CN110376088B - 一种材料吸水系数测试装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种材料吸水系数测试装置及测量方法，所述装置包含：恒温水浴，用于为控温水槽提供恒定温度的水；控温水槽，通过水管与恒温水浴连接，用于存储所述恒定温度的水；所述控温水槽可形成封闭空间，且其内侧底部设置有用于支撑测试水槽的支架；测试水槽，放置在所述支架上，用于存储测试用水，且其内侧底部设置有用于支撑试件的支柱；所述测试水槽的一部分浸没于控制水槽中的水中，且所述测试水槽的材质导热。本专利提出一种构造测试微环境通过恒温水循环控温的方式，进而准确测量材料吸水系数的实验装置。通过调节循环水温度可改变测试环境温度，研究材料吸水系数随温度的变化，并且较以往方式可使控温更加精确，温度调控范围更广。

Description

一种材料吸水系数测试装置及测量方法

技术领域

本发明涉及建筑材料研究技术领域，特别地涉及材料吸水系数测试装置及测量方法。

背景技术

建筑材料的水分传递与吸放湿越来越受到关注，这不仅影响围护结构的热传递，并且与室内空气品质和房屋耐久性都息息相关。为预测水分在围护结构中的迁移和对传热的影响，目前已有多种模型，而使用这些模型的前提是准确得到材料湿物性参数，目前这成为制约热湿耦合计算的因素之一。

吸水系数反映了多孔建筑材料水分传递特性并与液态水扩散系数相关，因此已有学者对如何准确测量吸水系数，减小实验误差进行了研究。目前研究结果证明温度对吸水系数存在影响，但还没有可以准确调控测试环境的吸水系数测试装置，现有控温方法普遍是将测试水槽与试件至于房间内，通过控制房间的温度已达到控制测试实验温度的效果，这样的控温方式既不准确也会存在工况点设置受限的问题。因此，构建一个可以独立精确控温的测试装置，无需调控大空间的温度，并且可以设置多种温度工况，对于测量建筑材料吸水系数具有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，根据本发明的第一方面，提出一种材料吸水系数测试装置，其特征在于，包括：

恒温水浴，用于为控温水槽提供恒定温度的水；

控温水槽，通过水管与恒温水浴连接，用于存储控制测试环境的水；所述控温水槽可形成封闭空间，且其内侧底部设置有用于支撑测试水槽的支架；

测试水槽，放置在所述支架上，用于存储测试用水，其内侧底部设置有用于支撑试件的支柱；所述测试水槽的一部分浸没于控制水槽中的水中，且所述测试水槽的材质导热。

进一步地，所述测试装置，还包括：水循环单元，用于保障测试环境的恒温状态；

所述水循环单元包括用于将恒温水浴中水输送至控温水槽中的进水管，和用于将控温水槽中水输送至恒温水浴的回水管，回水管上设置有将水泵，在所述进水管和回水管上设置有阀门，通过调节阀门开度，控制水循环单元的流量。

进一步地，所述水位控制器在控温水槽内设置有上限水位控制探头和下限水位控制探头；

所述上限水位控制探头位于控温水槽与测试水槽之间，且垂直高度不高于测试水槽槽口边缘；所述下限水位控制探头位于控温水槽与测试水槽之间，垂直高度不低于所述支柱顶点高度；

所述水位控制器通过所述上限水位控制探头和下限水位控制探头探测控温水槽内的水位；

进一步地，所述水位控制器和水泵连接，用于根据控温水槽内的水位控制水泵打开或关闭。

进一步地，所述测试装置包含有温度巡检仪，所述温度巡检仪在控温水槽内设置有二个测温热电偶用于监测控温水槽内的水温和测试环境温度；

一个测温热电偶设置在控温水槽内，且在垂直方向高于上限水位控制探头；

一个测温热电偶设置在控温水槽与测试水槽之间，且垂直高度低于下限水位控制探头。

进一步地，所述控温水槽包括槽体和槽盖，所述槽体和槽盖的外部均进行了保温处理。所述槽体和槽盖的外部均进行了保温处理。

进一步地，所述试件为建筑多孔材料。

根据本发明的第二方面，提出了基于如上所述测试装置的检测温度对材料吸水系数影响的测量方法，包括：

将恒温水浴和水位控制器连接电源，开启温度巡检仪，检查供回水管路上阀门均处于开启状态；

进一步地，将干燥好的试件进行称重m_dry，并测量底面积A，放入测试槽内的支柱上，然后将测试水槽安置于控温槽内的支架上；

进一步地，开启恒温水浴，设置恒温水浴温度即测试温度，恒温水浴中的水流入控温水槽中，当所述控温水槽内的水位达到上限水位控制探头，水位控制器控制，水泵开启，同时停止向恒温水浴蓄水；当控温水槽中的水位下降至下限水位控制探头，水位控制器控制，水泵关闭。

进一步地，通过热电偶检测温度，当测试环境达到设定值时，在恒温水浴中取适量水加入测试水槽中作为测试用水，测试用水的液面超过所述试件底部一定高度。

进一步地，每隔一段时间将试件从水中取出，抹去试样附着水，进行称重m_wet，再放回水槽中继续吸水；初始放入时刻至测试时刻的一段时间t内，试件吸收水分的质量m^t _moisture为：

根据多个时间段下试件吸收水分的质量，获得单位面的试样吸收水分的质量对时间的平方根的斜率，即吸水系数Acap kg/(m²·s^0.5)：

本发明公开的一种材料吸水系数测试装置及测量方法通过构建一个可以独立精确控温的测试装置，无需调控大空间的温度，并且可以设置多种温度工况，提高了测量建筑材料吸水系数的准确性和便利程度。

附图说明

图1为根据本发明的材料吸水系数测试装置的结构图。

附图标记说明：

1-恒温水浴、2-供水阀门、3-回水阀门、4-地线、5-下限水位控制探头、6-上限水位控制探头、7-试件、8-控温水槽、9-测试水槽、10-测温热电偶、11-测温热电偶、12-水泵、13-温度巡检仪、14-水位控制器

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细描述，但不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1示，材料吸水系数测试装置包括：恒温水浴1，控温水槽8，测试水槽9，其中：

恒温水浴1，用于为控温水槽8提供恒定温度的测试用水，优选地，设置的恒定温度为测试温度；

控温水槽8，通过管路与恒温水浴连接，用于存储控制测试环境的测试水；

进一步地，控温水槽由槽体和槽盖形成封闭空间，在槽体和槽盖的外部进行了保温处理，且控温水槽内侧底部设置有用于支撑测试水槽9的支架；

测试水槽9，放置在所述支架上，用于存储测试用水，其内侧底部设置有用于支撑试件7的支柱。

进一步地，测试水槽的一部分浸没于控制水槽中的测试水中，且测试水槽的材质导热。

进一步地，恒温水浴1与控温水槽8通过进水水管和回水水管连接，形成一个水循环单元。

进一步地，控温水槽8垂直轴向的径向的两侧分别设置有进水口和出水口；控温水槽8的进水口与恒温水浴的出水口通过进水管连接，控温水槽8的出水口与恒温水浴的进水口通过回水管连接。

进一步地，控温水槽8的出水口设置在控温水槽8侧壁垂直方向底端。

进一步地，在进水管上设置有供水阀门2，在回水管上靠近恒温水浴1一端设置有回水阀门3，通过调节阀门开度，及时控制水循环单元的水流量；

在回水管靠近控温水槽8出水口一端设置有水泵12，用于提供足够的动力将控温水槽8内的水输送回恒温水浴1中。

控温水槽8与水位控制器14连接，在控温水槽8槽体内设置有上限水位控制探头6和下限水位控制探头5；水位控制器14的地线4与控温水槽8连接。

进一步地，上限水位控制探头6位于控温水槽8与测试水槽9之间，且垂直高度不高于测试水槽9槽口边缘；下限水位控制探头5位于控温水槽8与测试水槽9之间，垂直高度不低于测温水槽9内支柱顶点高度。

进一步地，上限水位控制探头6和下限水位控制探头5位于靠近控温水槽8进水口一侧。

进一步地，水位控制器14与水泵12连接，控制水泵开关。

控温巡检仪13在控制水槽8内设置有控温电阻，为测温热电偶10和测温热电偶11。

进一步地，测温热电偶10在垂直方向高于上限水位控制探头6；测温热电偶11在垂直方向低于下限水位控制探头5；且，测温热电偶10和测温热电偶11位于靠近控温水槽8出水口一侧。

进一步地，测温热电偶11在垂直方向低于控温水槽8的出水口，使测量控制水槽内环境温度更加精确。

实施例2

基于本发明的测试装置，检测温度对材料吸水系数影响的测验装置的测量方法如下：

S1.将恒温水浴和水位控制器连接电源，开启温度巡检仪，检查供回水管路上阀门均处于开启状态。

S2.将干燥好的试件进行称重m_dry，并测量底面积A，放入测试槽内的支柱上，然后将测试水槽安置于控温槽内的支架上。

优选地，所选试样为建筑多孔材料。

S3.开启恒温水浴，设置恒温水浴温度即测试温度，向恒温水浴中不断蓄水，水通过进水管流入控温水槽中，当所述控温水槽内的水位达到上限水位控制探头，水位控制器控制，水泵开启，同时停止向恒温水浴蓄水；当控温水槽中的水位下降至下限水位控制探头，水位控制器控制，水泵关闭。

优选地，控温水槽控制液面上限的限值，即恒温水浴中液位的极值。

优选地，当控温水槽内水的液面未达设定上限水位控制探头，水泵未开启之前，调节供水阀门的开度为最大开度；当水泵开启后，通过调节供水阀门和回水阀门，使通过水在恒温水浴和控温水槽之间平缓循环。

优选地，供水阀门最大开度时使通过进水口流入控温水槽中的水，不会直接流入到测试水槽内。

S5.通过热电偶检测温度，当测试环境达到设定值时，在恒温水浴中取适量水加入测试水槽中作为测试用水，测试用水的液面没过试件底部5mm，测试开始。

S6.每隔一段时间将试件从水中取出，抹去试件表面附着水，进行称重m_wet，再放回水槽中继续吸水。初始放入时刻至测试时刻的一段时间t内，试件吸收水分的质量m^t _moisture为：

每隔一段时间测量试件质量，得到多个时间下试件吸收水分的质量，获得单位面的试样吸收水分的质量对时间的平方根的斜率，即吸水系数Acap kg/(m²·s^0.5)：

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种材料吸水系数测试装置，其特征在于，包括，

恒温水浴，用于为控温水槽提供恒定温度的水；

控温水槽，通过水管与恒温水浴连接，用于存储所述恒定温度的水；所述控温水槽包括槽体和槽盖，可形成封闭空间，所述槽体和槽盖的外部均进行了保温处理，且其内侧底部设置有用于支撑测试水槽的支架；

测试水槽，放置在所述支架上，用于存储测试用水，且其内侧底部设置有用于支撑试件的支柱；所述测试水槽的一部分浸没于控温水槽中的水中，且所述测试水槽的材质导热；

水循环单元，所述水循环单元包括用于将恒温水浴中的水输送至控温水槽中的进水管，和用于将控温水槽中水输送至恒温水浴的回水管，回水管上设置有水泵，在所述进水管和回水管上设置有阀门；

水位控制器，所述水位控制器在控温水槽内设置有上限水位控制探头和下限水位控制探头，

所述上限水位控制探头位于控温水槽与测试水槽之间，且垂直高度不高于测试水槽槽口边缘；所述下限水位控制探头位于控温水槽与测试水槽之间，垂直高度不低于所述支柱顶点高度，

所述水位控制器通过所述上限水位控制探头和下限水位控制探头探测控温水槽内的水位，

所述水位控制器和水泵连接，用于根据控温水槽内的水位控制水泵打开或关闭；

温度巡检仪，所述温度巡检仪设置有二个测温热电偶，所述测温热电偶位于控温水槽内，用于监测控温水槽内的水温和测试环境温度，

一个测温热电偶设置在控温水槽内，且在垂直方向高于上限水位控制探头；

一个测温热电偶设置在控温水槽与测试水槽之间，且垂直高度低于下限水位控制探头。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述试件为建筑多孔材料。

3.一种材料吸水系数测试方法，采用如权利要求1或2所述 的材料吸水系数测试装置，其特征在于，包括：

(1)恒温水浴和水位控制器连接电源，开启温度巡检仪，检查供回水管路上阀门均处于开启状态；

(2)将干燥好的试件进行称重m_dry，并测量底面积A，放入测试水槽内的支柱上，然后将测试水槽安置于控温槽内的支架上；

(3)开启恒温水浴并向其中蓄水，设置恒温水浴的温度为测试温度，恒温水浴中的水流入控温水槽中，当控温水槽中的水位达到上限水位控制探头，水位控制器控制水泵开启，同时停止向恒温水浴蓄水；当控温水槽中的水位下降至下限水位控制探头，水位控制器控制水泵关闭；

(4)通过测温热电偶检测温度，当测试环境达到设定值时，在恒温水浴中取适量水加入测试水槽中作为测试用水，测试用水的液面超过所述试件底部一定高度；

(5)测试所述试件的吸水系数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)包括：

每隔一段时间将试件从水中取出，抹去试件附着水，进行称重m_wet，再放回测试水槽中继续吸水；

初始放入时刻至测试时刻的一段时间t内，试件吸收水分的质量m^t _moisture为：

根据多个时间段下试件吸收水分的质量，获得单位面的试样吸收水分的质量对时间的平方根的斜率，即吸水系数Acap，单位为kg/(m²·s^0.5)：

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