ĐỘ DẪN NHIỆT CỦA BÊ TÔNG
Tính bền vững là yếu tố quan trọng để các chuyên gia trong xây dựng công trình cân nhắc trên thế giới hiện nay. Vì bê tông là thành phần chính trong phần lớn cấu trúc, phương pháp để bê tông thân thiện hơn với môi trường trong cả sản xuất và hiệu suất liên tục được khám phá. Bê tông tiêu chuẩn là hỗn hợp của xi măng, nước, cốt liệu và phụ gia. Mặc dù cốt liệu chiếm tỉ lệ lớn nhất trong hỗn hợp, xi măng và nước tạo thành chất kết dính giữ lấy chúng. Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp bê tông đã tìm kiếm vật liệu thay thế một phần xi măng trong bê tông để giảm chi phí và sản xuất ra một sản phẩm xanh hơn. Tro bay được tạo ra trong quá trình đốt của nhà máy nhiệt điện than, do đó, việc sử dụng tro bay trong sản xuất bê tông giúp giảm lượng vật liệu phế thải đưa vào bãi chôn lấp và ngăn việc sử dụng các vật liệu mới trong quá trình sản xuất bê tông. Bentz và cộng sự. (2007) từ Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia, đã thu thập dữ liệu về nhiệt dung riêng và độ dẫn nhiệt của bê tông sử dụng các tỷ lệ phần trăm khác nhau của tro bay để thay thế cho xi măng sử dụng hệ thống đo độ dẫn nhiệt Hot Disk TPS của hãng Thermtest (Canada).
Hình 1: Hình ảnh bê tông sản xuất không có tro bay (trái) và bê tông có tro bay (phải)
CHUẨN BỊ ĐỂ KIỂM TRA ĐỘ DẪN NHIỆT CỦA BÊ TÔNG
Các mẫu bê tông đã được chuẩn bị bằng cách sử dụng ba tỷ lệ nước-xi măng (w / cm) khác nhau lần lượt là 0,5, 0,55 và 0,6. Mỗi tỷ lệ có một mẫu được làm bằng 0, 15, 30, 45, 60 và 75% tro bay thay thế xi măng. Cốt liệu đá vôi được sử dụng để tạo thành bê tông. Mỗi hỗn hợp được tạo thành 2 khối hình vuông 101,6cm, để trong 28 ngày. Tỉ trọng của từng khối được đo trước khi bắt đầu đo độ dẫn nhiệt. Thử nghiệm độ dẫn nhiệt được thực hiện bằng cách cắt một nửa mẫu bê tông và kẹp một cảm biến Hot Disk 6,403 mm bao gồm lá niken được bao quanh bởi Kapton giữa hai miếng (Hình 2). Thermtest cũng cung cấp một cảm biến một mặt, TPS-S, chỉ yêu cầu một mẫu để đo độ dẫn nhiệt; một lựa chọn tuyệt vời cho những khách hàng có vật liệu đắt tiền hoặc khó cắt (Hình 2). Hot Disk Thermal Constants Analyzer là lý tưởng để kiểm tra các vật liệu xốp như bê tông vì nó thực hiện các phép đo hoàn hảo và không cần chất tiếp xúc. Để tính toán cấu trúc vi mô không đồng nhất của các hình khối, đầu dò được đặt ở tám vị trí khác nhau giữa hai mẫu và độ dẫn nhiệt trung bình đã được tính toán, với các giá trị bên ngoài bị loại bỏ. Nhiệt dung riêng được tính từ dữ liệu cung cấp bởi hệ thống.
Hình 2: Sơ đồ hiển thị vị trí của cảm biến Hot Disk TPS trong các mảnh mẫu bê tông ở bên trái và
trình diễn cách cảm biến một mặt TPS-S hoạt động ở bên phải.
Mô-đun kiểm tra nhiệt dung riêng có thể được sử dụng cùng với hệ thống Hot Disk TPS để thu được các giá trị nhiệt dung riêng cho từng loại bột tạo thành hỗn hợp bê tông. Mô-đun này bao gồm một cảm biến nhiệt được gắn vào một đĩa vàng, nơi một mẫu được đặt. Cảm biến và đĩa được bao quanh bởi lớp xốp cách nhiệt để tránh thất thoát nhiệt cho môi trường ảnh hưởng đến kết quả (Hình 3).
Hình 3: Minh họa thiết lập cho mô-đun thử nghiệm nhiệt dung riêng cho Hệ thống Hot Disk TPS Thermal Constants Analyzer System
Bentz và cộng sự. (2007) đã phát hiện ra rằng thay thế một phần xi măng bằng tro bay trong hỗn hợp bê tông đã tạo ra một sản phẩm có tỉ trọng thấp hơn và độ dẫn nhiệt thấp hơn bê tông thông thường (Hình 4). Đối với một mẫu bê tông có w / cm 0,5 với tro bay 75%, độ dẫn nhiệt đã giảm 19%. Tỉ trọng và độ dẫn nhiệt thường có mối tương quan tích cực. Tro bay có mật độ thấp hơn nhiều so với xi măng, do đó các mẫu có tỷ lệ tro bay cao hơn có mật độ thấp hơn và sau đó độ dẫn nhiệt thấp hơn. Ngoài ra, độ thoát nhiệt giảm cùng với độ dẫn nhiệt và mật độ. Độ thoát nhiệt thấp giúp bê tông có khả năng hoạt động như một bộ đệm nhiệt, vì nó ít bị ảnh hưởng bởi những thay đổi của nhiệt độ môi trường.
Hình 4: Đồ thị kết quả lấy từ Bentz et al. (2007). Đường màu đỏ và các ký hiệu xung quanh minh họa sự giảm độ dẫn nhiệt
đi kèm với việc giảm tỉ trọng do sự kết hợp của tro bay vào hỗn hợp xi măng.
Sự giống nhau đáng chú ý giữa nhiệt dung riêng của xi măng và tro bay đã được phát hiện trong dữ liệu được tạo ra bởi mô-đun nhiệt dung riêng Hot Disk TPS (Bảng 1). Bentz và cộng sự. (2007) kết luận rằng việc thay đổi tỷ lệ xi măng so với tro bay trong hỗn hợp sẽ dẫn đến ít thay đổi về nhiệt dung riêng của sản phẩm, một giả thuyết được chứng thực bằng dữ liệu nhiệt dung riêng được tạo ra trong quá trình thử nghiệm bê tông. Hàm lượng nước được xác định là yếu tố chính làm thay đổi nhiệt dung riêng của bê tông, vì giá trị nhiệt dung riêng của nó là 4,18 J / (g K) cao hơn nhiều so với bất kỳ vật liệu nào khác trong hỗn hợp.
Bảng 1: Nhiệt dung riêng của vật liệu được sử dụng trong hỗn hợp bê tông thu được bởi Bentz et al. (2007)
sử dụng mô-đun thử nghiệm nhiệt dung riêng của Hot Disk TPS.
Nghiên cứu này kết luận rằng việc thay thế một tỷ lệ xi măng bằng tro bay trong quá trình sản xuất bê tông sẽ tạo ra một sản phẩm có độ dẫn nhiệt và độ thoát nhiệt thấp hơn. Trong thực tế, loại bê tông này sẽ góp phần tăng cường kiểm soát nhiệt trong các tòa nhà, vì độ dẫn nhiệt thấp hơn làm cho nó trở thành một chất cách nhiệt tốt hơn. Kết quả là cần ít năng lượng và tiền bạc dành cho các hoạt động sưởi ấm và làm mát, giúp ích cho cả môi trường và túi tiền.
Chân thành cảm ơn Thermtest đã cho phép S.L.S Technology đăng bài viết về thử nghiệm lên Website!
Link nghiên cứu gốc trên website của hãng: https://thermtest.com/applications/concrete-thermal-conductivity?utm_source=Thermtest%2C+Inc&utm_campaign=6c224b2d3e-EMAIL_CAMPAIGN_2020_05_26_06_22&utm_medium=email&utm_term=0_8318541c33-6c224b2d3e-175380049