CN112964619A - 一种多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定装置及方法，该装置包括用于控制湿度和环境温度的恒温恒湿箱，以及设于恒温恒湿箱内的天平和置于天平上的高湿度室；所述高湿度室内装有用于控制内部相对湿度的饱和盐溶液，高湿度室上部放有样品；所述高湿度室上部开孔，样品固定于高湿度室开口处，所述样品与高湿度室之间利用封条密封，样品四周隔绝水蒸气；所述样品为若干多孔介质材料叠加或粘结得到,样品上布置有温湿度传感器，用于测量样品内部的温度和湿度。采用本发明方法可以精准测量多孔建筑材料界面水蒸气渗透系数。

Description

一种多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定装置及方法
技术领域
本发明涉及多层多孔材料界面热湿物性测试领域，尤其涉及一种多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定装置及方法。
背景技术
在典型建筑环境中多孔建筑材料会发生水蒸气的渗透侵入现象，而水蒸气对于建筑材料的耐久性和保温性能都有很大的影响。因此对于水蒸气在多孔材料内部的传质系数对建筑结构设计具有指导意义。而在实际建筑结构中存在大量多孔介质连接的界面，如砖块和水泥砂浆，水泥和外墙抹灰等。由于两侧材料发生物质相互渗透，导致在多孔材料界面处的孔隙率和孔隙直径与两侧材料不同，因而两种材料结合后整体的渗透系数和两种材料单独的渗透系数有所不同。为此需要对材料连接界面处的水蒸气渗透系数进行定量测试。虽然现在已经很有多水蒸气渗透系数测试装置，但存在以下问题：
1、缺少专门的方法和装置对于多层多孔介质界面连接处的水蒸气渗透系数进行测试。
2、由于水蒸气分压在多层材料内部是非线性分布，所以常用的稳态测试装置测试方法失效。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定装置及方法，用于精准测量多孔建筑材料界面水蒸气渗透系数。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定装置，包括用于控制湿度和环境温度的恒温恒湿箱，以及设于恒温恒湿箱内的天平和置于天平上的高湿度室；所述高湿度室内设有用于控制内部相对湿度的饱和盐溶液，所述饱和盐溶液控制环境相对湿度为30％-97％；高湿度室内设有温湿度传感器，高湿度室上部放有样品；所述高湿度室上部开孔，样品固定于高湿度室开口处，所述样品与高湿度室之间利用封条密封，样品四周隔绝水蒸气，防止水蒸气从侧面渗透出去；所述样品由若干多孔介质材料叠加或粘结得到,样品上布置有温湿度传感器，用于测量样品内部的温度和湿度。
上述技术方案中，进一步地，所述温湿度传感器布置在多孔介质材料界面两侧，且其数量多于2只，位于界面两侧的温湿度传感器相对界面对称布置。
进一步地，所述样品中的不同层多孔介质材料为相同或不同材料。
进一步地，所述天平为电子天平、机械天平或压力传感器。
进一步地，所述温湿度传感器中，湿度采用电容式，电阻式，镜面式湿度传感器测量，温度采用集成式热电偶测量。
本发明还提供一种多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定方法，该方法基于上述装置实现，具体包括如下步骤：
测试开始前，将样品烘干，冷却至室温后测量样品的底面积，并组装各部件。组装完成后，实时观察天平示数，单位时间内质量损失量表示材料的水蒸气质量流量Jinterface，待水蒸气质量流量Jinterface稳定，此时进入测量阶段。读取样品内部界面两侧温湿度传感器示数，利用公式1和公式2
将界面两侧的相对湿度转化为水蒸气相对密度ρv1和ρv2，利用公式3和4计算界面水蒸气渗透系数：
Figure BDA0002936237540000031
Figure BDA0002936237540000032
Figure BDA0002936237540000033
Figure BDA0002936237540000034
其中，Pv是水蒸气分压，P为当地大气压，
Figure BDA0002936237540000035
为湿度，W为水的相对分子质量，R为摩尔气体常数，T为当地温度，K所述水蒸气渗透系数，x1和x2为界面两侧温湿度传感器探头距离样品下界面的距离，Jinterface为质量流量。
Rinterface为界面传质阻力，也是衡量界面水蒸气渗透性能的重要指标，Rinterface和K可以相互转换：
Figure BDA0002936237540000036
本发明中，样品四周隔绝水蒸气，只允许样品两端有水蒸气的渗透(样品底端与高湿度室内空气直接接触，其顶部直接与恒温保湿箱内的空气接触)，可通过包裹保险膜等可以隔绝水蒸气的材料实现。
本发明的有益效果在于：
1、采用本发明的测试装置及方法可以对界面水蒸气渗透系数进行定量测量，填补了相关领域的空白。
2、通过恒定水蒸气质量流，测量界面两侧水蒸气分压的方式来计算界面渗透系数，设置多组传感器同时测量，相比其他方法精度有显著提高。
附图说明
图1为本发明多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定方法及装置。
图2为本发明所提的多层多孔材料样品；
其中，温湿度传感器1、样品2、薄膜3、高湿度室4、封条5、饱和盐溶液6、天平7、恒温保湿箱8、界面9、多孔介质材料A 10、多孔介质材料B 11。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1为本发明的一种多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定装置。
将温湿度传感器1安装在样品2中，其中样品2四周被薄膜3包裹，从而防止水蒸气从四周扩散；样品2被安装在高湿度室4上，并利用封条5封装样品2与高湿度室4的缝隙；高湿度室4内部装有用于控制内部相对湿度是饱和盐溶液6，所述饱和盐溶液6控制环境相对湿度为30％-97％；高湿度室4内设有温湿度传感器1；再将上述部件放置在天平7上；整个装置放置于恒温恒湿箱8内，利用恒温恒湿箱8控制湿度和环境温度。所述样品2由若干多孔介质材料叠加或粘结得到。如图2所示，样品2由多孔介质材料A 10和多孔介质材料B11叠加或粘结得到，二者的材料可以相同或不同。
测试开始前，将样品烘干，冷却至室温后测量样品的底面积，并组装各部件。组装完成后，实时观察天平示数，单位时间内质量损失量表示材料的水蒸气质量流量J，待水蒸气质量流量J稳定，此时进入测量阶段。读取样品2内部界面9两侧温湿度传感器1示数，利用公式1和公式2将界面两侧的相对湿度转化为水蒸气相对密度ρv1和ρv2，利用公式3和4计算界面水蒸气渗透系数：
Figure BDA0002936237540000041
Figure BDA0002936237540000042
Figure BDA0002936237540000043
Figure BDA0002936237540000051
其中，Pv是水蒸气分压，P为当地大气压，
Figure BDA0002936237540000052
为湿度，W为水的相对分子质量，R为摩尔气体常数，T为当地温度，K所述水蒸气渗透系数，x1和x2为界面两侧温湿度传感器探头距离样品下界面的距离，Jinterface为质量流量。
Rinterface为界面传质阻力，也是衡量界面水蒸气渗透性能的重要指标，Rinterface和K可以相互转换：
Figure BDA0002936237540000053

Claims (6)

1.一种多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定装置，其特征在于，包括用于控制湿度和环境温度的恒温恒湿箱，以及设于恒温恒湿箱内的天平和置于天平上的高湿度室；所述高湿度室内装有用于控制内部相对湿度的饱和盐溶液，所述饱和盐溶液控制环境相对湿度为30％-97％；高湿度室内设有温湿度传感器，高湿度室上部放有样品；所述高湿度室上部开孔，样品固定于高湿度室开口处，所述样品与高湿度室之间利用封条密封，样品四周隔绝水蒸气；所述样品由若干多孔介质材料叠加或粘结得到，样品上布置有温湿度传感器，用于测量样品内部的温度和湿度。
2.根据权利要求1所述的多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定装置，其特征在于，所述温湿度传感器布置在多孔介质材料界面两侧，且其数量多于2只，位于界面两侧的温湿度传感器相对界面对称布置。
3.根据权利要求1所述的多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定装置，其特征在于，所述样品中的不同层多孔介质材料为相同或不同材料。
4.根据权利要求1所述的多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定装置，其特征在于，所述天平为电子天平、机械天平或压力传感器。
5.根据权利要求1所述的多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定装置，其特征在于，所述温湿度传感器中，湿度采用电容式，电阻式，镜面式湿度传感器测量，温度采用集成式热电偶测量。
6.一种多层多孔材料界面水蒸气渗透系数测定方法，其特征在于，该方法基于权利要求1-5任一项所述的装置实现，将温湿度传感器安装在样品中；样品被安装在高湿度室上，并利用封条封装样品与高湿度室之间的缝隙；实时观察天平示数，单位时间内质量损失量表示材料的水蒸气质量流量Jinterface，待水蒸气质量流量Jinterface稳定，此时进入测量阶段；读取样品内部界面两侧温湿度传感器示数，利用公式1和公式2将界面两侧的相对湿度转化为水蒸气相对密度ρv1和ρv2，利用公式3和4计算界面水蒸气渗透系数：
Figure FDA0002936237530000021
Figure FDA0002936237530000022
Figure FDA0002936237530000023
Figure FDA0002936237530000024
其中，Pv是水蒸气分压，P为当地大气压，
Figure FDA0002936237530000025
为湿度，W为水的相对分子质量，R为摩尔气体常数，T为当地温度，K所述水蒸气渗透系数，x1和x2为界面两侧温湿度传感器探头距离样品下界面的距离，Jinterface为质量流量。
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