热线法导热系数测定仪的升级改造及误差因素分析

本文通过导热系数不同测量方法的对比,选定采用平行热线法对TC-51导热系数测定仪进行改造。通过对TC-51的电路原理图、实际电路和炉体结构等各方面的全面分析和论证,确定了从炉温控制、热线加热控制、采集测量模块、仪器修正常数和误差影响因素五个主要方面入手的技术路线。升级改造后的设备,达到预期的技术指标,使导热系数测量范围从原来的(0.03~2.00)W/(m·K)提高到(0.03~20.00)W/(m·K),测量最高温度从800℃提高到1250℃。此外,还研制了一台外置数据采集单元,不仅便于在原有加热炉的基础上进行升级改造,扩展其使用范围。配合外置数据采集单元专门编写了平行热线法导热系数测量软件。     

瞬态热线法导热系数测试中的自然对流影响

基于瞬态热线法导热系数测试原理,试验测量了微细金属丝(Φ=0.06 mm)水平、垂直放置时的空气加热过程,获得了不同加热功率下的空气导热系数。采用了考虑自然对流影响的空气导热系数估算法,对估算法与瞬态热线法计算的导热系数进行对比分析。分析结果表明:金属丝水平放置时两种方法的计算值吻合度好,但与空气导热系数的标准值差别较大。当加热功率较小,垂直放置时两种方法的计算值偏差稍大,基于瞬态热线法计算的空气导热系数准确度较高;而加热功率较大时,两种方法的计算值偏差较小,基于瞬态热线法计算的空气导热系数准确度较低。通过微细金属丝表面自然对流换热强度的理论分析,认为随着金属丝表面温度的升高,水平加热普遍大于垂直加热时的自然对流换热系数,瞬态热线法计算导热系数时,会受到微细金属丝加热表面自然对流换热强度的影响。     

轻质水泥基墙体材料的火灾性能实验研究

利用热线法和液压伺服机,通过轻质水泥基墙体示范材料的现场测试测定火灾作用之后轻质竹纤维墙体的导热系数、残余抗压强度和弹性模量,研究了火灾温度对墙体保温、力学性能的影响。结果表明,温度在350℃时,剩余弹性模量最大,超过400℃之后,剩余弹性模量急剧下降;200℃时,材料的强度开始下降,400℃时,材料强度下降剧烈,600℃左右的高温作用会使材料严重破坏,并损失76%左右的抗压强度;200～350℃时,导热系数短暂下降,温度超过500℃时,少量开口气孔的存在使得材料的导热系数达到最大。     

人工冻融黏土导热系数试验研究

基于TC3000型热线法导热系数测试原理,研制了人工冻土导热系数测试系统,该系统具有温度精度高、测试速度快、测试灵活等优点。对冻结地下工程岩土进行了导热系数试验研究,获得人工冻结黏土随干密度、含水率、外界环境温度变化对冻土导热系数的影响规律。试验结果表明:冻融土导热系数随干密度呈线性增加,平均增长速率为0.20~0.25 W/m·K之间;冻融土导热系数随含水率变化平均增长速率相差不超过0.03 W/m·K;温度每降低1℃,冻融土导热系数增加0.01~0.014 W/m·K。研究成果可为类似冻结工程中测试土体导热系数提出一种新的有效方法,对人工冻结温度场计算具有重要指导意义。     

活性粉末混凝土热工参数试验研究

采用热线法对4种不同体积纤维掺量（素活性粉末混凝土、体积掺量0.2%聚丙烯纤维、体积掺量2%钢纤维、混合掺加体积掺量0.2%聚丙烯纤维和2%钢纤维）、几何尺寸为230mm×165mm×65mm的活性粉末混凝土（RPC）试件进行导热系数测定试验,获得了常温及100、200、300、400、500、600、700、800、900℃下的RPC导热系数实测值。研究温度、纤维种类和掺量对RPC导热系数的影响,拟合得到了RPC导热系数随温度升高而降低的关系式。并将RPC导热系数与高强混凝土和普通混凝土对比,结果表明,RPC的导热系数高于高强混凝土和普通混凝土。进行RPC试件的反演分析用高温试验,测量高温炉内试件中心温度。综合RPC导热系数实测值与试件中心实测升温曲线,采用ABAQUS有限元分析软件对高温下RPC试件的温度场进行模拟,进而反推出与各测点温度相对应的RPC比热容值,建立了常温至100℃及600~900℃时为常值,100~600℃随温度升高而增大的RPC比热容计算式。     

基于Hot-disk的液体导热系数测量装置实验研究

基于Hot-disk热物性分析仪,开发了一种应用于液体导热系数测定的装置。应用该装置对液体进行导热系数测定时,可以较好地避免自然对流的影响,且制作简便,成本低廉。使用该装置对26℃的去离子水进行了5次测量,并分析了其测量结果。最大测量误差为8.5%,最小测量误差为2.05%,测量误差平均值为5.84%,5次测试的结果平均值为0.573 1 W/m·K,与文献标准值的偏差仅为3.72%。测试精确度较公式法取得很大进步,可以满足工程应用。     

含硼炉渣导热系数的测定与研究

应用瞬态热线法导热系数测量装置,测定了含硼炉渣的导热系数。获得了导热系数与温度的关系,及组成对导热系数的影响。在低温区导热系数随着温度的升高而呈直线形式略有增加;在高温区导热系数随着温度的升高而迅速降低。在所研究的组成中,随着碱度R=CaO/SiO2的增加,含硼炉渣的导热系数减少;在碱度R=CaO/SiO不变时,随着MgO含量的增加,含硼炉渣的导热系数增加;随着B2O3含量的增加,导热系数呈现出不规则的变化。为提高含硼炉渣硼的提取率提供了基础数据和依据。     

煤热性质和电性质的测量

本文用瞬间热线法和瞬间热板法研究了伊利诺斯烟煤的导热系数、热扩散系数与温度的关系。同时,确定了煤的电阻率与温度、水份含量、测量装置接触电阻以及电压的关系。本文还报告了同种煤的绝缘击穿电压及绝缘强度。     

常功率平面热源法测定保温材料热物理性能的研究

对常功率平面热源法测量保温材料的热物理性能进行数学建模,根据半无限大一维非稳态传热模型分别给出保温材料导温系数、导热系数、比热容、蓄热系数随测试时间变化的数学表达式,并以聚苯乙烯泡沫塑料板为样品进行实验研究。研究表明,导热系数、蓄热系数、比热容在实验初始阶段均迅速下降,而后逐渐上升,蓄热系数和比热容开始出现上升的时间迟于导热系数,导温系数随测试时间基本呈线性变化。相比稳态法,常功率平面热源法具有装置简单、操作方便、测试周期较短的特点。     

热线法测量相变构件导热系数的适用性研究

采用热线法测试了相变构件在不同环境温度及加热电压条件下的导热系数,结合MATLAB数值模拟计算了常物性材料和变物性材料在多种工况下导热系数的误差率。结果表明:普通材料以及相变材料在非相变区间的导热系数测量值与环境温度、加热电压无关,而相变材料在相变区间内导热系数测量值随环境温度的变化显现出较大差异。同一环境温度、不同加热电压时,相变构件在相变区间内的导热系数测量值不同,这与在非相变区间的导热系数规律不一致。数值模拟结果表明,常物性材料导热系数的误差率随工况的变化较小,其最大值为3.3%,变物性材料的导热系数误差率随工况的变化较大,最大可达80%。     

Entwurf und Ausführungsplanung der Stöbnitztalbrücke

Auf der Neubaustrecke Erfurt – Leipzig/Halle werden zurzeit einige Talbrücken realisiert, die einen neuen, ganzheitlich orientierten Entwurfsansatz verfolgen. Bei diesen integralen bzw. semi‐integralen Bauwerken sind die Überbauten monolithisch mit den Pfeilern und teilweise mit den Widerlagern verbunden. Sie können deshalb schlanker und mit stetigen Übergängen zwischen den Bauteilen ausgeführt werden. Durch den weitgehenden Verzicht auf Lager und Fugen und durch die robuste Bauweise besitzen integrale Bauwerke eine wesentlich längere Lebenserwartung als herkömmliche Talbrücken. Die Scherkondetalbrücke und die Gänsebachtalbrücke wurden bereits in vorherigen Ausgaben beschrieben. In diesem Beitrag wird über den Bau der Stöbnitztalbrücke berichtet, die als Sondervorschlag der ausführenden Baufirma realisiert wird. The Bridge over Stoebnitz Valley – a Bridge without Bearings on High‐Speed Railway Route Erfurt – Leipzig/Halle Currently some large valley bridges are under construction on high‐speed railway route Erfurt‐Leipzig/Halle. These bridges follow a new holistic design philosophy. The superstructures of those integral or semi‐integral bridges are rigidly connected to the abutments and the columns. Therefore, they are more slender than conventional bridges and the bridges are very robust and durable because of the omitting of bearings and dilatation joints. The bridges over Scherkonde valley and over Gaensebach valley were already described in previous issues. In this paper the construction of the bridge crossing Stoebnitz valley is reported. This bridge is being built as an alternate design of the contractor.     

Effizienzsteigerung von Textilbeton durch Einsatz textiler Bewehrungen nach dem erweiterten Nähwirkverfahren

Textilbeton ist ein neuer, effektiver und sehr innovativer Baustoff zur Verstärkung von Tragwerken. Im Rahmen der laufenden Forschung stehen die weitere Verbesserung des Verstärkungsverfahrens und die stetige Weiterentwicklung der Faser‐Matrix Kombination im Mittelpunkt der Untersuchungen. Aufgrund der hohen Garnzugfestigkeiten sind bei Verwendung textiler Bewehrungen aus Carbon sehr effektive Verstärkungen herstellbar. Bei ungünstiger Konfiguration der textilen Bewehrungen können jedoch verbund‐ und festigkeitsschädigende Rissbildungen innerhalb zugbeanspruchter Textilbetonbauteile auftreten. Diese Rissbildungseffekte werden in Abhängigkeit von der Belastung maßgeblich durch die wirkenden Verbundkräfte und die verarbeitungsbedingte Garnwelligkeit beeinflusst. Dabei ist die Gefahr eines Verbundversagens durch Delamination besonders in den Bereichen der Lasteinleitung in die textile Bewehrung, wie z. B. Endverankerungen und Übergreifungsstößen, kritisch. Dies führt zu einer Reduzierung der nutzbaren Zugtragfähigkeit der textilen Bewehrung im Gesamtbauteil. Um die Effizienz der textilen Bewehrung zu erhöhen, wurde daher ein verbessertes Textilherstellungsverfahren auf Basis der Nähwirktechnik entwickelt. Dadurch wird die ungünstig wirkende Garnwelligkeit deutlich reduziert. Der vorliegende Aufsatz beschreibt vergleichende Untersuchungen der Verbund‐ und Festigkeitseigenschaften zugbeanspruchter Textilbetonbauteile. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der Entwicklung des erweiterten Nähwirkprozesses ein maßgeblicher Schritt im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Eigenschaften des Textilbetons erreicht werden konnte. Efficiency Increase of Textile Reinforced Concrete by Use of Textile Reinforcements from the Extended Warp Knitting Process The composite material textile reinforced concrete (TRC) is a new, effective and very innovative method for the strengthening of load bearing structures. Apart from further improvements to the strengthening methods, a continual further development of the fibre‐matrix combination is at the centre of ongoing research. Due to the high tensile strengths of textile reinforcements made of carbon, it enables very effective strengthening of concrete constructions. However, if the textile fabrics are unfavourably configured, bond and strength damaging crack formations within TRC members can occur. Depending on the load, these crack formation effects are substantially influenced by the bond and the size of yarn undulation, which depends on the processing of the fabric. The danger of bond failure by delamination, which particularly occurs in areas of concentrated load introduction into the textile reinforcement, such as final anchorages and overlaps, is especially critical. It results in a reduction of the usable tensile load bearing capacity in the entire member. For this reason, an improved textile manufacturing method based on warp knitting technology was developed. By means of this method, yarn undulation can be reduced considerably. The article on hand describes comparative examinations of the bond and strength properties of tensile loaded TRC elements. The results show that the development of the extended warp knitting process was a substantial step toward a further improvement of the properties of TRC.     

Feuchtesensoren in der Bauwerksüberwachung

Die Bestimmung des Wassergehalts und insbesondere der orts‐ und zeitabhängigen Feuchteverteilung in Baustoffen hat in der Forschung, Baustoffentwicklung, Bauwerksdiagnose und Bauwerksüberwachung einen besonderen Stellenwert. Bei der Untersuchung von Schadensursachen muss an Bauwerken in der Regel die Baustofffeuchte mit bewertet werden, da sowohl wesentliche Baustoffeigenschaften als auch die Dauerhaftigkeit von Bauwerken in entscheidendem Maße von deren Wassergehalt abhängig sind. In jüngster Zeit werden Feuchtesensoren eingesetzt, um die Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Instandsetzungs‐ bzw. Schutzmaßnahmen zu kontrollieren. Dies soll es dem Bauherrn ermöglichen, rechtzeitig Maßnahmen einleiten zu können, bevor Schäden infolge von Wasser‐ bzw. Chloridzutritt auftreten können. Condition Assessment with Moisture Sensors The determination of the water content in construction materials and in particular with regard to its depth and time dependent distribution is of high interest in the area of research, material development and condition assessment of structures. The assessment of the reason of damages mostly require to regard the moisture content of structures, because the moisture content basically affects material properties and the durability of structures. Recently moisture sensors have been used to control the functionality and durability of repair and protection measures. This enables the owner to carry out accurately timed measures to prevent damages due to the ingress of water and chlorides.