2.2 Теплофизические свойства

Теплопроводность – свойство материала передавать через толщу теплоту при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал.

Теплопроводность материала оценивается количеством теплоты, проходящей через стену из испытываемого материала толщиной 1 м за время 1 час при разности температур противоположных поверхностей стены 1⁰С – коэффициент теплопроводности,  (Вт /м ^оС). Теплопроводность материала зависит от природы самого материала, его строения, характера и вида пор, плотности, влажности, а также средней температуры, при которой происходит передача теплоты. На практике о теплопроводности материала судят по его плотности. Известна формула В.П. Некрасова, связывающая теплопроводность  (Вт/м ^оС) с относительной плотностью материала d:

 = 1,16 √ 0.0196 + 0,22d² - 0,16, Вт /м ^оС. (15)

Материал кристаллического строения обычно более теплопроводен, чем материал аморфного строения. Если материал имеет слоистое или волокнистое строение, то теплопроводность его зависит от направления потока теплоты по отношению к волокнам (слоям), например, теплопроводность древесины вдоль волокон в 2 раза больше, чем поперек волокон. Влага, попадающая в материал, увеличивает теплопроводность, так как теплопроводность воздуха =0,023 Вт /м^оС, воды -=0,58 Вт /м^оС, т.е. в 25 раз больше воздуха. Замерзание воды в порах с образованием льда еще больше увеличивает теплопроводность, так как теплопроводность льда= 2,3 Вт /м^оС, т.е. в 4 раза больше, чем воды. Для получения материала с низким значением теплопроводности стремятся создать мелкие закрытые поры, чтобы снизить количество теплоты, передаваемой конвекцией и излучением.

Плотность, пористость и теплопроводность (средние значения) распространенных строительных материалов представлены в табл. 1.

Таблица 1

Наименование материала	Истинная плотность, кг/м3	Средняя плотность, кг/м3	Пористость, %	Теплопроводность, Вт / (м0С) (среднее значение)
Бетон: тяжелый легкий ячеистый	2600 2600 2600	1800-2400 600-1800 300-900	от 30 до 80 от 70 до 300 от 88 до 65	1,16 0,33 0,2
Кирпич: обыкновенный пустотелый	2650 2650	1800 1300	30 50	0,8 0,55
Природные камни: гранит пеностекло	2700 2700	2670 1400	1,4 52	2,8 0,5
Стекло: оконное пеностекло	2650 2650	2650 300	0 88	0,58 0,11
Полимерные материалы: стеклопластик пенополистирол	2000 1200	2000 25	0 98	0,5 0,03
Древесные материалы сосна дуб	1530 1530	500 900	67 50	0,17 0,18

Теплоемкость – свойство материала поглощать при нагревании тепло.

Характеризуется теплоемкость удельной теплоемкостью. Удельная теплоемкость представляет собой количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг материала на 1 ^оС:

С = Q / [m (t₂ – t₁)], Дж/ (кг ^оС) (16)

где Q – количество тепла, затраченное на нагревание материала от температуры t₁ до t₂ , Дж; m – масса материала, кг.

Удельная теплоемкость стали С = 460 Дж/ (кг ^оС), тяжелого бетона С = 800…900 Дж/ (кг ^оС); лесных материалов С = 2380…2720 Дж/ (кг ^оС), воды С = 4190 Дж/ (кг ^оС). Вода имеет наибольшую теплоемкость, поэтому с повышением влажности материалов их теплоемкость возрастает.

Теплоемкость материалов учитывают при расчетах теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, подогрева составляющих бетона и раствора для зимних работ. А также при расчете печей, сушильных агрегатов и т. д.

Огнеупорность – свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не размягчаясь и не деформируясь.

Материалы по степени огнеупорности подразделяют на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. К огнеупорным относят материалы, выдерживающие продолжительное воздействие температуры от 1580 ^оС и выше. Их применяют для внутренней футеровки (облицовки) промышленных печей (шамотный кирпич). Тугоплавкие материалы выдерживают температуру 1350-1580 ^оС (гжельский кирпич для кладки печей). Легкоплавкие имеют огнеупорность ниже 1350 ^оС (обыкновенный глиняный кирпич).

Огнестойкость – свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определенного времени.

Пожар – неконтролируемое горение, приводящее к ущербу.

По степени огнестойкости строительные материалы делят на негорючие (несгораемые) и горючие (трудносгораемые и сгораемые).

Горючесть - способность веществ и материалов к развитию горения.

Негорючие материалы (неорганические материалы) при действии огня и, соответственно, высокой температуры не воспламеняются, не тлеют, и не обугливаются – бетонные и железобетонные изделия и конструкции, кирпич керамический, гранит, сталь и др. Однако необходимо учитывать, что некоторые негорючие материалы при пожаре растрескиваются (гранит) или сильно деформируются (металлы) при температуре, начиная с 600 ^оС. Поэтому конструкции из таких материалов при необходимости приходиться защищать более огнестойкими материалами.

Горючие строительные материалы (органические материалы) в зависимости от значений параметров горючести (температуре дымовых газов, степени повреждения по длине, %, степени повреждения по массе, %, продолжительности самостоятельного горения, секунды, подразделяют на четыре группы Г1, Г2, Г3, Г4.

Трудносгораемые материалы (Г1) под воздействием огня тлеют, но после прекращения действия огня их горение и тление прекращается (пропитанная антипиренами древесина, фибролит, некоторые пенопласты.

Сгораемые материалы (Г2, Г3, Г4) под воздействием огня или высоких температур воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня. К таким материалам в первую очередь следует отнести дерево, войлок, рубероид и др.