МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ПЕЧНЫХ РАБОТ
1. Общие свойства материалов
Любое сооружение строится из различных материалов, отличающихся как по своему внешнему виду, так и по своим внутренним качествам. Кирпич легко ломается и колется от сильных ударов, но хорошо переносит сжатие; он плохо проводит тепло, медленно нагревается, но будучи нагрет, Медленно остывает. Сталь, наоборот, хорошо сопротивляется и растяжению и сжатию, не ломается при изгибе, легко проводит тепло. Те или иные свойства материала предопределяют возможность его применения в отдельных частях сооружения. Для правильного выбора необходимого материала надо хорошо представлять себе те требования, которые следует предъявить к нему. Например, рассмотрим конструкцию стен отопительной печи. Стенки печи предохраняют окружающие предметы и людей от действия высокой температуры сжигаемого внутри печи топлива, т. е. они не должны сильно накаляться, а после равномерного нагрева должны медленно остывать, сохраняя тепло возможно дольше. Материал стен не будет подвергаться ни изгибу, ни растяжению, он будет испытывать сжатие под действием собственного веса. Всем этим требованиям вполне отвечает кирпич, который, обычно и применяется для кладки печей. Чтобы мастер правильно делал выбор материалов, он должен вполне отчетливо представлять себе, как данный материал «работает». Это значит, что мастер должен знать все основные свойства материала, употребляемого в дело. Рассмотрим следующие основные свойства материалов.
Пористость.
В сплошном массиве каждого материала есть ячейки, заполненные воздухом. В большинстве случаев эти ячейки настолько малы, что их не видно невооруженным глазом. Такие мелкие ячейки называют порами. Более крупные носят название пустот. Отношение объёма пустот к полному объему материала называется пористостью его. Чем больше объем пустот в материале, тем он пористее. Пористость гранита, например, меньше 1%, а пористого кирпича — около 75%. Существуют так называемые плотные материалы, в которых объем пустот практически отсутствует. Примерами таких материалов являются вода, стекло. Увеличение пористости уменьшает прочность, увеличивает воздухо-, влаго- и теплопроницаемость материалов. От большей или меньшей пористости материалов зависит их объемный вес.
Объемный вес.
Вес единицы объема материала в его естественном состоянии (вместе с порами) называют объемным весом этого материала. При определении объемного, веса материала измеряют его вес и объем, а затем делят вес на объем. Если объем трудно измерить, то исследуемый кусок материала взвешивают, затем погружают в сосуд, наполненный водой. Затем измеряют объем воды, вытесненной из сосуда, и вес тела делят на полученный объем. За единицу объема обычно принимают кубический метр (м3) или кубический сантиметр (см3), а вес выражают в килограммах (кг) или граммах (г). Объемный вес соответственно выражают или в килограммах на кубический метр (кг/ м3), или в граммах на кубический сантиметр (г/см3). Для того чтобы сравнивать объемный вес, надо применять одни и те же единицы измерения.
Водопоглошаемость.
Способность материалов впитывать воду называется водопоглощаемостью. Каждый кусок материала может впитать в себя только определенное количество воды, поэтому впитывание происходит до определенного предела, который называется насыщением. Разные материалы имеют различную водопоглошаемость. Чем материал пористее, тем выше его водопоглошаемость. Например, малопористый материал — гранит может поглотить влаги около одной двухсотой части от своего веса, а обыкновенный красный кирпич — около одной десятой своего веса. Таким образом, водопоглошаемость кирпича в двадцать раз больше чем у гранита. Прочность насыщенных водой материалов заметно ухудшается. Так, прочность высокосортного кирпича, насыщенного водой, составляет три четверти от прочности его в сухом состоянии, влажный он пропускает тепло.
Теплоемкость.
Способность материалов воспринимать и удерживать в себе тепло называется теплоемкостью. Количество тепла измеряется килокалориями. Килокалорией называют то количество тепла, которое необходимо затратить, чтобы нагреть 1 литр или 1 килограмм воды на 1 градус. Обычно эту единицу измерения обозначают сокращенно ккал. Например, если 3 л воды при температуре +10° нагреть до +40°, то количество тепла, затраченное на нагрев воды, составит 3 X (40--10) = 90 ккал. Каждый материал имеет свою удельную теплоемкость, под которой подразумевается то количество тепла, которое необходимо затратить, чтобы нагреть 1 кг данного материала на 1°. Из строительных материалов наименьшую теплоемкость имеют металлы. Так, удельная теплоемкость железа равна 11 ккал/кг град.; удельная теплоемкость кирпича — 0,21 ккал/кг град, т. е. почти в два раза больше, а удельная теплоемкость воды равна 1,0.
Теплопроводность.
Способность материалов проводить тепло называется теплопроводностью. Чем плотнее материал, чем меньше в нем пор, тем он теплопроводнее, и, наоборот, чем больше в материале пор, тем хуже он проводит тепло. Объясняется это тем, что воздух, заполняющий поры, при малых объемах является плохим проводником тепла. Вода примерно в 25 раз интенсивнее проводит тепло, чем неподвижный воздух. Поэтому теплопроводность пористых тел при впитывании влаги (отсыревании) резко увеличивается.Материалы с малой теплопроводностью используются для кладки наружных стен, так как этим самым сокращается расход топлива на обогрев здания. Материалы, которые хорошо проводят тепло, например металлы, называются теплопроводными. Материалы с очень малой теплопроводностью, например, азбест, пробка и др., называются теплоизоляционными материалами.
Прочность.
Свойство материала сопротивляться воздействию на него внешних сил называется прочностью. При воздействии на материал различных внешних сил он будет испытывать большее или меньшее напряжение. Так называют силу, приложенную к единице площади поперечного сечения. Например, если на каменную плиту площадью в 100 см2 положен груз в 200 кг, то напряжение на сжатие, испытываемое плитой, будет равно 200 : 100 = 2 кг/см2. Напряжение, при котором материал начинает разрушаться, называется пределом прочности.
Камни естественного происхождения (гранит, известняк и др.), кирпич, чугун хорошо сопротивляются сжатию и плохо переносят растяжение. Сталь и древесина хорошо выдерживают и сжатие, и растяжение. В соответствии с этими свойствами материала определяется его применение в строительстве. Стены зданий и печей выкладываются из камней и кирпичей; балки междуэтажных перекрытий, подвергающиеся изгибу, делаются из дерева или стали.
Упругость, пластичность, хрупкость.
Материалы по-разному переносят действие на них внешних сил. Некоторые под влиянием этих сил меняют свою форму, но после снятия нагрузки снова ее восстанавливают, такие материалы называются упругими. К их числу относится, например, сталь. Способность материала изменять под нагрузкой свою форму и сохранять ее после прекращения нагрузки называю пластичностью. Пластичными материалами являются свинец, нагретый битум и глиняный раствор, широко применяемый в печном деле. Хрупкими материалами называют те, которые в противоположность пластичным и упругим не могут менять свою форму под действием внешних сил, а сразу разрушаются. Хрупкими материалами являются кирпич, чугун и др.
Огнестойкость.
Материалы, которые легко воспламеняются, называются сгораемыми. К ним относятся: дерево, бумага. толь и др. Материалы, воспламеняющиеся или тлеющие с трудом и продолжающие горение или тление только при постоянном действии на них огня, называются трудносгораемыми. К таким материалам относятся: глино-соломенные материалы, жгуты, вальки, саман, войлок, вымоченный в жидком глиняном растворе. Несгораемые материалы не воспламеняются и не тлеют от действия на них огня или высокой температуры. К этой группе причисляют каменные материалы и металлы. Иногда в строительном деле материалы подвергаются воздействию огня или высоких температур не временно, как это бывает при пожаре, а постоянно, например, в печах, топливниках, дымовых трубах. Для такой работы в особо ответственных местах применяют огнеупорные материалы (огнеупорный кирпич, асбест и др.), которые при температурах 1500—1600° не деформируются. Температура, при которой материал плавится, называется его температурой плавления.
