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粉煤灰加气混凝土墙体温度及节能效应研究




规格铂电阻温度传感器测量误差设备供电电源

1.80m×0.40×2.00m114≤±5%三相五线制380V/6kW

3.1.2DH3818-4静态应变测试仪

由微型计算机、软件以及集数据采集箱及硬件等组成的DH3818-4静态应变测试仪,它可自动,也可手动,如图3-2所示。DH3818-4静态应变测试仪能够快速、准确、可靠地进行静态应变测量[27],同时对压力、扭矩、位移以及温度等物理量测量时,

只需配接合适的应变式传感器;同时也具有自动平衡功能,标准电阻设置于内部,实现了1/4桥、半桥以及全桥连接;为消除了试验时由开关切换时接触电势的变化导致对其结果影响,试验仪器采用了进口高性能机械继电器,并且通过专业的电路设计,从而使试验的结果更精确。因此DH3818-4静态应变测试仪也广泛用于土木、航空航天、机械、国防、交通等工业领域。

图3-2DH3818-4静态应变测试仪

DH3818-4静态应变测试系统的控制软件工作于Win9x操作系统软件,自动完成仪器的平衡调整以及相应测量参数设置,对测量结果的修正同时,做到对实时测量曲线显示以及数值、应变的计算,同时实现了文件管理、参数设置、平衡操作、采样控制、数据查询、打印控制功能,其具体的规格及参数如表3.5。

表3-5DH3818-4静态应变测试仪参数
供桥电压灵敏度系数应变片范围分标率零漂系统不确定度自动平衡范围

2V(DC)2.0±19999με1με≤4με/2h小于0.5%±3με±15000με

对DH3818-4静态应变测试仪的WESTONE电桥测量原理,我对1/4桥以及120Ω桥臂电阻为例来说其工作原理。如图3-3所示,图3-3左侧为WESTONE电桥,
AC为电源端,相对应直流电源正板(Eg)以及直流电源负极(O)分别是A与C。B端、D端的输出信号分别是Vi+、Vi-。第一桥臂(AB)是测量片电阻Rg,其电阻的大小为120Ω,第二、三桥臂(BC、CD)是仪器内部设置标准电阻R(120Ω),其中补偿片电阻R(120Ω)是第四桥臂(AD)。


3.2稳态传热试验

3.2.1试验材料的选择

加气混凝土墙体稳态传热试验所采用B05A3.5级粉煤灰蒸压加气混凝土砌块,粉煤灰蒸压加气混凝土砌块基本配合比为(%)为水泥:石灰:粉煤灰:石膏:铝粉=8:17.5:67.5:4.5:0.07,水灰比为0.60,其粉煤灰料浆比重1.42g/cm3~1.46g/cm3。粉

煤灰蒸压加气混凝土砌块按照国家标准制作,其搅拌过程是先将粉煤灰料浆、石灰、水泥搅拌4分钟,然后加入石膏后搅拌1分钟;在其浇注时的温度为38℃~45℃、烧落度为20cm且误差不超过2cm;在温度为40℃~60℃的养室静养22小时左右,预养室室温40~60℃。粉煤灰蒸压加气混凝土砌块坯体切割强度为0.07Mpa,然后进行蒸压养护,其具体的性能参数如表3.6所示。


本次试验所采用的粉煤灰蒸压加气混凝土砌块由合肥大来新型建材有限公司提供,该公司采用了国际先进技术流程和工艺制作煤灰蒸压加气混凝土砌块为了保证加气混凝土墙体的整体性和连续性,采用聚苯粘结剂753对粉煤灰蒸压加气混凝土砌块进行粘结,砌筑成墙体,如图3-5所示。聚苯板粘结剂与砌筑砂浆相比不仅施工简便,而且凝固时间较短。由于砌块的表面本身就不是完全平整,砌筑砂浆也不能做到完全的均匀,从而造成单个砌块在砌体内并不是均匀受压,而同时受弯、受压、受剪,在某些特定的情况下受扭,因此砌筑砂浆对墙体的强度、以及受力影响均较大。为了减少砂浆对墙体的这些影响,因此本次试验采用聚苯粘结剂代替了砌筑砂浆,在加气混凝土墙体中聚苯粘结剂粘结强度最大能达到0.5MPa。

3.2.2试验测试方法

本试验利用稳态传热性能测定仪控制墙体两侧的温度变化、通过喷水壶喷不同量的含水率改变墙体两侧的湿度来模拟墙体的内外环境,利用应变片来测试墙体的应变值变化情况,应变布置在墙体两侧不同的位置,如图3-6所示。

图3-6应变片布置情况

在本次试验中分别一次进行三组温度梯度试验和一组湿度试验,每组试验中的应变片测试时间均在30小时以上,直到每组的应变测试值趋于稳定时后,才结束改组的试验,来避免试验初期不稳定以及在后期对试验结果的影响。其试验具体流程,通过改变墙体两侧的温度,从而改变墙体内外面的温差。
三组温度梯度试验和一组湿度试验。在三组温度梯度试验中墙体内外面的温差值分别是15℃,25℃,35℃。墙体内面始终保持着20℃均匀温度,墙体外面控制温度分别是35℃,45℃,55℃。在墙体内外面对角线布置三个不同位置的应变片,每隔半小时采集一次应变片所记录的数据。温度梯度试验试验时间总共进行30个小时,在整个的试验过程中,试验墙体处于封闭状态,两边箱体完全封闭试验墙体。在墙体内面温度为20℃,墙体外面温度为45℃,墙体内、外温差为25℃时进行湿度试验,对墙体内、外面通过调整不同的含水率,来改变墙体内、外面的湿度,在墙体的内面调整水量为400ML,而墙体的外面调整水量为800ML,本组试验通过记录墙体在30小时以内,湿度变化对墙体不同位置的应变变化影响。在加气混凝土墙体完成砌筑后,将其静置三天后关闭箱体,设置测试系统,开始进行本次试验。

3.3试验结果及分析

3.3.1墙体传热系数测定

加气混凝土墙体热传递会受到加气混凝土砌块质量、龄期、含湿率以及工艺等众多因素的影响[28],为了避免这些因数的影响而影响本次试验结果,从而本次试验所采用的蒸压粉煤灰加气混凝土切块期龄为56天以上。加气混凝土墙体的传热系数测试时[29],将墙体内面的温度调节在20℃,墙体外面的温度调节在35℃,每半个小时采集一次数据,进行30个小时的稳态传热时间,得到加气混凝土墙体内、外表面的温度变化情况如图3-8所示。待加气混凝土墙体的传热趋于稳定后,依据式(3.5),从而计算该墙体的传热系数。
对每半个小时的数据,进行计算的该时间点上的墙体传热系数,得到该加气混凝土的墙体的传热系数随时间变化的曲线图可知,在试验的初期墙体的传热系数波动范围较大,而在试验的中后期墙体的传热系数逐渐的趋于稳定,不再存在较大的波动,可知该墙体的传热系数为0.786W/(K?m2)。

3.3.2温差对墙体的应变影响分析

通过稳态传热性能测定仪改变墙体内、外表面的温度,形成墙体两面的温度差,测得墙体内、外面的不同位置在15℃、25℃、35℃不同温差情况下的各点的微应变随时间变化关系图,分别如图3-10、图3-11、图3-12所示。而墙体内、外面同一位置(A和a)在15℃、25℃、35℃不同温差的情况下,其微应变随时间变化曲线图,如图3-13所示。
墙体的外表面微应变为正值,而墙体的内面微应变是负值,及产生的应力分别为压应力与拉应力[30]。当随着试验时间的进行,加
气混凝土墙体的内、外表面不同点的微应变不在变化。而墙体内、外表面的温差增大时,墙体内、外表面的不同点的微应变均随着温差的增加而增加。由试验数据表明,墙体内表面的位置三个应变片测得的应变大小是,墙体外表面的C点的应变值最大,而A点应变值其次,其中B点最小;墙体内表面的c点的应变值同样也是最大,而a点的应变值其次,b点在墙体的内表面上的应变值最小。

由图3-12可知,当墙体内、外面的温差增大时,而在内、外面不同点的微应变也随着温差增大而增大。当墙体内、外表面的温差为15℃时,外表面A点位置的微应变达到3000με左右;当墙体内、外表面的温差为25℃时,外表面A位置点的微应变达到4400με左右;当墙体内、外表面的温差为35℃时,外表面A位置点的微应变达到6000με左右,相应的墙体内、外表面的不同点拉、压应力也随着温差的增大而增大。在温差相同的条件下,墙体内、外表面的不同位置的应变则有以下的关系:外表面的中A点位置的应变值最大,B点位置的应变值居中,C点位置的应变值最小;而在内表面中其c点位置最大,a点位置的应变值大于b点位置的应变值而小于c点位置的应变值。由三组温度梯度试验均表现出:在墙体内、外表面的四周的应变值均大于中间点的应变,尤其在墙体内、外表面的左下角的应变值最大。

3.3.3湿度对墙体的应变影响分析

在墙体内、外表面的温差为25℃(内表面20℃、外表面45℃)时进行湿度试验,通过洒不同量的水来改变墙体外表面的湿度[29]。在墙体的外表面上分别均匀洒水,洒水量为400ML与800ML,墙体外表面随着湿度不同而不同位置点的微应变随时间变
含水量400ML应变与时间关系图3-15含水量800ML应变与时间关系

加气混凝土墙体内、外表面的温差为25℃时,在不同湿度对墙体内、外表面的影响条件下,在墙体内、外表面的同一位置(A和a)的应变值大小,如图3-16所示,

我们可以得出结,墙体内、外表面的微应变几乎不受影响湿度差的影响,当墙体内、外表面的应变不随着湿度差的增大而有显著增大,墙体内、外表面的微应变的增加量很小。因此,加气混凝土墙体的开裂受湿度影响的因素较小。