Теплопроводность полнотелого кирпича керамического: Теплопроводность кирпича, сравнение кирпича по теплопроводности

Содержание

Теплопроводность кирпича, сравнение кирпича по теплопроводности

Рассмотрена теплопроводность кирпича различных видов (силикатного, керамического, облицовочного, огнеупорного). Выполнено сравнение кирпича по теплопроводности, представлены коэффициенты теплопроводности огнеупорного кирпича при различной температуре — от 20 до 1700°С.

Теплопроводность кирпича существенно зависит от его плотности и конфигурации пустот. Кирпичи с меньшей плотностью имеют теплопроводность ниже, чем с высокой. Например, пеношамотный, диатомитовый и изоляционный кирпичи с плотностью 500…600 кг/м3 обладают низким значением коэффициента теплопроводности, который находится в диапазоне 0,1…0,14 Вт/(м·град).

Кирпич в зависимости от состава можно разделить на два основных типа: керамический (или красный) и силикатный (или белый). Значение коэффициента теплопроводности кирпича указанных типов может существенно отличатся.

Керамический кирпич. Производится из высококачественной красной глины, составляющей около 85-95% его состава, а также других компонентов. Такой кирпич изготавливают путем формовки, сушки и обжига, при температуре около 1000 градусов Цельсия. Теплопроводность керамического кирпича различной плотности составляет величину 0,4…0,9 Вт/(м·град).

По сфере применения керамический кирпич подразделяется на рядовой строительный, огнеупорный и лицевой облицовочный. Лицевой декоративный (облицовочный) кирпич имеет ровную поверхность и однородный цвет и применяется для облицовки зданий снаружи. Теплопроводность облицовочного кирпича равна 0,37…0,93 Вт/(м·град).

Силикатный кирпич. Изготавливается из очищенного песка и отличается от керамического составом, цветом и теплопроводностью. Теплопроводность силикатного кирпича немного выше и находится в интервале от 0,4 до 1,3 Вт/(м·град).

Сравнение кирпича по теплопроводности при 15…25°С
Кирпич Плотность, кг/м3 Теплопроводность, Вт/(м·град)
Пеношамотный 600 0,1
Диатомитовый 550 0,12
Изоляционный 500 0,14
Кремнеземный 0,15
Трепельный 700…1300 0,27
Облицовочный 1200…1800 0,37…0,93
Силикатный щелевой 0,4
Керамический красный пористый 1500 0,44
Керамический пустотелый 0,44…0,47
Силикатный 1000…2200 0,5…1,3
Шлаковый 1100…1400 0,6
Керамический красный плотный 1400…2600 0,67…0,8
Силикатный с тех.
 пустотами
0,7
Клинкерный полнотелый 1800…2200 0,8…1,6
Шамотный 1850 0,85
Динасовый 1900…2200 0,9…0,94
Хромитовый 3000…4200 1,21…1,29
Хромомагнезитовый 2750…2850 1,95
Термостойкий хромомагнезитовый 2700…3800 4,1
Магнезитовый 2600…3200 4,7…5,1
Карборундовый 1000…1300 11…18

Теплопроводность кирпича также зависит от его структуры и формы:

  • Пустотелый кирпич — выполнен с пустотами, сквозными или глухими и имеет меньшую теплопроводность в сравнении с полнотелым изделием. Теплопроводность пустотелого кирпича составляет от 0,4 до 0,7 Вт/(м·град).
  • Полнотелый — используется, как правило, при основном строительстве несущих стен и конструкций и имеет большую плотность. Полнотелый силикатный и керамический кирпич в 1,5-2 раза лучше проводит тепло, чем пустотелый.

Печной или огнеупорный кирпич. Изготавливается для эксплуатации в агрессивной среде, применяется для кладки печей, каминов или теплоизоляции помещений, которые находятся под воздействием высоких температур. Огнеупорный кирпич обладает хорошей жаростойкостью и может применяться при температуре до 1700°С.

Теплопроводность огнеупорного кирпича при высоких температурах увеличивается и может достигать значения 6,5…7,5 Вт/(м·град). Более низкой теплопроводностью в сравнении с другими огнеупорами отличается пеношамотный и диатомитовый кирпич. Теплопроводность такого кирпича при максимальной температуре применения (850…1300°С) составляет всего 0,25…0,3 Вт/(м·град). Следует отметить, что теплопроводность шамотного кирпича, который традиционно применяется для кладки печей, — выше и равна 1,44 Вт/(м·град) при 1000°С. 

Теплопроводность огнеупорного кирпича в зависимости от температуры
Кирпич Плотность, кг/м3 Теплопроводность, Вт/(м·град) при температуре, °С
20 100 300 500 800 1000 1700
Диатомитовый 550 0,12 0,14 0,18 0,23 0,3
Динасовый 1900 0,91 0,97 1,11 1,25 1,46 1,6 2,1
Магнезитовый 2700 5,1 5,15 5,45 5,75 6,2 6,5 7,55
Хромитовый 3000 1,21 1,24 1,31 1,38 1,48 1,55 1,8
Пеношамотный 600 0,1 0,11 0,14 0,17 0,22 0,25
Шамотный 1850 0,85 0,9 1,02 1,14 1,32 1,44

Источники:

  1. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина и др.; под ред. И. С. Григорьева — М.: Энергоатомиздат, 1991 — 1232 с.
  2. В. Блази. Справочник проектировщика. Строительная физика. М.: Техносфера, 2004.
  3. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с. строительной физики, 1969 — 142 с.
  4. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977 — 344 с.
  5. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
  6. Х. Уонг. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. Справочник. М.: Атомиздат. 1979 — 212 с.
  7. Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Справочник.

Таблица теплопроводности кирпича, его плотность, морозостойкость и теплоемкость

Сфера применения материала определяется его эксплуатационными характеристиками. Комплекс рассматриваемых свойств должны соответствовать требованиям, предъявляемых строительному кирпичу при сооружении внешних стен, перекрытий, фундамента.

Возведение конструкций подразумевает выбор изделий различного назначения:

  • Силикатный – рядовой, лицевой, пустотелый, полнотелый.
  • Керамический – жаростойкий и все разновидности предыдущего вида.
  • Клинкерный – для облицовки фасадов.

Оглавление:

  1. Коэффициент теплопроводности
  2. Что такое теплоемкость?
  3. Значение морозостойкости

Теплотехнические характеристики

Показатели определяют энергопотребление дома, затраты на обогрев помещений. Проектирование сооружений, расчеты ограждающих конструкций учитывают эти параметры.

Коэффициент теплопроводности

Материалы обладают свойством проводить тепло от нагретой поверхности в более холодную область. Процесс происходит в результате электромагнитного взаимодействия атомов, электронов и квазичастиц (фононы). Основной показатель величины – коэффициент теплопроводности (λ, Вт/), определяемый как количество теплоты, проходящее через единицу площади сечения за единичный интервал времени.

Малое значение положительно влияет на сохранение теплового режима.

Согласно ГОСТ 530-2012 эффективность кладки в сухом состоянии характеризуется коэффициентом теплопроводности:

  • ≤ 0.20 – высокая;
  • 0.2 < λ ≤ 0.24 – повышенная;
  • 0.24 — 0.36 – эффективная;
  • 0.36 — 0.46 – условно-эффективная;
  • ˃ 0.46 – обыкновенная (малоэффективная).

Чем больше плотность, тем выше теплопроводность – не совсем верное утверждение. Структура содержит закрытые поры и полости (пустотелый), наполненные воздухом с коэффициентом ≈ 0,026. Благодаря этому, изделия со щелевыми отверстиями лучше поддерживают тепловой режим внутри сооружений. В инженерных расчетах необходимо учитывать величину теплопроводности кладочной смеси, значение показателя выбирают от 0.47 и выше, в зависимости от состава.

Вид λ, Вт/м°C
Красный полнотелый 0,56 ~ 0,81
-//- пустотелый 0,35 ~ 0,87
Силикатный кирпич полнотелый 0,7 ~ 0,87
-//- пустотелый 0,52 ~ 0,81

Теплопроводность красного изделия ниже, чем у силикатного.

Физические процессы нагрева и удержания тепла можно охарактеризовать величинами:

  • Коэффициент теплоотдачи – теплообмен на границе поверхности твердого тела и воздушной среды. Это мощность теплового потока, приходящаяся на плоскость 1 м², обратно пропорциональная разнице температур тела и теплоносителя (воздух). Чем выше теплопроводность, тем больше теплоотдача.
  • Полное тепловое сопротивление – способность противостоять передаче тепла. Значение обратно пропорционально коэффициенту теплопередачи. Исходя из расчетной формулы R = L/λ, легко рассчитать оптимальную толщину кладки. λ – постоянный параметр, R – тепловое сопротивление указано в таблице 4 СП 131.13330.2012 для климатических зон России.

Теплоемкость

Необходимое количество тепла, подведенного к телу для увеличения температуры на 1 Кельвин – определение понятия «полная теплоемкость». Единица измерения: Дж/К или Дж/°C. Чем больше объем и масса тела (толщина стен и перекрытий), тем выше теплоемкость материала, лучше поддерживается благоприятный температурный режим.

Наиболее точно это свойство подтверждают характеристики:

  • Удельная теплоемкость кирпича – количество тепла, необходимое для нагрева единичной массы вещества за единичный интервал времени. Единица измерения: Дж/кг*К или Дж/кг*°C. Используется для инженерных расчетов.
  • Объемная теплоемкость – количество тепла, потребляемое телом единичного объема для нагрева за единицу времени. Измеряется в Дж/м³*К или Дж/кг*°C.
Вид изделия Удельная теплоемкость, Дж/кг*°С
Красный полнотелый 880
пустотелый 840
Силикатный полнотелый 840
пустотелый 750

Тепловая конвекция непрерывна: радиаторы нагревают воздух, который передает тепло стенам. При понижении температуры в помещениях происходит обратный процесс. Увеличение удельной теплоемкости, снижение коэффициента теплопроводности стен обеспечивают сокращение затрат на обогрев дома. Толщина кладки может быть оптимизирована рядом действий:

  • Применение теплоизоляции.
  • Нанесение штукатурки.
  • Использование пустотного кирпича или камня (исключено для фундамента здания).
  • Кладочный раствор с оптимальными теплотехническими параметрами.

Таблица с характеристиками различных видов кладок. Использованы данные СП 50.13330.2012:

Плотность, кг/м³ Удельная теплоемкость, кДж/кг*°С Коэффициент теплопроводности, Вт/м*°C

Обыкновенный глиняный кирпич на различном кладочном растворе

Цементно-песчаный 1800 0.88 0.56
Цементно-перлитовый 1600 0.88 0.47

Силикатный

Цементно-песчаный 1800 0.88 0.7

Пустотный красный различной плотности (кг/м³) на ЦПС

1400 1600 0. 88 0.47
1300 1400 0.88 0.41
1000 1200 0.88 0.35

Морозостойкость кирпичной кладки

Устойчивость к воздействию отрицательных температур – показатель, влияющий на прочность и долговечность конструкции. Кладка в процессе эксплуатации насыщается влагой. В зимний период вода, проникая в поры, превращается в лед, увеличивается в объеме и разрывает полость, в которой находится – происходит разрушение. Морозоустойчивость, как правило, низкая, водопоглощение не должно превышать 20 %.

Определение количества циклов замораживания и оттаивания без потери прочности каждого вида изделия позволяет выявить морозоустойчивость (F). Значение получают опытным путем. В лаборатории проводят многократную заморозку в холодильных камерах и естественное оттаивание образцов.

Коэффициент морозостойкости – отношение прочности на сжатие опытного и исходного элемента. Изменение показателя более 5 %, наличие трещин, отколов сигнализируют об окончании испытаний. Марки изделий содержат характеристики по морозостойкости: F15 (20, 25, 35, 50, 75, 100, 150). Цифровой параметр указывает на количество циклов: чем выше число, тем надежнее возводимая система.

Приобретение кирпича высокой марки морозостойкости опустошит бюджет, заложенный на строительство. Меры по улучшению свойств конструкций, продлению срока эксплуатации в зонах холодного климата без увеличения расходов:

  • Применение паро- и гидроизоляции.
  • Обработка кладки гидрофобными составами.
  • Контроль, своевременное исправление дефектов.
  • Надежная гидроизоляция фундамента.

От выбора материала для кладки, его удельной теплоемкости, теплопроводности, морозостойкости зависит срок и комфорт эксплуатации дома. Сложные расчеты, составление сметы расходов лучше доверить опытным специалистам, имеющим опыт в строительстве и проектировании.

Теплопроводность кирпича

 

Современный строительный рынок все чаще пополняют новые материалы, восхищающие потребителя качественным исполнением, улучшенными свойствами, обновленными возможностями. Их преимущества над традиционными бесспорны за счет преобладания сразу нескольких характеристик по многим значимым параметрам.


При появлении новых технологий в строительной индустрии не стоит забывать и хорошо проверенные временем стройматериалы. К примеру, кирпичные материалы во все времена относились к востребованным, и никакие факторы не могут повлиять на уровень их популярности. Из них возведено большинство построек, так как они обладают способностью к противостоянию разным климатическим условиям.

 


С давних времен до сегодняшнего дня эта строительная продукция выдерживает весомые нагрузки, проходит долгое испытание временем. Прочность, долговечность, экологические свойства, водостойкость, морозоустойчивость, звуко- и теплоизоляционные характеристики относят его к ряду лучших стройматериалов.

 

Что такое теплопроводность?

 

 

Керамические изделия используют при возведении несущих стен, перегородок между комнатами, облицовочные – дают возможность придать дому и прилегающему к нему забору аккуратный и достойный вид, презентабельность, создают неповторимый стиль, а также увеличивают тепло в доме. При выборе стройматериала для постройки перекрытий, стен и полов именно такие факторы являются самыми важными.

 


На вопрос: «Каким же образом определить величину тепловой характеристики?», отвечают эксперты с богатым и длительным опытом работы. Они авторитетно настаивают на том, что многочисленные виды кирпичной кладки детально исследовались в лабораторных условиях. В соответствии с полученными данными выставлен определенный коэффициент теплопроводности кирпича.

 

Показатели указывают на различные температуры, поскольку тепловая энергия имеет способность постепенного перехода из горячего состояния в холодное. При довольно высокой температуре этот процесс можно увидеть открыто. Высокоинтенсивная передача тепла обусловлена градациями в температуре.

 

Закон Фурье вкратце

 


Величина степени переноса теплоты обозначается специальным коэффициентом (КТ) – λ, а тепловая энергия измеряется в Вт. Последняя уменьшает свой уровень при прохождении расстояния в 1 мм с различием температуры на 1 градус. В итоге меньшая потеря энергии выгоднее, а стройматериал с небольшим КТ относится к более теплому.

 

Теплопроводный параметр большой мерой обусловлен плотностью, при уменьшении ее уровня понижается и тепловой показатель. То есть плотные тяжелые экземпляры обладают повышенным значением Т, а более легкий вес и меньшая прочность указывает на небольшую Т. Для повышения Т влияют на состав материала, его плотность, соблюдение методики изготовления, влаговместимость.

 

Показатели теплопроводности разных видов кирпичей

 

 


Теплопроводность пустотелого кирпича — 0,3-0,4 Вт/м*К, то есть потеря тепла выше практически вдвое. Вследствие этого такие постройки требуют дополнительного утепления.


У кирпича облицовочного величина данной характеристики зависит от вида, ведь он подразделяется на керамический, силикатный, гиперпрессованный и клинкерный. Наиболее высокий уровень Т у клинкерного, а низкий – у керамического. Силикатный намного холоднее керамического, а наиболее популярный в этом плане – гиперпрессованный. Чем плотнее и прочнее стройматериал, тем выше уровень его Т.

 

 

 

Красный кирпич имеет теплопроводность, зависящую от технологии его производства. Благодаря достаточной плотности и пустотности от 40% до 50% Т составляет 0,2 – 0,3 Вт/м*К. При такой величине толщина стен может быть значительно меньшей, чем в постройке с силикатным.

 


Уровень тепловой характеристики у шамотного кирпича является очень важной их всех остальных показателей. Наиболее важно учитывать этот фактор при возведении печей, а также каминов. Свойство быстро отдавать тепло просто незаменимо при желании иметь у себя дома такие виды обогрева.


Как известно, степень передачи тепловой энергии формируют такие различные качественные свойства: вес, объем, влажность, пористость, плотность, влажность, виды добавок. Большое количество пор, содержащих воздух, создает низкий уровень проведения тепла. Для обеспечения тепла в жилище следует выбирать стройматериалы с низким значением КТ, поскольку он непосредственно влияет на выбор технологии утепления стен и отопительной системы.


Итак, каждый вид кирпича имеет свой коэффициент теплопроводности (КТ), измеряющийся в Вт/м°С или в Вт/м*К. Для силикатного, керамического, полнотелого и пустотелого данные указаны выше. Облицовочный (лицевой) керамический имеет достаточно низкий уровень – 0.3 – 0.5, а гиперпрессованный, наоборот, – 1.1. Красный пустотелый —  лишь 0.3 — 0.5,«сверхэффективный» – от 0. 25 до 0.26, полнотелый – от 0.6 до 0.7, глиняный — 0.56.


Кирпичные изделия от разных производителей имеет отличия физических характеристик. Поэтому строительные работы должны вестись с учетом значений указанных коэффициентов, обозначенных в документации от завода-изготовителя. Перед началом работ следует изучить всю сопутствующую информацию, выслушать рекомендации опытных строителей-специалистов и только потом подготовлено начать задуманное строительство.

Теплопроводность кирпича. Коэффициент теплопроводности всех видов кирпичей

Кирпич – универсальный материал для кладки строений, который остается востребованным на протяжении многих веков. Кроме марки прочности и морозостойкости, он обладает еще одним важным показателем – теплопроводностью. Именно от этой характеристики зависит, насколько толстыми должны быть стены из выбранного вида кирпича, чтобы в доме было тепло за «умеренные деньги». Чем холоднее климат, где ведется строительство, тем лучше кирпич должен сохранять тепло.

Понятие теплопроводности

Коэффициент теплопроводности кирпича

Теплопроводность присуща всем материалам, она обозначает способность вещества проводить сквозь себя тепло, когда температура внутри помещения и снаружи отличается. Если проще, то именно от теплопроводности зависит, как быстро из вашего дома зимой будет улетучиваться тепло, а летом внутрь будет проникать зной. Когда выбирают кирпич для стройки, обязательно принимают во внимание этот показатель. Некоторые виды кирпича потребуют возведения более толстых стен, другие же и этим не ограничатся – необходима внутренняя или наружная теплоизоляция (минватой, пенополистиролом, пенопластом). Определяют коэффициент теплопроводности соотношением количества потерь тепла через стену толщиной в 1 метр, за промежуток времени в 1 час и при разности температур в 1°C – Вт/(м°C). Так, коэффициент теплопроводности кирпича равный 0,5  Вт/(м°C) означает, что при разности внутренней и наружной температур в  1°C, через 1м2 кирпичной кладки толщиной 1 м «уйдет» 0,5 Вт. Если применимо к реальным условиям, то при толщине кирпичной стены в 0,38 м (1,5 кирпича), температуре -10 °C снаружи и +20 °C  внутри, через 1 м2 стены будет «потеряно»  39,5 Вт. И это всего лишь через 1 м2 стены! Для одноэтажного дома 10*10м теплопотери через стены составят порядка 4,7 кВт за один час.

Кроме вида кирпича, на теплопроводность влияет и его структура – чем больше в кирпиче воздушных полостей, тем лучше он будет удерживать тепло. Имеются в виду и технические пустоты, как в пустотелом и естественные, как в поризованном. Это объясняется тем, что воздух обладает самой низкой теплопроводностью из возможных – всего 0,024 Вт/(м°C).

Теплопроводность кирпича по видам и типам пустотности

Высчитывая теплопроводность, опираются на вид кирпича и его пустотность. Точные данные, на основании исследований органов государственной стандартизации, представлены ниже.

Вид кирпича

Теплопроводность полнотелого

Теплопроводность пустотелого

Керамический0,5 – 0,7 0,34 – 0,57
Силикатный0,7 – 0,8 0,66 – 0,69
Клинкерный1 – 1,1 0,8 – 0,9
Гиперпрессованный0,9 – 10,7 – 0,8
Шамотный0,84

Самым теплым является керамический пустотелый кирпич, особенно его достаточно новая разновидность – теплая керамика. Это кирпичные блоки, изготавливаемые из глиняной массы, которая в процессе производства насыщается воздухом. Застывая, она превращается в материал наподобие пемзы или воздушного шоколада. Чтобы дополнительно снизить теплопотери, теплая керамика выполняется с техническими пустотами (щелями). Правильно выполненная кладка, когда кладочный раствор незначительно заполняет щели для сцепления, а не забивает их, позволяет получить стену, которая будет обладать минимальной теплопроводностью. При этом марочная прочность этой разновидности керамического кирпича находится на уровне М-100, достаточной для малоэтажного строительства.


Разновидности кирпича

Полнотелый кирпич

Полнотелый кирпич — это обычный рядовой кирпич, который применяется для строительства несущих стен, колонн, столбов, цокольных этажей и иных конструкций с дополнительной нагрузкой. Он обязан иметь высокую прочность и хорошую устойчивость к морозам. По государственному стандарту самой высокой морозостойкостью должен обладать кирпич F50, но современные производители выпускают и F75. В большинстве случаев для строительства используется полнотелый кирпич с маркой прочности 75–300, по морозостойкости 15–50, пористостью 8%, плотностью 1600–1900 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности 0,6–0,7 Вт/мС. Из-за последнего показателя внешние стены сооружения требуют дополнительной теплоизоляции. Масса кирпича стандартного размера колеблется от 3,5 до 3,8 кг. В 1 м³ хранится 480 кирпичей.

Пустотелый кирпич

Пустотелый (щелевой) кирпич, в отличие от полнотелого, имеет внутренние пустоты с различными формами (круглыми, овальными, квадратными и прямоугольными), объемами (13% до 50% внутреннего объема) и ориентациями (вертикальными или горизонтальными). За счет этих пустот кирпич становится более легким и теплым, но менее прочным. Также он требует меньше сырья для производства и используется для строительства облегченных конструкций.

Пустотелый (щелевой) кирпич имеет плотность 1000–1450 кг/м3, морозостойкость 10–15 циклов, пористость 6–8%, коэффициент теплопроводности 0,3–0,5 Вт/Мс. По прочности выделяют марки от М75 до М250. Цветовая гамма различна.

Поризация — это второй способ изготовления пустотелого кирпича, при котором из готовой смеси во время обжига исчезают легкосгораемые элементы (торф, опилки, уголь, солома) и образуются маленькие пустоты. Произведенный кирпич не только легок по весу, но и имеет отличные тепло- и звукоизоляционные свойства. Применяется в основном для строительства наружных и внутренних стен. Из-за наличия пяти рядов пустот снижается расход кладочного материала на 20%. Также увеличивается скорость кладки и уменьшается количество растворных швов. Маленькая плотность помогает снизить нагрузку на фундамент. Для соответствия всем требованиям по теплопроводности, достаточно возвести стену в 640 мм из поризованной керамика (для примера, стена из обычного кирпича должна быть не менее 700 мм).

Пустотелый поризованный кирпич имеет плотность 1100–1150 кг/м3, морозостойкость 15–50 циклов, пористость 6–10%, коэффициент теплопроводности 0,25–0,25 Вт/Мс. По прочности выделяют марки от М50 до М150. В основном красных оттенков.

Облицовочный кирпич

Облицовочный кирпич — это кирпич правильной формы с ровной глянцевой поверхностью. Используется для кладки наружных и внутренних стен с высокими требованиями к поверхности. Фасадный кирпич обычно является пустотелым, поэтому обладает высокими теплоизоляционными характеристиками. Разнообразная цветовая гамма получается за счет правильно подобранных глиняных смесей, сроков и температуры обжигания. В связи с этим рекомендуется закупать кирпичи из одной партии сразу же, иначе могут не совпасть цвета.

Высокая цена оправдывается долговечностью нового фасада. При декорировании внутренних стен стоит обращать большое внимание на обрабатывание швов. Размеры обычного фасадного кирпича соответствуют размерам полнотелого — 250×120×65 мм.
Облицовочный кирпич имеет плотность 1300–1450 кг/м3, морозостойкость 25–75 циклов, пористость 6–14%, коэффициент теплопроводности 0,3–0,5 Вт/Мс. По прочности выделяют марки от М75 до М250. Цветовая гамма разнообразна.

Цветной фигурный кирпич

Цветной фигурный кирпич — это вид облицовочного кирпича с особой формой, неровной поверхностью и особенным цветом. Форма камня может иметь криволинейные грани, округленные или срезанные углы и ребра. Рельеф поверхности либо повторяющийся, либо обработан под другой материал (мрамор, антик, дерево и прочее). Именно за эти свойства фигурный кирпич ценится при строительстве таких сложных элементов, как арки и круглые колонны. Также им выполняется декор наружных стен.

Крупноформатный блок

Крупноформатный блок обладает отличными тепло- и звукоизоляционными свойствами, поддерживает благоприятный микроклимат в помещении и повышает производительность труда. При толщине стены в 640 мм тепло сохраняется так же, как и в стене из обычного кирпича в 770 мм. Плотность поризованной керамики на 30% ниже, чем плотность пустотелого кирпича, что позволяет значительно снизить нагрузку на фундамент. Из-за больших размеров блока увеличивается скорость возведения здания, сокращается количество кладочных швов и расход раствора. Успешно применяется в малоэтажном строительстве для сооружения внешних и внутренних перегородок.

Силикатный кирпич

Силикатный кирпич — это кирпич, вырезанный из силикатного автоклавного бетона. При его производстве в состав добавляют 89% извести, 10% песка и незначительное количество различных добавок. Главными достоинствами силикатного кирпича считается низкая цена и разнообразная цветовая гамма. А к недостаткам можно отнести большой вес, маленькую прочность, плохую водостойкость и теплопроводность. Используется в основном для строительства внешних и внутренних стен. По своей универсальности намного уступает керамическому кирпичу.

Силикатный кирпич имеет коэффициент теплопроводности 0,38–0,70 Вт/мС, морозостойкость 15–35 циклов. По прочности выделяют марки от М125 до М150.

Клинкерный кирпич

Клинкерный кирпич используется для облицовки фасадов, цоколей, покрытия дорог, улиц и дворов. В качестве преимуществ можно отметить долговечность материла, так как инородным телам очень сложно проникнуть в состав материала, высокую плотность и разнообразие расцветок. Но и есть и минусы — это плохая теплопроводность и высокая цена. Производство кирпича включает в себя процессы прессования сухой красной глины и обжига до спекания.

Клинкерный кирпич имеет плотность 1900–2100 кг/м3, морозостойкость 50–100 циклов, пористость до 5%, коэффициент теплопроводности 1,16 Вт/мС. По прочности выделяют марки от М400 до М1000. Цветовая гамма различна.

Теплопроводность кирпича, коэффициенты для разных видов материала

Оглавление:

  1. Виды кирпичей
  2. Назначение и отличительные признаки материала
  3. Что такое теплопроводность

Новые материалы не могут не вызывать восхищение своими характеристиками и возможностями. Преимущества технологий строительства с их помощью неоспоримы. Искусственные и комбинированные строительные материалы превосходят традиционные сразу по нескольким важнейшим параметрам, зачастую – в несколько раз. Однако, традиционные материалы нельзя сбрасывать со счетов: кирпич, к примеру, был и остается востребованным.

Большинство зданий построено из кирпича: в этом не сложно убедиться. То есть, о способности этого материала успешно противостоять атмосферным явлениям, знают все.

Механическая прочность и долговечность этого материала также известна, как и экологическая безопасность. Кроме того, кирпич обладает хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, морозостойкостью. Все эти качества делают его одним из лучших строительных материалов.

Виды кирпичей

Раньше этот материал выпускался двух видов: белый (силикатный) и красный (керамический) полнотелый. Иногда встречался керамический пустотелый. Современные керамические кирпичи бывают разных цветов и оттенков: желтые, кремовые, розовые, бордовые. Фактура их также может быть различной. Однако, по способу изготовления и составу они по-прежнему подразделяются на керамический и силикатный.

Общего у них, кроме геометрических параметров, нет ничего. Керамический состоит из обожженной глины (с различными добавками), а силикатный изготавливается из извести, кварцевого песка и воды. Эксплуатационные характеристики обоих видов регламентируются разными нормативными документами, что обязательно учитывается в строительной отрасли.

Большей популярностью пользуется керамический кирпич. Его разновидности: полнотелый, пустотелый, облицовочный с различной фактурой поверхности. Свойства этого строительного материала и его эстетические качества, разнообразие цветов и форм делают его уникальным и пригодным для возведения любых строений.

Назначение кирпичей различных видов и их отличительные признаки

Кирпич по назначению подразделяют на специальный, строительный и облицовочный. Для кладки стен применяется строительный, для облагораживания фасадов – облицовочный, а в особых случаях – специальный (например, для кладки печи, камина или печной трубы).

Полнотелый кирпич содержит не более 13% пустот: его используют для возведения стен (внешних и внутренних), столбов, колонн и так далее. Конструкции, построенные из такого материала, способны нести дополнительную нагрузку благодаря высокой прочности на сжатие, на изгиб, хорошей морозостойкости керамического полнотелого кирпича. Теплоизолирующие свойства зависят от пористости, от нее же зависит и водопоглощение, способность материала к сцеплению с кладочным раствором. Данный материал обладает не слишком хорошим сопротивлением к теплопередаче, в связи с чем стены жилых строений необходимо сооружать достаточной толщины или утеплять дополнительно.

У пустотелого кирпича объем пустот может доходить до 45% от общего объема изделия, поэтому его вес меньше, чем у полнотелого. Он пригоден для строительства легких перегородок и наружных стен, им заполняют каркасы многоэтажных зданий. Пустоты в нем могут быть как сквозными, так и закрытыми с какой-либо стороны. Форма пустот бывает круглой, квадратной, овальной, прямоугольной. Располагаются они вертикально и горизонтально (последний вариант менее удачен, так как такая форма – менее прочна).

У пустотелого кирпича объем пустот может доходить до 45% от общего объема изделия.

Пустоты позволяют экономить довольно много материала, из которого изготавливают кирпич. Кроме того, это значительно повышает его теплоизолирующие свойства. При этом важно, чтобы консистенция раствора была такой густоты, чтобы воздушные полости им не заполнялись.

Облицовочный кирпич применяют, соответственно, для облицовки зданий. Обычно, его размеры такие же, что и у стандартного, но в продаже есть и изделия с меньшей шириной. Чаще всего он изготавливается пустотелым, что определяет его высокие теплотехнические характеристики.

Среди специальных кирпичей чаще всего распространены огнеупорный (печной) и теплоизолирующий. И тот, и другой применяются для возведения каминов и печей (в том числе и мартеновских). Они изготавливаются из специальной, шамотной глины, но имеют разное назначение. Огнеупорный призван выдерживать температуры, превышающие 1600 °С, а теплоизолирующий – для предотвращения нагревания внешних стенок печей и потери тепла. Если возводить стены из этого материала, то они будут хорошо сохранять тепло. Но слабая прочность материала позволяет лишь заполнять им простенки.

Клинкерным кирпичом облицовывают цоколи зданий. Он обладает высокой морозостойкостью и механической прочностью благодаря применению тугоплавких глин при их изготовлении. Обжигание сырца производится при более высоких температурах, чем обычно.

Что такое теплопроводность

Этот термин обозначает способность материала передавать тепловую энергию. Эту способность, в данном случае, выражает коэффициент теплопроводности кирпича. У клинкерного этот показатель составляет порядка 0,8… 0,9 Вт/м К.

Силикатный обладает меньшей теплопроводностью и в зависимости от количества пустот, в нем содержащихся, подразделяется на: щелевой (0,4 Вт/м К), с техническими пустотами (0, 66 Вт/м К), полнотелый (0,8 Вт/м К).

Керамический является еще более легким, вследствие чего данный показатель у него еще более низкий. Для полнотелого кирпича он находится в пределах 0,5… 0,8 Вт/м К, для щелевого – 0,34… 0,43 Вт/м К и для поризованного – 0,22 Вт/м К. Кирпич пустотелый характеризуется коэффициентом теплопроводности, равным 0,57 Вт/м К. Данный показатель не постоянен и меняется в зависимости от пористости материала, количества и расположения пустот.

Утверждение, что кирпич обладает высокой теплопроводностью, не совсем корректно: некоторые виды этого материала проводят тепло даже хуже, чем газобетонные блоки. Сочетание прочностных качеств полнотелых кирпичей и теплоизолирующих свойств пустотелых (а еще лучше – поризованной керамики) позволяет возводить надежные и энергоэкономичные здания.

Теплопроводность кирпича

Мы продолжаем разбирать технические характеристики кирпича. Мы уже рассмотрели такие характеристики как морозостойкость и марка прочности . Сегодня речь о теплопроводности.

Итак, разберёмся сначала с тем, что говорит нам действующий кирпичный ГОСТ 530-2012. Теплопроводность обозначают буквой лямбда, а измеряют Вт/(мС). Не будем вдаваться в технические тонкости, по сути, нам надо знать только цифры. Мы приведём их в самом начале, а после разберём, что они значат.

Самый тёплый кирпич называется высокоэффективным, и его лямбда менее 0,20. Есть также кирпич повышенной эффективности с лямбдой: от 0,20 до 0,24. Показатель эффективного кирпича 0,24-0,36; условно-эффективного 0,36-0,46; малоэффективного (обычного) 0,46 и выше. Как Вы уже поняли, чем меньше цифра, тем теплее кирпич. Это понятно, но везде ли и всегда нужно учитывать этот показатель? Нет, не везде. О том, где этот показатель важен, а где можно им пренебречь, речь и пойдёт ниже. 

Теплопроводность строительного кирпича и блоков. 

Для стеновых материалов теплопроводность — ключевой показатель. Ведь в современных домах задачу сохранения тепла берёт на себя строительный кирпич и утеплитель, и они должны в паре работать на удержание тепла и поддержание комфортного микроклимата в Вашем доме. Самым продвинутым материалом в России и Европе по праву считается крупноформатный керамический блок (подробнее о нём смотрите отдельную статью). Давайте посмотрим, что могут нам предложить ведущие производители.  Блоки BRAER. Высокоэффективный кирпич, один из самых современных и тёплых в России. Теплопроводность блоков 0,166, у некоторых позиций и того ниже — 0,134. Кроме того, высокая марка прочности, отличная геометрия и специальный тёплый раствор, который производят именно для этого кирпича. Удачное решение!  ЛСР. Один из брендов крупнейшей группы «ЛСР». Кирпич с заслуженно хорошей репутацией. Кирпич с отличной геометрией и теплопроводностью 0,18. То есть, высокоэффективный.  Porotherm. Его производит подмосковный завод концерна Wienerberger. «Винербергер» — это широко известный и популярный кирпичный бренд. Он популярен не зря, зачастую, само по себе производство под этим брендом говорит о должном качестве кирпича. Теплопроводность блоков колеблется в зависимости от конкретной позиции от 0,134 до 0,144, то есть, любой крупноформатный строительный кирпич «Поротерм» явно относится к высокоэффективным.

Теплопроводность лицевого кирпича

У лицевого кирпича множество важных характеристик, которые Вам обязательно нужно учесть при выборе. О них у нас есть отдельные статьи (морозостойкость, марка прочности и несколько общих обзоров разных видов лицевого кирпича). Но вот теплопроводность лицевого кирпича не должна Вас волновать. Проектировщики и архитекторы давно пришли к пониманию того, что разные функции должны выполнять разные материалы.

Теплопроводность строительного кирпича

Строительный кирпич (речь о современном) отлично сохраняет микроклимат и тепло в доме. Но посмотрите на его характеристики. Шикарная теплопроводность, но относительно низкая прочность и большое водопоглощение. Малая прочность блоков (М100 и ниже, чаще всего М50 и М75) не проблема благодаря специально разработанной форме: кирпич хорошо держит нагрузку сверху, но не сбоку. Водопоглощение строительного кирпича имеет право быть высоким: он будет закрыт лицевой стеной и не соприкоснётся с дождями. Лицевой же кирпич должен обладать высокой прочностью (М150 это самый минимум, который Вы можете применить) и водопоглощением чем ниже, тем лучше.  Соединить эти показатели с низкой теплопроводностью просто невозможно. Поэтому позвольте лицевому кирпичу выполнять его функции: защищать Ваш дом и радовать глаз. А согревают дом пусть те, кто был для этого создан: крупноформатный блок и утеплитель.
Предыдущая статья Следующая статья

Теплопроводность — выбранные материалы и газы

Теплопроводность — это свойство материала, которое описывает способность проводить тепло. Теплопроводность может быть определена как

«количество тепла, передаваемого через единицу толщины материала в направлении, нормальном к поверхности единицы площади, за счет градиента единичной температуры в условиях устойчивого состояния»

Теплопроводность единицами являются [Вт / (м · К)] в системе СИ и [БТЕ / (час фут ° F)] в британской системе мер.

См. Также изменения теплопроводности в зависимости от температуры и давления , для: воздуха, аммиака, двуокиси углерода и воды

Теплопроводность для обычных материалов и продуктов:

900 900 78 0,1 — 0,22 0,606
Теплопроводность
k —
Вт / (м · К)

Материал / вещество Температура
25 o C
(77 o F)
125 o C
(257 o F)
225 o C
(437 o F)
Acetals 0.23
Ацетон 0,16
Ацетилен (газ) 0,018
Акрил 0,2
Воздух, атмосфера (газ) 0,0262 0,0333 0,0398
Воздух, высота над уровнем моря 10000 м 0,020
Агат 10,9
Спирт 0. 17
Глинозем 36 26
Алюминий
Алюминий Латунь 121
Оксид алюминия 30
Аммиак (газ) 0,0249 0,0369 0,0528
Сурьма 18,5
Яблоко (85.6% влаги) 0,39
Аргон (газ) 0,016
Асбестоцементная плита 1) 0,744
Асбестоцементные листы 1) 0,166
Асбестоцемент 1) 2,07
Асбест в рыхлой упаковке 1) 0.15
Асбестовая плита 1) 0,14
Асфальт 0,75
Бальсовое дерево 0,048
Битум
Слои битума / войлока 0,5
Говядина постная (влажность 78,9%) 0. 43 — 0,48
Бензол 0,16
Бериллий
Висмут 8,1
Битум 0,17
Доменный газ (газ) 0,02
Шкала котла 1,2 — 3,5
Бор 25
Латунь
Бризовый блок 0.10 — 0,20
Кирпич плотный 1,31
Кирпич огневой 0,47
Кирпич изоляционный 0,15
Кирпич обыкновенный (Строительный кирпич ) 0,6 -1,0
Кирпичная кладка плотная 1,6
Бром (газ) 0,004
Бронза
Коричневая железная руда 0. 58
Масло (содержание влаги 15%) 0,20
Кадмий
Силикат кальция 0,05
Углерод 1,7
Двуокись углерода (газ) 0,0146
Окись углерода 0,0232
Чугун
Целлюлоза, хлопок, древесная масса и регенерированная 0.23

Ацетат целлюлозы, формованный, лист

0,17 — 0,33
Нитрат целлюлозы, целлулоид 0,12 — 0,21
Цемент, Портленд 0,29
Цемент, строительный раствор 1,73
Керамические материалы
Мел 0.09
Древесный уголь 0,084
Хлорированный полиэфир 0,13
Хлор (газ) 0,0081
Хром никелевая сталь 16,3
Хром
Оксид хрома 0,42
Глина, от сухой до влажной 0. 15 — 1,8
Глина насыщенная 0,6 — 2,5
Уголь 0,2
Кобальт
Треск (влажность 83% содержание) 0,54
Кокс 0,184
Бетон, легкий 0,1 — 0,3
Бетон, средний 0.4 — 0,7
Бетон, плотный 1,0 — 1,8
Бетон, камень 1,7
Константан 23,3
Медь
Кориан (керамический наполнитель) 1,06
Пробковая плита 0,043
Пробка, повторно гранулированная 0.044
Пробка 0,07
Хлопок 0,04
Вата 0,029
Углеродистая сталь
Утеплитель из шерсти 0,029
Купроникель 30% 30
Алмаз 1000
Диатомовая земля (Sil-o-cel) 0. 06
Диатомит 0,12
Дуралий
Земля, сухая 1,5
Эбонит 0,17 11,6
Моторное масло 0,15
Этан (газ) 0.018
Эфир 0,14
Этилен (газ) 0,017
Эпоксидный 0,35
Этиленгликоль 0,25
Перья 0,034
Войлок 0,04
Стекловолокно 0.04
Волокнистая изоляционная плита 0,048
Древесноволокнистая плита 0,2
Огнеупорный кирпич 500 o C 1,4
Фтор (газ) 0,0254
Пеностекло 0,045
Дихлордифторметан R-12 (газ) 0. 007
Дихлордифторметан R-12 (жидкость) 0,09
Бензин 0,15
Стекло 1.05
Стекло, жемчуг, жемчуг 0,18
Стекло, жемчуг, насыщенное 0,76
Стекло, окно 0.96
Стекло, вата Изоляция 0,04
Глицерин 0,28
Золото
Гранит 1,7 — 4,0
Графит 168
Гравий 0,7
Земля или почва, очень влажная зона 1.4
Земля или почва, влажная зона 1,0
Земля или почва, сухая зона 0,5
Земля или почва, очень сухая зона 0,33
Гипсокартон 0,17
Волос 0,05
ДВП высокой плотности 0. 15
Лиственные породы (дуб, клен ..) 0,16
Hastelloy C 12
Гелий (газ) 0,142
Мед ( 12,6% влажности) 0,5
Соляная кислота (газ) 0,013
Водород (газ) 0,168
Сероводород (газ) 0.013
Лед (0 o C, 32 o F) 2,18
Инконель 15
Чугун 47-58
Изоляционные материалы 0,035 — 0,16
Йод 0,44
Иридий 147
Железо
Оксид железа 0 .58
Капок изоляция 0,034
Керосин 0,15
Криптон (газ) 0,0088
Свинец
Свинец
, сухой 0,14
Известняк 1,26 — 1,33
Литий
Магнезиальная изоляция (85%) 0. 07
Магнезит 4,15
Магний
Магниевый сплав 70-145
Мрамор 2,08 — 2,94
Ртуть, жидкость
Метан (газ) 0,030
Метанол 0.21
Слюда 0,71
Молоко 0,53
Изоляционные материалы из минеральной ваты, шерстяные одеяла .. 0,04
Молибден
Монель
Неон (газ) 0,046
Неопрен 0.05
Никель
Оксид азота (газ) 0,0238
Азот (газ) 0,024
Закись азота (газ) 0,0151
Нейлон 6, Нейлон 6/6 0,25
Масло машинное смазочное SAE 50 0,15
Оливковое масло 0. 17
Кислород (газ) 0,024
Палладий 70,9
Бумага 0,05
Парафиновый воск 0,25
Торф 0,08
Перлит, атмосферное давление 0,031
Перлит, вакуум 0.00137
Фенольные литые смолы 0,15
Формовочные смеси фенолоформальдегидные 0,13 — 0,25
Фосфорбронза 110 Pinchbe20 159
Шаг 0,13
Карьерный уголь 0.24
Гипс светлый 0,2
Гипс, металлическая планка 0,47
Гипс песочный 0,71
Гипс, деревянная планка 0,28
Пластилин 0,65 — 0,8
Пластмассы вспененные (изоляционные материалы) 0. 03
Платина
Плутоний
Фанера 0,13
Поликарбонат 0,19
Полиэстер
Полиэтилен низкой плотности, PEL 0,33
Полиэтилен высокой плотности, PEH 0.42 — 0,51
Полиизопреновый каучук 0,13
Полиизопреновый каучук 0,16
Полиметилметакрилат 0,17 — 0,25
Полипропилен
Полистирол вспененный 0,03
Полистирол 0.043
Пенополиуритан 0,03
Фарфор 1,5
Калий 1
Картофель, сырое мясо 0,55
Пропан (газ) 0,015
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) 0,25
Поливинилхлорид, ПВХ 0. 19
Стекло Pyrex 1,005
Кварц минеральный 3
Радон (газ) 0,0033
Красный металл
Рений
Родий
Порода, твердая 2-7
Порода, вулканическая порода (туф) 0.5 — 2,5
Изоляция из каменной ваты 0,045
Канифоль 0,32
Резина, ячеистая 0,045
Резина натуральная 0,13
Рубидий
Лосось (влажность 73%) 0,50
Песок сухой 0.15 — 0,25
Песок влажный 0,25 — 2
Песок насыщенный 2-4
Песчаник 1,7
Опилки 0,08
Селен
Овечья шерсть 0,039
Аэрогель кремнезема 0. 02
Кремниевая литая смола 0,15 — 0,32
Карбид кремния 120
Кремниевое масло 0,1
Серебро
Шлаковата 0,042
Сланец 2,01
Снег (температура <0 o C) 0.05 — 0,25
Натрий
Хвойные породы (пихта, сосна ..) 0,12
Почва, глина 1,1
Почва, с органическими материя 0,15 — 2
Грунт насыщенный 0,6 — 4

Припой 50-50

50

Сажа

0.07

Насыщенный пар

0,0184
Пар низкого давления 0,0188
Стеатит 2
Сталь углеродистая
Сталь, нержавеющая сталь
Изоляция соломенной плиты, сжатая 0,09
Пенополистирол 0. 033
Диоксид серы (газ) 0,0086
Сера кристаллическая 0,2
Сахара 0,087 — 0,22
Тантал
Смола 0,19
Теллур 4,9
Торий
Древесина, ольха 0.17
Лес, ясень 0,16
Лес, береза ​​ 0,14
Лес, лиственница 0,12
Лес, клен 0,16
Древесина дубовая 0,17
Древесина осина 0,14
Древесина оспа 0.19
Древесина, бук красный 0,14
Древесина, сосна красная 0,15
Древесина, сосна белая 0,15
Древесина ореха 0,15
Олово
Титан
Вольфрам
Уран
Пенополиуретан 0. 021
Вакуум 0
Гранулы вермикулита 0,065
Виниловый эфир 0,25
Вода, пар (пар) 0,0267 0,0359
Пшеничная мука 0.45
Белый металл 35-70
Древесина поперек волокон, белая сосна 0,12
Древесина поперек волокон, бальза 0,055
Древесина поперек волокон, сосна желтая, древесина 0,147
Дерево, дуб 0,17
Шерсть, войлок 0.07
Древесная вата, плита 0,1 — 0,15
Ксенон (газ) 0,0051
Цинк

1) Асбест плохо для здоровья человека, когда крошечные абразивные волокна попадают в легкие, где они могут повредить легочную ткань. Это, по-видимому, усугубляется курением сигарет, в результате чего возникают мезотелиома и рак легких.

Пример — кондуктивная теплопередача через алюминиевый бак по сравнению с кастрюлей из нержавеющей стали

Кондуктивная теплопередача через стенку ванны может быть рассчитана как

q = (k / s) A dT (1)

или, альтернативно,

q / A = (к / с) dT

, где

q = теплопередача (Вт, БТЕ / ч)

A = площадь поверхности (м 2 , фут 2 )

q / A = теплопередача на единицу площади (Вт / м 2 , БТЕ / (ч фут 2 ))

k = теплопроводность ( Вт / мК, БТЕ / (час фут ° F) )

dT = t 1 — t 2 = разница температур ( o C, o F)

с = толщина стены (м, фут)
9000 5

Калькулятор теплопроводности

k = теплопроводность (Вт / мК, БТЕ / (час фут ° F) )

s = толщина стенки (м, фут)

A = площадь поверхности (м 2 , фут 2 )

dT = t 1 — t 2 = разница температур ( o C, o F)

Примечание! — общая теплопередача через поверхность определяется « общим коэффициентом теплопередачи », который в дополнение к кондуктивной теплопередаче зависит от

Кондуктивная теплопередача через алюминиевую стенку горшка толщиной 2 мм — разность температур 80
o C

Теплопроводность алюминия составляет 215 Вт / (м · К) (из таблицы выше). Кондуктивная теплопередача на единицу площади может быть рассчитана как

q / A = [(215 Вт / (м · K)) / (2 10 -3 м)] (80 o C)

= 8600000 (Вт / м 2 )

= 8600 (кВт / м 2 )

Кондуктивная теплопередача через стенку емкости из нержавеющей стали толщиной 2 мм — разница температур 80
o C

Теплопроводность для нержавеющей стали 17 Вт / (м · К) (из таблицы выше).Кондуктивная теплопередача на единицу площади может быть рассчитана как

q / A = [(17 Вт / (м · K)) / (2 10 -3 м) ] (80 o C)

= 680000 (Вт / м 2 )

= 680 (кВт / м 2 )

Коэффициент теплопроводности изоляционного кирпича, полученного из опилок и глины

результат о влиянии размера частиц смеси шаровой глины, каолина и опилок на температуропроводность керамических кирпичей. Смесь сухих порошков шаровой глины, каолина с одинаковым размером частиц и опилок с разными размерами частиц была смешана в разных пропорциях и затем уплотнена до высокого давления перед обжигом до 950 ° C. Затем определялась температуропроводность косвенным методом, включающим измерение теплопроводности, плотности и удельной теплоемкости. Исследование показывает, что коэффициент температуропроводности увеличивается с уменьшением размера частиц каолина и шаровой глины, но уменьшается с увеличением размера частиц опилок.

1. Введение

В недавнем исследовании Манукаджи [1] температуропроводность очень важна во всех задачах неравновесной теплопроводности в твердых объектах. Скорость изменения температуры во времени зависит от численного значения коэффициента температуропроводности. Физическое значение температуропроводности связано с диффузией тепла в среду при изменении температуры со временем. Неравновесная теплопередача важна из-за большого количества проблем нагрева и охлаждения, возникающих в промышленности [2]. В металлургических процессах необходимо прогнозировать скорости охлаждения и нагрева для проводников различной геометрии, чтобы прогнозировать время, необходимое для достижения определенных температур. Материалам с высокой тепловой массой потребуется больше времени, чтобы тепло переместилось от горячей поверхности кирпича к холодной, а также потребуется много времени для выделения тепла после удаления источника тепла [3, 4]. В статье Арамида [5] указывается, что при обжиге образцов кирпича, изготовленных из опилок, примесь опилок выгорает при температуре 450–550 ° C [6], оставляя поры (воздушные пустоты) в кирпиче, что препятствует тепловому потоку. .

Одной из проблем, с которыми сталкивается строительная промышленность Уганды, является высокое потребление электроэнергии из-за плохих систем вентиляции и кондиционирования воздуха. В основном это связано с отсутствием в зданиях методов теплоизоляции [7, 8]. Тем не менее, в Уганде не производятся классифицированные теплоизоляторы. Страна зависит от импортных изоляционных материалов, которые очень дороги и труднодоступны для местной промышленности, и, тем не менее, в разных частях страны имеются обширные месторождения полезных ископаемых, которые могут обеспечить потенциальное сырье для производства различных керамических изделий, таких как теплоизоляция. кирпичи.Таким образом, в данной статье представлены результаты экспериментального исследования влияния размера частиц на температуропроводность глиняных кирпичей состава, показанного в таблице 1, которые были изготовлены из комбинации каолина, шаровой глины и древесных опилок с различными частицами. размеры.


Образец Размер частиц (мкм)
Каолин (90 г) + шариковая глина (70 г) Добавка опилок (40 г)

A 1 90–125 0–125 125–154 154–180
A 2 63–90 0–125 125–154 154–180
A 3 53–63 0–125 125–154 154–180
A 4 45–53 0–125 125–154 154–180
A 5 0–45 0–125 125–154 154–180

Образец Размер частиц (мкм)
Опилки (40 г) Каолин (90 г) + добавка шариковой глины (70 г)

B 1 0–125 63–90 90–125 125–154
B 2 125–154 63–90 90–125 125–154
B 3 154–180 63–90 90–125 125–154
B 4 180–355 63–90 90–125 125–154
B 5 355–425 63–90 90–125 125–154

2.
Экспериментальные процедуры
2.1. Обработка материалов

Сырьем, используемым в этом исследовании, были каолин, шариковая глина и опилки твердых пород древесины. Опилки получали из красного дерева. Твердая древесина была предпочтительнее, потому что при включении в глиняные кирпичи она образует однородные поры, имеет высокую теплотворную способность и не вызывает вздутие живота [9]. Каолин собирали в Мутаке на юго-западе Уганды, а глину в виде шариков собирали в Нтаво (Муконо), в 25 км к востоку от столицы Кампалы.Шариковую глину и каолин отдельно замачивали в воде на семь дней, чтобы дать им полностью раствориться, чтобы отделить коллоиды от тяжелых частиц, таких как камни, песок и корни. Затем глину сушили и измельчали ​​в виде порошка в электрической шаровой мельнице. Порошки просеивали через испытательные сита, склеенные вместе на механическом встряхивателе сит для испытаний. Диапазон размеров частиц 0–45 мкм м, 45–53 мкм м, 53–63 мкм м, 63–90 мкм м, 90–125 мкм м и 125–154 мкм. м получено отдельно для каолина и шаровой глины.Аналогично, порошки опилок с диапазоном размеров частиц 0–125 мкм м, 125–154 мкм м, 154–180 мкм м, 180–355 мкм мкм и 355–425 мкм мкм. также подготовлен.

Исследование проводилось с использованием двух наборов серийных составов. В первой части составы партий A 1 –A 5 имели композиции каолина и шаровой глины с одинаковыми диапазонами размеров частиц, которые были смешаны с равными массами опилок трех разных диапазонов размера частиц в соотношении 9: 7: 4 по весу, как показано в таблице 1.Смесь этих порошков сначала сушили на солнце, а затем прессовали до давления 50 МПа в прямоугольные образцы с размерами 10,51 см × 5,25 см × 1,98 см. Образцы для испытаний обжигали в электропечи до 950 ° C в два этапа. На первом этапе их сушили при скорости нагрева 2,33 ° C мин. -1 до 110 ° C, и эту температуру поддерживали в течение четырех часов, чтобы удалить любую воду из образца. На втором этапе образцы обжигались со скоростью 6 ° C мин. –1 –950 ° C.При этой температуре время выдержки составляло один час перед выключением печи, чтобы дать образцам возможность естественным образом остыть до комнатной температуры.

Во второй части исследования составы серий B 1 –B 5 имели каждый из диапазонов размеров частиц 0–125 мкм м, 125–154 мкм м, 154–180 мкм м, 180–355 мкм м и 355–425 мкм мкм опилок, смешанных с каолином и шаровой глиной с теми же диапазонами размеров частиц в соотношении 4: 9: 7, как показано в (Таблица 1), перед их уплотнением при давлении 50 МПа в прямоугольные образцы размером 10.51 см × 5,25 см × 1,98 см. Процесс обжига был аналогичен процессу обжига первой партии. Каждый из составов образцов имел общую массу 200 г (90 г каолина, 70 г шариковой глины и 40 г опилок).

2.2. Определение коэффициента теплопроводности

Коэффициент температуропроводности был определен из измеренных значений удельной теплоемкости, теплопроводности и плотности с использованием следующего уравнения, выведенного из закона теплопроводности через твердое тело Фурье: где — коэффициент температуропроводности, — теплопроводность, — плотность, — удельная теплоемкость [10].

Теплопроводность измерялась быстрым измерителем теплопроводности (QTM-500) с сенсорным датчиком (PD-11), в котором для исследования теплопроводности образцов используется переходный метод (нестационарное состояние) [11, 12]. Удельную теплоемкость определяли методом смесей [13], а плотность определяли путем измерения размеров и массы образца. Измерения теплопроводности, плотности и удельной теплоемкости проводились при комнатной температуре.

2.3. Химический состав

Химический состав обожженных образцов был определен с помощью рентгенофлуоресцентного (XRF) спектрометра, модель X ‘Unique ll [14], чтобы установить химический состав основных соединений, которые влияют на термические свойства изоляционный глиняный кирпич Таблица 2.


Состав SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO TiO 2 Na 2 O MgO K 2 O MnO 2 P 2 O 5
Вес (%) 68. 98 22,29 1,87 1,15 0,48 2,04 1,04 2,54 0,05 0,57

3,1 Результаты и обсуждения Влияние размера частиц на коэффициент температуропроводности

Коэффициент температуропроводности определяли косвенным методом, включающим измерение теплопроводности, удельной теплоемкости и плотности обожженных образцов [2, 10].Влияние размера частиц на теплопроводность, плотность, удельную теплоемкость и температуропроводность обсуждается ниже.

3.1.1. Влияние размера частиц на теплопроводность

Результаты (рис. 1) показывают, что теплопроводность увеличивается с уменьшением размера частиц каолина и шариковой глины при фиксированном размере частиц опилок. Это связано с тем, что более крупные частицы создают большие поры из-за плохого заполнения пустот, содержащих воздух после обжига, по сравнению с мелкими частицами [15, 16].Теплопроводность керамического материала зависит от путей теплопроводности, на которые влияют микроструктура, гранулометрический состав и количество воздушного пространства или пустот, создаваемых во время обжига тела [17]. Рисунок 2 показывает, что теплопроводность уменьшается, когда размер частиц опилок, включенных в глиняную смесь, увеличивается. Это связано с тем, что размер частиц горючих органических отходов определяет количество воздушных пространств, которые создаются в изоляционном глиняном кирпиче [18–20].Кроме того, теплопроводность снижается еще больше, когда размер частиц смеси каолина и шаровой глины увеличивается из-за меньшего контакта между частицами [21]. Сцепление частиц глины зависит от гранулометрического состава и диапазона размеров мелких и крупных частиц, а также от того, состоит ли тело из частиц одного или нескольких размеров.



3.1.2. Влияние размера частиц на плотность

Плотность образцов увеличивается с уменьшением размера частиц смеси каолина и шаровой глины при фиксированном размере частиц опилок (рис. 3).Меньшие размеры частиц имеют больше точек контакта, что обеспечивает большую когезию и смазку каолина шариковыми глинами. Множественные размеры частиц в керамическом теле увеличивают упаковку частиц и создают тело с высокой плотностью, поскольку более мелкие зерна проникают в межчастичные пустоты более крупных частиц и, таким образом, увеличивают плотность упаковки. Это исследование также показывает, что наблюдается дальнейшее снижение плотности с увеличением размера частиц опилок при фиксированном размере частиц каолина и шаровой глины [20].


На рисунке 4 плотность образцов уменьшается с увеличением размера частиц опилок при фиксированном размере частиц каолина и шариковой глины.Маленькие поры, которые создаются мелкими частицами опилок, имеют тенденцию закрываться во время уплотнения в результате образования областей межкристаллитного контакта, в то время как большие поры остаются в матрице глины во время обжига и созревания [18]. Это объясняется достаточной длиной опилок, которая улучшает сцепление на границе раздела опилки-глина, чтобы противодействовать деформации и усадке глины во время сушки и обжига [9].


3.1.3. Изменение удельной теплоемкости в зависимости от размера частиц

Удельная теплоемкость образцов от A 1 до A 5 , как правило, ниже, чем у образцов от B 1 до B 5 (рисунки 5 и 6).Это означает, что более низкий коэффициент температуропроводности может быть достигнут за счет использования опилок большего размера [9]. Удельная теплоемкость увеличивается с увеличением размера частиц используемых глиняных материалов (Рисунок 5) и увеличением размера частиц добавленных опилок (Рисунок 6).



3.1.4. Коэффициент температуропроводности

Коэффициент температуропроводности увеличивается по мере уменьшения размера частиц смеси каолина и шаровой глины при фиксированном размере частиц добавленных опилок (рис. 7).Основное влияние размера частиц на коэффициент температуропроводности твердого материала связано с количеством твердого тела и воздушного пространства, которое тепло должно проходить поперек при прохождении через материал. Это объясняется большим размером частиц, что приводит к высоким уровням пористости из-за плохого заполнения пустот между частицами большого размера по сравнению с мелкими частицами, создавая большие воздушные пространства [21]. Большая доля воздуха дает низкое значение коэффициента температуропроводности из-за его низкой теплопроводности.Уменьшение размера частиц увеличивает содержание частиц на единицу объема, что уменьшает среднее расстояние между частицами глинистой матрицы. Это приводит к плотной упаковке частиц, что приводит к уплотнению глиняных кирпичей, что увеличивает температуропроводность [16, 20]. Следовательно, мелкозернистый материал с закрытой текстурой (малый размер частиц) имеет гораздо больший коэффициент температуропроводности, чем материал с более крупной открытой текстурой (крупный размер частиц). Небольшие размеры частиц увеличивают низкое тепловое сопротивление, поскольку точки контакта для теплопроводности очень плотно упакованы.Большой размер зерна каолина и шаровой глины позволяет получить кирпичи, которые более пористые и, следовательно, более устойчивы к резким перепадам температуры по образцу [1, 22]. Низкие значения температуропроводности подходят для минимизации теплопроводности. Наблюдается (Рисунок 7), что увеличение размера частиц добавленных опилок дополнительно снижает температуропроводность.


Температуропроводность уменьшается с увеличением размера частиц опилок при фиксированном размере частиц комбинации каолина и шаровой глины (рис. 8).Это связано с тем, что частицы опилок выгорают при температуре 450-550 ° C [6], оставляя поры или пустоты в образцах. Во время сушки и обжига происходит уплотнение, и небольшие поры, создаваемые мелкими частицами опилок, имеют тенденцию закрываться глинистыми минералами в результате образования межкристаллитных контактных областей, в то время как большие поры сохраняются в глинистой матрице [18].


Включение опилок в керамическое тело, которое удаляется на этапе обжига, оставляет поры, размер которых зависит от размеров органических частиц.Более мелкие опилки образуют более мелкие поры, большинство из которых может быть устранено во время уплотнения, в то время как частицы большого размера образуют большие поры. Опилки большого размера улучшают сцепление на границе раздела опилки-глина, что препятствует деформации и усадке глины. Это обеспечивает высокую пористость, низкую плотность, низкую теплопроводность и низкую скорость изменения температуры на образце. Следовательно, коэффициент температуропроводности уменьшается с увеличением размера частиц опилок. Как правило, значения температуропроводности от B 1 до B 5 ниже, чем у A 1 по A 5 .Это результат мультипликативной пористости, создаваемой добавлением глины и опилок.

3.2. Химический состав

Процентный состав SiO 2 составляет 68,0%, а процентный состав Al 2 O 3 составляет 22,0%. Согласно отчету Бюро энергоэффективности [23] о шамотных огнеупорах, шамотные огнеупоры низкой плотности состоят из силикатов алюминия с различным содержанием кремнезема от 67 до 77% и содержанием Al 2 O 3 от 23 до 33%.Химический состав глинозема в разработанных образцах может быть улучшен либо за счет обогащения сырья (каолин и шарообразная глина), либо за счет увеличения процентного состава каолина в образцах. Образцы глины содержат менее 9,0% флюсовых компонентов (K 2 O, Na 2 O и CaO).

3.3. Значение

Физическое значение низких значений температуропроводности связано с низкой скоростью изменения температуры в материале в процессе нагрева.Таким образом, образцы имеют низкие значения коэффициента температуропроводности и подходят для использования в качестве теплоизоляторов. Подходящим теплоизолятором является образец, содержащий комбинацию каолина и шаровой глины с размером частиц 125–154 мкм мкм с опилками с размером частиц 355–425 мкм мкм. Эта комбинация характеризовалась наименьшим значением температуропроводности 1,16 × 10 −7 м 2 с −1 и ее легко подготовить для промышленного производства теплоизоляционного кирпича.

4. Выводы

Результаты исследования показывают, что все проанализированные образцы являются хорошими теплоизоляторами, а на коэффициент температуропроводности напрямую влияет размер частиц комбинации минералов каолина и шаровой глины, а также размер частиц опилок. добавление. Таким образом, из проведенного общего экспериментального анализа было обнаружено следующее: (1) Коэффициент температуропроводности увеличивается с уменьшением размера частиц смеси каолина и шаровой глины при фиксированном размере частиц добавленных опилок.Добавление опилок с частицами большего размера снижает коэффициент температуропроводности даже при очень малых размерах частиц каолина и шариковой глины. (2) Коэффициент температуропроводности уменьшается с увеличением размера частиц добавленных опилок до фиксированного размера частиц каолина и шариковой глины. Включение каолина и шариковой глины с гораздо большим размером частиц дополнительно снижает коэффициент температуропроводности из-за мультипликативного эффекта более высокой пористости, создаваемой опилками и глинистыми минералами. (3) Образцы содержат подходящие композиции кремнезема и глинозема, которые подходят для легкие жаропрочные теплоизоляционные кирпичи.(4) Таким образом, образцы имеют низкие значения коэффициента температуропроводности и подходят для использования в качестве теплоизоляторов.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить сотрудников Университета Кямбого за их руководство и поддержку в ходе исследования. Также выражаем благодарность руководству и персоналу Института промышленных исследований Уганды, UIRI (Департамент керамики), за предоставленные лаборатории и оборудование для использования в исследованиях, а также Департаменту физики Университета Макерере.Авторы особенно хотели бы выразить признательность за финансовую поддержку, которую они получили от г-жи Наньямы Кристин, доктора Майеку Роберта и его жены г-жи Кейт Майеку.

(PDF) Теплопроводность выбранных керамических материалов при переходном тепловом потоке

J. Appl. Матер. Англ. 2020, 60 (1), 3–11; 10.35995 / jame60010001 4

1. Введение

Теплопроводность отливок зависит от их металлографической структуры. В процессе нагрева

кристаллизация и охлаждение металлов и сплавов влияет на температуру отдельных частей отливки.Они также влияют на накопление тепла в металле и, следовательно, на кристаллизацию всей отливки (Kosowski 2003).

По этим причинам очень важно знать теплофизические свойства материалов, используемых для литейных форм, включая все

их элементы, такие как различные вставки, которые они могут содержать, которые вступают в прямой контакт с жидким металлом,

. Аналогичным образом, свойства материалов, используемых в качестве изоляционных покрытий оголовков стояков, также имеют решающее значение, поскольку

они определяют эффективность головок.Это особенно важно для головок райзеров с большими диаметрами, которые

требуются для работы в течение длительных периодов времени, и эта цель может быть достигнута за счет замедления теплопередачи от головки к

окружающей среде (форме).

В случае головок стояков большого диаметра слои изоляционного просвета состоят из керамических кирпичей

, которые наносятся при возведении самой формы. Для оголовков райзера используются экзотермические или изолирующие прокладки специальных фирм

, размеры которых выбираются исходя из размера горячей точки, ее расположения, вида сплава

и т. Д.

Тепловой поток от отливки к песчаной форме является кратковременным, аналогично тепловому потоку от стояка

через слои керамического материала, нанесенного в качестве изоляционной просветки, на песчаную форму. Поскольку тепловой поток в случайно выбранном моменте

и на случайно выбранной поверхности теплообмена не является постоянным, мы можем сказать, что тепловой поток

имеет случайный характер. Изменения энтальпии происходят во всех переходных процессах. Эти изменения происходят в материалах

, выделяющих тепло (в нашем случае жидком металле), а также в материалах, получающих тепло — в нашем случае, в керамических кирпичах

в головке стояка.Тепловой поток от жидкого металла к керамическому кирпичу зависит от градиента температуры

на поверхности контакта между металлом и кирпичом и от процессов распространения и накопления тепла

в керамических кирпичах. Они, в свою очередь, зависят от теплофизических свойств материала керамического кирпича.

Эти свойства определяются факторами, связанными с материалом и состоянием изоляционных кирпичей, которые

соединены между собой (Szreniawski 1968).Теплопроводность материалов, используемых для производства песчаных форм

, была изучена в нескольких научных центрах и представлена ​​во многих статьях (Banaszak 2006; Binczyk et al.

2006; Ignaszak 2003; Technical Cards of Tested Bricks 2018), и (Левандовски 1991; Лонга 1972; Лонга и др.

1978; Павловский 1962; Шренявский 1968; Зих и др. 2015).

2. Собственные исследования

2.1. Предмет и методология исследования

Исследования, представленные в статье, носят сравнительный характер.Мы исследовали два вида керамических материалов, из которых

производил изоляционные слои для больших стояков стальных отливок. Изоляционный слой головки стояка, состоящий из керамических кирпичей

, показан на рисунке 1.

Эффективность изотермической очистки зависит от ее толщины и теплопроводности материала

отдельных ее сегментов (керамических кирпичей). . Коммерческие изоляционные материалы

содержат информацию об их теплопроводности; однако эта информация касается использования кирпичей в печах.Неизвестно, как этот же материал

ведет себя при прямом контакте с жидким металлом. Литая сталь разливается в формы при температурах

выше 1500

C, что сильно перегревает элементы форм, в том числе изоляционный слой, состоящий из пористого керамического кирпича

. Поэтому было решено оценить изоляционную способность кирпичей в реальных условиях:

при прямом контакте с жидким металлом. Таким образом, мы оценили теплопроводность в условиях переходного течения

, которое произошло в литейной форме после заливки жидкого металла.Испытания на теплопроводность при кратковременном тепловом потоке

были основаны на анализе обоих процессов нагрева в слоях литейных форм — проведенных после заливки жидкого металла

на образцах керамических кирпичей, используемых в качестве изоляционных просветов оголовков стояков — и процесс охлаждения

отливки.

(PDF) Об анизотропии теплопроводности в керамических кирпичах

25

[26] Коуэн Р. Д., Импульсный метод измерения температуропроводности при высоких температурах, J.Прил. Phys.

Том 34, 1963 г., стр. 926–7. DOI: 10,1063 / 1,1729564.

[27] О’Нил М. Дж. Измерение функций удельной теплоты с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии,

Anal. Chem., Vol. 38, выпуск 10, 1966 г., стр. 1331–1336. doi: 10.1021 / ac60242a011

[28] ASTM C20, Стандартные методы испытаний на кажущуюся пористость, водопоглощение, кажущуюся удельную плотность

и объемную плотность обожженного огнеупорного кирпича и формы под действием кипящей воды, ASTM

International, West Conshohocken, PA, 2015.DOI: 10.1520 / C0020-00R15.

[29] Flegler SL, Heckman, JW Klomparens KL, Сканирующая и просвечивающая электронная

микроскопия: введение, Oxford University Press, 1993.

[30] Баларас К.А., Аргириу А.А., Инфракрасная термография для диагностики зданий, Energy Build .

Том. 34, 2002, с. 171–183.

[31] Литти Г., Хошдел С., Оденаерт А., Брет Дж., Оценка гигротермических характеристик традиционной кирпичной кладки

в исторических зданиях, Energy Build.Vol. 105, 2015, стр. 393–411.

[32] Реншоу Дж. Б., Гимараес М., Скотт Д. Б., Термографическое обследование массивных конструкций, AIP

Conference Proceedings, Vol. 1581, выпуск 33, 2014 г., стр. 978–984.

[33] Паолетти Д., Амброзини Д., Сфарра С., Бисенья Ф. Профилактическая термографическая диагностика исторических

зданий для консолидации, J. Cult. Herit., Vol. 14. 2013. С. 116–121.

[34] Килили А., Фокайдес П. А., Кристу П., Калогиру С.A., Инфракрасная термография (IRT)

Приложения для диагностики зданий: обзор, Applied Energy Vol. 134, 2014. С. 531–549.

[35] Меола К., Инфракрасная термография каменных конструкций, Инфракрасная физика. Technol., Vol. 49, 2007,

с. 228–233.

[36] Уайлд У., Бюшер К. А., Виггенхаузер Х., Амплитудно-чувствительная модуляционная термография для измерения влажности строительных материалов

, Proc. SPIE, Vol. 3361, 1998, стр. 156–163.

[37] Донателли А., Аверса П., Лупрано В. А. М., Установка экспериментальной процедуры для измерения коэффициента теплопередачи

с помощью инфракрасной термографии на лабораторных прототипах стен,

Infrared Phys. Technol. Vol. 79, 2016. С. 135–143.

[38] Чампа Ф., Махмуди П., Пинто Ф., Мео М., Последние достижения в активной инфракрасной термографии

для неразрушающего контроля аэрокосмических компонентов, Датчики Vol. 18, 2018, стр. 609.

керамика, шамот, красный, коэффициент, коэффициент изоляции воздушного шума кирпичной кладки, дерева и пеноблока, видео инструкция по монтажу своими руками, фото и цена.Теплопроводность силикатного кирпича. Плотность, вода

Современный строительный рынок все больше пополняется новыми материалами, которые радуют потребителя качественным исполнением, улучшенными свойствами, обновленными характеристиками. Их преимущества перед традиционными неоспоримы благодаря преобладанию сразу нескольких характеристик по многим значимым параметрам.

С появлением новых технологий в строительной отрасли нельзя забывать и о хорошо зарекомендовавших себя строительных материалах.Например, кирпичные материалы во все времена были востребованными, и никакие факторы не могли повлиять на уровень их популярности. Из них большинство построек было возведено, так как они обладают способностью противостоять различным климатическим условиям.

С давних времен и до наших дней это строительное изделие выдерживает большие нагрузки, оно проходит долгую проверку временем. Прочность, долговечность, экологические свойства, водостойкость, морозостойкость, звуко- и теплоизоляционные характеристики относят его к лучшим строительным материалам.

Что такое теплопроводность?

Тем не менее, одним из мощных свойств кирпича является теплопроводность (Т) — способность пропускать тепло через себя, несмотря на разные температуры. Он показывает, насколько теплая кирпичная стена, насколько этот материал способен проводить и передавать тепло.

Керамические изделия используются при возведении несущих стен, перегородок между комнатами, облицовки — дают возможность придать дому и прилегающему забору аккуратный и достойный вид, презентабельный вид, создать неповторимый стиль, а также повысить тепло в доме. .При выборе строительных материалов для возведения полов, стен и полов это самые важные факторы.


На вопрос: «Как определить значение тепловых характеристик?», Отвечают специалисты с богатым и многолетним опытом работы. Они авторитетно настаивают на том, что многочисленные виды кладки детально изучены в лабораторных условиях. В соответствии с полученными данными устанавливается определенный коэффициент теплопроводности кирпича.

Индикаторы указывают на разные температуры, так как тепловая энергия имеет способность постепенно переходить из горячего состояния в холодное. При достаточно высоких температурах этот процесс можно увидеть открыто. Высокая интенсивность теплопередачи за счет изменения температуры.

Коротко о законе Фурье

Для более глубокого изучения теплопроводности и теплового потока с учетом площади поперечного сечения ученые Фурье вывели специальный закон, показывающий, как существующие материалы отлично сохраняют тепло и улучшают их изоляцию.

Величина степени теплоотдачи обозначается специальным коэффициентом (QD) — λ, а тепловая энергия измеряется в ваттах. Последний снижает свой уровень при прохождении расстояния 1 мм с перепадом температур в 1 градус. В результате меньшая потеря энергии более выгодна, а строительный материал с небольшой КТ относится к более теплым.

Параметр теплопроводности во многом обусловлен плотностью, с уменьшением его уровня уменьшается и тепловой показатель.То есть плотные тяжелые образцы имеют более высокое значение Т, а меньший вес и меньшая прочность указывают на малую Т. Для увеличения Т они влияют на состав материала, его плотность, соблюдение способа изготовления, влагостойкость.

Теплопроводность кирпича разных типов

По справочным данным теплопроводность силикатного кирпича (сухой) составляет 0,8 Вт / м * К, Т кладки из него — 0,7 Вт / м * К. Значение этого параметра у керамического кирпича вверху, Т кладки из него — 0. .9 Вт / м * К. Следовательно, тепловой показатель передачи энергии у силиката меньше, чем у керамики, то есть первый дольше сохраняет тепло, поэтому его применяют для отделочных работ на фасадах зданий за счет лучшего обеспечения теплоизоляционных характеристик. .


Теплопроводность пустотелого кирпича составляет 0,3-0,4 Вт / м * К, то есть теплопотери увеличиваются почти вдвое. В результате такие постройки требуют дополнительного утепления.

Величина облицовки кирпича по этой характеристике зависит от вида, так как он делится на керамический, силикатный и клинкерный.Самый высокий уровень Т у клинкера, самый низкий — у керамики. Силикат намного холоднее керамики, и наиболее популярным в этом плане является гиперпрессованный. Чем плотнее и прочнее строительный материал, тем выше уровень его т.

.

Красный кирпич имеет коэффициент теплопроводности в зависимости от технологии его производства. За счет достаточной плотности и пустотности от 40% до 50% Т составляет 0,2 — 0,3 Вт / м * К. При таком значении толщина стен может быть значительно меньше, чем в здании из силиката.


Уровень тепловых характеристик шамотного кирпича очень важен из всех остальных показателей. Самое главное учитывать этот фактор при строительстве печей, а также каминов. Умение быстро отдавать тепло просто незаменимо, если вы хотите иметь такие виды отопления в своем доме.

Как известно, степень передачи тепловой энергии формируется такими различными качественными свойствами: массой, объемом, влажностью, пористостью, плотностью, влажностью, типами добавок.Большое количество пор, содержащих воздух, создает низкий уровень теплопроводности. Для обеспечения тепла в жилище следует выбирать стройматериалы с низким значением СТ, так как это напрямую влияет на выбор технологии утепления стен и системы отопления.

Итак, каждый тип кирпича имеет свой коэффициент теплопроводности (КТ), измеряемый в Вт / м ° C или в Вт / м * К. Для силикатных, керамических, полнотелых и пустотелых данные приведены выше. Облицовочная (лицевая) керамика имеет довольно низкий уровень — 0.3 — 0,5, а гиперпрессия, наоборот, — 1,1. Красная пустота — всего 0,3 — 0,5, «сверхэффективная» — от 0,25 до 0,26, полнотелая — от 0,6 до 0,7, глина — 0,56.

Кирпичные изделия разных производителей имеют разные физические характеристики. Поэтому строительные работы необходимо вести с учетом значений указанных коэффициентов, указанных в документации от производителя. Перед началом работ следует изучить всю сопутствующую информацию, прислушаться к рекомендациям опытных профессиональных строителей и только после этого быть готовым приступить к намеченному строительству.

Учитывается теплопроводность кирпича различных типов (силикатный, керамический, облицовочный, огнеупорный). Произведено сравнение кирпича по теплопроводности; Коэффициенты теплопроводности огнеупорного кирпича представлены при разных температурах — от 20 до 1700 ° С.

Теплопроводность кирпича существенно зависит от его плотности и конфигурации пустот. Кирпичи с более низкой плотностью имеют более низкую теплопроводность, чем высокую.Например, пенобетонный, диатомовый и изоляционный кирпич плотностью 500 … 600 кг / м 3 имеют низкое значение теплопроводности, которое находится в диапазоне 0,1 … 0,14 Вт / (м · град). .

Кирпич в зависимости от состава можно разделить на два основных типа: керамический (или красный) и силикатный (или белый). Величина теплопроводности кирпича этих типов может существенно различаться.

Кирпич керамический. Изготовлен из высококачественного красного цвета, составляющего около 85-95% его состава, а также других компонентов.Этот кирпич изготавливается методом формования, сушки и обжига при температуре около 1000 градусов по Цельсию. Теплопроводность керамического кирпича различной плотности составляет 0,4 … 0,9 Вт / (м · град).

Сфера применения керамического кирпича делится на рядовой строительный, огнеупорный и облицовочный. Лицевой декоративный (облицовочный) кирпич имеет ровную поверхность, однородный цвет и применяется для облицовки зданий снаружи. Теплопроводность облицовочного кирпича составляет 0,37 … 0,93 Вт / (м · град).

Кирпич силикатный. Изготовлен из очищенного песка и отличается от керамики по составу, цвету и теплопроводности. Теплопроводность силикатного кирпича несколько выше и составляет от 0,4 до 1,3 Вт / (м · град).

Сличение кирпичей по теплопроводности при 15 … 25 ° С
Кирпич Плотность, кг / м 3 Теплопроводность, Вт / (м · град)
Пеношамотный 600 0,1
Диатомит 550 0,12
Изоляция 500 0,14
Кремнезем 0,15
Бурли 700… 1300 0,27
Облицовка 1200… 1800 0,37… 0,93
Силикатная щель 0,4
Керамика красная пористая 1500 0,44
Керамический полый 0,44… 0,47
Силикат 1000… 2200 0,5… 1,3
Шлак 1100… 1400 0,6
Керамика красная плотная 1400… 2600 0,67… 0,8
Силикат из тех.по voids 0,7
Клинкер полнотелый 1800… 2200 0,8… 1,6
шамот 1850 0,85
динас 1900… 2200 0,9… 0,94
Хромит 3000… 4200 1,21… 1,29
Хромомагнезит 2750… 2850 1,95
Хром-магнезит жаропрочный 2700… 3800 4,1
Магнезит 2600… 3200 4,7… 5,1
Карборунд 1000… 1300 11… 18

Теплопроводность кирпича зависит также от его структуры и формы:

  • Пустотелый кирпич — изготавливается с пустотами, сквозными или глухими и имеет более низкую теплопроводность по сравнению с монолитным изделием.Коэффициент теплопроводности пустотелого кирпича составляет от 0,4 до 0,7 Вт / (м · град).
  • полнотелый — используется, как правило, при основном возведении несущих стен и конструкций и имеет большую плотность. Полнотелый силикатный и керамический кирпич проводят тепло лучше пустотелого в 1,5-2 раза.

Печной или огнеупорный кирпич. Предназначен для использования в агрессивных средах, применяется для закладки печей, каминов или теплоизоляции помещений, находящихся под воздействием высоких температур.Огнеупорный кирпич обладает хорошей термостойкостью и может использоваться при температуре до 1700 ° С.

Теплопроводность огнеупорного кирпича при высоких температурах увеличивается и может достигать значений 6,5 … 7,5 Вт / (м · град). Более низкая теплопроводность по сравнению с различными пенобетонными и диатомитовыми кирпичами. Теплопроводность такого кирпича при максимальной температуре применения (850 … 1300 ° С) составляет всего 0,25 … 0,3 Вт / (м · град). Следует отметить, что коэффициент теплопроводности шамотного кирпича, который традиционно используется для кладки печей, выше и равен 1.44 Вт / (м · град) при 1000 ° C.

Теплопроводность огнеупорного кирпича в зависимости от температуры
Кирпич Плотность, кг / м 3 Теплопроводность, Вт / (м · град) при температуре, ° С
20 100 300 500 800 1000 1700
Диатомит 550 0,12 0,14 0,18 0,23 0,3
динас 1900 0,91 0,97 1,11 1,25 1,46 1,6 2,1
Магнезит 2700 5,1 5,15 5,45 5,75 6,2 6,5 7,55
Хромит 3000 1,21 1,24 1,31 1,38 1,48 1,55 1,8
Пеношамотный 600 0,1 0,11 0,14 0,17 0,22 0,25
шамот 1850 0,85 0,9 1,02 1,14 1,32 1,44

Источники:

  1. Физические величины.Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина и другие; автор: ed. ЯВЛЯЕТСЯ. Григорьева — М .: Энергоатомиздат, 1991 — 1232 с.
  2. Таблицы физических величин. Справочник. Эд. Акад. И.К. Кикоин. М .: Атомиздат, 1976. — 1008 с. Строительная физика, 1969 — 142 с.
  3. Духовки промышленные. Справочное руководство по расчетам и проектированию. 2-е издание, дополненное и переработанное, Казанцев Э. И. М .: Металлургия, 1975 — 368 с.
  4. Х. Вонг. Основные формулы и данные по теплопередаче для инженеров.Справочник. М:. Атомиздат 1979 — 212 с.

Кирпич в строительстве используется везде, как для крупногабаритных построек, так и для частных построек. Такая популярность оправдана, ведь этот строительный материал имеет множество параметров, в том числе прочность, долговечность и относительно хорошую звуко- и теплоизоляцию. Основным конкурентом в частном строительстве здесь является древесина, поэтому сравним теплопроводность кирпича и дерева.

Для начала разберемся, что такое кирпич, какие бывают его разновидности, что, где и когда используют.После этого вам будет представлен обзор деревянных строительных материалов с описанием их качеств и недостатков. Ну и в заключение делаем вывод, какой материал лучше и как его правильно применять в строительстве.

Конечно же, мы уделим много внимания теплопроводности, и опишем этот параметр для всех рассматриваемых здесь видов стройматериалов. Сравнение даст вам возможность сделать правильный выбор.

Виды кирпича

Клинкер

Эта разновидность имеет самую высокую теплопроводность.Именно поэтому, несмотря на прекрасные качественные показатели прочности, при возведении стен этот материал используется редко. Его чаще всего используют для мощения дорог и устройства полов в производственных помещениях.

Коэффициент (λ) равен значению — 08 — 09 Вт / (м * К). Это очень большой показатель, который делает бессмысленным использование клинкера для строительства утепленных конструкций. Для этих целей есть другие строительные материалы.

Силикат

Далее идет строительный материал из силиката.Разновидностей этого строительного продукта много, и уровень теплопотерь здесь напрямую зависит от веса агрегата. То есть, чем меньше весит силикатный брикет, тем меньше потерь тепла будет у построенного из него здания.

Таким образом, твердый брикет, например, двойной силикатный кирпич М 150, будет значительно терять тепло (λ — 0,7 — 0,8). Но уже щелевой силикат будет иметь коэффициент равный значению — 0,4, что почти вдвое эффективнее.

Однако силикат, будучи дешевым продуктом, требует качественной дополнительной изоляции.Да и показатели прочности и долговечности у него довольно посредственные.

Керамика

К ним относятся:

  • Полнотелый
  • Пустотелый.
  • Огнеупор.
  • Прорезь.
  • Теплая керамика.

Все эти материалы используются при кладке. У каждого из них своя ценность сохранения и теплопотерь. Логично, что у полнотелого материала самый слабый показатель сохранения тепла — 05-0.8 Вт / (м * К). Это связано с его весом.

Отдельно стоят огнеупорные керамические строительные материалы. Например, теплопроводность шамотного кирпича принимает значение 06-08 Вт / (м * К). Этот индикатор практически идентичен индикатору.

Это совпадение неудивительно, ведь шамот — это брусок из обожженной глины с улучшенными огнеупорными качествами.

Прочие виды

Следует отметить, что теплопроводность керамического кирпича самая низкая среди всех видов строительных материалов такого типа.Понятно, что дело в том, что не вся керамика не теплопроводна, как было отмечено выше, многое зависит от веса строительного брикета.

Итак, наиболее токонепроводящей является керамика, а теплая керамика мы отмечали ранее. Пористый брусок, сделанный таким образом, что помимо имеющихся трещин он имеет еще и особую структуру, уменьшающую его собственный вес. Этот фактор дает возможность экономить тепло.

Или, может быть, дерево

Дерево — тоже вариант.

Преимущества деревянных конструкций

Как уже упоминалось в начале, мы сравниваем теплопроводность кирпичной кладки и деревянных конструкций.Естественно, у нас ничего не получится без обзора свойств самого этого дерева. Сравниваем не только теплопроводность, но и другие важные характеристики.

Итак, начнем с показателя сохранности тепла. Деревянные конструкции здесь лучше многих кирпичных аналогов. Дерево в силу своих особенностей имеет гораздо меньший коэффициент λ.

Но обо всем по порядку. Сравнивая теплопроводность дерева и кирпича, нужно понимать, что древесина бывает разной.

Вот наиболее часто используемые породы деревьев, а также изделия из них:

  • Массив дуба.
  • Хвойные породы.
  • ДСП и аналогичные плиты.

Все они имеют коэффициент теплопроводности, который значительно меньше, чем у кирпичных строительных материалов. Самый низкий показатель древесины, которая разрезается вдоль волокон. Там λ равно 0,1.

Но даже для древесины, распиленной поперек волокон, показатель теплопотерь минимален — 0,18 — 0.23 Вт / (м * К). DSP имеет это значение в диапазоне 0,15 Вт / (м * К).

Недостатки деревянных конструкций

Становится ясно, что древесина больше подходит для возведения стен в зданиях, так как она обладает лучшими свойствами, необходимыми для экономии тепла. Но почему кирпичная кладка все же более распространена?

Ответ прост. Несмотря на то, что коэффициент теплопроводности кирпича выше, чем у деревянной конструкции, последняя имеет ряд недостатков, которые подталкивают строителей в пользу кладки.

К этим недостаткам относятся:

  • Цена. Качественная древесина, особенно цельная (а другая для возведения стен и не подходит) стоит довольно больших денег.
  • Прочность. Несмотря на свою стоимость, дерево недолговечно, подвержено таким неприятностям, как усадка, образование посинения, гниль и т. Д. Чтобы всего этого избежать и продлить срок службы, деревянные конструкции необходимо дополнительно обрабатывать специальными веществами. .
  • Пожарная опасность Горит дерево.И горит очень хорошо. Кирпичная кладка, а тем более шамот, во много раз пожаробезопасна, чем деревянная конструкция.
  • Воздействие факторов окружающей среды. Дерево очень боится солнца, осадков и прочего.

Понятно, что наличие столь существенных недостатков, устранение которых требует больших денежных затрат, отпугивает потенциального потребителя. Отличная теплопроводность деревянных конструкций не способна спасти положение, и большее количество потребителей отдают предпочтение кирпичным конструкциям.

В основном из дерева строят элитное жилье, на котором никто не думает экономить. Для обычных построек используется старый добрый строительный кирпич.

Приступаем к делу

Итак — выбор очевиден.

Что построить

Итак, мы решили, что лучшим вариантом для возведения стен будут керамические стройматериалы. Хотя эти изделия не блещут низкими теплопроводными свойствами, однако по другим показателям они намного привлекательнее дерева.

Понятно, что создать теплый дом из одного кирпича не удастся. Понадобится грамотная дополнительная изоляция.

Не будем здесь останавливаться на том, какими материалами лучше утеплить стены. Отметим лишь некоторые случайные моменты.

Коэффициент теплопроводности кирпичной стены, как уже говорилось, довольно высокий (доходит до значения 0,8 в зависимости от типа материала). При использовании в зимнее время кирпичной кладки и теплоизоляционного материала могут возникнуть проблемы, связанные с накоплением влаги внутри стены.Это очень негативно сказывается на его качественных свойствах и долговечности.

Чтобы предотвратить такую ​​ситуацию, есть одна инженерная уловка. Об этом и поговорим дальше.

Да, такая уловка называется воздушной прослойкой в ​​кирпичной кладке. О нем знают многие, но не все правильно его создают.

Вот инструкция по созданию воздушной прослойки:

  • В первом ряду кладки между кирпичными брусками оставлены щели, которые нельзя заполнить цементным раствором.Расстояние между этими промежутками должно быть около 1 метра.
  • По всей высоте стены между кирпичной кладкой и изоляцией остается небольшое пространство, через которое воздух должен «проходить».

Таким образом создается вентиляция и регулируется температура в помещении.

Примечание! Ни в коем случае нельзя делать стяжку или другое перекрытие на последнем ряду кладки, которое закрыло бы путь для циркуляции воздуха. Тем самым вы лишаете всю идею воздушной прослойки.

Наконец

Как видите, теплопроводность кирпичной кладки можно снизить, не прибегая к каким-либо радикальным методам. И самое главное, вам не нужно тратить большие суммы денег или жертвовать качественными показателями своего дома.

Кроме того, если вы решите построить стены из огнеупорного кирпичного материала, то вы получите дополнительную степень безопасности, которую вы не достигли бы, построив фундамент из дерева. Несмотря на то, что теплопроводность шамотного кирпича довольно высока, все же хороший выбор в пользу безопасности.

Также следует отметить и показатель изоляции воздушного шума кладки. Как и теплопроводность, сверхкачественных показателей у него нет, но вполне достаточно. А с дополнительной звукоизоляцией вы будете чувствовать себя очень комфортно.

При создании муфты из керамического материала показатель воздушного шума колеблется на границе 50 дБ. Это среднее значение с тенденцией к занижению.

Впрочем, вполне комфортно. При армировании кладки звукоизоляционными материалами можно увеличить значение шумоизоляции до стабильного среднего значения.

Вывод

Понятно, что кладку можно сделать своими руками. На нашем сайте вы найдете много информации о том, как это сделать. Вы найдете информацию о кладке, как из кирпича, так и из пеноблока. Этот материал, кстати, интересен многими своими характеристиками.

Говоря о теплопроводности красного кирпича, хотел бы закончить разговор на следующем. Этот показатель очень важен для дома: не пренебрегайте им, и тогда тепло не уйдет из вашего дома.Если у вас остались вопросы, то в представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме.

Новые материалы не могут не восхищать своими характеристиками и возможностями. Польза строительных технологий с их помощью неоспорима. Искусственные и комбинированные строительные материалы превосходят традиционные сразу по нескольким ключевым параметрам, а зачастую и в несколько раз. Однако нельзя сбрасывать со счетов и традиционные материалы: кирпич, например, был и остается востребованным.

Большинство домов кирпичные: в этом нетрудно убедиться. То есть все знают о способности этого материала успешно противостоять атмосферным явлениям.

Известны также механическая прочность и долговечность этого материала, а также экологическая безопасность. Кроме того, кирпич обладает хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, морозостойкостью. Все эти качества делают его одним из лучших строительных материалов.

Виды кирпича

Ранее этот материал выпускался двух видов: белый (силикатный) и красный (керамический) полнотелый.Иногда встречались керамические пустоты. Современные керамические кирпичи бывают разных цветов и оттенков: желтого, кремового, розового, бордового. Их фактура тоже может быть разной. Однако по способу изготовления и составу они все же подразделяются на керамические и силикатные.

У них нет ничего общего, кроме геометрических параметров. Керамика состоит из обожженной глины (с различными добавками), а силикат — из извести, кварцевого песка и воды. Тактико-технические характеристики обоих типов регламентируются разными нормативными документами, которые обязательно учитываются в строительной отрасли.

Керамический кирпич более популярен. Его разновидности: полнотелые, пустотелые, облицовочные с разной текстурой поверхности. Свойства этого строительного материала и его эстетические качества, разнообразие цветов и форм делают его уникальным и подходящим для возведения любых построек.

Назначение кирпича различных типов и их отличительные особенности

Кирпич по назначению делится на специальный, строительный и облицовочный. Конструкция применяется для кладки стен, фасады — для украшения фасадов, а в особых случаях — для особых (например, для кладки печи, камина или дымохода).

Полнотелый кирпич содержит не более 13% пустот: он используется для возведения стен (внешних и внутренних), столбов, колонн и т. Д. Конструкции из такого материала способны нести дополнительную нагрузку за счет высокой прочности на сжатие, изгиб и хорошей морозостойкости керамического кирпича. Теплоизоляционные свойства зависят от пористости, а от нее зависит водопоглощение, способность материала сцепляться с кладочным раствором. Этот материал имеет не очень хорошее сопротивление теплопередаче, в связи с чем стены жилых домов должны быть выполнены достаточной толщины или дополнительно утеплены.


У пустотелого кирпича объем пустот может достигать до 45% от общего объема изделия, следовательно, его вес меньше, чем у полнотелого. Подходит для возведения светлых стен и наружных стен, они заполняют каркасы многоэтажных домов. Пустоты в нем могут быть как сквозными, так и закрытыми с той или иной стороны. Форма пустот — круглая, квадратная, овальная, прямоугольная. Располагают их вертикально и горизонтально (последнее менее удачно, так как такая форма менее прочная).

В пустотном кирпиче объем пустот может достигать 45% от общего объема изделия.

Пустоты могут сэкономить довольно много материала, из которого можно сделать кирпичи. Кроме того, он значительно повышает его теплоизоляционные свойства. При этом важно, чтобы консистенция раствора была настолько густой, чтобы он не заполнял воздушные полости.

Кирпич облицовочный применяют соответственно для облицовки зданий. Обычно его размеры такие же, как у стандартного, но в продаже есть и изделия меньшей ширины.Чаще всего его делают пустотелым, что определяет его высокие тепловые характеристики.

Среди специальных кирпичей наиболее распространены огнеупорный (обжиговый) и теплоизоляционный. Оба используются для строительства каминов и печей (в том числе мартеновских). Они сделаны из особой шамотной глины, но имеют другое предназначение. Огнеупор предназначен для выдерживания температур свыше 1600 ° С, а теплоизоляционный — для предотвращения нагрева наружных стен печей и потерь тепла. Если вы построите стены из этого материала, они хорошо сохранят тепло.Но слабая прочность материала позволяет только заливать их стены.

Клинкерный кирпич облицовывает цоколи зданий. Обладает высокой морозостойкостью и механической прочностью за счет использования при их изготовлении огнеупорных глин. Необработанный обжиг проводится при более высоких температурах, чем обычно.

Что такое теплопроводность

Этот термин относится к способности материала передавать тепловую энергию. Эта способность в данном случае выражает коэффициент теплопроводности кирпича.Для клинкера этот показатель составляет порядка 0,8 … 0,9 Вт / м К.

Силикат имеет меньшую теплопроводность и в зависимости от количества содержащихся в нем пустот делится на: щелевые (0,4 Вт / м · К), с техническими пустотами (0, 66 Вт / м К), полнотелая (0,8 Вт / м К).

Керамика еще легче, поэтому этот показатель еще меньше. Для полнотелого кирпича она находится в пределах 0,5 … 0,8 Вт / м К, для щелевого кирпича — 0,34 … 0,43 Вт / м К и для пористого кирпича — 0,22 Вт / м К. Характеризуется пустотелый кирпич. на 0.57 Вт / м К. Этот показатель непостоянен и варьируется в зависимости от пористости материала, количества и расположения пустот.

Утверждение о том, что кирпич обладает высокой теплопроводностью, не совсем верно: некоторые виды этого материала проводят тепло даже хуже, чем газобетонные блоки. Сочетание прочностных свойств полнотелого кирпича и теплоизоляционных свойств пустотелой (а еще лучше — пористой керамики) позволяет строить надежные и энергоэффективные здания.

Производство полых керамических изделий в России стало составлять около 80%.Значительно расширился ассортимент эффективных керамических изделий, в том числе из пористой керамики. Оборудование для производства пустотелого кирпича и камня в основном импортное, приобретение которого началось в первые годы перестройки. В кирпиче и камне допустимые размеры щелевых пустот увеличены с 12 до 16 мм, диаметр вертикальных цилиндрических пустот и размер стороны квадратных пустот — с 16 до 20 мм. Более крупные пустоты введены в ГОСТ 530-95.При этом Госстрой России планировал поручить НИИ совместно со строителями разработать новые технологии кладки, исключающие заполнение пустот раствором, аналогичным зарубежным.

Поскольку работы по новым технологиям не завершены, большинство строительных организаций продолжают кладку стен по технологии, разработанной для полнотелого кирпича. В результате расход раствора для кладки стен увеличился с 0.От 20-0,24 м 3 до 0,3-0,4 м 3, что привело к набегам цемента 50-100 кг на кубометр кладки и раствора до 300 кг. Попавший в пустоты раствор снижает теплозащитные свойства стен без улучшения их прочностных свойств. Экспериментальные исследования температурно-влажностного режима кладки из современного пустотелого кирпича и камня позволили ввести в новый ГОСТ 530-2007 требования, отражающие современную ситуацию в кирпичной промышленности и строительстве.Было бы неправильно вводить обязательные требования, ограничивающие размер пустот в кирпичах и камнях до 8-12 мм, так как это повлечет временную остановку для многих предприятий. При этом избежать заполнения раствором пустоты размером более 12 мм можно при возведении стен с применением различных технологических приемов. Решение, принятое в ГОСТ 530-2007, позволяет фабрикам и строителям самостоятельно выбрать для себя более приемлемый вариант.

Новые требования, внесенные в стандарт, отражают заинтересованность строительной отрасли в объективной оценке тепловых характеристик продукции и улучшении ее качества.Определение коэффициента теплопроводности пустотелой кирпичной и каменной кладки будет проводиться на фрагменте стены, выполненной по технологии, исключающей заполнение пустот кладочным раствором. то есть с такой же скоростью потока по сравнению с полнотелыми. Этот метод позволяет производителю сравнивать тепловые характеристики своей продукции с производимой на других заводах, так как изготовление фрагмента стены для испытаний полностью исключает эффект нарушений технологии кладки стены, часто допускаемых в строительных условиях. .Свалить вину за снижение теплозащитных качеств на кирпичных заводах на строителей будет практически невозможно. При этом не запрещается испытание пустотелого кирпича и камня на фрагментах стен или непосредственно на стенах эксплуатируемого здания, построенного по технологии, применяемой для кладки полнотелого кирпича, что должно быть зафиксировано в протоколе испытаний. Полученные значения теплопроводности кладки в обоих направлениях могут быть использованы при проектировании наружных стен при соблюдении соответствующих коэффициентов теплопроводности технологического регламента, являющегося неотъемлемой частью конструкции здания.Данные в таблице D.2, приведенные в стандарте, позволяют производителю принять разумное решение по улучшению тепловых характеристик керамических стеновых или стеновых кирпичей и камня. Для этих целей целесообразно увеличить количество щелевых пустот за счет уменьшения их ширины с перекрытием через теплопроводящие керамические диафрагмы, чтобы увеличить пористость черепка. Рациональный размер и расположение пустот в кирпиче позволят на 30% снизить теплопроводность кладки по сравнению с кладкой из кирпича с заполненными раствором пустотами стандартных размеров.Информация о тепловых свойствах кладки позволяет заказчику выбрать подходящую ему продукцию или поставить на заводе вопрос о производстве кирпича с уменьшенными пустотами и улучшенными теплозащитными свойствами. Дополнительные затраты заказчика на развитие производства пустотелого кирпича или камня с улучшенными теплофизическими свойствами окупятся при строительстве за счет снижения расхода цемента до 50-100 кг на кубометр кладки стен.

Установившаяся практика возведения стен из пустотелого теплоэффективного камня и кирпича по той же технологии, что и полнотелая, снизила конкурентоспособность огнестойких прочных конструкционных теплоизоляционных стен и облицовочного кирпича и камня по сравнению с явно худшими материалами в решении проблема энергосбережения и повышения прочности наружных стен.

В новый стандарт вводится новое требование, устанавливающее марку морозостойкости лицевого керамического кирпича не ниже Р 50. Это повышение связано с качественным изменением физических процессов в наружных стенах с повышенным уровнем термической стойкости. изоляция, что привело к большему количеству циклов внешних температурных переходов в облицовочном слое, что привело к преждевременному разрушению наружных стен.

Для определения морозостойкости кирпича принят метод объемного замораживания, более жесткий, чем метод одностороннего замораживания.Статистически обработанные результаты испытаний, полученные методом одностороннего замораживания, примерно на 20% дают больше, чем данные, полученные методом объемного замораживания. При разработке метода одностороннего замораживания считалось, что использование метода объемного замораживания приводит к «необоснованному» выбракованию практически прочных кирпичей и, как следствие, к дополнительным технологическим затратам. Также предполагалось, что пропущенный брак при проверке методом односторонней заморозки принесет меньший ущерб народному хозяйству, чем отбраковка хороших продуктов при замораживании в больших количествах.Но практика эксплуатации зданий показала, что стоимость ремонта поврежденных участков на фасадах стен из допущенных к строительству бракованных кирпичей после испытаний методом одностороннего замораживания значительно превышает стоимость производства лицевого кирпича повышенной морозостойкости. . Это также создает большие трудности при ремонте подбором цвета лицевого кирпича, что приводит к ухудшению внешнего вида фасада построек.


Таблица. Тепловые свойства кирпичной кладки из пустотелого керамического кирпича
Название кирпича Плотность, кг / м 3 Расход раствора на 1 м 3 кирпичной кладки, м 3 Массовая доля влажности кирпичной кладки в условиях эксплуатации Б, ω,% Теплопроводность кирпичной кладки, λ b, Вт / (м * o C) Превышение в% наименьшего значения λ при ω = 1.8% (т.е. без заполнения пустот раствором)
кирпич кладка
На цементно-известково-песчаном растворе ϒ = 1800 кг / м 3
Керамика 1000 1180 0,23 1,8 0,43
21 полый 1000 1310 0,30 2,3 0,54 25,6
с размером пустот 20х20 мм 1000 1490 0,40 2,9 0,59 37,2
Также
Также 1400 1490 0,23 1,8 0,56
1400 1620 0,30 2,3 0,65 16,0
1400 1800 0,40 2,9 0,70 25,0
На цементно-песчаном растворе ϒ = 2000 кг / м 3
Также 1400 1540 0,23 1,8 0,58
1400 1680 0,30 2,3 0,74 27,6
1400 1880 г. 0,40 2,9 0,77 32,8

Реализация требований межгосударственного стандарта значительно повышает роль производителей пустотелого керамического кирпича и камня во взаимоотношениях с проектировщиками и строителями в решении задачи повышения теплозащитных качеств и долговечности наружных энергетических стен. -эффективные здания.

Если бы материалы кладки находились в эксплуатации в сухом состоянии, то высокое содержание цементно-известково-песчаного раствора плотностью 1800 кг / м 3 не привело бы к заметному снижению теплозащитных качеств наружного кирпичные стены, так как его коэффициент теплопроводности (λ), равный в этих условиях 0,58 Вт / (м * o C), при той же плотности, что и керамика (1800 кг / м 3), немного превышает его теплопроводность, равную 0,55 Вт / (м * o C). Но, к сожалению, они в условиях эксплуатации имеют существенно разную влажность, что значительно увеличивает λ стены.Сорбционная влажность цементно-известково-песчаного раствора приближается к 5%, а полнотелого керамического кирпича не превышает 1%.

Сорбционная влажность стеновых и облицовочных материалов из пористой керамики, например ОАО «Победа ГРП», как правило, не превышает 0,6%. Экспериментально определенная эксплуатационная влажность кирпичной кладки на образцах, отобранных со стен с массовым соотношением материалов (кирпич: раствор) 3: 1 при относительной влажности наружного воздуха φ n = 97%, соответствующей Шри в январе месяце (г. Москва). , Г.-Петербург), это значительно большее значение. Уместно отметить преимущество этой стены из пористой керамики (рис. 1). На его меньшее значение рабочей влажности повлияла не только особенность пористой структуры, но и значительно меньшее количество раствора в стенках из крупноформатных керамических камней. В условиях эксплуатации кирпичная стена собирает наибольшее количество влаги в период максимального накопления влаги, то есть в марте месяце. В этот период кирпич и раствор находятся в супервпитывающем состоянии.Собравший влагу раствор в результате контакта отдает ее порам кирпича, увеличивая общую влажность кладки. Влага, закрытая в крупные поры, имеет теплопроводность 0,55 Вт / (м * o C), что почти в 20 раз превышает теплопроводность влажного воздуха, равную 0,027 Вт / (м * o C). В сильные морозы часть накопленной влаги в известково-цементно-песчаном растворе и в гораздо меньшем объеме в керамике превращается в лед, теплопроводность которого равна 2.3 Вт / (м * o C), что в 4 раза превышает теплопроводность жидкой влаги. Кроме того, образующийся лед является преградой в стене на пути выхода пара из помещения. Это увеличивает влажность материалов и снижает теплозащитные качества стены и морозостойкость облицовочного кирпича в слое облицовки.

По этим причинам на основании результатов полевых и лабораторных исследований расчетное (нормативное) значение рабочей влажности плотной кирпичной кладки для условий эксплуатации B принято равным 2%, что значительно превышает максимальную сорбционную влажность керамики, равную 1%.Для раствора цементно-известкового раствора стандартное значение влажности для условий эксплуатации B принято равным 4%. Это немного ниже максимального значения сорбции 5-6%. Часть влаги из раствора переносится на соседнюю керамику. Особенно это заметно в кладке из пустотелого кирпича, которая имеет более развитую внешнюю поверхность, контактирующую с влажным раствором, почти в два раза превышающую размер полнотелой. Да и раствора в кладке из пустотелого кирпича на 30-40% больше, чем в кладке из полнотелого.Таким образом, пустотелый кирпич быстрее переходит в состояние эксплуатационной влажности.

Определение количественных зависимостей влияния кладочного раствора на влажностный режим стен проводилось в климатической камере на трех фрагментах стен размером 1,8 х 1,8 х 0,38 м, изготовленных в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко вместе с НИИСФ. В кирпичах использовался завод Голицына с шириной пазов 12, 16 и 20 мм. При изготовлении осколков измеряется расход раствора.Аналогичные испытания проводились в естественных условиях и в климатической камере на стенах толщиной 640 мм из кирпича с квадратными пустотами 20 х 20 мм. Изготовление фрагментов стен для испытаний производилось квалифицированными каменщиками с фиксированным расходом раствора 0,23 м3, 0,3 и 0,4 м3 на кубометр кладки. Раствор был нанесен цементно-известково-песчаный плотностью 1800 кг / м 3 состава 1: 0,9: 8 (цемент: известь: песок) по объему на портландцемент марки 400 с осадкой 9 см. Стены, испытанные в натурных условиях, были выполнены по технологии, разработанной для полнотелого кирпича, то есть с частичным заполнением пустот раствором.Консистенция и плотность раствора не контролировались. Было разрешено «омолодить» неиспользованный до обеда раствор, то есть с нарушениями технологических регламентов, присущих условиям строительства. Таким образом, результаты тепловых испытаний кладки стен в естественных условиях существенно в худшую сторону отличались от результатов, полученных в климатической камере. Анализ результатов испытаний проводился по данным, полученным в климатической камере. Фрагменты стен выполнены из 21-полого кирпича плотностью 1000 кг / м 3 и 1400 кг / м 3 с размером пустот 20 х 20 мм.Фрагменты укладывались на цементно-известково-песчаный раствор плотностью 1800 кг / м 3 с осадкой конуса 9 см. Толщина горизонтальных швов раствора составляла 12 мм, вертикальных 10 мм. Для сравнения теплотехнической эффективности фрагментов стены первый был выполнен по технологии, полностью исключающей заполнение пустот раствором, то есть по технологии соответствующая кладка из полнотелого кирпича. Расход раствора составил 0,23 м3. Второй и третий фрагменты выполнены соответственно с расходом 0.3 м 3 и 0,4 м 3 на один кубометр кладки, то есть с частичным заполнением пустот. Плотность кладки из пустотелого кирпича плотностью 1000 кг / м 3 соответственно составила 1180 кг / м 3, 1310 кг / м 3 и 1490 кг / м 3. Из пустотелого кирпича плотностью 1400 кг / м 3. плотность увеличилась до 1492 кг / м 3, 1618 кг / м 3 и 1798 кг / м 3.


Для достижения состояния равновесной влажности, соответствующего воздушно-сухому состоянию в климатической камере, перед испытаниями при t B = 20 o C, φ B = 40% фрагменты хранились в специальном помещении.Поскольку наступление стационарных условий диффузии водяного пара требует длительного времени, исследования в климатической камере проводились в течение трех месяцев при t H = -20 o C, t B = 20 o C. Были взяты образцы материалов для определения влажности. в соответствии с расходом на 1 м 3 стены. То есть при расходе 0,23 м 3 это соотношение составляло 1: 3 (одна часть раствора: три части керамики), на 0,3 м 3 брали 1: 2, а при 0,4 м 3 соответственно. 1: 1,5. В кладке, выполненной с нормой расхода 0.23 м 3 влажность керамики с 0,2% в воздушно-сухом состоянии увеличилась до 1,2% с максимальным значением 2,2% на расстоянии 0,33 толщины стенки от внешней поверхности. Влажность раствора в этом месте составляет 5,4% при среднем значении 3,3%. Среднее массовое соотношение влажности кладки составило 1,8% при максимальном значении 3,8%. При увеличении расхода раствора до 0,3 м 3 на 1 м 3 кладки из пустотелого кирпича среднее значение влажности кладки составляет 2.3%; при расходе раствора 0,4 м 3 влажность кладки увеличилась до 2,9% (рис. 2). В последних двух случаях среднее соотношение массы влаги, соответственно, было на 15% и 45% выше стандартного значения, равного 2%. Во всех трех случаях массовое соотношение влажности (максимальное и среднее значения) цементно-известково-песчаного раствора в кладке практически не увеличивается и, тем более, не уменьшается. Среднее значение влажности кладки растет быстрее, чем влажность раствора.Это, очевидно, связано со способностью раствора отдавать сверхабсорбированную влагу керамике при контакте и компенсировать потерянное количество из-за диффузии водяного пара из теплого помещения.

Коэффициент теплопроводности кладки из пустотелого кирпича с диапазоном плотности 1000-1400 кг / м 3, которой практически соответствует практически весь пустотелый кирпич, выпускаемый нашей промышленностью, при расходе раствора 0,23 м 3 в сухом состоянии составляет в диапазоне от 0,26 до 0,41 Вт / (м * o C). Разница не превышает 16%.


При увеличении расхода раствора до 0,3 м 3 плотность кладки, например, из пустотелого кирпича ϒ = 1000 кг / м 3 увеличивается с 1180 кг / м 3 до 1310 кг / м 3. При расходе 0,4 м 3 плотность кладки увеличивается до 1490 кг / м 3. Средняя влажность кирпичной кладки колеблется от 1,8% до 2,3% и 2,9% соответственно. Такое изменение влажности и плотности приводит к увеличению теплопроводности стены с 0,43 до 0.54 Вт / (м * o C) и 0,59 Вт / (м * o C), то есть на 25,6% и 37 соответственно на 2%. При плотности кирпича 1400 кг / м 3 в результате увеличения расхода раствора до 0,3 м 3 и 0,4 м 3 коэффициент теплопроводности кирпичной стены увеличивается с 0,56 Вт / (м * o С). до 0,65 и 0,70 Вт / (м * o С), то есть на 16% и 25,0%. Более значительное увеличение теплопроводности пустотелой кирпичной стены плотностью 1400 кг / м 3 происходит при использовании кладочного цементно-песчаного раствора плотностью 2000 кг / м 3, при том же расходе раствора равном 0.3 м 3 и 0,4 м 3 значение коэффициента теплопроводности увеличивается до 0,74 Вт / (м * o C и 0,77 Вт / (м * o C), то есть на 27,6% и 32,8%. Это также приводит к увеличению по плотности кладки (рис. 3, табл.). Однако следует отметить, что наличие кладки цементно-известково-песчаного раствора плотностью 1800 кг / м 3 в пустотах кирпича оказывает меньшее влияние на увеличение теплопроводности стены по сравнению с увеличением ее влажности, что связано с рыхлым состоянием раствора в пустотах, который представляет собой частицы (комки) неправильной формы, разделенные воздушными небольшими полостями.и примерно равной плотности уложенного пустотелого керамического кирпича (брутто).

Кроме того, раствор, попавший в пустоты, разделил большую воздушную полость на несколько воздушных пространств, каждая из которых в результате полного прекращения теплопередачи конвекцией имеет дополнительное тепловое сопротивление в стене. Создаваемое изменение условий теплообмена в какой-то мере компенсирует влияние избытка раствора на снижение теплозащитных качеств пустотелых кирпичных стен.Значительно худшие влажностные условия образуются в пустотах в результате применения кладочного тяжелого раствора плотностью 2000-2200 кг / м 3, особенно повышенной консистенции. Жидкий раствор легко проникает в пустоты, оседает в «литом» виде. Плотность, влажность и теплопроводность тяжелого раствора в воздушном зазоре практически не отличается от теплофизических параметров раствора, находящегося в горизонтальных швах кладки. Влажность тяжелого раствора в кирпичной кладке может увеличиваться до 6-8%, что изменяет влажность и теплопроводность стены на 30-40%.Разрушение кладочного раствора в пустотах создает для каменщиков большие проблемы в создании равномерного слоя раствора в горизонтальных швах кладки. Неудачный раствор образует щели в горизонтальных швах, создавая благоприятные условия для циркуляции воздуха в пустотах. Созданная таким образом продольная фильтрация воздуха снижает теплотехническую эффективность полых керамических стеновых и облицовочных материалов. Для того чтобы исключить условия попадания кладочного раствора в пустоты и создания ровного горизонтального шва без разрывов, ОАО «Победа ЛСР» начало реализацию крупноформатных пустотелых керамических изделий в обязательном порядке применять сетки с ячейками не более 10 х 10 мм. укладка в горизонтальные швы раствора.

Повышенная плотность и влагопоглощающая способность кладочного раствора в условиях эксплуатации наружных стен зданий значительно снижает теплозащитные свойства кирпича, уложенного на заводе. Негативное влияние тяжелого цементно-песчаного раствора может превышать тепловой эффект, получаемый от рационального расположения пустот и пористости керамики. Поэтому кладку пустотелого кирпича с пористой керамикой следует производить на легких (теплых) растворах с пониженной водопоглощающей способностью, достигаемой введением гидрофобных добавок.В зарубежной строительной практике при возведении стен руководствуются принципом соблюдения теплоизоляционных свойств кладочного раствора по теплоэффективности кирпича. Отечественной промышленностью для этих целей освоен выпуск широкого ассортимента теплых кладочных растворов плотностью от 1600 до 500 кг / м 3, теплопроводностью от 0,81 до 0,21 Вт / (м * o С). На строительном рынке большой объем аналогичной продукции и зарубежных фирм. Отмеченные выше различия теплофизических свойств кирпичной кладки из одного и того же кирпича, но на растворах с разными физическими параметрами создают определенные трудности при построении объективной зависимости коэффициента теплопроводности от плотности.Однако эта зависимость используется во многих зарубежных странах. В некоторых странах его устанавливают в зависимости от плотности кладки. Если установлена ​​зависимость теплопроводности от плотности кирпича, то указываются конкретные характеристики применяемого кладочного раствора. В отечественной строительной практике с 1962 года кладку производили на тяжелый раствор (СНиП НА. 7-62). Конкретное значение плотности и расхода раствора на кубометр кладки не указано. Из-за отсутствия информации о удельной плотности раствора значение теплопроводности кирпичной кладки, указанное в нормативном документе, в настоящее время не может быть четко понято, поскольку категория «тяжелые растворы» охватывает диапазон плотности от 1700 г. до 2200 кг / м 3 с разницей А до 40-50%.

Конечно, сегодня можно было бы признать, что приведенные данные соответствуют муфтам, сделанным на растворе плотностью 1800 кг / м 3, если в последующей редакции СНиП И-А. 7-71 ко всей кирпичной кладке плотностью от 1000 до 1800 кг / м 3 с одинаковыми значениями коэффициентов теплопроводности не указано, что они выполняются на каком-либо растворе. В редакции СНиП II-3-79 полностью сохранены значения А для пустотелой кирпичной кладки. Но для каждой плотности кладки добавлена ​​информация о плотности кирпича.Что касается слов «на любом растворе» или «тяжелом растворе», то они были заменены «на цементно-песчаный раствор» без указания плотности. В последующих редакциях СНиП 11-3-79 1982 и 1998 годов эти данные сохраняются. Они переехали в СП 23-101-2004 и отражают свойства, как и в 1962 году, трех типов пустотелого кирпича.

Такой неспецифический подход к нормированию теплопроводности керамического кирпича и камня был в некоторой степени терпимым до 1980 г. и даже до 1990 г., поскольку объем пустотелого кирпича в общем производстве керамических материалов не превышал 0.5%. В настоящее время его доля приближается к 80%. Номенклатура расширилась до 50 наименований. Заводы освоили новые технологии и перешли на более качественный уровень производства керамических изделий из пористой керамики в виде морозостойких кирпичей, крупноформатных камней, соответствующих размером от 4 до 15 условных кирпичей. Это позволило выполнить кладку из некоторых видов камней в несколько раз, чтобы снизить расход раствора. Использование пористой керамики, рациональное расположение пустот в кирпиче при большом разнообразии их форм позволило значительно улучшить тепловые свойства кирпича.

В нормативных документах СП 23-101-2004 пока не нашли отражения тепловые характеристики современных керамических изделий. Имеющиеся данные по трем типам пустотелого кирпича использовать нельзя, так как размер пустот в них не соответствует утвержденным параметрам в ГОСТ 530-95. Поэтому были проанализированы данные 70 заводов по теплопроводности производимых кирпичей и камней, полученные при испытаниях в аккредитованных лабораториях без заполнения пустот.Полученные статистически обработанные данные представлены на рис. 4.

По причинам, указанным выше, приведенные на рис. 4 данные по теплопроводности пустотелой кирпичной кладки плотностью 1000-1400 кг / м 3, выполненной без заполнения пустот раствором, несколько ниже приведенных данных. в СНиП о строительной теплотехнике с частичным заполнением пустот раствором, позже перенесенный в СП 23-101-2004. Наблюдаются некоторые различия в теплопроводности по сравнению с зарубежными данными.Например, кладка из крупноформатных камней пористой керамикой российского производства имеет более высокие значения теплопроводности.

Информация о теплофизических свойствах кладки из разных видов кирпича, которой будет располагать производитель, позволит заказчику выбрать подходящую ему продукцию или поставить на заводе вопрос о производстве кирпича с уменьшенными пустотами и улучшенными теплозащитными свойствами. Дополнительные затраты заказчика на развитие производства пустотелого кирпича или камня с улучшенными теплофизическими свойствами окупятся при строительстве за счет снижения расхода цемента до 50-100 кг на кубометр кладки стен.

Б / у книги

  1. ГОСТ 530-80. Керамический кирпич и камень. Технические условия. М., 1980.
  2. .
  3. ГОСТ 530-95. Керамический кирпич и камень. Общие технические условия. М., 1995.
  4. .
  5. ГОСТ 530-2007. Керамический кирпич и камень. Общие технические условия. М., 2007.
  6. .
  7. СНиП II-А. 7-62. Строительная теплотехника. Стандарты дизайна. М., 1963.
  8. СНиП II-А. 7-71. Строительная теплотехника. Стандарты дизайна. М., 1971.
  9. СНиП II-3-79.Строительная теплотехника. Стандарты дизайна. М., 1979.
  10. .
  11. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий. М., 2004.
  12. .

Ананьев А.И. , НИИСФ РААСН
Абарыков Б.П. , Минмособлстрой
С.А. Бегулев , А.С. Буланы ОАО «Победа ЛСР»
Журнал «Строительные технологии» 4 (66) / 2009


Измерение теплопроводности и моделирование изоляционных материалов из керамического волокна (Журнальная статья)

Хедли, Александр Дж., Хилман, Майкл Б., Роббинс, Арон С., Пиекос, Эдвард С., Стирруп, Эмили К. и Робертс, Кристин К. Измерения теплопроводности и моделирование изоляционных материалов из керамического волокна . США: Н. п., 2019. Интернет. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2018.10.060.

Хедли, Александр Дж., Хайлман, Майкл Б., Роббинс, Арон С., Пиекос, Эдвард С., Стирруп, Эмили К. и Робертс, Кристин К. Измерение теплопроводности и моделирование изоляционных материалов из керамического волокна . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.10.060

Хедли, Александр Дж., Хайлман, Майкл Б., Роббинс, Арон С., Пиекос, Эдвард С., Стирруп, Эмили К. и Робертс, Кристин С. Пт. «Измерение теплопроводности и моделирование изоляционных материалов из керамического волокна».Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.10.060. https://www.osti.gov/servlets/purl/1485821.

@article {osti_1485821,
title = {Измерение теплопроводности и моделирование изоляционных материалов из керамического волокна},
автор = {Хедли, Александр Дж. и Хайлман, Майкл Б. и Роббинс, Арон С. и Пиекос, Эдвард С.and Stirrup, Emily K. and Roberts, Christine C.},
abstractNote = {Изоляционные материалы из керамического волокна используются во многих приложениях (например, в аэрокосмической, противопожарной и военной) из-за их стабильности и производительности в экстремальных условиях. Однако термические свойства этих материалов не были полностью охарактеризованы для многих условий, которым они будут подвергаться, таких как высокие температуры, давления и альтернативные газовые атмосферы. Возникающая в результате неопределенность свойств материала может усложнить проектирование систем, использующих эти материалы.В этом исследовании теплопроводность двух изоляционных материалов из керамического волокна, ламината Fiberfrax T-30LR и бумаги 970-H, была измерена как функция температуры окружающей среды и сжатия в воздушной среде с использованием метода источника переходной плоскости. Кроме того, вводится модель для учета изменений теплопроводности в зависимости от температуры, сжатия и окружающего газа. Модель была настроена на собранные экспериментальные данные, и результаты сравниваются. Наконец, настроенная модель также сравнивается с опубликованными наборами данных, полученными в средах аргона, гелия и водорода, и обсуждается согласие.},
doi = {10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2018.10.060},
url = {https://www.osti.gov/biblio/1485821}, journal = {Международный журнал тепломассообмена},
issn = {0017-9310},
число = C,
объем = 129,
place = {United States},
год = {2019},
месяц = ​​{2}
}

научных принципов

научных принципов

Введение:

Керамика обладает характеристиками, позволяющими использовать ее в широкий спектр применений, включая:

  • высокая теплоемкость и низкий нагрев проводимость
  • коррозионная стойкость
  • электрически изолирующий, полупроводниковый или сверхпроводящий
  • немагнитные и магнитные
  • твердый и прочный, но хрупкий

Разнообразие их свойств проистекает из их связи и кристаллические структуры.

Атомная связь:

В керамических материалах встречаются два типа механизмов связывания: ионный и ковалентный. Часто эти механизмы сосуществуют из того же керамического материала. Каждый тип связи приводит к разным характеристики.

Ионные связи чаще всего возникают между металлическими и неметаллическими элементами. элементы, которые имеют большие различия в своей электроотрицательности. Ионно-связанный конструкции, как правило, имеют довольно высокие точки плавления, так как связи прочные и ненаправленные.

Другим важным механизмом соединения в керамических структурах является Ковалентная связь. В отличие от ионных связей, по которым переносятся электроны, ковалентно связанные атомы разделяют электроны. Обычно элементы вовлечены неметаллические и имеют небольшую электроотрицательность различия.

Многие керамические материалы содержат как ионные, так и ковалентные связи. Общие свойства этих материалов зависят от доминирующего склеивающий механизм. Соединения, которые являются либо в основном ионными, либо в основном ковалентные имеют более высокие температуры плавления, чем соединения, в которых ни один из видов связи не преобладает.

Таблица 1: Сравнение% ковалентного и ионного характера с несколькими температурами плавления керамического компаунда.
Керамическое соединение Точка плавления % Ковалентный характер % Ионный символ
Оксид магния 2798 27% 73%
Оксид алюминия 2050 37% 63%
Диоксид кремния 1715 49 51%
Нитрид кремния 1900 70% 30%
Карбид кремния 2500 89% 11%

Классификация:

Керамические материалы можно разделить на два класса: кристаллические и аморфные (некристаллические).В кристаллическом материалы, точка решетки занята либо атомами, либо ионами в зависимости от механизма связывания. Эти атомы (или ионы) расположены в регулярно повторяющемся узоре в трех измерений (т.е. имеют дальний порядок). В отличие, в аморфных материалах атомы обладают только ближним порядком. Некоторые керамические материалы, такие как диоксид кремния (SiO 2 ), могут существуют в любой форме. Кристаллическая форма SiO 2 результаты когда этот материал медленно охлаждается от температуры (T> T MP @ 1723 ° C).Способствует быстрому охлаждению некристаллическое образование, так как время не отводится на заказ договоренности сформировать.

 Кристаллический диоксид кремния Аморфный диоксид кремния
(обычный образец) (случайный образец) 
Рисунок 1 : Сравнение физического строения обоих кристаллический и аморфный диоксид кремния

Тип связи (ионная или ковалентная) и внутренняя структура (кристаллическая или аморфная) влияет на свойства керамические материалы.Механические, электрические, тепловые и оптические Свойства керамики будут рассмотрены в следующих разделах.

Тепловые свойства:

Важнейшие термические свойства керамических материалов: теплоемкость, тепловое расширение коэффициент и теплопроводность. Многие приложения керамика, например, ее использование в качестве изоляционных материалов, относится к эти свойства.

Тепловая энергия может храниться или передаваться твердым телом.Способность материала поглощать тепло из окружающей среды составляет его теплоемкость. В твердых материалах при T> 0 K атомы постоянно вибрирует. На колебания атомов также влияют колебания соседних атомы через связь. Следовательно, вибрации могут передаваться через твердое тело. Чем выше температура, тем выше частота вибрации и тем короче длина волны связанной с ней упругой деформации.

Потенциальная энергия между двумя связанными атомами может быть схематично представлено схемой:

Рисунок 2: График, изображающий потенциальную энергию между двумя связанными атомы

Расстояние, на котором минимальная энергия (потенциальная яма) представляет собой то, что обычно называют длиной связи.Хороший аналогия — сфера, прикрепленная к пружине, с равновесием положение пружины, соответствующее атому на длине связи (потенциальная яма). Когда пружина сжимается или растягивается из положения равновесия, сила, тянущая его обратно к положение равновесия прямо пропорционально смещению (Закон Гука). После смещения частота колебаний равна наибольшая, когда есть большая жесткость пружины и шар с малой массой. Керамика обычно имеет прочные связи и легкие атомы.Таким образом, они могут иметь высокочастотные колебания атомов с малыми возмущения в кристаллической решетке. В результате они обычно имеют как высокую теплоемкость, так и высокую температуру плавления температуры.

С повышением температуры амплитуда колебаний связей увеличивается. Асимметрия кривой показывает, что межатомная расстояние также увеличивается с температурой, и это наблюдается как термическое расширение. По сравнению с другими материалами керамика с сильные связи имеют глубокие и узкие кривые потенциальной энергии и, соответственно, малые коэффициенты теплового расширения.

Проведение тепла через твердое тело связано с передачей тепла энергия между колеблющимися атомами. Продолжая аналогию, рассмотрим каждая сфера (атом) должна быть связана со своими соседями сетью из пружины (связки). Вибрация каждого атома влияет на движение соседних атомов, и в результате возникают упругие волны, которые распространяются через твердое тело. При низких температурах (до около 400), энергия проходит через материал преимущественно через фононы, упругие волны, которые проходят через скорость звука.Фононы — это результат колебаний частиц, которые увеличение частоты и амплитуды при повышении температуры. Фононы путешествуют через материал, пока не рассеиваются, либо за счет фонон-фононного взаимодействия *, либо на дефектах решетки. Фононная проводимость обычно уменьшается с повышением температуры в кристаллическом материалов по мере увеличения количества рассеяния. Аморфная керамика которые не имеют упорядоченной решетки, испытывают еще большее рассеяние, и поэтому плохие проводники.Те керамические материалы, которые состоит из частиц одинакового размера и массы с простыми структуры (такие как алмаз или BeO) подвергаются наименьшему количеству рассеивают и поэтому обладают наибольшей проводимостью.

При более высоких температурах фотон проводимость (излучение) становится преобладающим механизмом передача энергии. Это быстрая последовательность поглощения и испускания фотонов, которые путешествовать со скоростью света. Этот режим проведения особенно важно в стекле, прозрачный кристаллическая керамика и пористая керамика.В этих материалах теплопроводность увеличивается с повышением температуры.

Хотя на теплопроводность влияют неисправности или дефекты кристаллической структуры, изолирующие свойства керамика существенно зависит от микроскопических дефектов. В передача любого типа волны (фононной или фотонной) прерывается границами зерен и поры, поэтому более пористые материалы являются лучшими изоляторами. Использование керамических изоляционных материалов для печей и промышленных печи — одно из применений изоляционных свойств керамические материалы.

Электронный механизм переноса тепла относительно не имеет значения в керамике, потому что заряд локализован. Этот механизм очень важен, однако, для металлов, которые имеют большое количество свободные (делокализованные) электроны.

* Фонон-фононные взаимодействия — еще одно следствие асимметрия потенциала взаимодействия между атомами. Когда разные фононы перекрываются в месте расположения конкретного атома, колебательные амплитуды накладываются друг на друга.В асимметричном потенциале ну, кривизна меняется в зависимости от смещения. Этот означает, что жесткость пружины, с помощью которой удерживается атом, также изменения. Следовательно, атом имеет тенденцию колебаться с другая частота, что дает другой фонон.

Таблица 2 : Сравнение термических свойств различных керамические материалы. Оксид кремния 942 942 740
Материал Плавка Температура () Теплоемкость
(Дж / кг · К)
Коэффициент линейного расширения
1 / Cx10 -6
Теплопроводность
(Вт / м K)
Алюминий металлический 660 900 23.6 247
Медь металлическая 1063 386 16,5 398
Глинозем 2050 775 8,8 30,1 30,1 0,5 2,0
Натриевое стекло 700 840 9,0 1,7
Полиэтилен 120 2100 60-220 0.38
Полистирол 65-75 1360 50-85 0,13

Одно из самых интересных высокотемпературных приложений керамические материалы — их использование на космическом корабле. Почти весь экстерьер шаттла покрыт керамической плиткой. из волокон аморфного кремнезема высокой чистоты. Те, кто подвергается при самых высоких температурах добавлен слой стекла с высоким коэффициентом излучения. Эта плитка выдерживает температуру до 1480 C в течение ограниченное количество времени.Некоторые из испытанных высоких температур шаттлом во время входа и подъема показаны на рисунке 3.

Рисунок 3: Схема подъема и спуска космического челнока. температуры

Температура плавления алюминия 660 C. Плитка сохраняет температура алюминиевого корпуса шаттла не ниже 175 C, а внешняя температура может превышать 1400 C. Плитка быстро остывает, поэтому после воздействия такой высокой температуры они достаточно прохладные, чтобы их можно было держать голыми руками в около 10 секунд.Удивительно, но толщина этих керамических плитки варьируются от 0,5 до 3,5 дюймов.

Рисунок 4: График внутренней температуры плитки по сравнению с плиткой толщина.

В челноке также используются керамические аппликации в тканях для зазоров. наполнители и термобарьеры, армированные углерод-углеродные композиты для носового обтекателя и передних кромок крыла, а также высокотемпературные стеклянные окна.

Оптические свойства:

Оптическое свойство описывает то, как материал реагирует на воздействие света.Видимый свет — это форма электромагнитного излучение с длинами волн от 400 до 700 нм соответствует диапазону энергий от 3,1 до 1,8 электрон-вольт (эВ) (от E = hc /, где c = 3 x 10i 17 нм / с и h = 4,13 · 10 -15 эВ · с).

Когда свет падает на объект, он может пропускаться, поглощаться или размышлял. Материалы различаются по способности пропускать свет и обычно описываются как прозрачные, полупрозрачные или непрозрачные.Прозрачные материалы, такие как стекло пропускает свет с небольшим поглощением или отражением. Материалы, пропускающие свет диффузно, например, матовое стекло, полупрозрачны. Непрозрачные материалы не пропускают свет.

Два важных механизма взаимодействия света с частицы в твердом теле — это электронные поляризации и переходы электронов между различными энергетическими состояниями. Искажение электронное облако атома электрическим поле, в данном случае электрическое поле света, равно описывается как поляризация.В результате поляризации некоторые из энергия может быть поглощена, т.е. преобразована в упругие деформации (фононы) и, следовательно, тепло. С другой стороны, поляризация может распространяться как связанная с материалом электромагнитная волна со скоростью, отличной от скорости света. Когда свет поглощается и переизлучаемый с поверхности на той же длине волны, он называется отражение. Например, металлы обладают высокой отражающей способностью, а те с серебристым внешним видом отражают весь видимый свет.Уровни энергии электронов квантуются, т.е. каждый электрон переход между уровнями требует определенного количества энергия. Поглощение энергии приводит к смещению электронов из основного состояния в высшее, возбужденное состояние. Электроны затем вернуться в основное состояние, сопровождаемое повторной эмиссией электромагнитного излучения.

В неметаллах нижние энергетические связывающие орбитали составляют то, что называется валентной зоной, а разрыхляющие орбитали с более высокой энергией образуют зону проводимости.В разделение между двумя зонами — это ширина запрещенной зоны, и обычно она велика. для неметаллов, меньшего размера для полупроводников и отсутствующего в металлах.

Энергетический диапазон видимого света составляет от 1,8 до 3,1 эВ. Материалы с запрещенной зоной в этом диапазоне будут поглощать эти соответствующие цвета (энергии) и передать остальные. Они будут прозрачными и цветными. Для Например, ширина запрещенной зоны фотоэлементов из сульфида кадмия составляет около 2.4 эВ, поэтому он поглощает компоненты видимого света с более высокой энергией (синий и фиолетовый). Оно имеет желто-оранжевый цвет в результате переданных участков спектр. Этот тип световой проводимости называется фотопроводимостью.

Материалы с энергией запрещенной зоны менее 1,8 эВ будут непрозрачными. потому что весь видимый свет будет поглощаться электронными переходами от валентности к зоне проводимости. Рассеяние этого поглощенная энергия может быть прямым возвратом в валентную зону или более сложные переходы с участием примесей.Чистые материалы с энергией запрещенной зоны более 3,1 эВ не будет поглощать свет в видимый диапазон и будет казаться прозрачным и бесцветным.

Свет, излучаемый переходами электронов в твердых телах, равен называется люминесценцией. Если это произойдет для короткое время это флуоресценция, а если длится дольше это фосфоресценция.

Свет, который передается из одной среды в другую, например из воздуха в стекло, преломляется.Это явный изгиб световых лучей, возникающих в результате изменения скорости света. Показатель преломления (n) материал — это отношение скорости света в вакууме (c = 3 x 10 8 м / с) до скорости света в этом материале (n = резюме). Изменение скорости является результатом электронной поляризации. Поскольку эффект поляризации увеличивается с увеличением размера атомы, стекла, содержащие ионы тяжелых металлов (например, свинца кристалл) имеют более высокие показатели преломления, чем составленные из более мелкие атомы (например, натриево-известковое стекло).

Рисунок 5: На этом рисунке показано преломление света, как оно переходит от среды с низкой оптической плотностью (например, воздуха) к среде с более высокой оптической плотностью (например, вода или стекло). Свет поддерживает его частота, но его скорость изменяется в более плотной среде. Следовательно, длина волны должна соответственно измениться. Закон Снеллиуса (n 1 sin q 1 = n 2 sin q 2 ) можно использовать для связи показателей преломления (n), углов (q) падения и преломления, а также скорости (v) света в двух медиа: n 1 / n 2 = q 2 / q 1 = v 1 / v 2 )

Внутреннее рассеяние света в прозрачной по своей природе материал может сделать материал полупрозрачным или непрозрачным.Такой рассеяние происходит на флуктуациях плотности, границах зерен, фазовых границах и поры.

Многие приложения используют преимущества оптических свойств материалы. Прозрачность очков делает их полезными для окна, линзы, фильтры, посуда, лабораторная посуда и предметы искусства. Преобразование света в электричество — основа для использования полупроводниковых материалов, таких как арсенид галлия в лазерах и широкое использование светодиодов (светодиодов) в электронике устройств.Флуоресцентная и фосфоресцентная керамика используется в электрические лампы и телевизионные экраны. Наконец, оптические волокна передавать телефонные разговоры, сигналы кабельного телевидения и компьютерные данные, основанные на полном внутреннем отражении света сигнал.

Механические свойства:

Механические свойства описывают реакцию материала силам, нагрузкам и ударам. Керамика — прочный, твердый материал которые также устойчивы к коррозии (долговечны).Эти свойства, вместе с их низкой плотностью и высокой температурой плавления делают керамика привлекательные конструкционные материалы.

Применение современной керамики в конструкциях включает компоненты автомобильных двигателей, брони для военной техники и самолетов конструкции. Например, карбид титана имеет примерно в четыре раза больше прочность стали. Таким образом, стальной стержень в конструкции самолета может заменить на стержень из TiC, который выдержит ту же нагрузку на половину диаметр и 31% веса.

Другие приложения, использующие преимущества механических свойства керамики включают использование глины и цемента в качестве конструкционные материалы. И то, и другое можно формовать и формовать во влажном состоянии, но при высыхании получается более твердый и прочный предмет. Очень твердые материалы такие как оксид алюминия (Al 2 O 3 ) и карбид кремния (SiC) используются в качестве абразивов для шлифовка и полировка.

Основным ограничением керамики является ее хрупкость, т.е.е., склонность к внезапному выходу из строя при небольшой пластической деформации. Это особенно беспокойство, когда материал используется в конструкционных приложениях. В металлов, делокализованные электроны позволяют атомам изменять соседи, не нарушая полностью структуру связи. Этот позволяет металлу деформироваться под нагрузкой. Работа сделана как узы смещение при деформации. Но в керамике из-за комбинированного ионный и ковалентный механизм связывания, частицы не могут сдвигаться без труда.Керамика ломается при приложении слишком большого усилия, и работа, проделанная по разрыву связей, при растрескивании создает новые поверхности.

Рисунок 6 : Напряжение-деформация диаграммы для типичных (а) хрупких и (б) пластичных материалов

Хрупкое разрушение происходит образование и быстрое распространение трещин. В кристаллических твердых телах трещины прорастают сквозь зерна (межзерновые) и по спайности плоскости в кристалле. Полученная изломанная поверхность может иметь зернистая или грубая текстура.Аморфные материалы не содержат зерен и правильные кристаллические плоскости, поэтому изломанная поверхность более вероятно, будет гладким на вид.

Теоретическая прочность материала — это напряжение при растяжении. что было бы необходимо, чтобы разорвать связи между атомами в идеальном твердое тело и разведите предмет. Но все материалы, в том числе керамика, содержат незначительные структурные и производственные дефекты, которые сделать их значительно слабее идеальной прочности.Любой недостаток, такие как поры, трещины или включения, вызывают напряжение концентрация, которая усиливает приложенное напряжение. Поры также уменьшить площадь поперечного сечения, по которой действует нагрузка. Таким образом, более плотные, менее пористые материалы обычно прочнее. По аналогии, чем меньше размер зерна, тем лучше механические свойства.

На самом деле керамика — это самый прочный из известных монолитных материалов, и они обычно сохраняют значительную часть своих прочность при повышенных температурах.Например, нитрид кремния (Si 3 N 4 , = 3,5 г / см 3 ) роторы турбокомпрессора имеют прочность на излом 120 тысяч фунтов на квадратный дюйм при 70 F и 80 тысяч фунтов на квадратный дюйм при 2200 F.

Рисунок 7 : Испытания на растяжение, сжатие и изгиб для материалы

Прочность на сжатие (раздавливание) важна для керамики, используемой в конструкции, такие как здания или огнеупорный кирпич. Сжимающий прочность керамики обычно намного превышает их предел прочности.Чтобы компенсировать это, керамику иногда подвергают предварительному напряжению в сжатом состоянии. Таким образом, когда керамический объект подвергается растягивающей силе, приложенное нагрузка должна преодолевать сжимающие напряжения (внутри объекта) прежде, чем дополнительные растягивающие напряжения могут увеличиться и нарушить объект. Безопасное стекло (термически закаленное) стекло) является одним из примеров такого материала. Керамика обычно довольно неэластичны и не гнутся, как металлы. Жесткость зависит от состав и структура.Способность к обратимой деформации есть измеряется модулем упругости. Материалы с прочным сцеплением требуют больших усилий для увеличения пространство между частицами и имеют высокие значения модуля упругости эластичность. Однако в аморфных материалах больше свободных пространство для перемещения атомов под приложенной нагрузкой. Как результат, аморфные материалы, такие как стекло, легче изгибаются, чем кристаллические материалы, такие как оксид алюминия или нитрид кремния.

Вязкость разрушения — способность противостоять разрушению при наличии трещины.Это зависит от геометрия объекта и трещины, приложенное напряжение, и длина трещины. Разрабатываются композиты, которые сохраняют желаемые свойства керамики, уменьшая их склонность к разрушению. Например, введение углерода усы волокна препятствуют распространению трещин по керамике и повышает прочность.

Стеклокерамика, такая как используются для изготовления посуды, состоящей из стеклянной матрицы в какие крошечные керамические кристаллы растут, так что конечная матрица фактически состоит из мелких кристаллических зерен (средний размер <500 нм).Поскольку размер их зерен очень мал, эти материалы прозрачный для света. Кроме того, поскольку прочность на излом обратно пропорционально квадрату размера зерна, материалы прочные. Другими словами, наличие кристаллов улучшает механические и термические свойства стекла - стеклокерамика прочна, устойчива к термическому удару и хороша теплопроводники.

Электрические свойства:

Электрические свойства керамических материалов сильно различаются. с характерными мерами, охватывающими многие порядки величины (см. Таблицу 3).Керамика, вероятно, больше всего известна как электрическая. изоляторы. Некоторые керамические изоляторы (например, BaTiO 3 ) могут быть поляризованными и использоваться в качестве конденсаторов. Прочая керамика проводит электроны, когда достигается пороговая энергия, и поэтому называются полупроводники. В 1986 году был открыт новый класс керамики, сверхпроводники с высоким T c . Эти материалы проводят электричество практически с нулевым сопротивлением. Наконец, керамика известные как пьезоэлектрики могут генерировать электрический ответ на механическую силу или наоборот.

Таблица 3 : Удельное электрическое сопротивление различных материалы.
Тип Материал Удельное сопротивление (-см)
Металлические проводники: Медь 1,7 x 10 -6
CuO 2 3 x 10 -5
Полупроводники: SiC 10
Германий 40
Изоляторы: Огнеупорный кирпич 10 8
Si 4 > 10 14
Полистирол 10 18
Сверхпроводники: YBa 2 Cu 3 O 7-x <10 — 22 (ниже T c )

Любой, кто использовал портативный кассетный плеер, личный компьютер или другое электронное устройство использует керамические диэлектрические материалы.Диэлектрик материал представляет собой изолятор, который может поляризоваться на молекулярном уровень. Такие материалы широко используются в конденсаторах, устройствах, которые используются для хранения электрического заряда. Строение конденсатора показан на схеме.

Рисунок 8 : Схема конденсатора.

Заряд конденсатора хранится между двумя его пластинами. Количество заряда (q), которое он может удерживать, зависит от его напряжения. (В) и его емкость (С).

q = CV

Диэлектрик вставлен между пластинами конденсатора, увеличение емкости системы в раз, равное ее диэлектрической проницаемости k.

q = (кКл) В

Использование материалов с большой диэлектрической проницаемостью позволяет большие количества заряда должны храниться на очень маленьких конденсаторах. Это значительный вклад в продолжение миниатюризация электроники (например, портативных компьютеров, портативных CD-плееры, сотовые телефоны, даже слуховые аппараты!).

Диэлектрическая прочность материал — это его способность постоянно удерживать электроны на высоком Напряжение. Когда конденсатор полностью заряжен, практически нет ток, проходящий через него.

Но иногда очень сильные электрические поля (высокое напряжение) возбуждают большое количество электронов из валентной зоны в зона проводимости. Когда это происходит, ток течет через диэлектрик и часть накопленного заряда теряется.Это может быть сопровождается частичным разрушением материала плавлением, горение и / или испарение. Магнитный напряженность поля, необходимая для разрушения материала, составляет его диэлектрическая прочность. Некоторые керамические материалы имеют чрезвычайно высокую диэлектрическая прочность. Например, электрический фарфор может обрабатывать до 300 вольт на каждые 0,001 дюйма (мил) материала!

Таблица 4 : Константы электрических свойств различных керамических материалов. материалы.
Материал Диэлектрическая проницаемость при 1 МГц Диэлектрическая прочность (кВ / см)
Воздух 1.00059 30
Полистирол 2,54 — 2,56 240
Стекло (Pyrex) 5,6
Глинозем 4,5 — 8,4 16-63
Фарфор 6,0 — 8,0 16-157
Диоксид титана 14-110 39-83

Электрический ток в твердых телах чаще всего является результатом поток электронов (электронная проводимость).Металлы, мобильные, проводящие электроны рассеиваются на тепловых колебаниях (фононах), и это рассеяние наблюдается как сопротивление. Таким образом, в металлах удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. В отличие, валентные электроны в керамических материалах обычно не находятся в зона проводимости, поэтому большинство керамических материалов считаются изоляторами. Однако электропроводность можно увеличить, допировав материал примеси. Тепловая энергия также продвигает электроны в зона проводимости, так что в керамике проводимость увеличивается (и удельное сопротивление уменьшается) при повышении температуры.

Хотя керамика исторически считалась изоляционной материалы, керамические сверхпроводники были открыты в 1986 году. сверхпроводник может передавать электрический ток без сопротивления или потеря мощности. Для большинства материалов удельное сопротивление постепенно уменьшается. при понижении температуры. У сверхпроводников есть критический температура, Т c , при которой сопротивление резко падает практически до нуля.

Рисунок 9 : Зависимость удельного электрического сопротивленияТемпература для сверхпроводящие и несверхпроводящие материалы.

Чистые металлы и металлические сплавы были первыми известными сверхпроводники. Все они имели критические температуры на уровне 30К или ниже и требовалось охлаждение жидким гелием. Новая керамика сверхпроводники обычно содержат плоскости оксида меди, такие как YBa 2 Cu 3 O 7 обнаружено в 1987 г. T c = 93 К. У них критические температуры выше температура кипения жидкого азота (77.4 К), что делает многие потенциальные применения сверхпроводников гораздо более практичны. Это связано с более низкой стоимостью жидкого азота и более легким проектирование криогенных устройств.

Рисунок 10 : Элементарная ячейка для YBCO сверхпроводник.

Помимо их критической температуры, два других параметра Определите область, в которой керамический материал является сверхпроводящим: 1) критический ток и 2) критическое магнитное поле. Так долго как условия находятся в пределах критических параметров температуры, ток и магнитное поле, материал ведет себя как сверхпроводник.Если любое из этих значений превышено, сверхпроводимость разрушена.

Применение сверхпроводников, зависящих от их тока грузоподъемность включает выработку, хранение и хранение электроэнергии распределение. СКВИД (сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства) электронные устройства, которые используют сверхпроводники как чувствительные детекторы электромагнитного излучения. Возможные применения в область медицины включает разработку передовых МРТ (Магнитно-резонансная томография) на основе магнитов из сверхпроводящие катушки.

Магнитное применение сверхпроводников также является одним из основных важность. Сверхпроводники — идеальные диамагнетики, а это значит, что они отталкивают магнитные поля. Это исключение приложенного магнитного поля называется эффектом Мейснера и является основой предлагаемого использования сверхпроводники для магнитной левитации поездов.

Некоторые керамические изделия обладают необычным свойством пьезоэлектричества, или давление электричество. Это часть класса, известного как «умный» материалы, которые часто используются в качестве датчиков.В пьезоэлектрике материал, приложение силы или давления на его поверхность индуцирует поляризацию и создает электрическое поле, т.е. превращает механическое давление в электрический импульс. Пьезоэлектрические материалы используются для изготовления преобразователей, которые встречается в таких распространенных устройствах, как звукосниматели для фонографов, эхолоты, микрофоны и различные типы датчиков. В керамических материалах, электрический заряд также может переноситься ионами. Это свойство может быть адаптированным с помощью химического состава, и является основой для многих коммерческих приложений.Они варьируются от химических датчики для крупных генераторов электроэнергии. Один из многих Известная технология — это топливные элементы. Он основан на способность определенной керамики пропускать кислородные анионы, в то же время являясь электронными изоляторами. Цирконий (ZrO 2 ), стабилизированный кальцием (CaO), является примером такой твердый электролит.

Топливные элементы были впервые использованы в космических аппаратах, таких как Аполлон. капсулы и космический корабль.Ночью использовались топливные элементы. для выработки электроэнергии путем сжигания водорода и кислорода из газовые баллоны. В течение дня солнечные батареи взяли верх, и избыточная мощность использовалась для очистки и регенерации кислорода из выхлопных газов. и атмосфера, выдыхаемая космонавтами. Лямбда-зонд в выпускной коллектор автомобилей работает по такому же принципу и является используется для контроля эффективности двигателя.

Обработка керамики:

Обработка керамических материалов описывает способ, которым керамические предметы (например,г., стеклопакеты, лопатки ротора турбокомпрессора, световоды, конденсаторы).

Обработка начинается с сырья, необходимого для производства готовых компонентов, и включает в себя множество отдельных шагов, которые отличаются существенно зависит от типа керамического материала, кристаллический против стекла.

Обработка кристаллической керамики Обработка стекла
Выбор сырья Сырье Выбор материала
Подготовка Плавка
Консолидация Заливка
Спекание Отжиг

Выбор сырья включает получение и подготовку правильные материалы для конечного продукта.Традиционное использование керамики различные формы глины. Производители стекла начинают с кремнезема. В современной керамике используется несколько различных материалов в зависимости от приложения (т. е. необходимые свойства).

Материал Использует
Al 2 O 3 (алюминий оксид) Изолирующие тела свечей зажигания,
подложки для микроэлектронной упаковки
MgO (оксид магния) электроизоляторы, огнеупорный кирпич
SiO 2 (диоксид кремния) посуда, оптические волокна
ZrO 2 (оксид циркония) фианит, датчики кислорода
SiC (карбид кремния) печь детали, нагревательные элементы, абразивы
Si 3 N 4 (кремний нитрид) роторы турбокомпрессора, поршневые клапаны

Для кристаллической керамики характеристики необработанной материалы (порошки), такие как размер частиц и чистота, очень важны, поскольку они влияют на структуру (например,г., крупность) и свойства (например, прочность) конечного компонента. Поскольку сила увеличивается с уменьшением размера зерна, большинство исходных порошков измельченный (или измельченный) для получения тонкого порошка (диаметр <1 м). Поскольку сухие порошки трудно придавать форму, технологические добавки, такие как вода, полимеры и т. д., добавляются в улучшить их пластичность. Консолидация предполагает формирование керамической смеси в заданную форму. Есть много техник доступны для этого шага:

Рисунок 11 : Вспомогательные средства для обработки керамики.

Спекание — последний этап процесса. Спекание при высоком температуры (от 800 до 1800 C) вызывают уплотнение, которое придает керамическому изделию прочность и другие свойства. Во время этого процесса отдельные керамические частицы сливаются в образуют непрерывную сплошную сетку, а поры устраняются. Обычно микроструктура спеченный продукт содержит плотные зерна, где отдельные зерна состоит из множества исходных частиц.

Рисунок 12 : Микроструктура сырых, формованных и спеченных керамические изделия

Обработка стекла отличается от обработки кристаллов. Один из соображений, которые необходимо изучить, является укрепление поведение стекла. Очки чаще всего производятся быстрым закалка расплава. Это означает, что элементы, составляющие стекло материалы не могут перемещаться в положения, позволяющие им образовывать кристаллическая закономерность.В результате стеклянная структура неупорядоченный или аморфный.

Одна из самых заметных характеристик очков — это способ они изменяются между твердым и жидким состояниями. В отличие от кристаллов, которые внезапно преобразуются при определенной температуре (т. е. их плавление точка) очки претерпевают постепенный переход. Между таянием температура (Т м ) вещества и так называемая температура стеклования (Т г ), вещество считается переохлажденной жидкостью.Когда стекло работал между Т г и Т м , можно достичь практически любой формы. Техника выдувания стекла — увлекательная демонстрация невероятной способности деформировать стекло.

Рисунок 13 : График зависимости удельного объема от температуры для типичный керамический материал

Обработка стекла не требует частиц оптимального размера (хотя мелкие кусочки тают быстрее). Выбор стекольного сырья материалы и химические добавки (которые, например, могут изменить цвет стекла) нагреваются (700 — 1600 С), растапливается и, наконец, выливается в форму или тарелку для быстрого охлаждения.Существует четыре различных метода формования, используемых для изготовления стекло.

Техника Применение
Прессование Столовая посуда
Выдув Банки
Чертеж Окна
Формирование волокна Волокно оптика

Во время формирования стекла могут возникать напряжения, введены быстрым охлаждением или специальной обработкой, чтобы стекло потребности (например, наслоение или укрепление).Дополнительное тепло лечение нужно, чтобы «залечить» стекло. Отжиг, при котором стекло нагревается до точки отжига (температура чуть ниже температуры размягчения точка, в которой вязкость составляет приблизительно 10 8 Пуаз), а затем медленно охлаждают до комнатной температуры, является одним из таких процесс. Закалка также является последующей термообработкой стекла. обработка, при которой стекло повторно нагревается и охлаждается в масле или струя воздуха, так что внутренняя и внешняя части имеют разные характеристики.Закалка снижает склонность стекла к разрушению. Закаленное стекло можно использовать в условиях, подверженных нагрузкам. как окна машины.

Резюме:

Термин «керамика» когда-то относился только к материалам на основе глины. Однако новые поколения керамических материалов чрезвычайно расширили сферу и количество возможных приложений. Многие из эти новые материалы оказывают большое влияние на нашу повседневную жизнь и на наше общество.

Керамические материалы представляют собой неорганические соединения, обычно оксиды, нитриды или карбиды. Связь очень прочная — ионная или сеть ковалентная. Многие принимают кристаллические структуры, но некоторые формы очки. Свойства материалов являются результатом склеивание и структура.

Керамика выдерживает высокие температуры, хорошо термически изоляторы и не сильно расширяются при нагревании. Это заставляет их отличные тепловые барьеры, начиная от футеровки промышленные печи для покрытия космического шаттла, чтобы защитить его от высоких температур на входе.

Стекла — это прозрачная аморфная керамика, широко применяемая. в окнах, линзах и многих других знакомых приложениях. Свет может вызывают электрический отклик в некоторых керамических изделиях, называемый фотопроводимость. Волоконно-оптический кабель быстро заменяет медь для связи, так как оптические волокна могут нести больше информации для больших расстояний с меньшими помехами и потерями сигнала, чем традиционные медные провода.

Керамика прочная, твердая и долговечная.Это заставляет их привлекательные конструкционные материалы. Единственный существенный недостаток: их хрупкость, но эта проблема решается разработка новых материалов, таких как композиты.

Керамика по своим электрическим свойствам отличается от отличных изоляторов. к сверхпроводникам. Таким образом, они используются в широком диапазоне Приложения. Некоторые из них конденсаторы, другие полупроводники в электронные устройства. Пьезоэлектрические материалы могут преобразовывать механические давление в электрический сигнал и особенно полезны для датчики.В настоящее время предпринимаются активные исследовательские усилия по открытию новых высот T c сверхпроводников и для разработки возможных приложений.

Обработка кристаллической керамики осуществляется в соответствии с основными этапами которые веками использовались для изготовления глиняных изделий. Материалы отбираются, подготавливаются, формуются в желаемую форму и спекаются при высоких температурах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *