建筑材料導熱系數和密度分析技術研究

李志平

廣東華宸建設工程質量檢測有限公司

1 引言

建筑材料測量是貫穿于整個建筑工程施工的重要內容，在建筑施工過程中，每個階段使用的材料類別和強度都有所差異，因此需要及時地對材料的性能進行檢測，確保材料符合使用規范，以此保證建筑工程施工的質量。另一方面，在施工過程中對建筑材料的質量進行檢測，還能夠及時調整材料采購計劃，避免成本損失。而在建筑材料檢測中，對材料的導熱系數和密度進行檢測是重要的兩個方面。在當前的建筑工程施工中常用的導熱系數測量方法是穩態法和非穩態法，本文主要對其中的熱線法和脈沖法進行分析，而對建筑材料密度分析則主要研究了建筑材料煙密度測定儀這種方法。

2 建筑材料測量現狀

建筑材料測量是當前建筑施工中的重要內容和環節，建筑材料的質量是建筑施工質量的保障，并且對于節約原材料、發展建筑科學技術也具有積極的影響。然而因為我國建筑施工行業發展的過程中，一直都有的重生產、輕管理，重人力、輕技術的現象，導致目前的建筑材料測量還存在著一些問題，主要包括材料質量參差不齊、檢測方法和標準不統一、檢測手段簡單化這三個方面的問題。

2.1 材料質量參差不齊

我國是一個發展中大國，建筑行業正處于飛速發展階段，因而產生了對建筑材料的大量需求，由此誕生了許許多多的建筑材料生產廠商，這些廠商因為自身的規模、資金、技術等多個方面的差異，所生產出來的建筑材料質量也存在著很大的差別。對于規模大、資金充足、技術先進的廠商，往往生產出來的建筑材料質量較好，在建筑施工中的表現很好，能有效保證建筑施工的質量。而小廠商生產的建筑材料在質量上則要略次一些。因為建筑材料質量的參差不齊，所以給建筑材料的質量檢測帶來了很多困難，同一種類型的材料，可能因為不同批次購買的廠商不同，導致質量和性能存在差異。

2.2 檢測方法和標準不統一

我國的建筑施工行業覆蓋了全國大多數的地區，覆蓋面積廣，建設工程量大，而不同地區對建筑材料檢測的方法和標準都不盡相同，有的地區僅以國家標準為材料的檢測標準，沒有充分考慮到建筑的實際情況，沒有考慮到建筑施工隊材料質量的具體要求。檢測方法也是各地區、甚至不同同地區不同工地的檢測方法都不相同，沒有統一方法和標準的后果就是建筑材料檢測結果的準確性存在差別，可信度也不一樣。

2.3 建筑材料測試人員的技術水平有限

當前我國的建筑材料測試當中，測試的技術人員技術水平有限，技術工人的專業發展培訓也不多。材料測試的技術工人是材料測試的重點，出來將材料帶到實驗室進行精細化測量以外，還需要技術工人在施工現場能夠對建筑材料的導熱性和密度等屬性進行簡單的測試，這就需要工人掌握專業的材料測試技術和相關的材料測試方法，但是當前我國的建筑行業因為入行門檻較低，工人的技術水平有限，能夠掌握相關測試技術的工人數量也不能滿足當前建筑行業的大量需求。加上工地的工作繁重復雜，一個工程的建設周期往往很長，技術工人需要長時間在工地工作，就沒有時間參加培訓或者進一步提高自身的技術水平。

2.4 檢測手段簡單化

盡管信息技術的發展給建筑材料檢測帶來很大的便利，但是縱觀全國，很多地區依然沿用落后的手工填表、人工統計方法，既增加了工作的煩瑣程度，又由于技術水平低下，造成很多數據出現誤差，很多數據出現失真、丟失現象，給工程帶來質量和安全隱患。

3 建筑材料導熱系數分析技術

導熱系數是建筑材料質量檢測中的重要內容，導熱系數的高低決定了建筑材料的熱傳遞效果和保溫能力。對于建筑工程來講，為了讓房屋能達到冬暖夏涼的效果，減少外界氣溫對室內溫度的影響，建筑外墻通常采用導熱系數較低的材料。當前我國建筑材料檢測中常用的導熱系數測量方法可以大致分為穩態法和非穩態法，本文選取這兩類方法中的兩個具體方法，即熱線發和脈沖法研究建筑材料導熱系數的測量技術。接下來，就建筑材料導熱系數的具體檢測技術進行分析研究。

3.1 熱線法

熱線法是一種常用的測量建筑材料導熱系數的方法，具有簡便、快速、易于操作、精確、實驗設備簡單等優點，熱線法在我國廣泛應用于保溫材料[熱系數小于2W/（m·K）]的導熱系數測量當中。

熱線法的基本原理就是通過在試驗材料中間放置一根金屬熱線，通過金屬熱線的溫度升高速度來計算材料的導熱系數。眾所周知，在兩個有溫度差的物體之間存在介質時，高溫物體會通過熱輻射的方式將熱量傳遞給低溫物體，最終達到熱平衡。熱線法就是依據這個原理設計的。

熱線法測量材料導熱系數的公式為：

式中：

λ——材料的導熱系數；

P——熱線某一特定段的加熱功率（W）；

L——該段熱線的長度（m）；

θ——熱線的溫度（℃）；

t——對應溫度的加熱時間（s）；

A——lnt～θ曲線的線性區的斜率；

q——熱絲單位長度上的加熱功率。

根據這個公式，在確定的輸出功率下加熱熱線時，測定不同時間的θ值，即可畫出lnt～θ的曲線，找出線性區并進行直線擬合，求出擬合直線的斜率A，就可以計算出導熱系數λ。

熱線法的試驗方法和步驟，以及計算過程都相對比較簡單，因此在當前的建筑材料檢測中應用比較廣泛。熱線法最大的優點就操作的簡便性，并且能夠取得較好的精度。而熱線法最大的缺點在于能夠用熱線法測量的材料種類比較有限，因為熱線法測量需要金屬熱線絲來反映材料的導熱性能，而有些材料是沒辦法安裝金屬熱線絲的，或者被加熱會產生變性，導致測量出來的導熱系數不準確。

3.2 脈沖法

脈沖法是另外一種簡便的建筑材料導熱系數測量非穩態方法。脈沖法相比起熱線法，在操作上更加簡便，所使用的設備也很簡單，不需要孔溫制冷裝置。脈沖法能夠對不同濕度的材料進行測試，并在一次試驗中就可以得到材料的導熱系數，導溫系數和比熱。脈沖法的原理是在較短時間內對試件進行加熱，根據試件的溫度變化，計算試件的導熱系數。在脈沖法測量材料的導熱系數試驗中，采用的裝置包括一個加熱器、三塊試件以及測溫熱電。

脈沖法測量材料導熱系數的主要步驟：首先，選擇兩厚一薄三塊試件，薄試件的尺寸為200mm×200mm×（20～30）mm，厚試件的尺寸為200mm×200mm×（60～100）mm。根據要求，試件表觀密度之間的差值應控制在5%以內。然后，對試件表面進行處理，使試件的表面平整，厚度均勻，試件之間的接觸面緊密。再然后，根據測量條件的不同，設置具體的測量環境，比如帶水測量，需要控制試件的濕度，無水測量，需要將試件烘干。

脈沖法測量材料導熱系數的最大優點也是方便準確，只需要對試件進行加熱就可以，甚至不需要金屬線，但是這種方法的缺點也很明顯，那就是測量的材料種類偏少，因為需要對材料試件直接加熱，對于那些加熱會導致變性的材料，這種方法就無法測得精確地材料導熱系數。

4 建筑材料密度分析技術

材料的密度是建筑材料測試當中的重要內容，因為建筑工程施工過程中使用的材料種類和成分都相對復雜，而材料的密度對建筑工程的質量影響很大，如果所使用的材料密度不恰當，就會造成建筑工程開裂，塌陷等。因此在施工之前就需要對材料的密度進行檢測，通常來講，建筑材料在出廠的時候就會進行密度的測試，采用抽樣檢測的方法，對同一批次的材料進行密度檢測，但是這種測試方法適用于大批量材料檢測，所使用的技術方法大多是x光或者其他物理密度檢測方法。

建筑材料的密度測量相對比較簡單，可以使用專業的密度測試儀器進行測試，也可以采用一些簡單的手法進行粗略計算。通常建筑材料的密度是符合國家規定的材料密度要求的，但是也存在少數的不符合要求的材料。要測試材料的密度，比較常用的技術就是密度檢測儀，一般常見的是采用x光射線，直接測量材料的密度。也有使用質量體積之比粗略估計材料密度的方式，這是根據密度的定義，對比較規則均勻的材料進行密度計算測量，這種方法測量的精確度不是很高，但是能夠適用于大部分的材料，因為材料的質量和體積都比較容易獲得。

材料煙密度測試儀也是材料測試當中經常使用的一起，該儀器能夠測量材料靜態燃燒時產生的煙密度，煙密度對于建筑工程材料也非常重要，因為建筑施工中消防是一個非常重要的點，而煙密度高的材料在發生火災時會產生大量的煙，嚴重影響逃生和消防人員救援。所以也需要使用建筑材料煙密度測試儀對材料的煙密度進行測試。

建筑材料密度的另一個測試方法就是建材真密度檢測，真密度是指材料在絕對密實的狀態下單位體積的固體物質的實際質量，即去除內部孔隙或者顆粒間的空隙后的密度。測試真密度可以檢測出建筑材料的原料成分，進而分析出材料的質量情況。測試建筑材料真密度常用的方法是真密度檢測儀，其測試方法為：將試料置于真密度測試儀中，用氦氣作介質，在測量室逐漸加壓到一個規定值，然后氦氣膨脹進入膨脹室內，兩個過程的平衡壓力由儀器自動記錄，根據質量守恒定律，通過標準球校準測量室和膨脹室的體積后，再確定試料的體積，計算出真密度。

5 結束語

建筑材料的性能檢測是建筑施工中非常重要的內容，貫穿著整個施工的全過程，在施工之前，需要對采購的材料進行檢測，才能確定材料是否能用于本工程的施工，施工過程中，檢測材料質量，能夠幫助確定工程的進度安排，合理完成施工計劃，而施工完成后，檢測材料質量，有利于事后出現問題時，及時找到原因。而對材料的導熱性能和密度進行測量又是材料檢測里的重要內容，常用的導熱系數測量技術包括熱線法和脈沖法，這兩種測量方法都比較簡單，操作起來方便，測量的結果也比較精確。而對密度測量則更多采用密度測量儀器，得到的結果十分精確。總之，隨著建筑行業的進一步發展，對于材料的要求也會越來越高，那么材料檢測的重要性也會逐漸上升。