1.4. Теплофізичні та фізико-механічні властивості будівельних матеріалів.

Теплопровідність - це здатність матеріалу передавати теплоту від однієї поверхні до іншої при наявності різниці температур на цих поверхнях. Така здатність характеризується коефіцієнтом теплопровідності , Вт/(мК⁰):

( 17 )

де q - поверхнева густина теплового потоку, Вт/м²;  - товщина матеріалу, м ; Т - різниця температур на ділянці завтовшки , К⁰; Q - кількість теплоти, Дж; F - площа перерізу, м²;  - тривалість проходження теплового потоку.

З усіх природних і штучних речовин повітря має найменшу теплопровідність

Значення  залежить від ступеня пористості й характеру пор, структури, вологості, температури, а також від виду матеріалу. Найбільше на теплопровідність впливає пористість.

Будівельні матеріали з дрібними та закритими порами менше теплопровідні, тоді як матеріали з великими та сполученими порами характеризуються вищим  (виникає рух повітря, конвекція).

Для орієнтовного визначення теплопровідності  для матеріалів мінерального походження існує емпірична формула В.П.Некрасова:

, ( 18 )

де d - відносна густина.

З теплопровідністю пов’язаний термічний опір R_б:

R_b =    ( 19 )

де R_б - термічний опір одношарової огороджувальної конструкції,  - товщина стінового матеріалу, м.

Від значення термічного опору залежить товщина зовнішніх стін і витрата палива на опалення будівель.

Для граніту  = 2,8…3,0 Вт/м·К⁰ , важкого бетону - 1,1...1,5; цегли керамічної - 0,7...0,8.

Теплоємність - це здатність матеріалу під час нагрівання поглинати теплоту. Вона характеризується питомою теплоємністю, тобто кількістю теплоти, необхідної для нагрівання одиниці маси на 1^о,

, ( 20 )

де Q - кількість теплоти, необхідної для нагрівання матеріалу, Дж; т - маса матеріалу, кг; t₂ і t₁ - відповідно кінцева й початкова температури нагрівання, К⁰.

Для житлових і опалювальних будівель вибирають матеріали з невеликим коефіцієнтом теплопровідності, але з вищою питомою теплоємкістю С. Наприклад, питома теплоємність кам’яних природних і штучних матеріалів становить 0,76...0,92 , сухої деревини 2,7...3,0. Тому дерев’яні стіни акумулюють більше теплоти, ніж кам’яні, а згодом можуть віддавати її всередину приміщення.

Теплостійкість - це здатність матеріалу витримувати нагрівання до певної температури (нижчої за температуру плавлення) без переходу в пластичний стан. Так, наприклад, бітуми розм’якшуються при t = 45...90 С⁰ скло - 750...900 С⁰.

Важливо знати значення теплостійкості для того, щоб визначити температурні режими експлуатації будівельних матеріалів.

Термічна стійкість - це здатність матеріалу витримувати поперемінне нагрівання й охолодження (певний цикл) без руйнування.

Термічна стійкість залежить від ступеня однорідності матеріалу, його природи й значення температурного коефіцієнта розширення, причому чим останній менший, тим вища термічна стійкість матеріалу.

Термічно стійкі матеріали - шамот, базальт, клінкер; термічно нестійкі - кварц, граніт, скло.

Вогнестійкість - це здатність матеріалу витримувати дію високих температур або вогню й води (під час пожеж), не руйнуючись. За ступенем вогнестійкості будівельні матеріали поділяють на три групи:

- неспалимі – це матеріали, які під дією вогню чи високих температур не горять, не тліють і не обвуглюються (мінеральні вати);

- важкоспалимі – це матеріали, які під дією вогню або високих температур злегка займаються, тліють та обвуглюються, а коли віддаляється джерело вогню, ці процеси припиняються (асфальтобетон);

- спалимі - це матеріали, які під дією вогню або високої температури займаються або тліють. Ці явища тривають і тоді, коли усунуто джерело вогню (деревина).

Границя вогнестійкості характеризується проміжком часу від початку займання до виникнення в конструкції граничного стану (несуча здатність, поява тріщин).

Вогнетривкість - це здатність матеріалу витримувати тривалу дію високих температур, не деформуючись і не розплавляючись. Використовуються при спорудженні печей, труб, котельних.

Залежно від максимальної температури експлуатації ці матеріали поділяють на:

- вогнетривкі, що витримують t  1580 С⁰ (шамот);

- тугоплавкі, що працюють в інтервалі t = 1350 - 1580 С⁰ ;

- легкоплавкі, із вогнетривкістю менш як 1350 С⁰ (цегла керамічна).

Жаростійкість - це здатність матеріалу витримувати тривале нагрівання до температури 1000 С⁰ без втрати або з частковою втратою міцності. До жаростійких матеріалів належать цегла, жаростійкий бетон, сталь.