CN105784766A - 一种混凝土比热容的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混凝土比热容的计算方法，其步骤如下：确定待测混凝土试块的总质量，获得混凝土的配合比；确定水、粗骨料、细骨料和水泥石的比热；在常温常压下，利用混凝土的配合比制备一个混凝土试块；除去制备的混凝土试块中的水的质量，测得烘干后的质量；获得制备的混凝土试块水泥石的质量；获得待测混凝土试块中空隙水的质量，求出烘干后待测混凝土试块中的粗骨料、细骨料和水泥石的质量；将空隙水、粗骨料、细骨料和水泥石的质量分别乘以各自的比热，得到待测混凝土的比热。本发明可以根据混凝土配合比能快速计算出混凝土的比热，避免了利用试验仪器测定混凝土比热的复杂操作和计算误差，为混凝土比热的计算提供了一种经济科学的方法。

Description

一种混凝土比热容的计算方法
技术领域
本发明属于混凝土材料的技术领域，具体涉及一种混凝土比热容的计算方法，用于估算混凝土的比热。
背景技术
随着城市的快速发展，人们的生活质量得到了显著提高。但随之而来的是能源的大量消耗。充分利用建筑物自身的保温性能，可有效降低室内外热能的交换率，从而达到节约能源的目的。混凝土自身的保温性能取决于其比热容(简称比热)和导热系数，其中比热是混凝土的重要热物理参数之一。材料的比热反映了物质容纳热量的能力，因此在进行混凝土保温性能设计时，确定其比热是非常重要的一步。由于实际环境中测试混凝土比热的工作量大，而且使用标准试验方法测试比热比较复杂。因此，本发明提供一种混凝土比热的计算方法是非常有意义的。
目前测定比热的仪器及方法主要有传统比热容测试仪、差热分析法(简称DTA法)以及差示扫描量热法(简称为DSC法)等多种。其中，DTA法是在程序控温下，通过测量物质温度和对比物温度之间的温度差与温度的关系来测量物质的比热。但是，在试样产生热效应时，由于对比物和环境的温度有较大差异，三者会发生热交换，降低了热效应测量的灵敏度和精度，从而使得差热分析技术难以进行定量分析。DSC法是利用材料的DSC曲线，通过与标准物质的比热比较计算而得。但是DSC法对实验条件(升温速率和气体性质)以及试样特性(试样用量、粒度、几何形状和试样的热历史)的要求非常高，使得该方法在操作和计算上比较繁琐复杂且计算结果存在较大误差。
上述比热容测试仪、差热分析法以及差示扫描量热法测定比热的方法存在一些问题，即试验仪器设备价值昂贵、操作复杂，对环境要求较高而且有些试验的测试原理或测试方法对测试人员的理论知识和相关试验仪器操作要求较高。甚至有些方法需要和标准物进行对比，由此导致测试结果存在一定的误差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种混凝土比热容的计算方法，根据混凝土配合比可以实现快速计算混凝土的比热。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种混凝土比热容的计算方法，其步骤如下：
步骤一：将待测混凝土试块通过电子秤称得其总质量为M1，根据原始材料获得混凝土的配合比m1:m2:m3:m4，其中m1、m2、m3和m4分别为水、粗骨料、细骨料和水泥的质量；
步骤二：查阅相关资料确定水、粗骨料、细骨料和水泥石的比热分别为c1、c2、c3和c4；
步骤三：在常温常压下，利用混凝土的配合比m1:m2:m3:m4制备一个混凝土试块，并在标准条件下进行养护；
步骤四：将步骤三中制备的混凝土试块通过烘干箱进行烘干，除去混凝土试块中水的质量，利用电子秤量得烘干后的质量m5；
步骤五：将步骤四中烘干后的混凝土试块的质量减去粗骨料和细骨料的质量，得到水泥石的质量为：
m6＝m5-m2-m3(1)；
步骤六：利用烘干法获得待测混凝土试块中空隙水的质量M2，利用已求得的粗骨料、细骨料和水泥石的质量比m2:m3:m6，求出烘干后待测混凝土试块中的粗骨料、细骨料和水泥石的质量分别为：
M 3 = ( M 1 - M 2 ) × m 2 m 2 + m 3 + m 6 - - - ( 2 )
M 4 = ( M 1 - M 2 ) × m 3 m 2 + m 3 + m 6 - - - ( 3 )
M 5 = ( M 1 - M 2 ) × m 6 m 2 + m 3 + m 6 - - - ( 4 ) ;
上式中M3、M4和M5分别为待测混凝土试块中的粗骨料、细骨料和水泥石的质量；
步骤七：将空隙水、粗骨料、细骨料和水泥石的质量分别乘以各自的比热，得到待测混凝土的比热为：
c = M 2 c 1 + M 3 c 2 + M 4 c 3 + M 5 c 4 M 1 - - - ( 5 )
上式中c为待测混凝土的比热。
所述混凝土试块的标准养护条件是指：温度为20℃±2℃、相对湿度95％RH以上养护28天。
所述步骤六中烘干法的原理为：将试块置于烘干箱中，在(105±2)℃温度下，水分从混凝土试块中蒸发；将混凝土试块烘至恒重，计算烘干前后混凝土试块质量之差，得到空隙水的质量。
本发明的有益效果：可以根据混凝土配合比能快速计算出混凝土的比热，避免了利用试验仪器测定混凝土比热的复杂操作和计算误差，为混凝土比热的计算提供了一种经济科学的方法。
具体实施方式
一种混凝土比热容的计算方法，其步骤如下。
步骤一：将待测混凝土试块通过电子秤称得其总质量为M1，根据原始材料获得混凝土的配合比m1:m2:m3:m4，其中m1、m2、m3和m4分别为水、粗骨料、细骨料和水泥的质量。
具体实例中，待测混凝土试块的总质量M1＝5kg，根据原始资料获得混凝土的配合比m1:m2:m3:m4＝185:429:1250:536。
步骤二：根据相关资料确定水、粗骨料、细骨料和水泥石的比热分别为c1、c2、c3和c4。
根据相关资料确定水、粗骨料、细骨料和水泥石的比热分别为：c1＝4.20×103J/(kg˙℃)、c2＝0.84×103J/(kg˙℃)、c3＝0.84×103J/(kg·℃)和c4＝0.84×103J/(kg˙℃)。
步骤三：在常温常压下，利用混凝土的配合比m1:m2:m3:m4制备一个混凝土试块，并在标准条件下进行养护。
混凝土试块的标准养护条件是指：温度为20℃±2℃、相对湿度95％RH以上养护28天。
在常温常压下，利用原始资料提供的配合比m1:m2:m3:m4＝185:429:1250:536，制备一个混凝土试块，各组分用量分别为m1＝0.43kg、m2＝1kg、m3＝2.91kg、m4＝1.25kg。
步骤四：将步骤三中制备的混凝土试块，通过烘干箱进行烘干，除去混凝土试块中水的质量，利用电子秤量得烘干后的质量m5；
利用水、粗骨料、细骨料和水泥各组分用量m1＝0.43kg、m2＝1kg、m3＝2.91kg、m4＝1.25kg制备一个混凝土试块，利用烘干法将制备的混凝土试块进行烘干，除去混凝土试块中的水的质量，测得制备的混凝土试块烘干后的质量m5＝5.25kg。
步骤五：将步骤四中烘干后的混凝土试块的质量减去粗骨料和细骨料的质量，得到水泥石的质量为：
m6＝m5-m2-m3(1)。
具体实例中，制备的混凝土试块的水泥石的质量为m6＝m5-m2-m3＝5.25-2.91-1.25＝1.09kg。
步骤六：利用烘干法获得待测混凝土试块中空隙水的质量M2，即待测混凝土经过烘干箱烘干前后的质量之差。利用已求得的粗骨料、细骨料和水泥石的质量比m2:m3:m6，求出烘干后待测混凝土试块中的粗骨料、细骨料和水泥石的质量分别为：
M 3 = ( M 1 - M 2 ) × m 2 m 2 + m 3 + m 6 - - - ( 2 )
M 4 = ( M 1 - M 2 ) × m 3 m 2 + m 3 + m 6 - - - ( 3 )
M 5 = ( M 1 - M 2 ) × m 6 m 2 + m 3 + m 6 - - - ( 4 ) ;
上式中M3、M4和M5分别为待测混凝土试块中的粗骨料、细骨料和水泥石的质量。
在具体实例中，利用烘干法得到待测混凝土试块中空隙水的质量M2＝0.2kg，待测混凝土试块中粗骨料、细骨料和水泥石的质量比与制备的混凝土试块的粗骨料、细骨料和水泥石的质量比m2:m3:m6＝2.91:1.25:1.09相同，求出烘干后待测混凝土试块中的粗骨料、细骨料和水泥石的质量，即
M 3 = ( M 1 - M 2 ) × m 2 m 2 + m 3 + m 6 = 4.8 × 2.91 2.91 + 1.09 + 1.25 = 2.66 k g
M 4 = ( M 1 - M 2 ) × m 3 m 2 + m 3 + m 6 = 4.8 × 1.25 2.91 + 1.09 + 1.25 = 1.14 k g
M 5 = ( M 1 - M 2 ) × m 6 m 2 + m 3 + m 6 = 4.8 × 1.09 2.91 + 1.09 + 1.25 = 1.00 k g .
上述烘干法的原理为：将试块置于烘干箱中，在(105±2)℃温度下，水分从试块中蒸发。将试块烘至恒重，计算烘干前后试块质量之差，得到水的质量；
步骤七：将空隙水、粗骨料、细骨料和水泥石的质量分别乘以各自的比热，得到待测混凝土的比热为：
c = M 2 c 1 + M 3 c 2 + M 4 c 3 + M 5 c 4 M 1 - - - ( 5 )
上式中c为待测混凝土的比热。具体实例中，待测混凝土试块的比热为：
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种混凝土比热容的计算方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一：将待测混凝土试块通过电子秤称得其总质量为M1，根据原始材料获得混凝土的配合比m1:m2:m3:m4，其中m1、m2、m3和m4分别为水、粗骨料、细骨料和水泥的质量；
步骤二：查阅相关资料确定水、粗骨料、细骨料和水泥石的比热分别为c1、c2、c3和c4；
步骤三：在常温常压下，利用混凝土的配合比m1:m2:m3:m4制备一个混凝土试块，并在标准条件下进行养护；
步骤四：将步骤三中制备的混凝土试块通过烘干箱进行烘干，除去混凝土试块中水的质量，利用电子秤量得烘干后的质量m5；
步骤五：将步骤四中烘干后的混凝土试块的质量减去粗骨料和细骨料的质量，得到水泥石的质量为：
（1）；
步骤六：利用烘干法获得待测混凝土试块中空隙水的质量M2，利用已求得的粗骨料、细骨料和水泥石的质量比m2:m3:m6，求出烘干后待测混凝土试块中的粗骨料、细骨料和水泥石的质量分别为：
（2）
（3）
（4）；
上式中M3、M4和M5分别为待测混凝土试块中的粗骨料、细骨料和水泥石的质量；
步骤七：将空隙水、粗骨料、细骨料和水泥石的质量分别乘以各自的比热，得到待测混凝土的比热为：
（5）
上式中c为待测混凝土的比热。
2.根据权利要求1所述的混凝土比热容的计算方法，其特征在于，所述混凝土试块的标准养护条件是指：温度为20℃±2℃、相对湿度95%RH以上养护28天。
3.根据权利要求1所述的混凝土比热容的计算方法，其特征在于，所述步骤六中烘干法的原理为：将试块置于烘干箱中，在（105±2）℃温度下，水分从混凝土试块中蒸发；将混凝土试块烘至恒重，计算烘干前后混凝土试块质量之差，得到空隙水的质量。
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