§ 2. Теплотехнические свойства
Теплопроводностью называют свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой. Это свойство является главным как для большой группы теплоизоляционных материалов, так и для материалов, применяемых для устройства наружных стен и покрытий зданий.
Тепловой поток проходит через твердый «каркас» и воздушные ячейки пористого материала. Теплопроводность воздуха А = 0,023 Вт/ (м.°С) меньше, чем у твердого вещества, из которого состоит «каркас» строительного материала. Поэтому увеличение пористости материала является основным способом уменьшения теплопроводности. Стремятся создавать в материале мелкие закрытые поры, чтобы снизить количество тепла, передаваемого конвекцией и излучением.
На практике удобно судить о теплопроводности по объемной массе материала (рис. 8).
Рис. 8. Зависимость теплопроводности неорганических материалов от объемной массы:
1 — сухие материалы; 2 и 3 — воздушно-сухие материалы с разной влажностью; 4 — материалы, насыщенные водой
Точное значение X определяют для данного материала экспериментально, у
Влага, попадающая в поры материала, увеличивает его теплопроводность, так как теплопроводность воды (0,58 Вт/(м.°С) в 25 раз больше, чем теплопроводность воздуха. Замерзание воды в порах с образованием льда еще более увеличивает X, так как коэффициент теплопроводности инея равен 0,1, а льда — 2,3 Вт/(м.°С), т. е. в 4 раза больше, чем воды. При повышении температуры теплопроводность большинства материалов возрастает и лишь у немногих (металлов, магнезитовых огнеупоров) она уменьшается.
Теплоемкость определяется количеством тепла, которое необходимо сообщить 1 кг данного материала, чтобы повысить его температуру на 1°С. Теплоемкость неорганических строительных материалов (бетонов, кирпича, природных каменных материалов) изменяется в пределах от 0,75 до 0,92 кДж/(кг-°С). Теплоемкость сухих органических материалов (например, древесины) — около 0,7 кДж/(кг-°С), вода имеет наибольшую теплоемкость — 1 кДж/(кг-°С), поэтому с повышением влажности материалов их теплоемкость возрастает.
Показатели теплоемкости разных материалов нужны для теплотехнических расчетов.
Огнеупорность — свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры (от 1580°С и выше), не размягчаясь и не деформируясь. Огнеупорные материалы применяют для внутренней футеровки промышленных печей.
Тугоплавкие материалы размягчаются при температуре выше 1350°С.
Огнестойкость — свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определенного времени. Она зависит от сгораемости материала, т. е. от его способности воспламеняться и гореть.
Несгораемые материалы — это бетон, кирпич, сталь и др. Однако необходимо учитывать, что некоторые несгораемые материалы при пожаре растрескиваются (гранит) или сильно деформируются (металлы) при температуре, начиная с 600°С. Поэтому конструкции из подобных материалов нередко приходится защищать более огнестойкими материалами.
Трудносгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры тлеют, но после прекращения действия огня их горение и тление прекращается (асфальтобетон, пропитанная антипиренами древесина, фибролит, некоторые пенопласта).
Сгораемые органические материалы, которые горят открытым пламенем, необходимо защищать от возгорания. Широко используют конструктивные меры, исключающие непосредственное воздействие огня на материал в условиях пожара. Применяют защитные вещества — антипирены.
Коэффициент линейного температурного расширения бетона и стали 10-10-6"О1, гранита — 10-10~6"О1, дерева — 20-10~6°С~!. При сезонном изменении температуры окружающей среды и материала на 50°С относительная температурная деформация достигает 0,5- 10-3 или 1-Ю-3, т. е. 0,5 — 1 мм/м. Во избежание растрескивания сооружения большой протяженности разрезают деформационными швами.