2.

WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE MATERIAŁÓW

PRZEWODNOŚCIĄ CIEPLNĄ materiału nazywamy zdolność tego materiału do przewodzenia strumienia cieplnego powstającego na skutek różnicy temp. Na przeciwległych powierzchniach materiału.

STRUMIEŃ CIEPLNY – przez to pojęcie rozumiemy ilość energii cieplnej przenoszonej w jednostce czasu i jednostka takiego strumienia jest Wat.

PRZEWODNOŚĆ CIEPLNA charakteryzuje się współczynnikiem przewodności cieplnej λ. Faktycznie lambda określa gęstość promienia cieplnego przepływającego przez jednolitą warstwę materiału

λ = [W/m^oC]

Wartość współczynnika λ dla powietrza suchego wynosi 0,023W/m^oC]

Dla wody ten współczynnik 0,6 (dokładnie 0,594) W/m^oC]

Różnica 25 razy

Bardzo duże znaczenie ma struktura materiału. Przede wszystkim struktura związana z porowatością, z rozmiarami porów.

Jaka jest różnica między izolowanymi a połączonymi porami?

- Izolowany ma mniejszą przewodność ciepła

Przewodność cieplna wzdłuż włókien drewna jest 2 razy większa od przewodności w poprzek (w poprzek 0,174)

Współczynnik przewodności cieplnej dla materiałów w stanie suchym i zawilgoconym.

Jeżeli mówimy o materiale suchym to chodzi o próbę wysuszonej do stałej masy.

W STANIE POWIETRZNOSUCHYM wilgotność materiału to jest wilgotność powietrza.

λ [W/m^oC]

Materiał stan suchy stan powietrzno suchy

styropian 0,037 0,037

pianka poliuretanowa 0,060 0,080

sosna w poprz. włókien 0,163 0,174-0,197

beton komórkowy 0,164-0,275 0,38-0,42

cegła pełna 0,756 0,93

szkło budowlane 0,8 0,8

beton zwykły 1,52 1,75

stal budowlana 58 58

miedź 380 380

wełna mineralna 0,04 0,045

WNIOSKI

Przewodność cieplna w stanie pow/such dla materiałów porowatych jest większa niż dla materiałów w stanie suchym.

Najniższą przewodność cieplną mają materiały z izolowaną porowatością (styropian)

Największą przewodność cieplną mają materiały ze szczelnością na poziomie 1 w tym metale

Szkło ma inną strukturę materiału, szkło jest substancja amorficzną a metale mają strukturę krystaliczną.

WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPLNEGO U [W/m^2oC] jest charakterystyką dla kompozycji z pewnej ilości mat. (są warstwowe)

Przykład: ściana z pustaka 400mm – U=0,36[W/m^2oC]

ściana z pustaka 300mm – U=0,27[W/m^2oC]

POJEMNOŚCIĄ CIEPLNĄ nazywamy zdolność kumulowania ciepła przez materiał przy jego ogrzewaniu. Dla ogrzewania materiałów o masie m dla temp t₁ do temp t₂,ilość ciepła jest proporcjonalna masie materiału

Q=c_p(t-t₁)*m

Współczynnik pojemności cieplnej c_p [kJ/kg^oC]

Wahania temp musza być ±6^oC 21^oC optymalnie czyli od 15^oC do 27^oC

Materiały na ściany muszą mieć duże c_p

Wartości współczynnika c_p dla wody = 4,118[kJ/kg^oC]

dla drewna c_p = 2,4-2,7[kJ/kg^oC]

dla powietrza c_p=1[kJ/kg^oC]

dla ceramiki, betonu, naturalnych mat. kamiennych c_p=0,75-0,92[kJ/kg^oC]

dla aluminium c_p=0,92[kJ/kg^oC]

dla stali c_p=0,45[kJ/kg^oC]

dla ołowiu c_p=0,13[kJ/kg^oC]

Ze względu na pojemność cieplną lepiej mieć materiał porowaty nasycony wodą czy nie?

- lepiej żeby materiał był nasycony, ale wtedy jest źle dla przewodności cieplnej.

ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA ∝ to stosunek zmiany liniowej do l i różnicy temp. Jednostką jest [1/^oC]

Współczynnik rozszerzalności cieplej ∝ = $\frac{l}{l_{o}(t_{2} - t_{1})}$

∝_v – rozszerzalność objętościowa

l = ∝l_o(t₂−t₁) - zmiany liniowe pewnego materiału względem temp

∝ jest indywidualną charakterystyką danego materiału

Dla szkła budowlanego ∝ = 100*10^-7

Beton cementowy ∝ = (100,102,104) *10^-7

Aluminium ∝ = 240*10^-7

Materiały kompensacyjne między szkłem a metalem w oknie.

OGNIOTRWAŁOŚCIĄ nazywamy cechę materiału charakteryzującą się trwałością kształtu przy długotrwałym działaniu wysokiej temperatury.

- materiały ogniotrwałe 1580 ^oC i więcej

- materiały trudnotopliwe 1350 ^oC-1580 ^oC

- materiały topliwe <1350 ^oC

OGNIOODPORNOŚCIĄ nazywamy cechę materiału charakteryzującą się brakiem niszczącego wpływu ognia w czasie pożaru.

Pożar ok. godziny temp 1000^oC

- materiały niepalne (nie zapalają się) np. ceramika, mat kamienne

- materiały trudno palne (zapalają się z trudem, tlą się, ulegają zwęgleniu)

- materiały palne (zapalają się płomieniem i po usunięciu źródła ognia mat. pali się dalej)

ŻAROODPORNOŚĆ – to odporność materiału na podwyższoną temperaturę do 350^oC

Ważne w budownictwie przemysłowym i dla pieców.

ŻAROWYTRZYMAŁOŚĆ – zdolność materiału do zachowania wysokiej temp właściwości wyjściowych

3.

RADIOAKTYWNOŚĆ – może być pochodzenia naturalnego lub sztucznego

stężenie potasu K-40 [S_k]

stężenie radu Ra-226 [S_Ra]

stężenie toru Th- 232 [S_Th]

Do oceny badanego materiału przyjęto dwa współczynniki kwalifikacyjne f₁ i f₂

f₁=0,00027S_k+0,0027S_Ra+0,0043S_Th <1

f₂ = S_Ra ≤ 185 [Ba/kg]

Z tych współczynników wynika, że surowce takie jak popioły z węgla kamiennego i żużlu zawierają podwyższoną zawartość radionuklidów.

Stosując surowce do materiałów budowlanych należy zbadać stężenie radionuklidów.

Przykładowe stężenie radionuklidów w niektórych surowcach i materiałach

Rodzaj materiału	S[Ba/kg]	Współczynniki kwalifikacyjne
	Sk	SRa
Popiół lotny Żużel paleniskowy Żużlobeton Beton komórkowy - piaskowy - popiołowy Beton zwykły	686 526 452-520 - - - -	86 85 70-83 - - - -

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE

WYTRZYMAŁOŚCIĄ materiału nazywamy szereg cech, które przeciwstawiają się niszczącemu działaniu naprężeń

δ$\approx \frac{P}{F}$ [MPa]

Wartość wytrzymałości na ściskanie lub rozciąganie otrzymuje się ze stosunku siły niszczącej do przekroju.

R_ść,r=$\ \frac{P}{F}$ [MPa]

Wytrzymałość MPa

Materiał ściskanie rozciąganie

Stal budowlana 300-450 300-500

Szkło budowlane 350-1000 10-80

Granit 120-240 45-80

Beton zwykły 10-60 0,9-5

Ceramika porowata 5-25 0,2-2

Drewno wzdł. włókien 30-50 70-150

Drewno klejone ma lepsze właściwości

KRUCHOŚCIĄ nazywamy stosunek wytrzymałości na rozciąganie do wytrzymałości na ściskanie $K = \frac{R_{r}}{R_{sc}}$

Materiały nazywamy kruchymi gdy ten stosunek jest $\leq \frac{1}{8}$

WSPÓŁCZYNNIK ROZMIĘKANIA – stosunek wytrzymałości materiału w stanie nasyconym wodą na ściskanie do wytrzymałości w stanie suchym.

$$n = \frac{R_{scw}}{R_{scs}} \leq 1$$

Dla gipsu n=$\ \frac{4}{8}$ = 0,5

[wyniki badań są w daN 1 Pa = 1 N/m²]

TWARDOŚCIĄ nazywamy odporność materiału na odkształcenia trwałe pod wpływem sił skupionych działających na jego powierzchnię

W skali Mossa diament – 10, szkło – 5-6, glina – 0.

SPRĘŻYSTOŚCIĄ nazywamy zdolność materiału do przyjmowania pierwotnej postaci po usunięciu siły zewnętrznej pod wpływem której próbka materiału zmienia swój kształt.

NAPRĘŻENIE pojawia się pod wpływem działania siły zewnętrznej

δ=ε*E [Pa]

ε=$\frac{l}{l}$ stosunek wydłużenia do pierwotnej długości

E – współczynnik sprężystości E=$\frac{\delta}{\varepsilon}$ [Pa]

Stal budowlana 210*10³ MPa

Beton zwykły 25*10³ MPa

Drewno od 10 do 12*10³ MPa

Beton komórkowy 2*10³ MPa

ŚCIERALNOŚCIĄ nazywamy podatność materiału do zmniejszania masy, objętości lub grubości pod wpływem czynników ścierających.