测量建筑材料的热导率

由于人口增长和城市化进程的加快，能源需求持续攀升。在全球范围内，维持舒适的室内温度在能源消耗中占比巨大，因此，用于建筑结构的新型创新隔热高效材料成为了节能领域的前沿焦点。

水泥和混凝土在建筑行业中发挥着重要作用，研究人员正在探索如何研发出性能更优的材料，既能提供高效的隔热性能，又不降低结构强度。在这些材料的研发过程中，热导率至关重要，因为较低的热导率意味着更好的隔热系统。使用 Trident测试混凝土的热导率变得轻而易举，无需调整样品尺寸，几秒钟内即可完成测试。根据测试目的，可以选择使用 MTPS 和 TPS 瞬态传感器。

图1. 配备 MTPS 和 FLEX TPS 传感器的 Trident

图2. 采用改进型瞬态平面热源法（MTPS）对气凝胶混凝土进行热导率测试

图3. 采用瞬态平面热源法（TPS）对混凝土进行热导率测试

图4. 保温混凝土

案例亮点一

建筑材料的热导率：热流计法、激光闪光分析法与改进型瞬态平面热源法的对比

图5. 三种测量热导率的仪器，从左到右依次为：热流计、激光闪光分析法以及配备 MTPS 传感器的 C-Therm 热导率仪

以下内容节选自论文《建筑材料热导率的测量及与热流计、激光闪光分析和 TCi 的相关性》。使用热流计（HFM）、激光闪光分析（LFA）以及 C-Therm 公司的改进型瞬态平面热源（MTPS）方法的热导率仪（TCi），对木地板、墙体材料、胶合板和高密度纤维板（HDF）等各种建筑材料的热导率进行了测量。

“开展本实验是为了测量采用 TCi（采用 MTPS 方法）以及现行 KS 标准中所包含的 HFM（KS L 9016）和 LFA（KS L 1604）所测得的热导率之间的相关性。

通过使用 HFM 和 TCi 测量各种材料的热导率来研究其相关性，结果显示相关系数（R2）高达 0.9 以上。因此，使用 TCi 测量的热导率是可信的，因为对于含有更高质量百分比再生石墨的木地板、墙体材料、胶合板以及 HDF，使用 HFM 和 TCi 测量的热导率显示出高度相关性。

对于含有更高质量百分比再生石墨的环氧胶粘剂，使用 LFA 和 TCi 测量的热导率显示出高达 0.978 的高相关系数（R2）。因此，对于含有更高质量百分比再生石墨的环氧胶粘剂，使用 TCi 测量的热导率是可信的。然而，对于含有更高质量百分比再生石墨的 HDF，使用 LFA 和 TCi 测量的热导率显示出非常低的相关系数（R2），仅为 0.504，因为在 LFA 实验中热导率并未持续增加。基于这一结果，使用 LFA 获得的值不可信，因为它不适用于测量诸如 HDF 这类均质材料的热导率。与现有方法不同，TCi 可以通过使用各种样品形状方便地测量热导率。由于该设备体积小，即使在空间受限的地方也能方便地测量热导率，预计它将在各个领域得到广泛应用。”

点击此处查看文章: 

https://ctherm.com/resources/tech-library/building-materials-thermal-conductivity-measurement-and-correlation-with-heat-flow-meter-laser-flash-analysis-and-tci/

案例亮点二

含硅粉的玄武岩纤维增强泡沫混凝土的试验研究

原出版物摘要：泡沫混凝土是一种低密度混凝土，因其特意增加的孔隙率而具有良好的隔热和热性能。然而，由于其高孔隙率以及孔隙的连通性，可能会使有害物质进入混凝土介质，因此泡沫混凝土通常物理力学性能和耐久性较差。因此，泡沫混凝土通常被认为不适用于主要承重结构构件。为了应对这一问题，本研究采用玄武岩纤维和硅灰来提高泡沫混凝土的结构完整性。在这方面，制备了 18 种不同发泡剂、玄武岩纤维和硅灰含量的混合料。通过表观孔隙率、吸水率、抗压、抗折和劈裂抗拉强度、吸水性、超声脉冲速度（UPV）、干缩、冻融、导热系数和热阻试验，对制备的泡沫混凝土的物理力学性能、耐久性和隔热性能进行了评估。基于试验结果，开发出了一种高耐久性泡沫混凝土，其最大抗压、抗折和劈裂抗拉强度分别约为 46MPa、6.9MPa 和 3.07MPa。此外，研究发现，硅灰的加入可显著影响孔隙网络并增强纤维 - 浆体基体。然而，玄武岩纤维的作用在更大程度上取决于硅灰的使用，这可能是由于其与水泥浆体的结合性较低。本研究结果意义重大，表明通过使用玄武岩纤维和硅灰制备高耐久性轻质隔热泡沫混凝土具有巨大潜力。[1]

在热导率测试中，使用了一台符合 ASTM D7984 标准、热导率范围为 0 至 500 W/mK的 C-therm TCi 热导率分析仪。在该测试中，向测试样品表面施加恒定的瞬时热脉冲，根据材料表面温度随时间的升高来确定热扩散率。[1]

图6. a) 导热系数；b) 不同泡沫混凝土的导热系数与干容重的关系。[1]

[1] Osman Gencel, Mehrab Nodehi, Oguzhan Yavuz Bayraktar, Gokhan Kaplan, Ahmet Benli, Aliakbar Gholampour, Togay Ozbakkaloglu, Basalt fiber-reinforced foam concrete containing silica fume: An experimental study, Construction and Building Materials, Volume 326, 2022, 126861, ISSN 0950-0618, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.126861. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061822005475)

案例亮点三

凝胶型气凝胶的化学后处理及含气凝胶水泥的保温性能

本案例重点介绍了通过将气凝胶与水泥混合以获得更好热性能，从而研发出隔热性能更强的建筑材料的研究。气凝胶是一种隔热性能极佳的材料，其纯态的导热系数值小于 0.03 W/mK 。

使用热常数分析仪（TCi）测试的混合样品的导热系数结果如下图所示（图 2）。气凝胶含量的重量百分比增加，直接关系到固化水泥复合材料导热系数的降低。添加 2.0% 重量比的气凝胶后，导热系数降低了超过 75%。

图7. 气凝胶水泥热导率

案例亮点四

采用瞬态平面热源法对轻质混凝土进行热导率测试

采用 C-Therm 瞬态平面热源（TPS）FLEX 传感器测量了轻质混凝土的热导率（图 3）。

将这款 13 mm厚的柔性聚酰亚胺传感器置于切割后的轻质混凝土圆柱体之间。

参考 ISO 标准文件并对热导率进行近似计算后，选定施加功率为 0.5 W，测量测试时间为 40 s。实验分 10 个试验阶段进行。

在每次测试间移除传感器进行十次测量后，轻质混凝土的热导率被测定为 0.52 W/mK，重现性优于 5%。

图 8 展示了重现性结果，实线代表 10 次试验的平均热导率。平均线上方和下方为 ±5% 的误差线。试验间观察到的差异部分可归因于样品的不均匀性。

还通过另外 10 次测量来检验精度，测量期间不拆除传感器。每次测量之间等待 3 分钟，以确保在下一次测量前热量完全消散。经测定，精度的相对标准偏差优于 2%。

图8. 轻质混凝土的热导率