Степень упругости теплоизоляционных материалов характеризуется: Функциональные свойства теплоизоляционных материалов и изделий

Функциональные свойства теплоизоляционных материалов и изделий

ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Теплопроводность — важнейшая характеристика тепло­изоляционных и теплоизоляционно-конструкционных материалов. Размерность теплопроводности — Вт/(м-К) или Вт/(м-°С).

В литературе можно встретить старую размерность теплопро­водности— ккал/(м-ч-°С). Соотношение между старыми и между­народными единицами теплопроводности таково: 1 Вт/(м-°С) = = 0,86 ккал/(м-ч-°С) или 1 ккал/(м-ч-°С) = 1,163 Вт/(м-°С).

Из основного закона распространения теплоты путем тепло­проводности, установленного Фурье, следует, что

25-. (4-і)

(F хЫ) 4 ‘

Где Q — количество теплоты; 6 — толщина материала; F — площадь сечения, перпендикулярная тепловому потоку, х — время прохож­дения теплового потока; Дt — разность температур на противопо­ложных стенках материала.

Исходя из современных представлений о природе теплопереда­чи, Дебай преобразовал выражение теплопроводности:

= Ы, (4.2)

Где с — удельная теплоемкость тела при постоянном объеме; ю — скорость распространения волн; / — средняя длина свободного про­бега волны (по аналогии с кинетической теорией газов).

Это выражение Дебая справедливо с определенными поправ­ками для твердых, жидких и газообразных тел и позволяет объяс­нить различную теплопроводность материалов в зависимости от их агрегатного состояния и строения

11.1 практике теплопроводность определяют экспериментально с помощью малоииерцноиного тепломера и рассчитывают по резуль­татам измерений температурного градиента за определенный ин­тервал времени в процессе нагрева образца.

В настоящее время сделаны небезуспешные попытки создания расчетных методов определения теплопроводности, учитывающих агрегатное состояние, структуру веществ и условия окружающей среды. Эти методы применяют главным образом для прогнозиро­вания теплопроводности при создании новых материалов с задан­ными свойствами.

Теплопроводность, Вт/(м-°С), различных материалов колеблет­ся в очень широких пределах, например: 0,024 — для воздуха в неподвижном состоянии при 0°С и 0,075 при 1000°С; 0,55 — для воды при 0°С и 0,7 при 100°С; 2,5 —для льда; 0,11…0,17 —для дерева; 0,45…0,8 — для керамического кирпича; 45…60 — для стали и чугуна; 418 — для серебра, т. е. теплопроводность воздуха почти в 18 тыс. раз ниже, чем серебра.

При этом следует отметить, что даже небольшие изменения химического состава веществ и их физического состояния приводят к существенному различию значений теплопроводности и, следова­тельно, требуют их учета.

Теплопроводность материалов зависит от следующих факторов:

Физического состояния и строения, которые определяются фазо­вым состоянием вещества; степенью кристаллизации и размерами кристаллов; анизотропией кристаллов и направлением теплового потока; объемом пористости материала и характеристиками порис­той структуры;

Химического состава и наличия примесей, которые осооенно влияют на теплопроводность кристаллических тел;

Условий эксплуатации материала, которые определяются темпе­ратурой, давлением, влажностью, наличием радиационного облуче­ния, интенсивностью съема теплоты с холодной поверхности ма­териала.

Влияние каждого из указанных факторов не равнозначно.

Значительное влияние на теплопроводность оказывает физиче­ское состояние тела. Чтобы объяснить это явление, кратко рас­смотрим механизм теплопроводности в твердых телах, жидкостях и газах с позиции квантовой теории. В этой теории предполагается, что колебания нормального вида квантуются по аналогии с фото­нами в теории света. Эти кванты называют фононами.

В твердых телах передача теплоты осуществляется путем взаи­модействия между тепловыми упругими колебаниями решетки или вследствие движения электронов и столкновения их с атомами. В металлах имеют место оба вида передачи энергии, чем и ооъяс няется их большая теплопроводность.

В неметаллах число свободных электронов, которые могли бы свободно двигаться по кристаллической решетке, незначительно, поэтому в них теплота передается главным образом за счет коле­баний решетки. Если бы эти колебания были полностью гармонич­ными, то сопротивления переносу теплоты не было и теплопровод­ность была бесконечно велика. Однако в реальных телах колеба­ния имеют ангармоничный характер. Ангармоничность колебании
приводит к взаимодействию фононов между собой, эквивалентному рассеиванию фононов волнами, в результате чего теплопроводность значительно снижается.

Для описания процесса удобно использовать понятие длины свободного пробега волны в твердых телах и длины свободного пробега молекул в жидкостях и газах, в которых перенос теплоты осуществляется вследствие столкновения молекул с различной ки­нетической энергией.

Таким образом, величина /, входящая в уравнение Дебая (4.2), для тпетых тел равня длине свободного пробега фононов, а для

Жидкостей и газов — длине свободного 1,Вт/(м °с) пробега молекул. — Тогда, рассматривая не­

Металлические тела кристаллического строения, можно объяснить влияние разме­ра кристаллов, моно — и поликристалличе — скнх структур тел, наличия или отсутствия дефектов в решетке, направленности тепло­вого потока по отношению к оптической оси кристалла, а в волокнистых материалах — к оси волокна на их теплопроводность.

Чем меньше длина свободного пробега фононов /, тем ниже должна быть тепло­проводность тела, т. е. она должна сни-

__ жаться с уменьшением размера монокрис-

Т,°С таллов, с увеличением дефектов кристалли­ческой решетки, в телах, сложенных из Рис. 4.1. Теплопровод- разнородных кристаллов (в поликристал — ность монокристалла и лических системах), при направленности поликристаллов сапфира теплового потока перпендикулярно опти­ческой оси кристалла или оси во­локна.

Исследования показали, что все положения справедливы. Например, установлено, что теплопроводность примерно пропорцио­нальна размеру кристалла (снижается по мере уменьшения разме­ров кристаллов), при направлении теплового потока вдоль оптиче­ской оси кристалла или вдоль волокон теплопроводность существенно больше, чем при перпендикулярной направленности (у кристалла кварца в диапазоне температур от —200 до 100 °С почти в 2 раза; такое же положение имеет место в древесине и асбесте). На рис. 4.1 показана теплопроводность монокристалла 1 и поликристалла 2 сапфира.

На теплопроводность кристаллических тел значительное влия­ние оказывает температура; с ее понижением К увеличивается. Следовательно, при повышении температуры теплопроводность та­ких тел падает (рис. 4.2) и наоборот.

Особенно замешое повышение теплопрородиостп наблюдается при огрііЦ;гіелі.!іі. і температурах, полому теплоизоляционные свойства материалов в этом случае резко ухудшаются (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Теплопроводность кварца при различных температурах

Направление теплового потока

К Вт/(м-°С), при температуре, «С

—100

Перпендикулярно оси кри — 27 сталла

Параллельно оси кри — 53,5 сталла

В стеклообразных материалах среднее расстояние действия упругой волны мало и равно лишь нескольким межатомным рас­стояниям. Поэтому их теплопроводность почти на порядок ниже, чем кристаллических. С повышением температуры в стеклообраз­ных материалах длина свободного пробега фононов изменяется не­значительно. Это объясняется тем, что при усилении тепловых ко­

Г, Вт/(м»С)

Г, Вт (м — ‘с) > Рис. 4.2. Характер изменения теплопроводности монокри­сталла кварца в зависимости от абсолютной температуры

Рис. 4.3. Характер изменения теплопроводности аморфного кварца в зависимости от абсо­лютной температуры

Лебаний увеличивается рассеивание фононов вследствие нерегуляр­ного расположения атомов. Поэтому теплопроводность таких материалов с повышением температуры возрастает (рис. 4.3).

Теплопроводность кристаллических тел можно понизить путем увеличения дефектов в их структуре или рекристаллизацией с уменьшением размера кристаллов и снижением их доли в материа­ле. Например, радиоактивное облучение создает точечные дефекты в структуре кристаллов, а при интенсивном облучении вызывает переход от кристаллического к стеклообразному состоянию, что и является причиной уменьшения I и снижения теплопроводности.

Теплопроводность жидкости тем больше, чем выше ее удельная теплоемкость — один из параметров, входящих в уравнение Дебая. При повышении температуры расстояние между молекулами в жидкостях увеличивается, плотность их уменьшается, теплопровод­ность падает. Исключение составляют вода, тяжелая вода и глице­рин. Чем ниже температура кипения жидкости (при нормальном давлении), зависящая от химического состава, тем быстрее умень­

шается теплопроводность с ростом температуры. Для различных жидкостей изменение теплопроводности колеблется в пределах 0,1…0,25% на 1°С.

В газах с повышением температуры наблюдается повышение теплопроводности Это связано с тем, что вязкость газов р и удель­ная теплоемкость с0 увеличиваются с повышением температуры, а между этими параметрами газов и теплопроводностью сущест­вует зависимость;

K^T..

Чем большее число атомов составляет молекулу газа, тем зна­чительнее. увеличение теплопроводности.

В соответствии с кинетической теорией газов их теплопровод­ность не должна зависеть от давления, если средняя длина свобод­ного пробега молекул между последовательными соударениями очень мала. Однако это условие не выполняется при очень низком давлении, когда абсолютное давление стремится к нулю, или при высоком давлении (>1 МПа). В первом случае толщина газового слоя становится меньше длины свободного пробега молекул, во втором — она уменьшается.

Эти особенности эффективно используют в засыпной вакуумной изоляции холодильных установок путем применения мелкозерни­стых засыпок, в которых формируются очень малые воздушные прослойки. Поэтому когда давление газа понижают, то толщина газового слоя в промежутках между мелкими зернами становится мизерной и средняя длина пробега молекул может превышать рас­стояние между частицами. В таких условиях теплопроводность си­стемы (зерна—воздух) ниже теплопроводности воздуха, запол­няющего межзерновые поры, при обычном давлении. Происходит скачок температуры, который затрудняет передачу теплоты, как если бы толщина газового слоя возросла на величину того же по­рядка что и удвоенная средняя длина свободного пробега молекул. При этом с понижением давления уменьшается передача теплоты путем теплопроводности.

Химический состав веществ оказывает существенное влияние на их теплопроводность. Вещества, простые по химическому составу и строению, более теплопроводны, чем сложные. Например, MgO имеет большую теплопроводность, чем Si02 и А120з, еще меньшей теплопроводностью обладают Ca0-Si02; 2Ca0-Si02 и муллит 3Al203-2Si02.

Примеси, как правило, уменьшают теплопроводность веществ, даже если сами они более теплопроводны, чем основное вещество. В данном случае играет роль усложнение структуры веществ.

Это явление характерно для материалов с кристаллическим строением и слабее выражено у стекловидных веществ.

Теплопроводность газов зависит от их молекулярной массы и числа атомов в молекуле. С повышением молекулярной массы теп­лопроводность падает, поскольку между ними при прочих равных

Условиях существует следующая зависимость:

Х=1 /Ж1’2.

С увеличением числа атомов в молекуле газа, т. е. с усложне­нием строения молекул, возрастает теплопроводность, в среднем этот прирост составляет 2% на каждый атом.

Таким образом, можно сделать вывод, что теплопроводность тел, находящихся в различных агрегатных состояниях, при прочих равных условиях увеличивается с повышением плотности, уменьша­ется с увеличением молекулярной массы, возрастает с повышением температуры кипения или плавления, с увеличением числа атомов становится меньше у кристаллических тел и больше у жидкостей и газов.

Поризация твердых материалов существенно снижает их тепло­проводность. Известно, что наименьшей теплопроводностью обла­дают газы (воздух), находящиеся в спокойном, т. е. в неподвиж­ном, состоянии, когда отсутствует конвективный перенос теплоты. В теплоизоляционном материале с мелкопористой структурой эти условия считаются обеспеченными, поэтому их теплопроводность тем ниже, чем больше доля пор в общем объеме материала (рис. 4.4).

На теплопроводность большое влияние оказывает вид пористой структуры материала. Наличие в материале сплошного каркаса из твердого вещества облегчает прохождение теплового потока, отсут­ствие такового оказывает большее сопротивление передаче теплоты.

Участками с наибольшим термическим сопротивлением при нор­мальной температуре являются поры, вследствие чего теплопере­дача наиболее интенсивно осуществляется по твердому каркасу теплоизоляционного материала при его наличии (в материале с ячеистой структурой). При отсутствии сплошного каркаса (в теп­лоизоляционных засыпках и волокнистых материалах) тепловой поток, проходя от одной твердой фазы к другой, сжимается вблизи места контакта этих частиц. При этом происходит интенсивное взаимодействие фононов друг с другом, что вызывает дополнитель­ное термическое сопротивление. Из этого следует, что материалы с ячеистой структурой при одном и том же составе твердой фазы должны характеризоваться большей теплопроводностью, чем с во­локнистой или зернистой структурами. Очевидно также, что умень­шение диаметра волокон и размера зерен увеличивает сопротивле­ние материала теплопередаче, снижает его теплопроводность, так как в этом случае число контактов между элементами структуры возрастает, а размеры пор уменьшаются. Эти положения четко подтверждаются экспериментальными данными (рис. 4.4 и 4.5) и широко используются на практике.

Размер и форма воздушных включений оказывают большое влияние на теплопроводность материала. В реальных материалах форма пор в большинстве случаев отличается от сферической. По-

Этому она оказывает влияние, особенно при крупнопористой струк­туре, на теплопроводность материала в зависимости от направле­ния потока по отношению к расположению пор (воздушных про­слоек) .

В этом случае наименьшая теплопроводность материала имеет место при расположении воздушных прослоек (пор) перпендику­лярно потоку теплоты. При этом стремятся уменьшить толщину и увеличить количество воздушных прослоек. При направленности теплового потока вдоль наиболь­шей оси воздушных включений термическое сопротивление мате-

Рис. 4.4. Влияние пористости материала Рис. 4.5. Влияние размера зер-

Н ее вида на теплопроводность: на стеклопора на теплопровод-

1 — мняералоеатные изделия; 2— мннераль — НОСТЬ ЗЗСЫПКИ ные материалы с ячеистой структурой

Риала снижается, так как в этом случае лишь уменьшается полез­ное сечение теплопередачи.

Если же поры малы, то направление теплового потока незначи­тельно отражается на изменении теплопроводности материала. Поэтому всегда стремятся создавать теплоизоляционные мате­риалы, характеризующиеся равномерно распределенной мелкопо­ристой структурой.

Ниже приведена зависимость между размером воздушных пор и теплопроводностью воздуха в них при /—10 °С.

Величина пор,

Мм……………………….. 0,1 I 2 4 5 8 10

К Вт/(м-°С) . . 0,026 0,029 0,038 0,041 0,044 0,053 0,063

Повышение теплопроводности воздуха по мере увеличения раз­мера пор объясняется ростом вклада конвективного переноса теп­лі
лоты. Особенно этот вид теплопередачи в воздушных порах воз­растает при повышенных температурах. Так, с повышением темпе­ратуры от 0 до 500°С передача теплоты через поры диаметром 1 и о мм возрастает соответственно в 5,3 и 11,7 раза.

Характер пористой структуры (степень замкнутости пор) влияет на теплопроводность теплоизоляционных материалов неоднозначно. Это влияние проявляется по-разному, в зависимости от темпера­туры среды. Кинетическая вязкость воздуха при снижении темпе­ратуры с 350 до —100 °С уменьшается в 10 раз. Воздух становится более текучим, за счет чего облегчается его конвекция внутри по­ристого теплоизоляционного материала. Поэтому для устройства тепловой изоляции, эксплуатируемой при отрицательной темпера­туре, предпочтительны материалы с мелкой замкнутой порис­тостью.

При невысоких положительных температурах воздух в тепло­изоляционном слое расширяется и в случае открытой пористости частично вытесняется из материала. Поэтому для ограждающих конструкций, работающих при невысоких положительных темпера­турах, целесообразно применять теплоизоляционные материалы с равномерно распределенной открытой пористостью. Но и в этом случае необходимо стремиться к уменьшению размеров пор.

При высоких температурах участвуют все три вида переноса теплоты. В данном случае конвекция существенно уменьшается в материалах с замкнутыми порами. Однако в таких материалах уве­личивается передача теплоты излучением. Поэтому вопрос об опти­мальной пористой структуре теплоизоляционного материала надо решать в зависимости от температурных условий службы с учетом превалирующего влияния того или иного вида теплопередачи, т. е. по результатам экспериментальных определений. Однако макси­мально возможное уменьшение размеров пор вне зависимости от их вида и в этом случае дает положительные результаты.

Теплоемкость — свойство материала поглощать теплоту при повышении температуры. Количественной характеристикой это­го свойства материалов яляется удельная теплоемкость с, показы­вающая, какое количество теплоты надо сообщить 1 кг данного ма­териала, чтобы повысить его температуру на 1 °С. Размерность удельной теплоемкости Дж/(кг-К) или Дж/(кг-°С).

Удельная теплоемкость материалов зависит от их природы и в значительно меньшей степени от объема пористости, что объяс­няется близкими абсолютными значениями с воздуха и большин­ства строительных материалов. Например, с воздуха и плотного бетона равна соответственно 1,04 и 0,92 кДж/(кг-сС). Удельная теплоемкость органических материалов значительно выше, чем ми­неральных. Так, у древесно-волокнистых плит она в 3,2 раза, у пенопластов в 1,8 раза выше, чем у минераловатных из­делий.

Удельная теплоемкость жидкостей значительно выше, чем твер­дых и газообразных веществ. Для воды она составляет почти 4 кДж/(кг-°С). Поэтому увлажнение материалов приводит к зна­чительному повышению их теплоемкости.

В технологии строительных материалов вообще и теплоизоля­ционных материалов, в частности, в большинстве случаев приме­няют увлажненные формовочные массы и тепловую обработку отформованных изделии. В данном случае снижение водосодержа — ння формовочных масс является эффективным фактором уменьше­ния энергозатрат на тепловую обработку. Это обстоятельство стре­мятся широко использовать на практике.

Па эксплуатационные свойства теплоизоляционных материален, особенно при стационарных тепловых режимах, удельная теплоем­кость существенно не влияет. Но теплоемкость ограждении, зави­сящая не только от величины с материала, из которого она выпол­нена, сколько от массы этого материала в конструкции, играет существенную роль. Примером этому может служить конструкция стен периодически действующи («Ожиговых печен кирпичного про­изволе гва.

В случае их исполнения из кирпичной кладки в соответствии с теплотехническим расчетом толщина стены принимается равной —1,5 м. Следовательно, на 1 м3 стены расходуется 1,5 м3 кирпича, т. е. масса 1 м2 стены составляет —2,7 т. Применяя керамвол со средней плотностью 600 кг/м3, характеризующийся высокой тепло­изолирующей способностью, уменьшают толщину стен печи до 0,3 м. При этом масса 1 м2 стены уменьшается до 180 кг, т. е. в 15 раз. Учитывая незначительную разницу в значениях удельной теп­лоемкости для обоих материалов, можно считать, что теплоемкость стены из керамвола в 15 раз ниже теплоемкости стены из кирпича.

При периодическом режиме работы печи это обстоятельство существенно сказывается на расходе теплоты, потребной для нагревания ограждений печи до заданной температуры.

Предельная температура применения — это свой­ство теплоизоляционных материалов характеризуется величиной tn, предельно допустимой для применения данного материала в ус­ловиях длительной эксплуатации. Эта температура несколько ниже температуростойкости материала, так как при ее назначении учи­тывают влияние деструктивных процессов, происходящих в мате­риалах при длительном воздействии высоких температур. Так, в стеклообразных материалах (минеральной, стеклянной вате, яче­истом стекле и др.) в условиях длительного воздействия повышен­ных температур возможны образование и рост кристаллов, что приводит к резкому возрастанию внутренних напряжений в стекле вплоть до его разрушения. Направленно изменяя вещественный со­став стекол, можно значительно повышать /п.

В полимерных или полимерсодержащих материалах происходит температурная деструкция высокомолекулярных соединений (об­рыв ценен, образованно поперечных связей), в результате чего прочность и эластичность полимерного связующего резко ухудша­ются В материалах на гидравлических вяжущих, а также в асбес — тосодержащих материалах при длительном воздействии повышен­ных температур происходит дегидратация минерального вяжущего н асбеста, что приводит к сбросу прочности и повышению хрупко­сти изделий.

Для материалов из органического сырья (камышит, торфяные плиты, ДВГІ и т. п.) tn назначают с учетом возможности возгорае­мости материалов в процессе эксплуатации. Ее можно повысить введением в состав материалов антипиренов.

Значення °С, для некоторых теплоизоляционных материалов: минеральная вата—-ООО, стеклянная вата — 450, огнеупорная мул — литокремнеземистая вата — 1150, пеностекло — 400, ячеистый бе­тон— 400…700, минераловатные изделия—60…180, торфопли — ты — 100, газонаполненные пластмассы — 60…180.

Пористость — одна из важнейших характеристик теплоизо­ляционных материалов, позволяющая оценивать долю (процентное содержание) газовой (воздушной) фазы в объеме материала. При­нято подразделять пористость на истиную (общую), открытую и закрытую.

Истиная пористость характеризует отношение общего объема всех пор к объему материала (в долях или процентах):

ПИ=П3 + ПК или

Где р и рср — соответственно плотность и средняя плотность мате­риала, кг/’м3, г/см3.

Открытая пористость Пк — отношение общего объема сообщаю­щихся пор к объему материала (определяется экспериментально путем водонасыщения).

Закрытая пористость П3, %, характеризует объем закрытых пор в объеме материала и рассчитывается исходя из формулы (4.6), т. е.

П3 = ПН-ПК.

Для зернистых материалов (засыпной теплоизоляции) введено понятие пустотности Уп. м, %. которая характеризует объем межзер­новой пористости:

Vn.„ = (l-P„/Pcp)100,

Где рн и рср — соответственно насыпная и средняя плотность зерен материала.

В табл. 4.2 приведены значения пористости для теплоизоляцион­ных материалов различной пористой структуры.

Объем истинной пористости определяется содержанием в мате­риале каркасообразующих элементов (волокон, зерен, мембран, образующих межпоровые перегородки в ячеистых. структурах), прочностью этих элементов и образованного ими-каркаса.»Чем вы-

Таблица 4.2. Значения пористости теплоизоляционных материалов Структура Материалы Пористость, % Истиная Открытая Закрытая Ячеистая Ячеистый бетон Пеностекло Пенопласты 85… 90 85… 90 92 …99 40… 50 2… 5 1 …55 40… 45 83… 85 45… 98 Волокнистая Минераловатные 85… 92 85 … 92 0 Зернистая Перлитовые 85 … 88 60… 65 22… 25

Ше прочность структообразующего материала и чем прочнее связи между элементами каркаса, тем больше может быть истипая по­ристость теплоизоляционного материала.

Для материалов с волокнистой и зернистой структурой значе­ния истинной пористости не являются величинами постоянными, так как даже при небольшой нагрузке П„ снижается за счет уплот — няемости. После снятия нагрузки у волокнистых материалов воз­можно частичное восстановление Пи за счет упругого последейст­вия волокон.

В технологии теплоизоляционных материалов применяют ряд приемов для повышения Пи. Для материалов с волокнистой струк­турой это достигается путем уменьшения диаметра волокон до предела, обеспечивающего малую сминаемость минеральной ваты, снижением содержания связующего в материале за счет повыше­ния его адгезионных и когезионных свойств, а также путем направ­ленного ориентирования волокон по отношению к нагрузке при эксплуатации материала. Для материалов с зернистой структу­рой— применением зерен монодисперсного гранулометрического состава, повышением их прочности, увеличением внутризерновой пористости, снижением расхода связующего путем уменьшения его вязкости, поризацней связующего. Цля материалов с ячеистой структурой — повышением прочность межпоровых перегородок и уменьшением их толщины.

Повышение общей пористости может быть также достигнуто конструкционными приемами, путем снижения эксплуатационной нагрузки на теплоизоляционный слой и конструкции.

Открытая пористость ухудшает эксплуатационные свойства теп­лоизоляционных материалов, являясь — причиной проникновения влаги и газов в глубь изделий. Это способствует резкому повыше­нию теплоемкости и теплопроводности теплоизоляции, интенсифи­кации химической и физической коррозии твердой фазы.

Закрытая пористость обеспечивает повышенную эксплуатацион­ную стойкость строительной теплоизоляции. При производстве теп­лоизоляционных материалов с ячеистой структурой П3 стремятся увеличить. Это достигается оптимизацией процесса порообразова­ния путем направленного регулирования его кинетики и реологиче­ских характеристик формовочных смесей.

Однако при устройстве высокотемпературной теплоизоляции предпочтение отдается материалам с волокнистой структурой, они намного лучше выдерживают резкие колебания температуры, так как элементы, слагающие их структуру, способны деформироваться без разрушения каркаса и релаксировать за счет этого темпера­турные напряжения.

Размер и форма пор оказывают существенное влияние не толь­ко на теплопроводность теплоизоляционных материалов, но и на их прочностные характеристики. Снижение размера пор в материалах с любой структурой до определенного предела в зависимости от прочности и степени связности каркасообразующего материала яв­ляется одним из эффективных приемов повышения прочности вы — сокопорнстых изделии.

Форма пор также оказывает влияние на прочность теплоизоля­ционного материала. Наилучшие показатели по прочности имеют ячеистые и зернистые материалы со сферическими порами и зерна­ми. Форма пор является причиной анизотропии свойств теплоизо­ляционных материалов. Материал с продолговатыми или эллиптиче­скими порами неравнопрочен. Его прочность ниже при приложении нагрузки параллельно короткой оси. Для теплопроводности же наблюдается обратная зависимость.

Заканчивая ремонт дома или обнаружив, что большая теплопотеря является следствием прохудившихся стен, мы задумываемся о том, как утеплить дом. Хочется отметить, что это не так сложно, как кажется на первый …

Каждый год в мире строится все больше и больше жилых домов. Новые технологии позволяют сделать нашу жизнь легче и комфортней. Но еще больше существует старых домов, которые нуждаются в ремонте. …

Так же как для теплоизоляционных материалов, вид пористой структуры и характеристика пористости являются определяющими показателями качества для акустических материалов. Их функциональные и строительно-эксплуатационные свойства тесно связаны с видом скелетообразующего материала …

Строительные материалы. Основные понятия

ЧАСТЬ 1.

Физико-механические и механические свойства строительных материалов.

Механические свойства строительных материалов

В строительстве при возведении зданий и сооружений применяются различные строительные материалы и изделия из них. Основными строительными материалами в промышленном и гражданском строительстве являются цемент, бетон, кирпич, камень, дерево, известь, песок, черные металлы, стекло, кровельные материалы, пластик и другие.

В настоящее время строительная индустрия развивается в направлении создания теплосберегающих строительных материалов. Наиболее перспективными энергосберегающими материалами считаются ячеистые бетоны и бетоны на легких заполнителях.

Материалы, которые не требуют дальних перевозок, добываются или вырабатываются вблизи района строительства, называются местными строительными материалами. К таким материалам обычно относятся песок, гравий, щебень, известь и т. д.

Источником производства строительных материалов служат природные ресурсы страны, которые в качестве строительных материалов могут использоваться в природном состоянии (камень, песок, древесина) или в виде сырья, перерабатываемого на предприятиях промышленности строительных материалов (полистирол, керамзит).

При изучении строительных материалов их можно классифицировать на такие виды: природные каменные материалы, вяжущие материалы, строительные растворы, бетоны и бетонные изделия, железобетонные изделия, искусственные каменные материалы, лесные материалы, металлы, синтетические материалы и т. д.

Все строительные материалы имеют ряд общих свойств, но качественные показатели этих свойств различны.

Физико-механические и механические свойства строительных материалов

Данную группу свойств составляют, во-первых, параметры физического состояния материалов и, во-вторых, свойства, определяющие отношение материалов к различным физическим процессам. К первым относят плотность и пористость материала, степень измельчения порошков, ко вторым — гидрофизические свойства (водопоглощение, влажность, водопроницаемость, водостойкость, морозостойкость), теплофизические (теплопроводность, теплоемкость, температурное расширение) и некоторые другие. Технические требования на строительные материалы приведены в Строительных нормах и правилах (СНиП).

Истинной плотностью, p_uназывается масса единицы объема материала, взятого в плотном состоянии. Для определения удельного веса необходимо вес сухого материала разделить на объем, занимаемый его веществом, не считая пор. Вычисляется она по формуле:

p

_u=m/V_a

где m — масса материала, V_a — объем материала в плотном состоянии.

Истинная плотность каждого материала — постоянная физическая характеристика, которая не может быть изменена без изменения его химического состава или молекулярной структуры.

Истинная плотность гранита 2,9 г/см³, стали — 7,85 г/см³, древесины — в среднем 1,6 г/см³. Так как большинство строительных материалов являются пористыми, то истинная плотность имеет для их оценки вспомогательное значение. Чаще пользуются другой характеристикой — средней плотностью.

Средней плотностью, p_c называется масса единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. вместе с порами и содержащейся в них влагой. Средняя плотность пористого материала, как правило,  меньше истинной. Отдельные материалы, такие как сталь, стекло, битум, а также жидкие, имеют практически одинаковые истинную и среднюю плотности. Среднюю плотность вычисляют по формуле:

Средняя плотность ячеистого бетона (пенобетона) находится в пределах от 300 кг/м³ до 1200 кг/м³ (ГОСТ 25485 — 89), а полистиролбетона от 150 кг/м³ до 600 кг/м³ (ГОСТ Р 51263 — 99). Изделия (блоки) из этих строительных материалов легки в обращении (штабелировании, транспортировке, кладке).

p

_c=m/V_e

где m — масса материала, V_e — объем материала.

Среднюю плотность сыпучих материалов — щебня, гравия, песка, цемента и др. — называют насыпной плотностью. В объем входят поры непосредственно в материале и пустоты между зернами.

Эту характеристику необходимо знать при расчетах прочности конструкций с учетом их собственного веса, а также для выбора транспортных средств при перевозках строительных материалов.

Относительная плотность, d — отношение средней плотности материала к плотности стандартного вещества. За стандартное вещество принята вода при температуре 4^оС, имеющая плотность 1000 кг/м³.

Пористостью, П называется отношение объема пор к общему объему материала. Пористость вычисляется по формуле

Современные энергосберегающие строительные материалы обладают высокими показателями пористости (до 95%) и, соответственно, низкой теплопроводностью. Это связано с тем, что воздух имеет наименьшую теплопроводность.

П=(1 — p

_c/p_u)*100

где p_c, p_u — средняя и истинная плотности материала.

Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах, начиная от 0 (сталь, стекло) до 95% (пенобетон).

Для сыпучих материалов определяется пустотность (межзерновая пористость). Истинная, средняя плотности и пористость материалов — взаимосвязанные величины. От них зависят прочность, теплопроводность, морозостойкость и другие свойства материалов. Примерные значения их для наиболее распространенных материалов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Наименование	Плотность, кг/м3		Пористость, %	Теплопроводность, Вт / (м * оС)
	истинная	средняя
Гранит	2700	2500	7,4	2,8
Вулканический туф	2700	1400	52	0,5
Керамический кирпич
— обыкновенный	2650	1800	32	0,8
— пустотелый	2650	1300	51	0,55
Тяжелый бетон	2600	2400	10	1,16
Пенобетон	2600	700	85	0,18
Полистиролбетон	2100	400	91	0,1
Сосна	1530	500	67	0,17
Пенополистирол	1050	40	96	0,03

Водопоглощением материала называется его способность впитывать и удерживать в своих порах воду. Оно определяется как разность весов образца материала в насыщенном водой и сухом состояниях и выражается в процентах от веса сухого материала (водопоглощение по массе) или от объема образца (водопоглащение по объему).

Водопоглощение определяют по следующим формулам:

Ячеистые бетоны (пенобетон, газобетон), как и бетоны на легких заполнителях (полистиролбетон, керамзитобетон) обладают невысокими показателями водопоглощения 6 — 8 %.

W

_M=(m_в— m_c)/m_c   и   W_o=(m_в— m_c)/V

где m_в — масса образца, насыщенного водой, m_c — масса образца, высушенного до постоянной массы, V — объем образца.

Между водопоглощением по массе и объему существует следующая зависимость:

W

_o=W_M*p_c

Водопоглощение всегда меньше пористости, так как поры не полностью заполняются водой.

В результате насыщения материала водой его свойства существенно изменяются: уменьшается прочность, увеличивается теплопроводность, средняя плотность и т. п.

Влажность материала W определяется содержанием воды в материале в данный момент, поэтому процент влажности ниже, чем полное водопоглощение. Она определяется отношением воды, содержащейся в материале в момент взятия пробы для испытания, к массе сухого материала. Влажность вычисляется по формуле:

W=(m

_вл— m_c)/m_c*100 

где, m_вл, m_с— масса влажного и сухого материала.

Водопроницаемостью называется способность материала пропускать воду под давлением. Водопроницаемость материала зависит от его пористости и характера пор. С водопроницаемостью сталкиваются при возведении гидротехнических сооружений, резервуаров для воды.

Обратной характеристикой водопроницаемости является водонепроницаемость — способность материала не пропускать воду под давлением. Очень плотные материалы (сталь, битум, стекло) водонепроницаемы.

Морозостойкостью называется способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения прочности.

Разрушение происходит из-за того, что объем воды при переходе в лед увеличивается на 9%. Давление льда на стенки пор вызывает растягивающие усилия в материале.

Морозостойкость материалов зависит от их плотности и степени заполнения водой.

Образцы испытываемого материала, в зависимости от назначения, должны выдержать от 15 до 50 и более циклов замораживания и оттаивания. При этом испытание считается выдержанным, если на образцах нет видимых повреждений, потеря в весе не превышает 5%, а снижение прочности не превосходит 25%.

Морозостойкость имеет большое значение для стеновых материалов, которые подвергаются попеременному воздействию положительной и отрицательной температуры, и измеряется в циклах замораживания и оттаивания.

Теплопроводностью называется способность материала проводить тепло. Теплопередача происходит в результате перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал.

Чем больше пористость и меньше средняя плотность, тем ниже коэффициент теплопроводности. Такой материал имеет большее термическое сопротивление, что очень существенно для наружных ограждающих конструкций (стен и покрытий). Материалы с малым коэффициентом теплопроводности называются теплоизоляционными материалами (минеральная вата, полистирол, пенобетон, полистиролбетон и др.) Они применяются для утепления стен и покрытий. Наиболее теплопроводными материалами являются металлы.

Значительно возрастает теплопроводность материалов с увлажнением. Это объясняется тем, что коэффициент теплопроводности воды составляет 0,58 Вт/(м*^оС), а воздуха 0,023 Вт/(м*^оС), т.е. превышает его в 25 раз. Коэффициенты теплопроводности отдельных материалов приведены в таблице 1.

Огнестойкостью называется способность материалов сохранять свою прочность под действием высоких температур. Сопротивление воспламенению определяется степенью возгораемости. По степени возгораемости строительные материалы делятся на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Полистиролбетон относится к слабогорючим материалам и имеет группу горючести Г1. Ячеистые бетоны не горючие материалы.

Несгораемые материалы не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К ним относятся каменные материалы (бетон, кирпич, гранит) и металлы.

Трудносгораемые воспламеняются с большим трудом, тлеют или обугливаются только при наличии источника огня, например фибролитовые плиты, гипсовые изделия с органическим заполнением в виде камыша или опилок, войлок, смоченный в глиняном растворе, и т. п. При удалении источника огня эти процессы прекращаются.

Сгораемые материалы способны воспламеняться и гореть или тлеть после удаления огня. Такие свойства имеют все незащищенные органические материалы (лесоматериалы, камыш, битумные материалы, войлок и другие).

Огнеупорностью называют свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не расплавляясь и не размягчаясь. По степени огнеупорности материалы подразделяют на следующие группы: огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. Огнеупорные выдерживают температуру 1580^оС и выше, тугоплавкие — 1350 — 1580^оС, легкоплавкие — менее 1350^оС. Огнеупорные материалы используются при сооружении промышленных печей, для обмуровки котлов и тепловых трубопроводов (огнеупорный кирпич, жаростойкий бетон и т. п.).

Механические свойства строительных материалов

К основным механическим свойствам материалов относят прочность, упругость, пластичность, релаксацию, хрупкость, твердость, истираемость и др.

Прочностью называется свойство материала сопротивляться разрушению и деформации от внутренних напряжений под действием внешних сил или других факторов (неравномерная осадка, нагревание и т.д.). Прочность материала характеризуют пределом прочности или напряжением при разрушении образца. При сжатии это напряжение определяется делением разрушающей силы на первоначальную площадь образца.

Различают пределы прочности материалов при сжатии, растяжении, изгибе, срезе и пр. Они определяются испытанием стандартных образцов на испытательных машинах.

Современные энергосберегающие конструкционные материалы, как правило, обладают достаточной прочностью на сжатие для возведения жилых помещений. Так, например, полистиролбетон плотностью 600 кг/м³ соответствует классу прочности В2. Ячеистый бетон плотностью 700 кг/м³ соответствует классу В2,5.

Важнейшим свойством бетона является прочность. Лучше всего он сопротивляется сжатию. Поэтому конструкции проектируют таким образом, чтобы бетон воспринимал сжимающие нагрузки. И только в отдельных конструкциях учитывается прочность на растяжение или на растяжение при изгибе.

Прочность при сжатии. Прочность бетона при сжатии характеризуется классом или маркой (которые определяют чаще всего в возрасте 28 суток). В зависимости от времени нагружения конструкций прочность бетона может назначаться и в другом возрасте, например 3; 7; 60; 90; 180 суток.

В целях экономии цемента, полученные значения предела прочности не должны превышать предел прочности, соответствующей классу или марке, более чем на 15%. Класс представляет собой гарантированную прочность бетона в МПа с обеспеченностью 0,95 и имеет следующие значения: B_b1 — B_b60, с шагом значений 0,5. Маркой называется нормируемое значение средней прочности бетона в кгс/см² (МПа*10).

При проектировании конструкции чаще всего назначают класс бетона, в отдельных случаях — марку. Соотношения классов и марок для тяжелого бетона по прочности на сжатие приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Класс	Bb, МПа	Марка	Класс	Bb, МПа	Марка
Bb3,5	4,5	Mb50	Bb30	39,2	Mb400
Bb5	6,5	Mb75	Bb35	45,7	Mb450
Bb7,5	9,8	Mb100	Bb40	52,4	Mb500
Bb10	13	Mb150	Bb45	58,9	Mb600
Bb12,5	16,5	Mb150	Bb50	65,4	Mb700
Bb15	19,6	Mb200	Bb55	72	Mb700
Bb20	26,2	Mb250	Bb60	78,6	Mb800
Bb25	32,7	Mb300

На прочность бетона влияет ряд факторов: активность цемента, содержание цемента, отношение воды к цементу по массе (В/Ц), качество заполнителей, качество перемешивания и степень уплотнения, возраст и условия твердения бетона, повторное вибрирование.

Истираемость — способность материалов разрушаться под действием истирающих усилий.  Эта характеристика учитывается при назначении материалов для пола, лестничных ступеней и площадок дорог.

перейти к второй части

Авторы статей «Строительная Лоция» сотрудники МП «ТЕХПРИБОР»
Векслер М.В.
Липилин А.Б.

С использованием материалов

Основы строительного дела.
Е.В. Платонов, Б.Ф. Драченко
ГОССТРОЙИЗДАТ УССР, Киев 1963.

Основные свойства строительных материалов.

Основные свойства

 строительных материалов.

 

Применяя тот или иной материал в строительстве, нужно знать его физико-механические свойства и учитывать те условия, в которых этот материал будет работать в строительной конструкции.

Основные свойства строительных материалов можно разделить на несколько групп.

К первой группе свойств относят физические свойства материалов : удельный вес, объёмный вес, плотность и пористость. От них в большой степени зависят другие важные  в строительном отношении свойства строительных материалов.

Вторую группу составляют свойства, характеризующие отношение строительного материала к действию воды и связанному с нею действию мороза : водопоглощение, влажность и отдача влаги, гигроскопичность, водопроницаемость, водо- и морозостойкость.

К третьей группе относятся механические свойства материалов : прочность, твёрдость, истираемость и др.

В четвёртую группу объединены свойства, характеризующие отношение материалов к действию тепла : теплопроводность, теплоёмкость, огнестойкость и огнеупорность. Помимо основных, различают ещё специальные свойства, присущие лишь отдельным видам строительных материалов.

Способность некоторых материалов сопротивляться разрушающему действию кислот, щелочей, солей и газов носит общее название химической (или коррозионной) стойкости.

Особую группу составляют так называемые технологические свойства, которые характеризуют способность материала подвергаться механической обработке. Например, древесина является материалом, легко поддающимся обработке. Строителю приходится считаться с этим свойством при выборе того или иного материала.

 

Физические и химические свойства

строительных материалов.

 

Удельным весом называется вес материала в единице объёма в плотном состоянии ( без пор ).

Объёмным весом называется вес единицы объёма материала в естественном состоянии ( вместе с порами ).

Объёмный вес рыхлых материалов ( песка, щебня ), определяемый без вычета пустот между их частицами, называют насыпным весом.

Плотностью материала называется степень заполнения его объёма твёрдым веществом, из которого материал состоит.

Пористостью называется отношение объёма пор к общему объёму материала.

По величине воздушных пор материалы разделяют на мелкопористые (поры имеют размеры в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупнопористые (размеры пор от десятых долей миллиметра до 1 — 2 мм).

Более крупные поры в изделиях или полости между кусками рыхло насыпанного сыпучего материала ( песок, щебень, гравий ) называют пустотами.

Пористость строительных материалов колеблется в очень широких пределах — от 0 ( сталь. стекло ) до 90 % ( плиты из минеральной ваты ).

Материал с высокой пустотностью и пористостью часто бывает наиболее лучшим теплоизоляционным материалом.

Водопоглощением называется степень заполнения объёма материала водой.

Отношение прочности насыщенного водой материала к прочности его в сухом состоянии называется коэффициентом размягчения материала. Этот коэффициент является весьма важным показателем, так как он характеризует водостойкость материала, который в условиях работы в сооружении может подвергаться действию воды.

Коэффициент размягчения колеблется в пределах от нуля ( у глинянных необожжённых изделий до единицы ( у материалов, не изменяющих своей прочности от действия воды, — стекла, стали, битумов ).

Каменные материалы ( природные и искусственные ) нельзя применять в сырых местах, если коэффициент их размягчения меньше 0,8. Материалы с коэффициентом размягчения больше 0,8 называют водостойкими.

Влагоотдачей называется свойство материала отдавать воду при изменении условий в окружающей среде. Влагоотдачу выражают посредством скорости высыхания материалов — количеством воды ( а процентах от веса или объёма стандартного образца материала ), теряемым в сутки при относительной влажности окружающего воздуха 60 % и температуре 20 градусов.

Влажность материала — весовое содержание воды в материале строительных конструкций ( значительно ниже, чем их полное водопоглощение ).

Водопроницаемостью называется способность материала пропускать воду под давлением.

Морозостойкостью называется способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное переменное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения прочности.

Плотные материалы без пор или с незначительной пористостью, поглощающие весьма мало воды, морозостойки.

Чтобы материал обладал морозостойкостью, коэффициент размягчения его должен быть не ниже 0,9.

Газопроницаемостью называется способность материала пропускать через свою толщу газ ( воздух ).

Газопроницаемость стен и других элементов сооружений можно значительно уменьшить, покрывая их масляными красками или битумными составами, а также производя их оштукатуривание.

Примеры : воздухопроницаемость кирпича —  0,35, цементно-песчанной штукатурки — 0,02, рубероида — 0,01.

Теплопроводностью называется способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разновидности температур на поверхностях, ограничивающих материал.

Степень теплопроводности очень важно знать для материалов. используемых при устройстве так называемых ограждающих конструкций зданий ( т.е. наружных стен, верхних перекрытий, полов в нижнем этаже ) и в особенности для теплоизоляционных материалов, назначение которых — способствовать сохранению тепла в помещениях и тепловых установках.

Коэффициент теплопроводности равен количеству тепла, в килокалориях, проходящего через стену толщиной 1 м, площадью 1 кв.м. за 1 час при разности температур на двух противоположных поверхностях стен в 1 град.

Теплопроводность материала зависит от степени его пористости, характера пор, вида материала, влажности, объёмного веса и средней температуры. при которой присходит передача тепла.

У пористых материалов тепловой поток проходит через их массу и через поры, наполненные воздухом. Теплопроводность воздуха очень низка ( 0,02 ), вследствие чего он оказывает большое термическое сопротивление прохождению теплового потока. Коэффициент теплопроводности сухих пористых материалов является промежуточной величиной между коэффициентами теплопроводности их вещества и воздуха. Чем больше пористость ( т.е. чем меньше объёмный вес материала ), тем меньше коэффициент теплопроводности.

Величина пор материала также оказывает влияние на коэффициент его теплопроводности. Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые. Материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами. Это объясняется тем, что при крупных и сообщающихся порах в них возникает движение воздуха, сопровождающееся переносом тепла ( конвекция ) и повышением суммарного коэффициента теплопроводности.

В таблице 1 приведены коэффициенты теплопроводности теплоизоляционных материалов и для сравнения — коэффициенты теплопроводности некоторых других строительных материалов.

 

Таблица 1.

Материалы	Объёмный вес,  кг/куб.м.	Коэффициент теплопроводности, ккал/м.час.град
Минеральная вата	200 - 400	0,05 — 0,08
Торфяные плиты	300	0,08
Древесноволокнистые плиты	300	0,07
Пробковые плиты	150	0,04
Поропласты	20	0,03
Асбозурит	400 - 800	0,08 — 0,20
Газостекло	250 - 300	0,05 — 0,07
Совелит	350 - 500	0,08 — 0,10
Гранит	2600	2,5
Кирпич	1800	0,7
Бетон	2000 — 2400	1,10 — 1,30

 

Теплоёмкостью называют свойство материала поглощать определённое количество тепла при нагревании.

Коэффициент теплоёмкости представляет собой количество тепла в килокалориях, необходимое для нагревания 1 кг. данного материала на 1 градус.

Природные и искусственные каменные материалы имеют коэффициент теплоёмкости в пределах от 0,18 до 0,22, лесные материалы — от 0,57 до 0,65. У металлов коэффициент теплоёмкости относительно не высок, например, у стали он равен 0,11.

Теплоёмкость материалов имеет значение в строительстве при проверке теплоустойчивости стен и перекрытий и расчёте подогрева материалов для зимних бетонных и каменных работ, а также при расчёте печей.

Под теплоустойчивостью стен и перекрытий понимают их способность сохранять на внутренней поверхности более или менее постоянную температуру, несмотря на колебания теплового потока вследствие неравномерной работы отопления. Суточные колебания температуры в жилых зданиях не должны превышать 6 градусов.

При топке печей у поверхностей стен или перекрытий, обращённых внутрь здания, создаётся запас тепла, вследствие чего внутри помещений температура значительно не повышается. По окончании топки запас тепла, накопленный в стенах и перекрытиях, расходуется на подогрев воздуха, чем и выравнивается в помещениях температура воздуха.

Для стен и перекрытий жилых и отапливаемых зданий желательно применять материалы с возможно более низким коэффициентом теплопроводности и возможно более высоким коэффициентом теплоёмкости. Такими свойствами обладают, в частности, лесные материалы, которые широко применяют для стен и перекрытий отапливаемых зданий.

Удельная теплоёмкость каменных материалов ( камень, кирпич, бетон, шлак, стекло и др. ) находится в пределах 0,18 — 0,22. Лесные и другие органические материалы имеют значительно большие коэффициенты теплоёмкости, например:

	шевелин………………………………………..	0,45
	древесина сосны и ели……………………	0,65
	древесина дуба………………………………	0,57
	рубероид……………………………………….	0,36
	камышит……………………………………….	0,36
	торфяные плиты…………………………….	0,50.

 

Огнестойкостью называется способность материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур и воды ( при пожарах ). По огнестойкости строительные материалы делят на три группы : несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Огнеупорностью называют свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не расплавляясь.

При устройстве различных отопительных установок ( печей, труб, при обмуровке котлов и пр.) используются строительные материалы, которые могут не только выдерживать действие высоких температур, но и нести определённую нагрузку при постоянной высокой температуре.

Такие материалы делят на три группы : огнеупорные, выдерживающие действие температур от 1580 градусов и выше ( шамот, динас и др.) ; тугоплавкие, выдерживающие действие температур выше 1350 до 1580 градусов ( гжельский кирпич ) ; легкоплавкие — с огнеупорностью ниже 1350 градусов (например, обыкновенный глиняный кирпич).

Химической стойкостью называется способность материалов сопротивляться действию кислот, щелочей, солей, растворённых в воде, и газов.

Большая часть строительных материалов не обладает стойкостью к действию кислот и щелочей. Весьма нестойко в этом отношении, например, дерево. Битумы отличаются нестойкостью к действию  концентрированных растворов щелочей, а многие природные каменные материалы — к действию кислот (например, известняки, мраморы, доломиты и др.). Многие вяжущие материалы также плохо противостоят действию кислот.

Высокой сопротивляемостью действию щелочей и кислот обладают керамические материалы с очень плотным черепком ( например, облицовочные плитки, плитки для полов, канализационные трубы ), специальный кирпич для устройства канализационных коллекторов, материалы на основе пластмасс (трубы, плёнки) и др.

Долговечность является весьма важным свойством строительных материалов. Под долговечностью понимают способность материалов сопротивляться всей сумме атмосферных воздействий в эксплуатационных условиях ( изменение температур, влажности, влияние кислорода и других газов, находящихся в воздухе ).

Процесс естественного изменения свойств материалов под действием атмосферных факторов называется старением материалов. Например, керамические материалы и естественные каменные материалы относятся к долговечным материалам, а древесина — в условиях повышенной влажности — к быстростареющим.

 

Механические свойства.

 

Прочность —  свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузки или других факторов.

Прочность строительных материалов характеризуется так называемым пределом прочности при сжатии или пределом прочности при растяжении.

Пределом прочности называют напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разрушение образца материала.

Твёрдостью называется способность материала сопротивляться проникновению в него постороннего более твёрдого тела. Это свойство материала не всегда соответствует их прочности. Материалы с разными пределами прочности при сжатии могут обладать примерно одинаковой твёрдостью.

Шкала твёрдости минералов.

Таблица 2

Показатель твёрдости.	Минерал
1	Тальк или мел
2	Каменная соль или гипс
3	Кальцит или ангидрит
4	Плавиковый шпат
5	Апатит
6	Ортоклаз
7	Кварц
8	Топаз
9	Корунд
10	Алмаз

 

Истираемостью называют способность материала уменьшаться в весе и объёме под действием истирающих усилий.

Сопротивлением удару называется способность материала сопротивляться ударным воздействиям.

Упругостью называется свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму и объём после прекращения действия внешних сил, под воздействием которых форма материалов изменяется в той или иной мере. Первоначально форма может восстанавливаться полностью при малых нагрузках и частично при больших. В последнем случае в материале имеются остаточные деформации.

Деформацией называется изменение формы или объёма твёрдого тела.

Пределом упругости считают напряжение, при котором остаточные деформации впервые достигают некоторой малой величины, устанавливаемой техническими условиями на данный материал. Это наибольшее напряжение, по достижении которого материал практически получает только упругие деформации, т.е. исчезающие после снятия нагрузки.

Пластичностью называют способность материала под влиянием действующих на него усилий изменять свои размеры и форму без образования трещин и сохранять их после снятия нагрузки.

Помимо материалов пластичных ( битумы, глиняное тесто и др. ) имеются материалы хрупкие, которые разрушаются сразу ( без предварительной деформации ), как только действующие на них усилия достигают величины разрушающих нагрузок.

 

Физические свойства — ТехЛиб СПБ УВТ

Плотность материала является нужной характеристикой при расчете прочности сооружения с учетом собственной массы, для определения способа и стоимости перевозки материала, для расчета складов и подъемно-транспортного оборудования. По величине плотности косвенно судят о некоторых других свойствах материала. Например, для каменных материалов существует приближенная зависимость между плотностью и теплопроводностью, а для древесины и некоторых каменных материалов (известняков) — между прочностью и плотностью.

Истинная плотность — величина, определяемая отношением массы однородного материала m(кг) к занимаемому им объему в абсолютно плотном состоянии V_a(м³), т. е. без пор и пустот:

Размерность истинной плотности — кг/м или г/см

Истинная плотность каждого материала — постоянная физи­ческая характеристика, которая не может быть изменена без из­менения его химического состава или молекулярной структуры.

Так, истинная плотность неорганических материалов, природ­ных и искусственных камней, состоящих в основном из оксидов кремния, алюминия и кальция, составляет 2400…3100 кг/м³, органических материалов, состоящих в основном из углерода, кислорода и водорода, — 800… 1400, древесины, состоящей в ос­новном из целлюлозы, — 1550 кг/м³. Истинная плотность метал-лов колеблется в широком диапазоне: алюминия — 2700 кг/м , стали — 7850, свинца — 11300 кг/м³.

В строительных конструкциях материал находится в естест­венном состоянии, т. е. занимаемый им объем обязательно включает в себя и поры. В этом случае для характеристики фи­зического состояния материала используется понятие средней плотности.

Средняя плотность— величина, определяемая отношением массы однородного материала т (кг) к занимаемому им объему в естественном состоянии V_e (м ):

Так как V_e > V_a(равенство только в абсолютно плотных мате­риалах, не содержащих пор, — стали, стекле, воде), то всегда вы­полняется и соотношение

Большинство строительных материалов имеют поры, поэтому у них истинная плотность всегда больше средней. Лишь у плотных материалов (стали, стекла, битума и др.) истинная и средняя плотности практически равны, так как объем внутренних пор у них ничтожно мал.

Экспериментальный (прямой) метод определения пористости основан на замещении порового пространства в материале сжиженным гелием и описан ранее.

Поры представляют собой ячейки, не заполненные структурным материалом. По величине они могут быть от миллионных долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Более крупные поры, например между зернами сыпучих материалов, или полости, имеющиеся, в некоторых изделиях (пустотелый кирпич, панели из железобетона), называют пустотами. Поры обычно заполнены воздухом или водой; в пустотах, особенно в широкополостных, вода не может задерживаться и вытекает.

Пористость стройматериалов — степень заполнения объема материала порами. Пористость — величина относительная, выражается в процентах или долях объема материала. Если известны значения средней и истинной плотности, то пористость материала, %, рассчиты­вают по формуле

Она колеблется в широких пределах: от 0,2…0,8 %—  у гранита и мрамора до 75…85 % у теплоизоляционного кирпича и у ячеистого бетона и свыше 90 % —У пенопластов и минеральной ваты.

  Значения средней и истинной плотности и пористости некоторых строительных материалов

 

Материал	Плотность, кг/м		Пористость. %
	средняя	истинная
Гранит	2600…2700	2700…2800	0…2
Тяжелый бетон	2200…2500	2600…2700	2…25
Кирпич	1400…1800	2500…2600	25…35
Древесина	400…800	1500…1550	45…70
Пенопласт	15…100	950… 1200	90…98

Пористость материала характеризуют не только с количест­венной стороны, но и по характеру пор: замкнутые и откры­тые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2…5 мм). По харак­теру пор оценивают способность материала поглощать воду. Так, полистирольный пенопласт, пористость которого достигает 95 %, имеет замкнутые поры и практически не поглощает воду. В то же время керамический кирпич, имеющий пористость в три раза меньшую (т. е. около 30 %), благодаря открытому характеру пор (большинство пор представляют собой сообщающиеся ка­пилляры) активно поглощает воду.

Величина пористости в значительной мере влияет на проч­ность материала. Строительный материал тем слабее сопротив­ляется механическим нагрузкам, тепловым, усадочным и другим усилиям, чем больше пор в его объеме. Опытные данные пока­зывают, что при увеличении пористости от 0 до 20 % прочность снижается почти линейно.

Величина прочности также зависит от размеров пор. Она возрастает с их уменьшением. Прочность мелкопористых мате­риалов, а также материалов с закрытой пористостью выше, чем прочность крупнопористых и с открытой пористостью.

Для сыпучих материалов (цемент, песок, гравий, щебень) рассчитывают насыпную плотность.

Насыпная плотность — величина, определяемая отношени­ем массы материала т (кг) к занимаемому им объему в рыхлом состоянии V_n(м ):

Величина V_nвключает в себя объем всех частиц сыпучего материала и объем пространств между частицами, называемых пустотами. Если для зернистого материала известны насыпная плотность и средняя плотность зерен , то можно рассчитать его пустотность а — относительную характеристику, выражае­мую в долях единицы или в процентах:

От величины пористости и ее характера (размера и формы пор, равномерности распределения пор по объему материала, их структуры — сообщающиеся поры или замкнутые) зависят важнейшие свойства материала: плотность, прочность, долговечность, теплопроводность, водопоглощение, водонепроницаемость и др. Например, открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость. Однако в звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает долговечность материала и уменьшает его теплопроводность.

Сведения о пористости материала позволяют определять целесообразные области его применения.

Среди физических процессов наибольшее значение в практике имеют воздействия водной и паровой среды, тепловые воздействия, распространение звуковых волн, электротока, ядерных излучений и т. п. Отношение материала к статическому или циклическому воздействию воды или пара характеризуется гидрофизическими свойствами (гигроскопичность, капиллярное всасывание, во-допоглощение, водостойкость, водопроницаемость, паропроницаемость, влажностные деформации, морозостойкость).

Влажностные деформации — изменение размеров и объема материала при изменении его влажности. Уменьшение размеров и объема материала при его высыхании называют усадкой (усушкой), а увеличение размеров и объема при увлажнении вплоть до полного насыщения материала водой — набуханием (разбуханием). Усадка возникает и увеличивается в результате уменьшения толщины слоев воды, окружающих частицы материала, и действием внутренних капиллярных сил, стремящихся сблизить частицы материала. Набухание связано с тем, что полярные молекулы воды, проникая между частицами или волокнами, слагающими материал, как бы расклинивают их, при этом утолщаются гидратные оболочки вокруг частиц исчезают внутренние мениски, а с ними и капиллярные силы. Материалы высокопористого и волокнистого строения, способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой (древесина поперек волокон 30… 100 мм/м; ячеистый бетон 1…3 мм/м; кирпич керамический 0,03…0,1 мм/м; тяжелый бетон 0,3…0,7 мм/м; гранит 0,02…0,06 мм/м).

Водопоглощение — способность пористого материала впитывать и удерживать в порах капельножидкую влагу. Разли­чают водопоглощение по массе и водопоглощение по объему.

Водопоглощение по массе W_м равно отношению массы воды т_вн полностью насыщающей материал, к массе сухого материала т

W_м= (т_вн/m)*100

Водопоглощение по объему W_вн %, характеризует степень за­полнения объема материала водой. Вычисляют водопоглощение как отношение объема воды V_вн при полном насыщении материала к его объему V_e

Водопоглощение по объему можно вычислить при известных значениях водопоглощения по массе и средней плотности мате-риала, используя формулу

Водопоглощение материалов, зависящее от характера порис­тости, может изменяться в широких пределах. Значения W_Mсо­ставляют для гранита 0,02…0,7 %, тяжелого бетона — 2…4, кир­пича 8…20, легких теплоизоляционных материалов с открытой пористостью — 100 % и более. Водопоглощение по объему W_oне превышает пористости, так как объем впитанной материалом воды не может быть больше объема пор.

Величины W_oи W_мхарактеризуют предельный случай, когда материал более не в состоянии впитывать влагу. В реальных конструкциях материал может содержать некоторое количество влаги, полученной при кратковременном увлажнении капельно­жидкой водой либо в результате конденсации в порах водяных паров из воздуха. В этом случае состояние материала ха­рактеризуют влажностью.

Влажность — отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале m_в, к массе (реже — к объему) материала в сухом состоянии т_с

W=(m_в/m)* 100.

Влажность может изменяться от нуля, когда материал сухой, до величины W_M, соответствующей максимальному водосодержанию. Увлажнение приводит к изменению многих свойств ма­териала: повышается масса строительной конструкции, возрас­тает теплопроводность; под влиянием расклинивающего дейст­вия воды уменьшается прочность материала.

Для многих строительных материалов влажность нормирова­на. Так, влажность молотого мела — 2 %, стеновых материалов -5…7, воздушно-сухой древесины- 12…18 %.

Водостойкость — свойство материала сохранять прочность при насыщении его водой. Критерием водостойкости строитель­ных материалов служит коэффициент размягчения — отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой, R_Bк прочности при сжатии сухого материала R_c

Материалы, у которых коэффициент размягчения больше 0,75, называют водостойкими.

Водонепроницаемость— свойство материала сопротивляться проникновению в него воды под давлением. Это свойство осо­бенно важно для бетона, воспринимающего напор воды (трубы, резервуары, плотины). Водонепроницаемость бетона оценивают маркой по W (W-2…W-8), обозначающей максимальное односто­роннее гидростатическое давление, при котором стандартный образец не пропускает воду. Для гидроизоляционных материа­лов водонепроницаемость характеризуется временем, по истече­нии которого появляется просачивание воды под определенным давлением через образец материала (мастика, гидроизол).

Гигроскопичность — способность материала поглощать и конденсировать водяные пары из воздуха. Гигроскопичность вызывается сорбцией, представляющей собой физико-химический процесс поглощения водяных паров из воздуха как в результате их адсорбции на внутренней поверхности материала, так и капиллярной конденсации. Капиллярная конденсация возможна только в капиллярах с малым радиусом (менее 10~7 м), так как разность давлений насыщенного водяного пара над вогнутой поверхностью мениска и плоской поверхностью в капиллярах с большим радиусом несущественна.

Гигроскопичность зависит как от свойств материала — величины и характера пористости, так и от условий внешней среды—температуры и относительной влажности, а для сыпучих материалов также от их растворимости в воде и дисперсности и снижением температуры воздуха. Этот процесс носит обратимый характер. Гигроскопичность характеризуется величиной отношения массы поглощенной материалом влаги, при относительной влажности воздуха 100% и температуре 20 °С, к массе сухого материала, выраженной в процентах.

Капиллярное всасывание (подъем) воды пористым материалом происходит по капиллярным порам, когда часть конструкции соприкасается с водой. Например, грунтовые воды могут подниматься по капиллярам и увлажнять нижнюю часть стены здания. Капиллярными называют поры с такими условными радиусами, при которых их капиллярный потенциал (потенциальная энергия поля капиллярных сил, отнесенных к единице массы жидкости) значительно больше потенциала поля тяжести.

Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия уровня воды в капиллярах материала, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания.

Более точно, учитывая неправильную форму пор в материале и их изменяющееся поперечное сечение, высоту всасывания воды определяют экспериментально по методу «меченых атомов» либо по измерению электропроводности материала.

Для оперативного контроля влажности преимущественно сыпучих материалов (например, заполнителей для бетона — песка, щебня) применяют диэлькометрический и нейтронный методы. Диэлькометрический метод измерения основан на зависимости между влажностью и диэлектрической проницаемостью материала. В нейтронном методе используется связь влажности и степени замедления быстрых нейтронов, проходящих через материал.

При насыщении материала водой существенно изменяются его свойства: увеличивается плотность и теплопроводность, происходят некоторые структурные изменения в материале, вызывающие появление в нем внутренних напряжений, что, как правило, приводит к снижению прочности материала.

Воздухостойкость — способность материала выдерживать циклические воздействия увлажнения и высушивания без заметных деформаций и потери механической прочности.

Многократное гигроскопическое увлажнение и высушивание вызывает в материале знакопеременные напряжения и со временем приводит к потере им несущей способности.

Влагоотдача — свойство, характеризующее скорость высыхания материала, при наличии соответствующих условий в окружающей среде (понижение влажности, нагрев, движение воздуха). Влагоотдача обычно характеризуется количеством воды, которое материал теряет в сутки при относительной влажности воздуха 60 % и температуре 20 °С. В естественных условиях вследствие влагоотдачи, через некоторое время после строительства, устанавливается равновесие между влажностью строительных конструкций и окружающей средой. Такое состояние равновесия называют воздушно-сухим (воздушно-влажным) состоянием.

Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением. Характеристикой водопроницаемости служит количество воды, прошедшее в течение 1 с через 1 м² поверхности материала при заданном давлении воды. Для определения водопроницаемости используют различные устройства, позволяющие создавать нужное одностороннее давление воды на поверхность материала. Методика определения зависит от назначения и разновидности материала. Водопроницаем мость зависит от плотности и строения материала. Чем больше в материале пор и чем эти поры крупнее, тем больше его водопроницаемость.

При выборе стройматериалов для специальных целей (кровельные материалы, бетоны для гидротехнических сооружений, трубы и др.) чаще оценивают не водопроницаемость, а водонепроницаемость, характеризуемую периодом времени, по истечении которого появляются признаки просачивания воды под определенным давлением через образец испытуемого материала (кровельные материалы), или предельной величиной давления воды (Па), при котором вода не проходит через образец (например, бетон).

Паропроницаемость и газопроницаемость — способность материала пропускать через свою толщу водяной пар или газы (воздух). Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропроницаемости, численно равным количеству водяного пара, проникающего через слой материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 с, и разностью парциальных давлений пара в 133,3 Па. Аналогичным коэффициентом оценивается и газопроницаемость (воздухопроницаемость). Эти характеристики определяются для комплексной оценки физических свойств строительного материала или при его специальном назначении. Материалы для стен жилых зданий должны обладать определенной проницаемостью (стена должна «дышать»), т. е. через наружные стены происходит естественная вентиляция. Наоборот, стены и покрытия влажных помещений необходимо защищать с внутренней стороны от проникновения в них водяного пара, особенно зимой, когда содержание пара внутри помещения значительно больше, чем снаружи, и пар, проникая в холодную зону ограждения, конденсируется, резко повышает влажность в этих местах. В ряде случаев необходима практически полная газонепроницаемость (емкости для хранения газов и др.).

Морозостойкость — свойство материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и снижения прочности. От морозостойкости в основном зависит долговечность материалов, применяемых в наружных зонах конструкций различных зданий и сооружений. Разрушение материала при таких циклических воздействиях связано с появлением в нем напряжений, вызванных как односторонним давлением растущих кристаллов льда в порах материала, так и всесторонним гидростатическим давлением воды, вызванным увеличением объема при образовании льда примерно на 9% (плотность воды равна 1, а льда — 0,917). При этом давление на стенки пор может достигать при некоторых условиях сотен МПа.

Очевидно, что при полном заполнении всех пор и капилляров пористого материала водой разрушение может наступить даже при однократном замораживании. Однако у многих пористых материалов вода не может заполнить весь объем доступных пор, поэтому образующийся при замерзании воды лед имеет свободное пространство для расширения. При насыщении пористого материала в воде в основном заполняются водой макрокапилляры, микрокапилляры при этом заполняются водой частично и служат резервными порами, куда отжимается вода в процессе замораживания.

При работе пористого материала в атмосферных условиях (наземные конструкции) водой заполняются в основном микрокапилляры за счет сорбции водяных паров из окружающего воздуха; крупные же поры и макрокапилляры являются резервными. Следовательно, морозостойкость пористых материалов определяется величиной и характером пористости и условиями эксплуатации изготовленных из них конструкций. Она тем выше, чем меньше водопоглощение и больше прочность материала при растяжении. Учитывая неоднородность строения материала и неравномерность распределения в нем воды, удовлетворительную морозостойкость можно ожидать у пористых материалов, имеющих объемное водопоглощение не более 80 % объема пор. Разрушение материала наступает только после многократного попеременного замораживания и оттаивания.

Морозостойкость характеризуется числом циклов попеременного замораживания при —15, —17 °С и оттаивания в воде при температуре около 20 °С. Выбор температуры замораживания не выше —15, —17 СС вызван тем, что при более высокой температуре вода, находящаяся в мелких порах и капиллярах, не может вся замерзнуть. Число циклов (марка), которые должен выдерживать материал, зависит от условий его будущей службы в сооружении, климатических условий и указывается в СНиПах и ГОСТах на материалы.

Марка по моро­зостойкости (F10, F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300 для каменных материалов) характеризуется числом циклов за­мораживания и оттаивания, которое выдержал материал, при допустимом снижении прочности или уменьшении массы об­разцов.

Материал считают выдержавшим испытание, если после заданного количества циклов замораживания и оттаивания потеря массы образцов в результате выкрашивания и расслаивания не превышает 5%, а прочность снижается не более чем на 15 % (для некоторых материалов на 25 %). Для определения морозостойкости иногда используют ускоренный метод, например с помощью сернокислого натрия. Кристаллизация этой соли из насыщенных паров при ее высыхании в порах образцов воспроизводит механическое    действие   замерзающей   воды, но в более сильной степени, так как образующиеся кристаллы крупнее (значительное увеличение объема). Один цикл таких испытаний приравнивается 5…10 и даже 20 циклам прямых испытаний замораживанием. С некоторым приближением о морозостойкости можно косвенно судить по величине коэффициента размягчения. Большое понижение прочности вследствие размягчения материала (больше 10 %) указывает, что в материале есть глинистые или другие размокающие частицы, что отрицательно сказывается и на морозостойкости материала.

Отношение материала к постоянному или переменному тепловому воздействию характеризуется его теплопроводностью, теплоемкостью, термической стойкостью, огнестойкостью, огнеупорностью.

Теплопроводность — сp align=»JUSTIFY»/td/spanвойство стройматериала передавать теплоту через толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность К [Вт/(м*°С)] характеризуется количеством теплоты (Дж), проходящей через материал толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 с, при разности температур на противоположных поверхностях материала 1 °С.

Это свойство имеет важное значение для строительных материалов, приме­няемых при устройстве ограждающих конструкций (стен, по­крытий и перекрытий), и материалов, предназначенных для теп­ловой изоляции. Теплопроводность материала зависит от его строения, химического состава, пористости и характера пор, а также влажности и температуры, при которой происходит пе­редача теплоты.

Теплопроводность характеризуют коэффициентом тепло­проводности, указывающим, какое количество теплоты в Дж способен пропустить материал через 1 м² поверхности при тол­щине материала 1 м и разности температур на противоположных поверхностях 1 °С в течение 1 ч. Коэффициент теплопроводно­сти, Вт/(м *°С), равен: для воздуха — 0,023; для воды — 0,59; для льда — 2,3; для керамического кирпича — 0,82. Воздушные поры в материале резко снижают его теплопроводность, а увлажнение водой сильно повышает ее, так как коэффициент теплопровод­ности воды в 25 раз выше, чем у воздуха.

С ростом температуры теплопроводность большинства строительных материалов увеличивается, что объясняется по­вышением кинетической энергии молекул, слагающих вещество материала, и определяется по формуле

где и — теплопроводность соответственно при температурах t и 0 °С; — температурный коэффициент, показывающий вели­чину приращения коэффициента теплопроводности материала при повышении температуры на 1 °С; t — температура материала, °С.

Теплоемкость — свойство материала аккумулировать теплоту при нагревании. Материалы с, высокой теплоемкостью могут выделять больше теплоты при последующем охлаждении. Поэтому при использовании материалов с повышенной теплоемкостью для стен, пола, перегородок и других частей помещений температура в комнатах может сохраняться устойчивой длительное время. Теплоемкость оценивают коэффициентом теплоемкости (удельной теплоемкостью), т. е. количеством теплоты, необходимой для нагревания 1 кг материала на 1 °С.

Строительные материалы имеют коэффициент теплоемкости меньше, чем у воды, которая обладает наибольшей теплоемкостью [4,2 кДж/(кг*°С)]. Например, коэффициент теплоемкости лесных материалов 2,39…2,72 кДж/(кг*°С), природных и искусственных каменных материалов — 0,75…0,92 кДж/(кг*°С), стали — 0,48 кДж/(кг*°С). Поэтому с увлажнением материалов их теплоемкость возрастает, но вместе с тем возрастает и теплопроводность.

Коэффициент теплоемкости материалов используют при расчетах теплоустойчивости ограждающих конструкций (стен, перекрытий), подогрева материала при зимних работах (бетонных, каменных и т. д.), а также при расчете печей. В некоторых случаях приходится рассчитывать размеры печи, используя удельную объемную теплоемкость, которая представляет собой количество тепла, необходимого для нагревания 1 м³ материала на 1 °С.

Термическая стойкость — способность материала выдерживать чередование (циклы) резких тепловых изменений. Это свойство в значительной степени зависит от однородности материала и коэффициента теплового расширения составляющих его веществ. Коэффициент линейного температурного расширения характеризует удлинение 1 м материала при нагревании его на 1 °С, коэффициент объемного расширения характеризует увеличение объема 1 м³ материала при нагревании его на 1 °С.

Чем меньше эти коэффициенты и выше однородность материала, тем выше и его термическая стойкость, т. е. большое количество циклов резких смен температуры он может выдержать. Так, каменные материалы из мономинеральных горных пород (мрамор) более термостойки, чем породы, сложенные из нескольких минералов (например, гранит). При жестком соединении материалов с различными коэффициентами линейного расширения в конструкциях могут возникнуть большие напряжения и, как результат, — коробление и растрескивание материала. Во избежание этого конструкции большой протяженности разрезают деформационными швами.

Огнестойкость— свойство материала выдерживать без раз­рушения воздействие высоких температур, пламени и воды в условиях пожара. Материал в таких условиях либо сгорает, либо растрескивается, сильно деформируется, разрушается от потери прочности. По огнестойкости различают материалы несгорае­мые, трудносгораемые и сгораемые.

Несгораемые материалы в условиях высоких температур не подвержены воспламенению, тлению или обугливанию — кирпич, бетон и др. Однако некоторые несгораемые материалы — мрамор, стекло, асбестоцемент — при резком нагревании разру­шаются, а стальные конструкции сильно деформируются и те­ряют прочность.

Трудносгораемые материалы под воздействием огня или вы­сокой температуры медленно воспламеняются, но после удале­ния источника огня их тление или горение прекращается. К та­ким материалам относятся фибролит, асфальтобетон, пропитан­ная антипиренами древесина.

Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры горят и продолжают гореть после удаления источ­ника огня. Это — древесина, обои, битуминозные кровельные и полимерные материалы и др.

Предел огнестойкости — это промежуток времени (минуты или часы) от начала возгорания до возникновения в конструкции предельного состояния. Предельным состоянием считают поте­рю несущей способности, т. е. обрушение конструкции; возник­новение в ней сквозных трещин, через которые на противопо­ложную поверхность могут проникать продукты горения и пла­мя; недопустимый нагрев поверхности, противоположной действию огня, который может вызвать самопроизвольное воз­горание других частей сооружения.

Огнеупорность— свойство материала выдерживать длитель­ное воздействие высокой температуры (от 1580 °С и выше), не деформируясь и не размягчаясь. Огнеупорные материалы (ди­нас, шамот, хромомагнезит, корунд), применяемые для внутрен­ней футеровки промышленных печей, не деформируются и не размягчаются при температуре 1580 °С и выше. Тугоплавкие материалы (тугоплавкий печной кирпич) выдерживают без оп­лавления и деформации температуру 1350…1580 °С, легкоплав­кие (кирпич керамический строительный) — до 1350 °С.

Акустические свойства материалов — это свойства, связан­ные с взаимодействием материала и звука. Звук, или звуковые волны — это механические колебания, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах. Строителя интересуют две стороны взаимодействия звука и материала: в какой степени материал проводит сквозь свою толщу звук — звукопроводность и в какой мере материал поглощает и отражает падающий на него звук — звукопоглощение.

При падении звуковой волны на ограждающую поверхность звуковая энергия отражается, поглощается и проводится твер­дым телом. Отношение, характеризующее количество погло­щенной энергии Е_поглк падающей Е_падназывают коэффициен­том звукопоглощения α

Коэффициент звукопоглощения зависит от ряда факторов: уровня и характеристик звука (шума), свойств поглощающего материала, способов его расположения по отношению к жесткой поверхности (потолку, стене) и методов измерения.

Звукопоглощение зависит от характера поверхности и порис­тости материала. Материалы с гладкой поверхностью отражают большую часть падающего на них звука, поэтому в помещении с гладкими стенами звук, многократно отражаясь от них, создает постоянный шум. Если же поверхность материала имеет откры­тую пористость, то звуковые колебания, входя в поры, погло­щаются материалом, а не отражаются.

Сущность физического явления, происходящего при гашении звука пористым телом, заключается в следующем. Звуковые волны, падая на поверхность такого материала и проникая далее в его поры, возбуждают колебания воздуха, находящегося в уз­ких порах. При этом значительная часть звуковой энергии рас­ходуется. Высокая степень сжатия воздуха и его трение о стенки пор вызывают разогрев. За счет этого кинетическая энергия зву­ковых колебаний преобразуется в тепловую, которая рассеива­ется в среде.

Гашению звука способствует деформирование гибкого ске­лета звукопоглощающего материала, на что также тратится зву­ковая энергия; этот вклад особенно заметен в пористо-волокнистых материалах с открытой сообщающейся пористо­стью при ее общем объеме не менее 75 %.

Звукопроводность зависит от массы материала и его строе­ния. Материал тем меньше проводит звук, чем больше его масса: если масса материала велика, то энергии звуковых волн не хва­тает, чтобы пройти сквозь него, так как для этого надо привести материал в колебание.

Качество звукоизоляционных ограждений оценивают коэф­фициентом звукопроводности т, представляющим собой отно­шение количества звуковой энергии, прошедшей через преграду, к звуковой падающей энергии Е_пад

Придание звукоизолирующих свойств ограждению базирует­ся на трех основных физических явлениях: отражении воздуш­ных звуковых волн от поверхности ограждения, поглощении звуковых волн материалом ограждения, гашении ударного или воздушного шума за счет деформации элементов конструкции и материалов, из которых она изготовлена.

Способность отражать звуковые волны важна для наружных ограждений зданий. В этом случае для повышения отражения воздушных звуковых волн применяют массивные конструкции с гладкой наружной поверхностью.

Для внутренних помещений высокая отражающая способ­ность ограждения (перегородок) недостаточна, так как отражен­ные звуковые волны будут усиливать шум в наиболее шумном помещении. В данном случае применяют многослойные конст­рукции, в состав которых входят элементы из звукоизоляционных материалов, эффективность которых оценивается динами­ческим модулем упругости. В качестве звукоизоляционных про­кладок применяют пористо-волокнистые материалы из мине­ральной или стеклянной ваты, древесных волокон (древесно­волокнистые плиты), засыпки из пористых зерен (керамзита, шлака и др.).

Снижению уровня ударных и звуковых шумов способствуют малый динамический модуль упругости звукоизоляционных ма­териалов (до 15 МПа) и наличие воздуха в порах. В данном слу­чае снижение интенсивности звука происходит за счет деформа­ции элементов структуры звукоизоляционных материалов и час­тично — за счет звукопоглощения.

Читать по теме:

К разделу

Строительные материалы

Строительные материалы — Стр 33

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ РАЗЛИЧНЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Вопросы допуска к выполнению лабораторной работы

1.Какие материалы называют теплоизоляционными?

2.По каким основным показателям оценивают качество теплоизоляционного материала?

3.Классификация теплоизоляционных материалов по форме изделий.

4.Классификация теплоизоляционных материалов по характеру структуры.

5.Способы получения пористой структуры.

6.Классификация теплоизоляционных материалов по природе происхождения.

7.Классификация теплоизоляционных материалов по степени сжимаемости.

8.Классификация теплоизоляционных материалов по степени огнестойкости.

9.Чем теплоизоляционные материалы отличаются от звукопоглощающих?

10.Какие органические теплоизоляционные материалы вы знаете?

11.Какие вы знаете неорганические теплоизоляционные материалы?

Теплоизоляционные материалы – разновидность строительных материалов. Они характеризуются высокопористым строением и низким коэффициентом теплопроводности. В строительстве жилых и промышленных зданий применение тепловой изоляции дает экономию основных строительных материалов, уменьшение толщины и массы стен, конструкций покрытий и перекрытий, а также снижение стоимости строительства. При изоляции тепловых установок (печей, сушилок), трубопроводов и оборудования сокращаются теплопотери, расход топлива и энергии, что позволяет сэкономить до 1 млн тонн условного топлива в год.

По виду исходного сырья теплоизоляционные материалы можно разделить на органические, состоящие из волокон или вспененного полимера, и неорганические, получаемые из минеральных расплавов или обжигом минерального сырья.

По форме и внешнему виду теплоизоляционные материалы (ТИМ) бывают штучные (плиты, блоки, кирпичи и др.), рулонные (маты, полосы), шнуровые (жгуты, шнуры), сыпучие и рыхлые (перлит, стекловата и др.), фасонные (цилиндры, сегменты).

По структуре теплоизоляционные материалы делят на волокнистые – минераловатные, древесноволокнистые; ячеистые – пеностекло, пенопласты; зернистые (сыпучие) – вспученный перлит, керамзит, опилки, аглопорит, пемза.

Основные свойства строительных материалов

Водостойкость строительного материала – это способность материала сохранять свою проектную прочность при насыщении водой. Степень снижения прочности строительного материала под действием воды называется коэффициентом размягчения. Материалы, имеющие коэффициент выше 0,8 считаются водостойкими и могут применяться в воде или в местах с повышенной влажностью. Водостойкость строительных материалов – очень важный показатель именно для тех материалов, которые используются в воде или во влажных условиях. Некоторые материалы при насыщении водой могут увеличивать свои показатели по прочности, это обусловлено, прежде всего, химическим взаимодействием компонентов. Например, при насыщении водой цемент может превратиться в цементный камень. Водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения kp = Rв/Rс, где Rв — прочность материала насыщенного водой, а Rс — прочность сухого материала. Меняется kp от 0 (размокающие глины) до 1 (металлы). 

Водопоглощение строительного материала – это способность материала впитывать и удерживать влагу. Измеряется водопоглощение отношением объема или массы впитанной влаги к объему или массе строительного материала:w_m = (m₂-m₁)/m₁*100%,w_v = m₂-m₁/V*100%Где
m₂ — масса материала в насыщенном водой состоянии, кг; 
m₁ — масса материала в сухом состоянии, кг;
V — объем материала в естественном состоянии, м³.Существует масса примеров, когда влаги в материале больше чем самого материала. Это происходит в том случае, когда удельный вес материала меньше плотности воды.Практически всегда избыточное водопоглощение приводит к избыточному наличию воды в стройматериале, что ведет к изменению очень важных качеств строительного материала, таких как прочность и теплопроводность. 

Влагоотдача строительного материала – это способность материала отдавать влагу, находящуюся в порах. Так, например, штукатурные растворы, отдавая лишнюю влагу, существенно изменяют свои показатели по прочности, стеновые пенобетонные блоки впитывают влагу из растворов, а потом отдают ее в атмосферу. Чем выше влажность воздуха и меньше температура, тем хуже происходит влагоотдача. Измеряется влагоотдача в процентах влаги, отдаваемой стройматериалом при среднестатистической относительной влажности воздуха 60% и температуре +20 °С. 

Описание основных своиств строительных материалов

Чтобы строить качественно и профессионально, нужно иметь четкое представление о строительных материалах: их основные свойства и допустимость их использования в условиях возведения определенной конструкции. Это влияющая на качество продукции и, соответственно, на репутацию строителя.

Классификация и свойства строительных материалов.

Все основные строительные вещества наделены признаками и характеристиками, которые проявляются в наибольшей или наименьшей мере. Качественное проявление зависит от предназначения материала и особенностей его применения в конкретной ситуации.

Строительным веществам присущи физические характеристики, механические свойства и химические особенности.

Физические свойства и характеристики

Из числа свойств, причисляемых к физическим, часто рассматривают вес, удельный и объемный, степень плотности, наличие пористости, способность к водопоглощению, степень влагоотдачи и влажности.

Также принимают во внимание, насколько материал морозостойкий, способен ли проводить газ, устойчив ли к огню и высоким температурам и обладает ли теплопроводностью.

Для расчета объемного веса используется данная формула: γ0=G/V, где G — вес, а V1 — объем материала, включая поры и пустоты. Единица измерения объемного веса кг/м³. Часто объемный вес бывает меньше удельного веса. Данная характеристика важна при расчете прочности конструкции и организации перевозки транспортными средствами.

Таблица сравнения строительных материалов.

Плотность показывает меру заполнения объема образца тем веществом, из которого этот образец состоит. Единица плотности используется в кг/м³. Количество пор, присутствующих внутри образца, почти всегда влияет на его показатель плотности.

Понятие пористости подразумевает наличие в материале пор и показывает насколько его объем ими заполнен и измеряется в процентном отношении. Есть поры мелкие и крупные. Следовательно, материалы бывают мелкопористыми и крупнопористыми.

По степени легкости непористые элементы уступают пористым. Размер пор и их количество сказываются на теплоизоляционных свойствах: чем меньше пор мелких по размеру, тем сильнее теплоизоляционные характеристики строительных элементов.

Способность материала поглощать воду и удерживать ее, называется водопоглощением, которое бывает весовым и объемным. Весовое измеряется в процентах и представляет собой отношение веса воды, впитавшейся в образец до предела, к весу сухого образца. Значение объемного вычисляется в процентном отношении и рассчитывается как отношение объема впитавшейся воды к объему в состоянии насыщения.

Если материал может отдавать воду, когда изменяется окружающая его среда, он способен к влагоотдаче, которая измеряется в процентах. Величина показывает, сколько воды испаряется из образца в течение 24-х часов при условии 20 °C и 60%-ой влажности воздуха.

Влажность показывает, сколько жидкости, а именно воды, содержится в материале. Величина рассчитывается в процентах и определяется методами высушивания и титрированием по Карлу Фишеру.

Морозостойкость демонстрирует, способен ли материал, содержащий в себе влагу, много раз подвергаться замораживанию и размораживанию, не разрушаясь, без ущерба для своей прочности.

Многие материалы, соприкасаясь с водой, разрушаются. Это происходит, потому что вода, находящаяся в порах, замерзает при температуре ниже нуля. Вероятность разрушения повышается, а прочность уменьшается. Материалы, которые поглощают мало воды, более морозостойки.

Сравнение теплоизоляции стройматериалов.

Газопроницаемостью обладают строительные образцы, пропускающие газ (воздух) под действием давления. Высокую степень газопроницаемости имеют материалы с крупными порами. На этот показатель влияют размер и особенности пор.

Газопроницаемость особенно нужно учитывать при строительстве жилых помещений, где обязательно должна происходить естественная вентиляция. В других случаях, требующих уменьшения газопроницаемости, это достигается путем оштукатуривания стен, покрытия их красками на масляной основе или битумными составами.

Если элемент может передавать тепло при разнице температур поверхностей, находящихся вокруг него, значит, он способен проводить тепло. Теплопроводность измеряется в Вт/(м*С). Например, теплопроводность бетона равна 1, 69, гранита — 3,49, древесины (сосна) — 0,09. При монтаже стен, установке перекрытий, укладке пола следует особенно теплопроводность имеет важное значение.

Огнестойкие стройматериалы не разрушаются при воздействии высокой температуры. Они подразделяются на элементы, которые не сгорают, сгорают быстро и трудносгораемые экземпляры. Например, кирпич и бетон не воспламеняются, не могут тлеть и превращаться в угли. Сталь сильно деформируется. Гранит и известняк разрушаются, а древесина и пластмасса горят и тлеют.

Вернуться к оглавлению

Механические свойства

Механические свойства материала расскажут, насколько он прочен, упруг, тверд, хрупок и пластичен.

Прочностью строительных материалов называется их способность сохранять свою целостность в результате действия на них определенных нагрузок.

Когда материал подвергается сжатию, гнется или растягивается, его прочность характеризуется величиной, называемой пределом прочности. Предел прочности измеряется в МПа.

Таблица сравнения стоимости стройматериалов.

Если материал способен возвращаться к своей изначальной форме и сохранять прежний размер, подвергаясь деформированию, то он обладает определенной степенью упругости.

Деформация достигается применением различных нагрузок. Данное свойство выражается пределом упругости, рассчитываемым в МПа. Резина и сталь обладают упругостью.

Если материал демонстрирует сопротивление проникновению в него иного тела, такой материал называют твердым. Чтобы определить степень твердости стали, дерева и бетона в куски материалов вдавливается шарик, выполненный из стали, а затем определяется глубина вдавливания.

Если под влиянием внешних сил происходит разрушение материала, то он причисляется к разряду хрупких. Это особенно нужно учитывать при транспортировке материалов (стекла, плитки) до строительного объекта.

Свойство пластичности определяется как способность материалов из-за воздействия на него разных сил менять размер и форму без появления разрывов, а также оставаться в новом виде после окончания действия нагрузок. Пластмасса, медь и сталь являются пластичными.

Вернуться к оглавлению

Химические свойства

Химические свойства демонстрируют, насколько материалы могут быть химически стойкими, сопротивляться коррозии, способны растворяться в жидкостях, устойчивы к влиянию кислот, щелочей и подвержены адгезии.

http://ostroymaterialah.ru/www.youtube.com/watch?v=fghCCjsCylE

Химически стойкий материал не поддается разрушительному влиянию реагентов: щелочи, кислоты, соли, газа. На химическую стойкость влияет структура материала и его состав.

Сопротивляемость материала коррозии — это коррозионная стойкость. Морская и пресная — удобная среда для развития процессов коррозии. Жесткость воды, кислотность, присутствие щелочи влияют на ее агрессивность.

Например, если в воздухе содержится большой процент азота или сероводорода, то его смело можно считать агрессивной средой.

Если строительные материалы растворяются в различных жидкостях, их называют растворимыми. На растворимость влияет химический состав материала, давление и температура.

http://ostroymaterialah.ru/www.youtube.com/watch?v=33T4d8pg-qg

Адгезия — это способность притягиваться к поверхности какого-либо другого материала. Ее единицей измерения является кгс/см² или МПа. Адгезия обеспечивает прочное сцепление между материалами и зависит от их природы и состояния их поверхностей.

Insulation Layer — обзор

Толщина поверхностного теплоизоляционного слоя определяется термическим напряжением следующим образом:

(11.60) σx + σx0≤ [σx]

(11.61) σy + σy0≤ [σy]

(11,62) σz + σz0 − γz≤ [σz]

где σ _x , σ _y , σ _z — напряжения, вызванные изменением температура воздуха зимой; σ _{x 0} , σ _{y 0} и σ _{z 0} — начальные напряжения; γ — плотность бетона, γz — напряжение сжатия от веса бетона, z — высота блока.[ σ _x ], [ σ _y ] и [ σ _z ] — допустимые напряжения, рассчитанные по

(11,63) [σx] = [σy ] = EεpK1orRtK2

(11,64) [σz] = ηRtK2

где E — модуль упругости, ε _p — растяжимость бетона, R _t — предел прочности при растяжении, η — коэффициент уменьшения прочности на разрыв горизонтального строительного шва, обычно η = 0.5–0,7; K ₁ и K ₂ — коэффициенты безопасности, предлагается принять K ₁ = 1,6–2,2, K ₂ = 1,4–1,9.

Пример

Тепловые напряжения зимой бетонного блока толщиной L = 20 м, шириной с = 40 м, плотностью γ = 24,5 кН / м ³ , z = 20 м, λ = 10 кДж / (м ч ° C), a = 0,10 м ² / день, β ₀ = 80 кДж / (м ² ч ° C), α = 1 × 10 ⁻⁵ (1 / ° C), E ( τ ) = 30 000 (1 − exp (−0.40 τ ^0,34 )) МПа, μ = 0,167, ε _p (90) = 0,80 × 10 ⁻⁴ , R _t (90) = 1,80 МПа, коэффициент уменьшения горизонтального соединения η = 0,60, начальное напряжение σ _{x 0} = σ _{y 0} = σ _{z 0} = 0,20 МПа. Амплитуда и продолжительность падения температуры воздуха A = 22 ° C, Q = 90 суток. Поверхность блока покрыта пенопластом толщиной h = 10 см и λ _s = 0.14 кДж / (м · ч ° C).

Возьмем

K1 = 1,8, [σx] = [σy] = 1,12 МПа

K2 = 1,6, η = 0,60, [σz] = 0,68 МПа

Допустимые термические напряжения:

[σx] — [ σx0] = 1,12−0,20 = 0,92 МПа,

[σz] + γz − σz0 = 0,68 + 0,49−0,20 = 0,97 МПа

Эквивалентная поверхностная проводимость составляет

β = 11/80 + 0,10 / 0,14 = 1,376 кДж / (м2ч ° C)

Термические напряжения

σx2 = 1,04 МПа, σy2 = 0,675 МПа, σz1 = 1,056 МПа, σy1 = 0,685 МПа, σyc = 0,648 МПа

σ _{x 2} и σ _{z 1} превышают допустимые напряжения 0.92 МПа и 0,97.

Теплоизоляция пластмасс: технические свойства

Почему пластик — хороший изолятор?

Пластмассы плохо проводят тепло, потому что в них практически нет свободных электронов, доступных для таких механизмов проводимости, как металлы.

Теплоизоляционная способность пластика оценивается путем измерения теплопроводности. Теплопроводность — это передача тепла от одной части тела к другой, с которой она контактирует.

• Для аморфных пластиков при 0-200 ° C теплопроводность находится в пределах 0,125-0,2
  Вт · м ^-1 K ^-1
• Частично кристаллические термопласты имеют упорядоченные кристаллические области и, следовательно, лучшую проводимость

Теплоизоляция из полимера (термопласт , пена или термореактивный материал ) необходима для:

1. понимания переработки материала в конечный продукт
2. Установите соответствующие области применения материала e.г. пенополимерные для изоляции

Например, PUR и PIR можно формовать в виде плит и использовать в качестве изоляционных пен для крыш, оштукатуренных стен, многослойных стен и полов.

Узнайте больше о теплоизоляции:

»Как измерить теплопроводность пластмасс?
»Как материалы ведут себя — Механизм
» Факторы, влияющие на теплоизоляцию
»Значения теплоизоляции нескольких пластмасс

Как измерить теплопроводность полимеров

Есть несколько способов измерить теплопроводность. Теплопроводность пластмасс обычно измеряется в соответствии с ASTM C177 и ISO 8302 с использованием устройства с защищенной горячей плитой.

Устройство с защищенной горячей плитой обычно признано основным абсолютным методом измерения теплопередающих свойств гомогенных изоляционных материалов в виде плоских плит.

Охраняемая электрическая плита — Между двумя плитами помещается твердый образец материала. Одна пластина нагревается, а другая охлаждается или нагревается в меньшей степени.Температура пластин контролируется до тех пор, пока она не станет постоянной. Для расчета теплопроводности используются установившиеся температуры, толщина образца и подвод тепла к горячей пластине.

Следовательно, теплопроводность k рассчитывается по формуле:

где

• Q — количество тепла, проходящего через основание образца [Вт]
• Площадь основания образца [м ² ]
• d расстояние между двумя сторонами образца [м]
• T ₂ Температура более теплой стороны образца [К]
• T ₁ Температура на более холодной стороне образца [К]

Механизм теплопроводности

Теплопроводность в полимерах основана на движении молекул по внутри- и межмолекулярным связям.Структурные изменения, например сшивание в термореактивных пластиках и эластомерах увеличивает теплопроводность, поскольку ван-дер-ваальсовые связи постепенно заменяются валентными связями с большей теплопроводностью.

В качестве альтернативы, уменьшение длины пути между связями или факторы, вызывающие увеличение беспорядка или свободного объема в полимерах, приводят к снижению теплопроводности, следовательно, к повышению теплоизоляции.

Также упоминалось выше, наличие кристалличности в полимерах приводит к улучшенной упаковке молекулы и, следовательно, к повышенной теплопроводности.

• Аморфные полимеры показывают увеличение теплопроводности с повышением температуры до температуры стеклования , Tg . Выше Tg теплопроводность уменьшается с повышением температуры


• Из-за увеличения плотности при затвердевании полукристаллических термопластов теплопроводность в твердом состоянии выше, чем в расплаве. Однако в расплавленном состоянии теплопроводность полукристаллических полимеров снижается до теплопроводности аморфных полимеров

Теплопроводность различных полимеров
(Источник: Polymer Processing by Tim A.Оссвальд, Хуан Пабло Эрнандес-Ортис)

Факторы, влияющие на теплоизоляцию

1. Органический пластик — очень хорошие изоляторы. Теплопроводность полимеров увеличивается с увеличением объемного содержания наполнителя (или содержания волокон до 20% по объему).
   1. Более высокая теплопроводность неорганических наполнителей увеличивает теплопроводность наполненных полимеров .
   2. Полимерные пены демонстрируют заметное снижение теплопроводности из-за включения в структуру газообразных наполнителей.Увеличение количества закрытых ячеек в пене сводит к минимуму теплопроводность за счет конвекции, дополнительно улучшая изоляционные свойства


2. Теплопроводность расплавов увеличивается с увеличением гидростатического давления.


3. Сжатие пластмасс оказывает противоположное влияние на теплоизоляцию, поскольку увеличивает плотность упаковки молекул


4. Другими факторами, влияющими на теплопроводность, являются плотность материала , влажность материала и температура окружающей среды.С увеличением плотности, влажности и температуры увеличивается и теплопроводность.

Найдите товарные марки, соответствующие вашим целевым тепловым свойствам, с помощью фильтра « Property Search — Thermal Conductivity » в базе данных Omnexus Plastics:

Значения теплоизоляции нескольких пластмасс

Щелкните, чтобы найти полимер, который вы ищете:
A-C | E-M | PA-PC | PE-PL | ПМ-ПП | PS-X

Название полимера	Мин. Значение (Вт / м.К)	Максимальное значение (Вт / м.К)
ABS — Акрилонитрилбутадиенстирол	0,130	0,190
ABS огнестойкий	0,173	0,175
ABS для высоких температур	0.200	0,400
АБС ударопрочный	0.200	0,400
Смесь АБС / ПК, 20% стекловолокна	0.140	0,150
ASA — Акрилонитрилстиролакрилат	0,170	0,170
Смесь ASA / PC — Смесь акрилонитрил-стиролакрилата / поликарбоната	0,170	0,170
ASA / PC огнестойкий	0,170	0,700
CA — Ацетат целлюлозы	0,250	0,250
CAB — Бутират ацетата целлюлозы	0.250	0,250
CP — пропионат целлюлозы	0,190	0,190
ХПВХ — хлорированный поливинилхлорид	0,160	0,160
ECTFE	0,150	0,150
EVOH — Этиленвиниловый спирт	0,340	0,360
FEP — фторированный этиленпропилен	0.250	0,250
HDPE — полиэтилен высокой плотности	0,450	0,500
HIPS — ударопрочный полистирол	0,110	0,140
HIPS огнестойкий V0	0,120	0,120
Иономер (сополимер этилена и метилакрилата)	0,230	0,250
LCP — Жидкокристаллический полимер, армированный стекловолокном	0.270	0,320
LDPE — полиэтилен низкой плотности	0,320	0,350
LLDPE — линейный полиэтилен низкой плотности	0,350	0,450
MABS (прозрачный акрилонитрилбутадиенстирол)	0,170	0,180
PA 11 — (Полиамид 11) 30% армированный стекловолокном	0,330	0,330
PA 11, проводящий	0.330	0,330
PA 11, гибкий	0,330	0,330
PA 11, жесткий	0,330	0,330
PA 12, гибкий	0,330	0,330
PA 12, жесткий	0,330	0,330
PA 46 — Полиамид 46	0,300	0,300
PA 6 — Полиамид 6	0.240	0,240
PA 6-10 — Полиамид 6-10	0,210	0,210
PA 66 — Полиамид 6-6	0,250	0,250
PA 66, 30% стекловолокно	0,280	0,280
PA 66, 30% Минеральное наполнение	0,380	0,380
PA 66, ударно-модифицированный, 15-30% стекловолокна	0.300	0,300
PA 66, модифицированный при ударе	0,240	0,450
PAI — Полиамид-имид	0,240	0,540
PAI, 30% стекловолокно	0,360	0,360
PAI, низкое трение	0,520	0,520
PAR — Полиарилат	0,180	0,210
PARA (Полиариламид), 30-60% стекловолокна	0.300	0,400
PBT — полибутилентерефталат	0,210	0,210
PBT, 30% стекловолокно	0,240	0,240
ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно	0,220	0,220
ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно огнестойкое	0,210	0,390
PC — Поликарбонат, жаропрочный	0.210	0,210
PE — Полиэтилен 30% стекловолокно	0,300	0,390
PEEK — Полиэфирэфиркетон	0,250	0,250
PEEK, армированный 30% углеродным волокном	0,900	0,950
PEEK, армированный стекловолокном, 30%	0,430	0,430
PEI — Полиэфиримид	0.220	0,250
PEI, 30% армированный стекловолокном	0,230	0,260
PEKK (Полиэфиркетонекетон), с низкой степенью кристалличности	1,750	1,750
PESU — Полиэфирсульфон	0,170	0,190
ПЭТ — полиэтилентерефталат	0,290	0,290
ПЭТ, 30% армированный стекловолокном	0.330	0,330
PETG — полиэтилентерефталат гликоль	0,190	0,190
PFA — перфторалкокси	0,190	0,260
PI — Полиимид	0,100	0,350
PLA — полилактид	0,110	0,195
PMMA — полиметилметакрилат / акрил	0.150	0,250
ПММА (акрил), высокотемпературный	0,120	0,210
ПММА (акрил) с модифицированным ударным воздействием	0.200	0,220
ПОМ ​​- Полиоксиметилен (Ацеталь)	0,310	0,370
ПОМ ​​(Ацеталь) с низким коэффициентом трения	0,310	0,310
PP — полипропилен 10-20% стекловолокно	0.200	0,300
ПП, 10-40% минерального наполнителя	0,300	0,400
ПП, наполненный тальком 10-40%	0,300	0,400
PP, 30-40% армированный стекловолокном	0,300	0,300
Сополимер PP (полипропилен)	0,150	0,210
Гомополимер PP (полипропилен)	0.150	0,210
ПП, модифицированный при ударе	0,150	0,210
СИЗ — полифениленовый эфир	0,160	0,220
СИЗ, 30% армированные стекловолокном	0,280	0,280
СИЗ, огнестойкий	0,160	0,220
PPS — полифениленсульфид	0,290	0.320
PPS, армированный стекловолокном на 20-30%	0,300	0,300
PPS, армированный 40% стекловолокном	0,300	0,300
PPS, проводящий	0,300	0,400
PPS, стекловолокно и минеральное наполнение	0,600	0,600
ПС (полистирол) 30% стекловолокно	0,190	0.190
ПС (полистирол) Кристалл	0,160	0,160
PS, высокая температура	0,160	0,160
PSU — полисульфон	0,120	0,260
Блок питания, 30% армированный стекловолокном	0,300	0,300
PTFE — политетрафторэтилен	0,240	0,240
ПТФЭ, армированный стекловолокном на 25%	0.170	0,450
ПВХ, пластифицированный	0,160	0,160
ПВХ, пластифицированный наполнитель	0,160	0,160
ПВХ жесткий	0,160	0,160
ПВДХ — поливинилиденхлорид	0,160	0.200
PVDF — поливинилиденфторид	0,180	0.180
SAN — Стиролакрилонитрил	0,150	0,150
SAN, армированный стекловолокном на 20%	0.200	0,320
SMA — малеиновый ангидрид стирола	0,170	0,170

Как оценить материалы — свойства, которые необходимо учитывать

Есть разница между механическими и физическими свойствами сплава.

• Физические свойства — это вещи, которые можно измерить. Это такие вещи, как плотность, температура плавления, проводимость, коэффициент расширения и т. Д.
• Механические свойства — это то, как металл ведет себя при приложении к нему различных сил. Сюда входят такие параметры, как прочность, пластичность, износостойкость и т. Д.

Механические и физические свойства материалов определяются их химическим составом и их внутренней структурой, например размером зерна или кристаллической структурой.Обработка может сильно повлиять на механические свойства из-за перестройки внутренней структуры. Процессы металлообработки или термическая обработка могут влиять на некоторые физические свойства, такие как плотность и электропроводность, но эти эффекты обычно незначительны.

Механические и физические свойства являются ключевым фактором, определяющим, какой сплав считается подходящим для данного применения, когда несколько сплавов удовлетворяют условиям эксплуатации. Практически в каждом случае инженер проектирует деталь так, чтобы она работала в заданном диапазоне свойств.Многие механические свойства взаимозависимы: высокие характеристики в одной категории могут сочетаться с более низкими характеристиками в другой. Например, более высокая прочность может быть достигнута за счет более низкой пластичности. Таким образом, широкое понимание среды, в которой работает продукт, приведет к выбору лучшего материала для применения.

Описание некоторых общих механических и физических свойств предоставит информацию, которую разработчики продукта могут учитывать при выборе материалов для данного применения.

1. Электропроводность
2. Коррозионная стойкость
3. Плотность
4. Пластичность / пластичность
5. Эластичность / жесткость
6. Вязкость разрушения
7. Твердость
8. Пластичность
9. Прочность на разрыв, прочность на сдвиг 9023
10. Прочность
11. Износостойкость

Расширяя эти определения:

1. Электропроводность

Теплопроводность — это количество тепла, протекающего через материал.Он измеряется как один градус в единицу времени на единицу площади поперечного сечения на единицу длины. Материалы с низкой теплопроводностью могут использоваться в качестве изоляторов, а материалы с высокой теплопроводностью — в качестве теплоотвода. Металлы, которые демонстрируют высокую теплопроводность, могут быть кандидатами для использования в таких приложениях, как теплообменники или охлаждение. Материалы с низкой теплопроводностью могут использоваться в высокотемпературных приложениях, но часто для высокотемпературных компонентов требуется высокая теплопроводность, поэтому важно понимать окружающую среду.Электропроводность аналогична измерению количества электричества, которое передается через материал известного поперечного сечения и длины.

2. Коррозионная стойкость

Коррозионная стойкость описывает способность материала предотвращать естественное химическое или электрохимическое воздействие атмосферы, влаги или других агентов. Коррозия принимает различные формы, включая точечную коррозию, гальваническую реакцию, коррозию под напряжением, расслоение, межкристаллитную коррозию и другие (многие из которых будут обсуждаться в других выпусках информационных бюллетеней).Коррозионная стойкость может быть выражена как максимальная глубина в милах, до которой может проникнуть коррозия за один год; он основан на линейной экстраполяции проникновения, происходящего в течение срока службы данного теста или услуги. Некоторые материалы по своей природе устойчивы к коррозии, в то время как для других необходимо нанесение гальванического покрытия или покрытий. Многие металлы, принадлежащие к семействам, устойчивым к коррозии, не полностью защищены от нее и по-прежнему зависят от конкретных условий окружающей среды, в которых они работают.

3. Плотность

Плотность, часто выражаемая в фунтах на кубический дюйм, граммах на кубический сантиметр и т. Д., Описывает массу сплава на единицу объема. Плотность сплава определяет, сколько будет весить компонент определенного размера. Этот фактор важен в таких приложениях, как аэрокосмическая или автомобильная промышленность, где важен вес. Инженеры, которым нужны компоненты с меньшим весом, могут искать менее плотные сплавы, но при этом должны учитывать соотношение прочности и веса.Можно выбрать материал с более высокой плотностью, такой как сталь, например, если он обеспечивает более высокую прочность, чем материал с более низкой плотностью. Такую часть можно было бы сделать тоньше, чтобы меньше материала могло компенсировать более высокую плотность.

4. Пластичность / пластичность

Пластичность — это способность материала пластически деформироваться (то есть растягиваться) без разрушения и сохранять новую форму при снятии нагрузки. Думайте об этом как о способности растянуть данный металл в проволоку.Пластичность часто измеряется с помощью испытания на растяжение в виде процента удлинения или уменьшения площади поперечного сечения образца до разрушения. Испытание на растяжение также можно использовать для определения модуля Юнга или модуля упругости, важного отношения напряжение / деформация, используемого во многих расчетах конструкции. Склонность материала противостоять растрескиванию или разрушению под напряжением делает пластичные материалы подходящими для других процессов металлообработки, включая прокатку или волочение. Некоторые другие процессы, такие как холодная обработка, делают металл менее пластичным.

Пластичность, физическое свойство, описывает способность металла формироваться без разрушения. Давление или сжимающее напряжение используется для прессования или свертывания материала в более тонкие листы. Материал с высокой пластичностью сможет выдерживать более высокое давление без разрушения.

5. Эластичность, жесткость

Эластичность описывает тенденцию материала возвращаться к своему первоначальному размеру и форме при устранении деформирующей силы. В отличие от материалов, которые демонстрируют пластичность (где изменение формы необратимо), эластичный материал вернется к своей предыдущей конфигурации после снятия напряжения.

Жесткость металла часто измеряется модулем Юнга, который сравнивает соотношение между напряжением (приложенной силой) и деформацией (результирующей деформацией). Чем выше модуль упругости, а это означает, что большее напряжение приводит к пропорционально меньшей деформации, тем жестче материал. Стекло может быть примером жесткого материала с высоким модулем упругости, а резина — материалом, который демонстрирует низкую жесткость / низкий модуль. Это важное соображение при проектировании для приложений, где требуется жесткость под нагрузкой.

6. Вязкость разрушения

Ударопрочность — это мера способности материала противостоять ударам. Эффект удара — столкновение, которое происходит в течение короткого периода времени — обычно больше, чем эффект более слабой силы, действующей в течение более длительного периода. Таким образом, следует учитывать ударопрочность, если приложение включает повышенный риск удара. Некоторые металлы могут приемлемо работать при статической нагрузке, но разрушаться при динамических нагрузках или при столкновении.В лаборатории удар часто измеряется с помощью обычного теста Шарпи, когда взвешенный маятник ударяет по образцу напротив обработанного V-образного паза.

7. Твердость

Твердость определяется как способность материала сопротивляться постоянному вдавливанию (то есть пластической деформации). Как правило, чем тверже материал, тем лучше он сопротивляется износу или деформации. Термин твердость, таким образом, также относится к локальной поверхностной жесткости материала или его устойчивости к царапинам, истиранию или порезам.Твердость измеряется с помощью таких методов, как Бринелля, Роквелла и Виккерса, которые измеряют глубину и площадь углубления более твердым материалом, включая стальной шарик, алмаз или другой индентор.

8. Пластичность

Пластичность, обратная упругости, описывает тенденцию определенного твердого материала сохранять свою новую форму под действием сил формования. Это качество, которое позволяет материалам изгибаться или обрабатывать их в неизменной новой форме.Материалы переходят от упругих свойств к пластическим в пределе текучести.

9. Прочность — усталость

Усталость может привести к разрушению под действием повторяющихся или изменяющихся напряжений (например, нагрузки или разгрузки), максимальное значение которых меньше прочности материала на разрыв. Более высокие нагрузки ускоряют время до отказа, и наоборот, поэтому существует связь между напряжением и циклами до отказа. Таким образом, предел выносливости относится к максимальному напряжению, которое металл может выдержать (переменная) за заданное количество циклов.И наоборот, показатель усталостной долговечности удерживает нагрузку фиксированной и измеряет, сколько циклов нагрузки может выдержать материал до разрушения. Усталостная прочность является важным фактором при проектировании компонентов, подверженных повторяющимся нагрузкам.

10. Прочность — сдвиг

Прочность на сдвиг учитывается в таких приложениях, как болты или балки, где важны как направление, так и величина напряжения. Сдвиг возникает, когда направленные силы заставляют внутреннюю структуру металла скользить по самой себе на гранулированном уровне.

11. Прочность — растяжение

Одним из наиболее распространенных показателей свойств металла является прочность на растяжение или предельная прочность. Прочность на растяжение — это величина нагрузки, которую секция металла может выдержать до того, как она сломается. При лабораторных испытаниях металл удлиняется, но возвращается к своей первоначальной форме через область упругой деформации. Когда он достигает точки остаточной или пластической деформации (измеряется как текучесть), он сохраняет удлиненную форму даже при снятии нагрузки.В точке растяжения нагрузка приводит к окончательному разрушению металла. Этот показатель помогает отличить хрупкие материалы от более пластичных. Предел прочности на растяжение или предел прочности измеряется в ньютонах на квадратный миллиметр (мегапаскали или МПа) или фунтах на квадратный дюйм.

12. Прочность — Урожайность

Подобный по концепции и измерению пределу прочности на разрыв, предел текучести описывает точку, после которой материал под нагрузкой больше не возвращается в исходное положение или форму.Деформация переходит от упругой к пластической. Расчетные расчеты включают предел текучести, чтобы понять пределы размерной целостности под нагрузкой. Как и предел прочности на разрыв, предел текучести измеряется в ньютонах на квадратный миллиметр (мегапаскали или МПа) или фунтах на квадратный дюйм.

13. Прочность

Вязкость, измеренная с помощью испытания на ударную вязкость по Шарпи, аналогичного испытанию на ударопрочность, представляет собой способность материала поглощать удары без разрушения при заданной температуре.Поскольку ударопрочность часто ниже при низких температурах, материалы могут стать более хрупкими. Значения Шарпи обычно предписываются для ферросплавов, где возможны низкие температуры в применении (например, морские нефтяные платформы, нефтепроводы и т. Д.) Или где учитывается мгновенная нагрузка (например, баллистическая защита в военных или авиационных приложениях).

14. Износостойкость

Износостойкость — это мера способности материала противостоять трению двух материалов друг о друга.Это может принимать различные формы, включая адгезию, истирание, царапины, выдолбление, истирание и другие. Когда материалы имеют разную твердость, более мягкий металл может сначала проявлять эффекты, и управление этим может быть частью дизайна. Даже прокатка может вызвать истирание из-за присутствия посторонних материалов. Износостойкость можно измерить как количество потерянной массы за определенное количество циклов истирания при данной нагрузке.

Рассмотрение этой информации о механических и физических свойствах может способствовать оптимальному выбору металла для конкретного применения.Из-за множества доступных материалов и возможности изменять свойства путем легирования, а часто и путем термообработки, можно потратить время на то, чтобы проконсультироваться со специалистами в области металлургии, чтобы выбрать материал, который обеспечивает необходимые характеристики, сбалансированные с экономической эффективностью.

(PDF) Разработка и характеристика теплоизоляционных материалов из возобновляемых источников

[22] К. Роде, Р. Х. Пеухкури, Л. Х. Мортенсен, К. К. Хансен, Б. Тайм, А.Густавсен, Т. Оянен,

Дж. Ахонен, К. Свеннберг, Дж. Арфвидссон и др., Влагоуплотнение строительных материалов, Tech.

респ., Технический университет Дании, Департамент гражданского строительства (2005). 575

[23] Н. Эль Хадж, Р. М. Дейли, А. Гулье, З. Абура, М. Л. Бензегаг, М. Кенудек, Innovant

агроматериалы, в состав которых входят бритвы и белковое связующее: процесс и характеристика, Com-

posites Часть B: Разработка 43 (2) (2012) 381–390.DOI: 10.1016 / j.compositesb.2011.05.022.

URL http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135983681100240X

[24] Д. М. Нгуен, A.-C. Grillet, T. M. H. Diep, C. N. Ha Thuc, M. Woloszyn, Hygrothermal prop-580

биоизоляционных строительных материалов на основе бамбуковых волокон и биоклея, Строительство и

Строительные материалы 155 (2017) 852–866. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2017.08.075.

URL http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061817316665

[25] A.Бурдо, Т. Мусса, А. Гакоин, К. Маалуф, П. Васкес, К. Томачот-Шнайдер, К. Блиард,

А. Мерабтин, М. Лачи, О. Дузан, Х. Караки, Г. Полидори, Характеристика агроматериала на основе конопли585

: Влияние соотношения крахмала и размера косточки конопли на физические, механические и гигротермические свойства, Энергия и строительство 153 (2017) 501–512. DOI: 10.1016 / j.enbuild.2017.08.022.

URL http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778817312446

[26] R.V. Ratiarisoa, C. Magniont, S. Ginestet, C. Oms, G. Escadeillas, Оценка дистиллированной лаванды

стеблей как биоагрегата для строительных материалов: гигротермические свойства, механические характеристики590

и химические взаимодействия с минеральным пуццолановым связующим, Строительство и Строительные материалы 124

(2016) 801–815. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.08.011.

URL http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0950061816312739

[27] Э. Латиф, С. Такер, М.А. Чупала, Д. К. Виджеесекера, Д. Ньюпорт, Гигрические свойства конопли

38

Тепловые, физические и механические свойства теплоизоляционных панелей на основе коры с покрытием

Теплопроводность

Значения теплопроводности покрытых корой Панели, представленные в таблице 2, были рассчитаны в диапазоне 0,067–0,074 Вт / (м · К), в зависимости от типа наложения. Предлагаемые панели на основе коры тополя (контрольные и накладные) можно охарактеризовать как мат с промежуточными тепловыми характеристиками по классификации Asdrubali et al.(2015). Эти значения согласуются со значениями теплопроводности, указанными в литературе для коры или других древесных композитных панелей аналогичной плотности и толщины. Например, теплопроводность панелей коры лиственницы ( Larix decidua ), по данным Kain et al. (2014) варьировались от 0,069 до 0,093 Вт / (м · К) в зависимости от плотности панели. Аналогичным образом, Pásztory et al. (2017) сообщили, что теплопроводность панелей из черной акации ( Robinia pseudoacacia ) составляла 0.0651 Вт / (м · К). Кроме того, теплопроводность деревянных циновок низкой плотности, состоящих из древесных стружек и волокон кенафа, оценивается в 0,069 Вт / (м · К) (Nakaya et al., 2016).

Таблица 2 Результаты термических, физических и механических свойств панелей на основе коры, покрытых бумажными матами

Признано, что теплопроводность, как ожидается, будет увеличиваться пропорционально содержанию влаги, температуре и плотности (Sonderegger and Niemz 2009; Troppová et al. др. 2015). Кроме того, было указано, что методы производства древесных плит, древесных материалов и древесных частиц имеют большое влияние на теплопроводность (Sonderegger and Niemz 2012, 2009).Как показано на рис. 3, теплопроводность всех исследованных панелей в этом исследовании была построена как линейная функция плотности. Очевидно, что чем выше плотность накладываемых панелей на основе коры, тем выше была их теплопроводность.

Рис. 3

Модель линейной регрессии между плотностью и теплопроводностью перекрытых панелей на основе коры (уровень достоверности 95%)

Физические свойства

В этом исследовании была предпринята попытка сохранить плотность внутреннего слоя панелей идентичны в диапазоне 350 кг / м ³ .Следовательно, повышенные и статистически более высокие значения плотности, наблюдаемые на перекрытых панелях, возможно, можно объяснить дополнительным весом и толщиной бумажных и стекловолоконных матов. Результаты физико-механических свойств перекрытых панелей на основе коры, наблюдаемые в этой работе, показаны в таблице 2.

Как следует из результатов, контрольные панели показали высокое водопоглощение (217,89%) и набухание по толщине (17,67%). По реакции на погружение в воду (рис.4), статистический анализ показал, что набухание по толщине и водопоглощение панелей с покрытием P1 через 24 часа были значительно ниже, чем у контрольных (p <0,05) панелей на основе коры. Аналогичным образом, эти панели показали лучшие результаты по водопоглощению панелей с покрытием P2, в то время как набухание по толщине переработанной бумаги также было значительно ниже, чем у P1. Однако результаты показали, что перекрытые панели типа P2 продемонстрировали худшие общие характеристики, включая свойства погружения в воду и механические свойства.

Рис. 4

Процент водопоглощения (WA) и набухания по толщине (TS) после 24-часового погружения в воду в зависимости от типа бумаги и стекловолокна

Наблюдаемые различия листов бумаги с наложением можно объяснить структурными характеристиками исследуемых документы. Эти структурные особенности (например, масса, тип целлюлозы, условия производства, добавки и / или покрытие и т. Д.) Влияют на проникновение УФ-смолы, качество межфазного связывания, поведение поглощения воды и, следовательно, указывают на сильное общее влияние на производительность панелей на основе коры.Этот результат еще более усиливается за счет несоответствия между листами бумаги и их поверхностями. Более низкие значения CA и отрицательные значения \ (\ Delta G_ {i} \), наблюдаемые на склеенной поверхности переработанной бумаги, указывают на наиболее благоприятную смачиваемость, в отличие от более высоких значений CA и положительных значений \ (\ Delta G_ {i} \), рассчитанных для остальные бумажные поверхности и термомеханическая масса с покрытием.

Напротив, нанесение соединения стекловолокна и эпоксидной смолы на поверхность панелей на основе коры, по-видимому, значительно минимизирует и ограничивает величину водопоглощения и набухания по толщине (рис.4). Помимо низкой теплопроводности, стекловолокно, по-видимому, обладает очень высокой удельной прочностью и звукопоглощающими свойствами, легким весом и очень хорошей прочностью и стойкостью к водяному пару (Cao et al. 2015). Среди этих трех типов стекловолокна ткань и мат из стекловолокна показали улучшенные характеристики по сравнению с сеткой из стекловолокна. Включение типов GFRP2 и GFRP3 привело к значительному уменьшению набухания по толщине и водопоглощения до 46,20–47,03% и 26.02–30.01% соответственно.

Несмотря на то, что кора менее гигроскопична, чем древесина, водный поток и свойства сорбции и десорбции влаги панелями из коры играют важную роль в потреблении тепловой энергии в зданиях (Kain et al. 2018). Следовательно, диффузионные свойства, обычно выражаемые коэффициентом сопротивления водяному пару (μ-значение), являются еще одним важным признаком характеристики изоляционных материалов. Как и на теплопроводность, на сорбционные свойства и диффузию воды древесных плит влияет несколько факторов.Среди этих факторов наиболее важными являются плотность панели, влажность (относительная влажность) и температура.

Sonderegger и Niemz (2009) исследовали сопротивление водяному пару и значения коэффициента диффузии нескольких коммерческих древесных плит с разной плотностью и толщиной. Результаты показали, что коэффициент сопротивления водяному пару материалов на основе древесины увеличивается с увеличением плотности и уменьшается с увеличением содержания влаги. Кроме того, влияние диапазона коэффициентов вариации на значения потока водяного пара также было выявлено среди древесных панелей (таких как OSB, фанера, плиты с покрытием и без покрытия) из-за различий в размерах частиц среди древесных плит. панели или склеивающее взаимодействие покрытых или покрытых плит.

Kain et al. (2018) пришли к выводу, что на поток пара через изоляционные панели из коры лиственницы существенно влияет пустотная структура панели, и что наиболее важным фактором, влияющим на сопротивление диффузии водяного пара, является плотность плиты. По словам этих авторов (Kain et al. 2018), структура панели с точки зрения ориентации и размера частиц, как оказалось, оказывает незначительное влияние на паропроницаемость панели, что может быть результатом незначительных изменений. Однако мелкие частицы обладают меньшим сопротивлением сжатию по сравнению с крупными и, возможно, сильнее сжимаются во время горячего прессования, что влияет на плотность панелей.

Ву и Сучсленд (1996) исследовали влияние содержания влаги и градиента трехслойных древесностружечных плит с покрытием. Их результаты показали, что сердцевинный слой из ДСП имеет больший коэффициент диффузии воды, чем лицевые слои, как следствие более низкой плотности и большего внутреннего пустотного объема сердцевины. Более того, они сообщили, что доминирующим механизмом переноса влаги в древесных плитах, таких как ДСП и ДВП, может быть диффузия водяного пара через поровые пространства, заполненные воздухом, тогда как в твердой древесине диффузия связанной воды может играть более важную роль.Кроме того, было показано, что характеристики анатомических клеток древесины и коры влияют на сорбционное поведение древесины и древесных плит. Например, Neimsuwan et al. (2008) указали, что ранняя древесина мелколепестковой сосны имела более высокие показатели сорбции и коэффициенты диффузии, чем поздняя древесина, в то время как Kain et al. (2018) процитировали исследование, в котором изучалась диффузия пара через перидерму болиголова. Согласно результатам исследования, White (1979) указал, что тонкостенная ткань перидермы поглощает воду примерно в три раза медленнее, а толстостенная в тридцать раз медленнее, чем деревянная ксилема, как сообщили Kain et al.(2018).

В этом исследовании параметры и условия обработки были идентичны. Таким образом, считается, что наблюдаемые высокие уровни водопоглощения могут быть объяснены следующими причинами: (а) низкая плотность панели, а также размер и форма пустот внутри панели; (б) толщина коры тополя (пропорция флоэмы и перидермы) и внутренние анатомические характеристики (типы и размеры клеток), и (в) площадь поверхности, плотность и соотношение размеров частиц коры.Термическая или химическая модификация частиц или панелей может улучшить их стабильность размеров и гигроскопичность.

Предполагается, что помимо гигроскопичности коры, поглощение воды оказывает большое влияние на механические характеристики клеевых слоев между слоями из стекловолокна и эпоксидной смолой и, следовательно, на механические характеристики панелей из коры из стекловолокна с покрытием. Когда вода движется внутри древесины, клейкие слои могут действовать как барьеры, которые потенциально могут привести к локальному увлажнению (Wimmer et al.2013), а молекулы воды могут легко мигрировать в клей и изменять его химические и физические свойства (Maggana and Pissis 1999). Перенос влаги в системах эпоксидных смол во влажной или влажной среде имеет большое значение, поскольку большинство эпоксидных смол поглощают от 1 до 7 мас.% Влаги (Soles and Yee 2000). Тем не менее, эпоксидная смола была выбрана как наиболее подходящая для соединения стекловолокна с корой. Эксперименты по изотермам сорбции паров обычных отвержденных клеев для древесины показали 18%, 22%, 10% и 3%.5% влагопоглощение фенол-резорцин-формальдегидных (PRF), меламино-формальдегидных (MUF), поливинилацетатных (PVAc) и полиуретановых (PU) пленок соответственно. Более того, PRF и MUF были классифицированы как медленно впитывающиеся клеи с низкими коэффициентами диффузии, полиуретан как адгезивы со средней впитывающей способностью и PVAc как быстро впитывающиеся (Wimmer et al. 2013).

Механические свойства

Измеренные механические свойства панелей, покрытых бумагой и стекловолокном, показали очень схожие тенденции их физических свойств (Таблица 2).Вариации статических свойств изгиба, то есть прочности на изгиб (MOR) и модуля упругости при изгибе (MOE), а также прочности поверхности (SS) в зависимости от типа наложения показаны на рис. 5. Было замечено, что исследованные механические на свойства существенно повлиял тип наплавляемого материала. Тем не менее, можно сообщить, что панели, покрытые стекловолокном, продемонстрировали более высокие показатели по сравнению с листами, покрытыми бумагой.

Рис. 5

Прочность на изгиб (MOR), модуль упругости (MOE) и прочность поверхности (SS) перекрытых панелей на основе коры

Наблюдаемые различия между перекрывающим стеклопластиком и бумажными матами можно объяснить влиянием присущие свойствам самих волокон, объемная доля и ориентация прилипших волокон к матрице, тип смол, использованных в данном исследовании, и процессы их производства.В случае двух типов бумаги, скрепленных УФ-смолой на плитах на основе коры, переработанный бумажный лист показал улучшенные механические свойства по сравнению с бумажным листом ТМП с покрытием. Тем не менее, ни один из этих бумажных листов не дал удовлетворительных результатов по механическим характеристикам, таким же, как их значения водопоглощения и набухания по толщине. Напротив, с точки зрения протестированных типов стекловолокна тканая ткань из стекловолокна показала лучшие механические свойства в отношении армирования стекловолоконной сетки и мата.Однако аналогичные механические свойства были получены как для стекловолоконной сетки, так и для матов.

В частности, образцы GFRP3 показали (i) самые низкие значения теплопроводности, (ii) самые низкие свойства погружения в воду и (iii) самые высокие механические свойства среди всех предложенных панелей. Это может быть связано с различиями в структурах типа стекловолокна, что определяется пористостью, распределением диаметров стекловолокна и смолой, нанесенной на эти полимерные материалы.Основываясь на изображениях, полученных с помощью SEM, авторы предполагают, что стекловолокна кажутся рыхлыми, « связанными » в случае тканого материала с указанием какой-либо смолы, в то время как в двух других типах существует очевидное присутствие смолы, внедренной через ткань. стекловолокно. Более того, было обнаружено, что модуль разрыва для всех типов стекловолокна был выше значений, требуемых европейским стандартом EN 622-4 (2009), тип SB. Однако было показано, что сетка из стекловолокна не может удовлетворять требуемым значениям разбухания по толщине, что, возможно, можно объяснить ее сетчатым размером сетки.

Хорошие механические характеристики панелей на основе коры из стекловолокна можно объяснить хорошей адгезией между стекловолокном и частицами коры. Как сообщает Raftery et al. (2009a), эпоксидные клеи обычно считаются подходящим связующим для образования хорошего качества склеивания стеклопластика с древесиной в сухих условиях. Также было отмечено, что целостность соединения зависит не только от эпоксидной смолы, но и от толщины линии соединения и типа армирования стекловолокном (Raftery et al. 2009b).

Однако в большинстве случаев результаты были связаны с высоким стандартным отклонением, которое демонстрирует степень вариации полученных свойств этих образцов.Это явление, по-видимому, можно объяснить серьезной трудностью получения предварительно формованных вручную прессованных панелей с однородным распределением. Другой возможной причиной этого наблюдения может быть количество пропорций внешней и внутренней коры, а также различия в их клеточных типах и химическом составе (Eberhard 2013).

Глоссарий (дополнительные) — Полиизоциануратная (полиизо) изоляция и пенополистирол

A-E F-N O-Z

Octave Band: Полоса частот, верхний предел частоты которого в два раза больше нижнего предела.
Смещение: Изменение местоположения или направления магистрали, ответвления или выхода. Он может быть расположен в стояке или: горизонтальном участке трубопровода или воздуховода.
Однослойный цемент: Смесь различных изоляционных волокон, наполнителей и вяжущих с гидравлическим цементом. Материал: может быть нанесен непосредственно на фитинги, чтобы соответствовать толщине прилегающей изоляции за одно нанесение, и сгладиться, чтобы обеспечить твердую отделку.
Пенопласт с открытыми порами: Материал, состоящий преимущественно из соединяющихся ячеистых пустот.
Панель: Сборный элемент утеплителя и утеплителя.
Ремонт: Ремонт или восстановление поврежденной существующей изоляции. См. Раздел «Переизоляция».
Перлит: Изоляция, состоящая из натуральной перлитовой руды, расширенной с образованием ячеистой структуры.
Пермь: Единица измерения паропроницаемости, состоящая из одного зерна воды через один квадратный фут: мембраны за час при разнице давлений паров ртути в 1 дюйм.
ПРОНИЦАЕМОСТЬ: Свойство вещества, которое пропускает водяной пар и равно проницаемости в один дюйм (1) толщины вещества.Проницаемость измеряется в пермских дюймах.
PERMEANCE (Perms): Отношение потока водяного пара к разнице давления пара между двумя поверхностями листа материала (или сборки между параллельными поверхностями). Проницаемость измеряется в Перми.
Защита персонала: Изоляция, установленная с целью защиты персонала от горячих поверхностей.
pH: Мера кислотности или щелочности раствора, численно равная 7 для нейтральных растворов: увеличивается с увеличением щелочности и уменьшается с увеличением кислотности (потенциал: водород).
Фенольная пена: Вспененная изоляция, изготовленная из смол фенолов, сконденсированных с альдегидами.
Штыревой шов: Присоединение анкерных штифтов изоляции к воздуховодам или оборудованию, как правило, с помощью разряда конденсатора: сварка.
Точечное отверстие: Очень маленькое отверстие в мастике или покрытии.
Изоляция для труб: Изоляция в форме, подходящей для нанесения на цилиндрические поверхности.
Труба: Круглый трубопровод для транспортировки жидкостей или полутвердых веществ.
Воздухозаборники: Отсек или камера, к которым подсоединены один или несколько воздуховодов, которые составляют часть системы распределения воздуха и не используются для размещения или хранения. Пленум часто формируется частично или полностью по частям здания.
Указатель: Нанесение или придание формы цементам или мастике с помощью небольшого заостренного шпателя.
Полиэтилен: Термопластический материал с закрытыми порами, используемый для изоляции.
Полиимид: См. Ячеистый полиимид.
Полиизоцианурат: Термореактивный пенопласт с закрытыми ячейками, образованный путем объединения изоцианурата, полиола, поверхностно-активных веществ, катализаторов и пенообразователей.
Полимер: Длинноцепочечная молекула, образующаяся в результате химического присоединения коротких молекул (мономеров) одного и того же продукта. Например, при полимеризации этилена (газа) образуется синтетическая смола: полиэтилен.
ПОЛИОЛ: Органическое соединение, имеющее более одной гидроксильной (-ОН) группы на молекулу.В индустрии ячеистых пластиков этот термин включает мономерные и полимерные соединения, содержащие спиртовые гидроксильные группы, такие как простые полиэфиры, гликоли, глицерин и сложные полиэфиры, используемые в качестве реагентов в пенополиуретане.
Полиолефин: Термопластический материал с закрытыми порами, используемый для изоляции.
ПОЛИСТИРОЛ: Смола, полученная полимеризацией стирола в качестве единственного мономера.
ПОЛИУРЕТАН: Полимерное вещество, содержащее много уретановых связей. Сокращается как PUR или PIR, в зависимости от того, больше ли доля полиола или изоцианата.[Жесткие пенополиуретаны с более высокими изоцианатными индексами называются PIR или пенополиизоциануратами]. Полиуретаны на самом деле включают очень большое семейство полимеров с широким диапазоном свойств и применений, все они основаны на продукте реакции органического диизоцианата с соединениями, содержащими гидроксильную группу, и имеющими группу «RNHCOOR» в своих цепях. Типы и свойства полиуретанов настолько разнообразны, что их окрестили «монтажным комплектом» в индустрии пластмасс. Они могут быть термореактивными или термопластичными, жесткими и твердыми или гибкими и мягкими, твердыми или ячеистыми; и свойства любого из этих типов могут варьироваться в широких пределах, чтобы соответствовать желаемому применению.См. Полиизоцианурат.
Поливинилхлорид (ПВХ): Полимеризованное виниловое соединение с использованием хлорида.
Поливинилфторид (ПВФ): Полимеризованное виниловое соединение с использованием фторида.
Лента, чувствительная к давлению: Лента с предварительно нанесенным клеем.
Перекачиваемый конденсат (нагнетание): Конденсат в жидком состоянии из приемников конденсата в подогреватели питательной воды, деаэраторы или бойлеры.
Устойчивость к проколам: Это свойство материала, которое позволяет ему противостоять проколам или перфорации при ударах или: давлении острых предметов.
Пробивка: Экзотермическая реакция, которая происходит внутри изоляционного материала на горячей поверхности и обычно является результатом сгорания газов, возникающих в результате химического разложения связующего или смолы.
Сияние: Скорость излучения излучения на единицу телесного угла и на единицу площади проекции источника в: установленном угловом направлении от поверхности (обычно нормальном).
Плотность лучистого потока: Скорость лучистой энергии, излучаемой с единицы площади поверхности во всех радиальных направлениях распространяющейся полусферы.
ИЗЛУЧАЮЩЕЕ ТЕПЛО: Тепло, исходящее от нагретого тела, в отличие от тепла, передаваемого промежуточным телом.
Radiation: Передача тепла от одного объекта к другому без нагревания пространства между ними.
Отражение: Доля падающего на поверхность излучения, которое отражается от поверхности.
Отражающая изоляция: Изоляция в зависимости от ее характеристик при уменьшении лучистой теплопередачи через воздушные пространства: за счет использования одной или нескольких поверхностей с высоким коэффициентом отражения и низким коэффициентом излучения.
Огнеупорная изоляция: Изоляция для чрезвычайно высоких температур, обычно выше 1500 ° F.
Огнеупорные материалы: Материалы, обычно волокна, которые существенно не деформируются или не изменяются химически при очень высоких температурах. Изготавливается в виде полотна, блока, кирпича или цемента.
Армирующая ткань или ткань: Ткань или ткань из стекла или эластичных волокон, используемая в качестве армирующей мастики.
Reinsulate: Для восстановления изоляции до прежнего состояния.(Если изоляция должна быть снята и заменена, это должно быть указано.)
Относительная влажность: Одно из следующих соотношений (а) мольной доли водяного пара в данной пробе влажного воздуха к: мольной доле в образец воздуха, насыщенный при той же температуре и давлении; (b) соотношение пар: давление в данном образце влажного воздуха к давлению пара в образце воздуха, насыщенного при тех же: температуре и давлении, и (c) отношение влажности в данном образце влажного воздуха к соотношению влажность: в воздухе образец насыщен при той же температуре и давлении.Нет юнитов.
Съемные и многоразовые крышки: Изоляционные материалы или прокладки, заключенные в ткань или металл (сетку или лист), которые легко снимаются и устанавливаются заново.
Упругость: Свойство материала, которое позволяет ему восстанавливать свою первоначальную форму и толщину после: сжатия.
Устойчивость к кислотам, щелочам и растворителям: Способность материала противостоять разложению под действием различных кислот, щелочей и растворителей, которым: он может подвергаться.
Сопротивление воздушной эрозии: Способность изоляционного материала противостоять эрозии воздушными потоками по своей поверхности.
УСТОЙЧИВОСТЬ к размножению грибков или бактерий: необходимо в пищевых или косметических областях.
УСТОЙЧИВОСТЬ к ультрафиолетовому свету: Значительно при применении на открытом воздухе.
Сопротивление истиранию: Способность противостоять истиранию, царапинам, истиранию или истиранию ветром.
Устойчивость к замораживанию-оттаиванию: Устойчивость к циклам замораживания и оттаивания, которые могут повлиять на применение, внешний вид или: производительность.
Сопротивление удару (ударная вязкость): Способность противостоять механическим ударам или ударам без повреждений, серьезно влияющих на: эффективность материала или системы.
Сопротивление, тепловое, (значение R): Мера способности задерживать тепловой поток, а не способность передавать тепло. R-значение: числовое значение, обратное «U» или «C», таким образом, R = 1 / U или 1 / C. Значение R термического сопротивления используется в: комбинации с цифрами для обозначения значений термического сопротивления: R-11 равно 11 сопротивлению: единицам.Чем выше «R», тем выше изоляционный показатель. Единицы измерения I-P: ° F — фут2 — час / британская тепловая единица; : единицы СИ: ° C — м2 / Вт.
Удельное сопротивление, термическое, r: Величина, определяемая разницей температур в установившемся режиме между двумя заданными: параллельными поверхностями однородного материала единичной толщины, что вызывает удельный тепловой поток: через единицу площади. (r в единицах СИ: м K / Вт.) (r в единицах дюйм-фунт: h ft F / BTU или, h ft ² F / BTU дюйм.): Модернизация: Применение дополнительной изоляции поверх существующей изоляции, новая изоляция после старой: изоляция была удалена или новая изоляция поверх существующих, ранее неизолированных поверхностей.
RETROFIT: Применение дополнительной изоляции поверх существующей изоляции, новой изоляции после удаления старой изоляции или новой изоляции поверх существующих, ранее неизолированных поверхностей.
Канал возвратного воздуха: Воздуховод, по которому воздух из кондиционируемого помещения поступает в канал смешивающего воздуха или камеру статического давления.
Возвратный воздух: Воздух возвращается из кондиционируемых помещений в вентиляционную установку.
Жесткая оборачиваемая изоляция: Сегменты изоляционного материала, приклеенные к облицовке, что дает жесткую изоляцию: гибкость материалов в применении.
Жесткость: Свойство материала, которое противодействует любой тенденции к изгибу (изгибу) под нагрузкой.
Подступенок: Вертикальная часть магистрали, ответвления или желоба.
Каменная вата (Минеральная вата): Синтетическая изоляция из стекловолокна, изготовленная путем плавления преимущественно вулканической породы и других неорганических материалов с последующим физическим преобразованием расплава в волокна. См. Минеральная вата.
ПРОРЕЗИНЕННЫЙ АСФАЛИТИЧЕСКИЙ ПАРОПРОИЗВОДИТЕЛЬ: Битумная оболочка, модифицированная полимером.
Биение: Трубопровод или воздуховод от или до ответвления или основного обслуживающего узла: a) сантехнический узел или приспособление: соединение. б) блок нагрева и / или охлаждения, змеевик, конвектор, нагреватель блока, ребристая труба, оборудование: соединение и т. д. в) диффузор или регистр ОВКВ или г) подключение технологического оборудования.
Значение R (сопротивление): См. Сопротивление, термическое.
Седло: Жесткая опора для трубопроводов или оборудования с учетом изоляции.
Образец: Группа элементов, наблюдений, результатов тестов или частей материала, взятых из большой коллекции: элементов, наблюдений, результатов тестирования или количества материала, служащая для предоставления информации: которая может использоваться в качестве основа для принятия решения о более крупной коллекции.
SBCCI: Южный Конгресс Строительных норм, Международный.
S-Clip: Устройство (в форме буквы «S») для поддержки изоляции, лент или оболочки.
Оценка: Для прорезания канавок в жесткой изоляции с целью ее растрескивания и подгонки к круглым или неровным поверхностям.
Уплотнение: Для водонепроницаемости или герметичности.
Герметик: Герметики в изоляционных материалах выполняют в основном функции водо- и пароизоляции. Их также можно использовать в качестве клея и для деформационных швов для металла, кирпичной кладки, пеностекла и т. Д.Они должны обладать низкой усадкой, отличной адгезией и постоянной гибкостью.
Герметик: Жидкое покрытие, используемое для предотвращения чрезмерного впитывания отделочного покрытия пористыми поверхностями.
Крепления: Любое устройство, провод, ремешок или клей, используемые для закрепления изоляции в рабочем положении и удержания ее: там.
Самозатухающий: Свойство материала, которое позволяет ему останавливать собственное возгорание после удаления внешних источников возгорания.
Пределы рабочих температур: Температура, которой может подвергаться оболочка или покрытие при нанесении поверх изоляции.Это: не относится к рабочей температуре оборудования, емкости или трубы.
МОДУЛЬ СДВИГА: Модуль сдвига, иногда называемый модулем жесткости, определяется как отношение напряжения сдвига к деформации сдвига. Модуль сдвига обычно измеряется в тысячах фунтов на квадратный дюйм (тысяч фунтов на квадратный дюйм) или ГПа (гигапаскалях).
Прочность на сдвиг: Способность материала противостоять расколу.
Срок годности: Период времени, в течение которого материал, особенно упакованный клей, покрытие или герметик: может храниться при определенных температурных условиях и оставаться пригодным для использования.
Щиток: Металлический протектор для предотвращения разрушения изоляции в трубных ангарах.
Усадка: Это свойство материала, которое указывает на его пропорциональную потерю в размерах или объеме из-за: изменений температуры или старения.
SLAG WOOL: Тип неорганической волокнистой изоляции, изготовленной из доменного шлака.
Плотность дыма: Количество дыма, выделяемого горящим материалом, по сравнению с количеством дыма, выделяемого: при горении стандартного материала.
ОБРАЗОВАНИЕ ДЫМА: Образование дыма — это свойство материала выделять дым при воздействии пламени или огня. Строительные нормы и правила обычно требуют, чтобы рейтинг дымообразования не превышал 50, согласно измерениям в соответствии с ASTM E84. Для других норм требуется рейтинг 450 или меньше, что соответствует требованиям класса 1. Образование дыма также можно измерить в соответствии с UL723.
Тепло замачивания: Условия испытания, при которых образец полностью погружен в атмосферу, поддерживаемую при контролируемой температуре.
Солнечное сопротивление: Свойство материала противостоять разложению под действием ультрафиолетовых лучей солнца или прохождения лучистого тепла от солнца.
Содержание твердых веществ: Процент нелетучих веществ в клеях, покрытиях или герметиках. Это может быть основано на: весе или объеме.
Растворитель: Любое вещество, обычно жидкость, растворяющее другое вещество.
Коэффициент звукопоглощения (SAC): Процент звуковой энергии, падающей на поверхность материала, которая поглощается этим материалом.
Класс передачи звука (STC): Оценка с одним числом, основанная на измерениях потерь при передаче звука перегородки между: соседними закрытыми помещениями.
Потери при передаче звука (STL): Снижение уровня, измеряемое в децибелах, при прохождении звуковой энергии через материал или композитную конструкцию.
Удельная теплоемкость: Отношение количества тепла, необходимого для поднятия единицы массы материала на 1 градус, к тому: необходимое для поднятия единицы массы воды на 1 градус при некоторой заданной температуре.
Изоляция, нанесенная напылением: Изоляция волокнистого или вспененного типа, которая наносится на поверхность с помощью струйного распылителя: устройства.
SSL: Самоуплотняющийся нахлест, как при нахлесте на изоляционной рубашке трубы.
Постоянный шов: Сложенная конфигурация оболочки для достижения водораздела для верхних плоских поверхностей воздуховодов, сосудов или резервуаров. Также используется для придания жесткости.
Устойчивое состояние (тепловое состояние): Состояние, при котором все соответствующие параметры в регионе не изменяются в течение двух последовательных периодов времени в установившемся режиме более чем на допуск установившегося состояния, и нет долгосрочного монотонного режима: присутствуют дрейфы .Где период времени установившегося состояния — это постоянная времени образца устройства: система с дополнительным временем, необходимым при наличии физических явлений, таких как перенос влаги, который может вызвать длительный монотонный дрейф.
Ребро жесткости (фланец воздуховода): Конструктивная или изготовленная стальная угловая форма, прикрепляемая к внешним поверхностям воздуховода или переборки: через определенные промежутки времени с целью усиления металла и предотвращения вибрации.
Сетчатый фильтр: Фильтр или сито, используемое в трубопроводе для жидкости для улавливания накипи и других захваченных частиц.
Прочность, поперечная (или изгиб): Разрывная нагрузка, приложенная перпендикулярно нейтральной оси балки.
Шпилька: Крепление изоляционных анкеров к резервуарам или резервуарам с помощью дуговой сварки.
Шпилька: Используется для удержания тяжелой изоляции и / или панелей на месте. Применяемые с дуговой сваркой шпильки отличаются от шпилек тем, что они обычно имеют диаметр дюйма или больше.
Воздуховод приточного воздуха: Воздуховод, по которому кондиционированный воздух от приточных устройств поступает к комнатным диффузорам или решеткам.
Опора (изоляция): Механическое устройство, несущее вес изоляции.
ОПОРА (изоляция): механическое устройство, несущее вес изоляции.
Поверхностный коэффициент: Отношение установившейся скорости теплообмена (скорость теплового потока на единицу площади конкретной поверхности за счет комбинированного воздействия излучения, теплопроводности и конвекции) между поверхностью и ее внешним окружением. (воздух или другая жидкость и другие видимые поверхности) на: разницу температур между поверхностью и окружающей средой.(См. Проводимость, пленка).
Температура поверхности (TA): Температура поверхности готовой изоляции.
Липкость: Свойство адгезива, которое позволяет ему образовывать измеримую связь сразу после того, как адгезив и адгезив вступают в контакт под низким давлением.
Прочность на разрыв: Свойство материала, которое позволяет ему сопротивляться разрыву под действием противоположных сил.
Пределы температуры: Верхняя и нижняя температуры, при которых материал не изменяет свои физические свойства.
Тестовый образец: Часть тестового образца, необходимая для получения одного определения теста.
Теплопроводность (значение k): См. Тепловая проводимость (значение k)
Тепловая мощность: Количество тепла, необходимое для изменения температуры тела на один градус. Для однородного тела это произведение массы и теплоемкости. Для неоднородного тела это: сумма произведений массы и удельной теплоемкости отдельных компонентов. (Также может быть: рассматривается как теплоемкость.)
Теплоизоляция: Определение первое: Изоляция, применимая в основном диапазоне температур от –300 F до 1800 F. Определение второе: Материал или совокупность материалов, используемых для обеспечения сопротивления тепловому потоку.
Система теплоизоляции: Примененная или установленная теплоизоляция в комплекте с любыми принадлежностями, пароизолятором и облицовкой: требуется.
Тепловые свойства изоляции: Обычно выражаются как значение C, значение K, значение R и значение U.
Горло: Внутренний радиус локтя.
ТОКСИЧНОСТЬ: Необходимо учитывать на предприятиях пищевой промышленности и в потенциально опасных зонах.
Прослежено: Подача дополнительного тепла к трубе или части оборудования с помощью сопутствующей линии: содержащей горячую жидкость или электрическое сопротивление. Он может быть термически или механически связан с: трубой или оборудованием.
Передача тепла: Установившийся тепловой поток от (или к) телу через примененную теплоизоляцию и к (или: от) внешнему окружению за счет теплопроводности, конвекции и излучения.Он выражается как: временная скорость теплового потока на единицу площади поверхности тела на единицу разницы температур между поверхностью тела и внешней средой.
Передача, Тепло: Количество тепла, протекающего через единицу площади из-за всех режимов теплопередачи, вызванных: преобладающими условиями.
Коэффициент пропускания, тепловой (коэффициент теплопередачи): Суммарное тепловое значение всех материалов в системе изоляции, воздушных пространств и поверхностного воздуха: пленок. Теплопередача в единицу времени через единицу площади материала или конструкции и граничных воздушных пленок, вызванная единичной разностью температур между средами на каждой стороне.Единицами измерения I-P являются британские тепловые единицы / (час — квадратный фут — разница температур в градусах F), а в системе СИ — Вт /: (квадратный метр — разница температур в градусах Цельсия). Примечание. Этот коэффициент теплопередачи получил название: общий коэффициент теплопередачи.
T-Rating: Рейтинг, обычно выражаемый в часах, указывающий продолжительность времени, в течение которого температура на стороне, не подверженной возгоранию, огнестойкого узла превышает температуру окружающей среды на 325 ° F, как определено в ASTM E-814 (UL -1479).
Поворот трубы (изгиб): Труба, изготовленная на заводе или на месте, с предварительно определенными радиусами.
UL: Underwriters Laboratories. Независимая компания по испытанию материалов. UL предоставляет услуги по тестированию, оценке и составлению списков продуктов, имеющих особые характеристики, связанные с безопасностью. Испытание UL: стандарты в целом аналогичны международным стандартам ASTM, если существуют оба стандарта.
УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ СВЕТ: Устойчивость к ультрафиолетовому свету значительна при использовании на открытом воздухе.
Под землей: Изоляция, нанесенная на трубопроводы и оборудование, расположенные ниже уровня земли и непосредственно контактирующие с окружающей почвой.
Штуцер: Муфта для соединения труб.
Уретан: Пенопласт с жесткой полиуретановой изоляцией с закрытыми порами в картонной, трубной или вспененной изоляции: форма.
Значение U (коэффициент пропускания): См. Коэффициент теплопередачи, тепловой (значение U): Клапан: Любое из различных устройств, которые регулируют поток жидкости или газа путем открытия, закрытия или перекрытия его: прохода.
КЛАПАН: Любое из различных устройств, которые регулируют поток жидкости или газа, открывая, закрывая или препятствуя его прохождению.
ПРИВОД ПАРА: Привод паров влаги происходит, когда более теплый и влажный воздух притягивается к более холодным поверхностям и стремится проникнуть (или «вбить») в изоляцию. Привод пара сильно зависит от температуры; более горячий водяной пар более эффективен при преодолении препятствий, чем более холодный водяной пар.
КУРТКА-УПЛОТНИТЕЛЬ: Любой материал или композит, отвечающий требованиям замедлителя паров и используемый для отделки изоляционного материала. Он может быть установлен на заводе или применяться в полевых условиях.
ПАРОЗАМЕДИТЕЛЬ: Замедлитель пара препятствует проникновению влаги на поверхности с более низкой температурой, где она может конденсироваться. Материал, замедляющий образование пара, обычно представляет собой рубашку или покрытие.
Вентилируемый воздух: Воздух, подаваемый в любое пространство или удаляемый из любого помещения естественным или механическим путем.
Вентиляционный канал: Воздуховод, подающий или удаляющий воздух естественным или механическим способом.
Вермикулит: Изоляция, состоящая из натуральной вермикулитовой руды, расширенной с образованием расслоенной структуры.
Вертикальный трубопровод: Любой трубопровод, находящийся под углом менее 45 ° от вертикальной плоскости.
Устойчивость к вибрации: Свойство материала, указывающее на его способность противостоять механической вибрации без износа: удаления, затвердевания или пыления.
Винил: Название класса смол или пленок.
Warpage: Изменение плоскостности материала, вызванное различиями в температуре и / или влажности, приложенной к противоположным поверхностям материала.
Шайба (изоляционный зажим): Самоблокирующееся плоское металлическое устройство, прикрепленное к анкерным штифтам для фиксации изоляции на месте.
Водопоглощение: Увеличение веса материала, выраженное в процентах от его сухого веса или объема после: погружения в воду на определенное время.
Водонепроницаемость: Способность выдерживать ограниченное воздействие воды.
Распространение водяного пара: Процесс, при котором водяной пар распространяется или перемещается через проницаемые материалы, вызванный: разницей в давлении водяного пара.
Проницаемость для водяного пара: Скорость прохождения водяного пара через единицу площади плоского материала единичной толщины: вызванная разницей давления пара между двумя конкретными поверхностями при заданных температуре и влажности. Проницаемость для водяного пара измеряется в системе IP в доп.
Проницаемость для водяного пара: Скорость прохождения водяного пара через единицу площади плоского материала или конструкции: вызванная разницей давления пара между двумя конкретными поверхностями при определенных условиях температуры и влажности.Проницаемость водяного пара измеряется в системе IP в единицах: доп.
Давление водяного пара: Давление водяного пара при заданной температуре; также составляющая атмосферного давления: обеспечивается наличием водяного пара.
Сопротивление водяному пару: Устойчивый перепад давления пара, который вызывает единичную скорость потока пара через единицу: площадь плоского материала (или конструкции, которая действует как однородное тело) для определенных условий: температуры и относительной влажности в каждом поверхность.
Удельное сопротивление водяному пару: Установившаяся разность давлений пара, которая вызывает единичную скорость потока пара через единицу: площадь и единицу толщины плоского материала (или конструкции, которая действует как однородное тело), ​​для: определенных условий температуры и относительная влажность на каждой поверхности.
Замедлитель паров воды (барьер): Материал или система, которые значительно препятствуют передаче водяного пара при определенных условиях.
Куртка замедлителя образования водяного пара: Любой материал или композит, отвечающий требованиям замедлителя образования водяного пара и используемый для: покрытия изоляционного материала.Он может поставляться на заводе или применяться в полевых условиях, а также может или не может быть приклеен к изоляционному материалу.
Скорость передачи водяного пара (WVTR): Установившийся поток водяного пара в единицу времени через единицу площади тела, нормальный к конкретным: параллельным поверхностям, при определенных условиях температуры и влажности на каждой поверхности. I-P: единицы — фунты / час — фут2; единицы СИ — грамм / час — м2.
Водонепроницаемость: Непроницаемость для длительного воздействия воды или попадания воды.
Погодозащитный барьер: Сапун или покрытие, пропускающее водяной пар, но защищающее от атмосферных: условий.
Атмосферостойкость / пароизоляция (барьер): Пароизоляция, которая также защищает от атмосферных условий.
Сварной штифт: Изготовлен из углеродистой стали, нержавеющей стали или алюминия различной длины для крепления изоляции к: металлическим поверхностям. Наносится сваркой, обычно сварочным пистолетом.
Смачивание и адгезия, поверхность: Взаимное сродство и сцепление между отделкой и поверхностью, на которую она нанесена.
Капиллярный капиллярный капиллярный капиллярный эффект.
Древесное волокно: Изоляция из древесных / целлюлозных волокон со связующими или без них.

Изоляционные материалы | Министерство энергетики

Полиуретан — это вспененный изоляционный материал, в ячейках которого содержится газ с низкой проводимостью. Изоляция из пенополиуретана доступна в формулах с закрытыми и открытыми ячейками. В пене с закрытыми порами ячейки с высокой плотностью закрываются и заполняются газом, который помогает пене расширяться и заполнять пространства вокруг нее.Ячейки пенопласта с открытыми порами не такие плотные и заполнены воздухом, что придает изоляции губчатую текстуру и более низкое значение R.

Как и пенополиизо, R-значение полиуретановой изоляции с закрытыми порами может со временем падать, поскольку часть газа с низкой проводимостью уходит, а воздух заменяет его, что является явлением, известным как термический дрейф или старение. Наибольший тепловой дрейф происходит в течение первых двух лет после изготовления изоляционного материала, после чего значение R остается неизменным, если только пена не повреждена.

Фольга и пластмассовые покрытия на жестких пенополиуретановых панелях могут помочь стабилизировать R-значение, замедляя тепловой дрейф. Светоотражающая пленка, если она установлена ​​правильно и обращена к открытому пространству, также может действовать как лучистый барьер. В зависимости от размера и ориентации воздушного пространства это может добавить еще один R-2 к общему тепловому сопротивлению.

Полиуретановая изоляция доступна в виде вспененного жидкого вспененного материала и жесткого пенопласта. Из него также могут быть изготовлены ламинированные изоляционные панели с различными покрытиями.

Нанесение полиуретановой изоляции распылением или вспенением на месте обычно дешевле, чем установка пенопластов, и эти приложения обычно работают лучше, потому что жидкая пена формируется на всех поверхностях. Вся производимая сегодня изоляция из пенополиуретана с закрытыми порами производится с использованием газа, не содержащего ГХФУ (гидрохлорфторуглерод), в качестве вспенивающего агента.

Пенополиуретан низкой плотности с открытыми ячейками использует воздух в качестве вспенивателя и имеет значение R, которое не меняется с течением времени.Эти пены похожи на обычные пенополиуретаны, но более гибкие. В некоторых сортах с низкой плотностью в качестве пенообразователя используется диоксид углерода (CO2).

Пена низкой плотности распыляется в открытые полости стенки и быстро расширяется, герметизируя и заполняя полость. Также доступна медленно расширяющаяся пена, предназначенная для полостей в существующих домах. Жидкая пена расширяется очень медленно, что снижает вероятность повреждения стены из-за чрезмерного расширения. Пена проницаема для водяного пара, остается эластичной и устойчива к впитыванию влаги.Он обеспечивает хорошую герметичность, огнестойкость и не поддерживает пламя.

Также доступны жидкие пенополиуретаны на основе сои. Эти продукты могут применяться с тем же оборудованием, что и для пенополиуретанов на нефтяной основе.

Некоторые производители используют полиуретан в качестве изоляционного материала в конструкционных изоляционных панелях (СИП). Для изготовления СИП можно использовать пенопласт или жидкую пену. Жидкая пена может быть введена между двумя деревянными обшивками под значительным давлением, и после затвердевания пена создает прочную связь между пеной и обшивкой.Стеновые панели из полиуретана обычно имеют толщину 3,5 дюйма (89 мм). Толщина потолочных панелей составляет до 7,5 дюймов (190 мм). Эти панели, хотя и более дорогие, более устойчивы к возгоранию и диффузии водяного пара, чем EPS.

No related posts.