Температурные воздействия на конструкции – Часть 2: Термомеханика

Температурные воздействия на конструкции – Часть 2: Термомеханика

В этой части рассмотрены теоретические основы температурных воздействий на конструкции с точки зрения классической механики материалов.

В предыдущей части 1 рассмотрены особенности учета температурных воздействий при проектировании конструкций зданий по российскому своду правил СП 20.13330.2011 (СНиП 2.01.07-85).

В части 3 представлены примеры температурных воздействий на простые конструкции – балки с различными условиями закрепления.

1. Теоретические основы температурных воздействий на материалы

1.1. Температурное расширение-сокращение

Изменения температуры вызывают расширение или сокращение конструкционных материалов, в результате чего в них возникают температурные деформации и температурные напряжения. Простая иллюстрация температурного расширения показана на рисунке 2.1, где брусок материала не закреплен и поэтому имеет возможность свободно расширяться [1].

Рисунок 2.1 – Брусок материала под воздействием увеличения температуры [1]

Когда этот брусок нагревается, каждый элемент материала подвергается температурным деформациям по всем направлениям, и, соответственно, размеры бруска увеличиваются также во всех направлениях. Если взять угол А за точку отсчета и дать стороне АВ возможность сохранять свое исходное направление, то брусок примет форму, которая показана штриховыми линиями.

Для большинства конструкционных материалов температурная деформация ε_T является пропорциональной изменению температуры ΔT, то есть

ε_T = α·ΔT, (1)

где α – свойство материала, которое называется коэффициентом температурного расширения. Согласно принятому в мире «знаковому соглашению» температурное расширение считается положительным, а температурное сокращение – отрицательным [1, 2].

1.2. Коэффициент температурного расширения конструкционных материалов

Поскольку деформация является безразмерной величиной, этот коэффициент температурного расширения имеет размерность, обратную изменению температуры. В системе СИ размерность α_Т может выражаться как 1/К (величина обратная единице СИ Кельвин) или 1/ºС (величина обратная градусу Цельсия). Величина α_Т является одинаковой в обоих случаях, так как изменение температуры является численно одинаковым как в градусах Кельвина, так и в градусах Цельсия.

Удобно представлять величину коэффициента температурного расширения в единицах 10 -6 /ºС или мкм/м·ºС. Последний вид особенно удобен – он наглядно показывает насколько микрометров удлиняется один метр материала при увеличении температуры на один градус температуры.

Информация о коэффициентах температурного расширения некоторых конструкционных материалов представлена в таблице 1.

Таблица 2.1 — Коэффициент температурного расширения конструкционных материалов [1]

1.3. Коэффициент температурного расширения алюминиевых сплавов

Коэффициенты температурного расширения основных алюминиевых сплавов, которые применяются в строительстве, показаны в таблице 2.

Таблица 2.2 — Коэффициент температурного расширения строительных алюминиевых сплавов [3]

Из таблицы 2.2 видно, что коэффициенты температурного расширения различных алюминиевых сплавов различаются незначительно. Поэтому в своде правил СП 128.13330.2012 (СНИП 2.03.06-85) для расчетов алюминиевых конструкций в интервале температуры от минус 70 ºС до 100 ºС для всех применяемых в строительстве алюминиевых сплавов применяется коэффициент температурного расширения 0,23·10 -4 1/ºС [4]. В европейском стандарте EN 1991-1-5 величина расчетного коэффициента температурного расширения составляет 24·10 -6 1/ºС [5].

1.4. Температурные напряжения

Чтобы продемонстрировать относительную важность температурных напряжений, можно сравнить температурные напряжения с напряжениями, которые возникают при силовом нагружении [1]. Предположим, что мы имеем брус, который нагружен силами в осевом направлении с продольными деформациями, которые даются равенством

где σ – напряжение, а Е – модуль упругости. Далее предположим, что мы имеем идентичный брусок, которые подвержен изменению температуры ΔT. Это означает, что этот брусок имеет температурные деформации согласно равенства (1). Приравнивание этих двух видов деформаций дает уравнение

σ = Е·α·ΔT (3)

Вычислим осевое напряжение σ, которое дает такие же деформации, как и изменение температуры ΔT в стержнях из алюминиевого сплава и строительной (малоуглеродистой) стали при увеличении их температуры на 50 ºС.

Для алюминиевого стержня (α = 23·10 6 , Е = 70000 Н/мм 2 ):

σ = 70000·23·10 -6 ·50 = 80,5 Н/мм 2

Для стержня из малоуглеродистой стали (α = 12·10 6 , Е = 210000 Н/мм 2 ):

σ = 210000·12·10 -6 ·50 = 126 Н/мм 2

Отметим известный факт, что при одинаковом изменении температуры температурные напряжения в алюминиевом стержне составляют только 2/3 от величины температурных напряжений в стальном стержне. Так происходит потому, что величина температурных напряжений зависит от произведения модуля упругости и коэффициента температурного расширения (см. формулу (3)). Поэтому, хотя коэффициент температурного расширения алюминия в два раза больше, чем у стали, но модуль упругости алюминия в три раза меньше, чем у стали.

Как видно из приведенных выше расчетов, температурные напряжения могут достигать величин, сравнимых с напряжениями от механических нагрузок. Поэтому термические воздействия на конструкции зданий необходимо учитывать наряду с другими нагрузками, как того и требуют нормативные документы [4, 5].

1.5. Температурные перемещения

Вернемся к бруску материала, показанного на рисунке 1 [1]. Предполагаем, что материал бруска является гомогенным и изотропным, то есть механические свойства материала бруска являются одинаковыми во всем его объеме. Кроме того, предполагаем, что изменение температуры ΔT является однородным, то есть одинаковым, по всему бруску. При таких условиях мы можем вычислить увеличение любого размера бруска путем умножения первоначального размера на температурную деформацию. Например, если один из размеров бруска составляет L, то этот размер увеличиться на величину

δ_Т = ε_T· L= α·ΔT·L (4)

Уравнение (4) можно применять для вычисления изменений длин элементов конструкций после однородного нагрева, например, удлинение призматического стержня на рисунке 2.2. Поперечные размеры стержня также изменятся, но эти изменения не показаны на рисунке 2.2, так как обычно они не оказывают влияния на осевые силы, которые передаются этим стержнем.

Рисунок 2.2 – Увеличение длины призматического стрежня
в результате однородного увеличения температуры (уравнение (4)) [1]

Оценим удлинение незакрепленных алюминиевого и стального стержней длиной 3 м при увеличении их температуры на 50 ºС.

Для алюминиевого стержня:

δ_Т = α·ΔT·L = 23·10 -6 ·50·3000 = 3,5 мм

Для стержня из малоуглеродистой стали:

δ_Т = α·ΔT·L = 12·10 -6 ·50·3000 = 1,8 мм

При рассмотрении выше температурных деформаций предполагалось, что конструкция не имеет ограничений для своих перемещений, что позволяло ей расширяться или сокращаться совершенно свободно. Такие условия возникают, например, когда объект лежит на гладкой поверхности, на которой не возникает трения [1]. В таких случаях при однородном нагреве всего объекта в целом не возникает напряжений, хотя неоднородные изменения температуры могут вызывать внутренние температурные напряжения. Однако многие конструкции имеют опоры, которые препятствуют свободному расширению и сокращению их размеров. Поэтому в них развиваются температурные напряжения даже, если изменение температуры является однородным по всей конструкции.

1.6. Температурные деформации в статически определимых конструкциях

Рассмотрим ферму АВС из двух стержней, показанную на рисунке 2.3. Предположим, что температура стержня АВ изменилась на ΔТ₁, а стержня ВС – на ΔТ₂. Поскольку эта ферма является статически определимой, то оба стержня могут свободно удлиняться или укорачиваться, давая в результате перемещение соединения В. Однако в этом случае температурные напряжения в стержнях, а также реакции в опорах, отсутствуют.

Рисунок 2.3 – Статически определимая ферма
с однородным изменением температуры в каждом элементе

Это заключение справедливо в целом для всех статически определимых конструкций, а именно: однородное изменение температуры в элементах конструкции вызывают температурные деформации (и соответствующие изменения длин элементов) без возникновения соответствующих температурных напряжений [1, 2].

1.7. Температурные деформации в статически неопределимых конструкциях

Статически неопределимыми конструкциями называются конструкции, у которых число реакций превышает число уравнений статического равновесия. В отличие от статически определимых конструкций при расчете таких конструкций принимаются во внимание прогибы [1, 2].

В статически неопределимой конструкции температурные напряжения могут возникать или не возникать в зависимости от особенностей конструкции и особенностей температурных изменений. Чтобы проиллюстрировать некоторые из таких возможностей, рассмотрим статически неопределимую ферму, показанную на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 — Статически неопределимая ферма
под воздействием изменений температуры

Опоры этой конструкции позволяют узлу D двигаться горизонтально. Поэтому, когда вся ферма однородно нагревается, в ней не возникает температурных напряжений. Все элементы увеличиваются в длине пропорционально своим первоначальным длинам, а вся ферма в целом становится немного больше в размерах.

Однако, если некоторые из стержней нагреваются, а другие – нет, то возникают температурные напряжения, так как статически неопределимое расположение стержней препятствует их свободному расширению.

Заключение

1) Изменение температуры элементов конструкции вызывает в них температурные деформации. Температурные напряжения возникают только в статически неопределимых конструкциях.

2) Однородный нагрев алюминиевого стержня на 50 ºС способен при жестком закреплении концов стержня вызывать значительные температурные напряжения. При таком нагреве удлинение стержня со свободными концами составляет 3,5 мм.

Источники:

1. James M. Gere & Barry J. Goodno — Mechanics of Materials, 2009

2. Тимошенко С.П., Гере Дж. – Механика материалов, М.: Мир, 1976

3. Aluminum and Aluminum Alloys / ed. J.R. Davis, ASM International, 1993

4. СП 128.13330.2012 (СНИП 2.03.06-85) Алюминиевые конструкции

5. EN 1991-1-5 Еврокод 1: Воздействия на сооружения. Часть 1-5. Основные воздействия. Температурные воздействия

ООО «Алюком»
г. Москва, ул. Нагатинская, д. 16, стр. 9, офис 2-5

Тел.: +7 (495) 268 0444
E-mail: info@alucom.ru

Москва, Рязанский проспект, д.8А, стр.17 (цех 17, территория завода ВНИИ МетМаш).
Заезд транспорта через КПП ул.Стахановская д.20.

Коэффициенты линейного расширения строительных материалов

Коэффициенты линейного расширения строительных материалов

В таблице представлены значения коэффициента линейного расширения строительных материалов (КТЛР) и некоторых металлов при температуре до 100°С. Размерность коэффициента расширения в таблице — м/(м·°С) или 1/град (К-1).
Коэффициент теплового линейного расширения показывает на сколько (относительно размера тела) удлинится материал при увеличении его температуры на 1 градус.

По значениям коэффициентов теплового расширения в таблице видно, что указанные строительные материалы и металлы имеют положительный коэффициент линейного расширения, то есть увеличивают свои размеры (расширяются) при нагревании.

Источник: В. Блази. Справочник проектировщика. Строительная физика. М.: Техносфера, 2004.

Как регулировать?

Значение зависит от таких факторов:

• температуры;
• класс;
• наполнителя.

Заполнитель и цемент имеют разный температурный коэффициент. Потому при нагревании и расширении может происходить деформация и появляются трещины. Для того чтобы это не произошло применяют специальные швы. Кроме этого, увеличивают армирование строительной конструкции. Бетон делят на отдельные блоки. Но эти методы дорогостоящие и не всегда эффективны. Потому для результата используют напрягающие и расширяющие вяжущие.

Теплоемкость бетона Коэффициент расширения бетона

Теплоемкость бетона — это количество тепла, которое нужно передать бетону, для того что бы его температура изменилась, на одну единицу.

Связанные статьи: Преимущества пенобетона

Коэффициент расширения бетона

Температурно усадочные швы

• Дома из пенобетонных блоков
• Сколько цемента в кубе бетона

Теплоемкости бетонов

Теплопроводность пористого бетона и его разновидностей — составляет порядка 0.35 — 0.75 Bт/(m*ºC)= 0.3-0.6 ккал/(ч*m*ºC), учитывайте, что прочность таких бетонов значительно ниже.

Удельная теплоемкость тяжелых и пористых бетонов (сухих) — около 1кДж/(кг*ºС) = 0.2 ккал/(кг*ºC)

Объемная теплоемкость тяжелых бетонов — около 2.5 кДж/(м3*К), пористых же зависит и изменятся от их плотности.

Смотрите так же: Керамзитобетон состав и пропорции

Кавабанга! Вес керамзитобетонного блока 400х200х200 — таблица

Удельная теплоемкость бетонной смеси (жидкой)- около 1.5 кДж/(кг*ºC) = 0.3 kkal/(kg*ºC), не забывайте, что такая смесь легче, чем тяжелый бетон и тяжелее чем пористый.

Бетон расширяющийся: свойства, сферы применения, нюансы изготовления

Бетон расширяющийся (ГОСТ 32803-2014) — это материал, содержащий в своем составе напрягающий цемент или специальные расширяющие добавки для формирования предварительного напряжения конструкций в период твердения смесей.

В результате таких условий схватывания раствора, удается получить расширяющийся бетон, обладающий повышенной плотностью, водонепроницаемостью и долговечностью (см. видео в этой статье).

Ленточный

Наиболее популярным основанием для возведения частного дома считают ленточный фундамент. Он представляет собой своего рода замкнутую ленту из бетона, проходящую под всеми несущими стенами здания.

Для средней полосы, при возведении небольших частных домов и бань, достаточно выполнить заглубление в пределах 1500 мм с высотой наземной части до 400 мм.

Формула расчета выглядит так:

V=h*b*l, где:

• V – объем раствора в м 3 ;
• h – высота в м;
• b – ширина в м;
• l – длина ленты в м.

В итоге получаем более точную формулу расчета объема бетона для ленточного фундамента:

V=h*b*l + 0,02*(h*b*l)

Полученное значение округляется до целого числа. Для наших примеров уточненное вычисление будет выглядеть так: для дома 6х6 V=24+0,02*24=24,48 (25) м 3 , для дома 10х10 V=48+0,02*48=48,96 (49) м 3 .

Приготовление расширяющихся смесей

Готовим смеси своими руками

Расширяющие и напрягающие бетоны при необходимости можно приготовить своими руками, в условиях строительной площадки.

Существует два основных способа для изготовления быстротвердеющих водонепроницаемых смесей:

• с применением напрягающих и расширяющихся цементов;
• с использованием специальных расширяющихся добавок на основе портландцемента.

Расход модифицированных цементов и пропорции по отношению к заполнителям, такие же, как и для приготовления обычного тяжелого бетона. Инструкция для приготовления расширяющихся смесей с использованием портландцемента для каждой добавки индивидуальна. Пропорции и порядок действий описаны на тыльной стороне упаковки продукта.

Столбчатый

Чтобы высчитать объем столбов с квадратным или прямоугольным сечением, нужно использовать следующую формулу:

V=a*b*l*n, где a и b – стороны сечения столба, l – длина столба, n – количество столбов в фундаменте.

Для вычисления объема бетона для заливки столбов с круглым сечением, понадобится формула нахождения площади круга: S=3,14*R*R, где R – радиус. Получаем формулу вычисления объема столбов с круглым сечением:

V=S*L*n

Для получения общего объема бетона, требуемого для заливки столбов и ростверка, необходимо сложить уже полученные показатели, не забывая про коэффициент погрешности в 2%.

Бетон расширяющийся: свойства, сферы применения, нюансы изготовления

Бетон расширяющийся (ГОСТ 32803-2014) — это материал, содержащий в своем составе напрягающий цемент или специальные расширяющие добавки для формирования предварительного напряжения конструкций в период твердения смесей.

В результате таких условий схватывания раствора, удается получить расширяющийся бетон, обладающий повышенной плотностью, водонепроницаемостью и долговечностью (см. видео в этой статье).

Коэффициенты линейного расширения строительных материалов

В таблице представлены значения коэффициента линейного расширения строительных материалов (КТЛР) и некоторых металлов при температуре до 100°С. Размерность коэффициента расширения в таблице — м/(м·°С) или 1/град (К -1 ).

Коэффициент теплового линейного расширения показывает на сколько (относительно размера тела) удлинится материал при увеличении его температуры на 1 градус.

По значениям коэффициентов теплового расширения в таблице видно, что указанные строительные материалы и металлы имеют положительный коэффициент линейного расширения, то есть увеличивают свои размеры (расширяются) при нагревании.

Кавабанга! Как рассчитать, сколько кубов бетона нужно на фундамент

Источник: В. Блази. Справочник проектировщика. Строительная физика. М.: Техносфера, 2004.

Температурный показатель

Коэффициент можно найти в таблице, в которой даются средние значения. По табличным данным для бетона этот показатель равен 0,00001 (ºС)-1. Так, при 80 градусах увеличение будет 0,8 мм/м. Но такие табличные данные не являются довольно точными, так как во всех схемах предоставлены усредненные значения. Потому желательно самостоятельно измерять или рассчитывать показатели.

Данный показатель для каждого вида материала будет отличаться.

Коэффициент теплового расширения бетона

Теплоемкость

Под теплоемкостью бетона понимают количество тепла, которое необходимо передать материалу для изменения его температуры на одну единицу. Размер бетона, изменяющийся под воздействием температуры, называют коэффициентом температурного расширения.

Теплопроводность

Теплопроводность – одна из важнейших теплофизических характеристик. Высокая теплопроводность тяжелого бетона является его недостатком. Панели для наружных стен производят из тяжелого материала с включением внутреннего слоя утеплителя.

Расширяющиеся и напрягающие бетоны

Бетоны напрягающие — это смеси на основе напрягающих цементов, способные в начальной фазе твердения увеличиваться в объеме и растягивать находящуюся в непосредственном контакте арматуру, которая в результате таких процессов получает эффект самонапряжения (обжатия).

• Причем, арматурные стержни растягиваются независимо от их направления и схемы расположения в структуре изделия, что способствует получению двухосного объемного самонапряжения конструкций.
• Механизм действия расширяющихся материалов основан на создании контролируемого направленного кристаллообразования в период твердения цементного камня, что способствует регулированию процесса объемных деформаций в пластической структуре изделия.
• Применение расширяющихся быстротвердеющих бетонов, благодаря регулируемому линейному расширению, позволяет значительно компенсировать последствия усадочных деформаций, повысить трещиностойкость и сроки эксплуатации зданий и сооружений.

Свойства

В практике существуют два основных вида расширяющихся материалов:

• с нормируемой величиной обжатия;
• с компенсированной усадкой, но с ненормируемым самонапряжением (обжатием).

Помимо этих категорий, можно выделить в отдельную группу расширяющиеся мелкозернистые смеси, применяемые для ремонтно-восстановительных работ.

Основные характеристики напрягающих бетонов (ГОСТ 32803-2014):

1. Для тяжелого предусматривают следующие классы на сжатие: B20—B90; на растяжение — Bt0,8—Bt4,0.
2. Для легкого: на сжатие — B10—B40; на растяжение — классы Bt0,8—3,2.
3. С учетом величины напряжения, бетон классифицируют по следующим маркам: Sp0,6—4,0.

Подсказки: марки по самонапряжению Sp 0,6—1,0 относят к разряду бетонов с компенсированной усадкой, а классы Sp 1,2—4,0 к расширяющимся смесям с нормируемым обжатием.

1. По морозостойкости F200—F
2. По водонепроницаемости: тяжелые —W12—W20, легкие — W8—W
3. Данный материал обладает высокой прочностью (40–70 Мпа). Причем, рост этого значения особенно интенсивно наблюдается в раннем возрасте (28 суток). По истечении трех месяцев прочность на растяжение—сжатие увеличивается на 30%, а по достижению 6 месяцев — на 40%.
4. Отсутствует коррозия арматуры.
5. Высокая сульфатостойкость.
6. Газопроницаемость в 40 раз ниже в сравнении с тяжелыми бетонами на портландцементе.

Применение

Отмеченные свойства данного материала позволяют его эффективное применение как в монолитных, так и в сборных железобетонных конструкциях:

Коэффициент температурного расширения бетона

Коэффициент расширения бетона

Так как коэффициенты температурного расширения бетона и стали по величине очень близки, то температурные напряжения не нарушают монолитности железобетона. [c.28]

Температурный коэффициент линейного расширения бетонов [c.188]

В жаростойком железобетоне арматуру располагают в местах, где температура не превышает 350° С. При более высоких температурах температурное расширение арматуры больше, чем у бетона, [c.72]

Предел прочности, МПа, при. сжатии растяжении изгибе Адгезия к бетону, МПа Коэффициент линейного температурного расширения в пределах температур 40. 100 °С, ГС [c.92]

Примечание 1. Эмпирические формулы для вычисления температурного коэффициента линейного расширения бетонов в интервале температур от —30″ до 0°С ( ) и от О до +40°С ) я з вискиости от лажностк по объему т (%) и температуры Г °С следующее [c.189]

Расширяющиеся и напрягающие бетоны

Бетоны напрягающие — это смеси на основе напрягающих цементов, способные в начальной фазе твердения увеличиваться в объеме и растягивать находящуюся в непосредственном контакте арматуру, которая в результате таких процессов получает эффект самонапряжения (обжатия).

• Причем, арматурные стержни растягиваются независимо от их направления и схемы расположения в структуре изделия, что способствует получению двухосного объемного самонапряжения конструкций.
• Механизм действия расширяющихся материалов основан на создании контролируемого направленного кристаллообразования в период твердения цементного камня, что способствует регулированию процесса объемных деформаций в пластической структуре изделия.
• Применение расширяющихся быстротвердеющих бетонов, благодаря регулируемому линейному расширению, позволяет значительно компенсировать последствия усадочных деформаций, повысить трещиностойкость и сроки эксплуатации зданий и сооружений.

Свойства

В практике существуют два основных вида расширяющихся материалов:

• с нормируемой величиной обжатия;
• с компенсированной усадкой, но с ненормируемым самонапряжением (обжатием).

Помимо этих категорий, можно выделить в отдельную группу расширяющиеся мелкозернистые смеси, применяемые для ремонтно-восстановительных работ.

Основные характеристики напрягающих бетонов (ГОСТ 32803-2014):

1. Для тяжелого предусматривают следующие классы на сжатие: B20—B90; на растяжение — Bt0,8—Bt4,0.
2. Для легкого: на сжатие — B10—B40; на растяжение — классы Bt0,8—3,2.
3. С учетом величины напряжения, бетон классифицируют по следующим маркам: Sp0,6—4,0.

Подсказки: марки по самонапряжению Sp 0,6—1,0 относят к разряду бетонов с компенсированной усадкой, а классы Sp 1,2—4,0 к расширяющимся смесям с нормируемым обжатием.

1. По морозостойкости F200—F
2. По водонепроницаемости: тяжелые —W12—W20, легкие — W8—W
3. Данный материал обладает высокой прочностью (40–70 Мпа). Причем, рост этого значения особенно интенсивно наблюдается в раннем возрасте (28 суток). По истечении трех месяцев прочность на растяжение—сжатие увеличивается на 30%, а по достижению 6 месяцев — на 40%.
4. Отсутствует коррозия арматуры.
5. Высокая сульфатостойкость.
6. Газопроницаемость в 40 раз ниже в сравнении с тяжелыми бетонами на портландцементе.

Применение

Отмеченные свойства данного материала позволяют его эффективное применение как в монолитных, так и в сборных железобетонных конструкциях:

Теплофизические свойства строительных материалов

К ним относят те свойства материалов, что связаны с изменением температуры. В контексте снижения затрат на энергоносители в холодный период года важнейшими для любого владельца дома являются способность строительных материалов передавать (терять), а также аккумулировать и держать тепло.

Теплопроводность строительных материалов

Это способность строительного материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур внутри и снаружи здания. Это свойство имеет важное значение для строительных материалов, применяемых при устройстве ограждающих конструкций (стен, перекрытий, покрытий) и материалов, предназначенных для теплоизоляции.

Теплопроводность стройматериала зависит от его химического состава, структуры, влажности, пористости и характера пор, разности температур на противоположных его поверхностях и средней температуры при которой происходит передача тепла

Показателем теплопроводности служит коэффициент теплопроводности. Этот коэффициент равен количеству тепла, проходящего через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м 2 в течение 1 часа при разности температур образца в 1°С. Чем он больше, тем хуже теплоизоляционная способность материала. Плотные стройматериалы, материалы с крупными порами и с закрытыми порами лучше передают тепло, поэтому для целей теплоизоляции стараются применять мелкопористые материалы и материалы с открытыми порами. Наличие влаги в порах увеличивает теплопроводность в десятки раз.

Коэффициент теплопроводности λ (Вт/мС): воздуха 0,023, древесины вдоль волокон 0,35 и поперек волокон 0,175, воды 0,59, керамического кирпича 0,82, льда 2,3. То есть воздушные поры в материале резко снижаются его теплопроводность, а увлажнение сильно увеличивает, так как коэффициент теплопроводности воды в 25 раз выше, чем у воздуха. При замерзании воды в порах теплопроводность материала увеличивается еще больше, так как лед примерно в 4 раза теплопроводнее воды и в сто раз теплопроводнее воздуха. Результат лучше всего заметен на примере неграмотно утеплённой мансарды. Можно увидеть, что сырая теплоизоляция в морозную погоду практически перестаёт работать.

Теплозащитные свойства конкретной конструкции определяются коэффициентом сопротивления теплопередаче, который связывает коэффициент теплопроводности с толщиной (B) стены, перекрытия или слоя теплоизоляции: R = B / λ. Из формулы видно, что чем больше теплопроводность, тем меньше коэффициент сопротивления теплопередаче и, следовательно, хуже теплозащитные свойства ограждающей конструкции.

Удельная теплоёмкость материалов

Равна количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг материала на 1С. У органических материалов она обычно выше, чем у неорганических (кДж/(кг°С). Для древесины 2,38-2,72, для стали 0,46, для воды 4,187. Видно, что наибольшую теплоёмкость имеет вода, поэтому их теплоёмкость и возрастает с повышением влажности материалов. Кстати, высокая теплоёмкость воды делает её идеальным теплоносителем для системы отопления.

Тепловое расширение

Свойство материалов расширятся при нагревании и сжиматься при охлаждении, что приводит к изменениям линейных размеров и объема. Характеризуется коэффициентом линейного расширения, показывающим, насколько расширяется материал при повышении температуры на 1С.

В конструкциях, объединяющих несколько материалов, коэффициент теплового линейного расширения необходимо всегда учитывать. У стали (11-11,9) и бетона (10-14) он почти одинаков, поэтому эти материалы так хорошо сочетаются в железобетонных конструкциях. Если же коэффициенты линейного расширения отдельных компонентов значительно различаются, в таких конструкциях возникают напряжения, которые могут привести не только к появлению микротрещин и короблению, но и к полному их разрушению.

Аккумулирование тепла

Свойство материала при нагревании поглощать, а при охлаждении отдавать определённое количество теплоты называют теплоаккумулирующей способностью. Зависит она от удельной теплоемкости строительного материала, его средней плотности и толщины стеновой конструкции. Физический смысл теплоаккумулирующей способности (Qs) материала в возможности накопить и удержать в квадратном метре стены заданной толщины некоторое количество тепловой энергии, которая в дальнейшем может определенное время (время остывания ta) расходоваться на поддержание комфортного микроклимата в помещении.

Для более понятного восприятия можно провести аналогию с радиаторами отопления. Чугунные радиаторы благодаря тепловой инерции, то есть большей способности чугуна аккумулировать тепло, при отключении подачи теплоносителя остаются горячими более длительное время, расходуя накопленную энергию на прогрев помещения, чем стальные или алюминиевые.

Время остывания стен зависит от теплоаккумулирующей способности материала и сопротивления теплопередаче ta = Qs R, и чем Qs и R больше, тем более длительный промежуток времени в помещениях дома будет сохраняться приемлемые для жизнедеятельности условия. Полная формула расчёта времени остывания будет выглядеть так: ta = С γ В2 / λ. Где С — удельная теплоёмкость, γ — средняя плотность, λ — коэффициент теплопроводности, B – толщина стены

Источник https://alucom.ru/articles/zarubej_opit/temperaturnye_vozdejstviya_na_konstrukcii_chast_2_termomehanika

Источник https://dzgo.ru/proizvodstvo/koefficient-linejnogo-rasshireniya-betona.html

Источник https://domidei.ru/articles/teplofizicheskie-svoistva-stroitelnyh-materialov