устройство для испытаний образцов теплоизоляционных волокнистых материалов на влагостойкость

Формула изобретения

1. Устройство для испытания образцов теплоизоляционных волокнистых материалов на влагостойкость, содержащее негерметичную камеру со съемной крышкой, снабженную источниками и регуляторами нагрева воды до кипения, внутри которой расположен съемный сетчатый поддон для размещения на нем испытуемых образцов, при этом на съемной крышке расположен стандартный прибор для определения сжимаемости волокнистых теплоизоляционных материалов, отличающееся тем, что подвижный шток стандартного прибора проходит через съемную крышку негерметичной камеры внутри направляющей трубки и опирается на опытный образец через дополнительно введенный пространственный каркас, исключающий искажения от воздействия тепловлажностной среды на образец при его испытании на влагостойкость.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что общий суммарный вес элементов стандартного прибора для определения сжимаемости, включая вес пространственного каркаса, равен по массе стандартной нагрузке, при которой определяют сжимаемость.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введены датчики автоматического управления температурно-влажностным режимом при проведении испытаний опытных образцов.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что величину сжимаемости опытных образцов определяют из выражения:



где h₁ - толщина опытного образца (мм) до включения источника нагрева воды;

h₂ - толщина опытного образца (мм) после выдержки его над кипящей водой.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сверху и снизу опытного образца размещены сетчатые прокладки для равномерной передачи давления нагрузки на опытный образец.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам для испытания на влагостойкость строительных материалов и может быть использовано для определения влагостойкости теплоизоляционных материалов волокнистой структуры, в частности изделий из минеральной ваты.

Влагостойкость минераловатных теплоизоляционных материалов оценивается: для образцов плотностью не менее 100 кг/м³ по снижению прочности на сжатие после проведения испытаний, а для образцов меньшей плотности - по увеличению сжимаемости после проведения испытаний [1].

Известно устройство для испытания образцов теплоизоляционных волокнистых материалов на влагостойкость, принятое за прототип, содержащее негерметичную камеру, снабженную источниками и указателями нагрева воды до кипения, внутри которой расположен сетчатый поддон, выполненный с возможностью фиксации необходимого зазора между уровнем воды в негерметичной камере и нижней поверхностью испытуемых образцов [2].

Недостатками известного устройства являются, во-первых, то, что испытание образцов осуществляется в две стадии: на первой стадии образцы проходят испытания в негерметичной камере в агрессивной среде при температуре около 100°С и относительной влажности 98±2%, после чего их извлекают из негерметичной камеры и помещают под пресс для проведения второй контрольной стадии испытаний (на сжатие - для прочных образцов, на сжимаемость - для образцов менее прочных).

Суть первого недостатка вытекает из двухстадийности процесса испытаний, при котором образцы необходимо извлекать из агрессивной среды, что повышает опасность для обслуживающего персонала самого процесса испытаний.

Во-вторых, это приводит к искажению истинных значений влагостойкости, так как при этом испытуемые образцы подвергаются охлаждению, при котором испытуемые образцы значительно восстанавливают свои физико-механические свойства.

В-третьих, в известном устройстве невозможно практически провести испытания малопрочных минераловатных теплоизоляционных материалов плотностью до 100 кг/м³, для которых показателем брака является не снижение прочности на сжатие, а повышение сжимаемости. Это обусловлено тем, что образцы из таких материалов в процессе испытаний в камере деформируются настолько, что их невозможно извлечь из камеры без дополнительных разрушений, перенести их к стандартному устройству для определения сжимаемости и провести достаточно сложный комплекс испытаний по ГОСТ 17177 [3].

Задачей заявляемого изобретения является создание устройства, обладающего высокой эффективностью в работе и повышенной достоверностью результатов испытаний образцов минераловатных теплоизоляционных материалов.

Технический результат состоит в расширении области применения за счет возможности проведения испытаний также образцов из малопрочных волокнистых теплоизоляционных материалов, снижения энергозатрат при одновременном повышении достоверности получаемых результатов и безопасности процесса испытаний.

Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для испытания образцов теплоизоляционных волокнистых материалов на влагостойкость, содержащее негерметичную камеру со съемной крышкой, снабженную источниками и регуляторами нагрева воды до кипения, внутри которой расположен съемный сетчатый поддон для размещения на нем испытуемых образцов, при этом на съемной крышке расположен стандартный прибор для определения сжимаемости волокнистых теплоизоляционных материалов, подвижный шток которого, проходя внутри направляющей трубки через съемную крышку негерметичной камеры, опирается на образец через дополнительно введенный пространственный каркас, исключающий искажения от воздействия тепловлажностной среды на образец при его испытании, причем сверху и снизу опытного образца размещены сетчатые прокладки.

При этом данная конструкция прибора, в отличие от прототипа, позволяет проводить определение сжимаемости испытуемого образца (как до нагрева воды, так и после нагрева воды до кипения и с последующей выдержкой испытуемого образца над кипящей водой) без извлечения его из негерметичной камеры, что существенно повышает безопасность процесса испытаний.

Для исключения прямого попадания капель кипящей воды на поверхность испытываемого образца зазор между нижней частью образца и уровнем кипящей воды должен находиться в пределах 100±10 мм [4].

Предлагаемое устройство для испытания образцов теплоизоляционных материалов на влагостойкость изображено на чертеже и содержит негерметичную камеру 1 со съемной крышкой 2, в которой установлен съемный сетчатый поддон 3, причем негерметичная камера 1 снабжена источниками и регуляторами нагрева воды 4, а также указателем уровня горизонтальности 5, размещенными на наружной поверхности негерметичной камеры 1, регулировочными винтами 6, служащими для корректировки горизонтальности устройства, указателем уровня воды 7.

Внутри негерметичной камеры 1 на сетчатом поддоне 3 расположен опытный образец 8, на который через пространственный каркас 9 и шток 10 стандартного прибора определения сжимаемости 11 воздействует удельная стандартная нагрузка согласно [3].

Для установки пространственного каркаса 9 и штока 10 в съемной крышке 2 предусмотрена направляющая трубка 12. На съемной крышке 2 расположены стандартный прибор определения сжимаемости 11, включающий зажимной винт 14 для закрепления стандартного прибора определения сжимаемости 11 на штоке 10, индикатор часового типа 15 и кронштейн 16 индикатора часового типа 15, измерительную линейку 13, датчики управления температурно-влажностным режимом 17, которые управляют работой источников и регуляторов нагрева воды 4. Ручки 18 служат для удобства снятия съемной крышки 2 при ее нагреве. Сетчатые прокладки 19 и 20, устанавливаемые соответственно сверху и снизу опытного образца 8, служат для равномерной передачи давления нагрузки на опытный образец 8.

Работа устройства состоит в следующем.

В негерметичную камеру 1 устанавливают съемный сетчатый поддон 3 и заливают водопроводную воду без предварительного нагрева с таким расчетом, чтобы расстояние между верхней сеткой съемного сетчатого поддона 3 и уровнем воды находилось в пределах 100±10 мм, что контролируют указателем уровня воды 7. Горизонтальность зеркала воды контролируют указателем уровня горизонтальности 5, регулируя регулировочными винтами 6. Затем по центру съемного сетчатого поддона 3 размещают опытный образец 8, сверху и снизу которого размещают сетчатые прокладки 19, 20 соответственно, и на него устанавливают пространственный каркас 9 и закрывают негерметичную камеру 1 съемной крышкой 2, с размещенными на ней приборами определения величины сжимаемости опытного образца 8. При этом сжимаемость до и после выдержки опытного образца 8 над кипящей водой определяют, не извлекая его из негерметичной камеры 1, что существенно отличает принцип работы при проведении испытаний заявленного устройства от прототипа.

Вначале, до нагрева воды, на опытный образец 8 через шток 10 и пространственный каркас 9 передается удельная нагрузка (2000±30) Па. При этом замеряют толщину опытного образца 8 (значение h₁ ). Затем включают источник и регулятор нагрева воды 4. После закипания воды, в течение 15-20 минут опытный образец 8 выдерживают над кипящей водой, в течение времени, определяемого в соответствии с методикой, изложенной в [5]. После чего замеряют толщину нагретого опытного образца 8 (значение h₂), которое фиксируется индикатором часового типа 15 или измерительной линейкой 13. Затем датчики управления температурно-влажностным режимом 17 выключают источники и регуляторы нагрева воды 4.

За период от включения источника и регулятора нагрева воды 4 и выдержки опытного образца 8 над кипящей водой происходят значительные изменения в структуре опытного образца 8, при этом увеличивается его сжимаемость, что приводит к изменению (уменьшению) толщины опытного образца 8, фиксируемой элементами стандартного прибора для определения сжимаемости 11.

Значение сжимаемости С_ж определяется в данном случае из выражения

где h₁ - толщина опытного образца (мм) до включения источника нагрева воды;

h₂ - толщина опытного образца (мм) после выдержки его над кипящей водой.

Для большинства исследованных минераловатных материалов плотностью до 100 кг/м³ (на различных синтетических связующих) относительное изменение сжимаемости составляет 5-28%.

Пример. Определение сжимаемости минераловатных плит плотностью 75 кг/м³ на фенолоспиртовом связующем

В негерметичную камеру 1 устанавливаем съемный сетчатый поддон 3 и заливаем водопроводную воду без предварительного нагрева с таким расчетом, чтобы расстояние между верхней сеткой съемного сетчатого поддона 3 и уровнем воды находилось в пределах 100±10 мм, что контролируем указателем уровня воды 7. Горизонтальность зеркала воды контролируем указателем уровня горизонтальности 5, регулируя регулировочными винтами 6. Затем по центру съемного сетчатого поддона 3 размещаем опытный образец 8, а на него устанавливаем пространственный каркас 9 и закрываем негерметичную камеру 1 съемной крышкой 2, с размещенными на ней узлами определения величины сжимаемости. При этом сверху и снизу опытного образца размещают сетчатые прокладки.

Для определения влагостойкости вначале в соответствии с требованиями ГОСТ 17177 [2] определяем сжимаемость опытного образца 8 под удельной нагрузкой (2000±30) Па, замеряя при этом его толщину h₁, которая в данном случае равна 65 мм. Затем включаем источник и регулятор нагрева воды 4 и выдерживаем опытный образец 8 над кипящей водой в течение (15±1) минут согласно методики [5]. После чего фиксируем новое значение толщины опытного образца 8 h₂, равное в данном случае 53 мм.

Значение сжимаемости над кипящей водой С_ж определяем из выражения (1)

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет:

1. Значительно сократить длительность и повысить энергоэффективность испытаний;

2. Повысить надежность и достоверность измерений при одновременном улучшении условий труда и техники безопасности персонала на предприятиях и в научно-исследовательских организациях, проводящих данные испытания.

3. Проводить испытания опытных образцов теплоизоляционных минераловатных материалов на влагостойкость на одном портативном устройстве без извлечения испытуемых образцов из негерметичной камеры.

Источники информации

1. Плиты теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем. Технические условия. ГОСТ 9573-96.

2. Авторское свидетельство № 1078303, МКИ G01N 25/56, 1982 (прототип).

3. Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы контроля. ГОСТ 17177-94.

4. Бобров Ю.Л., Ткаченко Т.Г. Оценка влагостойкости минераловатных плит повышенной жесткости. Научно-технический реферативный сборник. ВНИИЭСМ, вып.8, М., 1982 г.

5. Бобров Ю.Л., Овчаренко Е.Г., Шойхет Б.М., Петухова Е.Ю. Теплоизоляционные материалы и конструкции (учебник). М., Инфра. - М., 2003 г.