Учебное пособие я ш среднее профессиональное образование
жүктеу/скачать 5.14 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Теплопроводность и теплоемкость
- плиты; 2Р-М^рГзец4а-Нтермо
- 5 - тепломер; 6 - теплоизолиро
- 43 Теплоустойчивость
- Температуроустойчивость
- Влажность и водопоглощение
- 45 Влажность
- Паропроницаемость, водонепроницаемость, водоустойчивость Паропроницаемость
- Химическая и биологическая стойкость
- Биологическая стойкость
- Прочность, сжимаемость, упругость, гибкость и уплотнение
41 вами обладают материалы с равномерно расположенными мелкими порами. От пористости зависят основные свойства материалов: теплопроводность, водопоглошение, морозостойкость, прочность.
Теплопроводность — способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на противоположных поверхностях. Различные материалы проводят теплоту по-разному: одни быстрее (например, металлы), другие медленнее (теплоизоляционные материалы). Теплопроводность характеризуется количеством теплоты (Дж), проходящей в течение 1 ч через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м2, при разности температур на противоположных плоскопараллельных поверхностях в 1 К. Теплопроводность обозначают буквой X (лямбда) и выражают в Вт/(м • К). К теплоизоляционным относят материалы с теплопроводностью не более 0,175 Вт/(м • К) при средней температуре слоя 298 К и влажностью, нормированной ГОСТами или ТУ. Теплопроводность зависит от средней плотности материала (с увеличением средней плотности теплопроводность возрастает), его структуры, пористости, влажности и средней температуры слоя материала. Чем выше пористость (меньше средняя плотность) материала, тем ниже теплопроводность. С увеличением влажности материала тепл о- проводносгь резко возрастает, при этом понижаются его теплоизоляционные свойства. Поэтому все теплоизоляционные материалы хранят в помещении или под навесом, а в теплоизоляционной конструкции защищают от попадания влаги покровным слоем. Зависимость теплопроводности X от средней температуры теплоизоляционного слоя можно выразить в виде линейной функции Л = Яо + Ыс р, где Яд — теплопроводность при 273 К, Вт/(м • К); Ь — постоянная для данного материала величина, показывающая изменение теплопроводности при увеличении температуры на 1 К (принимается по справочным данным); /ср = (/, — ?2)/2 — средняя температура теплоизоляционного слоя, К; (2 — температура соответственно наружной и внутренней поверхностей теплоизоляционного слоя, К. Из формулы видно, что с увеличением средней температуры теплоизоляционного слоя и постоянной Ь теплопроводность материала возрастает. Чем меньше плотность теплоизоляционного материала, тем больше значение Ь. 42 
Теплопроводность определяют на специальном приборе (рис. 2.5). Между термостатированными плита- ми 1 и 3, при помощи которых созда- ют и поддерживают необходимую разность температур, устанавливают Рис. 2.5. Прибор для определе- образец 2 размером 250х 250 мм, тол- ния теплопроводности: щиной ГО—50 мм. Между образцом и плиты; 2Р-М^рГзец?4а-Нтермо- НИЖНей ПЛИТОЙ 1 помещают тёпло электрические преобразователи; мер 5—измеритель теплового пото- 5 - тепломер; 6 - теплоизолиро- ка. Температуру на поверхностях об- ванный кожух разца измеряют термоэлектри ческими преобразователями (по две термопары (4) на каждую сторону образца). Поток теплоты создается сверху вниз. При испытании образец 2 укладывают на тепломер и плотно прижимают верхней термостатированной плитой 3, устанавливают температуру верхней и нижних плит 1,3 в зависимости от условий эксплуатации материала и затем вычисляют теплопроводность по формуле Я = дд/(1{ - г2), где ^—тепловой поток, проходящий через образец площадью 1 м2, Вт/м2; 5—толщина образца, м; г,, г2 — температура соответственно верхней и нижней поверхностей образца, К. Полученное значение теплопроводности относится к средней температуре гср испытаний. Теплопроводность конструкции выше, чем теплопроводность самого материала, за счет наличия крепежных деталей, увеличения средней плотности вследствие уплотнения (для волокнистых материалов) и т. д. Теплоемкость — способность материала при нагревании поглощать теплоту. Теплоемкость определяется отношением количества теплоты, сообщаемого телу, к соответствующему изменению температуры: С= 0/Т, где С—теплоемкость тела, Дж/К; 0— количество теплоты, сообщаемое телу, Дж; Т — изменение температуры при нагревании тела,К. Удельной теплоемкостью называется отношение теплоемкости к массе тела: с = С/т, где с — удельная теплоемкость тела, Дж/(кг К); т — масса тела, кг. 43
Теплоустойчивость—способность материалов сохранять свои основные свойства при воздействии положительных (температуро- стойкость, температуроустойчивость, теплостойкость) или отрицательных (хрупкость, морозостойкость) температур. Температуростойкость (предельная положительная температура применения) — способность материала сохранять свои свойства (структуру, прочность, теплопроводность и т. д.) при повышенной температуре. Температуростойкость различных теплоизоляционных материалов различна. Так, для пенопластов температуростойкость составляет 60— 150 °С, а д ля диатомитовых изделий — 900 °С. Способ определения температуростойкосги теплоизоляционных материалов зависит от их формы и структуры и устанавливается в каждом случае соответствующими ГОСТами или ТУ. Так, температуростойкость минеральной ваты (рыхлого волокнистого материала) определяют специальным прибором, представляющим собой цилиндр с крышкой в виде поршня заданной массы. Перед началом испытания линейкой измеряют высоту расположения поршня. Затем цилиндр помещают в печь и нагревают, постепенно повышая температуру. В процессе испытания определяют температуру, при которой начинается перемещение поршня вниз. Этот момент соответствует началу разрушения волокон, а определ е нная температура характеризует их температуростой кость. Предельная температура применения теплоизоляционных материалов приведена в ГОСТах или ТУ на материалы. Температуроустойчивость гидроизоляционных рулонных материалов (ГОСТ 2678—94) характеризуется максимальной температурой, при которой отсутствует смещение покровного слоя или вздутие. Температуроустойчивость определяют путем осмотра образцов после выдержки их в сушильном шкафу в течение двух часов при заданной температуре. Материалы, применяемые для гидроизоляционных конструкций, должны не терять свои свойства (размягчаться, расслаиваться) при повышенных температурах или не быть хрупкими при отрицательных температурах. Так, температуроустойчивость должна быть не ниже 40 °С (для гидроизоляционных конструкций), а для надземных конструкций и кровли — не ниже 60—70 °С. Теплостойкость — способность теплоизоляционных материалов выдерживать без изменения структуры и разрушения периодические колебания температуры. Теплостойкость измеряется числом теплосмен, т. е. числом резких изменений воздействующей на ма 44 териал температуры, которая, как правило, бывает ниже температуры применения. Например, предельная температура применения минеральной ваты 700 °С, теплостойкость же ее значительно ниже и в зависимости от числа теплосмен может понижаться до 200 °С. При резком колебании температур материал разрушается за счет возникающих в нем вследствие быстрого нагревания и охлаждения внутренних напряжений и, следовательно, неравномерного нагревания материала по всей его массе. Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения. Вода, находящаяся в порах материала, при замерзании увеличивается в объеме, и образующийся лед давит на стенки пор материала. При этом в материале возникают большие внутренние напряжения, которые постепенно разрушают его. Морозостойкость определяют на образцах-кубиках, вырезанных из жестких материалов. Образцы погружают в воду, выдерживают до полного насыщения, а затем подвергают попеременному замораживанию при температуре —20 °С в морозильной камере в течение шести часов и оттаиванию при комнатной температуре в течение пяти часов. Число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое должен выдержать материал без разрушения, характеризует его морозостойкость. По морозостойкости материалы подразделяют на следующие марки: Мрз 10, 15, 25, 35,50,100, 150, 200 и более. Г идроизоляционные материалы проверяют также на атмосферо- устойчивость. Атмосфероустойчивость материалов — способность гидроизоляционных материалов выдерживать колебания температуры окружающей среды от минусовой до плюсовой и наоборот. Эту величину измеряют коэффициентом атмосфероустойчивости Ка, соответствующим 500 циклам колебаний температуры. Этот коэффициент не должен быть менее 0,9 для надземных и 0,7—0,5 для подземных и гидротехнических сооружений.
Тепло- и гидроизоляционные материалы не бывают абсолютно сухими, так как впитывают влагу из окружающего воздуха (сорбционная влажность) или при непосредственном соприкосновении с ней (за счет водопоглощения). С увлажнением теплоизоляционных материалов резко возрастает их теплопроводность, а следовательно, ухудшаются теплозащитные свойства этих материалов и конструкций. 45 Влажность (ГОСТ 17177—94) — содержание влаги в материале. Влажность И/(%) материала вычисляют по формуле IV= [(т — /п(.)//и(.]100, где т — масса материала в естественном состоянии (влажного), г; т.— масса материала, высушенного до постоянной массы, г. Сорбционное увлажнение теплоизоляционного материала зависит от влажности и температуры окружающей воздушной среды, а также от химического состава материала и его структуры. Сорбционное увлажнение определяют на пробе, сначала высушенной до постоянной массы, а затем помещенной над водой, налитой в эксикатор. И'еора = [(»!- И2) / (т2 - тз)]100’ где тх — масса бюкса с пробой после выдерживания над водой, г; т2 — масса сухого бюкса с пробой, высушенной до постоянной массы, г; тъ — масса сухого бюкса, г. Водопоглощение — способность материала впитывать и удерживать в своих порах влагу при непосредственном соприкосновении с водой (например, при погружении). Водопоглощение теплоизоляционных материалов характеризуется количеством воды, которое поглощает сухой материал при выдерживании в воде, отнесенным к массе сухого материала. Водопоглощение (%) вычисляют по формуле И/п = [(/п2-'»х)/Ч]100, где т{ — масса материала в сухом состоянии, г; т2 — масса материала в насыщенном водой состоянии, г.
Паропроницаемость — способность материалов пропускать водяные пары, содержащиеся в воздухе, поддействием разности их парциальных давлений на противоположных поверхностях слоя материала. Парциальное давление — часть общего давления составляющих парогазовой смеси. Парциальное давление водяного параравнодав- лению, которое он оказывал бы, занимая весь объем смеси и находясь при температуре смеси. Парциальное давление водяных паров с повышением^темпера- туры возрастает. Таким образом, водяные пары стремятся попасть в область меньшего давления, т. е. на сторону слоя материала с меньшей температурой. Этим объясняется увлажнение изоляции, при меняемой для поверхностей с отрицательными температурами. Влага, проникая в слой изоляции с теплой стороны, увлажняет изоляцию, а при температуре ниже нуля замерзает. Это вызывает ухудшение свойств изоляции и ее разрушение. Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропро- ницаемости, который определяется количеством водяных паров в мг, проходящих через слой материала площадью 1 м2, толщиной 1 м в течение 1 ч при разности давлений водяного пара на противоположных поверхностях слоя 133,3 Па (1 мм рт. ст.). Размерность этого коэффициента — мг/(Па • м • ч). Как было сказано выше, при устройстве теплоизоляционной конструкции важно защитить теплоизоляционный материал от увлажнения. В этой связи важно знать такие свойства покрытия тепловой изоляции, как водонепроницаемость и водоустойчивость. Ряд теплоизоляционных материалов также обладают этими качествами. Водонепроницаемость — способность покрытий тепловой изоля- циилибо самого теплоизоляционного материала не пропускать воду под воздействием гидростатического давления. Водонепроницаемость (ГОСТ 2678—94) характеризуется временем, в течение которого образец не пропускает воду при постоянном гидростатическом давлении, или гидростатическим давлением, выдерживаемым образцом в течение определенного промежутка времени. Гидростатическое давление (в м или мм) указывается в нормативно-техническом документе на испытуемый материал или конструкцию. Водоустойчивость — важнейшее свойство покрытий тепловой изоляции не терять свои свойства в результате поглощения воды. Так, при воздействии воды некоторые мастичные материалы набухают и разрушаются, листовые материалы — отслаиваются либо расслаиваются. Водоустойчивость (набухание), измеряемая в процентах по объему, не должна превышать для гидротехнических сооружений 0,5 %, для кровли — 1,5 %.
Теплоизоляционные и покровные материалы могут разрушаться под воздействием химических и биологических факторов. Химическая стойкость — способность материалов противостоять разрушающему действию щелочей, кислот, растворенных в воде солей и газов, бензинов, масел и др. Многие теплоизоляционные материалы не обладают этим свойством. Например, пенополисти- рол стоек к воде, большинству кислот, щелочей и спирту, но растворим в бензине, бензоле, минеральных маслах и эфире. Химическую стойкость теплоизоляционных материалов в конструкции можно 47 увеличить, установив защитное покрытие из штукатурки, пленки, различных листовых материалов, труб и т. д. Покровные материалы должны быть кислотостойки при рН не ниже 2,0 для надземных сооружений и 5,5—6,0 — для гидротехнических и кровли, щелочестойки при рН не более 12 в зависимости от назначения материала. Сульфатостойкость и магнезиальная стойкость определяются допускаемым количеством солей (мг), растворенных в литре воды, которое не должно превышать определенных величин, устанавливаемых для материалов в зависимости от вида изолируемого сооружения. Биологическая стойкость — свойство материалов и изделий долговременно сопротивляться разрушающему действию грибков и бактерий. Органические теплоизоляционные материалы или неорганические на органических связках поддействием температурно-влажностных факторов могут разрушаться вследствие развития в них микроорганизмов, вызывающих гниение и разрушение в процессе эксплуатации. Так, в Средней Азии материалы, содержащие битум, разрушаются поддействием микроорганизмов, которые для своего развития поглощают органические составляющие битума. Торфяные теплоизоляционные о литы при повышенных температуре и влажности разрушаются поддействием грибков, а минераловатные плиты на крахмальной связке в условиях увлажнения покрываются грибковой плесенью. Чтобы повысить биологическую стойкость материалов, в них вводят специальные химические вещества — антисептики. В процессе транспортирования, хранения, монтажа материалы должны быть защищены от увлажнения.
К механическим свойствам жестких теплоизоляционных материалов относят прочность (на изгиб, сжатие, растяжение, трещи- ноустойчивость), а к свойствам мягких и рыхлых волокнистых теплоизоляционных материалов — сжимаемость под воздействием нагрузок, упругость и гибкость. Прочность — способность материалов сопротивляться разрушению при действии внешних сил, вызывающих деформации и внутренние напряжения в материале. Прочность характеризуется пределом прочности, т. е. наибольшим напряжением в материале, при котором происходит его разрушение. жүктеу/скачать 5.14 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|