A thermoelastic method to measure the thermal expansion coefficient: Fid-Bau Portal

A thermoelastic method to measure the thermal expansion coefficient

Beghi, M. / Berra, M. / Caglioti, G. / Fazzi, A.

Abstract In two different laboratories, measurements are performed of the thermal expansion coefficient of several mortar specimens, based on the thermoelastic effect. The temperature of the sample surface is recorded while the specimens undergo a uniaxial adiabatic compression. The percentage change of temperature is proportional to the longitudinal strain, the constant of proportionality being the longitudinal Grüneisen parameter. Through the equation of state, this parameter allows access to the thermal expansion coefficient once the Young modulus and the specific heat at constant volume are independently available. Results obtained for groups of equally prepared specimens, using two slightly different experemental setups, are found to be identical within the experimental errors. These results based on the thermoelastic method, are also consistent with those independently obtained by direct extensometric methods.

Résumé On présente une méthode de mesure du coefficient de dilatation thermique des matériaux à base de ciment. La méthode est fondée sur l'équation d'état et se base sur la mesure du coefficient de couplage thermoélastique, le paramètre de Grüneisen. Quand un échantillon est soumis à une charge compressive uniaxiale, en régime élastique et en conditions adiabatiques, sa température augmente par l'effet thermoélastique. La variation relative de température est proportionnelle à la déformation longitudinale, la constante de proportionnalité étant le paramètre de Grüneisen longitudinal. L'équation d'état permet d'obtenir le coefficient de dilatation thermique comme le produit du paramètre de Grüneisen longitudinal, de l'inverse du modulus de Young, et de la capacité thermique par unité de volume, à volume constant. On présente une série de mesures comparées, effectuées dans deux laboratoires sur deux séries d'échantillons de mortier. Les échantillons sont soumis à un essai de compression, pendant lequel on enregistre la charge appliquée et la température de la surface des échantillons mêmes. Le paramètre de Grüneisen longitudinal et le modulus de Young sont déterminés par les caractéristiques température-déformtion et charge-déformation. La capacité thermique par unité de volume est déterminée, dans un essai indépendant, comme le rapport de la diffusivité thermique et de la conductivité thermique, qui font souvent partie d'une qualification adéquate du matériau. Le coefficient de dilatation thermique est enfin déduit comme indiqué auparavant. Les valeurs expérimentales obtenues dans les deux laboratoires diffèrent par moins d'une déviation standard. Les valeurs dites sont comparées avec celles obtenues par une méthode extensométrique, indépendante et plus directe. Les résultats des deux méthodes se révèlent concordants. On conclut que la méthode proposée, basée sur l'effet thermoélastique, bien qu'indirecte, conduit à une mesure fine et précise du coefficient de dilatation thermique.