Пористость и объемный вес.

Подавляющее большинство строительных материалов - пористые тела. Пористость определяет процентное содержание пор (р в %) в материале и выражается процентным отношением объема пор к общему объему материала.

Объемный вес материала g кг/м³ характеризуется весом в килограммах 1м³ материала в том состоянии, в каком он будет применяться в строительстве.

Понятие объемного веса не надо смешивать с понятием удельного веса. Удельный вес выражается весом единицы объема вещества, из которого состоит материал, считая, что в материале совсем нет пор.

Объемный вес зависит от пористости материала, а для сыпучих материалов - еще и от степени их уплотнения.

Объемный вес входит в выражение коэффициента температуропроводности, а также в ряд формул и уравнений для теплотехнических расчетов и расчетов влажностного режима ограждающих конструкций. Кроме того, объемный вес имеет большое значение в строительной теплотехнике как свойство материала, дающее возможность приблизительно оценивать его теплопроводность.

Если известны значения удельного веса материала g и его объемного веса g, то величина пористости р определяется по формуле:

% (1)

Для строительных материалов силикатного происхождения пористость изменяется от нуля (для плотных пород, например гранита) до 90 % (для легкого пенобетона).

Влажностьхарактеризуется наличием в материале несвязанной химически воды. Влажность оказывает большое влияние на теплопроводность и теплоемкость материала, а также имеет большое значение для оценки влажностного режима ограждений. Влажность можно выражать или в весовом отношении - «весовая влажность» или в объемном отношении - «объемная влажность».

Весовая влажность w_в выражается в процентах и определяется отношением массы влаги, содержащейся в образце материала, к массе образца в сухом состоянии:

(2)

где Р₁ - масса образца материала до его высушивания; Р₂ - масса того же образца после высушивания.

Объемная влажность w₀ выражается в процентах и определяется отношением объема влаги, содержащейся в образце материала, к объему образца:

(3)

где V₁ - объем влаги, содержащейся в образце материала; V₂ - объем самого образца.

Если известны объемный вес материала g и его весовая влажность w_в, то для определения объемной влажности w₀ можно пользоваться формулой:

(4)

где g - объемный вес материала в сухом состоянии в кг/м³ .

Теплопроводностьесть способность материала в той или иной степени проводить тепло через свою массу. Степень теплопроводности материала характеризуется величиной его коэффициента теплопроводности l.

Для выяснения того, что представляет собой коэффициент теплопроводности материала, возьмем однородную плоскую стенку толщиной d м, сделанную только из данного материла и имеющую площадь, равную F м². Если на поверхностях стенки температуры соответственно равны t₁ и t₂, причем t₁ > t₂, то количество тепла Q в ккал, проходящее через стенку за время z часов при установившемся тепловом потоке определяется по формуле:

(5)

Если известна величина Q, то можно определить l:

ккал/м×ч×град (6)

Если принять d =1 м, F=1 м², t₁ - t₂ =1⁰ и z =1 ч, то из формулы получим l=Q, т.е. коэффициент теплопроводности показывает количество тепла в ккал, которое будет проходить за 1 ч через 1 м², плоской стенки толщиной 1 м при разности температур на ее поверхностях, равной 1⁰.

Коэффициенты теплопроводности строительных материалов изменяются в пределах от l=0,035 (мипора, пенополистирол) до l=3 ккал/м×ч×град (гранит).

Величина коэффициента теплопроводности для одного и того же материала не является величиной постоянной, она может изменяться в зависимости от его объемного веса, влажности, температуры и направления теплового потока.

С увеличением объемного веса (уменьшением пористости) коэффициент теплопроводности материала возрастает и, наоборот, при уменьшении объемного веса (увеличении пористости) коэффициент теплопроводности уменьшается.

Чем меньше пор в материале, а следовательно, чем больше его объемный вес, тем больше и его коэффициент теплопроводности, и наоборот.

Влажностьматериала в значительной степени определяет его коэффициент теплопроводности. С повышением влажности материала резко повышается и его коэффициент теплопроводности.

Повышение коэффициента теплопроводности материала с увеличением его влажности объясняется тем, что вода, находящаяся в порах материала, имеет коэффициент теплопроводности l =0,5 ккал/м×ч×град, т.е. в 20 раз больший, чем l воздуха в порах среднего размера. Кроме того, влага в порах материала увеличивает размеры контактных площадок между частицами материала, что также повышает его коэффициент теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности материала увеличивается с повышением его средней температуры, при которой происходит передача тепла.

Увеличение теплопроводности материалов с повышением их температуры происходит в результате увеличения теплопроводности основной их массы из-за возрастания кинетической энергии молекул. Кроме того, с повышением температуры возрастает и теплопроводность воздуха в порах материала, а также интенсивность передачи в них тепла излучением.

Теплоемкость -это свойство материалов поглощать тепло при повышении температуры. Показателем теплоемкости является удельная теплоемкость материала с. Удельная теплоемкость показывает количество тепла в ккал, которое необходимо сообщить 1 кг данного материала, чтобы повысить температуру всей его массы на 1⁰С (ккал/кг×град).

Для строительных материалов удельная теплоемкость изменяется в пределах от с=0,18 (для минеральной ваты) до с=0,6 ккал/кг×град (для дерева).

Удельная теплоемкость материала зависит, от его влажности. С повышением влажности материала повышается и его теплоемкость, что объясняется присутствием воды, имеющей теплоемкость, значительно превышающую теплоемкость строительных конструкций (теплоемкость воды с=1).

Зависимость удельной теплоемкости от его влажности выражается формулой:

(7)

где с - удельная теплоемкость материала при влажности w_в; с₀ - удельная теплоемкость этого же материала в сухом состоянии; w_в - весовая влажность материала в %.