玻化微珠复合混凝土等效导热系数研究

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发布时间：2021-09-06

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玻化微珠复合混凝土等效导热系数研究
张冰．程忠庆．唐军务
(海军工程大学勤务学院，天津300450)
摘要：分析了玻化微珠复合混凝土的传热机理，对该混凝土中热流的传递途径进行了划分，构建了基于最小
热阻理论的导热系数计算模型，并用相关文献试验数据对模型进行了验证。结果表明，该模型能够较精确的预测玻
化微珠复合混凝土干燥状态下的导热系数。后续研究还可考虑舍湿率，以及玻化微珠的细度模数对玻化微珠复合混
凝土的导热性能的影响
关键词：导热系数；建模；玻化微珠；混凝土
Abstract：Based on the mechanism of thermal conductivity of expended and vitrified beads concrete，the channels of
thermal conductivity in concrete are divided，the thermal conductivity coefficient is modeled based on the theory of mini—
mum thermal resistance．and the model by using the data of other related literatures is confirm ed．The resuhs indicate that
the model can calculate the therm al conductivity coeficient under arid state exactly．The subsequent research should be
launched in the field of influencing factors of therm al conductivity in concrete including moisture content and fineness
module of expanded and vitrified beads．
Key words：Coeficient of therm al conductivity；Modeling；Expended and vitrified beads；Concrete
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1000—4637(2015)03—58—04
0 前言
玻化微珠复合混凝土是在普通混凝土中掺人
一定比例的玻化微珠以及外加剂配制而成的新型
复合混凝土。其导热系数随玻化微珠掺量、水泥掺
量、强度等级、砂率及级配、水灰比，以及外加剂等
因素的不同而不同。通过实验研究获得混凝土导热
系数与水灰比、骨料种类、孔隙率等因素之间的关
系受到试验方法和条件的限制，很难作为一般规律
加以推广和应用。模型计算则较少受到试验条件的
限制，更加具有推广应用价值。本文的重点是通过
对玻化微珠复合混凝土传热机理的分析，构建基于
最小热阻理论的玻化微珠复合混凝土等效导热系
数计算模型，并用其他文献的相关试验数据验证模
型的可靠性。
1 玻化微珠复合混凝土的传热机理分析
建筑材料的传热性能是传导、对流和辐射的综
合效应。由热力学第二定律可知，热量总是从高温
物体白发地传向低温物体。隔热材料具有减弱热交
换强度和阻碍热量传递的功能。玻化微珠复合混凝
土是由砂石料、水泥、玻化微珠和气体相组成的多
元复合材料。当热量在传递过程中遇到导热系数低
的中空微球时．小部分热量沿着微球传导，而大部
分热量则绕过微球，这样热量在复合材料中的传递
路径变长和复杂化，所以．材料的保温性能得到提
一58一
高。通常．热量在建筑围护结构内的传递主要有三
种方式：一是通过固体和气体的热传导：二是在微
球、砂浆和骨料之间的热辐射三是混凝土内和微
球内的气体对流。Skochdopole[ 1经实验研究后指出，
微球直径小于4mm时．其内部的气体不会发生自然
对流．由于玻化微珠中空微球的直径通常在0．5～
1．6ram之间，故不考虑空气的自然对流。本文中的复
合混凝土所处环境均在常温情况下(在非高温条件
下)，故通过辐射传递的热量也可忽略。
对玻化微珠复合混凝土的传热机理进行分析
时，文献『2～31采用理想化的模型，假设々昆凝土没有
和玻化微珠进行混合搅拌，将两种材料分层堆放在
一起来计算传热系数。该理想化的模型与实际情况
差别较大．误差也较大。第二类是借鉴计算多孑L材
料导热系数的Hamilton and Grosser I 4I模型而建立
的。普通混凝土材料是人工合成材料，并不是典型
的多孔材料，直接采用多孔材料模型来计算混凝土
导热系数并不合适。同时，该模型还需要通过实验
来获得组成材料在混凝土中的分布情况，也限制了
该模型的应用。第三类是考虑热流在混凝土组成材
料中传递情况而建立的模型，代表性的是Camp．
bell—Allen and Throne模型[5-61。该模型按照混凝土材
料组成人为的来划分热流途径，这种人为的划分方
法不一定满足最小热阻理论法则，该法则属于自然