建筑材料热工性质简介

为了保证建筑物具有良好的室内环境,降低建筑物的使用能耗,必须要求建筑物的围护结构具有良好的热工性质。通常,建筑材料的热工性质包括导热性、热容量、热变形性、耐燃性、耐火性。

1.导热性

材料能够将热量从温度高的一面传递到温度低的一面的性质称为导热性。材料导热性的大小用导热系数(也称导热率)λ表示。其物理意义为:单位厚度(1m)的材料,当两侧温差为1K 时,在单位时间(1s)内通过单位面积(1m2)的热量。按式(1-15)进行计算。

式中　λ——导热系数(热导率)[W/(m·K)];

Q——传导热量(J);

a——材料厚度(m);

A——传热面积(m2);

t——传热时间(s);

T2－T1——材料两测温度差(K)。

导热系数越小,材料的隔热性能越好。通常将防止材料内部热量的散失称为保温;将防止材料外部热量的进入称为隔热。保温、隔热统称为绝热。通常将λ≤0.15W/(m·K)的材料称为绝热材料。

2.热容量

热容量是指材料受热时吸收热量,冷却时放出热量的性质。其大小用比热容c 表示。比热容是指单位质量的材料,温度每升高或降低1K 时吸收或放出的热量。按式(1-16)进行计算。

式中　c——比热容;

Q——材料吸收或放出的热量(J);

m——材料的质量(g);

T2—T1 ——材料受热或冷却前后的温度差(K)。

材料的导热系数和热容量是建筑物围护结构热工计算的重要参数,设计时应选用导热系数较小而热容量较大的材料,有利于建筑节能和维护室内温度的稳定。

3.热变形性(www.xing528.com)

热变形性是指材料随温度变化,其形状、尺寸改变的性质,即材料的热胀冷缩性能。热变形性通常用长度方向的线膨胀系数αL 来表示,其物理意义为:温度上升或下降1K 材料的长度增长或收缩值。按式(1-17)进行计算。

式中　αL——材料的线膨胀系数(1/K);

ΔL——材料的线膨胀或线收缩量(mm);

T2－T1——材料升(降)温前后的温度差(K);

L——材料的原长(mm)。

材料的热变形性会对结构产生不利影响,尤其是在多种材料复合使用中,应充分考虑材料的热变形性,选材时应尽量选用线膨胀系数接近的材料,如大体积混凝土施工,若处理不好会由于温度变形导致混凝土产生裂缝。

4.耐燃性

耐燃性是指建筑物失火时,材料可否燃烧及燃烧的难易程度的性质。根据耐燃性可将材料分为非燃烧材料、难燃烧材料和燃烧材料三类。

(1)非燃烧材料,即在空气中受高温作用不起火、不微燃、不碳化的材料。无机材料均为非燃烧材料,如玻璃、陶瓷、混凝土、钢材、铝合金材料等。但是玻璃、混凝土、钢材等受火焰作用会发生明显的变形而失去使用功能,因此,它们具有良好的耐燃性却不耐火。

(2)难燃烧材料,即在空气中受高温作用难起火、难微燃、难碳化,当火源移走后燃烧会立即停止的材料。难燃烧材料多为以可燃材料为基体的复合材料,如沥青混凝土、水泥刨花板等材料,它们可以推迟起火时间或缩小火灾蔓延的范围。

(3)燃烧材料,即在空气中受高温作用会自行起火或微燃,当火源移走后仍能继续燃烧或微燃的材料,如木材及大部分有机材料。

5.耐火性

耐火性又称耐热性,是指材料在火焰和高温的长时间作用下,保持其结构或形状不破坏、性能不明显下降的性质。根据材料耐火度的不同可分为以下三类:

(1)耐火材料。耐火度不低于1580 ℃,如各类耐火砖等。耐火材料可用于高温环境的工程或安装热工设备的工程。

(2)难熔材料。耐火度为1350 ℃～1580 ℃,如耐火混凝土等。

(3)易熔材料。耐火度低于1350 ℃,如烧结普通砖、玻璃等。

耐燃性与耐火性是两个不同的概念,耐燃的材料不一定耐火,耐火的材料一般都耐燃。如钢材是耐燃材料(不燃烧性材料),但不是耐火材料,其耐火极限仅为0.25h,即在髙温作用下,在短时间内就会变形、熔融。