Одним из наиболее трудных решений является выбор строительных и расходных материалов. Именно здесь кроются самые грубые и в конечном счете фатальные ошибки. Учитывая, что в наше время ассортимент таких материалов достаточно широк, сделать выбор в пользу одних или других для начинающего мастера достаточно сложно.
Исходя из вышесказанного, начнем с того, что материалы, используемые в строительстве в целом и для сооружения печей в частности, обладают рядом характеристик. В соответствии с такими признаками определяют пригодность или непригодность, а также эффективность того или иного материала. Ниже мы рассмотрим некоторые основные свойства, которые смогут помочь вам в выборе наиболее качественного и оптимального для ваших целей материала.
При выборе материала для постройки печи стоит обратить внимание на следующие их свойства:
1. Плотность.
2. Пористость.
3. Влагоотдача.
4. Водопоглощение.
5. Гигроскопичность.
6. Теплопроводность.
7. Огнестойкость.
8. Огнеупорность.
9. Прочность.
10. Упругость.
11. Твердость.
12. Хрупкость.
13. Пластичность.
14. Сопротивление удару.
15. Антикоррозионность.
16. Объемная масса.
Конечно, кроме этих свойств, многие материалы обладают рядом еще других, но эти являются основными, и ниже мы подробно рассмотрим каждое из них.
Плотность
Говоря о плотности материала, следует отметить главное – плотность может быть средней и истинной.
Средняя плотность – это отношение массы тела (кирпича, камня и т. д.) ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты. Средняя плотность выражается в кг/м2.
Истинная плотность – это предел отношения массы к объему без учета имеющихся пустот и пор.
Но не стоит сильно беспокоиться по поводу разницы между двумя этими величинами, т. к. у многих материалов – таких, как, например, сталь и гранит, они практически равны, а у кирпича различаются, но несильно (в этом случае средняя меньше истинной).
Пористость
Пористость материала показывает степень заполнения его общего объема порами или специальными пустотами. В качестве яркого примера можно привести кирпич с теплоизоляцией. В нем есть ячейки, которые остаются пустыми в процессе кладки. Как известно, воздух – очень хороший теплоизолятор, поэтому из такого кирпича удобно строить стены домов, но для строительства печей он, конечно, не годится. Пористость исчисляется в процентах.
В соответствии с величиной пор материалы делятся на мелкопористые (размеры пор исчисляются в сотых и тысячных долях миллиметра) и крупнопористые (размеры пор колеблются до 1–2 мм).
Пористость кирпича составляет в среднем 25–35%, тогда как у стекла или металла она равна нулю.
Влагоотдача
Влагоотдача – это свойство материала терять находящуюся в его порах влагу. Данная характеристика определяется процентным количеством воды, которое материал теряет за сутки при температуре воздуха 20° С и относительной влажности воздуха 60%.
В момент использования материала в постройке он может иметь повышенную влажность (если он, к примеру, хранился на сыром складе) и после высыхания изменит свои свойства – такие, как прочность или объем, что повлечет за собой появление дефектов в уже законченной и, казалось бы, идеально выполненной конструкции.
Водопоглощение
Водопоглощение – это способность материала впитывать и удерживать в своих порах влагу. Следует различать водопоглощение по объему и водопоглощение по массе.
По объему водопоглощение не может превысить 100% (если быть точным, то и 100%-ного водопоглощения не существует), зато по массе оно может значительно превышать 100%-ную отметку, например у теплоизоляционных материалов – таких, как стекловата, поролон.
Следует также отметить, что насыщение теплоизоляционных материалов водой значительно снижает их теплоизоляционные свойства, т. к. вода – очень хороший проводник тепла.
Гигроскопичность
Гигроскопичность – это способность материала поглощать влагу из воздуха. К гигроскопичным материалам относятся прежде всего древесина, теплоизоляционные материалы, кирпичи полусухого прессования. Набирая влагу, материал меняет свои параметры: увеличивается его масса, теплопроводность, снижается прочность, изменяются размеры. Исходя из этого, следует учитывать влажность воздуха в помещении, где предполагается применение вышеупомянутых материалов.
Теплопроводность
Теплопроводность – это способность материала передавать тепло при наличии разности температур внутри и снаружи конструкции. Другими словами, эта характеристика определяет, насколько хорошо рабочая поверхность вашей печи будет отдавать тепло в окружающее пространство.
Степень теплопроводности материала зависит от ряда факторов – таких, как его природа, структура, пористость, влажность и, что самое главное, средняя температура, при которой происходит передача тепла. Последний из вышеназванных параметров определяет, до какой температуры нужно нагреть тот или иной материал, чтобы он начал полноценное излучение тепла.
Как правило, крупнопористые материалы более теплопроводны, чем материалы, имеющие мелкопористое строение. Большое значение также имеет степень замкнутости пор в материале. Материалы с замкнутыми порами обладают меньшей теплопроводностью, чем их аналоги с сообщающимися.
Огнестойкость
Огнестойкость – это свойство материала противостоять воздействию высоких температур. По этому признаку все материалы классифицируют следующим образом:
– несгораемые;
– трудносгораемые;
– сгораемые.
Несгораемые материалы (сталь, кирпич, бетон) под действием высоких температур не воспламеняются, не тлеют, не обугливаются, однако могут сильно деформироваться.
Трудносгораемые материалы (фибролит, асфальтовый бетон) не воспламеняются, но могут тлеть и обугливаться. Однако после удаления источника огня процесс тления или обугливания незамедлительно прекращается.
Два этих типа материалов считаются пожаробезопасными.
Сгораемые материалы (дерево, рубероид, пластмасса) могут быть подвержены обугливанию и тлению, легко воспламеняются. Даже при дальнейшем отсутствии источника возгорания продолжают гореть самостоятельно. Некоторые из материалов такого типа имеют тенденцию к самовозгоранию.
Огнеупорность
Такое свойство материала, как огнеупорность, очень часто путают с огнестойкостью.
Огнеупорность – это свойство материала не деформироваться при длительном воздействии высоких температур. По степени огнеупорности материалы делятся на:
– огнеупорные;
– тугоплавкие;
– легкоплавкие.
Огнеупорные материалы выдерживают воздействие температур от 1580° С до примерно 3000° С. К ним относятся шамотный кирпич, динас, легированные сорта стали.
Тугоплавкие материалы выдерживают воздействие температур в рамках 1350–1580° С. Это такие материалы, как гжельский кирпич, сорта стали с невысоким содержанием углерода.
Легкоплавкие материалы деформируются уже при воздействии температуры 1350° С. К данному типу относятся керамический кирпич, некоторые используемые в строительстве металлы – такие, как алюминий, жесть.
Прочность
Прочность определяет способность материала противостоять воздействию внешних сил, т. е. деформации. Прочность материала характеризуется тремя видами воздействия:
– сжатие;
– растяжение;
– изгиб.
При каждом виде нагрузки на материал исследуется предел его прочности, т. е. последняя степень нагрузки, при которой материал деформируется или разрушается.
Упругость
Упругость – это свойство материала принимать свой первоначальный вид после деформации. Также существует предел упругости. Данная величина показывает максимальное напряжение, при котором материал еще обладает упругостью и принимает свою первоначальную форму после снятия нагрузки.
При даже незначительном превышении предела упругости материал окончательно деформируется, приводя в негодность всю конструкцию, что, в свою очередь, может создать аварийную ситуацию.
Твердость
Наверное, вы заметили, что вбить гвоздь в дубовую доску гораздо сложнее, чем, к примеру, в липовую или осиновую. Эта разница объясняется таким свойством материала, как твердость.
Твердость – это свойство материала оказывать сопротивление проникновению в его структуру инородного тела. Другими словами, чем плотнее структура материала, тем сложнее его обрабатывать и использовать. Но именно материалы с высокой степенью твердости особо ценятся в строительстве, ведь срок их службы гораздо дольше, чем у менее твердых аналогов.
Учитывать твердость материала очень важно при постройке полов и дорожных покрытий, т. к. именно на них приходится ежедневная, казалось бы незаметная, нагрузка.
Хрупкость
Такое свойство материала, как хрупкость, очень часто путают с твердостью. Хрупкость – это свойство материала мгновенно разрушаться без видимой пластичной деформации под воздействием внешних сил. К таким материалам относятся кирпич, бетон, природные камни, стекло.
Отличие хрупкости от твердости легко понять на простом примере. В качестве образца можно взять пластину мрамора толщиной несколько сантиметров. Данный материал имеет огромную твердость, вбить в него гвоздь будет крайне сложно. Однако в то же время разбить его на мелкие кусочки при наличии обычного молотка сможет даже ребенок, т. к. мрамор достаточно хрупок.
Пластичность
Пластичность – это свойство материала изменять свою форму, не давая трещин и сколов, и сохранять ее после удаления нагрузки.
Как вы, наверное, уже заметили, это свойство противоположно упругости. К пластичным материалам относятся глиняное тесто, битум, строительные смолы.
Сопротивление удару
Сопротивление удару – это свойство материала противостоять ударным нагрузкам, не разрушаясь при этом, или в случае деформации принимать прежнюю форму. В качестве яркого примера таких материалов можно привести резину. Хрупкие материалы практически не обладают сопротивлением ударным нагрузкам.
Антикоррозионность
Уже не раз вы видели рекламные ролики об антикоррозийной обработке. Действительно, в наши дни большинство людей знают о том, что такой обработкой можно защитить кузов своего автомобиля от преждевременного старения. Чаще всего это делается при помощи напыления специального состава, который защищает металлические части от ржавления, или, подругому, коррозии.
Способность материала отдельно или в соединении со связующими веществами защищать конструкцию от коррозии называется антикоррозионностью.
Но, конечно, такое свойство веществ применяется не только в машиностроении. Например, чтобы защитить от коррозии металлические футляры печей (а самая распространенная и дешевая нелегированная сталь очень быстро подвергается коррозии), их покрывают специальным печным лаком, который, в силу строения вещества, не ржавеет в принципе.
Объемная масса
Объемной массой называют отношение массы данного материала к занимаемому им объему в свободном естественном состоянии, т. е. с учетом разного рода пустот, пор и т. д.
Однако стоит учесть, что объемная масса – величина непостоянная. К примеру, у свежедобытого и слежавшегося песка одного типа она будет сильно отличаться, причиной тому – эффект уплотнения, когда песок слеживается и мельчайшие его частицы прилегают друг к другу плотнее, чем вначале.
Для того чтобы избежать путаницы, во всех справочниках приводят объемную массу материалов в воздушно-сухом состоянии
(табл. 1).
Таблица 1. Объемная масса строительных материалов
