Теплопроводность бетонной стены: Теплопроводность бетона: понятие и определение коэффициента

Содержание

Теплопроводность бетона: особенности, определение коэффициента

Содержание

  1. Как влияет теплопроводность бетона на микроклимат внутри помещения
  2. Теплопроводность железобетона и тепловое сопротивление – знакомимся с понятиями
  3. Коэффициент теплопроводности бетона для различных видов монолита
  4. Какие факторы влияют на коэффициент теплопроводности железобетона
  5. Теплопроводность бетона и утепление зданий
  6. Как производится расчет с учетом коэффициента теплопроводности бетона
  7. Заключение
  8. Похожие статьи:

При выполнении мероприятий по строительству зданий или ремонту ранее возведенных построек важно надежно теплоизолировать стены строения. Для уменьшения объема тепловых потерь и снижения затрат на поддержание комфортной температуры важно ответственно подойти к выбору теплоизоляционных материалов и выполнению тепловых расчетов. Решая задачи, связанные с обеспечением энергоэффективности бетонных строений, необходимо учитывать теплопроводность бетона. Этот показатель характеризует способность проводить тепло и является одной из наиболее важных характеристик.

Теплопроводность бетонного массива

Как влияет теплопроводность бетона на микроклимат внутри помещения

Из множества строительных материалов, применяемых для возведения зданий, одним из наиболее распространенных является бетон. Среди главных рабочих характеристик материала выделяется коэффициент теплопроводности бетона. На этапе проектирования необходимо предусмотреть применение в процессе строительства теплоизоляционных материалов, позволяющих превратить возведенную железобетонную конструкцию в жилое строение. Ведь важно возвести не только устойчивое, экологически чистое и оригинальное здание, но и создать благоприятные условия для проживания.

Зная теплопроводность бетонного массива, и правильно выбрав теплоизоляционные материалы, можно добиться значительных результатов:

  • существенно сократить тепловые потери;
  • снизить затраты на обогрев помещения;
  • обеспечить внутри здания комфортный микроклимат.

Влияние уровня теплопроводности на внутренний микроклимат выражается простой зависимостью:

  • при возрастании коэффициента, интенсивность тепловой передачи возрастает, и строение, возведенное из материала с такими характеристиками, быстрее остывает и, соответственно, ускоренными темпами нагревается;
  • снижение способности бетонного массива передавать тепло позволяет на протяжении увеличенного периода времени сохранять внутри помещения комфортную температуру, с соответственным уменьшением тепловых потерь.
Зная теплопроводность бетонного массива можно обеспечить внутри здания комфортный микроклимат

Если подытожить, то степень теплопроводимости бетона является определяющим фактором, влияющим на комфортность жилища. Различные виды бетона отличаются структурой массива, свойствами применяемого наполнителя и, соответственно, степенью теплопроводности. Важно использовать такие марки бетона совместно с утеплителями, чтобы обеспечить надежное удержание бетонным массивом тепла в помещении.

Выбор применяемых для строительства материалов производится на проектной стадии.

Теплопроводность железобетона и тепловое сопротивление – знакомимся с понятиями

Принимая решение об использовании для строительства здания определенной марки бетона или другого строительного материала, следует обращать внимание на следующие характеристики, обеспечивающие энергоэффективность строения:

  • коэффициент теплопроводности железобетона или бетона. Это специальный показатель, характеризующий объем тепловой энергии, которая может пройти через различные стройматериалы за определенный промежуток времени. При снижении величины коэффициента, способность материала проводить тепло уменьшается, а при возрастании показателя – скорость отвода тепла возрастает;
  • тепловое сопротивление строительных конструкций. Этот параметр характеризует свойства стройматериалов препятствовать потерям тепловой энергии. Тепловое сопротивление является обратным показателем, если сравнивать со степенью теплопроводности.
    При повышенном значении показателя теплового сопротивления стройматериал может применяться для теплоизоляционных целей, а при пониженном – для ускоренного отвода тепла.

Разрабатывая проект будущего здания, и выполняя тепловые расчеты, необходимо учитывать указанные показатели.

Коэффициент теплопроводности материалов

Коэффициент теплопроводности бетона для различных видов монолита

[adsense1]

Определяясь с видом бетона, который будет использоваться для постройки жилого дома, следует оценить, как изменяется теплопроводность монолита для разновидностей этого строительного материала. Поможет сравнить теплопроводность бетона таблица, которая охватывает характеристики всех типов бетона. Рассмотрим, как изменяется уровень теплопроводности бетонного массива, который выражается в Вт/м

2х ºC для наиболее распространенных разновидностей материала.

Наименьшее значение коэффициента у бетонных композитов с ячеистой структурой:

  • для сухого пенобетона и газонаполненного бетона величина показателя небольшая, по сравнению с другими видами. Она возрастает при повышении плотности материала. При удельном весе 0,6 т/м3 коэффициент равен 0,14, а при плотности 1 т/м3 уже составляет 0,31. При базовой влажности значения возрастают от 0,22 до 0,48, а при повышенной от 0,26 до 0,55;
  • керамзитонаполненный бетон, в зависимости от плотности массива, также имеет различную величину коэффициента, который изменяется пропорционально возрастанию удельного веса. Так керамзитобетон с плотностью 0,5 т/м
    3     имеет низкий коэффициент, равный 0,14, а при возрастании плотности до 1,8 т/м3 параметр теплопроводности возрастает до 0,66.

Величина коэффициента определяется также используемым для приготовления бетонной смеси наполнителем:

  • для тяжелого бетона плотностью 2,4 т/м3, содержащего щебеночный наполнитель, показатель составляет 1,51;
  • бетон, где в качестве наполнителя используются шлаки, характеризуется уменьшенной величиной теплопроводности, составляющей 0,3–0,7;
  • керамзитобетон, содержащий кварцевый или перлитовый песок, имеет плотность 0,8–1 и, соответственно, уровень теплопроводности, равный 0,22–0,41.
Коэффициент теплопроводности бетона

  надежно теплоизолируют возводимое строение. При сооружении стен зданий из бетона, имеющего пористую структуру и пониженный уровень теплопроводности, необходим тонкий слой теплоизолятора. Применение тяжелых марок бетона требует усиленного утепления строения. Для этого укладывается толстый слой теплоизолятора. При подборе материала следует учитывать, что с возрастанием плотности увеличивается теплопроводность бетонного массива.

Какие факторы влияют на коэффициент теплопроводности железобетона

[adsense2]

Уровень теплопроводимости бетона, независимо от его марки и наличия в массиве стальной арматуры, зависит от комплекса факторов. Рассмотрим показатели, каждый из которых оказывает определенное влияние на данную характеристику:

  • структура бетонного массива. При создании внутри монолита воздушных полостей процесс передачи тепла через ячеистый массив осуществляется на небольшой скорости и с минимальными потерями. Если подытожить, то увеличенная концентрация ячеек позволяет снизить потери тепла;
  • удельный вес материала. Плотность бетонного массива влияет на его структуру и, соответственно, на интенсивность процесса теплообмена. При возрастании плотности материала увеличивается степень теплопередачи и возрастает объем тепловых потерь;
  • концентрация влаги в бетонных стенах. Бетонный массив, имеющий пористую структуру, гигроскопичен. Частицы влаги, которые по капиллярам просачиваются вглубь бетона, заполняют воздушные поры и ускоряют тем самым процесс теплопередачи.

Выполняя расчеты необходимо учитывать, что с уменьшением влажности материала снижается степень теплопроводимости, и теряется меньшее количество тепла. Применение пористого заполнителя позволяет снизить потери тепла и обеспечить комфортный микроклимат помещения. Стройматериалы с низкой теплопроводностью целесообразно использовать для теплоизоляционных целей. Зная зависимость теплопроводности бетона от его характеристик можно выбрать оптимальный вид материала для постройки стен.

Коэффициент теплопроводности железобетона

Теплопроводность бетона и утепление зданий

[adsense3]

Решение о теплоизоляции стен возводимых зданий принимается в зависимости от того, из каких видов бетона производится сооружение стен. Бетонные изделия делятся на следующие виды:

  • конструкционные, применяемые для капитальных стен. Отличаются повышенной нагрузочной способностью, увеличенной плотностью, а также способностью ускоренными темпами проводить тепло;
  • теплоизоляционные, используемые в ненагруженных конструкциях. Характеризуются уменьшенным удельным весом, ячеистой структурой, благодаря которой снижается теплопроводность стен.
Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Для поддержания комфортной температуры в помещении можно возводить стены из различных видов бетона. При этом толщина стен будет существенно изменяться. Одинаковый уровень теплопроводности капитальных стен обеспечивается при следующей толщине:

  • пенобетон – 25 см;
  • керамзитобетон – 50 см;
  • кирпичная кладка – 65 см.

Для поддержания благоприятного микроклимата, в рамках мероприятий по энергосбережению, выполняется теплоизоляция строительных конструкций. На стадии разработки проекта специалисты определяют возможные пути потери тепла и выбирают оптимальный вариант утеплителя.

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

Основной объем тепловых потерь происходит из-за недостаточно эффективной теплоизоляции следующих частей здания:

  • поверхности пола;
  • капитальных стен;
  • кровельной конструкции;
  • оконных и дверных проемов.

При профессиональном подходе и выборе эффективных утеплителей можно сделать свой дом более комфортным, а также сэкономить значительный объем денежных средств на отоплении.

Как производится расчет с учетом коэффициента теплопроводности бетона

[adsense4]

Для поддержания комфортной температуры и снижения теплопотерь несущие стены современных зданий выполняются многослойными и включают капитальные конструкции, теплоизоляционные материалы, отделочные покрытия. Каждый слой сэндвича имеет определенную толщину.

Решая задачу по расчету толщины теплоизолятора, необходимо использовать формулу расчета теплового сопротивления – R=p/k, которая расшифровывается следующим образом:

  • R – величина температурного сопротивления;
  • p – значение толщины слоя, указанное в метрах;
  • k – коэффициент теплопроводности железобетона, бетона или другого материала, из которого изготовлены стены.

Используя данную зависимость можно самостоятельно выполнить расчет, используя обычный калькулятор. Для этого необходимо разделить толщину строительной конструкции на коэффициент теплопроводимости бетона или другого материала. Рассмотрим пример расчета для стен толщиной 0,3 метра, возведенных из газобетона с удельным весом 1000 т/м3 и степенью теплопроводности, равной 0,31.

Алгоритм вычислений:

[adsense5]

  • Рассчитайте термосопротивление, разделив толщину стен на коэффициент теплопроводности – 0,3:0,31=0,96.
  • Отнимите полученный результат от предельно допустимого для определенной климатической зоны – 3,28-0,96=2,32.

Перемножив коэффициент теплопроводности утеплителя на величину термического сопротивления, получим в результате требуемый размер слоя. Например, толщина листового пенопласта с коэффициентом теплопроводности 0,037 составит – 0,037х2,32=0,08 м.

Заключение

При выполнении проектных работ и осуществлении мероприятий по теплоизоляции зданий необходимо учитывать теплопроводность бетона. Она зависит от структуры, плотности и влажности стройматериала. Понимая определение теплопроводности, и владея методикой расчетов, несложно определить толщину утеплителя для бетонных стен здания. Правильно подобранный теплоизолятор позволит минимизировать тепловые потери, уменьшить затраты на отопление, а также обеспечить поддержание благоприятной температуры.

Как вам статья?

Теплопроводность бетона: показатели теплоотдачи

Бетон / Что необходимо знать о бетоне? /

Содержание

  • 1 Определение
  • 2 Показатели теплоотдачи
  • 3 Влажность

Главная задача строительства – обеспечить сохранность тепла в помещении, поэтому в процессе работ подбираются материалы с низкой теплопроводностью. Теплопроводность – важная техническая характеристика элементов. В том числе бетона, который применяется в строительстве конструкций, образующих наружную оболочку зданий. Чем ниже теплопроводность, тем меньшее количество тепла уходит из дома в холодное время года, тем прохладней в жару.

Определение

Как установить коэффициент теплопроводности и от каких критериев она зависит? Относительная величина, которая определяется как величина теплоты, проходящая за один час через стены, толщиной в один метр, площадью в квадратный метр, с разницей температуры снаружи и внутри в один градус.

Способность предмета проводить через себя тепло – важный показатель, чем больше пропускная способность, тем выше коэффициент теплосбережения. Соотношение энергии, которое охлаждает или нагревает тело в процессе теплообмена, характеризует степень пропуска.

Вернуться к оглавлению

Показатели теплоотдачи

Коэффициент теплопроводности бетона.

На определение коэффициента влияют два фактора:

  • заполнитель, влияющий на плотность материала;
  • температура природных условий.

Распределение бетонных растворов происходит по плотности, поэтому по техническим характеристикам заполнитель занимает почетное первое место. Чтобы показать, как плотность влияет на теплообмен, рассмотрим их по расположению в таблице. На величину теплообмена воздействуют специальные строительные стандарты. Таблица содержит в себе коэффициент тепла наиболее часто используемых в строительстве наполнителей (заполнитель, теплопроводимость):

  • щебень – 1,3;
  • песок – 0,7;
  • пористый бетон – 1,4;
  • сплошной бетон – 1,75;
  • теплозащитный – 0,18.

По предоставленным в схеме данным видно, что чем тяжелее заполнитель, тем больше теплопроводность бетона. Тяжелый элемент, значит большая плотность, тяжелее сохраняет тепло. При типовом подходе подготовки состава добавляют щебень, такие конструкции требуют дополнительного утепления.

Указанный в таблице теплозащитный показатель говорит о входящем в состав керамзитобетоне. Содержание керамзитобетона в материале с низким процентом теплопроводности (0,41) указывает на возможность создавать тепловую защиту. Но теплозащитный материал слабо подходит для возведения несущей конструкции. Для сравнения, плотность железобетона 1,70, он требует обязательного утепления.

Следовательно, бетонные растворы делят:

  • легкие – небольшая плотностью;
  • тяжелые – концентрация высокая.

Теплопроводимость тяжелого бетона велика, в том числе и железобетона. В строительстве часто применяют легкие бетоны для возведения несущих конструкций с низкой теплопроводностью, что отодвигает в строительстве железобетон на второй план. Главные представители:

  • Перлитобетон. Отлично подходит для монолитных и пустотелых конструкций. Марка прочности для монолита всегда м 50, для пустотелых элементов м35.
  • Керамзитобетон. Плотность колеблется от м35 до м50.

Вернуться к оглавлению

Влажность

На способность передавать тепло влияет влажность. Повышенная влажность уменьшает способность конструкций сохранять тепло. При заполнении пор материала водой, а не воздухом, составляющая сохранения тепла понижается, а в зимний период увеличивается вероятность промерзания стен.

Например, пористый бетон обладает способностью проводить тепло на 0,14 Вт, а пропитанный водой материал – 1,1 – 2,9 Вт.

Выбирая материал для строительства будущего дома, стоит ориентироваться на инструкции по теплопроводности, сетки с указанием коэффициентов. Для предварительного проектирования учитывают не только способность стен удержать тепло, а температуру окружающей среды, систему отопления, которая будет использоваться в доме.

Теплопроводность бетона » Тепловые свойства и многое другое — 2023

  • Определение и зависимость теплопроводности
  • Теплопроводность бетона в Вт/мК
  • Другие свойства также относятся к теплоизоляционным свойствам тонкой конструкции
    • Теплоемкость и теплоемкость аккумулирующие свойства бетона
  • В сочетании с отличными энергетическими свойствами
  • Полезные советы

Теплопроводность бетона относительно высока, что изначально говорило бы против строительного материала в необходимости хорошей теплоизоляции. Но при соответствующих мерах бетон можно снабдить эффективной теплоизоляцией. Тогда неблагоприятная теплопроводность может быть компенсирована другими в связи с этим свойствами бетона.

Определение и определение теплопроводности

Теплопроводность определяет теплопроводность через вещество. Таким образом, теплопроводность зависит от различных факторов:

  • основная теплопроводность строительного материала
  • Прочность строительного материала или материала
  • температуры с одной и противоположной стороны (в основном изнутри наружу)
  • Влияющие строительный материал путем замены композита
  • внешние воздействия, такие как влага

Теплопроводность W? /? (МК) измеряется, т.е. в ваттах на метр и Кельвинах. Кроме того, плотность строительного материала оказывает влияние на теплопроводность . Плотность бетона относительно высока. Все это приводит к относительно высокой теплопроводности.

Теплопроводность бетона в Вт/мК

В зависимости от конструкции конкретного бетона теплопроводность бетона составляет от 1500 до 2300 Вт/мК. Однако бетон часто армируют сталью. Известно, что металлы обладают очень высокой теплопроводностью, которая опять же значительно выше, чем у бетона. Чем больше бетон армирован сталью, тем больше увеличивается теплопроводность.

Прочие свойства: теплоизоляция и тонкая конструкция

Но бетон также обладает очень высокой прочностью на сжатие. Это, в свою очередь, означает, что самонесущие компоненты могут быть выполнены с очень малой толщиной. Кроме того, бетонный элемент можно теплоизолировать снаружи. Даже при относительно высокой теплоизоляции эффективная прочность композитной стены все равно будет привлекательной.

Теплоемкость и теплоемкость бетона

Но не только теплопроводность играет важную роль в бетоне. Как только что было прочитано, это Leifähigkeit может быть оптимально уменьшено соответствующей изоляцией или изоляцией от тепла. Однако может иметь смысл изолировать бетонный компонент только снаружи, а не изнутри. Поскольку теплоемкость и число накопления тепла дают информацию о том, что бетон также может превосходно сохранять тепло.

В сочетании с отличными энергетическими свойствами

Это, в свою очередь, означает, что бетонная стена может аккумулировать тепло помещения. Таким образом, такая бетонная стена может положительно повлиять на регулирование тепла в этом помещении и обеспечить очень постоянную температуру без высоких тепловых нагрузок — при условии, что внешняя изоляция будет соответственно эффективной. Эти свойства бетона используются в печах для хранения. Тепло аккумулируется настолько эффективно, что теплоаккумулирующие блоки состоят из бетона.

Советы и рекомендации

Многие строители до сих пор используют кирпичи для строительства домов. Кирпичи с теплопроводностью 0,5 Вт/мК, безусловно, имеют отличную стоимость. Но при соответствующей теплоизоляции бетонную стену можно утеплить так же эффективно, как и кирпичную. Только то, что бетонная стена может дополнительно обеспечить аккумулирование тепла для лучшего климата в помещении. Таким образом, основная причина, по которой кирпичная кладка по-прежнему предпочтительнее бетонной стены, заключается в производственных затратах. Хотя затраты на техническое обслуживание бетона в долгосрочной перспективе значительно ниже, чем у кирпича.

Основным недостатком композиционного строительного материала, но часто также считается значительно больший вес бетона.

❓ Каковы тепловые свойства бетона?

👉 Согласно имеющейся литературе, теплопроводность заполнителя, используемого в бетоне, находится в диапазоне от 1,163 до 8,6 Вт/м.К [10]. Однако сообщается, что теплопроводность бетона находится в диапазоне от 0,2 до 3,3 Вт/м·К [11, 12, 13, 14].

❓ Как рассчитать теплопроводность бетона?

👉 kc = теплопроводность бетона, выраженная как БТЕ  дюйм/(ч  фут2  oF) [Вт/(м  К)] . Kf = теплопроводность материала, помещенного в ядро ​​каменной кладки, выраженная как БТЕ  дюйм/(ч  фут2  oF) [Вт/(м  К)].

❓ Какова теплопроводность бетона в Вт/(м·К))?

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

❓ Какова теплоемкость бетона?

👉 Бетон: 880 Дж/кг°C .

❓ Почему важна теплопроводность бетона?

👉 При различных тепловых свойствах бетона уделялось большое внимание теплопроводности (TC), поскольку она зависит от состава бетона. Теплопроводность важна для изоляции зданий для измерения способности материала передавать тепло .

❓ Каковы 4 основных свойства бетона?

👉 По прочности бетоны бывают следующих видов:

  • Прочность на сжатие.
  • Прочность на растяжение.
  • Прочность на изгиб.
  • Прочность на сдвиг.

❓ Какое значение К для бетона?

👉

Теплопроводность — k — Вт/(м K)
Материал/вещество Температура
Бетон , легкий 0,1 — 0,3
Бетон средний 0,4–0,7
Бетон плотный 1,0–1,8

❓ Каково значение R бетона?

👉 0,1-0,2 на дюймКак правило, тип бетона, используемого для плит перекрытия, имеет значение R 0,1-0,2 на дюйм толщины .

❓ Что такое R-значение бетона?

👉 0,1-0,2 на дюймКак правило, тип бетона, используемого для плит перекрытия, имеет значение R 0,1-0,2 на дюйм толщины .

❓ Как можно повысить теплопроводность бетона?

👉 Полиамидные волокна и металлические фазы использовались для уменьшения выкрашивания бетона. Полиамидные волокна и металлические соломинки были полезны для улучшения теплопроводности. Бетоны с низким содержанием воды легко формуются вибрацией.

❓ Каково значение Е бетона?

👉 Модуль упругости затвердевшего цементного теста составляет от 10 до 30 ГПа, а заполнителя — от 45 до 85 ГПа. Бетон обычно имеет модуль упругости в пределах от 30 до 50 ГПа .

❓ Можем ли мы предсказать теплопроводность бетона?

👉 Разработка нового уравнения для прогнозирования теплопроводности бетона. Теплопроводность (значение k) материалов на основе цемента, таких как бетон, является важным фактором при рассмотрении количества теплопередачи посредством теплопроводности. Количество теплопотерь через стены и крышу напрямую влияет на энергопотребление зданий.

❓ Каковы теплофизические свойства бетона?

👉 Теплопроводность, удельная теплоемкость и температуропроводность относятся к теплофизическим свойствам бетона. Теплопроводность является наиболее важным тепловым свойством, которое влияет на передачу тепла через теплопроводность через бетон. Бетон с низкой теплопроводностью снижает теплопередачу и потребление энергии в зданиях.

❓ Что такое теплопроводность материала?

👉 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.

❓ Какова теплопроводность композитного цементного раствора?

👉 Плотность затвердевших композитных цементных растворов, полученных в этом исследовании, составляет около 1300 кг/м 3 . В литературе коэффициенты теплопроводности вяжущих продуктов показывают широкий диапазон между 0,18 и 0,53 Вт/мК по шкале плотности 1300 кг/м 3 [55] [56] [57] [58] [59].


Видеопанель: Powercrete® — Бетон с высокой теплопроводностью

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

Имя Бетон
Фаза на STP сплошной
Плотность 2400 кг/м3
Предел прочности при растяжении 2 МПа
Предел текучести Н/Д
Модуль упругости Юнга 60 ГПа
Твердость по Бринеллю 6 Мооса
Точка плавления 1527 °С
Теплопроводность 0,5 Вт/мК
Теплоемкость 1050 Дж/г К
Цена 0,07 $/кг

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: общий объем (V), занимаемый этим веществом. Стандартная единица СИ составляет 90 037 килограммов на кубический метр ( кг/м 3 ). Стандартная английская единица измерения – 90 037 фунтов массы на кубический фут 9.0038  ( 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 ), можно вычислить высоту этого куба:

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 для напряжения растяжения и сжатия в режиме линейной упругости 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   — это Н/Д.

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 . Испытание на твердость по Бринеллю В тестах Бринелля жесткий,  9Сферический индентор 0037 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)  можно приравнять 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 твердого состояния в жидкое. 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:

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 имеет толщину 15 см (L 1 ) и 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 . С этими композитными системами часто удобно работать с общим коэффициентом теплопередачи , , известным как U-фактор . U-фактор определяется выражением, аналогичным Закон охлаждения Ньютона :

Общий коэффициент теплопередачи связан с полным тепловым сопротивлением и зависит от геометрии задачи.

, предполагая одномерную теплопередачу через плоскую стену и игнорируя излучение, Общий коэффициент теплопередачи можно рассчитать как:

.