Строительные материалы
Методы термического анализа позволяют всесторонне охарактеризовать строительные материалы. При разработке нового строительного материала полезно обладать информацией о его составе, потере массы при нагревании (например, из-за выгорания связующего вещества), тепловом расширении, спекании, температуре размягчения, теплопроводности, поскольку только в таком случае конечный продукт может соответствовать заявленным требованиям.
Синхронный термический анализ (СТА) идеально подходит для исследования таких процессов, как температура стеклования модифицированного стекла, фазовые переходы в штукатурке и строительном растворе и поведение материала при термическом разложения, а также подключения анализатора выделяющихся газов (АВГ) к термоанализатору.
Дилатометрия позволяет измерять расширение и усадку строительных материалов как в процессе производства, так и в ходе эксплуатации.
LFA и HFM – это универсальные методы для точного определения температуропроводности и теплопроводности больших и маленьких образцов.
Для исследования огнеупоров были созданы специальные приборы, такие как, прибор для определения деформации под нагрузкой (RUL) и ползучести при сжатии (СIC), прибор для исследования прочности на изгиб (HMOR).
С помощью рентгенофлуоресцентных спектрометров для микроанализа можно проводить быстрые измерения больших площадей с высоким пространственным разрешением за короткое время. Распределение отдельных элементов можно быстро визуализировать и извлечь. Количественная оценка на основе фундаментальных параметров позволяет быстро оценить состав образца. Интеллектуальный анализ картографии позволяет проводить полуколичественный анализ концентрации Cl и K в матрице.
Бетон использовался в качестве строительного материала с месопотамских времен и стал очень популярен среди греческих и римских строителей. Он выдерживает огромное давление и обладает высокой прочностью. Его можно заливать практически любой формы, а при армировании сталью он может преодолевать большие расстояния. Микро-XRF позволяет проводить быстрые измерения больших площадей с высоким пространственным разрешением за короткое время. Распределение отдельных элементов можно быстро визуализировать и извлечь. Количественная оценка на основе фундаментальных параметров позволяет быстро оценить состав образца. Интеллектуальный анализ картографии позволяет проводить полуколичественный анализ концентрации Cl и K в матрице. Поскольку бетон представляет собой смесь многих сложных химических соединений, его долговечность зависит от условий окружающей среды. Он может длиться тысячи лет при подходящих условиях, но в настоящее время мы часто находим изображения потрескавшегося и потрескавшегося бетона. Например, соленая вода приводит к химическим реакциям, которые изменяют объем и приводят к напряжениям и деформациям в бетонной конструкции.
Плотина на озере Вотна (Норвегия) подвергается воздействию морской воды. Этот керн длиной 5 см, взятый с морской стороны дамбы, ясно показывает градиент концентрации Cl. Представление в ложных цветах показывает это еще более четко. Профиль линии, извлеченный из сканирования площади, показывает, что Cl проник в бетон более чем на 1 см.
Построение серии объектов позволяет провести некоторый (полу) количественный анализ: данные HyperMap можно использовать, чтобы отличить агрегаты от цемента и количественно определить состав цемента по глубине образца. Здесь концентрация Cl изменяется от 1 мас.% до 0 мас.% в пределах первых 10 мм. Концентрация K антикоррелирована с Cl (выщелачивание). Сумма SiO2 и CaCO3 стабильна и составляет около 85 мас.%.
Может использоваться следующее оборудование:
Стекловолокно часто используется для теплоизоляции зданий и отопительных трубопроводов. Измерение показывает три стадии потери массы до температуры приблизительно 600°C, которые обусловлены испарением влаги и выгоранием органического связующего. Последние видны благодаря значительному ДСК сигналу в этом температурном диапазоне. Ступенька ДСК сигнала при 728°C соответствует переходу стеклования (увеличение удельной теплоемкости на 0.41 Дж/[г*K]). Экзотермический ДСК пик при 950°C с энтальпией в -287 Дж/г соответствует кристаллизации; эндотермические эффекты между ~1050°C и 1250°C с полной энтальпией 549 Дж/г обозначают плавление. Незначительная потеря массы при температуре выше 700°C наиболее вероятно обусловлена окислением и испарением примесей.
Две керамических плитки были одновременно нагреты со скоростью 3K/мин до 1100°C. Кривые относительного расширения этих обожженных плиток показывают существенные различия в расширении и содержании кварца при температуре выше (>567°C). Программное обеспечение Proteus® позволяет увидеть эти различия на отдельной кривой.
Гипс и кварцевый песок являются основой для многих строительных смесей, например, штукатурки и строительных растворов. Нагрев такой смеси сопровождается двумя стадиями дегидратации при температурах ниже 250°C: CaSO4*2H2O (дигидрат) переходит в CaSO4*1/2H2O (полугидрат) и потом в CaSO4 (ангидрит). Эти переходы сопровождаются общей затратой энергии 122 Дж/г. Количественный анализ показывает, что гипс был чистым дигидратом с его массовой долей 23.4% в образце. В температурном интервале от 300°C до 450°C идет экзотермическая реакция с образованием фазы β-CaSO4 Энергия, выделившаяся при реакции, составила 18.3 Дж/г. Эндотермический эффект (температура начала эффекта 573°C) связан со структурным переходом α→β в кварце (кристаллический SiO2).
При исследовании термического разложения доломита [CaMg(CO3)2 в инертной атмосфере было установлено, что различные стадии разложения доломита перекрываются. При измерении в атмосфере CO2 стадии разложения доломита были разделены. Рассчитанный ДТА сигнал (c-DTA®) по термогравиметрической кривой позволил определить, что обе стадии разложения образца являются эндотермическими.
Обожженная черепица подвергалась воздействию воды в течение 24 часов, а затем испытывалась с DIL 402 C в диапазоне от -20 ° C до 25 ° C. При охлаждении вода в порах керамического тела замерзает до -7 ° C. (Низкая температура замерзания обусловлена чрезмерным охлаждением воды.) Замерзание вызывает увеличение длины образца почти на 0,08%. При нагревании лед начинает таять при -2 ° C, что приводит к усадке образца.
Необратимое изменение длины образца после циклического охлаждения и нагрева может быть частично вызвано трещинами. Перед установкой необходимо тщательно продумать использование черепицы этого типа в определенных климатических зонах. Эффект замораживания сокращает срок его службы.
Продукция из кирпича и плитки вносит значительный вклад в развитие и качество строительных проектов во всем мире. Этот рисунок измерения кирпичной глины показывает ступеньку на кривой теплового расширения (красный цвет) при 576 ° C, которая четко видна на физической α-кривой в виде пика при 587 ° C. Это изменение теплового расширения связано с перекрывающейся дегидратацией глин и фазовым переходом кварца. При температуре выше 800 ° C начинается спекание. Во время процесса спекания можно наблюдать эффект плавления, который может быть вызван неорганическим компонентом сырья.
Было проведено стандартное испытание ползучести на образце из шамотного кирпича (прибл. 35% Al2O3). Условия испытания: нагрузка - 0,2 Н/мм2; скорость нагрева - 5 К/мин, изотермический сегмент - 25 часов при 1190°C; воздух, статический режим. Двойной график показывает фазу нагрева и ползучесть при постоянной емпературе в зависимости от времени.
График показывает результат одного стандартного опыта на образце из шамотного кирпича (прибл. 35% Al2O3). Условия испытания: нагрузка - 0,2 Н/мм2; скорость нагрева - 5 К/мин; воздух, статический режим При 960 °C образец достигает макс. расширения и начинает размягчаться. Усадки в 0,5%, 1,0% и 2,0% были определены соответственно при 1210°C (T05), 1240°C (T1), и 1270°C (T2).
Проведено измерение изоляции из минерального волокна, обычно используемой в кухонных плитах, в температурном интервале от комнатной температуры до 500°C. Вблизи комнатной температуры теплопроводность возрастает практически линейно, что является типичным для большинства изоляционных материалов. При высоких температурах теплопроводность возрастает более заметно. Это может быть объяснено возрастанием излучательного вклада в эффективную величину теплопроводности (выаолнено с GHP 456 Titan®)
Один из самых популярных материалов для тепловой изоляции зданий является пенополистирол. Так на примере пенополистирола (EPS 040) проведена проверка качества. Десять образцов из одной партии изучали при 24°C и, согласно стандарту DIN EN 13163, при 10°C. Замечено, что отклонения между различными образцами составили менее 1%. Значение теплопроводность λ 90/90 согласно DIN 13163 составило 0.03808 Вт/(м*К) (измерение с HFM 436 Lambda).
Помимо низкой теплопроводности, пенополиуретан также обладают высокой механической стабильностью. Это делает их полезными в качестве изоляционного материала на крышах, криотанках и даже на кораблях. График показывает сравнение теста с HFM 436 Lambda при комнатной температуре и GHP 456 Titan ® Испытание до -160°С. Эти два результата полностью согласуются. Кроме того, результат GHP показывает влияние конденсации газа в ячейке между -50°C и -125°C.
Сравнение измерений пенополиуретана с HFM 436 и GHP 456 Titan ®
В рамках кругового испытания нанопористая панель из аэрогеля была измерена с помощью различных измерителей теплового потока (HFM) NETZSCH, а также с помощью системы защищенных горячих пластин NETZSCH (GHP, метод абсолютных измерений). Результаты, полученные тремя разными приборами, хорошо согласуются в перекрывающемся диапазоне температур.
Измеренная теплопроводность аэрогеля
