Калориметр для измерения тепловыделения при твердении гипсовых вяжущих и строительных смесей на их основе
Калориметр для измерения тепловыделения при твердении гипсовых вяжущих и строительных смесей на их основе относится к учебно-лабораторному оборудованию и может найти применение при выполнении лабораторных работ по строительным материалам. Внутри конического корпуса калориметра установлена реакционная камера из полипропилена с плотной пробкой и оболочкой. Камера и оболочка выполнены в виде тонкостенных конических стаканов, которые плотно прилегают друг к другу через теплоотражающее покрытие из алюминиевой фольги. С наружной стороны оболочки между ней и корпусом размещен теплоизоляционный слой с наружным теплоотражающим покрытием - из фольгированного вспененного полиэтилена. Для измерения тепла, выделяемого при твердении исследуемого вяжущего, использован жидкостный термометр. Свободный конец термометра со шкалой измерения расположен снаружи калориметра, а его рабочий конец установлен в гильзе, которая погружена в исследуемое вяжущее. Гильза выполнена из медной фольги и закреплена в патроне, который вмонтирован в пробку реакционной камеры. Калориметр, обладая простой конструкцией, обеспечивает снижение теплопотерь в окружающее пространство и осуществление прямого контроля выделяемого тепла в процессе твердения вяжущего, тем самым повышается точность измерения. 1 н.з. и 3 з.п. ф-лы, 1 илл.
Полезная модель относится к учебно-лабораторному оборудованию и может быть использована при проведении лабораторных работ по строительным материалам.
Известен по ГОСТ310.5-88 (приложение 1) изотермический калориметр «ЦЕМЕНТ ТГЦ 1М» для определения тепловыделения цементов в процессе твердения. Калориметр содержит камеру с ячейками для гидратирующегося цемента, тепломеры, массивный теплоотвод, коммутатор, предварительный усилитель, калибратор, самописец и интегратор дискретного типа. Действие калориметра основано на возникновении на входящих в его состав тепломерах электронапряжения, обусловленного тепловым потоком, направленным от камеры с ячейками с гидратирующимся цементом через тепломеры к массивному теплоотводу, а далее через коммутатор, предварительный усилитель и калибратор - на вход интегратора и самописец. К недостаткам калориметра следует отнести:
- высокую стоимость калориметра;
- крупные габариты и сложное устройство;
- трудоемкость обработки экспериментальных результатов.
Из уровня техники известно устройство для определения температуры твердения вяжущего вещества по патенту РФ на полезную модель 
102255, МПК G01K 7/02, которое является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип. Устройство содержит конусный упаковочный контейнер (корпус) с уплотняющей теплоизолирующей крышкой. Внутри упаковочного контейнера размещен цилиндрический сменный контейнер (реакционная камера) с исследуемым вяжущим веществом. Упаковочный и сменный контейнеры изолированы друг от друга теплоизолятором (теплоизоляционным слоем), расположенным между внутренним теплоотражающим покрытием из фольгоизола, прилегающим к стенкам реакционной камеры, и наружным теплоотражающим покрытием, тоже из фольгоизола, прилегающим к стенкам корпуса. В состав устройства по прототипу входит термочувствительный элемент, выполненный в виде размещенного в металлическом чехле металлического стержня с рабочим концом из хрома. Свободный конец термочувствительного элемента соединен с блоком измерения и герметично закреплен в уплотняющей крышке упаковочного контейнера. Конец термочувствительного элемента изолирован термочувствительной мембраной, через которую он контактирует с исследуемым вяжущим веществом. Устройство позволяет определять температуры твердения вяжущего вещества на всех стадиях его гидратации: в жидком, переходном и твердом состояниях.
К недостаткам устройства следует отнести:
- недостаточную точность измерения температуры при использовании в качестве термочувствительного элемента стержня с рабочим концом из хрома;
- теплопотери в результате того, что внутреннее отражающее покрытие выполнено из фольгоизола - материала, состоящего из гофрированной алюминиевой фольги, покрытой слоем битумно-резинового или битумно-полимерного вяжущего толщиной 2 мм. Гофрированная фольга не прилегает плотно к стенкам реакционной камеры, слой битумно-резинового или битумно-полимерного вяжущего проводит тепло и имеет низкое термосопротивление.
- реакционная камера - сменный контейнер; следовательно, теплоемкость реакционной камеры может меняться от опыта к опыту и, как следствие, возрастает погрешность измерений температуры твердеющего вяжущего вещества.
Задачей и техническим результатом является упрощение конструкции при достаточно высокой точности измерений за счет уменьшения теплопотерь в окружающее пространство и возможность прямого контроля тепловыделения в процессе твердения вяжущего вещества.
Задача решена следующим образом.
Как и прототип, заявляемый в качестве полезной модели калориметр содержит конический корпус, реакционную камеру для исследуемого вяжущего вещества и уплотняющую теплоизолирующую крышку. Корпус и реакционная камера изолированы друг от друга теплоизоляционным слоем, расположенным между внутренним теплоотражающим покрытием, прилегающее к стенкам реакционной камеры, и наружным теплоотражающим покрытием, прилегающим к стенкам корпуса. Калориметр содержит термочувствительный элемент, рабочий конец которого герметично закреплен в уплотняющей крышке с возможностью контакта с исследуемым вяжущим через слой теплочувствительного материала.
В отличие от прототипа в заявляемом калориметре в качестве термочувствительного элемента использован жидкостный термометр, свободный конец которого со шкалой измерения расположен снаружи калориметра, а его рабочий конец установлен в гильзе из теплочувствительного материала. Уплотняющей крышкой служит пробка для реакционной камеры, изготовленная из жесткого теплоизолирующего материала, например, пеноплекса, в которую для закрепления гильзы вмонтирован патрон из мало теплопроводящего материала. Отличием является также то, что калориметр дополнительно содержит оболочку между теплоизоляционным слоем и внутренним теплоотражающим покрытием, выполненную в виде тонкостенного конического стакана из полипропилена, верхний диаметр которого больше нижнего, например, на 4 мм, внутреннее теплоотражающее покрытие выполнено из алюминиевой фольги, а теплоизоляционный слой с наружным теплоотражающим покрытием - из фольгированного вспененного полиэтилена. Реакционная камера выполнена в виде конического тонкостенного полипропиленового стакана, точно повторяющего внутреннее очертание оболочки и плотно прилегающего к ней через теплоотражающее покрытие. Гильза для рабочего конца термометра может быть выполнена из медной фольги, патрон для гильзы - из полипропилена.
При выполнении калориметрических измерений рабочий конец термометра помещается в гильзу, погруженную в тесто вяжущего. Гильза предназначена для предотвращения налипания продукта твердения вяжущего на рабочий конец термометра. По окончании измерений не требуется извлекать полностью реакционную камеру, как в прототипе, поскольку камневидный продукт твердения легко извлекается вместе с гильзой из конической реакционной камеры благодаря уклону ее стенок и низкой адгезии продукта твердения к поверхности полипропилена. Применение алюминиевой фольги, которая расположена в коническом тонкостенном стакане из полипропилена, и фольгированного вспененного полиэтилена обеспечивает полное прилегание элементов калориметра друг к другу и тем самым снижает теплопотери при измерении температуры твердения вяжущего, повышая точность измерения.
По совокупности существенных признаков конструкция заявляемого калориметра не выявлена из уровня техники, что подтверждает его новизну.
На чертеже приведен общий вид заявляемого калориметра.
Калориметр содержит конический корпус 1, реакционную камеру 2, выполненную из полипропилена в виде тонкостенного конического стакана. Для проведения лабораторных работ может быть использована реакционная камера емкостью 500 см3. Реакционная камера 2 закрыта пробкой 3. Пробка 3 может быть выполнена из пеноплекса. Между корпусом 1 и реакционной камерой 2 расположена теплоизолирующая оболочка. Как и реакционная камера 2, теплоизолирующая оболочка выполнена в виде конического тонкостенного стакана из полипропилена 4, верхний диаметр которого может быть больше нижнего на 4 мм. Между стаканом 4 и реакционной камерой 2 располагается внутреннее теплоотражающее покрытие 5 из алюминиевой фольги. С наружной стороны стакана 4, между ним и корпусом 1, размещен теплоизоляционный слой 6 с внешним теплоотражающим покрытием 7 из фольгированного вспененного полиэтилена. Для измерения тепла, выделяемого при твердении вяжущего, использован жидкостный термометр 8. Свободный конец термометра 8 со шкалой измерения расположен снаружи калориметра, а его рабочий конец установлен в гильзе 9 из теплочувствительного материала, например, из медной фольги. Гильза 9 закреплена в патроне 10. Патрон 10 вмонтирован в пробку 3 и выполнен из малотеплопроводящего материала, например, из полипропилена. Гильза 9 с рабочим концом термометра 8 погружена в исследуемое вяжущее 11.
Порядок проведения калориметрических измерений с использованием заявляемой модели показан на конкретном примере.
Калориметр, анализируемое гипсовое вяжущее и вода для затворения предварительно выдерживаются не менее одного часа при температуре воздуха помещения, в котором будут проводиться измерения. На лабораторных технических весах берут навеску анализируемого гипсового вяжущего массой 300 г. В реакционную камеру 2 емкостью 500 см 3 наливают воду в количестве, необходимом для приготовления теста стандартной консистенции (150-180 см3). Навеску вяжущего высыпают в воду затворения при непрерывном перемешивании мешалкой - время приготовления теста 11 должно составлять не более 30 секунд от начала затворения. Вынув мешалку, в реакционную камеру немедленно вставляют пробку 3 с вмонтированным в нее патроном 10 с гильзой 9, так чтобы гильза 9 оказалась полностью утопленной в тесто 11. В гильзу 9 устанавливают термометр 8 и начинают измерять температуру системы твердения через каждые две минуты с точностью 0,5 градуса. За точку отсчета времени принимают начало затворения вяжущего. Измерения заканчивают после того, как прекратится повышение температуры (ориентировочно через 40..50 минут от начала затворения). Сначала вынимают термометр 8, затем из реакционной камеры извлекают пробку 3 с патроном 10, гильзой 9 и камневидным продуктом твердения. Гильзу освобождают 9 от продукта твердения.
1. Калориметр для измерения тепловыделения при твердении гипсовых вяжущих и строительных смесей на их основе, содержащий конический корпус, реакционную камеру для исследуемого вяжущего, уплотняющую теплоизолирующую крышку, внутреннее теплоотражающее покрытие, прилегающее к стенкам реакционной камеры, наружное теплоотражающее покрытие, прилегающее к стенкам корпуса, теплоизоляционный слой, расположенный между теплоотражающими покрытиями, и термочувствительный элемент, рабочий конец которого герметично закреплен в уплотняющей крышке с возможностью контакта с исследуемым вяжущим через теплочувствительный материал, отличающийся тем, что между внутренним теплоотражающим покрытием и теплоизоляционным слоем калориметр дополнительно содержит оболочку в виде конического тонкостенного стакана из полипропилена, причем указанная оболочка через внутреннее теплоотражающее покрытие, выполненное из алюминиевой фольги, плотно прилегает к реакционной камере, выполненной, как и оболочка, в виде конического тонкостенного полипропиленового стакана; кроме этого в качестве термочувствительного элемента использован жидкостный термометр, свободный конец которого со шкалой измерения расположен снаружи калориметра, а его рабочий конец установлен в гильзе из теплочувствительного материала; при этом уплотняющая теплоизолирующая крышка является пробкой для реакционной камеры и снабжена вмонтированным в нее патроном из малотеплопроводящего материала для закрепления гильзы с термометром, помимо этого теплоизоляционный слой с наружным теплоотражающим покрытием выполнен из фольгированного вспененного полиэтилена.
2. Калориметр по п.1, отличающийся тем, что гильза для рабочего конца термометра выполнена из медной фольги.
3. Калориметр по п.1, отличающийся тем, что патрон для гильзы выполнен из полипропилена.
4. Калориметр по п.1, отличающийся тем, что пробка для реакционной камеры выполнена из пеноплекса.
