發(fā)布時間：2020-08-22 13:07

【摘要】：建筑墻體的熱濕耦合傳遞特性對建筑能耗、耐久性和室內(nèi)舒適性有著重要影響,建筑墻體材料是典型的多孔介質(zhì)材料,由固體骨架和含有水分(氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài))和空氣的孔隙組成。在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū),內(nèi)部水分會凍結(jié)為冰,使得求解建筑墻體熱濕耦合傳遞問題更加復(fù)雜。確定墻體材料內(nèi)部水分是否凍結(jié)及含冰量是求解凍結(jié)工況熱濕耦合傳遞問題的基礎(chǔ)。本文通過理論分析、物理試驗和數(shù)值模擬計算相結(jié)合的方法,研究了建筑墻體材料內(nèi)部孔徑分布,得到了凍結(jié)溫度和未凍水含量的變化規(guī)律,建立并驗證了建筑墻體材料內(nèi)部水分凍結(jié)溫度計算模型,主要研究成果如下:1)得到了蒸壓灰加氣、砂加氣砌塊的孔徑分布、累計孔體積和尺寸特征參數(shù)。綜合利用壓汞法、氣孔分析法和核磁共振法等現(xiàn)代孔徑分析測試技術(shù),完成了材料孔徑分布試驗,通過對比三種方法得到的孔徑分布結(jié)果可知,壓汞法測孔范圍廣泛,可以很好的應(yīng)用于加氣混凝土材料。2)建立了以平衡相對濕度為變量的灰加氣、砂加氣砌塊當(dāng)量孔徑計算模型。對灰加氣、砂加氣砌塊的平衡含濕量進(jìn)行了試驗研究,得到了質(zhì)量含濕量與平衡相對濕度的關(guān)系;基于小孔飽和、大孔干燥的孔隙水分布原則,得到了當(dāng)量孔徑與體積含濕量的關(guān)系,結(jié)合平衡相對濕度與質(zhì)量含濕量的關(guān)系,計算了不同平衡相對濕度下的當(dāng)量孔徑。3)設(shè)計搭建了建筑墻體材料凍結(jié)溫度試驗平臺,完成了灰加氣、砂加氣砌塊三種含濕狀態(tài)下的凍結(jié)溫度試驗。結(jié)果表明凍結(jié)溫度隨含濕量的下降而下降,其中,毛細(xì)飽和狀態(tài)下,其凍結(jié)溫度接近0℃;平衡相對濕度0.991時,灰加氣砌塊凍結(jié)溫度和最大過冷溫度分別為-1.34℃和-2.95℃,砂加氣砌塊的凍結(jié)溫度和最大過冷溫度分別為-1.79℃和-2.22℃;平衡相對濕度0.942的試樣,無明顯的凍結(jié)溫度,但其分別從-6.94℃和-7.06℃起降溫明顯減緩。4)建立了建筑墻體材料內(nèi)部水分凍結(jié)溫度計算模型�；谙嗥胶夂虶ibbs-Thomson公式,確定了毛細(xì)效應(yīng)作用下固定孔徑內(nèi)液態(tài)水的凍結(jié)溫度,結(jié)合不同平衡相對濕度下的當(dāng)量孔徑計算模型,計算了材料內(nèi)部水分凍結(jié)溫度,結(jié)果與凍結(jié)溫度試驗值吻合較好;利用模型計算得到了不同負(fù)溫下灰加氣、砂加氣砌塊的未凍水含量,并與核磁共振法測量的0℃至-20℃的未凍水含量進(jìn)行了對比,兩者具有很好的一致性。5)進(jìn)行了凍結(jié)工況建筑墻體熱濕耦合傳遞特性數(shù)值模擬計算,利用建立的凍結(jié)溫度計算模型,提高了計算的精度;同時針對北京地區(qū)各個月份生產(chǎn)的加氣混凝土砌塊進(jìn)行了數(shù)值模擬計算,得到了其在自然環(huán)境下的干燥特性。該論文有圖87幅,表23個,參考文獻(xiàn)131篇。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU50
【圖文】：

4）為設(shè)計師進(jìn)行合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、墻體構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計、節(jié)能優(yōu)化設(shè)計提供支撐，以改善室內(nèi)舒適性和墻體耐久性，促進(jìn)建筑節(jié)能工作的發(fā)展。1.2 凍 結(jié) 溫 度 試 驗 研 究 現(xiàn) 狀 (Research Status of FreezingTemperature Test)多孔材料內(nèi)部水分的凍結(jié)溫度不同于自由水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下為 273.15K，由于建筑墻體材料的多孔特性，液態(tài)水分布在孔隙中時，由于水的表面張力導(dǎo)致其表面彎曲，水可以潤濕固體壁面，形成毛細(xì)上升現(xiàn)象。而液態(tài)水呈現(xiàn)出的彎曲界面會產(chǎn)生一個附加壓力，這個壓力在毛細(xì)管中稱為毛細(xì)壓力，會影響液態(tài)水的凍結(jié)溫度。同時，建筑多孔材料的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔大小不一，其孔根據(jù)其連通性又可以分為開孔和閉孔，如圖 1-1 所示。Luikov[26]、Dullien、Williams[27]等人已證明，由于水表面張力導(dǎo)致的毛細(xì)勢的存在，水在多孔介質(zhì)中總是先充滿小孔，然后逐步充滿大孔，即相對來說小孔飽和，大孔干燥；但實際水在多孔介質(zhì)中的分布還存在著大孔吸附水的情況。這些都導(dǎo)致建筑墻體材料內(nèi)部水分的凍結(jié)溫度難于確定。

圖 1-2 技術(shù)路線Figure 1-2 Technical rout當(dāng)量孔徑計算模型、氣孔分析法和核磁共振法進(jìn)行多孔孔隙率、孔徑分布和累計孔體積；建筑墻體材料孔隙率和孔徑分布的基假定墻體材料在某一平衡相對濕度下，氣壓力與該平衡相對濕度對應(yīng)的水蒸徑；衡含濕量試驗得到不同平衡相對濕度徑與體積含濕量的關(guān)系，建立當(dāng)量孔徑凍結(jié)溫度計算模型體材料三種含濕狀態(tài)下內(nèi)部水分凍結(jié)

圖 2-1 各測量方法適用孔徑[102]Figure 2-1 Aperture for each measurement method由上圖可知，壓汞法的測量范圍廣泛，從納米級的凝膠孔到毫米級的可見孔都在其測量范圍內(nèi)，優(yōu)于其他方法。馮弛[103]對加氣混凝土進(jìn)行了壓汞試驗，指出壓汞法所得到的孔隙率數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，這一方面可能是因為外界巨大壓力的情況下，內(nèi)部微孔壁破裂，導(dǎo)致進(jìn)入一些閉孔內(nèi)；另一方面是汞浸沒樣品時，不能識別大孔，二者共同導(dǎo)致孔隙率數(shù)據(jù)的偏差，但其孔徑分布測試的試驗結(jié)果是較為準(zhǔn)確的。壓汞法作為現(xiàn)今測量水泥基材料孔徑分布最為常用的方法之一，是成熟的測量方法。本章以壓汞法為主、同時選用測試毫米級見長的氣孔分析法和測試納米級孔徑見長的核磁共振法，三者分別測試蒸壓灰加氣、砂加氣混凝土的孔徑分布。2.1.3 壓汞試驗1）試驗原理由于汞對試樣不浸潤，所以只有對汞施壓才能使其侵入試樣內(nèi)部孔隙。把材

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2800724