加气混凝土砌块含水率与传热系数的关系研究

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摘要:传热系数是衡量加气混凝土砌块保温隔热性能的重要指标，而含水率对传热系数有较大的影响，因此，对含水率与传热系数关系的研究十分有必要。鉴于此，本文结合试验，分析并研究了含水率与传热系数关系。结果表明：加气砌块的传热系数随含水率的增加而增大，且含水率控制在15%以下，建筑物具有良好的保温隔热性能。

关键词: 加气混凝土砌块；保温隔热；传热系数；含水率；变化规律；关系

中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：

随着建筑行业中对于建筑能耗的要求越来越高，建筑节能对于节约能源消耗具有重要的意义，减小建筑能耗，对降低GDP 单位能耗具有重要的作用。降低建筑能耗的一个最有效的措施是在建筑材料中广泛采用绝热保温材料。加气混凝土砌块具有质轻、保温(隔热)、抗震、施工方便等优点，是目前使用最为广泛的墙体自保温材料之一。衡量加气混凝土砌块保温隔热性能的重要指标是传热系数，传热系数越小，其保温效果会越好。然而加气混凝土砌块的传热系数会随着各种因素的变化而改变，这会影响其保温效果。下面，就加气混凝土砌块含水率与传热系数的关系展开研究和分析，可供参考。

1 实验方案

(1)将新出厂的加气砌块放置在实验室自然环境中进行干燥，按GB11968—2006《蒸压加气混凝土砌块》及相关国家标准的规定制取试件，并测试不同时间段试件的含水率和传热系数，得出含水率和传热系数随静置时间的变化规律。每隔4d测试1次，整个实验周期为48d。

(2)对实验室室内干球温度及相对湿度参数进行测试。

2 静置环境测试

2.1 测试方法

对加气砌块的干燥环境采用间歇性采样监测的方法，采样时间和测试位置应尽可能的均匀。本次测试在实验室的中间(1号)、南侧(2号)和北侧(3号)分别设置温、湿度测试仪表，每天在5点、8点、12点、16点、20点、24点分别采样记录加气砌块静置环境的温湿度。

1号温湿度测试为DHM2型通风干湿表，温度测量范围-10～45℃，精度0.2℃；相对湿度测量范围10%～100%。2号温、湿度测试为圆盘式温、湿度表，温度测量范围-20～40℃，测量精度为1℃；相对湿、度测量范围0～100%，测量精度为1%。3号温、湿度测试为普通干湿球温度计，温度测量范围-10～50℃，测量精度0.5℃；相对湿度测量范围0～100%，测量精度为1%。

2.2 环境实测结果

加气砌块在实验室静置过程中，共采集干球温度、湿球温度(相对湿度)数据1866组。加气砌块静置环境温、湿度变化如图1、图2所示。

图1 加气砌块静置环境下的干球温度变化

图2 加气砌块静置环境下的相对湿度变化

3 含水率变化规律

3.1 试件制备

将出釜10d的加气砌块沿制品膨胀方向中心部分按上、中、下顺序锯取1组，上块上表面距离制品顶面30mm，中块在制品正中处，下块下表面距离制品底面30mm。各试件具体参数如表1所示。

表1 含水率试验试件参数

3.2 试验过程

试件于2010年10月7日加工，之后放在实验室环境(如图1、图2)下静置，并每隔4d测试1次3块试件的质量M，精确至1g；经过48d的测试后，将试件放入电热鼓风干燥箱内，在(60±5)℃下保温24h，然后在(80±5)℃下保温24h，再在(105±5)℃下烘至恒质(M0)，并将烘干至恒质的试件放在电子天平上，分别测量其质量：S-1-1试件557.3g，S-1-2试件561.5g，S-1-3试件570.0g。3.3实验结果分析加气砌块的含水率变化曲线如图3所示。

图3 加气砌块的含水率变化曲线

由图3可见，加气砌块在干燥过程中含水率的变化可分为3个阶段：在48d的测试周期中，0～20d为静置初始阶段，试件含水率变化最快；21～28d为静置过渡阶段，试件含水率变化逐渐变得平缓；29～48d为稳定阶段，试件含水率变化较小，并趋于恒定。

4 传热系数变化规律

4.1 试件制备

传热系数测试试件在加气砌块制品中心部分锯取，试件长度方向平行于制品的膨胀方向；试件尺寸为300mm×300mm×37.5mm，共制取14个试件。

4.2 实验过程

传热系数试件制取后放置于实验室环境下静置，每4d测试1次试件的传热系数，同时测量其质量；试验周期(48d)后，将试件放入电热鼓风干燥箱内，在(60±5)℃下保温24h，然后在(80±5)℃下保温24h，再在(105±5)℃下烘至恒质(M0)。同时，测试在干燥状态下(含水率0)试件的传热系数。

本实验传热系数的测试采用美国安特公司生产的热物性参数分析仪(QuicklineTM-30)。QuicklineTM-30是基于脉冲式非稳态平面热源法的快速传热系数测试仪，测试时间为10～16min；适用于不同含水率的建筑材料、土壤、岩石等材料传热系数的测试，测试精度为5%×λ+0.001W/(m·K)(λ为传热系数测试值)。

4.3 传热系数随时间的变化规律

在实验室环境下，加气砌块传热系数随时间的变化如图4所示。

图4 加气砌块传热系数变化曲线

从图4可以看出，加气砌块传热系数随静置时间延长而不断减小，初始阶段(0～20d)，加气砌块传热系数降低率最大；过渡阶段(21～28d)，传热系数降低率随时间变化而不断降低；稳定阶段(29～48d)，传热系数基本不变，趋于恒定，约为0.16W/(m·K)。加气砌块完全干燥状态下(含水率0)传热系数为0.14W/(m·K)。由上述分析可知，为了保证加气砌块砌筑的墙体能够达到良好的热工性能，新出场的砌块应至少静置28d，并防止雨淋水淹等情况；上墙砌筑方法宜采用干法施工。

4.4 传热系数与含湿率函数关系

依据测试的传热系数与含水率，采用自行编制的MatLab数值拟合程序(基于非线性最小二乘曲线拟合法)，得到了加气砌块传热系数与含水率的拟合函数，如式(1)所示。

λ=0.0022e(12.23Ws)+0.144 (1)

式中：λ—传热系数，W(/m·K)；

Ws—含水率，%。式(1)适用于含水率0～35.0%的B06级加气砌块。

经传热系数测试实验得到加气砌块传热系数-含水率实测数据与拟合函数曲线如图5所示。

图5 加气砌块传热系数与含水率的拟合曲线

从图5可见，加气砌块的传热系数随含水率的增加而增大。加气砌块含水率较低时(0～15%)，传热系数基本不变；加气砌块含水率较高时(15%～35%)，传热系数随含水率增加变化较大，并且传热系数增幅随含水率增而增大。因此，在实际应用过程中，应尽量将加气砌块的含水率控制在15%以下，使建筑物具有良好的保温隔热性能。

5 结论

综上所述，加气砌块传热系数与含水率近似成指数函数规律变化。加气砌块的传热系数随含水率的增加而增大，含水率较低时传热系数基本不变；含水率较高时传热系数随含水率增加变化较大，并且传热系数增幅随含水率增加而增大。在实际应用过程中，应尽量将加气砌块的含水率控制在15%以下，使建筑物具有良好的保温隔热性能

参考文献

[1] 冯长伟;苏晋鹏;庄一新;柏莉萍.蒸压加气混凝土砌块自保温墙体的传热系数试验[J].工程质量,2013年01期

[2] 张敬堂;周卫国.蒸压加气混凝土砌块含水率对节能设计的影响[J].墙材革新与建筑节能,2008年07期