工程施工質量驗收規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2007．

[2]廣東省建筑科學研究院.廣東省建筑節能工程施工質量驗收規范[S].廣州：中國建筑工業出版社,2009．

[3]南京玻璃纖維研究設計院.絕熱穩態傳熱性質的測定標定和防護熱箱法[S].北京：中國國家標準化管理委員會,2008．