J. Stegner/C. Drefke/H. Hailemariam/H. Anbergen/F. Wuttke/I. Sass · Messtechnik für den Erdkabeltrassenbau – Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit von Bettungsmaterialien
Mit dem Gerät ist die Bestimmung des konduktiven Wärmetransportes sowie des scheinbaren (kombinierten konduktiv-konvektiven) Wärmetransportes in Abhängigkeit von – Wassergehalt, – einaxialer Spannung, – Trockenrohdichte bzw. Porenraum und – Temperaturgradienten möglich.
4.3 Exemplarische Messergebnisse
Bild 6. Schematische Darstellung der Wärmeleitfähigkeitsmessung (verändert nach [34]) Fig. 6. Schematic of thermal conductivity measurements (modified according to [34])
λP =
λ V ⋅ SP ⎛ T1 − T3 ⎞ ⎜ T − T ⎟ S23 − S V ⎝ 2 3⎠
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mit QP effektive Wärmeleitfähigkeit des Probenkörpers [W/m · K] QV Wärmeleitfähigkeit der Vergleichsplatte [W/m · K] Si vertikale Abstände nach Bild 6 [m] Über die aufgebrachten Vertikalspannungen können definierte Lagerungsdichten oder Auflasten simuliert und deren Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit bestimmt werden.
Nach Praxistest in Anlehnung an einen Ringversuch unter Mitwirkung der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt und des bodenmechanischen Prüflabors des Instituts für Geotechnik an der TU Bergakademie Freiberg [3] wird das Messverfahren am Hydrothermikum der TU Darmstadt und der Christian-Albrechts-Universität Kiel eingesetzt, um Bettungs- und Hinterfüllmaterialien für Kabeltrassen zu untersuchen. In Bild 7 sind die Rohdaten von Messungen an trockenen Sanden definierter Kornverteilungen dargestellt. In Tabelle 1 befinden sich die Ergebnisse im Detail.
5 Diskussion und Schlussfolgerungen Das Messverfahren eignet sich zur zügigen labortechnischen Charakterisierung der dichteabhängigen Wärmeleitfähigkeit von Lockergesteinen, Hinterfüll- und Bettungsmaterialien sowie von Flüssigböden. Das vorgestellte Messgerät ermöglicht es, effektive Wärmeleitfähigkeiten im Bereich trockener bis wassergesättigter Böden, d. h. im Bereich von 0,2 bis 4 W/m · K mit geringen Messunsicherheiten zu bestimmen. Durch Wiederholungsmessungen bei
Bild 7. Exemplarische Messdaten einer Wärmeleitfähigkeitsmessung: gemessene Temperaturzeitreihen Fig. 7. Data from exemplaric thermal condcutivity measurements: measured temperature over time
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Bauphysik 39 (2017), Heft 1