Тепловые свойства материалов реферат

Обновлено: 30.06.2024

Актуальность работы: обусловлена острой необходимостью исследования свойств строительных материалов, и изучить их пожаростойкость.

Как сделать свой дом теплым, экологически чистым и пожаробезопасным?

Целью данной работы является исследование теплопроводности природных и искусственных строительных материалов и их пожаростойкость.

Для достижения этой цели определили следующие задачи:

Изучить литературу по теме теплопроводность и теплоизоляция.
Освоить методику исследования определения теплопроводности материалов.
Дать количественную оценку проводящих свойств образцов как отношение изменения температуры к времени, за которое это изменение произошло.
Сравнить экспериментальные и табличные значения теплопроводности материалов.

6. Изучить пожарную безопасность строительных материалов.

В холодную, дождливую, ветреную погоду мы всегда стремимся вернуться в теплый дом, где можно, сняв пальто, почувствовать себя в тепле и уюте. Наружные стены, окна, крыша защищают наш дом от низких температур, сильного ветра, осадков в виде дождя и снега и других атмосферных воздействий. При этом они препятствуют прониканию тепла из внутреннего помещения наружу вследствие своего сопротивления теплопередаче.

Из чего построить дом? Его стены должны обеспечить здоровый микроклимат без лишней влаги, плесени, холода. Это зависит от их физических и механических свойств.

За ХХ век в мире произведено столько материалов, сколько за всё предшествующее тысячелетие. Научные исследования позволили существенно улучшить оптические, химические, тепловые и другие свойства уже известных материалов и создать тысячи новых, которых не знала природа.

Строительный бум в России ХХI века породил спрос на теплоизолирующие материалы и конструкции. Кроме того, с началом 2000 года в силу вступили новые требования к теплозащите ограждающих конструкции. Утепление зданий современными строительными материалами позволяет значительно снизить теплопотери. Разумеется, строить лучше всего из материалов, которые обладают малой теплопроводностью.

2.1 Физические свойства материалов.

Плотность — величина, измеряемая отношением массы' вещества к занимаемому объему.

Влажность — массовая доля воды в материале, выраженная в процентах.

Для определения влажности образец взвешивают сначала во влажном, а затем в абсолютно сухом состоянии. Высушивают материал до полного удаления влаги в лабораторных условиях (в сушильном шкафу) при температуре 110°С. Материал, влажность которого равна 0, называют абсолютно сухим, при равенстве ее' влажности окружающего воздуха — воздушно-сухим.

Водопроницаемость, т. е. способность материала пропускать воду под давлением, измеряют количеством воды, прошедшей через 1 см 2 площади поверхности материала в течение 1 ч при постоянном давлении. Особо плотные материалы (битум, стекло, сталь и др.), а также достаточно плотные материалы с мелкими порами (специальный бетон) практически водонепроницаемы, остальные водопроницаемы.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное и' попеременное замораживание и оттаивание. Материал' считают морозостойким, если он после испытания не имеет выкрашиваний, трещин, расслаивания, потери массы более 5% и прочности более 25%.

Теплопроводность — способность материала передавать теплоту от одной поверхности к другой. За единицу количества теплоты принят 1 джоуль (Дж). С увеличением влажности и плотности «материала возрастает его теплопроводность.

Теплоемкость — количество теплоты, которое требуется для нагревания какого-либо тела на 1 кельвин' (К).

Механические свойства материалов.

Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок или других факторов. Пределом прочности называется условное напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествовавшей разрушению образца материала. Предел прочности определяют нагружением образцов материала до разрушения на прессах или разрывных машинах. Хрупкие материалы испытывают главным образом на сжатие, пластичные— на растяжение.

Многие строительные материалы характеризуются в технических условиях так называемыми марками, совпадающими по величине с пределом прочности (при сжатии). Например, тяжелый бетон бывает марок (М) 100, 150, 200, 300, 400, 500 и 600 кирпич—50, 75, 100, 125, 150 и т. д.

Твердость — способность материала сопротивляться прониканию в него другого, более твердого тела. Твердость материала не всегда соответствует его прочности. Материалы с разными пределами прочности могут обладать одинаковой твердостью. Существует несколько способов определения твердости материала. Например, твердость однородных каменных материалов определяют по специальной шкале, составленной из десяти минералов, которые расположены по степени возрастания твердости. Испытуемый материал царапают минералами шкалы, результаты сравнивают с эталоном. В металл, бетон и древесину вдавливают с определенной нагрузкой стальной шарик. По глубине вдавливания или диаметру отпечатка устанавливают твердость материала.

Упругость — свойство материала изменять форму под действием нагрузки и восстанавливать ее после снятия нагрузки. Восстановление первоначальной формы может быть полным и частичным. Если восстановление формы неполное, то в материале имеются так называемые остаточные деформации. Пределом упругости считают напряжение, при котором остаточные деформации впервые достигают заданной в технических условиях на данный материал величины.

Хрупкость — свойство материала разрушаться при механических воздействиях нагрузки без заметной пластической деформации. К хрупким материалам относятся чугун, бетон, кирпич. Они легко разрушаются при ударах и не выдерживают высоких местных напряжений (в них образуются трещины), поэтому их не применяют для строительных конструкций, подвергающихся растягивающим и изгибающим усилиям.

Пожароопасные свойства материалов.

Возгораемость — способность материала гореть или не гореть под воздействием огня. По возгораемости материалы делят на негорючие (несгораемые), трудногорючие (трудносгораемые) и горючие (сгораемые). К негорючим относятся материалы, которые не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются под воздействием огня или высокой температуры. Если под воздействием огня или высокой температуры материалы или конструкции воспламеняются, тлеют или обугливаются и продолжают гореть или тлеть только при наличии источника зажигания, а после его удаления процесс горения или' тления прекращается, их относят к трудногорючим. Горючие материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть или тлеть после удаления источника зажигания.

Все строительные материалы неорганического происхождения относят к негорючим, а органического — к горючим.

2.2 Понятие о теплопроводности и теплоизоляции.

Передачей теплоты или теплообменом называется, переход внутренней энергии от одного тела к другому в результате теплового контакта (соприкосновения) без совершения работы

Теплопроводность — один из видов переноса теплоты (энергии теплового движения микрочастиц) от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры тела.

Посредством этого вида теплообмена происходит передача теплоты через стенку дома в зимнее время. Так как температура внутри дома выше, чем вне его, наиболее интенсивное тепловое колебательное движение совершают частицы, образующие внутреннюю поверхность стенки. Сталкиваясь с частицами соседнего более холодного слоя, они передают им часть энергии, в результате чего движение частиц этого слоя, оставаясь колебательным, становится более интенсивным. Так от слоя к слою растет интенсивность колебаний частиц, а следовательно, и их внутренняя энергия. Таким образом, при теплопроводности перенос энергии в теле осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от частиц (молекул, атомом, электронов), обладающих большей энергией, к частицам с меньшей энергией.

С помощью теплопроводности теплота может передаваться в твердых, жидких и газообразных телах. Самой большой теплопроводностью обладают металлы. Это объясняется тем, что переносчиками внутренней энергии здесь, кроме молекул, являются свободные электроны. Хуже проводят тепло дерево, стекло, животные и растительные ткани; еще меньшую теплопроводность имеют жидкости

(за исключением жидких металлов, например ртути): и газы. Так, воздух в тысячи раз хуже проводит тепло, чем железо. Очень важно знание теплопроводности материалов, используемых при устройстве так называемых ограждающих конструкций зданий

(т. е. наружных стен, верхних перекрытий, полон в нижнем этаже) и в особенности теплоизоляционных материалов, предназначенных для сохранения тепла в помещениях и тепловых установках.

Регулирование теплообмена является одной из основных задач строительной техники. В холодное время года теплота теряется помещением в силу теплопроводности стен и просачивания через них воздуха, уходит вместе с нагретым воздухом через вентиляционные каналы и щели. Чтобы температура в жилых и производственных помещениях соответствовала нормальным условиям жизни и деятельности человека, необходимо уменьшить эти потери. С этой целью стены домов делают из материалов с малой теплопроводностью — естественных (дерева, камыша, различных видов торфа, пемзы, пробки) или искусственных (кирпича, бетона, пенопласта и др.). Теплоизолирующие свойства этих материалов различны.

Широкое распространение в настоящее время получили каркасные здания, на постройку которых требуется гораздо меньше материалов, чем для здании других типов. Основу каркасного здания составляет металлический или железобетонный каркас, играющий в здании ту же роль, которую выполняет скелет в организме животных: воспринимает нагрузку. На каркасе укрепляют стены из теплоизолирующих пористых материалов. Поры таких материалов заполнены воздухом, поэтому они имеют сравнительно небольшой вес и плохо проводят тепло, так как теплопроводность воздуха очень мала, а конвекция воздуха в пористых материалах невозможна.

При изготовлении теплоизоляционных материалов в заготовленную массу вводят пузырьки воздуха. Для этого ее взбивают или добавляют специальную пену либо вещества, которые, вступая в химическую реакцию с заготовленной смесью, выделяют пузырьки газа. Некоторые пористые теплоизоляционные строительные материалы изготавливает термическим способом. Например, при производстве пеностекла стеклянный порошок смешивают с небольшим количеством размельченного известняка, засыпают в металлические формы и нагревают. При температуре 550—600 °С стеклянный порошок расплавляется, образуя сплошную массу. Когда температура достигает 750—780 °С, начинается разложение известняка, из которого выделяются газы. Вспучивай расплавленную массу, они придают ей пористость. После застывания образуется материал, сохраняющий все свойства обычного стекла: негорючесть, стойкость по отношению к влаге и кислотам и т. д. В то же время этот материал обладает новыми замечательными качествами: он прочен, легко поддается обработке--пилится, строгается, не трескается, когда в него забивают гвозди. Использование теплоизоляционных материалов и примышленном и гражданском строительстве не только удешевляет, но и увеличивает полезную площадь помещений, повышает их огнестойкость и звуконепроницаемость.

2.3 Теплопередача в строительстве.

Кровля, стены и окна называются наружными ограждающими конструкциями здания из-за того, что они ограждают жилище от разного рода атмосферных воздействий пониженных температур, солнечной радиации, влаги, ветра. С образованием разности температур между внутренней и наружной поверхностями ограждения в материале ограждения зарождается тепловой поток, который направлен в сторону понижения температуры. В это время ограждение оказывает большее или меньшее сопротивление R 0 тепловому потоку. Конструкции, имеющие большее тепловое сопротивление лучшей теплозащитой. Теплозащитные свойства стены будут зависеть от ее толщины и коэффициента теплопроводности материала, из которого она построена. В случае, если стена состоит из нескольких слоев (допустим, кирпич—утеплитель—кирпич), ее термическое сопротивление будет зависеть от толщины и коэффициента теплопроводности материала каждого из слоев. Теплозащитные свойства ограждающих конструкций в большой степени зависят от влажности материала. Почти все строительные материалы содержат мельчайшие поры, которые в сухом состоянии заполняются воздухом. С повышением влажности поры заполняются влагой, коэффициент теплопроводности которой по сравнению с воздухом в 20 раз больше, а это приводит к резкому снижению теплоизоляционных характеристик, как материалов, так и конструкций. В связи с этим в процессе проектирования и строительства потребуется предусмотреть мероприятия, которые препятствовали бы увлажнению конструкций атмосферными осадками, грунтовыми водами и влагой, образующейся в результате конденсации водяных паров. В процессе эксплуатации домов из-за воздействия внутренней и наружной среды на ограждающие конструкции материалы находятся не в абсолютно сухом состоянии, а отличаются несколько повышенной влажностью. Это неизбежно приводит к увеличению коэффициента теплопроводности материалов, а также к снижению их теплоизолирующей способности. Именно поэтому при оценке теплозащитных характеристик конструкций важно использовать реальное значение коэффициента теплопроводности в условиях эксплуатации, а не в сухом состоянии. Влагосодержание теплого внутреннего воздуха выше, чем холодного наружного, и в результате диффузия водяных паров через толщу ограждения всегда проистекает из теплого помещения в холодное. Если с наружной стороны ограждения расположить плотный материал, который плохо пропускает водяные пары, то часть влаги, не имея возможности выйти наружу, начнет скапливаться в толще конструкции. А если у наружной поверхности располагается материал, не препятствующий диффузии водяных паров, то вся влага будет удаляться из ограждения достаточно свободно.

Еще на стадии проектирования дома необходимо учитывать тот факт, что однослойные стены толщиной 400-650 мм из кирпича, мелких блоков из ячеистого бетона (или керамзитобетона) или керамических камней обеспечивают относительно невысокий уровень теплозащиты (примерно в 3 раза меньше требуемой). Повышенными теплоизоляционными характеристиками, удовлетворяющими современные требования, обладают трехслойные ограждающие конструкции. Состоят они из внутренней и наружной стенок из кирпича или блоков, между которыми находится слой теплоизоляционного материала. Наружная и внутренняя стенки, соединенные гибкими связями в виде арматурных стержней или каркасов, уложенных в горизонтальные швы кладки, придают конструкции прочность, а внутренний (утепляющий) слой обеспечивает требуемые теплозащитные параметры. Толщину утепляющего слоя выбирают в зависимости от климатических условий и вида утеплителя. В связи с неоднородностью структуры трехслойной стены и применения материалов с различными теплозащитными и пароизоляционными характеристиками в толще конструкции может образовываться конденсат. Присутствие последнего в значительной степени снижает теплоизоляционные свойства ограждения. Из-за этого при возведении трехслойных стен необходимо предусмотреть их влагозащиту. Совсем недавно приняты новые нормативные документы по теплосбережению. Как раз поэтому теплоизоляция жилых зданий становится на сегодняшний день одной из важнейших проблем строительства. Особенно остро проблема теплоизоляции стоит в коттеджном и дачном строительстве, поскольку, правильно сделанная, она позволяет уменьшить расходы на отопление в 3, а то и в 4 раза.

На рисунке приведен пример распределения теплопотерь через различные конструктивные элементы дома площадью 120 м 2

2.4 Классификация теплоизоляционных материалов.

Все теплоизоляционные материалы подразделяются на несколько крупных групп:

минераловатные;
стекловатные и стекловолокнистые;
газонаполненные полимеры — пенопласты: полиуретановые и пенополиуретановые, полистирольные и пенополистирольные, полиэтиленовые, из феноловой пены, полиэфирные;
теплоизоляция из натуральных материалов и продуктов их переработки: пробки, бумаги, торфяных блоков и т. п.;
теплоизоляция на основе синтетического каучука;
теплоизоляция из отходов кремниевого производства;
теплоизоляционные панели и конструкции;
модифицированные бетоны: полистиролбетон, ячеистый бетон (пенобетон).

Разумеется, строить лучше всего из материалов, которые обладают достаточно высокими теплоизоляционными свойствами.

И все-таки значительно чаще возникает проблема теплоизоляции кирпичного коттеджа, который только еще строится, или уже давно построенного дома. Безусловно, наибольший интерес представляют высокоэффективные теплоизоляционные материалы. К ним обычно относят материалы со средней плотностью в пределаях 200 кг/м 3 и К тепл менее 0,06 ВтДм'К). Такого рода материалы достаточно быстро, за 5-10 лет эксплуатации, окупаются, позволяя экономить на энергозатратах.

Выпускаются утеплительные материалы в виде рулонов и мягких, полужестких и жестких матов и плит, разных по плотности и размерам.

Все утеплительные материалы безопасны как для производства, так и для использования при соблюдении рекомендуемой технологии работы.

Утеплительные материалы из базальта также выпускаются самых разных размеров и типов (рулоны, жесткие и мягкие, маты и плиты) для их более рационального и эффективного применения. Коэффициент их теплопроводности, в зависимости от плотности, колеблется от 0,034 до 0,042 Вт/(м*К). Совсем недавно появившаяся на российском рынке базальтовая теплоизоляция используется для утепления кровель, пола и стен, наполнения перегородок, обустройства мансард, выпускается в виде плит, профильных изделий и, конечно же, рулонов.

Газонаполненные полимеры является одним из самых эффективных видов теплоизоляции. Самый распространенный и широко используемый из них — это пенопласт (пенополистирол). Невысокая теплостойкость и горючесть пенопластов не являются помехой при использовании их в слоистых конструкциях в сочетании с кирпичом или бетоном. Пенополистирол либо производят беспрессовым методом.

2.5 Теплоизоляционные свойства материалов.

Основной показатель теплоизоляционных свойств материала—коэффициент теплопроводности. Этот показатель в значительной степени зависит от содержания в нем влаги, каждый процент содержания которой снижает коэффициент на 4%. Помимо этого в зимнее время присутствующая в пенополистирольных плитах влага, замерзая и превращаясь в лед, со временем разделяет материал на отдельные гранулы, а это резко снижает долговечность беспрессового пенопласта. Беспрессованный пенопласт традиционно производят в России.

Этих недостатков лишен экструзионный пенополистирол. Обладая весьма низким водопоглощением (менее 0,3%) за счет замкнутой структуры ячеек и высокой механической прочностью, панели из экструзионного пенополистирола могут быть использованы для наружной теплоизоляции, для теплоизоляции подземных частей зданий, фундаментов, подвалов, стен, где использование большинства прочих утеплителей попросту невозможно из-за капиллярного подъема грунтовых вод.

Теплоизоляционные материалы с коэффициентом теплопроводности меньше

0,06 Вт/(м-К) окупаются в среднем за 5-7 лет эксплуатации за счет экономии энергии.

Ниже в таблице приведены коэффициенты теплопроводности строительных материалов.

Работоспособность машин и агрегатов в значительной степени зависит от свойств материалов, которые характеризуются конкретными параметрами. Параметры материалов определяют с помощью опытных измерений, используя специальные технические средства. Требования к исследуемым стандартным образцам материалов (например, масса, габаритные размеры, чистота поверхности и др.) устанавливаются соответствующими Государственными стандартами.

Механические свойства материалов характеризуют возможность их использования в изделиях, эксплуатируемых при воздействии внешних нагрузок. Основными показателями свойств материалов являются:

Их параметры существенно зависят от формы, размеров и состояния поверхности образцов, а также режимов испытаний (скорости нагружения, температуры, воздействия окружающих сред и других факторов).

Прочность - свойство материалов сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы под действием внешних нагрузок. Она обусловлена силами взаимодействия атомных частиц, составляющих материал.

Если при растяжении образца сила внешнего воздействия на пару атомов превосходит силу их притяжения, то атомы будут удаляться друг от друга. Напряжение, возникающее в материале и отвечающее силе межатомного притяжения, соответствует теоретической прочности.

При возникновении в материале локального напряжения больше теоретической прочности произойдет разрыв материала по этому участку. В результате образуется трещина. Рост трещин продолжается, пока в результате их слияния одна из трещин не распространится на все сечение образца и не произойдет его разрушение.

Деформирование - изменение относительного расположения частиц в материале (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, сдвиг). Таким образом, деформация - изменение формы и размеров изделия или его частей в результате деформирования. Деформацию называют упругой, если она исчезает после снятия нагрузки, или пластичной, если она не исчезает (необратима).

Реальные материалы обладают технической прочностью, основные характеристики которой удобно рассмотреть с помощью диаграммы растяжения образца из пластичного материала (рис.1).

Предел упругости - напряжение, при котором остаточные деформации (т.е. деформации, обнаруживаемые при разгрузке образца) достигают значения, установленного техническими условиями. Предел упругости σ_у ограничивает область упругих деформаций материала.

Предел текучести - напряжение, отвечающее нижнему положению площадки текучести на диаграмме для материалов, разрушению которых предшествует заметная пластическая деформация.

Прочие материалы характеризуют условным пределом текучести - напряжением, при котором остаточная деформация достигает значения, установленного техническими условиями. Обычно остаточная деформация не превышает 0,2%. Отсюда и обозначение: σ_0,2 .

Предел текучести является основной характеристикой прочности пластичных материалов.

Предел прочности - напряжения или деформации, соответствующие максимальному (в момент разрушения образца) значению нагрузки. Отношение наибольшей силы, действующей на образец, к исходной площади его поперечного сечения называют временным сопротивлением (разрушающим напряжением) и обозначают а_в .

Предел прочности - основная характеристика механических свойств хрупких материалов, т.е. материалов, которые разрушаются при малых пластических деформациях.

Правила определения характеристик технической прочности материалов при растяжении, сжатии, изгибе, кручении и других видах напряженного состояния установлены государственными стандартами (ГОСТ).

Динамическая прочность - сопротивление материалов динамическим нагрузкам, т.е. нагрузкам, значение, направление и точка приложения которых быстро изменяются во времени.

Усталость материалов - процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных напряжений, приводящих к изменению свойств материалов, образованию и разрастанию трещин. Свойство материалов противостоять усталости называется выносливостью.

Ползучесть - непрерывное пластическое деформирование материалов под действием постоянной нагрузки. Любые твердые материалы в той или иной степени подвержены ползучести во всем диапазоне температур эксплуатации. Вредные последствия ползучести материалов особенно проявляются при повышенных температурах.

Причиной неудовлетворительной прочности изделий может быть влияние поверхностных дефектов и напряжений, которые возникают из-за неравномерного распределения нагрузки, обусловленного особенностями конструкции. Поэтому прочность конструкционных элементов (сварочных швов, болтов, валов и т.д.) - конструкционная прочность - во многих случаях ниже технической прочности исходных материалов.

Твердость является механической характеристикой материалов, отражающей их прочность, пластичность и свойства поверхностного слоя изделия. Она выражается сопротивлением материала местному пластическому деформированию, возникающему при внедрении в материал более твердого тела - индентора. В зависимости от способа внедрения и свойств индентора твердость материалов оценивают по различным критериям, используя несколько методов:

Вдавливание индентора в образец с последующим измерением отпечатка является основным технологическим приемом при оценке твердости материалов. В зависимости от особенностей приложения нагрузки, конструкции инденторов и определения чисел твердости различают методы:

Динамические методы измерения твердости не приводят к возникновению дефектов поверхности изделий. Распространен способ определения твердости в условных единицах по высоте отскакивания легкого ударника (бойка), падающего на поверхность испытуемого материала с определенной высоты. Применяется и метод измерения твердости с помощью ультразвуковых колебаний, основанный на регистрации изменения частоты колебаний измерительной системы в зависимости от твердости исследуемого материала.

Путем царапанья сравнивают твердость исследуемого и эталонного материалов. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастания их твердости: 1 - тальк, 2 - гипс, 3 - кальцит, 4 - флюорит, 5 - апатит, 6 - ортоклаз, 7 - кварц, 8 - топаз, 9 - корунд, 10 - алмаз.

Триботехнические характеристики определяют эффективность применения материалов в узлах трения.

Под триботехникой понимают совокупность технических средств, обеспечивающих оптимальное функционирование узлов трения.

Основные триботехнические характеристики материалов:

Износостойкость - свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения. Отношение величины износа к интервалу времени, в течение которого он возник, или к пути, на котором происходило изнашивание, представляет собой соответственно скорость изнашивания и интенсивность изнашивания. Износостойкость материалов оценивают величиной, обратной скорости и интенсивности изнашивания.

Прирабатываемость - свойство материала уменьшать силу трения, температуру и интенсивность изнашивания в процессе приработки. Обеспечение износостойкости напрямую связано с предупреждением катастрофического изнашивания и прирабатываемостью.

Коэффициент трения - отношение силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу. Его значения зависят от скорости скольжения, давления и твердости материалов трущихся поверхностей.

Триботехнические характеристики материалов зависят от следующих основных групп факторов, влияющих на работу узлов трения:

внутренних, определяемых природой материалов;

внешних, характеризующих вид трения (скольжение, качение);

режима трения (скорость, нагрузка, температура);

среды и вида смазочного материала.

Совокупность этих факторов обусловливает вид изнашивания: абразивное, адгезионное, эрозионное, усталостное и др.

Основная причина всех видов изнашивания - работа сил трения, под действием которых происходит многократное деформирование поверхностных слоев трущихся тел, изменение их структуры, и т.д.

Коррозия - физико-химический процесс изменения свойств, повреждения и разрушения материалов вследствие перехода их компонентов в соединения с компонентами окружающей среды.

Под коррозионным повреждением понимают любой дефект структуры материала, возникший в результате коррозии. Если механические воздействия ускоряют коррозию материалов, а коррозия облегчает их механические разрушения, имеет место коррозионно-механическое повреждение материалов.

Электрохимическая коррозия - процесс взаимодействия материалов и окружающей среды посредством электродных реакций. Металлы наиболее подвержены этому виду коррозии вследствие высокой электрической проводимости и химической активности.

Коррозионное повреждение различных участков материала может быть неодинаковым. По характеру разрушения материалов различают равномерную и местную коррозию. Последняя возникает из-за химической или физической неоднородности среды, и материала на отдельных участках поверхности изделия.

С конструктивными особенностями изделий связаны щелевая и контактная коррозии. Первая протекает внутри или в непосредственной близости от узкого отверстия или зазора в конструкциях. Вторая вызвана контактированием металлов, различающихся по электродному потенциалу.

Для оценки сопротивления материалов коррозии используют следующие параметры:

фронт коррозии - воображаемая поверхность, отделяющая поврежденный материал от неповрежденного;

скорость коррозии - это скорость продвижения ее фронта;

техническая скорость коррозии - ее наибольшая. скорость, вероятностью превышения которой

нельзя пренебречь в конкретных условиях. Сопротивление материалов коррозии характеризуют с помощью параметра коррозионной стойкости - величины, обратной технической скорости коррозии материала в данной коррозионной системе. Условность этой характеристики заключается в том, что она относится не к материалу, а в целом к коррозионной системе. Коррозионную стойкость материала нельзя изменить, не изменив других параметров коррозионной системы. Противокоррозионная защита - это изменение коррозионной системы, ведущее к снижению скорости коррозии материала.

1. Температурные характеристики

Параметры, отражающие изменение свойств материалов в зависимости от их температуры, являются одними из важнейших характеристик материалов. Стойкость материалов к повышенным температурам и нагрузкам в значительной степени определяет прогресс в автомобилестроении. Свойство материалов стабильно сохранять комплекс эксплуатационных характеристик при низких температурах влияет на работоспособность машин и оборудования, эксплуатируемых в условиях Севера. При осуществлении технологических процессов (литье, ковка, сварка и др.) важное значение имеет температурное изменение деформационно-прочностных характеристик материалов.

Жаростойкость - когда механические параметры материалов сохраняются или незначительно изменяются при высоких температурах.

Жароупорность - свойство материалов противостоять коррозионному воздействию газов при высокой температуре.

В качестве характеристики жаростойкости легкоплавких материалов используют температуру размягчения, при которой изделие, нагреваемое с установленной скоростью, под действием постоянного изгибающего момента деформируется на допустимую величину.

Для легкоплавких кристаллических материалов (подобных воскам) характеристикой жаростойкости служит температура плавления.

Температура вспышки - температура, при которой пары жидкости образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при контакте с источником зажигания (например, электрический разряд). Если продолжить нагревание после вспышки, происходит воспламенение материала, когда к нему подносится открытое пламя. Температуру, при которой материал воспламеняется и после удаления внешнею источника зажигания продолжает гореть не менее 5 с, считают температурой воспламенения.

Жаропрочность - свойство материалов длительное время сопротивляться деформированию и разрушению при высоких температурах, которые имеют место в двигателях внутреннего сгорания.

Хладноломкость - возрастание хрупкости материалов при понижении температуры. При низких температурах (н технике - от 0 до - 50°С) снижается пластичность и вязкость материалов, повышается склонность к хрупкому разрушению. При температурах ниже температурь! вязкого разрушения наступает переход к хрупкому и наблюдается резкое снижение ударной вязкости материала. О его пригодности к эксплуатации при низкой температуре судят по температурному запасу вязкости, равному разности температуры эксплуатации и Т₅₀ .

Температурное расширение материалов регистрируют по изменению размеров и формы при изменении температуры. Количественно тепловое расширение твердых материалов характеризуют температурным коэффициентом линейного расширения.

Теплопроводность - перенос энергии от более нагретых участков материала к менее нагретым. Эта величина обусловливает выравнивание температуры изделия.

Коэффициент температуропроводности является мерой теплоизоляционных свойств материала.

2. Электрические и магнитные свойства

В автомобилестроении применяют специальные материалы: электроизоляционные, магнитные, проводниковые, полупроводниковые и другие. Для их эффективного применения необходима информация о параметрах электрических, магнитных и других специфических свойств.

Электропроводность - свойство материалов проводить электрический ток, обусловленное наличием в них подвижных заряженных частиц - носителей тока.

Природу электропроводности твердых материалов объясняет зонная теория, согласно которой энергетический спектр электронов состоит из чередующихся зон разрешенных и запрещенных энергий. В нормальном состоянии электроны могут иметь только определенные значения энергии, т.е. занимать разрешенные энергетические уровни (валентную зону). Пустые или частично заполненные более высокие энергетические уровни образуют зону проводимости. Электроны, возбуждаясь, т.е. приобретая добавочную энергию, например при нагревании материалов, могут переходить в зону проводимости. Если валентная зона и зона проводимости перекрываются, то при незначительном возбуждении электроны будут перемещаться от одних атомов к другим. Материалы такого типа - проводники - обладают высокой электропроводностью. Электропроводность диэлектриков очень мала, так как переход заметного числа электронов в зону проводимости - случайное явление, обусловленное, например, дефектами структуры.

Электрическое сопротивление - свойство материалов как проводников противодействовать электрическому току.

Вес вещества, помещенные во внешнее магнитное поле, намагничиваются. Намагничивание связано с наличием магнитных моментов у частиц вещества.

Характерной герметикой намагничивания материалов служит намагниченность, равная суммарному магнитному моменту атомов в единичном объеме материала.

Характеризующая связь намагниченности с магнитным полем в материале, называется магнитной восприимчивостью. В зависимости от знака и значения магнитной восприимчивости материалы делят на:

Диамагнетизм - свойство материалов намагничивания во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном полю. Диамагнетизм присущ всем веществам.

Диамагнетики обладают отрицательной магнитной восприимчивостью. Во внешнем магнитном поле они намагничиваются против поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны.

Парамагнетики обладают положительной магнитной восприимчивостью. Они слабо намагничиваются по направлению поля, а в отсутствие поля - немагнитны.

Ферромагнетики характеризуются большим значением магнитной восприимчивости и ее зависимостью от напряженности поля и температуры. Обладают самопроизвольной намагничиваемостью даже в отсутствие внешнего намагничивающего поля.

Антиферромагнетики - материалы, намагниченность которых в отсутствие магнитного поля равна нулю.

Магнитная восприимчивость, как правило, существенно зависит от температуры: у парамагнетиков - уменьшается при нагревании, у ферромагнетиков - увеличивается скачком, достигая максимума вблизи точки Кюри. В точке Кюри исчезает самопроизвольная намагниченность ферромагнитных материалов, и они приобретают свойства обычных парамагнетиков.

3. Технологические свойства

Технологические свойства материалов характеризуют восприимчивость материалов технологическим воздействием при переработке в изделия. Знание этих свойств позволяет рационально осуществлять процессы изготовления изделий.

Основными характеристиками материалов являются:

склонность к короблению при термической обработке и другие.

Обрабатываемость резанием характеризуют следующими показателями:

качеством обработки материалов - шероховатостью обработанной поверхности и точностью размеров;

стойкостью режущего инструмента;

сопротивлением резанию - скоростью и силой резания;

видом стружкообразования. Обрабатываемость давлением определяют в процессе технологических испытаний (проб) материалов на пластическую деформацию. Методы оценки обрабатываемости давлением зависят от вида материалов и технологии их переработки.

Обрабатываемость давлением порошковых материалов характеризует их текучесть, уплотняемость и формуемость. Методы определения характеристик порошковых материалов установлены государственными стандартами.

Литейные характеристики материалов - совокупность технологических показателей, характеризующие формирование отливки путем заливки расплавленного материала в литейную форму.

Жидкотекучесть - свойство расплавленного материала заполнять литейную форму.

Литейная усадка - уменьшение объема расплава при переходе из жидкого состояния в твердое. Коэффициент усадки индивидуален для каждого вида материала.

Свариваемость - свойство материала образовывать сварное соединение, работоспособность которого соответствует качеству основного материала, подвергнутого сварке. О свариваемости судят по результатам испытания сварных образцов и характеристикам основного материала в зоне сварного шва.

2. Тепловые характеристики

Тепловые характеристики позволяют оценить поведение электроизоляционных материалов при нагревании. Это имеет важное значение, так как большинство электроизоляционных материалов работает в электрических машинах и аппаратах при повышенных температурах.

Температура плавления определяют для материалов, имеющих кристаллическую структуру (металлов, полупроводников, диэлектриков), которые переходят из твердого состояния в жидкое при определенной температуре.

Температура размягчения определяют у материалов с аморфной структурой (смолы, битумы и др.), переход которых из твердого состояния в жидкое происходит не при строго определенной температуре, а в интервале температур.

При температурах, близких к температуре размягчения, материал применять нельзя, так как он, размягчаясь, течет.

Теплостойкость позволяет оценить стойкость диэлектриков к кратковременному нагреву.

Холодостойкость − это способность материалов выдерживать низкие температуры. При низких температурах ухудшаются механические свойства (гибкость, эластичность). Поэтому испытание материалов и изделий из них на холодостойкость проводят при одновременном воздействии вибрации. Холодостойкость жидких диэлектриков определяется температурой застывания, при которой они превращаются в твёрдое тело.

Температура вспышки паров жидких диэлектриков (масел) температура, при которой пары и газы, образующиеся при нагревании определенного объема жидкого диэлектрика, при соприкосновении с открытым пламенем вспыхивают.

Нагревостойкость − способность материала выдерживать воздействие повышенной температуры в течение времени, равного сроку нормальной эксплуатации, без ухудшения его свойств.

В зависимости от значения максимальной температуры диэлектрики подразделяются на классы по нагревостойкости − их семь .Y - 90; А - 105; Е - 120; В - 130; F - 155; Н - 180; С > 180.

К классу Y относятся волокнистые материалы на основе целлюлозы и шелка, если они не пропитаны и не погружены в жидкий диэлектрик, а также резина, нефтяные масла, полистирол.

К классу А относятся волокнистые материалы на основе целлюлозы и шелка, если они пропитаны лаком или погружены в жидкий диэлектрик.

Класс Е гетинакс, текстолит, пресспорошки с древесной мукой, полиэтилен, полиуретановые смолы, компаунды, лаки.

Класс В материалы на основе слюды, стекловолокно, стеклоткань, стеклотекстолит.

К классу F относятся микаленты.

К классу Н принадлежат материалы на основе кремнийорганических смол высокой нагревостойкости.

Класс С слюда, стекло, стекловолокнистые материалы, кварц, фторопласт и материалы на основе полиамидов (пленки, волокна).

Теплопроводность характеризует процесс переноса тепла от более нагретых частей к менее нагретым и численно определяется коэффициентом теплопроводности. Чем он выше, тем лучше условия охлаждения и меньше вероятность теплового пробоя.

Тепловое расширение. Диэлектрики, как и другие материалы, при нагревании изменяют свои линейные размеры. Это свойство оценивается коэффициентом линейного расширения, численно равным относительному увеличению линейного размера при изменении температуры на 1 °С.

Это группа свойств, которые характеризуют отношение материала к постоянному или периодическому тепловому воздействию.

Теплоемкость – свойство материала аккумулировать теплоту при нагревании и отдавать при охлаждении. Удельная теплоемкость с (кДж/(кг·°С)) характеризуется количеством тепла, кДж, необходимым для нагревания 1 кг материала на 1°С:

Вода имеет высокую теплоемкость (4,2 кДж/(кг·°С)), строительные материалы более низкие величины: лесные материалы 2,39…2,72 кДж/(кг·°С), каменные 0,75…0,92 кДж/(кг·°С), сталь 0,48 кДж/(кг·°С), поэтому с увлажнением материалов их теплоемкость увеличивается.

Теплопроводность – свойство материала передавать теплоту через свою толщу от одной поверхности к другой при перепаде температур на противоположных поверхностях материала.

Теплопроводность оценивают коэффициентом теплопроводности λ (Вт/(м·°С)), который характеризуется количеством теплоты (Q), проходящим через материал площадью S=1 м 2 , толщиной a=1 м, в течении одной секунды (τ), при разности температур на противоположных поверхностях в Δt=1°С:

Теплопроводность материала зависит от его химического состава, строения и структуры, степени влажности, характера и размера пор, а также температуры, при которой происходит передача тепла.

Рис. 1.22. Прибор ИТП-МГ4 для определения коэффициента теплопроводности

В сухом состоянии поры материала заполнены воздухом, теплопроводность которого составляет 0,0232 Вт/(м·°С). Поэтому малотеплопроводные материалы имеют большую (до 90…95%) пористость. При одинаковой величине пористости, мелкопористые материалы и материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем крупнопористые и материалы с сообщающимися порами. Это связано с тем, что в крупных и сообщающихся порах усиливается перенос тепла конвекцией.

Теплопроводность является функцией средней плотности строительного материала:

Приближенно коэффициент теплопроводности таких материалов как бетон, природный камень, полнотелый кирпич, можно определить по формуле В.П. Некрасова:

Теплопроводность некоторых строительных материалов: пенопласт – 0,03…0,05 Вт/(м·°С); минеральная вата – 0,06…0,09 Вт/(м·°С); древесина – 0,18…0,36 Вт/(м·°С); кирпич керамический полнотелый – 0,8…0,9 Вт/(м·°С); кирпич керамический пустотелый – 0,3…0,5 Вт/(м·°С); бетон тяжелый – 1,3…1,5 Вт/(м·°С); ячеистый бетон – 0,1…0,3 Вт/(м·°С); сталь – 58 Вт/(м·°С).

С увеличением влажности материала теплопроводность возрастает, т.к. вода, заполняющая поры, имеет теплопроводность 0,58 Вт/(м·°С), что в 25 раз выше теплопроводности воздуха. Еще в большей степени возрастает теплопроводность при замерзании воды в порах, т.к. теплопроводность льда составляет 2,32 Вт/(м·°С), что в 100 раз больше теплопроводности воздуха.

Сопротивление теплопередаче (термическое сопротивление) – свойство строительной конструкции сопротивляться проникновению сквозь свою толщу теплового потока.

Условное приведенное сопротивление теплопередаче однородного фрагмента ограждающей конструкции:

α_в=8,7 коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м 2 × о С) (см. табл. 4 СП 50.13330.2012);

α_н =23 коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м 2 × о С) (см. табл. 6 СП 50.13330.2012);

δ i – толщина каждого слоя стены, м;

λi – коэффициент теплопроводности каждого слоя стены, Вт/(м× о С).

Расчет выполняется из условия:

Тепловое расширение – свойство материала изменять линейные размеры при нагревании. Характеризуется коэффициентом линейного температурного расширения:

Термическая стойкость – способность материала выдерживать чередование резких тепловых изменений. Зависит от однородности материала и коэффициента линейного температурного расширения (КЛТР). Чем меньше КЛТР и выше однородность материала, тем выше его термическая стойкость.

Огнеупорность – способность материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не деформируясь и не расплавляясь. Материалы, которые выдерживают температуру свыше 1580°С называют огнеупорными, от 1350°С до 1580°С – тугоплавкими, ниже 1350°С – легкоплавкими, до 1000°С – жаропрочными.

Пожарная опасность строительных материалов характеризуется следующими свойствами:

Горючесть – определяется экспериментально по показателям: температура дымовых газов; продолжительность самостоятельного горения; степень повреждения образца по длине и по массе (табл. 1.2):

Материал относится к негорючим, если при стандартном испытании прирост температуры в установке не превышает 50°С, образец не воспламеняется в течение 10 с, а потеря массы образца не превышает 5%. Для негорючих строительных материалов другие показатели пожарной опасности не определяются и не нормируются. Если эти условия не выполняются, материал считают горючим и подвергают испытанию для определения группы горючести (табл. 1.2).

Группы горючести строительных материалов

Воспламеняемость(определяется экспериментально по величине критической поверхностной плотности теплового потока, кВт/м 2 ):

· В1 – трудновоспламеняемые (>35);

· В2 – умеренновоспламеняемые (20…35);

· В3 – легковоспламеняемые ( 2 ):

· РП1 – нераспространяющие (>11);

· РП2 – слабораспространяющие (8…11);

· РП3 – умереннораспространяющие (5…8);

· РП 4 – сильнораспространяющие ( 2 /кг):

· Д1 – с малой дымообразующей способностью ( 500).

Токсичность продуктов горения(определяется экспериментально по значению показателя токсичности продуктов горения – отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50% подопытных животных, г/м 3 ):

Классификация строительных материалов по токсичности продуктов горения

Показатель токсичности продуктов горения в зависимости от времени экспозиции

На основании приведенных показателей пожарной опасности строительных материалов устанавливается интегральный показатель – класс пожарной опасности строительного материала (таблица 1.4).

Классы пожарной опасности строительных материалов

Свойства пожарной опасности строительных материалов

Классы пожарной опасности строительных материалов в зависимости от групп

Строительные конструкции классифицируются по огнестойкости и пожарной опасности.

Огнестойкость – свойство строительной конструкции сопротивляться действию огня при пожаре до наступления одного или нескольких предельных состояний.

Численной характеристикой огнестойкости является предел огнестойкости (мин, не менее):15; 30; 45; 60; 90; 120; 150; 180; 240; 360, который характеризует время с момента начала теплового воздействия на конструкцию до наступления одного или нескольких предельных состояний:

R – по потере несущей способности (обрушение несущей конструкции);

E – по потере целостности конструкции (появление в ограждающей конструкции трещин, через которые дымовые газы могут проникнуть на пути эвакуации или в помещение, где находятся люди);

I – по потере теплоизолирующей способности (нагрев поверхности конструкции свыше установленных пределов).

По сути, предел огнестойкости характеризует время, доступное для безопасной эвакуации людей из здания в случае пожара.

Пожарная опасность строительной конструкции характеризует степень участия строительных конструкций в развитии пожара и их способность к образованию опасных факторов пожара (таблица 1.5):

Теплоизоляционными называют строительные материалы, которые обладают малой теплопроводностью и предназначены для тепловой изоляции строительных конструкций жилых, производственных и сельскохозяйственных зданий, поверхностей производст¬венного оборудования и агрегатов (промышленных печей, турбин, трубопроводов, камер холодильников и пр.). Эти материалы имеют небольшую среднюю плотность — не выше 600 кг/м , что достигается повышением пористости.

Содержание

Прикрепленные файлы: 1 файл

Содержание закревская.doc

Теплопроводность…………………………………… ……………………..4-6
Плотность……………………………………………………… ……………6-9
Пористость…………………………………………………… ……………9-10
Влажность……………………………………………………… …………….10
Водопоглощаемость………………………………… …………………. 11-12
Паропроницаемость, водопроницаемость, водоустойчивость………. 12-13
Теплоустойчивость………………………………… …………………….14-16
Химическая и биологическая устойчивость……………………………16-17
Огнестойкость…………………………………………… ……………….17-19
Звукопоглощение и звукоизоляция……………………………………..1 9-20

Список используемой литературы………………………………………….22

Теплоизоляционными называют строительные материалы, которые обладают малой теплопроводностью и предназначены для тепловой изоляции строительных конструкций жилых, производственных и сельскохозяйственных зданий, поверхностей производственного оборудования и агрегатов (промышленных печей, турбин, трубопроводов, камер холодильников и пр.). Эти материалы имеют небольшую среднюю плотность — не выше 600 кг/м , что достигается повышением пористости.

В строительстве тепловая изоляция позволяет уменьшить толщину ограждающих конструкций (стен, кровли), снизить расход основных материалов (кирпича, бетона, древесины), облегчить конструкции и понизить их стоимость, уменьшить расход топлива в эксплуатационный период. В технологическом и энергетическом оборудовании тепловая изоляция снижает потери теплоты, обеспечивает необходимый температурный режим, снижает удельный расход топлива на единицу продукции, оздоровляет условия труда. Чтобы получить достаточный эффект от применения тепловой изоляции, в инженерных проектах производятся соответствующие тепловые расчеты, в которых принимаются конкретные разновидности теплоизоляционных материалов и учитываются их теплофизические характеристики. Эти мероприятия позволяют успешно решать проблему экономии топливно-энергетических ресурсов.

Теплоизоляционные материалы, как правило, имеют характерные свойства, благодаря которым они способны прослужить долгое время даже при жесткой эксплуатации. А качественная изоляция позволяет использовать меньший коэффициентом теплового обмена, что снижает нагрузку на компрессор.

Базовой характеристикой, которая должна быть присуща теплоизоляционному материалу, является низкая теплопроводность.
Теплопроводность характеризуется количеством теплоты (Дж), проходящей в течение 1 ч через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м 2 , при разности температур на противоположных плоскопараллельных поверхностях в 1 К.

Теплопроводность — способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на противоположных поверхностях. Различные материалы проводят теплоту по-разному: одни быстрее (например, металлы), другие медленнее (теплоизоляционные материалы).

Теплопроводность обозначают буквой ƛ (лямбда) и выражают в Вт/(м К). К теплоизоляционным относят материалы с теплопроводностью не более 0,175 Вт/(м • К) при средней температуре слоя 298 К и влажностью, нормированной ГОСТами или ТУ. Коэффициент теплопроводности базовых конструкций должен лежать в пределах 0,03-0,04 Вт/(м*К)

Теплопроводность зависит от средней плотности материала (с увеличением средней плотности теплопроводность возрастает), его структуры, пористости, влажности и средней температуры слоя материала. С увеличением влажности материала теплопроводность резко возрастает, при этом понижаются его теплоизоляционные свойства. Поэтому все теплоизоляционные материалы хранят в помещении или под навесом, а в теплоизоляционной конструкции защищают от попадания влаги покровным слоем.

Теплопроводность определяют на специальном приборе Между термостатированными плитами 1 и 3, при помощи которых создают и поддерживают необходимую разность температур, устанавливают образец 2 размером 250 х 250 мм, толщиной 10—50 мм. Между образцом и нижней плитой 1 помещают теплоэлектрические преобразователи; 5 - тепломер; 6 - теплоизолиро ка. Температуру на поверхностях измеряют термоэлектрическими преобразователями (по две термопары (4) на каждую сторону образца). Поток теплоты создается сверху вниз.

При испытании образец 2 укладывают на тепломер и плотно прижимают верхней термостатированной плитой 3, устанавливают температуру верхней и нижних плит 1,3 в зависимости от условий эксплуатации материала и затем вычисляют теплопроводность по формуле

где q—тепловой поток, проходящий через образец площадью 1 м 2 , Вт/м 2 ; 8—толщина образца, м; t₂ —температура соответственно верхней и нижней поверхностей образца, К.

Полученное значение теплопроводности относится к средней температуре / испытаний. Теплопроводность конструкции выше, чем теплопроводность самого материала, за счет наличия крепежных деталей, увеличения средней плотности вследствие уплотнения (для волокнистых материалов) и т. д.

Теплоемкость — способность материала при нагревании поглощать теплоту. Теплоемкость определяется отношением количества теплоты, сообщаемого телу, к соответствующему изменению температуры:

где С—теплоемкость тела, Дж/К; Q — количество теплоты, сообщаемое телу, Дж; Т — изменение температуры при нагревании тела, К.

Удельной теплоемкостью называется отношение теплоемкости к массе тела:

где с — удельная теплоемкость тела, Дж/(кг-К); т — масса тела, кг.

По основной теплофизической характеристике — теплопроводности — теплоизоляционные материалы делят на три класса: А — малотеплопроводные, Б — среднетеплопроводные и В — повышенной теплопроводности. Классы отличаются величиной теплопроводности материала, а именно: при средней температуре 25°С материалы класса А имеют теплопроводность до 0,06 Вт/(м-К), класса Б — от 0,06 до 0,115 Вт/(м-К), класса В — от 0,115 до 0,175 Вт/(м-К).

Наблюдаются исключения из этой зависимости, когда с повышением температуры материала теплопроводность его не повышается, а снижается, например у магнезитовых огнеупоров, металлов.

Другое свойство это средняя плотность – ее величина вычисляется отношением массы вещества к занимаемому им объему. Она определяется как соотношений кг/м3. Плотность определяют по формуле:

где т — масса материала, кг (г, т); V— объем, занимаемый этим материалом, м 3 (см 3 ).

У теплоизоляционных материалов средняя плотность гораздо ниже плотности большинства строительных материалов, это обусловлено большой пористостью теплоизоляционных материалов. В настоящее время в строительстве применяются теплоизоляционные материалы, плотность которых составляет от 17 до 600 кг/м3, в зависимости от их назначения.

Теплоизоляционные свойства тем лучше, чем меньше средняя плотность сухого материала при температурном режиме, свойственном ограждающим конструкциям зданий.

Средняя плотность — величина, определяемая отношением массы т тела или вещества ко всему занимаемому объему V, включая имеющиеся поры и пустоты. Среднюю плотность р (г/см 3 , кг/м 3 ) для штучных изделий, рулонных и шнуровых материалов, изделий и материалов с плоской поверхностью в состоянии естественной влажности вычисляют по формуле (ГОСТ 17177—94)

где W— массовая влажность изделия или материала, %.

Знание плотностной характеристики теплоизоляционного материала дает массу информации о его теплоизоляционных и прочностных свойствах. Чем меньше средняя плотность материала, тем меньше его теплопроводность. Однако, чем меньше этот показатель, тем хуже его монтажная прочность и часто больше водопоглощение, а следовательно, такая конструкция может быть менее долговечна. Для различных теплоизоляционных материалов в условиях работы в конкретной конструкции имеется свой оптимум по средней плотности.

Поскольку пористость непосредственно влияет на величину средней плотности, теплоизоляционные материалы обычно различают не по пористости, а по средней плотности. Их делят на три группы: особо легкие OJI (и наиболее пористые), имеющие марку по средней плотности (в кг/м 3) в сухом состоянии 15, 25, 35, 50, 75 и 100; легкие (Л) — 125, 150, 175, 200, 225, 300 и 350 и тяжелые (Т) — 400, 450, 500 и 600. Материалы, имеющие среднюю плотность между указанными марками, относят к ближайшей большей марке. При средней плотности 500—700 кг/м 3 материалы используют с учетом их несущей способности в конструкциях, т. е. как конструкционнотеплоизоляционны е.

Для определения средней плотности необходимо знать массу материала в состоянии естественной влажности, его объем и влажность. Массу материала находят взвешиванием, а влажность — высушиванием образца при температуре (105 ± 5)°С. Объем образца материала определяют одним из следующих методов.

Объем штучных, рулонных и шнуровых изделий вычисляют по формулам на основании линейных размеров.

Толщину уплотняющих минераловатных и стекловолокнистых изделий (плит, прошивных матов) измеряют толщиномером.

Масса диска 4 с трубкой 3 толщиномера создает удельные нагрузки, предусмотренные соответствующими стандартами (ГОСТами) или техническими условиями (ТУ) на эти материалы. Так, для изделий, не содержащих связующее вещество, удельная нагрузка равна 0,0001 МПа. Для изделий, содержащих связующее вещество и имеющих плотность не более 175 кг/м 3 , — 0,0005 МПа. Для изделий, содержащих связующее вещество и имеющих плотность более 175 кг/м 3 , удельная нагрузка равна 0,002 МПа.

Объем рыхлых волокнистых материалов (минеральной и стеклянной ваты) определяют на специальном приборе, который металлическим диском 2, создающим удельное давление 0,002 МПа, уплотняет материал. В цилиндре 1 прибора помещают горизонтальными слоями испытуемый материал массой 0,5 кг; на него с помощью подъемного устройства допускают металлический диск и выдерживают в таком состоянии в течение 5 минут. Затем по шкале, нанесенной на стержень 3, замеряют высоту h и подсчитывают объем V nо формуле

где R — радиус цилиндра, м; h — высота сжатого слоя материала в цилиндре, м.

Плотность сыпучих зернистых материалов (вспученных перл итов, вермикулита, совелита- порошка и др.) определяют отношением массы материала, засыпанного в мерный сосуд, к объему этого сосуда.

Пробу материала насыпают через воронку (рис. 2.3) с высоты 10 см в предварительно взвешенный сосуд до образования над его верхом конуса, который удаляют без уплотнения вровень с краями сосуда линейкой. Этот сосуд с материалом взвешивают.

Плотность пробы р, кг/м 3 , вычисляют по формуле

где т₁ — масса мерного сосуда, кг; т₂ — то же с пробой, кг; V— объем мерного сосуда, м 3 ; W— влажность пробы материала, %.

Пористость — степень заполнения объема материала порами. Истинной, или общей, пористостью изделия П_н (%) называют отношение объема пор К_пор к полному объему изделия:

Истинная пористость может быть подсчитана по формуле

где р₀б — объемная масса изделия, г/см 3 ; р — плотность изделия, г/см 3 .

Известно, что чем меньше средняя плотность материала, тем лучше его теплоизоляционные свойства при средней температуре (20—25 °С) слоя. Это определяется высокой пористостью материалов, т. е. наличием большого количества воздуха в порах, у которого очень низкая теплопроводность (0,027 Вт/(м • К) при температуре 20 °С в спокойном состоянии).

Теплоизоляционные свойства материалов зависят не только от числового значения пористости, но и от вида материала, структуры пор, их размеров и формы, степени равномерности расположения пор в материале, а также от того, являются ли поры закрытыми или сообщаются одна с другой и с окружающим воздухом (открытая пористость). Наилучшими теплоизоляционными свойствами обладают материалы с равномерно расположенными мелкими порами.

От пористости зависят основные свойства материалов: теплопроводность, водопоглошение, морозостойкость, прочность

Пористость теплоизоляционных материалов может составлять до 90 и даже до 98%, а супертонкое стекловолокно имеет пористость до 99,5%. Между тем такие конструкционные материалы, как тяжелый цементный бетон, имеет пористость до 9— 15%, гранит, мрамор — 0,2—0,8%, керамический кирпич -25—35%, сталь — 0, древесина.

Еще одним свойством является влажность – накопление жидкости в материале. Теплопроводность теплоизоляционных и строительных материалов значительно растет с увеличением влажности.

Читайте также: