1. Свойства материалов: теплопроводность, сопротивление теплопередаче, теплоемкость

Теплопроводность – способность материалов проводить тепло. Теплопередача происходит в результате перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал. Теплопроводность зависит от коэффициента теплопроводности λ, Вт/(м ·°С), который равен количеству тепла Q, Дж, проходящего через материал толщиной δ = 1м , площадью S = 1 м2 за время τ = 1 ч при разности температур между поверхностями t1 - t2 = 1 °С;

λ = Q δ /[S(t1 - t2) τ].

Теплопроводность материалов зависит от их средней плотности, химического состава, структуры, характера пор, влажности.

Наиболее существенное влияние на теплопроводность оказывает средняя плотность материалов. При известной средней плотности, пользуясь нижеприведенной формулой, можно ориентировочно вычислить коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м ·°С) материала в воздушно-сухом состоянии:

λ = 1,163 · (√ 0,0196 + 0,22 ρ2с - 0,14).

Значительно возрастает теплопроводность материалов с увлажнением. Это объяс-няется тем, что коэффициент теплопроводности воды составляет 0,58 Вт/(м ·°С) , а воздуха 0,023 Вт/(м ·°С), т.е. превышает его в 25 раз.

Сопротивление теплопередаче – величина обратная коэфициенту теплопередачи представляющему собой мощность теплового потока , проходящего от более нагретой среды к менее нагретой через 1 м2 поверхности стенки за 1ч при разнице температур между средами 1˚С.

Термическое сопротивление Rт, (м2·К)/Вт, отдельных слоев ограждения определяют по формуле:

Rт = δ/λ,

Где δ – толщина отделоного слоя многослойного ограждения, м;

λ – коэффициент теплопроводности материала, принимаемый по СНиП.

Теплоемкость – способность материалов поглощать тепло при нагревании. Она характеризуется удельной теплоемкостью с, Дж/(кг ·°С), которая равна количеству тепла Q, Дж, затраченному на нагревание материала массой m = 1 кг, чтобы повысить его температуру на t2 - t1 = 1 °С;

с = Q/[m (t2-t1)].

Удельная теплоемкость каменных материалов составляет 755 - 925, лесных 2420 – 2750 Дж/(кг ·°С). Наибольшая теплоемкость имеет вода – 4900 Дж/(кг ·°С).

Теплоемкость учитывается при расчете теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, подогрева материалов в зимний период.

2. Природные каменные материалы для фундаментов и стен

К каменным материалам и изделиям для фундаментов и стен относят бутовый камень, камни стеновые из горных пород, крупные стеновые блоки.

Бутовый камень представляет собой штучный камень размером 150-500 мм и массой 20-40 кг. По форме он подразделяется на рваный, постелистый и плитняковый. Рваный камень представляет собой куски неправильной формы с бугристой поверхностью. Постелистый имеет не менее одной небугристой грани, плитняковый – две параллельные грани. Получают бутовый камень из изверженных, осадочных и метаморфических горных пород. Применяют для устройства бутовых и бутобетонных фундаментов, подземных стен, стен неотапливаемых зданий.

Камни стеновые из горных пород – материал в виде прямоугольного парал-лелепипеда размером 390х190х188, 490х240х188 и 390х90х288 мм. Изготавливают их из горных пород со средней плотностью до 2200 кг/м3 в основном из известняков и туфов. Применяют для кладки стен, перегородок и других частей зданий и сооружений.

Крупные стеновые блоки изготавливают выпиливанием из горных пород со средней плотностью до 2200 кг/ м3. Это вулканические туфы, известняки, доломиты. Применяют их для кладки наружных стен.

3. Минералогический состав портландцементного клинкера. Влияние его на свойства портландцемента

Основным составляющим портландцемента является клинкер. От его качества в первую очередь зависят свойства цемента. Химический состав клинкера характеризу-ется содержанием основных оксидов в следующих количествах, %:

Оксид кальция CaO (63-67); кремнезем SiO2 (19-24); глинозем Al2O3 (4-7); оксид железа Fe2O3 (2-6); оксид магния MgO (0,5-5,0); сернистый ангидрид SO3 (0,3-1,0); оксиды щелочных металлов Na2O + K2O (0,4-1,0); оксид хрома и оксид титана TiO2 + Cr2O3 (0,2-0,5); фосфорный ангидрид P2O5 (0,1-0,3).

Перечисленные оксиды образуют силикаты, алюминаты и алюмоферриты кальция. Силикаты преимущественно в виде кристаллов между которыми размещается промежуточное вещество, состоящее из алюминатов и алюмоферритов кальция в кристаллическом и аморфном виде.

Относительное содержание этих минералов в % составляет: трехкальциевый силикат (алит) 3CaO∙SiO2 (C3S) – 45-60; двухкальциевый силикат (белит) 2CaO∙SiO2 (C2S) – 15-35; трехкальциевый алюминат 3CaO∙Al2O3 (C3A) – 4-14; четырехкальциевый алюмоферрит (целит) 4CaO∙Al2O3∙Fe2O3 (C4AF) – 10-18.

Кроме перечисленных в клинкере имеется небольшое количество других минералов – алюминатов, алюмоферритов и ферритов кальция, а также оксида кальция CaO в количестве 0,5-1,0% и оксида магния MgO – до 5% в свободном состоянии, щелочных оксидов Na2O и K2O – до 1%.

Свойства портландцементов оценивают по минеральному составу клинкера. Портландцементы с высоким содержанием в клинкере минерала C3S и умеренным содержанием минерала C3A быстро твердеют, такой состав характерен для быстротвердеющих портландцементов. Цементы с повышенным содержанием в клинкере минералов C2S и C4AF твердеют медленно и мало выделяют тепла. Это низкотермичные портландцементы.

Повышенное содержание в клинкере минерала C3A позволяет получить быстросхватывающиеся и твердеющие в ранние сроки цементы. Однако они имеют пониженную морозостойкость и сульфатостойкость.

4. Растворы для каменных кладок

Назначение состава раствора для каменных кладок зависит от условий эксплуатации, вида конструкций и степени их долговечности. Они приготавливаются следующих видов, цементные, цементно-известковые, цементно-глиняные, известковые и глиняные. Расход материалов для растворов марки 25 и выше определяется специальным расчетом, для марок 4 и 10 приводятся в виде отношения вяжущего к песку по объему.

Цементные растворы состоят из цемента, песка, воды. Их применяют при возведении фундаментов и конструкций, эксплуатируемых во влажной среде.

Цементно-известковые и цементно-глиняные растворы состоят из цемента, воздушной извести или глины, песка и воды. Известь и глина вводятся в виде теста как пластифицирующие добавки. Часть известкового или глиняного теста может быть заменена мылонафтом, подмыленным щелоком, лигносульфонатами техническими и другими органическими пластификаторами. Добавки повышают удобоукладываемость и водоудерживающую способность растворных смесей. В известково-цементных растворах экономия цемента составляет 30-50 кг на 1 м3 раствора по сравнению с цементными. Расход цемента в цементно-глиняных растворах выше, чем в цементно-известковых.

Цементно-известковые и цементно-глиняные растворы применяют для возведения подземных и надземных частей зданий.