学习材料性质与热有关信息

1.导热性

材料传导热量的能力称为导热性。材料的导热能力用导热系数λ表示：

式中 λ——导热系数[W/（m·K）]；

Q——传导的热量（J）；

d——材料的厚度（m）；

A——材料的导热面积（m²）；

T₂-T₁——材料两侧的温度差（K）；

t——传热时间（s）。

令，q称为热流量，上式可写成：

从式中可以看出，材料两侧的温度差是决定热流量的大小和方向的客观条件，而A则是决定q值的内在因素。材料的热阻用R表示，单位为m·K/W。

R=d/λ

式中 R——热阻[（m²·K）/W]；

d——材料的厚度（m）；

λ——导热系数[W/（m·K）]。

可见，导热系数与热阻都是评定建筑材料保温隔热性能的重要指标。材料的导热系数愈小，热阻值愈大，材料的导热性能愈差，保温隔热性能愈好。材料的导热性主要取决于材料的组成及结构状态。

（1）组成及微观结构。金属材料的导热系数最大，如在常温下铜的λ=370W/（m·K），钢的λ=58W/（m·K），铝的λ=221W/（m·K）；无机非金属材料次之，如普通黏土砖的λ=0.8W/（m·K），普通混凝土的λ=1.51W/（m·K）；有机材料最小，如松木（横纹）的λ=0.17W/（m·K），泡沫塑料的λ=0.03W/（m·K）。相同组成的材料，结晶结构的导热系数最大，微晶结构的次之，玻璃体结构的最小，为了获取导热系数较低的材料，可通过改变其微观结构的办法来实现，如水淬矿渣即是一种较好的绝热材料。

（2）孔隙率及孔隙特征。由于密闭空气的导热系数很小，λ=0.023W/（m·K），因此材料孔隙率的大小，能显著地影响其导热系数，孔隙率愈大，材料的导热系数愈小。在孔隙率相近的情况下，孔径越大，孔隙互相连通的越多，导热系数将偏大，这是由于孔中气体产生对流的缘故。对于纤维状材料，当其密度低于某一限值时，其导热系数有增大的趋势，因此这类材料存在一个最佳密度，即在该密度下导热系数最小。

此外，材料的含水程度对其导热系数的影响也非常显著。由于水的导热系数λ=0.58W/（m·K），约比空气大25倍，所以材料受潮后其导热系数将明显增加，若受冻则导热系数更大，冰的导热系数λ=2.33W/（m·K）。

人们常把防止内部热量的散失称为保温，把防止外部热量的进入称为隔热，将保温隔热统称为绝热，并将λ≤0.175W/（m·K）的材料称为绝热材料。

2.热容量

材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量。材料吸收或放出的热量可用下式计算：(www.xing528.com)

Q=Cm（T₂-T₁）

式中 Q——材料吸收（或放出）的热量（J）；

C——材料的比热（亦称热容量系数）[J/（kg·K）]；

m——材料的质量（kg）；

T₂-T₁——材料受热（或冷却）前后的温度差（K）。

比热与材料质量之积称为材料的热容量值。材料具有较大的热容量值，对室内温度的稳定有良好的作用。几种常用建筑材料与典型材料的导热系数和比热值参考，见表1-2。

表1-2 几种常用建筑材料与典型材料的导热系数和比热值参考

3.耐热性与耐燃性

（1）耐热性（亦称耐高温性或耐火性）。材料长期在高温作用下，不失去使用功能的性质称为耐热性。材料在高温作用下会发生性质的变化而影响材料的正常使用。

1）受热变质。一些材料长期在高温作用下会发生材质的变化。如二水石膏在65～140℃脱水成为半水石膏；石英在573℃由α石英转变为β石英，同时体积增大2%；石灰石、大理石等碳酸盐类矿物在900℃以上分解；可燃物常因在高温下急剧氧化而燃烧，如木材长期受热发生碳化，甚至燃烧。

2）受热变形。材料受热作用要发生热膨胀导致结构破坏。材料受热膨胀大小常用膨胀系数表示。普通混凝土膨胀系数为10×10^-6，钢材膨胀系数为（10～12）×10^-6，因此它们能组成钢筋混凝土共同工作。普通混凝土在300℃以上时，由于水泥石脱水收缩，骨料受热膨胀，因而混凝土长期在300℃以上工作会导致结构破坏。钢材在350℃以上时，其抗拉强度显著降低，会使钢结构产生过大的变形而失去稳定。

（2）耐燃性。在发生火灾时，材料抵抗和延缓燃烧的性质称为耐燃性（亦称防火性）。材料的耐燃性按耐火要求规定分为非燃烧材料、难燃烧材料和燃烧材料三大类。

1）非燃烧材料，即在空气中受高温作用不起火、不微燃、不炭化的材料。无机材料均为非燃烧材料，如普通砖、玻璃、陶瓷、混凝土、钢材、铝合金材料等。但是，玻璃、混凝土、钢材、铝材等受火焰作用会发生明显的变形而失去使用功能，所以它们虽然是非燃烧材料，有良好的耐燃性，但却是不耐火的。

2）难燃烧材料，即在空气中受高温作用难起火、难微燃、难碳化，当火源移走后燃烧会立即停止的材料。这类材料多为以可燃材料为基体的复合材料，如沥青混凝土、水泥刨花板等，它们可推迟发火时间或缩小火灾的蔓延。

3）燃烧材料，即在空气中受高温作用会自行起火或微燃，当火源移走后仍能继续燃烧或微燃的材料，如木材及大部分有机材料。

为了使燃烧材料有较好的防火性，多采用表面涂刷防火涂料的措施。组成防火涂料的成膜物质可为非燃烧材料（如水玻璃）或是有机含氯的树脂。在受热时能分解而放出的气体中含有较多的卤素（F、Cl、Br等）和氮（N）的有机材料具有自消火性。常用材料的极限耐火温度见表1-3。

表1-3 常用材料的极限耐火温度

（续）