2.4.3. Теплофізичні властивості будівельних матеріалів

Теплопровідність – здатність матеріалу проводити через свою товщину тепло (рис. 2.16). Теплопровідність визначається за формулою:

Q= λFτ(t1-t2)/α,

де Q – кількість тепла, кДж (ккал); λ – коефіцієнт теплопровідності, ккал/(м·год·ºС); F- площа, через яку проходить тепло, м²; τ – час, год; (t1-t2) – різниця температур, ºС; α – товщина стіни, м.

Теплопровідність оцінюють коефіцієнтом теплопровідності λ, який дорівнює кількості теплоти, яка проходить через стіну з матеріалу товщиною 1 м та площею 1 м² упродовж 1 год при різниці температур на протилежних сторонах 1ºС.

Одиниці вимірювання λ - [Вт/(м·К)].

Приклади:

■ теплоізоляційна штукатурка – 0,3-0,5;

■ цегла керамічна – 0,8-0,9;

■ цементно-піщаний розчин – 0,9-1,1;

■ граніт – 2,9-3,3.

Тепловий потік проходить через твердий «каркас» і повітряні комірки пористого матеріалу. Теплопровідність повітря λ=0,023 Вт/(м·К) менше, чим теплопровідність твердої речовини, з якої складається «каркас» будівельного матеріалу, тобто чим вище пористість, тим нижче коефіцієнт теплопровідності.

Рис.2.16. Визначення теплопровідності матеріалу

Теплопровідність пористих матеріалів різко зростає при зволоженні і особливо замерзанні води в порах матеріалу, тому що:

■ λ повітря=0,023 Вт/(м·К);

■ λ води=0,55 Вт/(м·К) – в 25 разів більше;

■ λ льоду=2,3 Вт/(м·К) – в 100 разів більше.

Температурні деформації – зміна лінійних розмірів або об’єму матеріалу при зміні його температури.

Зазвичай при підвищенні температури розміри і об’єми будівельних матеріалів збільшуються:

lt=l0(1+αtt),

де lt, l0 - довжина зразка з даного матеріалу при температурі t і 0ºС відповідно; t – температура, ºС; αt – коефіцієнт лінійного температурного розширення, ºСˉ¹.

Коефіцієнт αt характеризує здатність матеріалу до температурних деформацій – зміни довжини при збільшенні температури на 1 ºС:

Матеріал αt, ºСˉ¹.

Бетон і сталь (10-12)· 10–6

Граніт (8-10)· 10–6

Деревина (3-5)· 10–6

Полімери (25-120)· 10–6

При сезонному перепаді температури навколишнього середовища та матеріалу на 50 ºС температурна деформація досягає 0,5-1,0 мм/м. Для уникнення розтріскування будівлі великої довжини розрізають деформаційними швами. Деформаційні шви влаштовують і в гіпсокартонних листів, системах фасадних теплоізоляційних композиційних.

Вогнестійкість – здатність матеріалів витримувати дію вогню при пожежі впродовж визначеного часу без зниження міцності та значних деформацій.

Усі матеріали за ступенем пожежної небезпеки поділяють:

■ на неспалимі – це неорганічні матеріали (природні кам’яні матеріали, бетон та інші матеріали на мінеральних в’яжучих (гіпсових, цементних), цегла керамічна, сталь, мінеральна вата та інші матеріали);

■ важкоспалимі – під дією вогню або високої температури злегка займаються, тліють та обвуглюються, але після припинення дії вогню їх горіння і тління зупиняються.

До важкоспалимих матеріалів відносяться:

√ органомінеральні матеріали – гіпсокартонні листи, цементно - стружкові плити, фіброліт;

√ пластмаси на спеціальних полімерах – полівінілхлорид, перхлорвініл, кремнійорганічні полімери, політетрафторетилен;

√ деревина, оброблена вогнезахисними речовинами;

■ спалимі матеріали - органічні матеріали, які під дією вогню та високої температури займаються або тліють і продовжують горіти або тліти після усунення джерела вогню (деревина, бітум, полімери).

Не всі неспалимі матеріали можна рахувати вогнестійкими. Деякі неспалимі матеріали при пожежі розтріскуються (граніт, куди входить мінерал кварц, який при температурі 575 ºС збільшується в об’ємі) або сильно деформуються (метали, скло) при температурі розпочинаючі від 600 ºС. Тому конструкції з подібних матеріалів нерідко потрібно захищати додатково оздоблювальними матеріалами, наприклад облицювання металевих колон гіпсоволокнистими листами, фарбування вогнезахисними фарбами.

Межа вогнестійкості – тривалість опору дії вогню до втрати несущої здатності або міцності:

■ металеві конструкції - 30 хв;

■ залізобетон – 1-2 год;

■ бетон – 2-5 год.