浅析非均质材料传热系数检测环境对检测结果的影响

杨凌军

(深圳市政院检测有限公司,广东 深圳 518057)

建筑节能施工质量控制的关键之一是加强外墙节能质量控制,而外墙节能质量的控制主要方法即控制外墙传热系数。本文简要介绍了非均质材料传热系数性能检测原理,并就检测环境展开了分析,以便确定其最快达到干湿平衡的养护、检测环境,为寻找出快速测量墙体传热系数的养护、检测环境提供理论依据。

1 检测原理

传热系数是用两侧环境温度定义的,因此要求有适合的测量温度方法来确定环境温度。实验室检测非均质材料传热系数是基于稳定传热原理,采用防护热箱法或标定热箱法检测。设备一侧为热箱,另一侧为冷箱,中间为试件框,安放被检测的墙体试件,试件两侧各自保持稳定的空气温度、气流速度和热辐射条件下,测量热箱中加热器的发热量Qp,减去通过计量热箱外壁的热流量Q3和试件内不平衡热流量Q2(防护热箱法)或减去通过热箱外壁的热流量Q3和试件侧面迂回热损的热流量Q4(标定热箱法),除以试件面积与两侧环境空气温差的乘积,由此计算得出试件的传热系数K值[1]。

2 检测环境对比分析

众所周知,墙体在砌筑过程中要对砌筑材料进行湿润处理,此时墙体的含水率比较高,墙体砌筑成型后在两个侧面还要抹上砂浆,在室外面还会做防水层、表面刷涂料或贴瓷砖,因此,墙体内的水分在短期内是很难自然蒸发掉的,特别是对于目前大量使用的蒸压加气混凝土砌块墙体,其墙体的初始含水率一般在20%以上。在本轮分析之初,我司曾采用称重法对墙体湿度进行跟踪测量,200mm厚的蒸压加气混凝土砌块,其两个侧面各抹20mm厚的普通水泥砂浆,蒸压加气混凝土砌块的初始含水率约为13%,整个墙体初始含水率约为21%；将整个墙体放置于通风良好的室内进行自然养护(温度介于22～28℃、空气相对湿度介于50%～75%),28天后再测试加气块的含水率约为5%,显然墙体内的水分在自然环境下是不容易被蒸发的。

墙体含水率大小对于传热系数检测结果影响巨大,墙体的含水率越高,传热系数检测结果越大。《广东省建筑节能工程施工质量验收规范》DBJ 15-65-2009中4.2.3规定：非均质材料(构造)砌块(砖)、复合砌筑墙,其构造的热阻或传热系数进场复验报告应为样品自然养护28天以上干燥状态下的实验室检测报告[2]。

目前各个检测机构的墙体传热系数检测业务主要面向建设工程类,即主要是为工程验收服务。全国各省市都对本地区的建筑外墙的传热系数给出了一个具体的限值指标,该指标是基于墙体在干燥状态下测试的结果,不考虑含水率的影响。因此,如果所测试的墙体含水率较高,会造成超标的情况,给工程验收带来困扰。由于很难统计不同的墙体材料在不同的含水率下的传热系数,即使在检测报告中给出测试时样品的含水率,其参考意义也不大；另外,要使墙体在自然养护条件下达到干燥状态,所需的时间非常长,特别是在雨季就更难了,这不仅给检测机构带来了不利影响,对工程验收也是很不利的。本项目也是在此背景下提出,目的是为人工调节墙体含水率,快速进行墙体传热系数检测提供理论依据。

本轮研究性实验共检测3对平行样,每对平行样含1组自然风干28天试件和1组经人工调节含水率的试件,样品构造做法为20mm水泥砂浆+200mm蒸压加气混凝土砌块+20mm水泥砂浆。

第一对平行样：ZYJN16001-01为自然风干试件；ZYJN16001-02由同一工人、同厂家原材砌筑而成,但在墙体抹灰完工3天后,将试件移至温度为40～50℃、空气相对湿度介于40%～50%的房间中放置7天后,取出试件,按防护热箱法进行检测。此次人工调节墙体含水率过程共7天,调节后墙体含水率为4.0%。

第二对平行样：ZYJN16002-01为自然风干试件；ZYJN16002-02仍由同一工人、同厂家原材砌筑而成,但在墙体抹灰完工7天后,将试件移至温度为40～50℃、空气相对湿度介于40%～50%的房间中放置7天后,取出试件,按防护热箱法进行检测。此次人工调节墙体含水率过程共7天,调节后墙体含水率为4.2%。

第三对平行样：ZYJN16003-01为自然风干试件；ZYJN16003-02仍由同一工人、同厂家原材砌筑而成,但在墙体抹灰完工7天后,将试件移至温度为40～50℃、空气相对湿度介于40%～50%的房间中放置10天后,取出试件,按防护热箱法进行检测。此次人工调节墙体含水率过程共10天,调节后墙体含水率为3.5%。

检测结果按下式计算：

U=QA(Tni-Tne)

经检测,3组平行样检测结果见表1。

表1 3组平行样检测结果

由上表数据分析第一组平行样,由于过早的进行人工干预养护,ZYJN16001-02试件表面可见多处大小不一裂缝,该项缺陷导致其检测结果明显偏高,从上表我们也很容易发现,ZYJN16001-02检测结果明显高于ZYJN16001-01；第二组平行样,ZYJN16002-01和ZYJN16002-02的含水率和传热系数均很接近,且样品ZYJN16002-02的外观质量无明显缺陷；第三组平行样,ZYJN16003-02的含水率检查结果稍低于ZYJN16003-01,传热系数检测结果也稍优于ZYJN16003-01,且样品ZYJN16003-02的外观质量无明显缺陷。将测试后ZYJN16003-02置于自然风干环境中3天,待样品重新获得干湿平衡后再对样品进行检测,得到其传热系数约为1.068,与ZYJN16003-01检测结果较为接近。

综上分析可得,蒸压加气混凝土砌块墙体传热系数检测最佳养护检测环境调节方案为自然风干7天,而后在温度为40～50℃、空气相对湿度介于40%～50%的环境中养护7天,此时墙体传热检测结果与自然风干28天检测结果最为相近[3]。

3 结语

采用合适的养护、检测环境调节过程,将加气块墙体的含水率控制在4%左右,既可以使检测结果更加接近理论计算值,又可以使各个检测机构的检测结果趋于接近,为工程验收部门提供易于判断的检测报告；通过对养护、检测环境的调节,大大地缩短了墙体养护所需的时间,帮助施工单位快速有效地控制建筑节能施工质量提供了又一条途径。

[1]中华人民共和国建设部.建筑节能工程施工质量验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2007．

[2]广东省建筑科学研究院.广东省建筑节能工程施工质量验收规范[S].广州：中国建筑工业出版社,2009．

[3]南京玻璃纤维研究设计院.绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法[S].北京：中国国家标准化管理委员会,2008．