книги из ГПНТБ / Слободяник И.Я. Строительные материалы и изделия учебник

Теплопроводность. Теплопроводностью называют способность материала проводить тепло от одной поверхности к другой при наличии разности температур на его поверхностях.

Способность материала передавать тепло оценивается коэф­ фициентом теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности А определяется для однород­

1 м толщины в направлении, перпендикулярном к этой поверх­ ности.

Коэффициент теплопроводности измеряется в ваттах на метр,

меньше объемная масса материала, т. е. чем больше в нем пор и чем мельче воздушные поры, тем ниже коэффициент теплопро­ водности.

Материалы, поры которых заполнены водой, имеют повышен­ ную теплопроводность. Объясняется это тем, что теплопроводность

0,047 — при отрицательных).

Материалы с замкнутыми порами обладают меньшей теплопро­ водностью, чем те же материалы с открытыми порами.

Волокнистые материалы имеют неодинаковый коэффициент теплопроводности в различных направлениях— в направлении вдоль волокон больший, чем поперек. Теплопроводность кристал­ лических веществ выше, чем аморфных. Теплопроводность насы­ щенного водой И замороженного материала сильно повышается, так как коэффициент теплопроводности льда в четыре раза боль­ ше, чем воды.

При изменении температуры теплопроводность материалов изменяется по формуле

Af = А0 at,

где X/ и Х0— коэффициенты теплопроводности соответственно при температуре t и 0° С, вт/м ■град;

t — температура материала,° С

а — температурный коэффициент, представляющий собой изменение коэффициента теплопроводности при из­ менении температуры на 1° С, вт/м • град.

Следует учитывать, что материалы одной и той же объемной массы, но разного происхождения или одной и той же природы, но­ разного структурного состояния могут иметь разные показатели коэффициента теплопроводности. Например, ячеистый или сыпучий материал одинаковой объемной массы будет тем менее тепло­ проводен, чем мельче в нем ячейки.

Одним из веществ с минимальным коэффициентом теплопровод­

Коэффициент теплопроводности характеризует теплофизикеские свойства материалов, определяя их принадлежность к клас­ су теплоизоляционных, конструктивно-теплоизоляционных, конст­ руктивных.

Значение коэффициентов теплопроводности по классам следующие, вт/м ■град.-

Теплопроводность материала можно также характеризовать ве­ личиной, обратной X, термическим сопротивлением {R — у). Для стенового материала толщиной b в м термическое сопротивление

Rb = у м1-градlern.

Теплоемкость. Теплоемкость — это свойство материала погло­ щать или отдавать тепло. Она характеризуется удельной тепло­ емкостью.

Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для нагревания единицы массы на 1°С.

Количество тепла, необходимое для нагревания материала в данном температурном интервале h — tu можно определить по формуле

Q = cm (to — tj) дж,

где с — удельная теплоемкость данного материала, дж/кг •град\ т — масса, кг\

U — конечная температура, °С; fi — начальная температура, °С.

Из формулы можно определить коэффициент теплоемкости или удельную теплоемкость:

с - m- ( ^ - 1\) дж/кг-град.

Теплоемкость материалов является важной характеристикой в тех случаях, когда необходимо учитывать аккумуляцию тепла, на­ пример, при расчете и конструировании теплоустойчивых огражде­ ний (стен, перекрытий и т. д.) с целью сохранения температуры в помещении без резких колебаний при изменении теплового ре­ жима.

Общую теплоемкость многослойных конструкций или материа­ лов исчисляют как сумму значений теплоемкости составляющих ■слоев.

Коэффициент удельной теплоемкости конструкции (материа­ ла), состоящей из нескольких слоев разнородных материалов, ■определяют по формуле

где сѵ с2, сп — удельные теплоемкости слоев, дж/кг • град; тѵ тг, тп — массы отдельных слоев, кг.

Удельная теплоемкость материала при увлажнении увеличи­ вается на величину

с' = с0+ 0,015 дж/кг-град,

необходимого для нагревания 1 м3 материала на 1° С. Температуропроводность характеризует распределение темпе­

ратурного поля в материале и численно определяется коэффициен­

Удельная теплоемкость некоторых строительных материалов

Теплоусвоение. При нестационарном тепловом режиме большое значение имеет свойство поверхности материала в большей или меньшей степени воспринимать тепло при периодических коле­ баниях теплового потока или температуры окружающей среды. Указанное свойство носит название теплоусвоения.

Для числовой характеристики способности поверхности мате­ риала воспринимать тепло при колебании температуры вводится; понятие коэффициента теплоусвоения

S = | / " ^ Xc-fo впг/м2град,

где X— теплопроводность, зг/лі • град-,

с — удельная теплоемкость, дж/кг • град; jo — объемная масса, кг/м3\

Т — период колебания температуры, сек.

Акустические свойства материалов. При сооружении зданий большое значение имеет создание оптимальных акустических усло­

Звук — это воспринимаемые ухом упругие механические волны,, возникающие в различных средах с частотой колебаний от 16 до 20 000 гц (1 гц = 1 колебание в 1 сек).

Звуковая волна несет с собой определенную энергию. Объек­ тивную громкость или силу звука определяют количеством звуко­ вой энергии, переносимой звуковой волной в единицу времени че­ рез площадь, перпендикулярную к направлению распространения, звуковой волны.

Единица интенсивности (силы) звука 1 выражается в вт/м2~ Для того чтобы звуковая волна создала ощущение звука, не­ обходимо, чтобы сила звука превышала некоторую минимальную величину, называемую порогом слышимости. Порог слышимости.

■различен для различных частот. Наиболее чувствительно челове­ ческое ухо к колебаниям с частотами 1000—3000 гц. Для этой ■области порог слышимости достигает ІО-12 вт/м2.

Разные уровни громкости соответствуют различным уровням звукового давления, которое измеряется в белах.

Шепот на расстоянии 1,5 м оценивается в 10 дб\ тихий раз­ говор на расстоянии 1 м — в 40 дб, шум легковой машины на асфальтовом шоссе на расстоянии 5—10 м — в 60—85 дб.

Встречая на своем пути преграду, звуковая волна в зависимости ■от вида поверхности частично поглощается, частично отражается.

При отражении от гладких поверхностей звук теряет мало энер­ гии, поэтому до полного его затухания происходит большое коли­ чество отражений и звук затухает постепенно. Звучание, сохраняю­ щееся после прекращения действия источника звука (в результа­ те заполнения помещения звуковыми волнами, отражаемыми от стен помещения), называют реверберацией.

В помещении с развитой поверхностью (ковры, перфорирован­ ные поверхности) звук замирает быстрее, так как большая доля его поглощается.

Величину поглощения звука оценивают коэффициентом звуко­ поглощения, показывающим, какая доля энергии волны, падаю­ щей на 1 м2 поверхности материала, поглощается этим материа­ лом. За единицу величины звукопоглощения принимается погло­ щение звука 1 м2 открытого проема.

Значения коэффициента звукопоглощения некоторых материа­ лов при частоте 128—1024 гц следующие:

Газопроницаемость. Явление газопроницаемости наблюдается как при наличии разности в барометрическом давлении на внут­ реннюю и наружную стороны стенки сооружения (например, в су­ шильных камерах, печах), так и при одинаковом давлении на обе стороны стенки, если омывающие газовые среды (воздух) имеют разные температуры.

У холодного воздуха парциальное давление выше, чем у тепло­ го, и это служит причиной его проникновения через материал (инфильтрации).

Величина газопроницаемости оценивается коэффициентом газо­ проницаемости, который определяется прохождением 1 м3 газа в течение 1 ч через слой материала толщиной 1 м на площади 1 м2 при разности давлений на противолежащих стенках 1 мм вод. ст. Значения коэффициента газопроницаемости (воздухопроницаемо­ сти) некоторых материалов следующие, м3!ч-мм вод. ст.:

Газопроницаемость материала зависит от его физических свойств и, в первую очередь, от количества и характера пор, влажности.

Газопроницаемость конструкций можно уменьшить нанесе­ нием специального защитного слоя.

Паропроницаемость. Она определяется коэффициентом, пока­ зывающим, какое количество водяного пара проходит через слон материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 ч при раз­ ности давлений на противолежащих сторонах слоя 1 мм вод. ст.

Электропроводность. Электропроводностью называют способ­ ность материала проводить электрический ток. К электропровод­ ным материалам относят металлы, а также некоторые материалы во влажном состоянии, например, древесину, бетон. Электроизо­ ляционными материалами являются йлотные минеральные мате­ риалы, слюда, стекло, фарфор, мрамор, смолы.

Поглощение и отражение лучистой энергии. Всякое тело с тем­ пературой t0 выше температуры окружающей среды излучает тепло и одновременно воспринимает его от тел с температурой t > t0.

В общем случае при попадании на поверхность тела лучистой энергии часть ее отражается, а часть поглощается.

Если тело полностью поглощает всю попавшую на него лучи­ стую энергию, то его называют абсолютно черным.

Если тело полностью отражает всю лучистую энергию, егоназывают абсолютно белым.

Чем больше тепла поглощает тело, тем больше тепла оно и из­ лучает. Абсолютно черные тела обладают максимальной излуча­ тельной способностью.

Относительное количество излучаемого тепла оценивается коэф­ фициентом излучения С0, максимальное значение которого имеет

или с частичной потерей прочности. К таким материалам относят кирпич, жаростойкий чугун, жаростойкую сталь, жаростойкий бетон, огнеупорные материалы.

Огнеупорность. Огнеупорными называют материалы, которые выдерживают длительное воздействие температуры (не ниже 1580° С) и при этом не расплавляются (шамот, динас и др.).

Материалы, не расплавляющиеся при температуре выше 1770° Сг называют высокоогнеупорными.

Термическая стойкость. Термически стойкими называют мате­ риалы, способные выдержать определенный цикл резких тепло­ вых изменений без разрушения. Термическая стойкость зависит от величины температурного коэффициента расширения, а также от степени однородности материала. Чем меньше коэффициент расширения материала, тем выше его термическая стойкость. Тер­ мически стойкими материалами являются шамот, динас и др.

Термически нестойкими материалами являются обычное стекло, гранит, кварц и др.

Температурные деформации. Некоторые строительные материа­ лы в условиях эксплуатации под воздействием изменений темпера­ туры могут менять свои размеры. Это свойство имеет особое зна­ чение для изделий, подвергающихся в эксплуатации нагреву и охлаждению. Тепловое линейное расширение материала, если тем­ пературный интервал невелик, может быть выражено уравнением

ризующий удлинение 1 м материала при нагреве на ГС (1/град).

Величины коэффициентов линейного расширения а некоторых материалов:

Кристаллические тела имеют различные значения коэффициен­ та линейного расширения в различных направлениях.

Температурная размягчаемость. Некоторые материалы при на­

дения принимают прежнее структурное состояние. Морозостойкость. Морозостойкостью называют способность на­

сыщенного водой материала выдерживать многократное перемен­ ное замораживание и оттаивание без существенной потери техни­ ческих свойств (допускается для некоторых материалов сниже­ ние прочности не более чем на 25% и потеря в весе не более чем на 5%).

Причина разрушений материала при замораживании заключа­ ется в том, что вода, содержащаяся в его порах, при превращении в лед увеличивается в объеме на 8,3%, что вызывает высокое дав­ ление на стенки пор.

Рис. 4. Образцы для испытания на сжатие:

а — из природного камня; б — цементного раствора; ö — легкого природного стенового камня; г — кирпича; д — древесины поперек и вдоль волокон; е — пустотелого кера­ мического камня; ж%s «—бетона*

Поэтому прочность материалов характеризуется обычно пределом прочности при сжатии, растяжении, изгибе, скалывании и др.

Предел прочности численно равен напряжению в материале, соответствующему нагрузке, вызвавшей разрушение образца.

Прочность материалов, выявляемая при испытании отдельных образцов, является условной. Она зависит от формы и размеров образца, скорости нарастания нагрузки и состояния нагружаемой поверхности. Для некоторых материалов прочность зависит от тем­ пературы (асфальтобетон), влажности и др.

Для испытания материала на прочность при сжатии обычно от­ бирают не менее трех образцов для одного определения.

Формы и размеры образцов должны соответствовать требова­ ниям ГОСТа или технических условий для каждого вида материа­ ла (рис. 4).

Предел прочности при сжатии R находят делением разрушаю­ щей силы, приложенной к образцу Р, на площадь поперечного сечения образца до испытания F:*

* Для многих материалов (например, для металлов) предел прочности обозна­ чается а.

Числовое значение пре­ дела прочности при сжа­ тии для большинства строительных материалов определяет его марку.

Отношение предела прочности при сжатии ма­ териала в насыщенном водой состоянии к преде­ лу прочности в сухом состоянии называют коэф­ фициентом размягчения.

R„

К— -

Аразы RH

Верхняя и нижняя площадки пресса имеют сменные приспособ­ ления для переналадки его на то или другое испытание (сжатие, изгиб, разрыв). Каменные образцы из-за сильного трения между поверхностями образца и указанными плоскостями плит при разру­ шении сохраняют в основаниях свою форму. Вертикальные поверх­ ности образца вследствие поперечного расширения разрушаются.

Для определения предела прочности при растяжении Rv из испытываемого материала изготовляют образцы определенной формы и размера (рис. 6).