I. Краткие сведения о материалах и теплоте

1. Физические свойства материалов

Материалы, применяемые в печном деле, обладают различными свойствами, которые проявляются в таких физических величинах как объемный или удельный вес, теплопроводность, теплоемкость, пористость, прочность, водопоглощение, морозостойкость, пластичность и огнеупорность.

Объемным весом называется вес единицы объема вещества или материала в естественном состоянии, т. е. вместе с порами и пустотами; объемный вес принято определять весом 1 м³ вещества, выраженного в килограммах, и обозначать кг/см³.

Удельным весом называется вес единицы объема вещества в плотном состоянии, т. е. без пор и пустот. Удельный вес принято определять весом 1 см³ вещества, выраженного в граммах, и обозначать г/см³.

Из этого становится понятно, почему объемный вес непористых материалов (металл, стекло, чугунные детали, каменный песчаник, бетон с мелким щебнем, железобетон и т. д.) совпадает с их удельным весом, а объемный вес пористых материалов (войлок строительный и минераловатный, шлак топливный, войлок, кирпич и т. д.) меньше их удельного веса.

Теплопроводностью называется способность материала предавать через свою толщу тепло. Чем плотнее материал, чем меньше в нем пор, тем он теплопроводнее и, наоборот, чем больше пор, тем он хуже проводит тепло. Это объясняется тем, что поры заполнены воздухом, а воздух плохо проводит тепло. По этой же причине пористые тела, насыщенные водой, становятся более теплопроводными. Лучшими проводниками тепла являются металлы. Плохими проводниками - асбест, пробка, опилки и т. п. Их называют теплоизоляционными материалами.

Степень теплопроводности определяется коэффициентом теплопроводности, который указывает количество тепла (в килокалориях), проходящего через толщу данного материала в 1 м за 1 час при разности температур на противоположных поверхностях в 1°. Коэффициент теплопроводности выражается в ккал/м час град.

Теплоемкостью называется свойство материалов поглощать тепло при нагревании и отдавать его при охлаждении. Показателем степени теплоемкости является так называемая удельная теплоемкость, т. е. количество тепла (в килокалориях), необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1°. Удельная тепло кость обозначается в ккал/кг град (показатели объемного в коэффициент теплопроводности и удельную теплоемкость на которые строительные материалы см. приложение 2).

Пористостью называется степень заполнения объема материала порами. Поры представляют собой мелкие ячейки (пустоты) в материале, заполненные воздухом. Пористость уменьшает прочность, объемный вес, теплопроводность и увеличивает вод поглощение материала.

Прочностью называется способность материала сопротивляться разрушению от различных нагрузок. Под воздействием нагрузок в материале возникают напряжения сжатия, скалывания растяжения и т. п. Прочность материала определяется величиной напряжения, вызывающего его разрушение. Такая величина называется пределом прочности и измеряется в кг/см². Например, кирпич марок 75, 100 и 150 имеет соответственно предел прочности 75, 100 и 150 кг/см². Марка устанавливается в лабораториях путем соответствующих испытаний.

Водопоглощение - способность материала поглощать влагу. Это свойство вызывает уменьшение прочности водопоглощающего материала и увеличивает его теплопроводность. Например прочность кирпича, насыщенного влагой, снижается до 70-751 прочности сухого кирпича, а теплопроводность соответственно увеличивается.

Морозостойкостью называется способность насыщенного влагой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и понижения прочности. Морозостойкость выражается количеством циклов замораживания при температуре -12-15° и оттаивания при +5+10° (15-20 циклов).

Материалы, находящиеся в условиях различных температур т. е. попеременного замораживания и оттаивания (например, кирпич и раствор в дымовых трубах) должны обладать достаточной морозостойкостью.

Пластичностью называется способность материала из пять под нагрузкой свою форму в значительных пределах без образования трещин и разрывов. При кладке печей пластичное растворов имеет большое значение.

Огнеупорностью называется способность материала выдерживать высокие температуры при непосредственном воздействии огня. Огнеупорность является очень важным и ценным свойством материала, применяемого в печном деле. Поскольку отдельные части печей подвергаются воздействию различных температур то применяется несколько видов кирпича, а именно: обыкновенный глиняный, тугоплавкий и огнеупорный. Отобранный жжены красный кирпич выдерживает температуру до 700-800°, тугоплавкий -1000-1200° и огнеупорный от 1700 до 2000°. Поэтому огнеупорный кирпич желательно применять для выстилки пода и стенок топливника, в котором можно сжигать все виды топлива. При отсутствии тугоплавкого и огнеупорного кирпича стенки топок выкладывают обыкновенным красным кирпичом; в этом случае каменным углем топить печь нельзя, так как кирпич в стенках топки будет разрушаться.