建筑材料导热系数和密度分析技术研究

李志平

广东华宸建设工程质量检测有限公司

1 引言

建筑材料测量是贯穿于整个建筑工程施工的重要内容，在建筑施工过程中，每个阶段使用的材料类别和强度都有所差异，因此需要及时地对材料的性能进行检测，确保材料符合使用规范，以此保证建筑工程施工的质量。另一方面，在施工过程中对建筑材料的质量进行检测，还能够及时调整材料采购计划，避免成本损失。而在建筑材料检测中，对材料的导热系数和密度进行检测是重要的两个方面。在当前的建筑工程施工中常用的导热系数测量方法是稳态法和非稳态法，本文主要对其中的热线法和脉冲法进行分析，而对建筑材料密度分析则主要研究了建筑材料烟密度测定仪这种方法。

2 建筑材料测量现状

建筑材料测量是当前建筑施工中的重要内容和环节，建筑材料的质量是建筑施工质量的保障，并且对于节约原材料、发展建筑科学技术也具有积极的影响。然而因为我国建筑施工行业发展的过程中，一直都有的重生产、轻管理，重人力、轻技术的现象，导致目前的建筑材料测量还存在着一些问题，主要包括材料质量参差不齐、检测方法和标准不统一、检测手段简单化这三个方面的问题。

2.1 材料质量参差不齐

我国是一个发展中大国，建筑行业正处于飞速发展阶段，因而产生了对建筑材料的大量需求，由此诞生了许许多多的建筑材料生产厂商，这些厂商因为自身的规模、资金、技术等多个方面的差异，所生产出来的建筑材料质量也存在着很大的差别。对于规模大、资金充足、技术先进的厂商，往往生产出来的建筑材料质量较好，在建筑施工中的表现很好，能有效保证建筑施工的质量。而小厂商生产的建筑材料在质量上则要略次一些。因为建筑材料质量的参差不齐，所以给建筑材料的质量检测带来了很多困难，同一种类型的材料，可能因为不同批次购买的厂商不同，导致质量和性能存在差异。

2.2 检测方法和标准不统一

我国的建筑施工行业覆盖了全国大多数的地区，覆盖面积广，建设工程量大，而不同地区对建筑材料检测的方法和标准都不尽相同，有的地区仅以国家标准为材料的检测标准，没有充分考虑到建筑的实际情况，没有考虑到建筑施工队材料质量的具体要求。检测方法也是各地区、甚至不同同地区不同工地的检测方法都不相同，没有统一方法和标准的后果就是建筑材料检测结果的准确性存在差别，可信度也不一样。

2.3 建筑材料测试人员的技术水平有限

当前我国的建筑材料测试当中，测试的技术人员技术水平有限，技术工人的专业发展培训也不多。材料测试的技术工人是材料测试的重点，出来将材料带到实验室进行精细化测量以外，还需要技术工人在施工现场能够对建筑材料的导热性和密度等属性进行简单的测试，这就需要工人掌握专业的材料测试技术和相关的材料测试方法，但是当前我国的建筑行业因为入行门槛较低，工人的技术水平有限，能够掌握相关测试技术的工人数量也不能满足当前建筑行业的大量需求。加上工地的工作繁重复杂，一个工程的建设周期往往很长，技术工人需要长时间在工地工作，就没有时间参加培训或者进一步提高自身的技术水平。

2.4 检测手段简单化

尽管信息技术的发展给建筑材料检测带来很大的便利，但是纵观全国，很多地区依然沿用落后的手工填表、人工统计方法，既增加了工作的烦琐程度，又由于技术水平低下，造成很多数据出现误差，很多数据出现失真、丢失现象，给工程带来质量和安全隐患。

3 建筑材料导热系数分析技术

导热系数是建筑材料质量检测中的重要内容，导热系数的高低决定了建筑材料的热传递效果和保温能力。对于建筑工程来讲，为了让房屋能达到冬暖夏凉的效果，减少外界气温对室内温度的影响，建筑外墙通常采用导热系数较低的材料。当前我国建筑材料检测中常用的导热系数测量方法可以大致分为稳态法和非稳态法，本文选取这两类方法中的两个具体方法，即热线发和脉冲法研究建筑材料导热系数的测量技术。接下来，就建筑材料导热系数的具体检测技术进行分析研究。

3.1 热线法

热线法是一种常用的测量建筑材料导热系数的方法，具有简便、快速、易于操作、精确、实验设备简单等优点，热线法在我国广泛应用于保温材料[热系数小于2W/（m·K）]的导热系数测量当中。

热线法的基本原理就是通过在试验材料中间放置一根金属热线，通过金属热线的温度升高速度来计算材料的导热系数。众所周知，在两个有温度差的物体之间存在介质时，高温物体会通过热辐射的方式将热量传递给低温物体，最终达到热平衡。热线法就是依据这个原理设计的。

热线法测量材料导热系数的公式为：

式中：

λ——材料的导热系数；

P——热线某一特定段的加热功率（W）；

L——该段热线的长度（m）；

θ——热线的温度（℃）；

t——对应温度的加热时间（s）；

A——lnt～θ曲线的线性区的斜率；

q——热丝单位长度上的加热功率。

根据这个公式，在确定的输出功率下加热热线时，测定不同时间的θ值，即可画出lnt～θ的曲线，找出线性区并进行直线拟合，求出拟合直线的斜率A，就可以计算出导热系数λ。

热线法的试验方法和步骤，以及计算过程都相对比较简单，因此在当前的建筑材料检测中应用比较广泛。热线法最大的优点就操作的简便性，并且能够取得较好的精度。而热线法最大的缺点在于能够用热线法测量的材料种类比较有限，因为热线法测量需要金属热线丝来反映材料的导热性能，而有些材料是没办法安装金属热线丝的，或者被加热会产生变性，导致测量出来的导热系数不准确。

3.2 脉冲法

脉冲法是另外一种简便的建筑材料导热系数测量非稳态方法。脉冲法相比起热线法，在操作上更加简便，所使用的设备也很简单，不需要孔温制冷装置。脉冲法能够对不同湿度的材料进行测试，并在一次试验中就可以得到材料的导热系数，导温系数和比热。脉冲法的原理是在较短时间内对试件进行加热，根据试件的温度变化，计算试件的导热系数。在脉冲法测量材料的导热系数试验中，采用的装置包括一个加热器、三块试件以及测温热电。

脉冲法测量材料导热系数的主要步骤：首先，选择两厚一薄三块试件，薄试件的尺寸为200mm×200mm×（20～30）mm，厚试件的尺寸为200mm×200mm×（60～100）mm。根据要求，试件表观密度之间的差值应控制在5%以内。然后，对试件表面进行处理，使试件的表面平整，厚度均匀，试件之间的接触面紧密。再然后，根据测量条件的不同，设置具体的测量环境，比如带水测量，需要控制试件的湿度，无水测量，需要将试件烘干。

脉冲法测量材料导热系数的最大优点也是方便准确，只需要对试件进行加热就可以，甚至不需要金属线，但是这种方法的缺点也很明显，那就是测量的材料种类偏少，因为需要对材料试件直接加热，对于那些加热会导致变性的材料，这种方法就无法测得精确地材料导热系数。

4 建筑材料密度分析技术

材料的密度是建筑材料测试当中的重要内容，因为建筑工程施工过程中使用的材料种类和成分都相对复杂，而材料的密度对建筑工程的质量影响很大，如果所使用的材料密度不恰当，就会造成建筑工程开裂，塌陷等。因此在施工之前就需要对材料的密度进行检测，通常来讲，建筑材料在出厂的时候就会进行密度的测试，采用抽样检测的方法，对同一批次的材料进行密度检测，但是这种测试方法适用于大批量材料检测，所使用的技术方法大多是x光或者其他物理密度检测方法。

建筑材料的密度测量相对比较简单，可以使用专业的密度测试仪器进行测试，也可以采用一些简单的手法进行粗略计算。通常建筑材料的密度是符合国家规定的材料密度要求的，但是也存在少数的不符合要求的材料。要测试材料的密度，比较常用的技术就是密度检测仪，一般常见的是采用x光射线，直接测量材料的密度。也有使用质量体积之比粗略估计材料密度的方式，这是根据密度的定义，对比较规则均匀的材料进行密度计算测量，这种方法测量的精确度不是很高，但是能够适用于大部分的材料，因为材料的质量和体积都比较容易获得。

材料烟密度测试仪也是材料测试当中经常使用的一起，该仪器能够测量材料静态燃烧时产生的烟密度，烟密度对于建筑工程材料也非常重要，因为建筑施工中消防是一个非常重要的点，而烟密度高的材料在发生火灾时会产生大量的烟，严重影响逃生和消防人员救援。所以也需要使用建筑材料烟密度测试仪对材料的烟密度进行测试。

建筑材料密度的另一个测试方法就是建材真密度检测，真密度是指材料在绝对密实的状态下单位体积的固体物质的实际质量，即去除内部孔隙或者颗粒间的空隙后的密度。测试真密度可以检测出建筑材料的原料成分，进而分析出材料的质量情况。测试建筑材料真密度常用的方法是真密度检测仪，其测试方法为：将试料置于真密度测试仪中，用氦气作介质，在测量室逐渐加压到一个规定值，然后氦气膨胀进入膨胀室内，两个过程的平衡压力由仪器自动记录，根据质量守恒定律，通过标准球校准测量室和膨胀室的体积后，再确定试料的体积，计算出真密度。

5 结束语

建筑材料的性能检测是建筑施工中非常重要的内容，贯穿着整个施工的全过程，在施工之前，需要对采购的材料进行检测，才能确定材料是否能用于本工程的施工，施工过程中，检测材料质量，能够帮助确定工程的进度安排，合理完成施工计划，而施工完成后，检测材料质量，有利于事后出现问题时，及时找到原因。而对材料的导热性能和密度进行测量又是材料检测里的重要内容，常用的导热系数测量技术包括热线法和脉冲法，这两种测量方法都比较简单，操作起来方便，测量的结果也比较精确。而对密度测量则更多采用密度测量仪器，得到的结果十分精确。总之，随着建筑行业的进一步发展，对于材料的要求也会越来越高，那么材料检测的重要性也会逐渐上升。