一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法技术

技术编号：41273389 阅读：3 留言：0更新日期：2024-05-11 09:26

本发明专利技术提供一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法，包括以下步骤：步骤一、测试试件制作；步骤二、测试试件导热系数测试；步骤三、测试试件比热容测试；步骤四、界面过渡区厚度测试；步骤五、根据步骤二和步骤四所得测试结果计算混凝土界面过渡区导热系数；步骤六、根据步骤三和步骤四所得测试结果计算混凝土界面过渡区比热容。该方法实现对混凝土界面过渡区热学参数进行测定。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及土木工程材料领域，特别涉及一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法。

技术介绍

1、混凝土中的界面过渡区(itz)是是混凝土中最重要的界面，是独立于砂浆与骨料之间的“第三相”。界面过渡区的存在会对混凝土温度场分布产生显著影响，虽然其厚度很小，但在传热过程中界面过渡区处的实际接触面积极小(约为名义接触面积的1％-2％)，同时由于itz与骨料间的导热系数差异，在界面未完全接触条件下，内部孔隙的存在会造成热流流向发生改变，产生界面热阻，从而使得热量在itz周围出现“绕流”现象，导致界面两侧温差较大，局部温度分布不均匀，从而造成混凝土各部分变形不协调，并最终引起开裂。测定界面过渡区的热学参数(导热系数，比热容)是探究其对混凝土温度场分布的影响情况的必要条件，而在实际中，界面过渡区极其微小，其热学参数难以直接测得，目前，通常用多相复合材料的热学参数模型来反演界面过渡区的热学参数。而这些模型缺乏对空间关系的考虑，参数也相对简化，并且由于引入了等效理论，所得界面热学参数具有一定的不确定性。

技术实现思路

1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法，对混凝土界面过渡区热学参数进行测定。

2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法，包括以下步骤：

3、步骤一、测试试件制作；

4、步骤二、测试试件导热系数测试；

5、步骤三、测试试件比热容测试；

<p>6、步骤四、界面过渡区厚度测试；

7、步骤五、根据步骤二和步骤四所得测试结果计算混凝土界面过渡区导热系数；

8、步骤六、根据步骤三和步骤四所得测试结果计算混凝土界面过渡区比热容。

9、优选的方案中，所述步骤一中，测试试件包括混凝土试件、水泥砂浆试件和骨料板试件，混凝土试件包括导热系数测试试件和比热容测试试件；导热系数测试试件制作方法为将骨料板置于模具底部，然后在骨料板上侧浇筑水泥砂浆获得导热系数测试试件；比热容测试试件制作方法为将骨料板放置于模具内一侧，然后在骨料板另一侧浇筑水泥砂浆，制作成骨料板和水泥砂浆左右布置的比热容测试试件，水泥砂浆试件的水泥砂浆与混凝土试件的水泥砂浆成分一致，骨料板试件与混凝土试件的骨料板成分一致。

10、优选的方案中，所述步骤二中，采用稳态平板热流计法分别测试导热系数测试试件、水泥砂浆试件以及骨料板试件导热系数，测试时，将测试试件放置在冷、热板之间进行导热系数的稳态法测量。

11、优选的方案中，所述步骤三中，利用瞬态平面热源法分别测试比热容测试试件、水泥砂浆试件以及骨料板试件的比热容。

12、优选的方案中，所述步骤四中，采用显微硬度计测量水泥砂浆与骨料交界处硬度的变化趋势，并据此判断界面过渡区边界以得到界面过渡区厚度。

13、优选的方案中，所述步骤五中，采用热阻串联模型计算界面过渡区导热系数，热阻串联模型原理如下：

14、

15、式中，θserial为复合介质串联的热阻，θi为介质i的热阻，n为介质个数；

16、热阻与导热系数的关系为：

17、

18、式中，θ为热阻，l为介质的厚度或长度，λ为导热系数，s为传热面积；

19、基于上述两式推导出复合介质串联模型导热系数：

20、

21、推算出界面过渡区导热系数为：

22、

23、式中，λitz、λ、λcp、λa分别为界面过渡区、混凝土试件、水泥砂浆以及粗骨料的导热系数；litz、lcp、la、l分别为界面过渡区、水泥砂浆、粗骨料、混凝土试件传热长度，δ、δcp、δa、δitz分别为混凝土试件、水泥砂浆、粗骨料、界面过渡区的厚度。

24、优选的方案中，所述步骤六中，采用混合比热容法进行混凝土界面过渡区比热容计算，过程如下：

25、

26、式中，c是复合材料的比热容，ci是第i种组分的比热容，wi是第i种组分的质量分数，n是组分的种类；

27、据此可以推导出界面过渡区比热容为：

28、

29、式中，citz，c，ccp，ca分别为界面过渡区、混凝土试件、水泥砂浆、粗骨料的比热容，wcp、wa、和witz分别为混凝土试件中水泥砂浆、粗骨料和界面过渡区所占的质量分数。

30、优选的方案中，所述混凝土试件中水泥砂浆、粗骨料和界面过渡区所占的质量分数的计算方法为首先对骨料板试件、水泥砂浆试件进行称重，再根据其体积计算得到其对应的密度，然后根据混凝土试件中，水泥砂浆、粗骨料、界面过渡区的厚度即可计算出各个组分的质量分数。

31、本专利技术提供的一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法，该方法与常规模型计算方法相比更为简便，避免了常规界面过渡区计算模型中由于空间结构造成的误差，保证了热流的一维传导，使得测量结果更为精确。分别利用瞬态法与稳态法测试比热容与导热系数，保证了测量结果的准确，为实际工程中混凝土细观温度场分析与细观温度开裂机理研究提供了参考。

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【技术保护点】

1.一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法，其特征在于：所述步骤一中，测试试件包括混凝土试件、水泥砂浆试件和骨料板试件，混凝土试件包括导热系数测试试件和比热容测试试件；导热系数测试试件制作方法为将骨料板置于模具底部，然后在骨料板上侧浇筑水泥砂浆获得导热系数测试试件；比热容测试试件制作方法为将骨料板放置于模具内一侧，然后在骨料板另一侧浇筑水泥砂浆，制作成骨料板和水泥砂浆左右布置的比热容测试试件，水泥砂浆试件的水泥砂浆与混凝土试件的水泥砂浆成分一致，骨料板试件与混凝土试件的骨料板成分一致。

3.根据权利要求2所述的一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法，其特征在于：所述步骤二中，采用稳态平板热流计法分别测试导热系数测试试件、水泥砂浆试件以及骨料板试件导热系数，测试时，将测试试件放置在冷、热板之间进行导热系数的稳态法测量。

4.根据权利要求2所述的一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法，其特征在于：所述步骤三中，利用瞬态平面热源法分别测试比热容测试试件

5.根据权利要求1所述的一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法，其特征在于：所述步骤四中，采用显微硬度计测量水泥砂浆与骨料交界处硬度的变化趋势，并据此判断界面过渡区边界以得到界面过渡区厚度。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法，其特征在于：所述步骤五中，采用热阻串联模型计算界面过渡区导热系数，热阻串联模型原理如下：

7.根据权利要求1所述的一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法，其特征在于：所述步骤六中，采用混合比热容法进行混凝土界面过渡区比热容计算，过程如下：

8.根据权利要求7所述的一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法，其特征在于：所述混凝土试件中水泥砂浆、粗骨料和界面过渡区所占的质量分数的计算方法为首先对骨料板试件、水泥砂浆试件进行称重，再根据其体积计算得到其对应的密度，然后根据混凝土试件中，水泥砂浆、粗骨料、界面过渡区的厚度即可计算出各个组分的质量分数。

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【技术特征摘要】

1.一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法，其特征在于：包括以下步骤：

4.根据权利要求2所述的一种混凝土界面过渡区热学参数精准测定方法，其特征在于：所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈博夫，唐国庆，潘昭，卢晓春，熊勃勃，高鸿鹄，蔡征龙，李彪，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：

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