Теплофизические свойства материалов - раздел Строительство, Строительные материалы Теплопроводность – Способность Материала Пропускать Сквозь С...
Теплопроводность – способность материала пропускать сквозь свою толщу (тепло) тепловой поток от одной поверхности к другой (при наличии разных температур на этих поверхностях). Степень теплопроводности характеризуется коэффициентом теплопроводности λ, Вт/(м0С).
(1.18.)
где Q – количество тепла, Дж; F – площадь сечения, перпендикулярная направлению теплового потока, м2; 
- продолжительность прохождения тепла, сек;
(t1 – t2) – разность температур, 0С; 
- толщина материала, м.
Отсюда следует, что коэффициент теплопроводности однородного материала равен количеству тепла в Дж, проходящему через стену толщиной в 1 м, площадью 1 м2 за время 1 ч. при разности температур на противоположных поверхностях стены в 1 С. Чем выше теплопроводность, тем меньше материал пригоден для ограждающих конструкций. Например,
гранит λ= 2,92 Вт/(м0С), кирпич пустотелый λ=0,44 Вт/(м0С).
Формула В.П.Некрасова, связывает теплопроводность λ [Вт/(м˚С)] с относительной плотностью каменного материала d:
λ=0,16
2- 0,16, (1.19.)
с увеличением влажности материала λ возрастает, т.к. вода имеет теплопроводность в 25 раз выше, чем воздух [λвоздуха=0,023 Вт/(м˚С)]; λльда=2,3 Вт/(м˚С); λводы=0,57 Вт/(м˚С).
Теплопроводность некоторых строительных материалов представлена в табл. 1.1.
Таблица 1.1.
Теплопроводность некоторых строительных материалов.
| Наименование материалов
| Теплопроводность, λ, [Вт/(м˚С)].
| Наименование материалов
| Теплопроводность, λ, [Вт/(м˚С)]
|
| Сталь
|
| для сравнения
|
| Гранит
| 2,9 3,3
| Воздух
| 0,023
|
| Бетон тяжелый
| 1,28 1,55
| Вода
| 0,59
|
| Кирпич керамический обыкновенный
| 0,81 0,87
| Лед
| 2,3
|
| Бетон легкий
| 0,35 0,8
|
|
|
| Пенобетон
| 0,12 0,15
|
|
|
| Фибролит
| 0,09 0,17
|
|
|
| Минеральная вата
| 0,06 0,09
|
|
|
| Древесноволокнистые плиты
| 0,08
|
|
|
| Мипора
| 0,04 0,05
|
|
|
Теплоемкость – свойство материала поглощать тепло при нагревании.
Теплоемкость оценивают коэффициентом теплоемкости (удельной теплоемкостью), т.е. количеством тепла, необходимым для нагревания 1 кг материала на 1оС и измеряется в кДж/кг.оС.
Пример, удельная теплоемкость тяжелого бетона 0,8 – 0,92 кДж/кг˚С, сосны 25 кДж/кг˚С, гранита 0,75 – 0,93 кДж/кг˚С.
Чем больше удельная теплоемкость материала, тем выше при всех прочих равных условиях теплоустойчивость здания, т.е. способность ограждающих конструкций сохранять постоянство температурного режима внутри ограждаемого помещения, несмотря на колебания температуры наружного воздуха.
Термическая стойкость – свойство материала выдерживать резкие и многократные изменения температуры, не растрескиваясь и не деформируясь (циклы).
Это свойство зависит от однородности материала и от коэффициента теплового расширения составляющих его веществ. Коэффициент теплового расширения зависит от коэффициента линейного расширения и коэффициента объемного теплового расширения.
Коэффициент линейного расширения характеризует удлинение одного метра материала при нагревании его на 1оС.
Коэффициент объемного расширения характеризует увеличение объема 1 м3 материала при нагревании его на 1оС.
Чем меньше эти коэффициенты и выше однородность материала, тем выше его термическая стойкость, т.е. большее количество циклов резких смен температуры он может выдержать.
Пример, каменные материалы из мономинеральных горных пород (мрамор) более термостойки, чем породы, сложенные из нескольких минералов (гранит, сиенит).
Огнестойкость – свойство материала противостоять действию огня (высоких температур и воды) в условиях пожара без значительной потери несущей способности.
По степени огнестойкости строительные материалы делят на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.
Несгораемые материалы – в условиях высоких температур не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. При этом некоторые материалы почти не деформируются (кирпич, черепица) другие могут сильно деформироваться (сталь) или растрескиваться (гранит). Поэтому стальные конструкции часто требуется защищать другими, более огнестойкими материалами (глиняные обмазки и др.).
Трудносгораемыепод воздействием высоких температур с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но только в присутствии огня. При удалении огня процессы тления, горения и обугливания прекращаются. К таким материалам относятся фибролит, асфальтовый бетон.
Сгораемые материалыпод воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и горят и тлеют и после удаления источника огня (древесина, войлок, битумы, смолы).
Огнеупорность– свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не деформируясь, не трескаясь и не расплавляясь.
Огнеупорность материала характеризуется температурой при которой образец стандартной формы и размеров при нагревании в печи по заданному режиму размягчается и, оседая, коснется своей вершиной подставки, на которой он стоит.
Материалы, выдерживающие температуру более 1580оС, называют огнеупорными (шамотный и динасовый кирпич и материалы, хромомагнезитовые материалы).
Материалы, выдерживающие температуры от 1350 до 1580оС, называют тугоплавкими (кжельский кирпич, фарфор).
Материалы, выдерживающие температуру ниже 1350оС, относятся к легкоплавким (обычный кирпич, керамзит и др).
Радиационная стойкость – свойство материала сохранять свою структуру и физико-механические характеристики после воздействия ионизирующих излучений. Уровни радиации вокруг современных источников ионизирующих излучений настолько велики, что может произойти глубокое изменение структуры материала (например, происходит аморфизация структуры кристаллических минералов, которая сопровождается объемными изменениями и возникновением внутренних напряжений). Для сравнительной оценки защитных свойств материала используют «толщину слоя половинного ослабления», равную толщине слоя защитного материала, необходимой для ослабления интенсивности излучения в 2 раза. Для излучений толщина слоя половинного ослабления Т1/2 в м. Может быть вычислена ориентировочно по формуле:
(1.20.)
Примерная толщина слоя половинного ослабления от – излучения составляет: для бетона – 0,1 м, грунта – 0,14 м, свинца – 0,18 м.
Акустические свойства– это свойства, связанные с взаимодействием материала и звука. В городском строительстве при сооружении жилых зданий, учебных заведений, театров, концертных залов и т.п. возникает необходимость создания надлежащих акустических условий – снижения шумов, слышимости, обеспечения хорошей слышимости, неискаженного звучания (концертные залы, храмы).
Звук (звуковые волны) – это механические колебания, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах. Интересны две стороны взаимодействия звука и материала.
Звукопроводность – способность материала проводить звук сквозь свою толщу и звукопоглощение– способность материала поглощать и отражать падающий на него звук.
Звукопроводность зависит от массы материала и его строения. Если масса материала велика, то энергии звуковых волн не хватает, чтобы пройти сквозь него, так как для этого надо привести материал в колебание. Поэтому чем больше масса материала, тем меньше он проводит звук. Плохо проводят звук пористые и волокнистые материалы, так как звуковая энергия поглощается и рассеивается развитой поверхностью материала, переходя при этом в тепловую энергию. Звукопоглощение зависит от характера поверхности и пористости материала. Материалы с гладкой поверхностью отражают значительную часть падающего на них звука (эффект зеркала), поэтому в помещении с гладкими стенами из-за многократного отражения от них звука создается постоянный шум.
Все темы данного раздела:
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Строительство потребляет огромное количество различных материалов и изделий. Затраты на материалы в сметной стоимости строительно-монтажных работ составляют более 50%. Снижение себе
Физические свойства
Истинная плотность r0 (г/см3) – масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот) опре
Механические свойства материалов
Прочность – способность материала сопротивляться, не разрушаясь, внутренним напряжениям, возникающим под действием внешних нагрузок и других (например тепло
Деформативные свойства.
Под влиянием внешних факторов материалы могут изменять свои размеры и форму, т.е. деформироваться.
При приложении к материалу /образцу/ внешних сил изменяются расстояния ме
Физико-химические свойства материалов.
Дисперсность – характеристика размеров твердых частиц и капель жидкости. Многие строительные материалы /гипсовые вяжущие, цемент, глины, пигменты и т.п. /находятся в тонкоизмельченн
Технологические свойства
Технологические свойства характеризуют способность материала к восприятию некоторых технологических операций, изменяющих состояние материала, структуру его поверхности, придающих ну
Эксплуатационные свойства
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ – свойство материала или изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами на ремонт.
Предельное состояние определяется с
ТЕМА 2. ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Природные каменные материалы получают из горных пород путем их механической обработки (пилением, колкой, дроблением, помолом, просеиванием). Они широко применяются в строительстве в
Главные породообразующие минералы магматических пород
Большинство магматических пород содержат минералы, относящиеся к химическим соединениям трех типов: кремнезем, силикаты, алюмосиликаты.
Кварц – диоксид кремния (SiO
Глубинные породы
Гранит и близкие к нему переходные породы (гранитоиды) состоят из кварца, полевых шпатов, слюды, иногда роговой обманки или авгита. Это самые распространенные и
Излившиеся породы
Порфиры – излившиеся горные породы, близкие по химическому составу к гранитам (кварцевый порфир), сиенитам (бескварцевый порфир), диоритам (порфирит) и характеризующиеся п
Главные породообразующие минералы осадочных пород
Осадочные породы чаще всего содержат минералы, относящиеся к следующим химическим соединениям: кремнезем, алюмосиликаты, карбонаты, сульфаты.
Кварц (кристаллический
Обломочные породы
Рыхлые обломочные породы образуются в результате выветривания различных горных пород и сложены зернами устойчивых минералов и пород.
Гравий и песок при
Хемогенные породы
Известняки, магнезиты и доломиты относятся к карбонатным породам и состоят из минералов кальцита и магнезита.
Мергели – горные породы, приблизительно п
Органогенные породы
К осадочным органогенным породам относятся биогенные кремнистые и карбонатные породы.
Карбонатные породы:
Органогенные известняки, мел – слагаются ра
Метаморфические породы
Метаморфизм – это видоизменение горных пород в недрах земной коры под влиянием высоких температур (без плавления), давлений, химически активных растворов и газов. В результате проис
Получение и обработка природных каменных материалов.
По способу изготовления природные каменные материалы делятся на:
- пиленые (стеновые блоки, облицовочные плиты, плиты для пола)
- колотые (камни д
Применение горных пород
Области применения
Горные породы
Бутовый камень
Известняк, доломит, песчаник.
Сырьевые материалы.
1.Глинистые материалы - осадочные горные породы, продукты выветривания полевошпатовых горных пород, имеющие тонкодисперсное строение (частицы размером менее 0,01 - 0,001мм), которые
Свойства глин как сырья для керамических изделий.
ПЛАСТИЧНОСТЬ - способность глиняного теста под влиянием внешних механических воздействий принимать определенную форму без разрывов и трещин и сохранять ее после снятия этих воздейст
Свойства керамических изделий.
ПОРИСТОСТЬ керамического черепка определяет плотность, водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность и прочность изделий. Ее регулируют введением в сырьевую массу порообразующих
Стеновые керамические изделия.
По плотности и теплотехническим свойствам керамические изделия делятся на:
эффективные - ρ < 1400...1450 кг/м3,
условно-эффективные - ρ = 1
Облицовочные материалы и изделия.
ФАСАДНЫЕ ОБЛИЦОВОЧНЫЕ ЕЗДЕЛИЯ.
1) Кирпичи и камни керамические лицевые имеют точные форму и размеры, однородность цвета и оттенка. Часто они отделаны торкретированием сухой
Керамические изделия различного назначения.
1) Лекальный кирпич для кладки дымовых труб, отличающийся от обычного определенным радиусом кривизны по ложку.
2) Камни трапецеидальной формы для кладки подземных коллектор
Огнеупорные изделия.
В зависимости от температуры огнеупорности различают изделия: огнеупорные, с температурой огнеупорности 1580...1770˚С, высокоогнеупорные, с температурой огнеупорности 1770...20
Свойства стекла.
1. Плотность обычных стекол составляет 2,5 г/см3.
2. Оптические свойства – прозрачность, светопреломление, отражение, рассеивание и т.д. Обычные стекла пропускаю
Разновидности стекла и стеклянных изделий, применяемых в строительстве
Листовое стекло:
- оконное, толщиной 2 6 мм, светопропускание 84 90 %;
- витринное, толщиной 5 15 мм, размером 3,5 4,5 мм;
- армированное металлической се
Ситаллы и шлакоситаллы
Понятие о получении ситаллов.
Ситаллы получают путем направленной кристаллизацией стекол, или расплавов различных составов, протекающей во всем объеме отформованного издели
Материалы и изделия из каменного литья.
Сырье – магматические горные породы, обладающие пониженной вязкостью в расплавах, чаще базальты и диабазы. Полученные изделия из такого сырья имеют темный цвет. Для получения светло
Строение металлов.
Все металлы имеют кристаллическое строение. Наиболее распространенные кристаллические решетки металлов: объемно-центрированный и гранецентрированный куб,гексогональная.
Физ
Свойства металлов.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА: цвет, плотность, температура плавления, электро- и теплопроводность, коэффициент температурного расширения.
Цвет большинство металлов имеют серебристо-
ЧУГУНЫ.
Производство чугуна - первичный процесс получения черных металлов из природного сырья. Сырье для производства чугуна: железные руды, флюсы и кокс. Наиболее часто используемые железн
С Т А Л Ь .
Сталь получают из передельного чугуна, содержащего до 4 % углерода, 1% марганца, до 1,3 % кремния, десятые доли процента серы и фосфора.
Сущность процесса сталеварения закл
Свойства стали
В состав сталей в силу условий их получения всегда входят так называемые нормальные примеси - Si, Mn, S, P, O2.
Содержание кремния до 0,35 % и марганца до 0,9 %
Состав и свойства железоуглеродистых сплавов
1) Аллотропные превращения чистого железа. Железо имеет четыре аллотропные формы: α -Fe, β -Fe, γ -Fe и δ -Fe. Практическое значение имеют только α -Fe и &#
Упрочение стали
Упрочение стали достигается термической обработкой, которая заключается в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении по определенному режи
Применение углеродистых сталей
В строительстве сталь используют для изготовления несущих конструкций, армирования железобетона, устройства кровли, форм железобетонных изделий и т.д. Правильный выбор марки стали о
Применение легированных сталей.
НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ обладают по сравнению с обычной углеродистой сталью рядом преимуществ. Их предел текучести превышает на 30% и более предел текучести обычной Ст3.Они высокопл
Цветные металлы и сплавы
АЛЮМИНИЙ - легкий серебристый металл, обладающий малой плотностью - 2700 кг/м3, малой твердостью - НВ = 20, низкой прочностью на растяжение, высокой атмосфероустойчивость
Коррозия металлов
Различают два вида коррозии - химическую и электрохимическую.
ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ возникает при действии на металл при высоких температурах сухих газов, масел, бензина, кер
Способы защиты металла от коррозии.
1) Покрытие металла различными красками, лаками, эмалями, полимерными материалами.
2) Легирование стали.
3) Воронение - получение на поверхности металла защитного
Производство металлических изделий
ПРОКАТКА - обжатие стального слитка, разогретого до температуры 900...1250˚С, до требуемой формы и размеров путем пропуска его через ряд валков с уменьшающимся зазором.
Электрическая сварка.
Электрическая сварка производится за счет тепла, выделяемого электрическим током; она подразделяется на
- электрическую сварку сопротивлением или контактную сварку (стыкову
Д Р Е В Е С И Н А.
Широкое применение древесины в строительстве объясняется рядом положительных свойств: высоким коэффициентом конструктивного качества, малой теплопроводностью, легкостью обработки, т
Строение древесины
1) Макроструктура древесины - строение ствола дерева, видимое невооруженным глазом или под лупой (рис. 6.1).
Свойства древесины
1) Физические свойства.
ИСТИННАЯ ПЛОТНОСТЬ для всех древесных пород равна 1,54 г/см3, так как их основным составляющим веществом является целлюло
Защита древесины от гниения, поражения насекомыми и возгорания.
ЗАЩИТА ОТ ГНИЕНИЯ. Загнивание древесины предупреждается, прежде всего, конструктивными мерами, цель которых предохранить ее от увлажнения (изоляция от грунта, сооружение проветривающих каналов, защ
Основные древесные породы
Хвойные породы.
СОСНА - ядровая порода, ядро буровато-красного цвета, заболонь - желтовато-бурая, широкая, годичные слои хорошо видны, смоляные ходы довольн
Лесоматериалы и изделия из древесины
ЛЕСОМАТЕРИАЛЫ.
а) Круглые лесоматериалы - бревна (d > 12 см), подтоварник (d=8..11 см), жерди (d = 3...7 см).
б) Пиломатериалы, получаемые продольной распиловко
Пластмассы. Составляющие пластмасс.
ПЛАСТМАССЫ - это материалы, которые в качестве необходимой составляющей содержат полимер и обладают пластичностью на определенном этапе производства, которая теряется после отвержде
Способы изготовления полимерных изделий.
КАЛАНДРИРОВАНИЕ - способ формования изделий в зазоре между двумя вращающимися валками из термопластичных композиций для получения рулонных, пленочных и листовых материалов.
Основные свойства пластмасс.
7.4.1. Физические свойства.
ИСТИННАЯ ПЛОТНОСТЬ пластмасс обычно составляет 1...2 г/см, т.е. в 1,5...2 раза меньше, чем у каменных материалов.
ПОРИС
Конструкционно-отделочные материалы.
СТЕКЛОПЛАСТИКИ - листовые материалы, содержащие в качестве наполнителя стеклоткань или стекловолокно, в качестве связующего - полиэфиры, фенолформальдегидные или эпоксидные смолы, о
Отделочные материалы.
БУМАЖНО-СЛОИСТЫЙ ПЛАСТИК состоит из 15...20 слоев крафт-бумаги на фенолформальдегидном связующем и 1...3 слоев кроющей декоративной бумаги на карбамидном связующем. Он обладает высо
Материалы для пола.
Материалы для пола могут быть рулонные основные и безосновные, плиточные и мастичные.
Рулонные материалы:
ЛИНОЛЕУМ может быть безосновный и с основ
Теплоизоляционные материалы.
Теплоизоляционные пластики имеют коэффициент теплопроводности 0,03...0,055 Вт/м С. Различают ячеистые пластмассы, в которых мелкие поры расположены беспорядочно, и сотопласты, в кот
Гидроизоляционные материалы и герметики.
Гидроизоляционные материалы - это пленки на основе полиэтилена, поливинилхлорида, полиизобутилена и др. Для устройства сплошной гидроизоляции их склеивают или сваривают.
Пл
Применение полимеров в технологии бетонов.
Применение полимеров в бетонах преследует цель улучшить их качество: повысить морозостойкость, прочность на растяжение и изгиб, износоустойчивость, химическую стойкость, повысить сц
О Р Г А Н И Ч Е С К И Е В Я Ж У Щ И Е.
Органические вяжущие - это смеси высокомолекулярных нефтяных углеводородов и их соединений с серой, кислородом и азотом.
Классифицируют органические вяжущие
Химический и групповой состав битумов.
Битумы состоят из смеси высокомолекулярных углеводородов
метанового (СnH2n+2), нафтенового (СnН2n
СВОЙСТВА ВЯЗКИХ И ТВЕРДЫХ БИТУМОВ.
ПЛОТНОСТЬ битумов составляет 0,8...1,3 г/см3.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ лежит в пределах 0,5...0,6 Вт/м˚С.
ВЯЗКОСТЬ (твердость) зависит от температуры и опр
Материалы для асфальтового бетона.
ВЯЖУЩЕЕ - битумы дорожные вязкие и жидкие.
МИНЕРАЛЬНЫЙ ПОРОШОК - тонкомолотые известняк, доломит, мел, асбест, шлак. В минеральном порошке количество частиц мельче 0,071 мм
Производство асфальтового бетона.
Асфальтобетонную смесь готовят на заводе путем весового дозирования всех ее составляющих с последующим перемешиванием. Перед перемешиванием заполнители и битум нагревают до определе
ДЕГТЕБЕТОН.
Дегтебетон - это аналогичный асфальтобетону материал, в котором в качестве вяжущего используют каменноугольные или составленные дегти.
По свойствам дегтебетон уступает асфа
Герметики на основе битума.
МАСТИКА " ИЗОЛ Г-М" содержит в определенном соотношении:
резино-битумное вяжущее,
полиизобутилен,
канифоль,
кумароновую смолу,
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ И КРОВЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
Гидроизоляционные и кровельные материалы - это материалы, обладающие водонепроницаемостью и водоустойчивостью при длительном воздействии воды, а также повышенной химической и физико
Рулонные битумные материалы.
РУБЕРОИД - кровельный картон, пропитанный легкоплавким битумом, с нанесением с обеих сторон тугоплавкого битума с наполнителем и посыпками.
Посыпки могут быть крупнозернист
Рулонные битумнорезиновые материалы.
ФОЛЬГОИЗОЛ - двухслойный материал, состоящий из тонкой рифленой или гладкой алюминиевой фольги, покрытой с нижней стороны битумнорезиновым составом, что делает его водонепроницаемым
Рулонные полимернобитумные материалы.
ЭКАРБИТ - рулонный кровельный материал, состоящий из кровельного картона, пропитанного битумом, с покровным слоем полимербитумной композиции "битеп" - смеси строительных б
МАСТИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
На основе битума приготавливают штукатурные мастики, состоящие из смеси битума с минеральными наполнителями.
Минеральные наполнители - это порошки (тонкомолотые тальк, изве
Связующие
Связующие – пленкообразующие вещества, обеспечивающие сцепление в красочном составе частиц пигмента между собой и образующие прочные пленки на окрашиваемой поверхности с выс
ОРГАНИЧЕСКИЕ ПИГМЕНТЫ.
Это органические синтетические красящие вещества, обладающие высокой красящей и кроющей способностью, чистым и ярким светом, свето- и атмосферостойкие, но дороги, не высокая щелочестойкость.
Вспомогательные материалы
1.Растворители - это жидкости для растворения полимерных связующих и придания малярной консистенции густотертым краскам.
Растворителями служат легко
Красочные составы.
В зависимости от вида связующего красочные составы делятся на:
1) масляные краски;
2) эмали;
3) лаки;
4) эмульсионные (латексные краски);
5) клеевые;
Новости и инфо для студентов