Теплоемкость бетона: сравнение показателей с другими строительными материалами

сравнение показателей с другими строительными материалами

Используя в строительстве различные материалы, необходимо учитывать все их основные характеристики: именно от них и зависит, насколько крепким, долговечным и теплым получится жилище. Для расчета способности к теплоизоляции обращают внимание на такую величину, как удельная теплоемкость. Бетон считается самым распространенным строительным материалом, сейчас без него не обходится ни одна стройка. Поэтому подробное изучение его основных характеристик поможет оптимально спроектировать конструкцию.

Свойства и описание материала

Бетон неспроста настолько популярен как в частном строительстве, так и в масштабном. Все дело в сочетании в нем практически всех фундаментальных свойств материала, так необходимых для качественной постройки.

К основным физико-техническим характеристикам этого стройматериала относятся:

• Высокая плотность. При наличии требования к повышенной прочности строения бетонный раствор можно усиливать при помощи использования цемента разных марок плотности, а также различных наполнителей — крупного щебня, магнетитовых и лимонитовых пород. Кроме того, крепость изделия можно легко повысить в несколько раз, армировав бетон металлическими прутьями в виде сетки. Чем чаще будет шаг сеточной ячейки, тем прочнее станет конструкция.
• Долговечность. Ввиду высокой устойчивости к различным деформациям, эрозии, температурным перепадам, а также химическим веществам можно говорить о хороших показателях долговечности бетонных конструкций.
• Устойчивость к крайне низким температурам.
• Однородность и вязкость, очень удобные при накладывании раствора на необходимую поверхность. К тому же, однородность бетона напрямую влияет на такой показатель, как прочность.
• Стойкость к деформационным воздействиям. Бетон имеет довольно высокие показатели относительно устойчивости к сжатию — в таких условиях он обладает определенным уровнем пружинистости. Чтобы наделить бетонные изделия стойкостью к растяжению, скручиванию и другим видам деформации, его армируют. Это значительно увеличивает его устойчивость в условиях постоянного напряжения.
• Высокая огнестойкость бетона. Этот показатель является одним из важнейших при построении жилого массива, так как напрямую влияет на пожароопасность здания. Но огнеупорность бетона очень высока. Под воздействием критически высокой температуры кристаллогидраты цементного камня распадаются, что сопровождается выделением связанной жидкости. Быстро испаряясь, она забирает на себя бо́льшую часть тепла, поэтому бетонные смеси так стойки к высокотемпературному воздействию.
• Пластичность бетонного раствора. Эта характеристика обусловливает способность строительной смеси качественно заполнять необходимую форму, не образовывая пустот и раковин. Показатель пластичности зависит от вида используемого цемента, а также от специальных наполнителей.
• Водонепроницаемость. При использовании расширяющихся марок основной составляющей бетонного раствора эта характеристика существенно повышается. Бетон с высоким уровнем гидрофобности не пропускает и не впитывает воду и другие жидкости, поэтому часто используется для строительства фундаментов в условиях повышенной сырости, а также при заливке форм для бассейнов и прудов.
• Теплоизоляционные характеристики увеличиваются с повышением пористости материала путем добавления пористых наполнителей.

Это лишь основные свойства бетонной смеси, которые позволяют ей удерживать лидерство на рынке строительных материалов.

Теплоизоляционные характеристики

Теплоемкость материала — это величина, характеризующая его способность к поглощению тепла при нагревании и его отдаче при охлаждении. Благодаря этому значению можно рассчитывать, из какого материала лучше построить жилое помещение, насколько оно будет теплым и как долго сможет сохранять тепло при отоплении.

Бетонные смеси, отличающиеся повышенной плотностью, не обладают высокой теплоемкостью. Однако условия, в которых они используются, этого и не требуют. Особо тяжелые бетоны характеризуются очень большим весом, по этой причине они не применяются в индивидуальном строительстве, зато активно используются при сооружении глобальных конструкций гидротехнического назначения или, например, железнодорожных и автомобильных мостов, метро и других стратегических объектов. В этих случаях способность к теплоизоляции не является приоритетом.

Что касается жилых построек, здесь теплоемкость имеет крайне важное значение. В конце концов, этот показатель оказывает прямое влияние на количество стройматериала, используемое для возведения стен. Однако повышение пористости, что является обязательным залогом увеличения теплоизоляционных свойств, непременно повлияет на прочность здания не в лучшую сторону. Чтобы компенсировать уменьшение крепости, в бетонные плиты помещают армирующую сетку. Тогда и прочность остается на высоте, и теплоемкость не страдает.

Таблица показателей

Различные стройматериалы обладают разными показателями теплоемкости и теплопроводности. Это можно использовать при расчете толщины стен.

Так, теплоизоляционные свойства распространенных строительных материалов демонстрирует таблица.

Как видно из таблицы, удельная теплоемкость бетона довольно высока в сравнении с другими материалами, поэтому его использование в строительстве имеет массу преимуществ перед другими материалами.

Способы повышения теплоемкости

Разновидности бетонов с высоким показателем теплоемкости называются легкими или особо легкими. Наполнители, использующиеся для их создания, отличаются пористой структурой и небольшим весом. К ним относятся такие виды:

• Натуральные заполнители: включают в себя пемзовые породы, вулканические туфы и шлаки, а также карбонаты — различные кальциты, ракушечники, известняковые туфы.
• Искусственно созданные материалы — керамзит, перлит, вермикулит, а также аглопорит, грануляты шлаков и другие.
• Промышленные отходы — золошлаки, топливные или металлургические шлаки, а также крупнодисперсные золы.

К самым распространенным, а также суперлегким материалам для заполнения бетонного раствора, относится полистирол. Он представляет собой мелкие шарики. Бетон с полистирольным включением отличается самой высокой теплоемкостью из всех используемых наполнителей, однако этот материал характеризуется снижением других качеств:

• Огнеупорность. При воздействии высокой температуры внешние данные бетонополистирола не изменяются, но внутри происходит выгорание полистирольных шариков, что в дальнейшем скажется на увеличении хрупкости сооружения, а также на увеличении теплопередачи.
• Прочность. Легкие и суперлегкие бетоны не обладают высокими показателями прочности, однако этот недостаток можно легко компенсировать путем включения в них арматуры. Правда, вес конструкции в этом случае увеличится, но зато повысится деформационная устойчивость и, как следствие, долговечность здания.
• Паропроницаемость. Вследствие значительного процента наполняющего материала на бетонополистирол переносится и часть его качеств. Полистирол отличается крайне низкой паропроницаемостью. В случае использования для строительства этого компонента следует позаботиться о хорошей вентиляционной системе.

В противном случае, внутри на стенах постройки будет скапливаться конденсат из-за повышенной влажности, что негативно скажется и на здоровье, и на внутреннем покрытии, например, обоях. Постоянная сырость поспособствует развитию плесени и грибков, от которых не так просто избавиться даже во время капитального ремонта квартиры.

Так как все эти недостатки можно в некоторой степени компенсировать различными способами, то полистиролбетон пользуется значительной популярностью у застройщиков.

Сравнительная характеристика стройматериалов

Для сравнения приведена таблица удельной плотности и веса различных видов бетона, из которой явственно видно, насколько бетон с полистиролом легче остальных разновидностей.

Кроме того, теплопроводность полистирола позволяет делать стены более тонкими, что уменьшает трудозатраты на строительство, а также финансовые затраты на транспортировку и погрузку стройматериала.

Бетон и сам имеет хорошую теплоемкость, а в сочетании с полистиролом он является просто незаменимым теплоизоляционным материалом, который может использоваться как самостоятельно, так и для дополнительного утепления помещений.

Применение в строительстве

Бетон и сходные ним по составу смеси использовались еще во времена Римской империи. Тогда, конечно, составляющие несколько отличались от современного материала, однако можно с уверенностью сказать, что и тогда эти конструкции отличались высокой прочностью.

В наше время бетон используется для строительства повсеместно — это едва ли не самый распространенный стройматериал. Учитывая его многочисленные положительные свойства, его лидерство вполне оправдано.

Бетонные смеси применяются для заливки фундаментов любой сложности, из них изготавливают как монолитные заливные конструкции, так и сборные. К сборным относятся плиты для возведения стен и потолочных перекрытий, балки и другие. Железобетонные конструкции, как обладающие повышенной прочностью, применяют в строительстве шахт для укрепления стен горных выработок, метро, мостов, плотин, атомных электростанций и других строений с повышенной нагрузкой и высокими требованиями к надежности и безопасности.

В зависимости от состава существует много разновидностей бетона. Это позволяет подобрать подходящий материал с необходимыми свойствами в любой отрасли промышленности.

Бетоном укрепляют неустойчивые грунты и герметизируют щели, используют для облицовки как внутренних стен помещения, так и фасадов. Асфальтобетонной смесью повышенной прочности выстилают автодороги и взлётно-посадочные полосы. Кроме того, бетон используют для изготовления тротуарной плитки, декоративного искусственного камня для наружной и внутренней отделки. Специальные гидротехнические смеси применяют в строительстве каналов, бассейнов и водохранилищ, а также небольших искусственных водоемов на частных участках.

При проектировании любых строительных работ следует учитывать все характеристики бетонных смесей и требования к конструируемому сооружению. Немаловажным показателем служит теплоемкость бетона в квт, а также теплопроводность, особенно при построении жилых помещений.

Какая существует теплоемкость бетона?

При строительстве домов с использованием бетона, всегда производятся расчеты, так вот для этого обязательно нужно знать удельную теплоемкость бетона. Удельная теплоемкость или просто теплоемкость бетона, очень важна и без нее не обойтись, в строительстве, когда например рассчитывается теплопроводность конструкции, для того что определить расходы на ускорение твердения строения из бетона.

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

Связанные статьи: Преимущества пенобетона

Температурно усадочные швы

Температурно усадочные швы, в России должны быть начиная от 1.1 мм на 1м, делая вывод из расчета 0.3 мм — это усадка + 0.8 — температурный коэффициент. В строительных нормах и правилах (СНИП), размеры больше, так же стоит учитывать и то, что изменения температур порядка 80 ºС и больше, вызывают трещины в бетоне, который имеет жесткий наполнитель внутри, потому что существует разница коэффициентов расширения раствора и внутреннего наполнителя.

Связанные статьи:

Дома из пенобетонных блоковСколько цемента в кубе бетона

Теплоемкости бетонов

Теплопроводность монолитных бетонов при условии что он воздушно-сухой составляет порядка 1. 35 Bт/(m*ºC) = 1.5 ккал/(ч*м*ºС). Высокие характеристики теплопроводности такого тяжелого бетона, заставляют обязательно использовать утепление наружных стен из монолитного бетона.

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

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.

Значит, теплоемкость бетона чаще всего от 0.17 и до 0.22 ккал/кг. Как и теплоемкость у многих каменных материалов.Становится понятно, почему дерево теплое, а бетон холодный, все из за низкой теплоемкости бетона. -6. Почти как и у коэффициента расширения стали (в зависимости от марки они так же изменяются), в связи с чем железобетонные конструкции очень распространены.

Дата: 22-05-2015Комментариев: Рейтинг: 18

Теплоемкость бетона довольно важный показатель при строительстве любого здания или сооружения. Как правило, такой показатель составляет 0,00001(°С)-1.

Обусловлено это тем, что со временем все бетонные конструкции неизбежно претерпевают изменения плотности из-за набухания или усадки. Это происходит даже тогда, когда температура воздуха и уровень влажности вокруг бетона остаются неизменными. Если рассматривать подробно, то сам бетон как каменный материал для строительства формируется из смеси того или иного вида вещества, имеющие вяжущие свойства.

Соотношение между компонентами в бетонной смеси.

Изготовление такого искусственного материала проводится в соответствии с количеством вяжущего вещества и воды. При этом воду можно использовать как питьевую, так и любую другую.

И именно исходя из предназначения бетонных материалов, строители производят расчеты по определению нужной теплоемкости смеси. Теплоемкость определяется как удельная величина, которая влияет на расстояние усадочных швов, необходимых для надежности самой конструкции. Существуют разные показатели усадки бетона и особая технология исследования его при изготовлении.

Керамический

Изготавливают из глины с добавлением определенных веществ. После изготовления подвергают термической обработке в специализированных печах. Показатель удельной теплоемкости составляет 0.7 – 0.9 кДж, а плотность – около 1300–1500 кг/м3.

Сегодня многие производители выпускают керамическую продукцию. Такие изделия отличаются не только размерами, но и своими свойствами. Например, теплопроводность керамического блока гораздо ниже, чем обычного. Это достигается за счет большого количества пустот внутри. В пустотах находится воздух, который плохо проводит тепло.

Свойства керамического кирпича

Показатели температурных изменений

Таблица основных свойств бетона.

Такой процесс, как усадка или, наоборот, набухание бетона, напрямую зависит от количества цементного вещества, замешанного в растворе при его изготовлении.

Со временем после строительства и уже ввода здания в эксплуатацию бетон будет постепенно высыхать и на каждый метр линейного размера давать усадку около 0,3 мм. Приблизительно на такую же величину будет происходить и набухание готового материала. Так, при покупке цементного вещества и изготовлении бетона важно знать, что:

в зависимости от количества самого цемента в заготовленной массе для изготовления цементных плит необходимо обязательно учитывать расстояние усадочных швов;в среднем усадочный шов должен быть более 1,1 мм на 1 м общих линейных размеров;для бетона коэффициент расширения от температурных колебаний (удельная теплоемкость) составляет 0,00001(°С)-1, и, например, при повышении или понижении температуры на 40° он расширится до 0,8 мм/м.;заготовленная смесь для бетона всегда легче, чем уже готовый материал;он бывает монолитный, тяжелый и пористый, и удельная теплоемкость напрямую зависит от его вида.

Вернуться к оглавлению

Для определения теплоемкости заготовленную массу выкладывают в специальную форму и ставят температурный датчик по центру. Далее она подвергается вибрации, при этом саму форму в месте зазора закрывают крышкой с уплотняющей замазкой, имеющей водонепроницаемые свойства. Для проведения этой процедуры используют аппаратуру, которая одновременно регистрирует и в то же время регулирует температурные колебания внутри формы со смесью.

Форму, в которую укладывают смесь помещают в адиабатическую камеру, способную поддерживать внутри нужную температуру для измерений.

При этом важно отметить, что температура в адиабатической камере должна быть доведена до температуры самой бетонной массы.

Все замеры и записи температурных колебаний фиксируются на ленту регистрирующей и регулирующей аппаратуры. В дальнейшем после проведения испытаний проводят расшифровку лент регистрирующей аппаратуры. Важно отметить, что удельная теплоемкость смеси должна быть исследована не позднее 1 часа после ее изготовления, а такое испытание необходимо проводить не менее 5 суток пока температура в камере не превысит 1°.

Во время работ по возведению бетонного дома выполняют специальные расчеты, для которых необходимо знать такую величину, как теплоемкость. То есть, то количество теплого воздуха, которое передается раствору и изменяет его температуру, хотя бы на единичку.

Величина или класс бетона, который подвержен модификации, называют коэффициентом или постоянной необходимой для расширения состава.Она составляет 0,00001 (°С)-¹. Значит, что при изменении температуры на 60°С, расширение составит 0,6 мм/м. Поэтому для любого бетонного сооружения необходимы так называемые температурные швы.

Бетон

Для нашей страны эта величина на 1 мм составляет 1,1 мм.

Исходя из этих данных, 0,3 мм указывает на усадку, +0,6 – коэффициент температуры. В СНИП – е рассмотрены большие размеры, но при этом необходимо учесть тот факт, что изменение на 80°С может повлечь за собой появление трещин в бетоне, имеющим жесткий заполнитель. Поэтому берут во внимание разницу коэффициента расширения и наполнителя (внутреннего).

Свойства и описание материала

Бетон неспроста настолько популярен как в частном строительстве, так и в масштабном. Все дело в сочетании в нем практически всех фундаментальных свойств материала, так необходимых для качественной постройки.

К основным физико-техническим характеристикам этого стройматериала относятся:

• Высокая плотность. При наличии требования к повышенной прочности строения бетонный раствор можно усиливать при помощи использования цемента разных марок плотности, а также различных наполнителей — крупного щебня, магнетитовых и лимонитовых пород. Кроме того, крепость изделия можно легко повысить в несколько раз, армировав бетон металлическими прутьями в виде сетки. Чем чаще будет шаг сеточной ячейки, тем прочнее станет конструкция.
• Долговечность. Ввиду высокой устойчивости к различным деформациям, эрозии, температурным перепадам, а также химическим веществам можно говорить о хороших показателях долговечности бетонных конструкций.
• Устойчивость к крайне низким температурам.
• Однородность и вязкость, очень удобные при накладывании раствора на необходимую поверхность. К тому же, однородность бетона напрямую влияет на такой показатель, как прочность.
• Стойкость к деформационным воздействиям. Бетон имеет довольно высокие показатели относительно устойчивости к сжатию — в таких условиях он обладает определенным уровнем пружинистости. Чтобы наделить бетонные изделия стойкостью к растяжению, скручиванию и другим видам деформации, его армируют. Это значительно увеличивает его устойчивость в условиях постоянного напряжения.
• Высокая огнестойкость бетона. Этот показатель является одним из важнейших при построении жилого массива, так как напрямую влияет на пожароопасность здания. Но огнеупорность бетона очень высока. Под воздействием критически высокой температуры кристаллогидраты цементного камня распадаются, что сопровождается выделением связанной жидкости. Быстро испаряясь, она забирает на себя бо́льшую часть тепла, поэтому бетонные смеси так стойки к высокотемпературному воздействию.
• Пластичность бетонного раствора. Эта характеристика обусловливает способность строительной смеси качественно заполнять необходимую форму, не образовывая пустот и раковин. Показатель пластичности зависит от вида используемого цемента, а также от специальных наполнителей.
• Водонепроницаемость. При использовании расширяющихся марок основной составляющей бетонного раствора эта характеристика существенно повышается. Бетон с высоким уровнем гидрофобности не пропускает и не впитывает воду и другие жидкости, поэтому часто используется для строительства фундаментов в условиях повышенной сырости, а также при заливке форм для бассейнов и прудов.
• Теплоизоляционные характеристики увеличиваются с повышением пористости материала путем добавления пористых наполнителей.

Это лишь основные свойства бетонной смеси, которые позволяют ей удерживать лидерство на рынке строительных материалов.

Теплоемкость бетонного состава

Так как существует много видов раствора, то данная величина также различна. Например, для монолитного воздушно-сухого бетона она составляет 1,35 Вт(м*°С). А это значит, что удельная теплоемкость бетона высокая и поэтому, все наружные стенки строения нужно утеплить.

Если применяемый бетон пористый, тогда данная величина составит от 0,35 до 0,75 Вт(м*°С), так как такой вид раствора имеет низкую прочность.

Тяжелый бетон имеет удельную теплоемкость в пределах 1000 Дж/(кг *°С), то есть 0,2 ккал/(кг*°С). При этом этот же но уже объемный показатель тяжелого типа составляет 2500 Дж/(м³*К), а если состав пористый, тогда изменения полностью зависимы от плотности материала.

Жидкая бетонная смесь имеет удельную теплоемкость до 1500 Дж/(кг*°С). -6, отметим, что у стали он точно такой же.

Теплоемкость строительных материалов

Теплоемкость материалов, таблица по которой приведена выше, зависит от плотности и коэффициента теплопроводности материала.

А коэффициент теплопроводности, в свою очередь, зависит от крупности и замкнутости пор. Мелкопористый материал, имеющий замкнутую систему пор, обладает большей теплоизоляцией и, соответственно, меньшей теплопроводностью, нежели крупнопористый.

Это очень легко проследить на примере наиболее распространенных в строительстве материалов. На рисунке, представленном ниже, показано каким образом влияет коэффициент теплопроводности и толщина материала на теплозащитные качества наружных ограждений.

Из рисунка видно, что строительные материалы с меньшей плотностью обладают меньшим коэффициентом теплопроводности. Однако так бывает не всегда. Например, существуют волокнистые виды теплоизоляции, для которых действует противоположная закономерность: чем меньше плотность материала, тем выше будет коэффициент теплопроводности.

Поэтому нельзя доверять исключительно показателю относительной плотности материала, а стоит учитывать и другие его характеристики.

Что такое удельный вес бетона?

При реставрационных работах, капитальном или точечном ремонте нужно не только приобрести необходимое количество материала, но и сделать расчет по характеристикам.

Такое понятие как удельный вес не используют, но все виды бетона отличаются по примененным компонентам. Хотя чаще всего в качестве наполнителя применяют щебень, гальку и другие материалы, но, даже используя одинаковое их количество, не удается сделать идентичный раствор, так как гранулы одного и того же элемента могут отличаться друг от друга (по форме и размеру). Чем они крупнее, тем больше поры в структуре бетона.

Но при проведении работ строителей интересует, сколько весит материал. Ведь по этому параметру и определяют специфику его применения, так как именно по этой величине рассчитывают конструкции с учетом местного климата и других условий. Например, при возведении фундамента, для определения его типа (с учетом почвы на участке), необходимо знать, сколько составляет удельная масса бетона, то же самое касаемо перекрытий, несущей конструкции и др.

Специалисты чаще применяют такое понятие, как «объемный вес», но данная величина не является постоянной. А вес данного строительного материала полностью зависит от тех компонентов, из которых его готовят. Также сюда нужно приплюсовать и воду, которая необходима для замеса.

Учитывая все эти ингредиенты, различают следующие типы бетона:

тяжелый и особо тяжелый;легкий и особо легкий.

Рассмотрим каждый вид в отдельности.

Тяжелый бетон

Для его приготовления применяют крупнофракционную щебенку или гравий. Таким раствором производят заливку фундаментов, возводят несущую конструкцию. У специалистов имеется приблизительное соотношение ингредиентов, которое может изменяться, а вместе с ней варьирует вес бетона (от 1,8 до 2,5 т/м³).

Особо тяжелый материал применяют редко, только во время строительства специальных промышленных объектов. В качестве крупного заполнителя используют гематит, барит и др. Иногда в состав раствора добавляют железную руду и чугунную дробь.

От их количества зависит вес бетона. А цемент должен быть только высокого качества. Такой вид бетона имеет удельную массу от 2,5 до 3,0 т/м³.

Таблица теплоемкости некоторых материалов.

Таблица теплоемкости некоторых материалов.

Таблица показывает, какое количество тепла может сохранить в себе 1 кубометр материала при его нагреве на 1 градус.

Пример. Сколько тепла будет накоплено в 1 кубометре воды при нагреве ее от 40 градусов до 90 градусов?

Удельная теплоемкость воды при 20 o Суд = 4,18 кДж/кг* o С Разница температур Т = 90-40 = 50 o Удельный вес г = 1000 кг/м 3 Объем v=1 м 3 Количество запасенной энергии Э = C*Т*v*г = 4.18*50*1*1000 = 209000 кДж (

Легкий и особо легкий бетон

Данный раствор образовывает структуру с порами, вес материала варьирует от 0,5 до 1,8 т/м³. Для такого типа бетона в качестве наполнителя применяют пемзу, туф и др.

Максимальный вес 1 м³ особо легкого материала до 0,5 т, а в строительстве он используется как теплоизолятор, во время работ по гидроизоляции шва, стыка или его применяют при заделывании трещин. В качестве наполнителя используют перлиты, вермикулит и др.

Применение бетона

Таблица теплоемкости некоторых материалов

Таблица показывает, какое количество тепла может сохранить в себе 1 кубометр материала при его нагреве на 1 градус.

Пример. Сколько тепла будет накоплено в 1 кубометре воды при нагреве ее от 40 градусов до 90 градусов?

Удельная теплоемкость воды при 20o Суд = 4,18 кДж/кг*oС Разница температур Т = 90-40 = 50o Удельный вес г = 1000 кг/м3 Объем v=1 м3 Количество запасенной энергии Э = C*Т*v*г = 4.18*50*1*1000 = 209000 кДж (

Как определить удельное сопротивление?

Для того чтобы вычислить этот показатель необходимо взять образец – куб с ребрами в 20 см.

Его подключают к переменному току, при этом частота промышленная. Бетон укладывают в форму имеющую размеры 20Х20Х20 см. Дно и противоположные стены конструкции выполняются из материала, который не проводит ток, а другие стороны стальные – пластинчатые электроды.

Напряжение регулируют трансформатором.

К кубу подключают вольтметр (параллельно) и миллиамперметр (последовательно). Их измерительный механизм относится к электромагнитной системе. Также к кубу подсоединен ваттметр имеющий механизм ферродинамической системы.

Подключив данную конструкцию, вычисляют удельное сопротивление бетона, которое определяется формулой:

P = 0,2 V/ I, где P – удельное сопротивление;V – показания вольтметра;I – показания амперметра.

Следует учесть, что при этом ваттметр (его показания) удерживают на начальной величине.

Теплоемкость и теплопроводность материалов

Теплопроводность – это физическая величина материалов, описывающая способность проникновения температуры с одной поверхности стены на другую.

Для создания комфортных условий в помещении необходимо, чтобы стены обладали высоким показателем теплоемкости и низким коэффициентом теплопроводности. В этом случае стены дома будут в состоянии накапливать тепловую энергию окружающей среды, но при этом препятствовать проникновению теплового излучения внутрь помещения.

Термальная масса — Национальная ассоциация производителей сборного железобетона

Сборный бетон может выдерживать тепло.

Клод Гоген, PE, LEED AP

Семь миллиардов человек на планете с ограниченными ресурсами означают, что энергосбережение не является обязательным. Растущее население нашей планеты создает постоянно растущий спрос на ограниченные энергетические ресурсы. В современном мире каждый инженер и архитектор, занимающийся проектированием новых конструкций, ищет способы повысить эффективность обогрева и охлаждения здания. А поскольку ОВКВ зданий ¹ потребляют около 30% всей энергии в США, поэтому существует повышенный спрос на устойчивые и энергоэффективные конструкции зданий.

Новые и экологичные энергетические технологии, такие как солнечные батареи, ветряные турбины и геотермальные системы, набирают популярность, но один метод сохранения энергии существует уже очень давно: использование материала оболочки здания с высокой тепловой массой. Потребность в энергии — это не просто использование энергии, это комфортная температура в помещении, когда и где мы этого хотим. Конструкции, в которых используются исключительные тепловые свойства сборного железобетона, могут обеспечить высокий уровень обслуживания и комфорт для жильцов при меньшем потреблении энергии.

Сборный железобетон является тяжеловесом с точки зрения энергоэффективности
Что такое тепловая масса? Он определяется как неотъемлемое свойство материала поглощать тепловую энергию. Сборный железобетон имеет большую тепловую массу, поскольку для изменения его температуры требуется много тепловой энергии. Изделия из пиломатериалов намного легче нагреваются и, следовательно, имеют меньшую тепловую массу. Материалы с высокой теплоемкостью, такие как сборный железобетон, действуют как термальные губки, поглощая тепло летом, чтобы поддерживать прохладу внутри здания, и сохраняя солнечное тепло, чтобы медленно отдавать его ночью, когда наружная температура падает.

Тепловая масса сборного железобетона служит для выравнивания суточных перепадов температуры внутри помещения и, таким образом, снижения энергопотребления системы отопления, вентиляции и кондиционирования здания. Чем больше мы можем минимизировать или сгладить перепад температур внутри здания, тем больше энергии мы сохраняем.

Когда температура наружного воздуха находится на пике летней температуры, внутри здания из сборного железобетона остается прохладно, поскольку теплу требуется время, чтобы проникнуть в бетон с его высокой тепловой массой. Эта теплопередача приводит к временной задержке, показанной на прилагаемой диаграмме. По мере передачи этого тепла температура также снижается, эффект, называемый «демпфированием». Естественно более низкие ночные температуры охлаждают сборную бетонную массу (оболочку здания) и позволяют сборному железобетону снова поглощать тепло на следующий день. Высокая тепловая масса сборного железобетона эффективно задерживает и сводит к минимуму влияние колебаний наружной температуры на климат в помещении. Следовательно, это повышает энергоэффективность здания, что предусмотрено Законом о национальной энергетической политике от 19 года.92 для коммерческих зданий.

Измерение тепловой массы
Так как же количественно определить тепловую массу – способность материала поглощать, накапливать и выделять тепловую энергию? Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) 90.1-2010, «Энергетический стандарт для зданий, кроме малоэтажных жилых зданий», количественно оценивает тепловые массовые эффекты на основе теплоемкости стены. Теплоемкость определяется как вес стены на квадратный фут, умноженный на удельную теплоемкость материала.

Удельная теплоемкость описывает способность материала накапливать тепловую энергию или количество тепловой энергии (в БТЕ), необходимое для повышения температуры одного фунта материала на один градус по Фаренгейту. Удельная теплоемкость бетона и кирпичной кладки обычно принимается равной 0,2 БТЕ/фунт·F.

Термическую массу не следует путать со значением R, также известным как тепловое сопротивление. Значение R выражается как толщина материала, деленная на коэффициент теплопроводности. Коэффициент теплопроводности, k , является мерой скорости, с которой тепло проводится через единицу площади однородного материала единицы толщины при разнице температур в один градус.

Значения R и U-факторы (коэффициент теплопередачи) не учитывают влияние тепловой массы и сами по себе неадекватны для описания свойств теплопередачи строительных конструкций со значительным количеством тепловой массы, таких как здания из сборного железобетона.

Свойства теплоемкости сборного железобетона также могут помочь проектам получить кредиты LEED. LEED-NC ² Энергия и атмосфера (EA) Кредит 1 по оптимизации энергоэффективности потенциально может дать до 10 баллов за экономию энергии сверх стандарта ASHRAE 90.1-2010.

Высокая теплоемкость сборного железобетона — лишь одно из его многочисленных преимуществ; но это важный актив для проектировщиков, которые стремятся сократить затраты на электроэнергию, связанные с системами HVAC, и при этом обеспечить комфорт для жителей здания. Для получения дополнительной информации о тепловой массе сборного железобетона свяжитесь с техническим персоналом NPCA по адресу [email protected] или позвоните по номеру 9.0016 (800) 366-7731.

² LEED-NC расшифровывается как «Лидерство в энергетическом и экологическом проектировании нового строительства».

Клод Гоген, PE, LEED AP, директор технических служб NPCA.

Плотность, теплоемкость, теплопроводность

О бетоне

Бетон представляет собой композитный материал, изготовленный из песка, гравия и цемента. Цемент — это связующее вещество, используемое в строительстве, которое схватывается, затвердевает и прилипает к другим материалам, связывая их вместе. Портландцемент является наиболее распространенным типом цемента общего назначения во всем мире. Большая часть бетона заливается армирующими материалами (такими как арматура), встроенными для обеспечения прочности на растяжение, в результате чего получается железобетон.

Сводка

Плотность бетона

Типичные плотности различных веществ даны при атмосферном давлении. Плотность  определяется как  масса на единицу объема . Это интенсивное свойство , которое математически определяется как масса, деленная на объем: ρ = m/V

Другими словами, плотность (ρ) вещества равна общей массе (m) этого вещества, деленной на общий объем (V), занимаемый этим веществом. Стандартная единица СИ составляет кг на кубический метр ( кг/м ³ ). Стандартная английская единица измерения – 90 015 фунтов массы на кубический фут 9.0017  ( фунтов/фут ³ ).

Плотность бетона 2400 кг/м ³ .

Пример: Плотность

Рассчитайте высоту куба из бетона, который весит одну метрическую тонну.

Решение:

Плотность  определяется как  масса на единицу объема . Математически он определяется как масса, деленная на объем: ρ = m/V

Так как объем куба равен третьей степени его сторон (V = a ³ ), высоту этого куба можно вычислить:

Тогда высота этого куба равна a = 0,747 м .

Плотность материалов

Механические свойства бетона

Прочность бетона

приложенная нагрузка без разрушения или пластической деформации. Сопротивление материалов в основном рассматривает взаимосвязь между внешние нагрузки , приложенные к материалу, и результирующая деформация или изменение размеров материала. При проектировании конструкций и машин важно учитывать эти факторы, чтобы выбранный материал имел достаточную прочность, чтобы противостоять приложенным нагрузкам или силам и сохранять свою первоначальную форму.

Прочность материала – это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Для напряжения растяжения способность материала или конструкции выдерживать нагрузки, имеющие тенденцию к удлинению, известна как предел прочности при растяжении (UTS). Предел текучести или предел текучести — это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, тогда как предел текучести — это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация. В случае растягивающего напряжения однородного стержня (кривая напряжения-деформации) Закон Гука описывает поведение стержня в упругой области. Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости при растягивающем и сжимающем напряжении в режиме линейной упругости при одноосной деформации и обычно оценивается испытаниями на растяжение.

См. также: Прочность материалов

Предел прочности бетона при растяжении

Предел прочности бетона при растяжении 2 МПа.

Предел текучести бетона

Предел текучести бетона   не применимо.

Модуль упругости бетона

Модуль упругости Юнга бетона составляет 60 ГПа.

Твердость бетона

В материаловедении твердость — это способность выдерживать вдавливание поверхности ( локализованная пластическая деформация ) и царапание . Тест на твердость по Бринеллю  – это один из тестов на твердость с вдавливанием, разработанный для определения твердости. В тестах Бринелля жесткий,  9Сферический индентор 0015 вдавливается под определенной нагрузкой в ​​поверхность испытуемого металла.

Число твердости по Бринеллю (HB) представляет собой нагрузку, деленную на площадь поверхности вмятины. Диаметр вдавления измеряют с помощью микроскопа с наложенной шкалой. Число твердости по Бринеллю вычисляется по уравнению:

Твердость бетона составляет приблизительно 6 по шкале Мооса.

См. также: Твердость материалов

Пример: Прочность

Предположим, пластиковый стержень изготовлен из бетона. Этот пластиковый стержень имеет площадь поперечного сечения 1 см ² . Рассчитайте усилие на растяжение, необходимое для достижения предела прочности на растяжение для этого материала, которое составляет: UTS = 2 МПа.

Решение:

Напряжение (σ)  может быть приравнено к нагрузке на единицу площади или силе (F), приложенной к площади поперечного сечения (A) перпендикулярно силе, как:

, следовательно, растяжение усилие, необходимое для достижения предела прочности на растяжение:

F = UTS x A = 2 x 10 ⁶ x 0,0001 = 200 Н

Прочность материалов

Эластичность материалов

Твердость материалов

Тепловые свойства бетона

Бетон – температура плавления

Температура плавления бетона 1527 °C .

Обратите внимание, что эти точки связаны со стандартным атмосферным давлением. В целом плавление  является фазовым переходом  вещества из твердой фазы в жидкую. точка плавления  вещества — это температура, при которой происходит это фазовое превращение. Точка плавления   также определяет состояние, при котором твердое тело и жидкость могут существовать в равновесии. Для различных химических соединений и сплавов трудно определить температуру плавления, так как они обычно представляют собой смесь различных химических элементов.

Бетон – теплопроводность

Теплопроводность бетона 0,5 Вт/(м·К) .

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , k (или λ), измеряемой в Вт/м·K . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье  применим ко всей материи, независимо от ее состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. В общем случае:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно мы можем написать k = k (T) . Аналогичные определения связаны с теплопроводностями в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

Бетон – Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость бетона 1050 Дж/г K .

Удельная теплоемкость или удельная теплоемкость   – это свойство, связанное с  внутренней энергией  , которое очень важно в термодинамике. Интенсивные свойства c _v и c _p определены для чистых, простых сжимаемых веществ как частные производные от внутренняя энергия u(T, v) и энтальпия h(T, p) соответственно:

где индексы v  и  p  обозначают переменные, фиксированные во время дифференцирования. Свойства c _v и c _p называются удельной теплоемкостью (или теплоемкостью ), потому что при определенных особых условиях они связывают изменение температуры системы с количеством энергии, добавленной теплопередача. Их единицы СИ  Дж/кг K или Дж/моль K .

Пример: Расчет теплопередачи

Теплопроводность определяется как количество тепла (в ваттах), передаваемое через квадратный участок материала заданной толщины (в метрах) из-за разницы температур. Чем ниже теплопроводность материала, тем выше его способность сопротивляться теплопередаче.

Рассчитайте скорость теплового потока  через стену площадью 3 м x 10 м (A = 30 м ² ). Стена толщиной 15 см (L ₁ ) изготовлена ​​из бетона с теплопроводностью k ₁ = 0,5 Вт/м·К (плохой теплоизолятор). Предположим, что внутренняя и наружная температуры  составляют 22°C и -8°C, а коэффициенты конвекционной теплопередачи  на внутренней и внешней сторонах равны h ₁  = 10 Вт/м ² K и h ₂  = 30 Вт/м ² К соответственно. Обратите внимание, что эти коэффициенты конвекции сильно зависят, в частности, от окружающих и внутренних условий (ветер, влажность и т. д.).

Рассчитайте тепловой поток ( потери тепла ) через эту стену.

Решение:

Как уже было сказано, многие процессы теплопередачи включают составные системы и даже включают комбинацию проводимости и конвекции .