Актуальність дослідження. Газопроникність або повітропроникність – одна з важливих властивостей конструкційних будівельних матеріалів, яка впливає, з одного боку, на їх довговічність, яка тісно пов'язана з масопереносом між внутрішніми порами та зовнішнім середовищем [1], а з другого – на теплоізоляційні властивості огороджувальних конструкцій. З поширенням використання пористих бетонів та арболітобетонів дослідження їх повітропроникності стає важливим для прогнозування властивостей огороджувальних конструкцій, з цих матеріалів вироблених.
Стан проблеми. Державними стандартами України регламентовано методи та обладнання для вимірювання повітропроникності будівель або огороджувальних конструкцій в натурних умовах [2], а також елементів огороджувальних конструкцій в лабораторних умовах [3]. Норми останнього ДСТУ, яке діє з 2008 р, на жаль, орієнтовані на морально застарілу апаратну базу і не враховують можливості сучасного цифрового вимірювального обладнання та його інтеграції з комп’ютерними системами обробки.
В якості показника повітропроникності використовується коефіцієнт масової повітропроникності, визначений згідно [3]. Щодо сучасних методів вимірювання, то повітропроникність у лабораторних умовах зазвичай вимірюється або методом постійного потоку, або методом змінного тиску [4]. Основна відмінність між цими методами полягає в тому, що у разі методу постійного потоку реєструється потік газу крізь зразок матеріалу при сталому перепаді тиску по обидві сторони зразка, тоді як у разі методу змінного тиску реєструється кінетика зміни перепаду тиску між двома об’ємами, розділеними зразком матеріалу.
На кафедрі фізики ОДАБА зараз створюється установка для виміру коефіцієнту масової повітропроникності методом змінного тиску, а саме у варіанті змінного розрідження з комп’ютерною реєстрацією.
Відповідно до визначення [3], коефіцієнт повітропроникності чисельно дорівнює масі повітря (в кг), яка проходить через одиницю площі (в м2) матеріалу, обмеженого паралельними плоскими поверхнями, за 1 годину при перепаді тиску в 1 Па. Позначається η, його розмірність – [кг/(м·год·Па)].
При фізичних вимірюваннях одиницею часу вважається 1 с. Тому введемо позначення для відповідного коефіцієнта повітропроникності з розмірністю [кг/(м·с·Па)]: η', причому очевидно, що η' = η/3600.
Розрахунок дає таку залежність :
Таким чином, зареєструвавши залежність Δp(t) та побудувавши графік залежності ln(Δp/Δp0) від часу ми повинні отримати пряму лінію:
де k 1 – тангенс кута нахилу отриманої прямої до осі часу, рівний – 
З урахуванням того, що традиційно вимірюється величина повітропроникності за годину (3600c), отримуємо наступну розрахункову формулу для коефіцієнта повітропроникності:
де R – універсальна газова стала, µ – середня молекулярна маса повітря, Т – абсолютна температура повітря в камері об’ємом V, δ – товщина зразка матеріалу, що вивчається, S – робоча площа зразка, яка дорівнює площі вікна у фланці робочої камери, k1 – коефіцієнт лінійної апроксимації логарифмічної залежності перепаду тиску від часу t між камерою та зовнішнім повітрям:
На підставі теорії похибок [5, 6] отримаємо розрахункову формулу для оцінювання похибки визначення коефіцієнту повітропроникності.
Універсальна газова R стала відома з дуже високою точністю і похибкою, що міститься в її значенні, можна знехтувати. Таким чином за формулою оцінювання похибки непрямих вимірювань методом переносу.
Середня молекулярна маса повітря, що не містить вологи, становить
µda = 0,02897 кг/моль, відносна похибка цієї величини становить 0,00035. Однак, у реальних умовах вимірювань є волога. Таким чином, для вимірювання розрахунку повітропроникності за формулою (1) необхідно вимірювати вологість повітря і коригувати його середню молярну масу.
Сучасні цифрові вимірювачі вологості повітря (наприклад, GM1360A, VC231, UT333) мають похибку вимірювання вологості від 3% до 5% залежно від діапазону вимірювання та наявності аспіратора. Оцінимо вплив помилки вимірювання вологості на похибку визначення середньої молярної маси повітря, прийнявши похибку вимірювання вологості, що дорівнює 3%.
Нехай результат виміру відносної вологості повітря становить Rh%. Відносна вологість виражена у % від тиску насиченої пари води при температурі вимірювання. Залежність тиску насиченої пари води від температури повітря відома, у табличному вигляді її можна знайти, наприклад, у ДСТУ Н.Б.В 2.6:2013 [7]. Ця залежність для температур вище 0°С може бути апроксимована за допомогою формули Бака [5]:
В області температур Т' від 0°С до 40°С відносна похибка розрахунку за формулою Бака не перевищує 0,5% [8].
Парціальний тиск водяної пари у повітрі обчислюється, як
Таким чином, можна оцінити похибку визначення еh як приблизно 0,03.
тобто, ця похибка практично повністю визначається похибкою приладу вимірювання відносної вологості.
Похибка визначення масової частки води ϕ буде визначатися, як видно з формули (9), похибкою вимірювання атмосферного тиску та похибкою визначення еh; похибками µh та µda у порівнянні з ними можна знехтувати. Відносна похибка вимірювання атмосферного тиску метеорологічним барометром-анероїдом БАММ-1 складає 0,002, що значно менше відносної похибки еh
Абсолютну похибку вимірювання температури електронним термометром-гігрометром приймаємо у 0,1°, або у відносному форматі – 0,00033.
Похибки об'єму та площі робочої камери обумовлені допусками при виготовленні. Ці похибки приблизно 0,002.
Похибка вимірювання товщини зразка – це похибка прямого виміру. Основне джерело цієї похибки – неоднорідність товщини зразка. Ця похибка визначається для кожного зразка при вимірі його товщини. Позначимо цю відносну похибку як ζ.
Похибка для коефіцієнта k1 визначається програмою апроксимації, позначимо її ξ.
Таким чином, похибки всіх величин, що входять у формулу (3), відомі, і похибка визначення коефіцієнта повітропроникності дорівнюватиме
Висновки. Запропоновано визначення коефіцієнту масової повітропроникності будівельних матеріалів методом змінного розрідження. Отримана формула для розрахунку коефіцієнта повітропроникності на підставі даних вимірювань.
Отримана формула для оцінювання відносної похибки вимірювання коефіцієнту повітропроникності будівельних матеріалів методом розрідження в припущенні певних похибок вимірювання температури, тиску повітря та його вологості, яка включає відносні похибки вимірювання товщини зразків та визначення коефіцієнту апроксимації в якості параметрів.
ЛІТЕРАТУРА
1. Zhang D., Li K., (2019) Concrete gas permeability from different method: Correlation analysis. Cement and Concrete Composites, 2019, 103379, doi: 10.1016/j.cemconcom.2019.103379
2. ДСТУ EN ISO 9972:2022. Теплотехнічні характеристики будівель. Визначення повітропроникності будівель. Метод випробувального тиску – К: 2021 (державний стандарт України).
3. ДСТУ Б В.2.6-37:2008 Методи визначення показників повітропроникності огороджувальних конструкцій і їх елементів у лабораторних умовах. – К: Мінрегіонбуд України, 2009, 13 с. (державний стандарт України)
4. Mandip Dahal , Sungwoo Park , Sukhoon Pyo. A modified approach for measuring the air permeability of ultra-high performance concrete (UHPC) under vacuum conditions. Construction and Building Materials, 2023, v.401, 132933, doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.132933
5. Ужва В.І., Пугач О.В. Теорія похибок /К: КПІ ім.. І.Сикорського, 2017, 12 с.
6. Гасюк І.М., Кайкан Л.С. Статистичні методи обробки результатів фізичнго експерименту. Навчальний посібник .- Івано-Франківськ: Видавництво Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника. 2011.- 159 с.
7. Настанова з розрахункової оцінки тепловологістого стану огороджувальних конструкцій: ДСТУ-Н Б В.2.6-192: 2013. /- К.: Мінрегіон України, 2014.- 37 с.-(Національний стандарт України).
8. Arden L. Buck. New Equation for Cjmpurting Vapour Pressure and Enhancement Factor/J. Appl. Meteorol., 1981, v.20 (№12). P.1527-1532
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter