談導(dǎo)熱系數(shù)(防護(hù)熱板法)的測定及注意事項(xiàng)

孫明枝

(山西建工建筑工程檢測有限公司，山西太原 030006)

隨著我國建筑節(jié)能工作的不斷深入開展，各類新型節(jié)能保溫材料不斷涌入市場，而作為檢測單位，為這些節(jié)能材料提供科學(xué)、準(zhǔn)確、真實(shí)的數(shù)據(jù)顯得尤為重要。特別是作為節(jié)能材料的重要表征的導(dǎo)熱系數(shù)更是不容忽視。

雖然GB 20411-2007建筑節(jié)能工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范已進(jìn)行五個年頭了，盡管也有許多相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法，但有些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范并不像我們常規(guī)檢測一樣有完整的、系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的試驗(yàn)方法;再加上我們一些檢測人員對檢測標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法不熟悉，對所使用的儀器不熟悉，不僅使得檢測結(jié)果往往無法真實(shí)反映材料性能，而且影響工程質(zhì)量。為此，本文結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，針對不同種類材料導(dǎo)熱系數(shù)用防護(hù)熱板法的測量及注意事項(xiàng)進(jìn)行了具體闡述并提出了個人見解。

1 導(dǎo)熱系數(shù)

首先，導(dǎo)熱系數(shù)是保溫材料絕熱性能的主要技術(shù)依據(jù)，其物理意義為:在穩(wěn)態(tài)傳熱條件下，1m厚的材料兩側(cè)表面溫差為1℃時，在1h內(nèi)通過1m2面積傳遞的熱量。測量導(dǎo)熱系數(shù)的主要方法分為穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法，穩(wěn)態(tài)法只適宜測干燥均質(zhì)的材料，而非穩(wěn)態(tài)法可以測不同濕度下的材料;由于目前市場上的墻體和屋面材料大都屬于干燥均質(zhì)的材料，故本文以穩(wěn)態(tài)法中檢測更為準(zhǔn)確的防護(hù)熱板法為例來講。

2 防護(hù)熱板法

1)防護(hù)熱板法標(biāo)準(zhǔn)依據(jù):GB/T 10294-2008絕熱材料穩(wěn)態(tài)法熱阻及有關(guān)特性的測定 防護(hù)熱板法;

2)防護(hù)熱板法裝置原理是:在穩(wěn)態(tài)條件下，在具有平行表面的均勻板狀試件內(nèi)，建立類似于以兩個平行的溫度均勻的平面為界的無限大平板中存在的一維的均勻熱流密度。也就是說防護(hù)熱板法是運(yùn)用一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的基本原理來測定材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法，可以用來測定材料的導(dǎo)熱系數(shù)及其與溫度的關(guān)系。

3 導(dǎo)熱系數(shù)的測定

1)試件尺寸。首先，在進(jìn)行任何測量之前，應(yīng)先確定所測材料能用防護(hù)熱板裝置進(jìn)行有效測量。如果是雙試件裝置，那么兩塊試件應(yīng)該盡可能的一樣，厚度差別應(yīng)小于2%，試件的尺寸應(yīng)該完全覆蓋加熱單元的表面。試件的厚度應(yīng)是實(shí)際使用的厚度或大于能給出被測材料熱性質(zhì)的最小厚度。試件尺寸:以300mm×300mm為例，其厚度必須不大于37.5mm，如果將厚度超過37.5mm的試件直接裝入測量，其結(jié)果數(shù)據(jù)可能不準(zhǔn)確。必須切去多余厚度，將厚度減少到37.5mm以內(nèi)。

2)試件狀態(tài)調(diào)節(jié)。根據(jù)所測材料產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對本材料的要求，在進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測量前必須對試件進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，同時調(diào)節(jié)后，必須對所做試件進(jìn)行測量并稱量調(diào)節(jié)后試件的重量，計(jì)算調(diào)節(jié)后的密度，并記錄。

3)試件裝卡。進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測試的材料可分為軟質(zhì)材料、半軟質(zhì)材料、硬質(zhì)材料和顆粒狀材料四種。而每種材料所做試件的裝卡方法都不盡相同，具體區(qū)別如下:

a.半軟質(zhì)材料試件的裝卡:半軟質(zhì)材料試件，如:模塑板、擠塑板以及膠粉聚苯顆粒保溫漿料板等材料，可直接裝入位置即可開始測量。

b.軟質(zhì)材料試件的裝卡:軟質(zhì)材料試件，如:巖棉板、巖棉帶、玻璃絲棉板等材料，由于裝置內(nèi)對試件有一個不大于2.5kPa的夾緊力，所以對于軟質(zhì)試件，為了防止其厚度變形過大，必須在試件的四個周邊墊入小截面低導(dǎo)熱系數(shù)(如可用擠塑板)的支柱，以限制試樣的壓縮。所墊支柱的厚度為所測材料正常使用狀態(tài)下厚度的95%，同時限制試樣的壓縮不超過正常使用狀態(tài)下厚度的90%。

c.硬質(zhì)材料試件的裝卡:硬質(zhì)材料試件，如:水泥板、玻璃板等材料，其試件表面不平整度應(yīng)小于厚度的2%，在裝卡前試件兩面都必須涂抹0.5mm以內(nèi)厚度的導(dǎo)熱硅脂，然后用保鮮膜包裹，防止導(dǎo)熱硅脂滲透，然后裝入測試。

d.顆粒狀材料試件的裝卡:顆粒狀材料試件，如:膨脹?；⒅椤⑴蛎浾渲閹r等材料，由于防護(hù)熱板法測定導(dǎo)熱系數(shù)是針對板狀試件來測定的，所以對于顆粒狀的材料必須先加工成板狀試件。對此，有些顆粒狀材料就明確規(guī)定:按廠家產(chǎn)品說明書中的比例和方法制備試樣并成型，如:膠粉聚苯顆粒保溫漿料。但是像膨脹?；⒅楹团蛎浾渲閹r等材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中卻沒有明確規(guī)定，只是說按GB 10294進(jìn)行，所以對于此種顆粒狀材料我們應(yīng)按以下方法來制作(本文以所用裝置是垂直運(yùn)行的雙試件裝置為例):

首先，測出經(jīng)過狀態(tài)調(diào)節(jié)后被測顆粒狀材料的緊密密度(其緊密密度的具體測量可以參考常規(guī)檢驗(yàn)中砂子的緊密密度的測量方法)。

在加熱板和冷卻面板間設(shè)立要求的間隔柱?？捎玫蛯?dǎo)熱系數(shù)材料做成兩個頂部開口的盒子(如圖1所示)。

圖1 頂部開口的盒子效果圖

此盒子外圍使用低導(dǎo)熱系數(shù)的擠塑板所做，中間是用辦公用紙做成，兩側(cè)紙的厚度加起來為0.2mm，它的導(dǎo)熱系數(shù)測出來為:0.0008W/(m·K)，可以忽略不計(jì)(間隔柱即盒子的厚度至少為所測材料中珠、顆粒、小薄片等平均尺寸的10倍，可能時為20倍;同時不能大于所用裝置對厚度的限制)。

算出所做盒子(間隔柱)的容積，由所測材料的緊密密度及盒子的容積算出裝滿兩個盒子所需的質(zhì)量。

稱出裝滿兩個盒子所需的材料質(zhì)量，將其分成八等份(每個盒子四等份)。

依次將每份材料裝入試件的空間中，在此空間內(nèi)振動、裝填或壓實(shí)，直至占據(jù)它相應(yīng)的1/4空間體積，依次裝完材料后將盒子的上口裝上，制成兩個密度均勻的板狀試件，之后裝入裝置測試，并記錄其緊密密度。

平行運(yùn)行裝置試件可以借鑒上述方法。

4)按順序操作監(jiān)控系統(tǒng)軟件，測出導(dǎo)熱系數(shù)。

4 應(yīng)注意事項(xiàng)

操作中除了注意所測材料標(biāo)準(zhǔn)要求外，另外應(yīng)注意以下事項(xiàng):

1)所使用裝置對導(dǎo)熱系數(shù)的測定范圍;2)裝置最大可測試試件尺寸:主要是厚度要求;3)設(shè)備運(yùn)行前除了標(biāo)定導(dǎo)熱系數(shù)外，而且須每兩個月定期修正;4)試驗(yàn)過程中，溫度調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性是以其中計(jì)量熱板，防護(hù)熱板的溫度變化不超過±0.1℃;左右冷板的溫度變化不超過±0.2℃為準(zhǔn);5)實(shí)驗(yàn)中試件的有效厚度:由試件在裝置內(nèi)和不在裝置內(nèi)時測得距離和的平均值來確定;6)報(bào)告中須注明試件測試導(dǎo)熱系數(shù)時的密度。

在建筑節(jié)能材料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)中，導(dǎo)熱系數(shù)是一個很重要的技術(shù)指標(biāo)，因此導(dǎo)熱系數(shù)的檢測準(zhǔn)確與否有很重要的意義，在其檢測中，只有真正了解材料的性能，掌握各種檢測方法的特點(diǎn)及適用性，同時了解所使用裝置的適用范圍及在具體操作中對各種可能產(chǎn)生誤差的過程加以控制，才能保證所檢測的數(shù)據(jù)具有代表性和準(zhǔn)確性，以確保工程質(zhì)量。

［1］GB/T 10294-2008，絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定防護(hù)熱板法［S］.