土木工程材料第4版：热工性质

土木工程材料在满足强度和其他性能的基础上，还要考虑材料的热工性能，以保证室内温度在一定的温度范围内，为学习、生产和生活创造适宜的条件。

（1）材料的导热性

材料传导热量的性质称为导热性，以导热系数表示，即

式中：λ——导热系数，W/（m·K）；

Q——总传热量，J；

a——材料厚度，m；

A——热传导面积，m2；

t——热传导时间，h；

T2-T1——材料两面温度差，K。

材料的导热系数越大，其传导的热量就越多。通常将λ≤0.23的材料称为绝热材料。

影响材料导热系数的主要因素有材料的物质构成、微观结构、孔隙构造、温度、湿度和热流方向等。

①物质构成。金属材料导热系数最大，无机非金属材料次之，有机材料导热系数最小。

②微观结构。相同化学组成的材料，结晶结构的导热系数最大，微晶结构次之，玻璃体结构最小。

③孔隙构造。由于固体物质的导热系数比空气的导热系数大得多，一般来说，材料的孔隙率越大，导热系数越小。在孔隙率相近的情况下，孔径越大，孔隙相通将使材料导热系数有所提高，这是由于孔内空气流通与对流的结果。对于纤维状材料，还与压实程度有关。当压实达某一表观密度时，其导热系数最小，该表观密度称为最佳表观密度；当小于最佳表观密度时，材料内空隙过大，由于空气对流作用，将会使导热系数有所提高。

④湿度。因为固体导热最好，液体次之，气体最差，因此，材料受潮会使导热系数增大，若水结冰，材料导热系数会进一步增大，因为冰的导热系数比水的导热系数更大。为了保证保温效果，对绝热材料要特别注意防潮。

⑤温度。材料的导热系数随温度升高而增大。因此，绝热材料在低温下的使用效果更佳。

⑥热流方向。对于木材等纤维状材料，热流方向与纤维排列方向垂直时材料的导热系数要小于平行时的导热系数。

土木工程中，常把导热系数小于0.175 W/（m·K）的材料称为绝热材料。

（2）材料的热容量

材料受热（或冷却）时吸收（或放出）热量的性质称为材料的热容量，用比热容表示，即

式中：c——材料比热容，J/（g·K）；(www.xing528.com)

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温差，K。

比热容指质量为1 g的材料，当温度升高（或降低）1 K时所吸收（或释放）的热量。

比热容与材料质量之积称为材料的热容量值，它表示材料温度升高或降低1 K所吸收或放出的热量。热容量值大的材料，本身能吸入或储存较多的热量，对于保持室内温度有良好的作用，并减少能耗。

材料中热容量最大的是水，其比热容c=4.19 J/（g·K）。因此，蓄水的平屋顶能使室内冬暖夏凉。几种典型材料的导热系数和比热容见表1.3。

表1.3　几种典型材料的热工性质

（3）耐燃性

建筑物失火时，材料能经受高温与火的作用不破坏，强度不严重下降的性能，称为材料的耐燃性。根据耐燃性可分为三大类材料：

1）不燃烧类

材料遇火遇高温不易起火、不阴燃、不碳化，如普通石材、混凝土、砖、石棉等。

2）难燃烧类

材料遇火遇高温不易起火、不阴燃或不碳化，只有在火源存在时能继续燃烧或阴燃，火焰熄灭后，即停止燃烧或阴燃，如沥青混凝土、经防火处理的木材等。

3）燃烧类

材料遇火遇高温即起火或阴燃，在火源移去后，能继续燃烧或阴燃，如木材、沥青等。

（4）耐火性

材料在长期高温作用下，保持不熔性并能工作的性能称为材料的耐火性，如砌筑窑炉、锅炉、烟道等的材料。按耐火性高低可将材料分为以下三类：

①耐火材料。耐火度不低于1 580℃的材料，如耐火砖中的硅砖、镁砖、铝砖、铬砖等。

②难熔材料。耐火度为1 350~1 580℃的材料，如难熔黏土砖、耐火混凝土等。

③易熔材料。耐火度低于1 350℃，如普通黏土砖等。