MATERIAY BUDOWLANE Waciwoci fizyczne dr in Dominik Logo
MATERIAŁY BUDOWLANE – Właściwości fizyczne dr inż. Dominik Logoń / dominik. logon@pwr. edu. pl / p. 913, C 7 * zakaz kopiowania i rozpowszechniania * dane tab. mają charakter inf.
Ciepło Pobieranie, kumulowanie Cp , Cv , Przekazywanie - przewodność cieplna U - współczynnik przenikania ciepła Ciepło właściwe Cp – ilość ciepła (liczba Jouli) jaką należy dostarczyć, aby podnieść temperaturę jednostki masy materiału o 1 K. Cp= Q / m T [k. J/kg. K] Dostarczona energia kinetyczna (cieplna) zużywana jest na: - zwiększenie energii drgań (częstotliwości i amplitudy), - tworzenie defektów punktowych, - zwiększenie stanu energetycznego niektórych elektronów. Pojemność cieplna Cv – zdolność do kumulowania ciepła przez materiał, wyrażona ilością ciepła potrzebna do ogrzania 1 m 3 materiału o 1 K. Cv = Q / Vc T = Cp. o [k. J/m 3. K]
Transport energii cieplnej wynika z różnicy temperatur dwóch punktów materii i samorzutnego dążenia do jej wyrównywania Przekazywanie ciepła: * unoszenie (konwekcja – ciecze i gazy), * przewodzenie: ciała stałe - przekazywanie ruchu jednych cząstek drugim bez zmiany ich położenia, dielektryki - przekazywanie fonowe drganiami normalnymi sieci, przewodniki – ruchem elektronów i ich zderzaniem, * promieniowanie (fale elektromagnetyczne). Miarą przewodności cieplnej jest współczynnik przewodzenia ciepła (stała materiałowa). Przewodność cieplna - ilość ciepła Q jaka przejdzie przez jednostkę powierzchni materiału F - 1 m 2 o grubości d - 1 m przy T=1 K w czasie t=1 h = Q. d / F. T [W/m. K] , [J/s. m. K] [kcal/mh. K = 1, 163 W/m. K]
Współczynnik przenikania ciepła U - charakteryzuje właściwości cieplne przegrody. Obliczeniowo jest to suma odwrotności oporów cieplnych poszczególnych warstw danej przegrody oraz odwrotności oporów przejmowania ciepła na jej powierzchniach zewnętrznej i wewnętrznej. U=1/R W/m 2. K Opór cieplny R R = d/ m 2. K/W d - grubość warstwy materiału - współczynnik przewodzenia ciepła Zgodnie z obowiązującymi przepisami w budynkach jednorodzinnych dla ścian zewnętrznych / stropów - 2021 r : U < 0, 2 W/m 2. K / U < 0, 15 W/m 2. K Ze względu na ochronę cieplną budynków i związanymi z nią kosztami ogrzewania należy dążyć do zapewnienia możliwie najniższych wartości współczynnika przenikania ciepła. Dla okien i powierzchni szklanych. U < 0, 9 W/m 2. K W budynkach energooszczędnych dla ścian zewnętrznych U = 0, 1 W/m 2. K – budownictwo pasywne ? ? ? . Zużycie roczne 15 k. Wh energii na 1 m 2 – 4 x mniej niż tradycyjnie
Zgodnie z obowiązującymi przepisami w budynkach jednorodzinnych dla: ścian zewnętrznych U < 0, 2 W/m 2 K , okna i przeszklenia U < 0, 9 W/m 2 K. . W budynkach energooszczędnych - pasywnych współczynniki przenikania ciepła dla ścian zewnętrznych osiągają wartości : U = 0, 1 W/m 2 K
nw [%] , Cv = Cp. o [ k. J/m 3. K] Materiał Miedź Max Min Stal Gęstość obj. [Mg/m 3] 7, 5 o 0 8, 9 Ciepło właściwe [J/kgo. C] 4100 Cp 400 390 Pojemność cieplna [k. J/m 3 K] 4100 Cv 400 3471 Przewod. cieplna [W/m. K] 300 0, 01 300 Wsp. roz. liniowej [1/o. C]. 10 -6 250 3 17 100 1 - 7, 5 -7, 8 480 3744 84 11 - Aluminium 2, 7 880 2376 200 24 - Beton Kamień granit Szkło 2, 4 2, 5 2, 65 840 920 840 2016 2300 2226 1, 7 3 0, 84 11 (14) 9 8 60 -100 - Cegła 1, 7 800 1360 0, 9 Gips 0, 6 -1, 5 1000 1050 0, 16 5 4 -10 0, 5 1200 2520 600 1260 0, 14 pr. 0, 35 rów. 3 - wzdłuż (60 ! -stycznie) 50 (0, 02) -1, 5 1500 30 -2250 0, 14 -0, 4 20 -250 - Bitumy 1, 04 1700/2100 1976 0, 15 200 - Spieniony polis. Wełna min. 0, 025 0, 060 1400 750 35 45 0, 04 -0, 03 70 < 20 -100 1 Drewno PCV (4 p. c) 8 0, 23=U = /d W/(m 2. K) Woda ( ) Wsp. dyfuzji 1, 0 4119 0, 58 Lód 0, 917 2100 1926 2, 3 Powietrze 0, 001 1000 1 0, 024 -0, 032 ≥ o < 800 -1200 < < 2 -3, 5 < 7, 5 < 1300 -2500 < < 0, 8 -3 < 10 -16 SD H 2 O 0, 012 areożele V= 9, 03% <4 m 1 < 8 -11 < < 10 -20 <
Rozszerzalność cieplna Zmiana wymiaru liniowego materiału (długości, szerokości czy grubości) proporcjonalna do zmiany temperatury Współczynnik rozszerzalności liniowej - średni przyrost długości przypadający na jednostkę pierwotnej długości, przy zmianie temperatury o jeden stopień T lk - lp = l = . lo (T 2 -T 1) = l / (lo. T) [1/K]. 10 -6 Δl = 0, 011 mm/m. 20. 5 m = 1, 1 mm stal Δl = 0, 070 mm/m. 20. 5 m = 7 mm piank. pol. Δl = 0, 25 mm/m. 20. 5 m = 25 mm PVC Współczynnik rozszerzalności objętościowej - średni przyrost objętości przypadający na jednostkę pierwotnej objętości, T = V / (Vp. T) Ciała izotropowe = 3
0, 012 areożele
Fala dźwiękowa 16 Hz - 20000 Hz (słyszalność) Zasada zachowania energii: fala odbita + pochłonięta + rozproszona + przepuszczona = padająca Emisja akustyczna (sprawdzenie jakości wypalenia ceramiki) /metody nieniszczące oceny jakości mat. bud. Fala świetlna 380 nm/fioletowa -780 nm/czerwona (tzw. światło widzialne) b. -. jest poziomem natężenia wyrażanym w decybelach [d. B] I - jest natężeniem badanej fali dźwiękowej w W/m 2. I 0 - jest natężeniem tzw. "progu słyszalności" czyli wielkości równej 10 -12 W/m 2.
Na podstawie delegacji ustawowej zawartej w art. 7 ust. 2 pkt 1 Prawa budowlanego, Minister Infrastruktury w rozporządzeniu z 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. nr 75 z 2002 r. , poz. 690 ze zm. ) określił sposób projektowania i budowania obiektów, pod kątem ograniczania hałasu. Dopuszczalne poziomy dźwięku w pomieszczeniach mieszkalnych określa norma PN-87/B-02151/02. Dla wybranych pomieszczeń wartości te przedstawione są w tab 1. Tab. 1 Dźwięki poniżej 35 d. B są nieszkodliwe dla zdrowia, ale mogą być denerwujące ( szum wody w łazience, brzęczenie lamp jarzeniowych, brzęk przekładanych naczyń w kuchni itp. ) Hałas w zakresie 35 -70 d. B powoduje zmęczenie układu nerwowego, utrudnia zrozumiałość mowy, przeszkadza w wypoczynku i wywołuje stres.
Fala świetlna 380 nm/fioletowa -780 nm/czerwona (promieniowanie: widzialne / optyczne 100 nm-1 mm) Zasada zachowania energii 1. Odbicie - widzialność przedmiotów 2. Przepuszczanie – mat. przejrzyste, przeźroczyste (poliwęglan, szkło) 3. Rozszczepienie – mat. rozpraszające światło (wieloskładnikowe, niejednorodne) 4. Pochłanianie - ciała czarne (nagrzewanie powierzchni) Różnorodność barw – selektywna absorbcja w zakresie światła widzialnego Natężenie światła (światłość) l cd (kandela) - (cd); światło z jednego źródła światła wysyłane w określonym kierunku. Natężenie oświetlenia (E) – lx (luks) - (lx); jest miarą strumienia świetlnego, który pada na określoną powierzchnię.
klasa Właściwości Palne Przykłady wyrobów budowlanych Tak/Nie A 1 niepalne N beton, stal, wełna mineralna i szklana A 2 niepalne N płyta gipsowo-kartonowa B bardzo ograniczony udział w pożarze N PCW twarde C ograniczony, ale zauważalny udział w pożarze T płyta gipsowo-kartonowa z tapetą papierową D istotny udział w pożarze T drewno bez zabezpieczeń E bardzo duży udział w pożarze – zagrożenie pożarowe T spienione tworzywa sztuczne o zmniejszonej palności F niebadane/negatywne wyniki badań ogniowych T spienione tworzywa sztuczne * 1 kg PCV – 280 litrów chlorowodoru. Tlenek węgla – 0, 2% dawka śmiertelna (prawidłowa wentylacja pomieszczeń !): - fosgen, tlenki siarki, fosforowodór, chlorowodór, fenol, formaldehyd. * 1 kg pianki poliurytanowej 30 -50 litrów cyjanowodoru w pom. 30 m 3: - śmierć po 90 sekundach.
Europejska klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych: Ogień Klasa: A 1, A 2, B, C, D, E, F Dym (smoke) Znak : s 1, s 2, s 3 Przykład oznakowania A 1; A 2 -s 3, d 2 Płonące krople Znak: d 0, d 1, d 2 Klasa odporności ogniowej budynku A B konstr. nośna R 240 R 120 strop ściana wewnętrzna przekrycie dachu REI 120 REI 60 EI 30 E 30 R - nośność ogniowa (min) E - szczelność ogniowa (min) I - izolacyjność ogniowa (min) / ograniczenie temperatury nieogrzewanej powierzchni
Elektryczność Zjawisko związane z uporządkowanym ruchem elektronów (ładunek ujemny) Rezystancja (opór elektryczny) [ ] , R = U/ I R– opór przewodnika elektrycznego, U – napięcie między końcami przewodnika, I – natężenie prądu elektrycznego. Rezystywność (opór właściwy) [ . m], opór jaki stawia materiał przepływowi ładunku elektr. I przewodniki (opór właściwy rzędu 10− 8 Ω·m) - aluminium 2. 82. 10− 8, żelazo 10. 10− 8, miedź II półprzewodniki (10− 6 Ω·m) marmur, ceramika III izolatory (1010 - 1016 Ω·m) - guma 1013 , szkło 1010 - 1014 , porcelana
- Slides: 16