CN105868515A - 一种砂浆比热的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砂浆比热的计算方法，其步骤如下：根据施工用水泥砂浆的砂和水泥的配合比，确定单位立方体砂浆内的砂的质量和水泥的质量；根据水泥的质量，确定水泥水化反应的用水量；利用感应式水分测定仪或烘干法测定水泥砂浆块体的含水率，利用含水率得到单位体积体水泥砂浆块体内的含水总量为水泥砂浆中空隙水的质量；利用公式计算水泥砂浆块体的比热。本发明能够直观测试砌筑砂浆或抹灰砂浆的比热，进而为建筑热值计算提供依据，具有测试直观、计算方法明确、操作简便、理论清晰等特点；本发明测试计算精度高，能更准确的确定砂浆的热工性能，提高节能工程或绿色建筑中热参数的检测效率，并提高该建筑物运行、维护的便利性。

Description

一种砂浆比热的计算方法

技术领域

本发明属于建筑工程装饰装修及建筑热力学的技术领域，具体涉及一种砂浆比热的计算方法，适用于装饰装修用砌筑或抹灰砂浆的比热计算，可用于建筑物节能环保热值的计算。

背景技术

砂浆是用于建筑砌筑工程的粘结物质，也是用于建筑物装饰装修的基层物质。随着社会对建筑物保温隔热性能要求的提高，砌筑新材料迅速出现并逐渐替代传统的砌筑材料。然而，用于砌筑粘结和找平的砂浆仍是最主要的建筑用材。因此，准确便捷的计算其热值损失是整个建筑热值计算的基础。

比热是建筑能源热值计算考虑的重要因素之一，反映了物质吸纳热量的能力，是建筑物节能环保评价的重要指标。常规建筑物多采用外保温或内保温等方式进行节能设计，以增大室内外能量交换热阻进而提高墙体的保温隔热性能。用传统砂浆粘合新型保温砌体仍是当前建筑施工的重要方式，传统建筑物维护和节能改造仍采用砂浆作为粘合剂和基层处理材料。因此，在建筑物的热值计算中迫切需求一种能够直接计算砂浆比热的方法，该方法为解决建筑节能热值计算提供依据。

目前，比热的试验测定方法主要有混合量热法、加热—冷却法、绝对量热法等。混合量热法是把稳定温度的试样放入质量与温度均已知的量热器中，混合一定时间后量热器内温度达到平衡，根据混合前后温度差值即可计算出砂浆的比热。加热—冷却法是通过对标准样品和砂浆试样建立热平衡过程中的加热—冷却曲线进行分析，用比热已知的标准样品计算出试样的比热。绝热量热法是把装有加热器的砂浆试样置入加热炉中，使加热炉的内表面温度与试样外表面温度恒等，试样中加热器散出的热量全部被试样吸收，通过加热器供给试样热量和试样所升高温度的平衡计算出砂浆比热。

混合量热法需要对砂浆块体进行破坏性试验，又因忽略散热影响及能量损失，对大批量的砂浆块体进行比热测试困难较大。加热—冷却法依赖于数据曲线的分析，推广实施存在困难。常规的比热测试方法复杂，特别是测定实用砂浆比热的工作量大，且热量损失难以避免和衡量。因此，有必要对砂浆的比热进行合理推定，获取砂浆比热的一种便捷计算方法，以便能够快速、准确的获取砂浆的比热。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种砂浆比热的计算方法，实现砂浆块材比热的简易计算，且具备计算简便、参数较少、应用便捷等特征，以利于建筑用砂浆比热的计算和确定。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种砂浆比热的计算方法，其步骤如下：

步骤一：根据施工用水泥砂浆的砂与水泥的配合比，确定单位立方体砂浆内的砂的质量为m₁、水泥的质量为m₂；根据水泥的质量m₂，确定水泥水化反应的用水量m₃；

步骤二：水泥和水经水化反应硬化后为水泥石，水泥、砂、水混合后经水化反应硬化后为水泥砂浆块体，利用含水率测定仪或烘干法测定水泥砂浆块体的含水率w，利用含水率w乘以(m₁+m₂+m₃)得到单位体积体水泥砂浆块体内的含水总量为水泥砂浆中空隙水的质量m₄；

步骤三：水泥砂浆块体的比热的计算公式为：

$c=\frac{c_1{m}_1+c_2(m_2+m_3)+c_3{m}_4}{m_1+m_2+m_3+m_4};$

式中，c₁、c₂、c₃分别表示砂、水泥石、水的比热；m₁、m₂、m₃、m₄分别表示砂、水泥、水泥水化的用水量、空隙水的质量。

所述水泥水化反应的用水量m₃的计算方法是：确定水与水泥的质量反应比α，水泥水化反应的用水量m₃为水与水泥的质量反应比α乘以水泥的质量m₂，其中，水与水泥的质量反应比α的值为22％～25％。

所述含水率测定仪测定水泥砂浆块体的含水率w的方法是：将含水率测定仪的探头紧贴水泥砂浆表面，含水率测定仪的仪表盘所显示数值为该水泥砂浆含水率w。

所述烘干法测定水泥砂浆块体的含水率w的方法是：选取水泥砂浆块体并称量该砂浆试块的质量，记为m_w；将该水泥砂浆块体放入温度保持105℃～110℃的恒温烘箱中，烘干时间为8h～10h；把该烘干完成的水泥砂浆放入干燥器中待试样冷却后对该水泥砂浆进行称重，试样质量记为m_d；则砂浆含水率w＝(m_w－m_d)/m_d。

本发明能够直观测试砌筑砂浆或抹灰砂浆的比热，进而为建筑热值计算提供依据；与目前常用的比热测试方法相比，本发明具备测试直观、计算方法明确、操作简便、理论清晰等特点；本发明能够在不破坏原建筑结构的情况下进行建筑砂浆的比热计算，经多次测试表面本方法与传统测试方法之间的差值保持在0.02％～0.04％之间，能够满足建筑热值的应用。本发明精度的提高能更准确的确定砂浆的热工性能，提高节能工程或绿色建筑中热参数的检测效率，并提高该建筑物运行、维护的便利性。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种砂浆比热的计算方法，依据混合物比热的加权平均计算思想。首先，分别确定砂浆中各组成成分的质量百分含量。然后，将各质量百分含量乘以对应组成成分的比热并进行求和，即可得到砂浆的比热。鉴于不同砂浆的组成成分不同，本发明对常用的水泥砂浆提出了理论的计算方法。按照本发明的计算方法，可得到建筑物砌筑或抹灰用水泥砂浆在不同湿度环境下的砂浆比热。其步骤如下：

步骤一：根据施工用水泥砂浆的砂和水泥的配合比，确定单位立方体砂浆内的砂的质量为m₁、水泥的质量为m₂；根据水泥的质量m₂，确定水泥水化反应的用水量m₃。

水泥水化反应的用水量m₃的计算方法是：确定水与水泥的质量反应比α，水泥水化反应的用水量m₃为水与水泥的质量反应比α乘以水泥的质量m₂，其中，水与水泥的质量反应比α的值为22％～25％。

步骤二：水泥和水经水化反应硬化后为水泥石，水泥、砂、水混合后经水化反应硬化后为水泥砂浆块体，利用含水率测定仪或烘干法测定水泥砂浆块体的含水率w，利用含水率w乘以(m₁+m₂+m₃)得到单位体积体水泥砂浆块体内的含水总量m₄。

含水率测定仪水泥砂浆块体的含水率w的方法是：将含水率测定仪探头紧贴水泥砂浆表面，含水率测定仪的仪表盘所显示数值即为该水泥砂浆含水率w。

烘干法测定水泥砂浆块体的含水率w的方法是：选取水泥砂浆块体并称量该砂浆试块质量，记为m_w；将该水泥砂浆块体放入温度保持105℃～110℃的恒温烘箱中，烘干时间为8h～10h；把该烘干完成的水泥砂浆放入干燥器中待试样冷却后对该水泥砂浆进行称重，试样质量记为m_d；则砂浆含水率w＝(m_w－m_d)/m_d。

步骤三：水泥砂浆块体的比热的计算公式为：

$c=\frac{c_1{m}_1+c_2(m_2+m_3)+c_3{m}_4}{m_1+m_2+m_3+m_4};$

式中，c₁、c₂、c₃分别表示砂、水泥石、水的比热；m₁、m₂、m₃、m₄分别表示砂、水泥、水泥水化的用水量、空隙水的质量。

水泥砂浆的主要组成成分是空隙水、砂和水泥石。采用烘干法确定空隙水的百分含量w；根据砂和水泥的配合比和水泥硬化前后水泥与水泥石的质量关系确定砂、水泥的百分含量。水、砂、水泥石的比热由相关文献和资料获得。

具体实例

某用于砌筑的M5水泥砂浆，施工单位提供的配合比见表1所示，材料的比热容见表2所示。其中32.5MPa水泥水化反应理论用水量为24％的水泥用量。

表1 M5水泥砂浆配合比

表2 材料比热容

一、水泥砂浆比热的计算方法是：

(1)由厂家提供的水泥配合比见表1，确定单位立方体中砂用量m₁、水泥用量m₂分别为：

m₁＝1450kg

m₂＝210kg

(2)由厂家提供水泥水化反应理论用水量为24％，则单位立方体内水泥水化反应理论用水量m₃为

m₃＝210×24％＝50.4(kg)

(3)取现场水泥砂浆块体，使用烘干法测得所述水泥砂浆的含水率为13.11％，则单位立方体水泥砂浆的含水量m₄为

m₄＝13.11％×(1450+210+50.4)＝224.23(kg)

(4)计算水泥砂浆的比热，具体计算如下：

二、与混合量热法、绝热量热法计算比热的比较

依据混合量热法对该水泥砂浆进行比热测试：把稳定温度的水泥砂浆试样放入质量与温度均已知的量热器中，混合8h后量热器内温度达到平衡，根据混合前后温度差值即可计算出水泥砂浆的比热，其中计算值为1.4247×10³(J/(kg·℃))。

依据绝热量热法对该水泥砂浆进行比热测试：把装有加热器的砂浆试样置入加热炉中，使加热炉的内表面温度与水泥砂浆试样外表面温度恒等，试样中加热器散出的热量全部被试样吸收，通过加热器供给水泥砂浆试样热量和水泥砂浆试样所升高温度的平衡计算出砂浆比热，其中计算值为1.4238×10³(J/(kg·℃))。

利用混合量热法、绝对量热法对该砂浆进行比热测试，获取不同测试测试值，该计算方法与常规测试方法的存在的差值见表3。

表3不同测试方法与计算法之间差值

本发明计算的比热值小于混合量热法，大于绝热量热法。本发明的计算方法能够在不破坏原结构的情况下进行建筑砂浆的比热计算，且误差保持在0.02％～0.04％之间，能够满足建筑热值的应用。精度的提高能更准确的确定砂浆的热工性能，提高节能工程或绿色建筑中热参数的检测效率，并提高该建筑物运行、维护的便利性。

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 (4)

1.一种砂浆比热的计算方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤一：根据施工用水泥砂浆的砂与水泥的配合比，确定单位立方体砂浆内的砂的质量为m ₁、水泥的质量为m ₂；根据水泥的质量m ₂，确定水泥水化反应的用水量m ₃；

步骤二：水泥和水经水化反应硬化后为水泥石，水泥、砂、水混合后经水化反应硬化后为水泥砂浆块体，利用含水率测定仪或烘干法测定水泥砂浆块体的含水率w，利用含水率w乘以(m ₁+m ₂+m ₃)得到单位体积水泥砂浆块体内的含水总量为水泥砂浆块体中空隙水的质量m ₄；

步骤三：水泥砂浆块体的比热的计算公式为：

；

式中，c ₁、c ₂、c ₃分别表示砂、水泥石、水的比热；m ₁、m ₂、m ₃、m ₄分别表示砂、水泥、水泥水化的用水量、空隙水的质量。

2.根据权利要求1所述的砂浆比热的计算方法，其特征在于，所述水泥水化反应的用水量m ₃的计算方法是：确定水与水泥的质量反应比α，水泥水化反应的用水量m ₃为水与水泥的质量反应比α乘以水泥的质量m ₂，其中，水与水泥的质量反应比α的值为22%~25%。

3.根据权利要求1所述的砂浆比热的计算方法，其特征在于，所述含水率测定仪测定水泥砂浆块体的含水量w的方法是：将含水率测定仪的探头紧贴水泥砂浆表面，含水率测定仪的仪表盘所显示数值为该水泥砂浆含水率w。

4.根据权利要求1所述的砂浆比热的计算方法，其特征在于，所述烘干法测定水泥砂浆块体的含水率w的方法是：选取水泥砂浆块体并称重其质量，记为m _w；将该水泥砂浆块体放入温度保持105℃~110℃的恒温烘箱中，烘干时间为8h~10h；把烘干完成的水泥砂浆块体放入干燥器中待试样冷却后对该水泥砂浆块体进行称重，试样质量记为m _d；则砂浆含水率w=（m _w－m _d）/m _d。