一種高溫中防火材料導(dǎo)熱率的測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑防火性能化設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體是一種高溫中防火材料導(dǎo)熱率的測定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著時(shí)代的發(fā)展，城市建設(shè)步伐不斷加快，現(xiàn)代建筑工程的規(guī)模越來越大，工程所需的材料和技術(shù)也越來越復(fù)雜，然而現(xiàn)行的防火技術(shù)規(guī)范不能涵蓋所有建筑的防火安全要求，越來越不適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的要求。因此，國家正在大力推進(jìn)建筑防火性能化設(shè)
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[0003]建筑防火性能化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是依據(jù)具體建筑物的火災(zāi)發(fā)展特性來決定其防火需要，以定量計(jì)算為基礎(chǔ)進(jìn)行的火災(zāi)危險(xiǎn)分析和設(shè)計(jì)，所以需要掌握高溫中防火材料的傳熱性能。目前最常使用穩(wěn)態(tài)法測試防火材料導(dǎo)熱率，其測試結(jié)果較為準(zhǔn)確，但測試時(shí)所需試件的尺寸較大、儀器價(jià)格昂貴、操作繁瑣，且只能測試100°c以下防火材料的導(dǎo)熱率。熱線法和熱帶法等瞬態(tài)法雖然能夠用于測試高溫中防火材料的導(dǎo)熱率，但是無法測試非均質(zhì)材料的導(dǎo)熱率。此外，瞬態(tài)法只能測試均質(zhì)材料局部的導(dǎo)熱率，而不能測試材料整體厚度方向上的導(dǎo)熱率，且熱線法和熱帶法測試儀器價(jià)格昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高溫中防火材料導(dǎo)熱率的測定方法，該方法操作便捷，不僅可以測量常溫至800°C以下均質(zhì)或非均質(zhì)材料、多層復(fù)合材料以及組合材料等板狀防火材料整體厚度方向上的導(dǎo)熱率，而且運(yùn)行成本低。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種高溫中防火材料導(dǎo)熱率的測定方法，包括以下步驟:
[0006]A、首先安裝高溫中防火材料導(dǎo)熱率的測定裝置;確定防火材料的測量溫度，然后設(shè)定加熱芯板的恒定溫度、低溫側(cè)芯板的恒定溫度以及電爐的恒定溫度；
[0007]B、接通電源，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)定電源的輸出電壓最高為36V，加熱芯板上的單頭加熱棒A與低溫側(cè)芯板上的單頭加熱棒B開始加熱，該裝置工作，當(dāng)加熱芯板上的熱電偶A與低溫側(cè)芯板上的熱電偶B測得的溫度達(dá)到各芯板的設(shè)定溫度，溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)直流穩(wěn)定電源從而使單頭加熱棒停止加熱；
[0008]C、當(dāng)電爐、加熱芯板和低溫側(cè)芯板的溫度穩(wěn)定在各自的設(shè)定溫度，且加熱芯板內(nèi)單頭加熱棒A的電流和低溫側(cè)芯板內(nèi)單頭加熱棒B的電流均處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，測讀加熱芯板上與單頭加熱棒A相連接的直流穩(wěn)定電源的電流值和電壓值，記錄測定數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)完畢后，切斷電源；
[0009]D、根據(jù)傅里葉一維平板穩(wěn)定傳熱的原理，測定穩(wěn)態(tài)時(shí)一維熱流垂直通過板狀防火材試樣高溫側(cè)到低溫側(cè)所散發(fā)的熱量等于高溫側(cè)加熱芯板所產(chǎn)生的熱量;At時(shí)間內(nèi)單頭加熱棒A產(chǎn)生的熱量用Qi表示，通過加熱芯板內(nèi)單頭加熱棒A的總電壓用U表示，通過加熱芯板內(nèi)單頭加熱棒A的總電流用I表示，待加熱芯板內(nèi)單頭加熱棒A的電流處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，單頭加熱棒A產(chǎn)生的熱量Qi = U X I X Δ t;板狀防火材試樣的導(dǎo)熱率用K表示，導(dǎo)熱面積用A表示，厚度用Ax表示，傳入的熱量用出表示，試驗(yàn)所測板狀防火材試樣高溫側(cè)與低溫側(cè)的溫差用ΛΤ表示，溫度梯度用Δ Τ/Δ X表示，根據(jù)傅里葉定律可得Q2 = KXAX (ΛΤ/Λχ) X A t；由于At時(shí)間內(nèi)單頭加熱棒A產(chǎn)生的熱量&通過加熱芯板全部傳入板狀防火材試樣中，SPQ1= Q2，所以由Qi = Q2,可得公式:UX I X At=KXAX (ΛΤ/Λχ) X Δ t，即推導(dǎo)出公式:導(dǎo)熱率K = UXIXA-1X (ΛΤ/Λχ)—S
[0010]Ε、將測得的板狀防火材試樣兩側(cè)的溫度差△ T和直流穩(wěn)定電源的電流值和電壓值代入上述傅里葉一維平板穩(wěn)定傳熱原理的公式中，計(jì)算出測量溫度下板狀防火材試樣的導(dǎo)熱率K;
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，加熱芯板的設(shè)定溫度比低溫側(cè)芯板的設(shè)定溫度高10°C左右，低溫側(cè)芯板的設(shè)定溫度比電爐的設(shè)定溫度高3 °C左右。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法操作便捷、運(yùn)行成本低，通過加熱芯板和低溫側(cè)芯板來實(shí)現(xiàn)溫差，可以測量常溫至800°C以下均質(zhì)或非均質(zhì)材料、多層復(fù)合材料以及組合材料等板狀防火材料整體厚度方向上的導(dǎo)熱率，所述板狀防火材試樣關(guān)于加熱芯板對稱分布，這樣可以計(jì)算出兩塊板狀防火材試樣導(dǎo)熱率的平均值，達(dá)到減小誤差的目的，從而使測得的導(dǎo)熱率更加準(zhǔn)確。
【附圖說明】
[0013]圖1是高溫中防火材料導(dǎo)熱率的測定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是材料組裝整體結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0015]圖3是材料組裝整體結(jié)構(gòu)的正視圖；
[0016]圖4是材料組裝整體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；
[0017]圖5是加熱芯板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6是圖5的俯視圖；
[0019I圖7是低溫側(cè)芯板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖中:1.加熱芯板，2.板狀防火材試樣，3.絕熱層，4.低溫側(cè)芯板，5.導(dǎo)熱板，6.螺栓，7.電爐，8.單頭加熱棒A,8-1.單頭加熱棒B，9.熱電偶A，9-1.熱電偶B，10.直流穩(wěn)定電源，11.溫度調(diào)節(jié)器，12.數(shù)據(jù)采集儀，13.電腦。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0022]如圖1至圖7所示，一種高溫中防火材料導(dǎo)熱率的測定裝置，該裝置包括加熱芯板
1、絕熱層3、低溫側(cè)芯板4、導(dǎo)熱板5、電爐7、單頭加熱棒A8、單頭加熱棒B8-1、熱電偶A9、熱電偶B9-1、直流穩(wěn)定電源10、溫度調(diào)節(jié)器11、數(shù)據(jù)采集儀12以及電腦13。安裝時(shí)，首先將所述導(dǎo)熱板5平放，在導(dǎo)熱板5正中間放置一塊低溫側(cè)芯板4，將一塊板狀防火材試樣2置于低溫側(cè)芯板4上方，再將加熱芯板I放置在板狀防火材試樣2上方，所述板狀防火材試樣2、低溫側(cè)芯板4分別為兩塊且關(guān)于加熱芯板I對稱分布，通過低溫側(cè)芯板4的設(shè)置，可以防止電爐7中的熱量逆流到板狀防火材試樣2中，提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，所述板狀防火材試樣2關(guān)于加熱芯板I對稱分布，這樣可以計(jì)算出兩塊板狀防火材試樣2導(dǎo)熱率的平均值，達(dá)到減小誤差的目的；加熱芯板1、板狀防火材試樣2和低溫側(cè)芯板4的四周均采用絕熱層3包裹，四角開有螺孔的兩塊導(dǎo)熱板5置于兩塊低溫側(cè)芯板4的外側(cè)，將螺栓6穿過導(dǎo)熱板5的四個螺孔，緊固螺絲使導(dǎo)熱板5夾緊加熱芯板1、板狀防火材試樣2、絕熱層3和低溫側(cè)芯板4形成一個整體結(jié)構(gòu)，將此整體結(jié)構(gòu)豎直旋轉(zhuǎn)，然后置于具有恒溫功能的高溫電爐7中，加熱芯板I的厚度面插有單頭加熱棒A8和熱電偶A9，低溫側(cè)芯板4的厚度面也插有單頭加熱棒B8-1和熱電偶B9-1，所述單頭加熱棒A8、單頭加熱棒B8-1的另一端與直流穩(wěn)定電源1連接，直流穩(wěn)定電源1再與溫度調(diào)節(jié)器11連接;熱電偶A9、熱電偶B9-1的另一端與溫度調(diào)節(jié)器11連接，溫度調(diào)節(jié)器11再與數(shù)據(jù)采集儀12連接，數(shù)據(jù)采集儀12與電腦13連接;所述溫度調(diào)節(jié)器11可以調(diào)節(jié)通過單頭加熱棒A8、單頭加熱棒B8-1的電流，使高溫加熱芯板I和低溫側(cè)芯板4的溫度穩(wěn)定，并維持在設(shè)定的溫度，從而提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性;還可以根據(jù)加熱芯板I和低溫側(cè)芯板4的尺寸調(diào)節(jié)板狀防火材試樣2和巖棉3的尺寸來測試不同尺寸的板狀防火材試樣2的導(dǎo)熱率，該裝置通用性較強(qiáng)。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述加熱芯板1、低溫側(cè)芯板4與板狀防火材試樣2之間分別放置鋁箔紙，所述鋁箔紙的尺寸與板狀防火材試樣2外側(cè)的尺寸相同，這樣可以使板狀防火材試樣2均勻受熱。
[0024]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述單頭加熱棒A8、單頭加熱棒B8-1的直徑為6.2mm，所述熱電偶A9、熱電偶B9-1的直徑為Imm ；所述加熱芯板I和低溫側(cè)芯板4均為304不銹鋼板，其長度和寬度分別與板狀防火材試樣2的