Теплофизические свойства

К основным теплофизическим свойствам, оценивающим отношение материала к тепловым воздействиям, относятся теплопроводность, теплоёмкость, термостойкость, огнеупорность, огнестойкость.

Теплопроводность - способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий при разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Это свойство оценивается коэффициентом теплопроводности ( ), представляющим отношение количества теплоты, прошедшей в течение 1 ч через испытуемый материал толщиной 1 м, площадью1м ² при разнице температур на его противоположных поверхностях в 1° - Вт/м .

Теплопроводность материала зависит от вещественного состава, строения и характера пористости, температуры и влажности материала. Теплопроводность материалов зависит от их средней плотности, химического состава, структуры, характера пор и влажности.

Наиболее существенное влияние на теплопроводность оказывает средняя плотность материалов.

Значительно возрастает теплопроводность материалов с увлажнением.

Особенности структуры оказывают значительное влияние на теплопроводность. Например, если материал имеет волокнистое строение, то тепло вдоль волокон передаётся быстрее, чем поперёк. Так, теплопроводность древесины вдоль волокон равна 0.30, а поперёк – 0.15 Вт/м . Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые; материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами. Поэтому при расчёте конструкций коэффициент теплопроводности строительных материалов принимают для температурно-влажностных условий её эксплуатации.

Теплоёмкость – свойство материала поглощать (аккумулировать) при нагревании тепло и выделять его при остывании. При охлаждении материалы выделяют тепло, причём тем больше, чем выше их теплоёмкость. Коэффициент теплоёмкости по массе С m равен количеству тепла (Дж), необходимого для нагревания 1 кг материала на 1^oС:

с = Q / [m (t₂ – t₁)](1.9)

где: Q – количество тепла, кДж; m – масса материала, кг; (t₁ – t₂) – разность температур.

Удельная теплоёмкость каменных материалов составляет 755–925, лесных — 2420–2750 Дж/(кг *^oС). Наибольшую теплоёмкость имеет вода — 4900 Дж/(кг *^oС). Поэтому с повышением влажности материалов их теплоёмкость возрастает, а стальные конструкции требуют для нагрева меньшей энергии.

Теплоёмкость учитывается при расчёте теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, подогрева материалов в зимний период.

Если строительный материал состоит из нескольких составных частей (например, бетон или строительный раствор), то коэффициент теплоёмкости такого материала рассчитывают как сумму произведений теплоёмкостей составляющих его компонентов на их весовую долю в материале.

Огнеупорность – способность материала выдерживать длительное воздействие высоких температур без деформаций и разрушения. По степени огнеупорности материалы подразделяют на огнеупорные, работающие без снижения свойств при температуре свыше 1580°С, тугоплавкие – 1580…1350 °С и легкоплавкие – ниже 1350 °С.

Огнестойкость конструкций – свойство конструкции сопротивляться действию огня и воды при пожаре в течение определённого времени. Ко всем конструкциям, используемым в строительстве, и особенно к тем, из которых выполняют несущие элементы здания: стены, колонны, перекрытия, – предъявляют требования по огнестойкости, которые зависят от категории здания и сооружения по пожаробезопасности, определяемой СНиПом. Для оценки огнестойкости введён показатель возгораемости, основанный на трёх признаках предельного состояния конструкций: потере несущей способности (снижение прочности и увеличение деформаций), теплоизолирующих свойств и сплошности.

Предел огнестойкости конструкций и материалов характеризуется временем (ч) с начала теплового воздействия и до появления одного из признаков предельного состояния.

Огнестойкость (возгораемость) строительных материалов подразделяется на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Несгораемые материалы не горят, не тлеют и не обугливаются. Это каменные материалы, металлы.

Трудносгораемые – материалы, которые под действием огня или высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются (фибролит, состоящий из древесных стружек и цементного камня, асфальтобетон, некоторые полимерные материалы).

Сгораемые – материалы, которые при контакте с огнём загораются и горят открытым пламенем даже в случае ликвидации источника огня (древесина, битум, полимерные материалы).