ГРАДЕЖЕН ФАКУЛТЕТ. Проф. д-р Светлана Петковска - Ончевска Асист. м-р Коце Тодоров

Transcript

1 УНИВЕРЗИТЕТ СВ.КИРИЛ И МЕТОДИЈ ГРАДЕЖЕН ФАКУЛТЕТ Проф. д-р Светлана Петковска - Ончевска Асист. м-р Коце Тодоров СКОПJЕ, 202.

2 ПРЕДГОВОР Предавањата по ГРАДЕЖНИ МАТЕРИЈАЛИ се наменети за студентите на Градежниот факултет во Скопје. Истите се работени според наставниот план и програм по предметот Градежни материјали кој се предава во IV - ти семестар со неделен фонд на часови 3+, Во воведниот дел од предавањата е даден краток осврт на задачите на дисциплината градежни материјали како една од најстарите и најдинамични научни дисциплини во подрачјето на техничките науки. За правилна и адекватна употреба на одделните материјали во градежништвото од голема важност е да се познаваат нивните својства, односно основните карактеристики на истите. Токму затоа, во вториот дел од авторизираните предавања е посветено особено внимание на одредувањето на физичките својства на материјалите - параметрите на состојба и структурните карактеристики. Исто така дефинирани се физичките својства под дејство на надворешни влијанија и тоа: хидротехничките особини и однесувањето на материјалите на дејство на топлина. Во овој дел даден е осврт и на останатите поважни физички особини како што се вискозноста, пропуштањето на пареа, постојаноста на мраз и акустичните особини на материјалите. Деформационите и јакостните карактеристики при статичко и динамичко натоварување се најбитните механички особини на конструктивните материјали. Во овој комплекс на својства особено внимание е посветено и на дефинирање на реолошките особини и реолошките модели на однесувањето на материјалите во текот на времето. Секоја од особините на материјалите е потполно определена со соодветни карактеристични параметри кои се добиваат по експеримантален пат. За оваа цел најчесто се користат деструктивните методи кога испитувањето се врши на пробни тела со дефиниран облик и димензии. Меѓутоа, многу често испитувањето на материјалите, особено оние кои се веќе вградени во конструкцијата, се врши со примена на методите без разорување. Во овие предавања, покрај другите, даден е посебен осврт на методата на ултразвук и на методата гама зрачењето. Во посебниот дел дадени се карактеристиките, начинот на добивање и примената на најмногу употребуваните материјали во градежништвото: градежниот камен, керамичките производи, минералните и органските врзивни материјали, градежните малтери. Тука се разработени и градежното стакло и производи од стакло, полимерите и пластичните маси, металите и производите од метал и накратко дрвото и производите од дрво. Во денешно време невозможно е да се изгради било кој инженерски објект или објект од високоградбата без примена на таканаречените материјали за специјална намена. Токму затоа во посебниот дел 2 дадени се карактеристиките на материјалите за заштита од вода и влага, т.н. хидроизолациони материјали, материјалите за заштита од пожар и премaчкувачи за антикорозивна заштита од влијанието на околната средина. Во оваа група разработени се и материјалите за топлинска и звучна изолација. На крајот е даден прегледот на користената литература во која се содржани и наслови на литературата за продлабочување на знаењата од оваа област. Во техничката обработка на графичките прилози учествуваа доц. д-р Тодорка Самарџиоска и асист. м-р Владимир Витанов. Авторите во оваа прилика им искажуваат голема благодарност за вложениот труд, упорноста и желбата да помогнат овие предавања да станат достапни за студентите. Скопје, февруари 202. од АВТОРИТЕ

3 С О Д Р Ж И Н А. ВОВЕД 2.ОСНОВНИ КАРАКТЕРИСТИКИ НА ГРАДЕЖНИТЕ МАТЕРИЈАЛИ 2. Општи напомени и класификација Состав и структура на материјалите 2.2. Состав на материјалите Структура на матерјалите 6 3. ФИЗИЧКИ СВОЈСТВА НА МАТЕРИЈАЛИТЕ 3. Параметри на состојба 3.. Волуменска маса Специфична маса Структурни карактеристики 3.2. Порозност Густина 7 4. ФИЗИЧКИ СВОЈСТВА ПОД ДЕЈСТВО НА НАДВОРЕШНИ ВЛИЈАНИЈА 9 4. Хидро-физички својства 4.. Хигроскопност, хигрофилност, хидрофобност Впивање вода Капиларно впивање на вода Водозаситеност-апсолутно впивање вода Влажност на материјалот Отпорност на дејство на вода-коефициент на размекнување Водопропусливост - коефициент на филтрација Водонепропусливост Собирање и бабрење ОДНЕСУВАЊЕ НА МАТЕРИЈАЛИТЕ НА ДЕЈСТВО НА ТОПЛИНА 5. Температурни или термички дилатации-деформации 5.. Линеарно термичко ширење Термичко ширење на површина Термичко ширење на волумен Пренесување на топлина Отпор на пропуштање на топлина Коефициент на поминување на топлина Топлински капацитет Коефициент на проводливост на температура Термичка стабилност Отпорност на дејство на пожар 46

4 5.9 Постојаност на оган ОСТАНАТИ ПОВАЖНИ ФИЗИЧКИ ОСОБИНИ 6. Вискозност Пропуштање на пареа и гасови Постојаност на мраз Акустични особини МЕХАНИЧКИ ОСОБИНИ 7. Деформациони карактеристики на материјалите Вистински работен дијаграм на материјалите Јакостни карактеристики на материјалите 7.2. Јакост при статичко натоварување Јакост на затегнување Јакост на притисок Јакост на свиткување Јакост на чисто смолкнување Јакост на торзија или усукување Параметри кои влијаат на јакоста на материјалите Основни параметри на жилавоста Јакост на материјалите при динамички натоварувања 7.4. Методи за определување на јакоста на материјалите под влијание на циклично променливи натоварувања Високоцикличен замор Нискоцикличен замор Испитување со примена на ударни натоварувања-отпорност на удар Конструктивни особини Тврдост Отпорност на абење Конструктивна поволност Технолошки особини Реолошки особини 7.7. Основни поими Реолошки модели и деформации на материјалите Релаксација на напрегањата Волуменски деформации Хемиски особини Експлоатациони особини ИСПИТУВАЊЕ НА МАТЕРИЈАЛИТЕ СО МЕТОДИ БЕЗ РАЗОРУВАЊЕ 8. Вовед Метода на ултразвук 08

5 8.3 Метода на гама зрачење Метода на неутронско зрачење 8.5 Методи за мерење на површинската тврдост 8.6 Магнетни и останати специфични методи Вибрациони методи Комплексни методи 2 9. ДЕФИНИРАЊЕ ОСОБИНИТЕ НА МАТЕРИЈАЛИТЕ 9. Испитување на материјалите Примена на стандарди и прописи Стандардизација 9.3. Што е стандардизација Основни поими од подрачјето на стандардизацијата Хиерархиски распоред на стандардизацијата Европски стандарди за конструкции 2 ПОСЕБЕН ДЕЛ. ГРАДЕЖНИ МАТЕРИЈАЛИ 0. ГРАДЕЖЕН КАМЕН 23. КЕРАМИЧКИ ПРОИЗВОДИ-ГРАДЕЖНА КЕРАМИКА 4 2. МИНЕРАЛНИ-НЕОРГАНСКИ ВРЗИВА Градежен гипс Магнезитни врзива Градежна вар ГРАДЕЖНИ МАЛТЕРИ АЗБЕСТ-ЦЕМЕНТНИ ПРОИЗВОДИ ГРАДЕЖНО СТАКЛО ЈАГЛЕРОД-ВОДОРОДНИ ВРЗИВНИ МАТЕРЈАЛИ ПОЛИМЕРИ И ПЛАСТИЧНИ МАСИ МЕТАЛИ И ПРОИЗВОДИ ОД МЕТАЛ ДРВО И ПРОИЗВОДИ ОД ДРВО 27 ПОСЕБЕН ДЕЛ 2. МАТЕРИЈАЛИ ЗА СПЕЦИЈАЛНА НАМЕНА 20. МАТЕРИЈАЛИ ЗА ХИДРОИЗОЛАЦИЈА МАТЕРИЈАЛИ ЗА ТОПЛИНСКА ИЗОЛАЦИЈА МАТЕРИЈАЛИ ЗА ЗВУЧНА ИЗОЛАЦИЈА МАТЕРИЈАЛИ ЗА ЗАШТИТА ОД ПОЖАР 30

6 СВОЈСТВА НА ГРАДЕЖНИТЕ МАТЕРИЈАЛИ

7 . Вовед Исконската потреба на луѓето да преживеат ги натерала најпрво да пронајдат извори на храна и да обезбедат покрив над главата. Токму заради тоа, уште на почетокот на еволуцијата на човечкото општество една од најзначајните негови активности покрај земјоделството, сточарството и трговијата е и градењето. Заради тоа, една од најстарите научни дисциплини на подрачјето на техничките науки е научната дисциплина која се бави со изучување на градежните материјали. Историски посматрано, потребата за градење и достигнувањата во областа на градежните материјали отсекогаш биле во тесна врска. Така, често пати, достигнатиот степен на севкупното познавање на материјалите воопшто, претставува показател за остварениот степен на општествениот развиток. Според тоа, на е ни чудно што определени историски периоди ги добиле своите имиња според материјалите кои во тоа време имале доминантна улога (камено време, бакарно време, бронзено време). Треба да се истакне дека во најраните историски периоди во употреба биле материјалите кои се создадени по пат на одредени природни процеси, таканаречени природни материјали, како што се каменот и дрвото кои по правило се користеле со многу мал степен на обработка. Со текот на времето, почнуваат да се користат и материјалите кои се произведени од човековиот ум и рака како што се тулата, челикот и слични. Така, благодарение на техничкотехнолошкиот прогрес, човекот станува способен не само да влијае врз особините на материјалите, туку и да создава нови со веќе претходно дефинирани карактеристики. Историскиот развиток на градежните материјали, главно може да се подели на неколку епохи кои се карактеризираат со масовна примена на новосоздадените материјали покрај веќе дотогаш применуваните: дрвото, каменот, тулата. Така, деценијата помеѓу 850 и 860 год. се карактеризира со историски настан во технологијата на материјалите, пронаоѓањето на конструктивниот челик и почетокот на масовната примена на истиот во сите области на градежништвото. Во периодот пред ова како градежни материјали главно се користеле дрвото, каменот и тулата. Бетонот како градежен материјал почна да наоѓа поширока примена дури после појавата на челикот и тоа како комбинација на бетон и челик, односно армиран бетон и претходно напрегнат бетон. Така периодот од 850 до 2000 година се смета како епоха на челикот, армираниот бетон и претходно напрегнатиот бетон. Исто така во овој период пронајдени се пластичните мас, како што се целулоиди, потоа бакелитот и од 850 година почнува примена на плочи и цевки од полиетилен во градежништвото. Многу интензивниот развој во подрачјето на синтетичките органски материјали, пластичните маси, веќе денеска условува нивна примена во низа области од градежништвото. Според некои прогнози, во периодот после 2000-та година обемот на примена на овие синтетички органски материјали во градежништвото ќе го надмине обемот на примена на многу досега незаменливи материјали, како на пример челикот. Ова може да се објасни со фактот дека синтетичките органски материјали се карактеризираат со низа поволни технички својства, при што нивната цена е значително пониска од цената на некои други материјали.

8 ПОДЕЛБА НА ГРАДЕЖНИТЕ МАТЕРИЈАЛИ ОПШТА КЛАСИФИКАЦИЈА во 4 групи. МЕТАЛИ 8 железо, челик, легури 2. КЕРАМИКА 8камен (природна керамика), стаклеста керамика добиена од глина цементи стакло и производи од стакло на база на силициум двооксид 3. ПОЛИМЕРИ 8органски материјали Пластични маси, еластомери, пластомери, јаглероводородни врзива, битумен, катран, асфалт 4. КОМПОЗИТИ 8вештачки материјали составени од комбинација на два и повеќе елементарни материјали меѓу себе споени исклучиво под дејство на различни меѓу молекуларни сили метали КОМПОЗИТИ керамика полимери Сл.. Општа класификација на материјалите ПОДЕЛБА СПОРЕД НАЧИНОТ НА ДОБИВАЊЕ. ПРИРОДНИ материјали 8камен, дрво, земјани материјали (разни типови на глина), природен битумен и асфалт кожа, трска, плута, слама, вода, мраз, снег 2. ВЕШТАЧКИ 8 Врзива: вар, гипс, цемент градежна керамика: тули, ќерамиди, цевки стакло, 2

9 метали, железо, челик, бакар, олово, алуминиум бетон, битумен, катран, асфалт, полимери, композити ПОДЕЛБА СПОРЕД НАМЕНАТА Појдувајќи од условите на примена во градежните објекти и конструкциите, материјалите во општ случај може да се поделат на две групи. Првата група се состои од материјали кои се применуваат за изведување на конструкциите од различен вид и намена, или така наречени конструктивни материјали: неоргански или органски врзива, вештачки камени материјали добиени со стврднување без печење на мешавина на различни неоргански врзива, вода и полнила (малтери и бетони), и оние кои се добиени со печење на соодветна минералната суровина (керамички производи, стакло и друго); метали (челик, железо, бакар, алуминиум), дрво, конструктивни пластични маси и друго. Втората група, ги опфаќа градежните материјали со специјална намена кои се користат за заштита на конструкциите од штетните влијанија на околната средина, а исто така и за подобрување на техничко-експлоатационите карактеристики на објектите што од друга страна го подигнува и нивото на комфорот на истите. Во оваа група на материјали спаѓаат: материјалите за топлинска изолација, материјали за звучна и хидроизолација, материјали за обработка на површините, антикорозивни премачкувачи, огноотпорни материјали, материјали за заштита од пожар, бои, лакови, материјали за заштита од дејство на радијацијата и др. Од оваа поделба јасно произлегува дека, во денешно време, поимот за градежните материјали треба да се сфаќа пошироко. Имено, под градежни материјали се подразбира целокупниот комплекс на материјалните компоненти со чија помош се формираат градежните конструкции и објекти во целина. Така под градежни материјали се подразбираат не само суровините и материјалите од универзален тип, туку и определени индустриски производи и полупроизводи. На примерно, во градежни материјали спаѓаат и бетонските производи, бетонските цевки, бетонските елементи за ѕидање и друго. Не треба посебно да се истакнува дека познавањето на градежните материјали е многу значајно за нивната правилна примена во градежништвото. Ова познавање му овозможува на архитектот и на градежниот инженер и реализација на својата замисла проектираниот објект во целост да одговори на намената, да биде убав, ефтин, стабилен и траен. Познато е дека расходите за градежните материјали изнесуваат околу 50 до 60% од општиот обем на капиталните вложувања во градежништвото. Токму затоа, неопходно потребно е да се знаат некои основни податоци за употребените материјали како што се: технолошкиот процес на производство и начинот на преработка, 3

10 составот и особините пред употреба, за време на обработката, нивното однесување во конструкциите при различни услови на експлоатација како и постапките за испитување на одредени карактеристики. Очигледно е дека за успешно познавање на градежните материјали се потребни познавања од неколку научни дисциплини и тоа хемијата, физиката, технологијата, јакоста на материјалите. Според ЗАКОНОТ ЗА ГРАДЕЊЕ (Службен весник на Република Македонија од 30 јуни 2005 година, измени од год.) ДЕФИНИЦИЈА: ГРАДБА - градежен објект е се што настанало со изградба и е поврзано со земјиштето, а претставува физичка, техничко-технолошка и градежна целина заедно со вградените инсталации, односно опрема и градба што не настанала со градење, доколку со неа се менува намената на земјиштето. ГРАДЕЖЕН ПРОИЗВОД е производ кој е произведен за трајно вградување во градби, за кој е добиена позитивна техничка оцена дека производот е соодветен за употреба за предвидената намена. Според ЗАКОН ЗА ГРАДЕЖНИ ПРОИЗВОДИ (Службен весник на Република Македонија бр. 39/2006) градежен производ е секој производ, кој е изработен за трајно вградување во градежните објекти- градбите Обврска на сите членки на ЕУ според ДИРЕКТИВАТА НА СОВЕТОТ од 2 декември 988 год.(89/06/еез) за приближување на законите, регулативите и административните одредби на земјите членки кои се однесуваат на градежните производи 4

11 2. Основни карактеристики на градежните материјали 2.. Општи напомени и класификација За време на експлоатацијата на конструкциите и градежните објекти, градежните материјали, од кои се изградени, се изложени на дејство на надворешни механички сили и на физичко-хемиски фактори на околната средина. Во надворешните механички дејства спаѓаат статичките и динамичките оптоварувања, сопствената тежина на конструктивните елементи, механичката работа на водата, мразот и ветерот. Во физичко-хемиските фактори пак влегуваат температурните промени на воздухот, врнежите, површинските и подземните води, гасовите, течните и тврдите материи. Стабилноста, сигурноста и долготрајноста на конструкциите и на одделните конструктивни елементи во голема мерка зависат и од експлоатационите услови во кои тие работат. Така, ако добро се познаваат и ако правилно и сеопфатно се анализираат овие услови, тогаш може да се одберат и материјали со соодветни својства кои ќе ја обезбедат неопходната стабилност, сигурност и трајност на проектираната конструкција. Како основно барање на материјалите, од кои се градат носечките конструкции, е да се спротивстават на промена на нивниот облик и разурнување од дејството на надворешните натоварувања. Во други случаи, пак, од градежните материјали се бара да имаат мала спроводливост на топлина и добри звучноизолациски својства (примерно за материјалите за изведување на ѕидови). За некои материјали како основно барање се поставува истите да бидат водонепропустливи, да имаат голема електроизолациска способност или пак да се радиоактивно стабилни. Под дејство на влијанијата на околната средина материјалите во конструкциите се наоѓаат во напрегната состојба, која се менува во зависност од промената на надворешните услови. Нерамномерното навлажување и исушување на материјалот предизвикува појава на внатрешни напрегања како последица на разликата во деформациите на неговите повеќе и помалку навлажени делови. Од друга страна пак, промената на температурата е причина за промена на растојанието меѓу честичките на материјалот што предизвикува промена на волуменот на истиот. Значи, различни материјали различно реагираат на дејството на одделни фактори, односно влијанија. Затоа, под СВОЈСТВО или КАРАКТЕРИСТИКА на еден материјал се подразбира способноста на материјалот на определен начин да реагира на одделно влијание, или почесто на севкупност од надворешни и внатрешни влијанија. Дејството на еден или друг фактор, во голема мерка зависи од составот и градбата, односно структурата на материјалот и од експлоатационите услови во кои егзистираат објектите во кои е вграден истиот. Особините или карактеристиките на градежните материјали кои се основа за правилно и рационално проектирање и изведување на конструкциите се делат на ОСНОВНИ СВОЈСТВА и СПЕЦИФИЧНИ СВОЈСТВА. 5

12 ОСНОВНИТЕ СВОЈСТВА се заеднички за сите или пак за повеќето материјали кои се користат во градежништвото. Тие служат за проценка на квалитетот на материјалите, односно за дефинирање на техничките карактеристики кои ја одредуваат можноста за нивна примена во зависност од конструктивните особености на објектите, карактеристиките на надворешната средина, економичноста на нивното користење, и т.н. СПЕЦИФИЧНИТЕ СВОЈСТВА се одлика само на определен број материјали кои се користат во карактеристични услови, на пример кога се бара да се обезбеди стабилност на дејство на киселини, бази, соли, дејство на мраз, мала спроводливост на одделни влијанија и друго. Главно, техничките карактеристики на секој материјал, па и на оној што се користи во градежништвото, можат да се поделат на неколку групи основни својства, и тоа: физички особини, физичко-механички особини, хемиски особини, технолошки особини и експлоатациони особини, односно трајноста и сигурноста. () Физичките особини ги дефинираат параметрите на состојбата (специфичната и волуменската маса) и структурните карактеристики на материјалот (порозноста и густината), а исто така го одредуваат неговото однесување спрема некои физички влијанија на околната средина (водата, топлината, електричната струја, разните облици на зрачење и слично). (2) Физичко-механичките особини ја одредуваат способноста на материјалите да се спротивстават на влијанието на надворешните сили кои предизвикуваат соодветни деформации и напрегање па дури и разорување на материјалот. (3) Хемиските особини ја дефинираат способноста на материјалите да стапуваат во хемиски реакции со средината во која се наоѓаат, при што се образуваат нови материи. Овие реакции може да бидат корисни, на пример дејството на водата на цементот при што се добива цврста маса, и штетни, на пример оштетувањата па и лом на каменот или корозија на бетонот и металот под дејство на агресивните средини независно од тоа дали се во течна или гасовита состојба. (4) Технолошките особини го карактеризираат однесувањето на материјалите во технолошките процеси на добивање, обработка и преработка на истите. Споменатите основни својства на материјалите во градежништвото најмногу зависат од нивниот хемиски состав и од структурата. Така на пример, способноста за спроведување на топлина на челикот и полната тула се разликуваат многу, бидејќи овие материјали, пред се, се разликуваат и по својот хемиски состав. Меѓутоа, спроведувањето на топлина кај различните видови бетон е различна заради разликата во порозноста на истите. Така, бетонот со поголема порозност има помала способност на спроведување на топлина од бетонот со помала порозност, иако тие имаат сличен или сосема идентичен хемиски состав. Посебно треба да се нагласи дека познавањето на основните својства на материјалот кој треба да се добие, и условите во кои материјалот ќе биде 6

13 применет го дефинираат на одреден начин и технолошкиот процес на производство на истиот. Основните својства на материјалите се одредуваат по експериментален пат и се изразуваат квантитативно преку соодветни бројни показатели Состав и структура на материјалите Врска меѓу составот, структурата и својствата Секој материјал има оптимални области на примена кои зависат од неговиот состав, од структурата и својствата. Познавањето на составот и структурата на градежните материјали е од голема важност при изучување на нивните особини и за решавање на практичните задачи каде и како да се примени материјалот со цел да се постигне најголем техничко-економски ефект. Од друга страна пак, ако се знае врската меѓу составот, структурата и својствата се создава основа за пронаоѓање на нови материјали со претходно дефинирани својства. Накратко кажано, својствата на материјалите даваат претстава за тоа какво е нивното однесување, а составот и структурата се причини за таквото однесување. Така, познавањето на структурата и составот дава одговор, зошто однесувањето на материјалот е точно такво. Затоа, многу често се вели дека има, главно, три работи што треба да се знаат за материјалите. () Какво е нивното однесување во практиката? (2) Зошто тие се однесуваат на таков начин? (3) Има ли нешто што може да се направи за да се промени таквото однесување? Состав на материјалите Составот на материјалите зависи од видот на сировините и од условите на производство. Градежните материјали се карактеризираат со хемиски, минеролошки и фазен состав. Хемискиот состав се изразува во процентуално учество на хемиските елементи или соединенија од кои е изграден материјалот, како и со односите меѓу количествата на одделните соединенија. Тој дава можности да се направи претходна оценка на некои својства на материјалите, на пример како што е нивната отпорност на зголемени температури, биолошката стабилност, трајноста, механичките и другите особини. Битно е да се напомене дека хемиските елементи и соединенија во материјалите се наоѓаат во врзана состојба во вид на минерали. Минеролошкиот состав дава слика за видот на минералите и нивните количини кои учествуваат во составот на определен материјал. Материјалите може да се состојат од еден минерал (мономинерали) или од неколку минерали (полиминерали). Минеролошкиот состав, за разлика од хемискиот, дава многу појасна претстава за својствата на материјалите. Ова е од особена 7

14 важност кај камените материјали или кај т.н. минерални врзива како што се цементот, варта, гипсот и други. Фазниот состав на материјалите го дефинира присуството на трите фази: цврстата (носител на механичките својства), течната (која влијае на јакоста, на спроводливоста на топлина, отпорноста на мраз, и др.), гасовитата (која ја определува спроводливоста на топлина, волуменската маса и сл.). Кај некој материјал можно е дури и постоење на сите три фази што е диктирано од неговата структура. Вообичено, цврстата материја го образува скелетот на материјалот кој содржи определен процент на шуплини и пори кои можат да бидат исполнети со воздух и вода. Во градежната практика, многу често се користат и материјали во вид на дисперзивни системи, кои се состојат од два елементи: дисперзивна средина и дисперзивна фаза. Дисперзивните системи од своја страна се делат на: грубо дисперзивни системи и фино дисперзивни системи. Грубо дисперзивни системи се оние системи чии честички на дисперзната фаза имаат големина над 0-5 cm. Во зависност од агрегатната состојба, односно од фазите на дисперзивната средина и дисперзивната фаза овие системи можат да бидат: суспензии (дисперзивната средина е течност, а дисперзивната фаза е цврста материја); емулзии (дисперзивната средина и дисперзивната фаза се течности); пена (дисперзивната средина е течност, а фазата е гас). Фино дисперзивни системи со големина на честичките од cm. можат да бидат: гел (дисперзивната средина е течност, а дисперзивната фаза е цврста материја чии честички се поврзани помеѓу себе); сол (честичките на дисперзивната фаза не се поврзани помеѓу себе). Некои материјали, на пример цементното тесто, при механички влијанија можат да преминат од тврда во течна состојба (при постојана температура), а после отстранување на влијанието одново преминува во цврста состојба. Оваа состојба на материјалот се нарекува тиксотропна, а својството тиксотропија Структура на материјалите Како што беше веќе напоменато, сите својства на материјалите зависат од нивната структура и од составот. Структурата на материјалите се изучува натри нивоа и тоа: () макроструктура, која е видлива со голо око; (2) микроструктура, која се воочува со помош на оптички микроскопи; (3) внатрешна структура, која се утврдува со методите на рентгеноструктурната анализа, електронската микроскопија, и претставува структура на атомско-јонско-молекуларно ниво. () Макроструктурата на цврстите материјали може да биде конгломератна, ќелиаста, порозна, влакнеста, слоевита и растресена. Треба да се истакне дека споменатите структурни типови не се однесуваат на природниот камен бидејќи за карпите постои посебна геолошка класификација. 8

15 Вештачките конгломерати, претставуваат голема и значајна група на материјали во која спаѓаат различни видови бетон, редица керамички материјали и друго. Ќелиестата структура се карактеризира со постоење на голем број макропори (пори со големина од 0, mm до -2 mm). Ова е карактеристично за гас-бетоните, пено-бетоните, ќелиестите пластични маси и друго. Порозна, односно ситно порозна структура имаат материјалите кои содржат значително количество пори со големина помала од 0,mm. Таквата структура е карактеристична за најголем број керамички материјали. Влакнестата структура е карактеристична за дрвото, одреден број пластични маси, стакло-пластични маси, производи од минерална волна. Овие материјали имаат различни својства (јакост, спроведување на топлина и друго) во правец на влакната и нормално на нив, т.е. во надолжен и напречен правец. Слоевита структура имаат некои пластични материјали од повеќе слоеви (текстил, картон и слично), голем број композитни материјали кои се добиваат со лепење на тенки листови од различни видови, и т.н. Растресената структура е типична за материјалите како што е агрегатот за приготвување на бетон, потоа голем број на прашкасти материјали како што е цементот, гипсот, каменото брашно и друго. (2) Микроструктурата на материјалите може да биде кристална и аморфна. Кристаланата и аморфната форма, понекогаш, може да бидат различни состојби на еден ист материјал (на пример кристален и аморфен силициум двооксид). Кристалната форма е постабилна и помалку хемиски активна од аморфната и често се воочува наклоност на материјалот за преминување од аморфна во кристална форма. На пример, помеѓу кварцниот песок и варта се јавува взаемно хемиско дејство, хемиска реакција, само во автоклави при зголемена температура над 75ºC и зголемен притисок, додека пак аморфниот силициум двооксид влегува во взаемна реакција со варта при нормална температура од 5 25ºC и нормален атмосферски притисок.,до колку кристализацијата на еден ист материјал се одвива во различни услови може да се образуваат кристали со различна форма. Оваа појава се нарекува полиморфизам. Ако различни материјали образуваат кристали со иста форма, тогаш тие имаат различен хемиски состав и таквата појава се дефинира како изоморфизам. Материјалите со определена кристална структура имаат точно дефинирана точка на топење. Овде треба да се спомене дека кристалните тела или монокристалите имаат различни својства во различни правци. За овие материјали се вели дека се анизотропни, односно тие се однесуваат различно во различни правци. На пример, деформабилните карактеристики, јакоста и другите својства на кристалните тела во многу зависат од правецот на делување на надворешни сили. Материјалите со кристална структура што се користат во градежништвото вообичаено се поликристални, составени од голем број ситни кристали со различна 9

16 големина и ориентација (на пример челик, природен камен). Секој одделен кристал во оваа структура е анизотропен, ама заради хаотичниот распоред на кристалите во масата, таквиот материјал посматран во целина се карактеризира со изотропност. За разлика од материјалите со кристална структура, аморфните материјали (стакло, гума, смола) немаат строго определена температура на топење и имаат скоро еднакви својства во сите правци заради што се вели дека таквите материјали се изотропни. (3) Внатрешната структура на материјалите ја карактеризираат хемиските врски на честичките изградувачи кои можат да бидат јонски, ковалентни и метални или т.н. примарни врски кои се релативно јаки, и Вандервалсовите и хидрогенските врски кои се релативно слаби и спаѓаат во групата на секундарни врски. Од карактерот на овие врски во голема мера зависат механичките карактеристики, тврдината, точката на топење како и другите особини на материјалите. Јонската врска се остварува со електронско привлекување на електропозитивни и електронегативни јони. Врската од овој тип по правило се јавува помеѓу атомите на елементи со многу различни особини. На пример, ваква врска има домашната, т.н. готварска сол, NaCl, која е соединение на натриум (Na)-типичен метал и хлорот (Cl)-типичен неметал. Молекулата на NaCl, шематски прикажана на Сл. 2., се создава заради електронската конфигурација на надворешните лушпи на натриумот и хлорот, при што е познато дека атомите на металот многу лесно ги предаваат своите електрони и се т.н. донатори на електрони на атомите на неметалите кои лесно ги примаат, заради што се викаат акцептори на електрони. 8 2 Na Cl 8 2 Na Cl (Na-e) + (Cl+e) = NaCl Сл. 2. Молекула на готварска сол - NaCl, Материјалите со јонска врска имаат висока точка на топење и мала електрична спроводливост, немаат голема јакост и тврдост и не се стабилни на дејство на вода. Ковалентната врска се постигнува по пат на оформување на еден или неколку заеднички парови, двојки на електрони кои се образуваат во кристалите на простите материи (дијамант, графит и слични), како и во соединенија од два елемента (кварц). Материјалите со ковалентна врска по правило имаат голема механичка јакост и тврдост, односно сразмерно голема кртост, тие се лоши проводници на струја и топлина и имаат релативно висока точка на топење. Типичен пример на ваква врска се јавува кај метанот-ch 4, што се состои од јаглерод (C) со четиривалентни 0

17 електрони, и водород (H) со едновалентен електрон, Сл Карактеристичен претставник на цврст материјал со многу јака ковалентна врска е дијамантот што претставува чист јаглерод. Тој е многу цврст, има голема јакост и тврдост и многу висока температура на топење (> С). Кај некои градежни материјали често се среќаваат сложени кристали во кои се јавуваат и јонски и ковалентни врски. На пример, јонот на карбонот (CO 3 ) има ковалентна врска, но тој образува јонска врска со јоните на калциумот (Ca). Својствата на таквите два материјали се различни. Така, варовникот (калциум-карбонатот CaCO 3 ) што е добиен како комбинација од нив, наспроти добрата јакост има мала тврдост. Сл. 2.2 Шематски приказ на ковалентна врска на молекула на метан Металната врска се јавува кај молекулите на различни метали, а се остварува на тој начин што секој од неговите атоми ги ослободува своите валентни електрони и ги предава на заедничка употреба формирајќи на тој начин облак од слободни електрони кои се многу подвижни и кои припаѓаат на целата маса на супстанцата, Сл.2.3. Постоењето токму на овие слободни електрони внатре во металната врска има битно влијание на карактеристиките на металот како што се високата топлинска и електрична спроводливост, значајната способност за пластични деформации и друго. Сл. 2.3 Илустрација на метална врска

18 Вандервалсовата врска, главно постои помеѓу сите атоми, меѓутоа нејзиниот интензитет е сразмерно слаб и доаѓа до израз само во оние случаи кога другите врски не постојат. Оваа врска е карактеристична за т.н. термопластични синтетички смоли кои се одликуваат со макромолекулрна структура. 2

19 3. Физички својства на материјалите Физичките својства на материјалите ги опфаќаат параметрите на состојбата и структурните карактеристики како и односот на материјалите спрема дејството на надворешните влијанија како што се водата, топлината и други својства во кои сигурно спаѓаат пропустливоста на парeа и гасови, електроспроводливоста, отпорноста спрема дејството на радиоактивното зрачење и друго. 3. Параметри на состојбата Основни параметри на состојбата на еден материјал се волуменската и специфичната маса. V Vp Va Vw Vv Va-apsoluten volumen na cvrsta materija (a) (b) Сл. 3. Структура на порозен материјал; (а) материјал во природна состојба; (б) шема на основните составни делови на структурата Најголем број од градежните материјали се порозни, Сл. 2(а). Исклучок прават стаклото, металите и други. Волуменот на порозниот материјал во природна состојба V се состои од волуменот на компактната, цврстата материја V a, која често се нарекува и апсолутен волумен, и волуменот на порите и шуплините V p, Сл. 3.(б). Во различни услови дел од волуменот на порите и шуплините може да биде исполнет со вода V v, а останатиот со воздух V w. Од тука волуменот на порозниот материјал може да се претстави како што следува: V = V a + V p = V a +V v +V w 3. каде волуменот на порите е V p = V v +V w, или V p = V-V а а волуменот на цврстата материја, или апсолутниот волумен е V a = V-V p и тој секогаш е помал од волуменот на материјалот со пори и шуплини, V a < V 3

20 3.. Волуменска маса Волуменската маса g (kg/m 3 ) на еден материјал претставува маса на единица волумен на материјалот во природна состојба, заедно со порите и шуплините. Волуменската маса се определува со изразот: m 0 g = [kg/m 3 ] 3.2 V каде е: g - волуменска маса во kg/m 3 ; m 0 - маса на материјалот во сува состојба во kg, и V- волумен на материјалот во m 3. Обично, волуменската маса g се определува во сува состојба на материјалот. Понекогаш е потребно да се определи волуменската маса на материјалот во влажна состојба, g v. Овие две карактеристични големини меѓу себе се поврзани во релацијата: mv = g Ł + Ha g v = g Ł m0 ł 00 ł mv во која е: m v - маса на водата; Ha = 00(%) - апсолутната влажност на m0 материјалот во проценти. Волуменската маса е важна карактеристика која треба да се знае при определување на товарите од сопствената тежина на одделните конструктивни елементи во инженерските конструкции кои се користат при статичкото пресметување и димензионирање на истите. Ако не се знае волуменската маса на составните материјали не може да се проектира ни составот на бетонот и градежните раствори. Истовремено, во зависност од вредноста на волуменската маса може да се суди за способноста на материјалот да спроведува топлина, за неговата јакост и некои други својства. Големината на волуменската маса на еден ист материјал во голема мерка зависи од неговата порозност. Треба да се напомене дека материјалот ќе има толку помала волуменска маса колку што му е порозноста поголема и обратно. Значи, волуменската маса зависи обратно пропорционално од порозноста. Од друга страна пак, присуството на поголем или помал број на пори и шуплини во материјалот во голема мерка влијае на неговата способност да спроведува топлина (на пример, кај термоизолациските системи), или на неговите механички особини. Така, материјалите со помала порозност имаат поголема волуменска маса, т.е. истите се потешки, имаат полоши термоизолациски особини но многу подобри механички особини од материјалите со помала волуменска маса (поголема порозност). Ова јасно укажува на фактот дека волуменската маса е еден многу важен параметар кој треба да се знае за материјалите што се користат во градежништвото. 4

21 Волуменската маса се определува по експериментален пат на примероци, т.е. на пробни тела со правилен или неправилен геометриски облик при што треба да се определи волуменот и масата на секој примерок одделно. Масата на примероците m 0 се добива со мерење на вага со барана точност (со технички, аналитички или други видови ваги). Во зависност од видот и состојбата на материјалот, волуменот на примерокот V, а оттаму и волуменската маса на материјалот може да се определи на различни начини. () Волуменска маса за примероци со правилна форма Волуменот V може да се добие по математички пат со претходно мерење на димензиите на примероците. Најчесто под примероци или т.н. пробни тела со правилна форма се подразбираат проби во облик на коцка, призма или цилиндер. За едно испитување неопходни се најмалку три пробни тела. Вообичаено е димензиите на пробите да се определат со помош на шублер или метар. Големината на димензиите кои учествуваат при определувањето на волуменот на пробата претставува средна вредност од најмалку три мерења. Sl. 3.2 Merewe na dimenziite na probnite tela so pravilen oblik На овој начин волуменската маса на материјалот од кој што се направени примероците се добива како средна вредност од испитувањето на најмалку три пробни тела (2) Волуменска маса на примероци со неправилна форма Доколку примероците имаат неправилен облик тогаш волуменот на истите не може да се определи по математички пат, туку се користат некои други методи. Во зависност од тоа дали се работи за збиен или порозен материјал постојат повеќе различни начини за определување на волуменот. 2. Волумен на примероци од збиен материјал со неправилна форма Може да се определи со мерење користејќи волуменометри, градуирани цилиндри, пикнометри, или цилиндер со преливник, Сл Најчесто се користат т.н. хидростатички ваги, Сл. 3.4, кои го користат познатиот Архимедов закон според кој на секое тело потопено во течност дејствува сила на истиснување еднаква на масата на истиснатата течност. Во зависност од видот на материјалот на примерокот се употребуваат и соодветни течности како дестилирана вода, терпентин, бензин, жива, за да не се јават хемиски или физички процеси меѓу материјалот и течноста. 5

22 Во текот на испитувањето најпрво се мери масата m 0 на пробното тело со точност од 0,0g, потоа со помош на хидрауличката вага се определува маса m на примерокот потопен во течноста со соодветна специфична маса g st. Според релацијата 3.2, во општ случај ако е позната масата на некој материјал и неговата волуменска маса, тогаш може да се најде и волуменот на истиот, m 0 m g =, 0 V =. V g Според ова, волуменот на пробата со неправилен облик е еднаков на односот на масата на истиснатата течност (m 0 -m ) и специфичната маса на течноста g S,T. m 0 - m V = g S,T Потоа волуменската маса се определува според релацијата (3.2): m0 g = g S,T 3.4 m - m 0 Сл. 3.3 Цилиндер со преливник Сл. 3.4 Хидростатичка вага 2.2 Волумен на примероци од порозен материјал со неправилна форма Ако примерокот е од порозен материјал тогаш за определување на неговиот волумен V се користи истата постапка, со мерење во волуменометри или со помош на хидростатичка вага, со таа разлика што треба да се направи претходна припрема на пробата со цел да се елиминира навлегувањето на течноста во порите и капиларите за време на испитувањето. После ваквата припрема постапката на определување на волуменската маса на порозниот материјал е потполно иста со онаа за збиениот материјал. Главно се користат два начини за определување на волуменот на порозните материјали: (a) со претходно потопување на примерокот во течност во која останува се до потполно заситување, и (b) со премачкување на површината на примерокот со определен заштитен материјал. Ако се користи постапката со премачкување тогаш претпазливо треба да се избере материјалот за заптивање. Најчесто за таа цел се користи парафинот. Во текот на испитувањето најпрво се определува (со мерење) масата на примерокот m 0 во сува состојба. Потоа пробата се потопува во 6

23 растопен парафин. Парафинот навлегува во површинскиот дел од порите и шуплините, и откога примерокот ќе се извади по неговата површина се образува водонепропусен филм од парафин. Така се доаѓа всушност до моделот на проба од збиен материјал. Се мери масата m на парафинираната проба. Потоа, со помош на волуменометри или со хидростатичката вага се определува и масата m 2 на парафинираната проба потопена во водата. Ако специфичната маса на водата е g S,T, а на парафинот g S,P (g S,P = 930 kg/m 3 ), волуменот на пробата се пресметува како разлика на волуменот на парафинираната проба и волуменот на парафинот. V=Vpar.pr.-Vpar. При ова, треба да се има предвид дека во општ случај, волуменот на некој материјал може да се определи како однос на неговата маса и специфичната, односно волуменската маса на истиот: m γ = V [ kg / 0 m 3 ] m V = [m 3 ] γ Според измерените маси на сувиот и на парафинираниот примерок се определуваат масите и соодветните волумени како што е презентирано подолу. маса на парафинот: m par. = m - m 0 ; волумен на парафинот: Vpar.= m par. / γ s,p =( m - m 0 )/ γ s,p волумен на парафинираната проба: однос на масата на истиснатата течност и специфичната маса на течноста во која е потопена пробата Vpar.pr.= ( m - m 2 )/ γ S,T волумен на пробата: - m2 m - m0 S,T V=Vpar.pr.-Vpar. m V = g g Тогаш, волуменската маса на примерокот од порозен материјал ако се знае волуменот од релацијата 3.5, се добива како : γ=m 0 /V S,T S,P m0 g = 3.6 m - m2 m - m0 - g g (3) Волуменската маса на материјали со растресита структура Кај неврзаните материјали, зрнести или во вид на прав, волуменската маса се определува на примероци кои се формираат во садови со различен облик. Најчесто се користи цилиндер чиј дијаметар е еднаков со височината. Во овие садови се внесува потполно сув материјал кој со помош на инка слободно се пушта да паѓа од определена висина, Сл. 3.5 и Сл На овој начин се симулира растреситост на материјалот која приближно одговара на природните услови. S,P 7

24 Волуменската маса на материјалот во слободно насипана состојба се пресметува врз основа на измерената маса m на садот заедно со материјалот што е во него, ако претходно се знае масата на празниот сад m c и корисниот волумен на садот V c. Волуменот V c на садот се избира во зависност од големината на зрната на испитуваниот материјал. За гипс, мелена вар, цемент и песок се препорачува испитување со помош на цилиндричен сад со волумен V c = dm 3 (0,00 m 3 ). Волуменската маса на слободно насипаниот материјал се пресметува како однос на масата на материјалот и корисниот волумен на садот, според формулата: g = (m - m c ) / V c 3.7 каде е: m - маса на садот заедно со материјалот; m C - маса на празниот сад; V C - корисен волумен на садот, и претставува најмала возможна вредност. На пример, специфичната маса на една врста варовник е 2700 kg/m 3, неговата волуменска маса е околу 2500 kg/m 3, додека пак волуменската маса на слободно насипан толченик добиен со ситнење на истиот изнесува само 300 kg/m 3. Волуменската маса на материјалите кои се користат во градежништвото варираат во многу широк дијапазон на вредности. На пример, волуменската маса на експандираниот полистирен-стиропорот (Усјепор) се движи од 2 40 кг/м 3, на градежната керамика од kg/m 3, на бетонот kg/m 3, а на челикот дури 7800 kg/m 3. Сл. 3.5 Лабораториска инка Сл.3.6 Специјален апарат за насипан материјал Специфична маса Специфична маса g S (kg/m 3 ) претставува маса на единица волумен на апсолутно густиот материјал (без пори и шуплини). Или, со други зборови тоа е маса на единица волумен на чиста цврста супстанца која се добива со отстранување на присуството на течната и гасовитата фаза. Така специфичната маса се дефинира со изразот: g S = m 0 / V a (kg/m 3 ) 3.8 каде што е: m 0 -масата на материјалот во (kg), а V a -волумен во компактната, цврста материја, или т.н. апсолутен волумен во (m 3 ). Определувањето на специфичната маса по експериментален пат во практиката се врши на повеќе начини со примена на постапката која се состои 8

25 од неколку фази. Треба да се потенцира дека специфичната маса се определува во сува состојба. Заради тоа, материјалот претходно се суши на температура од околу 05ºC и се мери неговата маса m 0. Потоа, се врши извлекување на воздухот од порите на материјалот со помош на вакуум и нивно исполнување, во херметички услови, со соодветна течност. Волуменот на течноста со која се исполнети порите е познат и тој е идентичен на волуменот на порите V p. Волуменот на материјалот во природна состојба V може релативно лесно да се определи. Врз основа на познатата релација (3.) со која се дефинира вкупниот волумен на некој материјал се добива вредноста на апсолутниот волумен V a, односно каде V p = V voda/ tecnost V a =V-V p, g S = m 0 / V a = m 0 / (V-V P ) Доволно точни вредности на специфичната маса за практични цели, можат да се добијат со постапката на претворање на материјалот во фин прав, т.н. постапка на ситнење. Овој прав се суши на температура од 05 ºC до постојана маса. Потоа се мери неговата маса m 0 и се потопува во соодветна течност. Волуменот на апсолутно густиот материјал V a се определува, според Архимедовиот закон, со мерење на истиснатата течност. За оваа цел се користат различни видови на волуменометри и пикнометри во кои се става течност која не е активна со материјалот што се испитува, а за која се знае специфична маса g S,T. Пикнометарот е стаклен сад со крушкаста форма кој е исполнет со загреана течност (најчесто на 20ºC) со дефиниран волумен. Обично волуменот се обележува, односно е назначен на приборот (најчесто стаклен прибор), а масата m на течноста што е во него претставува константа на пикнометарот. Ако при испитувањето се користат различни видови течност, тогаш оваа константа треба претходно да се определи за секој вид поодделно. Многу често во практиката треба да се определи специфичната маса на мешавини од неколку материјали (бетонска мешавина, градежен раствор и слично). Тогаш, ако се познати масите на одделните компоненти m i и нивните специфични маси g Si, специфичната маса на смесата g S се пресметува според релацијата: g S = m 0 / V a Каде е: m 0 =Sm i, V a = SV ai =S m i /g Si, i=,2,3,4,...n - број на компоненти во мешавината g S = n i= m m g i i Si = m + m m m + g g S 2 2 S mi mn mi m g g Si n Sn 3.9 Специфичната маса како параметар на градежните материјали се користи при определувањето на структурните карактеристики на материјалите и при проектирањето на составот на бетонот, растворите и други композитни материјали. 9

26 Обично, специфичната маса на поголем број материјали што се користат во градежништвото е поголема од нивната волуменска маса, заради тоа што повеќето од нив се порозни. Само за потполно компактните материјали волуменската и специфичната маса може да имаат иста бројна вредност (тоа е случај кај металите, стаклото, битуменот). Кај повеќето природни и вештачки камени материјали специфичната маса се движи од kg/m 3, кај вештачките смоли до 800 kg/m 3, а додека кај повеќето врсти на дрво е помала од 000 kg/m Структурни карактеристики Структурата на еден порозен градежен материјал може да се карактеризира со неколкуте параметри како што се: густината, релативната густина, порозноста, отворената и затворената порозност, распределувањето на порите во зависност од вкупната порозност, и друго Порозност Порозноста е една од најважните структурни карактеристики на материјалите. Порозноста претставува степен, или мерка на застапеност на празни простори во цврстата супстанца од која што е изграден материјалот. Празните простори можат да се јават во различни форми, големина и распределба на големината, може да бидат исполнети со воздух, или некој друг гас, или со вода. Главно, празните простори се јавуваат во вид на пори и шуплини. За разлика од порите кои се микроскопски ситни, шуплините се значително поголеми и се забележуваат со голо око. Според големината, порите може да се поделат на некапиларни и капиларни, односно капилари. За некапиларни пори се сметаат оние чија големина се движи од м, додека пак капиларните пори се од ред на големината од m. Порите и шуплините редовно имаат неправилен облик и се простираат низ масата на материјалот во сите правци. Се разликуваат затворени пори, т.н. шуплини и отворени пори - капилари, Сл (а) Сл. 3.7 Видови пори; (а) затворени пори - шуплини; (б) отворени пори - капилари (б) 20

27 Затворените пори меѓу себе не се поврзани, туку се изолирани, додека отворените пори комуницираат меѓусебно, а може дури и да имаат контакт со надворешната средина, Сл. 3.7 (б). Порозноста како параметар се карактеризира со коефициент на порозноста p(%), што претставува однос меѓу волуменот на сите пори и шуплини содржани во материјалот и волуменот на материјалот во природна состојба, и изнесува: Vp V - Va Va g p = 00 = V V = = - Ł - % 3.0 V ł Ł g S ł каде е: p - порозност на материјалот во %; g- волуменска маса на материјалот во kg/m 3 и g S -специфична маса во kg/m 3 ; V a =m 0 /γ s ; V=m 0 /γ Порозноста дефинирана на овој начин претставува т.н. вкупна или општа порозност (p). Инаку, вкупната порозност е збир од отворената порозност (p o ) и затворената порозност (p z ): p = p o + p z 3. () Отворената порозност (p o ) се дефинира како однос на волуменот на сите отворени пори и вкупниот волумен на материјалот. Vop po = 00 (%) V 3.2 Оваа структурна карактеристика, најчесто се определува експериментално преку мерење на количеството на впиената вода која во овој случај ги исполнува само оние простори во материјалот кои се поврзани со површината на примерокот, т.е. само отворените пори. Најпрво се определува, се мери масата m 0 на потполно сувиот примерок пред неговото потопување во вода. Потоа, се мери масата m 0v на примерокот после впивањето на водата до потполно заситување. Волуменот на впиената вода всушност претставува и волумен на отворените пори што претставува однос на маса на впиената вода во отворените пори и специфичната маса на водата: V op mvp.voda m0v - m0 = Vvoda = =, m vp.voda =m 0v -m 0 g g s,v Тогаш, отворената порозност според релацијата 3.2 може да се определи со изразот: p o s,v m0v - m0 00 = (%), 3.2- V g во кој е: g S,v е специфична маса на водата која, како што е познато, има вредност g S,v = 000 kg/m 3, Присуството на отворените пори во некој материјал условува намалување на отпорноста на дејството на мраз и отпорноста на дејството на агресивните гасови и течности а зголемување на неговата S,v 2

28 водопропустливост. Истовремено овие пори се пожелни кај материјалите што се користат за звучна изолација, бидејќи ја примаат, т.е. ја проголтуваат енергијата на звукот. (2) Затворената порозност (p z ) е однос на волуменот на порите кои не се поврзани меѓу себе и со површината и не можат да се исполнат со вода, и волуменот на материјалот во природна состојба. p V zp z = 00 (%) 3.3 V Затворената порозност се пресметува како разлика меѓу вкупната порозност p и отворената порозност p o : p z = p- p o 3.4 Зголемувањето на затворената порозност за сметка на отворената порозност помага за подобрувањето на отпорноста на мраз и водонепропустливоста и конечно за зголемување на долготрајноста на материјалите при дејство на течна или гасовита надворешна средина. Затворените пори ја подобруваат способноста на материјалот како топлински изолатор, меѓутоа го влошуваат квалитетот на изолацијата на звукот. Отворените пори се предоминантни кај материјалите кои имаат вкупна порозност поголема од 0%, а затворените кај материјалите кои имаат порозност помала од 0%. Кај материјалите чија вкупна порозност е помала од 5%, како што е покажано на дијаграмот на Сл. 3.8, практично егзистираат исклучиво само затворените пори. 30 O P ZP 20 0 Poroznost, po, pz [%] p[%] vu Сл. 3.8 Raspredelba na zatvorenata p z i otvorenata poroznost p o vo zavisnost od vkupnata poroznost p Порозноста на цврстите материјали кои се користат во градежништвото се движи во широк дијапазон: p=0, 0,6% кај мермерот и гранитот, преку 70 85% кај тулите за термоизолација, до над 90% кај вештачките материјали од полимери (стиропорот). Важно е да се потенцира дека во зависност од типот на конструкциите и објектите во градежништвото се користат и материјали со различна порозност. Така на пример, како материјали за топлинска изолација се користат оние кои 22

29 имаат висока порозност со предоминантно присуство на затворени пори, додека за хидротехнички објекти и водоводни и канализациони цевки ќе се применат материјали со мала порозност. Треба посебно да се истакне дека за материјалите што се употребуваат во градежништвото од особена важност е нивната вкупна порозност да биде рамномерно распределена во масата на материјалите бидејќи тоа по правило обезбедува и рамномерност на останатите особини Густина Густината или компактноста q на некој материјал претставува степен на исполнетост на определен волумен со цврста материја. Се дефинира како процентуален однос на апсолутниот волумен V a, и волуменот на материјалот во природна состојба V. q V V m g m g 0 a S = 00(%), q = 00 = 00(%) или q - p( %) 0 g g S =, 3.5 каде: q -густина во %; p - порозност, %; g S -специфична маса, kg/m 3 ; g - волуменска маса, kg/m 3. Густината на апсолутно густиот материјал се нарекува теориска густина и се определува со пресметување на масата (ако се познава масата на атомот, јонот или молекулата) и волуменот (со помош на познавање на параметрите на решетката) на единечна ќелија на кристалниот материјал. Теориската густина се задава во kg/m 3 и практично истата е идентична со специфичната маса на апсолутно густиот или непорозен материјал. Сите останати реални материјали кои во помала или поголема мерка содржат одредена порозност имаат густина помала од теориската. Оваа густина на реалните материјали се вика уште и релативна густина и се задава во проценти од теориската густина. За голем број материјали кои се користат во градежништвото важно е да се знае и насипаната густина или растреситоста. Оваа структурна карактеристика претставува однос на волуменот на празнините меѓу зрната и волуменот на зрнестиот материјал во насипана состојба и се определува по формулата: p= - g / g z каде што е: g - волуменска маса на материјалот во насипана состојба; и g z - волуменска маса на зрната во kg/m 3, при што се претпоставува дека зрната на материјалот се апсолутно компактни. Од дефиницијата јасно следува дека растреситоста е врзана за зрнести и прашкасти материјали кои се составени од одделни меѓусебно неповрзани зрна (шљунак, толченик, песок, цемент, вар, гипс и т.н.), и се определува на ист начин како и порозноста. Познавањето на истата овозможува правилно складирање и посебно транспорт на дисперзивните материјали кои во градежништвото се користат во големи количини. 23

30 Илустративно, во Табелата се дадени просечните вредности на параметрите на состојбата и структурните карактеристики за некои поважни и многу често користени материјали во градежништвото. Табела. Просечни вредности на параметрите на состојба и структурните карактеристики некои поважни градежни материјали. Вид на материјалот Параметри на состојбата Специфичн а маса (kg/m 3 ) волуменска маса (kg/m 3 ) структурни карактеристики општа порозност (%) Компактност (густина) (%) Гранит Природен , 98,9 камен Вулкан. туф ,2 5,8 Бетон Обичен ,7 92,3 Лесен ,5 38,5 Тула Обична , 67,9 Шуплива ,9 49, Дабово ,2 46,8 Дрво Борово ,6 34,4 Стакло Челик за 24

31 4. Физички својства под дејство на надворешни влијанија 4. Основни поими Секој материјал вграден во некој конструктивен елемент е изложен на влијанието на околната средина. Под дејство на надворешните влијанија, било тоа да е топлина, водена пареа, гас или електрична струја, во материјалите се јавува соодветен физички процес којшто може да предизвика промена на карактеристиките на истиот, па дури и видливи оштетувања. На пример, појава на пукнатини од големи температурни разлики, разорување на материјалот заради влијанието на водата и водената пареа, промена на механичките карактеристики, итн. Токму затоа, треба да се познаваат основните карактеристики кои се заеднички за физичкиот процес независно од кое влијание е предизвикан. Брзината на некој физички процес v се дефинира како однос на потенцијалот, или погонската снага на процесот и големината на отпорот кој се јавува во тој материјал, и се пресметува со изразот: p - p2 Dp v = = 4. R R каде е: v - брзина на процесот; p -p 2 - потенцијална разлика или погонска снага; R - оптор. Потенцијалот на процесот може да претставува разлика меѓу напоните на водената пареа кај процесот на хигроскопното впивање на водата, разлика во температурите, разлика во електричниот напон, кога е во прашање минување на електрична струја, и т.н. Отпорот R зависи од геометриските карактеристики, т.е. од должината L и површината на напречниот пресек F на примерокот од материјалот, како и од големината на коефициентот K кој е карактеристика за секој материјал одделно, и тоа зависно од физичкиот процес: или: L R = K F L R =. 4.2 K F Така, брзината на физичкиот процес би се претставила со изразот: ( p - p ) 2 Dp F K v = =, L L Ł K F ł v = Dp K f 4.3 каде f=f/l е геометриски фактор кој ги карактеризира геометриските особености на дадениот материјал. Од друга страна пак, интензитетот на секој процес се проценува врз основа на неговата зависност во текот на времето. Така, брзината може да сe 25

32 дефинира како количество Q на топлина, вода, гас или струја кое во единица време t минува низ материјалот Q v =. t Од овде се добива дефинитивниот израз за Q, кој всушност го претставува законот на Дарси: Dp F t Q = v t = K. 4.4 L Оваа врска има релативно општ карактер, слична е, на пример, на Омовиот закон или на равенките на дифузниот пренос на топлина или маса, и со нејзиното користење возможно е да се решат низа практични проблеми. На пример, овој израз јасно покажува дека ситнозрнестиот материјал, како што се минералните врзива, многу побрзо ќе реагира во допир со водата и CO 2 од воздухот отколку крупнозрнестиот, а со самото тоа и побрзо ќе се стврднува, бидејќи има поголема вкупна површина (F), помала димензија на честичките (L) и според тоа, поголема вредност на Q. 4.2 Хидрофизички својства Материјалите кои се користат во градежништвото многу често, во текот на складирањето, транспортот, а и после вградувањето во одредени конструкции, доаѓаат во постојан или повремен допир со вода било да е таа во облик на водена пареа или во облик на течност. Влажењето на материјалите негативно влијае на експлоатационите особини на материјалите кои се користат во градежништвото. Така на пример, со влажење се зголемува способноста за спроведување на топлина на материјалот, односно се намалуваат неговите термоизолациски особини, дрвото може дури и да почне да се распаѓа, металите, ако не се посебно заштитени, да кородираат, а цементот и гипсот може да станат и потполно неупотребливи. Во која мерка водата ќе реагира со одреден материјал во многу зависи од неговата порозност и посебно од големината и типот на порите, односно од присуството на таканаречените капиларни пори Хигроскопност Способноста на капиларно порозните материјали да впиваат и да задржат одредена количина водена пареа од влажниот воздух се вика хигроскопност. Оваа појава е физичко-хемиски процес кој го вклучува впивањето на водената пареа од воздухот како резултат на нивната апсорпција, односно врзување со внатрешните површини на порите и на капиларната кондензација, која што е возможна само во капиларите со радиус помал од 0-7 m и при релативна влажност на околната средина поголема од 30%. Хигроскопната содржина на влага во материјалот е функција од релативната влажност и температурата на воздухот. Оваа зависност е дефинирана со изотермата на апсорпција прикажана на Сл. 4.. Се забележува дека се до точката A на кривата, се развива процесот на апсорпција на пареата на внатрешните површини на порите. Делот од кривата 26

33 десно од точката A го дефинира подрачјето во кое хигроскопната влажност се зголемува заради капиларната кондензација. Максималната хигроскопна содржина на влага се дефинира како рамнотежна содржина која одговара на дадена температура и релативна влажност на воздухот од 00%. Таа расте со порозноста на материјалот и зависи обратно пропорционално од пречникот на капиларите. Ако пречниците на капиларите се помали максималната хигроскопна содржина на влага ќе се зголеми. max sodr`ina na vlaga T[ C]=cons t A apsor. kond. О Relativna vla`nost Sl. 4. Izoterma na apsorpcija 00% Хигроскопноста W x се определува експериментално и претставува однос на масата на впиената влага од материјалот при влажност од 00% и температура од 20ºC и масата на сувиот материјал m 0 (kg), изразена во %: W x mba - m0 = 00 (%), 4.5 m каде е: m BA - маса на пробата во kg, при максимална хигроскопна содржина на влага. Хигроскопноста според погоре дефинираниот израз ќе биде определена ако најпрво пробите од материјалот се сушат до постојана маса m 0 која се мери со точност од 0,0g. Измерените проби потоа се поставуваат над вода во специјален апарат ексикатор во кој се одржува температура од 20 ± 3ºC. Волуменот на пробата не треба да биде поголем од 50% од волуменот на воздушниот простор во ексикаторот. После 72 часа пробите се вадат од апаратот, се мерат и се добива масата на пробата после заситувањето со водена пареа m BA. Масата на впиената влага на материјалот е m BA -m 0. Кај определен број градежни материјали, како што се материјалите за термоизолација, ситно мелениот цемент и други, кои имаат голема внатрешна површина на порите и празнините се јавува и голема хигроскопност. Зголемената хигроскопност на материјалите за термоизолација ја зголемува нивната способност за спроведување топлина и ја намалува способноста на топлински изолатори. Ако на пример, цементот, негасената вар, градежниот гипс и другите минерални врзива подолго време се изложени на воздух со висок процент на водена пареа (во дождливи периоди) заради нивната изразена хигроскопност се намалува нивната активност така што може да станат и потполно неупотребливи. 0 27

34 4.2.2 Хидрофилност Хидрофилност претставува способност на материјалот на својата површина да врзува поголема, или помала количина на вода. Молекулите на водата имаат нагласена апсорпција, односно моќ на врзување за површината на цврстите тела. Појавата на апсорпција, односно врзување се должи на електростатичкото привлекување на спротивно наелектризираните полови помеѓу молекули на водата и површината на цврстите материи, Сл.4.2. Токму тоа е причината што изразито хидрофилни се оние материјали чии молекули се поларни или на површината поседуваат активни поларни групи Сл. 4.2 Хидрофилност Тоа се материјалите кои многу лесно ја врзуваат водата, посебно од атмосферата, при што може да се јават и извесни хемиски реакции создавајќи нови соединенија Хидрофобност Хидрофобност е особина на материјалот која е практично спротивна на хидрофилноста. Хидрофобните материјали не остваруваат никакви контакти со молекулите на водата заради тоа што на површината немаат активни поларни молекули, што условува да не ја апсорбираат водата. Во оваа група материјали спаѓаат разни лакови, бои и емулзии. 4.3 Впивање на вода voda cvrsta materija Впивањето на вода е особина на материјалите, при нормален атмосферски притисок, под дејство на молекуларните и капиларните сили да впиваат и да ја задржуваат водата. Впивањето на вода е толку поголемо, колку што се поголеми: () порозноста на материјалот, (2) слободната површина на порите и (3) хидрофилноста, односно хигроскопноста на истиот. Материјалот најинтензивно ја впива водата во почетните часови после потопувањето или допирот со неа. Брзината на впивањето на водата зависи од големината на капиларите. Во колку големината на капиларите е поразнородна (различни по димензии), толку и брзината на впивање ќе биде поголема. Експериментално, мерењето на впивањето вода се врши според точно пропишани постапки. Најчесто се применуваат две постапки и тоа:() метода на постепено потопување, и (2) метода на капиларно качување, Сл

35 4.3. Метода на постепено потопување (МКС Б. Б8. 00) При методата на постепено потопување, Сл. 4.3 (а), точно е пропишан начинот на изведување на постапката. Откога пробите од материјалот се просушени до постојана маса и со мерење е констатирана нивната маса m 0, се поставуваат во стаклена или метална када врз скара при што долната површина нема да се допира до дното на садот. Во интервали од 4 6 часа во кадата се дотура вода така што примерокот се потопува последователно до /4, /2, 3/4 од висината. На крајот примерокот потполно се прекрива со вода така што водениот слој над површината не треба да биде поголем од 2 3 cm. 3/4 /2 /4 a) postapno potopuvawe 2 3c msm b) kapilarno ka~uvawe h 0 5sm Sl.4.3 Postapki za merewe na vpivaweto na voda H h Postepenoto dodavawe na voda obezbeduva slobodno izleguvawe na vozduhot koj bil zatvoren vo porite na materijalot. Posle tri denono- }ija probite se vadat od vodata se prebri{uvaat so vla`na meka krpa i se merat. Za da se proveri dali probite se napolno vodozasiteni, tie se postavuvaat u{te narednite 24 ~asa da otstojat vo vodata i povtorno se meri nivnata te`ina, m 0V. Примероците се сметаат дека се водозаситени ако разликата во масите m 0V при двете последователни мерења после 24 часа не е поголема за %. Впивањето на вода претставува однос на масата на впиената вода m V и масата на сувиот примерок m 0, изразен во %, дефиниран со изразот: mv m0v - m0 u = 00 = 00 (%) 4.6 m m 0 каде е: m 0V - маса на примерокот измерена после третманот во вода, а m V = m 0V - m 0 - маса на впиената вода. Впивањето на вода може да се изрази и во однос на волуменот V на примерокот во сува состојба, т.н. впивање на вода по волумен што претставува маса на впиената вода на единица волумен на материјалот во природна состојба со пори и шуплини: 0 mv uvol. = 00 (%) 4.7 V Ако волуменот се изрази во функција од волуменската маса тогаш релацијата за впивањето на вода по волумен го добива следниот облик: m0v - m0 m0v - m0 uvol. = 00 = 00 = u g, 4.7- V m / g каде е: g-волуменска маса на материјалот, u - впивање на вода по маса во %. Односот меѓу впивањето на вода по волумен и впивањето на вода по маса претставува волуменската маса на материјалот во сува состојба: 0 29

36 u m0v - m0 (m0v - m0) m0 = = u Ł V ł Ł m0 ł V = g vol 4.8 Ова дава можност да се преминува од еден вид впивање вода кон друг: u vol = g u 4.9 Најчесто, впивањето на водата при нормален атмосферски притисок е помало од порозноста на материјалот бидејќи водата не успева да продре и во најмалите пори, а додека во најголемите пори не се задржува. Впивањето на вода u за различни градежни материјали е различно и се менува во широки граници: за гранит u=0,02 0,7%; за обичен бетон 2 8%; за тули 8 5%, итн Капиларно впивање на вода (МКС У. М8. 300) Многу често во практиката се случува само дел од порозниот материјал да се наоѓа во вода при што се јавува т.н. капиларно впивање на вода. Тогаш настанува капиларно качување на водата и влажење на оној дел на материјалот кој што не е во непосреден допир со водата. Ова влијание е карактеристично за бетонот, тулите и градежниот камен. Капиларните пори во реалните материјали имаат неправилен облик, па така за пресметување на висината на капиларното качување не може да се употребат познатите теоретски обрасци. За практични цели, најчесто се користат доволно точни емпириски обрасци. H F visina na kapilarno ka~ena voda h h 0 5cm Sl. 4.4 Kapilarno vpivawe na voda Така, пресметувањето на количината на вода Q V што ја впива материјалот за определено време t се врши според релацијата: Q V = k F t 4.0 Во овој израз, k (коефициент на капиларност) е константа која се определува експериментално, а пак F е површина преку која се врши впивањето. Мерењето (експериментално) на капиларното впивање на вода се врши според методата на капиларно качување, Сл. 4.4, при што се користат призматични или цилиндрични пробни тела со височина, најчесто, 4 пати поголема од дијаметарот или страната на попречниот пресек. Третирањето на пробните тала е исто како и при претходно опишаната метода, со таа разлика што длабочината на потопениот дел h 0 се бира да не е помала од cm. Во кадата се пушта постојано да тече вода, на тој начин што се обезбедува вишокот вода да се прелива преку преливник обезбедувајќи ја постојаната длабочина на натопување. Примероците остануваат во кадата до воспоставување на постојана маса m 0V. 30

37 Капиларното впивање вода u kap. се определува како однос на количеството вода кое се наоѓа во порите и празнините на делот од материјалот над нивото на водата и масата на материјалот во сува состојба m 0 mk.v.v ukap. = 00 [%], 4. m каде е: 0 m k.v.v - маса на капиларно впиената вода која се добива како разлика на масата на водозаситената проба m 0V и збирот на масата на сувиот примерок m 0 и масата на впиената вода во потопениот дел m v.v.p.d : m k.v.v = m 0V - (m 0 + m v.v.p.d ) 4.2 Масата на впиената вода во потопениот дел од примерокот со висина h 0 се добива преку изразот за впивањето на вода по волумен како: u vol. mv = 00 = γ u V h0 m v.v.p.d = γ u V h0 Конечно, изразот за капиларното впивање на вода го добива обликот: каде е: u kap m 0V - маса на водозаситената проба, kg ; m0v (m0 Vh u) 0 = - + g 00 (%) 4.3 m m 0 - маса на примерокот во сува состојба, kg; 0 2 D π V h0 = h0 - волумен на потопениот дел од примерокот со висина h 0, m 3 ; 4 g - волуменска маса на материјалот, kg/m 3 и u - впивање на вода по маса на материјалот, во %. Капиларното впивање на вода може да се изрази и како процентуален однос помеѓу висината h на која се издига капиларно впиената вода и висината на примероците H, h kap = 00 (%). 4.4 H u. Кога се користи методата на капиларното качување може да се воспостави и функционалната зависност помеѓу висината на качување h и времето на контактот на материјалот со водата t. Заради ова може да се претпостави дека количината на впиената вода е Q V = c F h. Со изедначување на овој израз со изразот 4.0, Q V = k F t, ќе се добие: k Q V = c F h = k F t h = t = k0 t 4.5 c 3

38 каде: параметарот k е коефициент на капиларност и може да се пресмета со Q V изразот (4.0) k = ; Q V =m 0V -m 0 F t m V m0 k = 4.7 F t 0 - k 0 може да се определи и со директно мерење на висината на качување на водата, т.е. врз основа на изразот 4.5: k 0 = каде t е времето мерено од моментот на потопување на примерокот во вода до моментот кога истиот ја постигнува постојаната маса m 0V. 4.4 Водозаситеност - апсолутно впивање на вода Впивањето на водата зависи од повеќе фактори како што се: времето и постапката на потопувањето, капиларните ефекти, температурата на материјалот и водата, притисокот под кој се врши натопувањето и друго. Апсолутното впивање на вода се определува експериментално за секој материјал одделно. Со цел да се постигнат што е можно поголеми вредности на впивањето на вода до потполно водозаситување, понекогаш материјалот заедно со водата се става во вакуум, или, заедно со водата се загрева до вриење на водата во траење од 2 часа и потоа така потопените проби во наредните 24 часа се оставаат да се оладат. Ако после овие или слични третмани се пресмета впивањето на вода се добива водозаситеноста u P што претставува способност на материјалот, под специјални услови да го исполни со вода целиот волумен на отворените пори. Водозаситеноста може да се изрази во однос на масата или во однос на волуменот на пробата во сува состојба. Водозаситеноста во однос на маса u P претставува маса на впиената вода на единица маса на примерокот во сува состојба, изразена во проценти: mv up = mvz m0 00 (%) u m m 00 (%) P = h t 0 каде што е: m V = m VZ m 0 - масата на впиената вода, m VZ маса на водозаситената проба, m 0 - маса на примерокот во сува состојба На сличен начин, волуменската водозаситеност u PV се изразува како маса на впиената вода на единица волумен на сувиот материјал: 32

39 mv upv = mvz m0 00 (%) u V V 00 (%) PV = 4.20 Треба да се потенцира дека, специјалните услови при кои се постигнува апсолутно впивање на водата не можат да се случат во реални услови при експлоатација на зградите и другите инженерски објекти, но овој параметар дава јасна претстава за волуменот на отворените пори, бидејќи волуменската водозаситеност е еднаква на отворената порозност на материјалот, односно: u PV =p Затоа, добиената вредност на водозаситеноста претставува максимална вредност на впивањето на вода за порозниот материјал, при тоа водејќи сметка дека впивањето на вода u дава претстава за волуменот на порите кои се исполнуваат со вода при нормални услови. Односот помеѓу впивањето на водата u и водозаситеноста u P претставува коефициент на водозаситеност k u u k u = 4.22 u P кој претставува степен на исполнување на отворените пори со вода при нормални услови. Ако вредноста на k u =0,8 тоа значи дека 80% од отворените пори на материјалот при нормални услови се исполнети со вода, а 20% од нив се слободни, т.е. не се исполнети со вода. Коефициентот на водозаситеност k u, понекогаш, се дефинира како однос на волуменското впивање на вода u VOL и порозноста p, односно: uvol ku = p 4.23 Вака добиената вредност може да се менува во границите 0 k u. И тоа, вредноста k u =0 кога сите пори во материјалот се затворени, додека пак за вредност k u = кога сите пори се отворени, односно кога волуменското впивање на вода е идентично со отворената порозност, u VOL =p Влажност на материјалот Влажност на материјалот е онаа количина на вода којашто тој ја содржи во себе (во празнините и шуплините на површината), под определени услови. Така, има природна влажност, просечна годишна влажност, хигроскопна влажност и друго. Во практиката најчесто се применуваат поимите за апсолутна влажност и релативна влажност. Апсолутната влажност H a може да се определи со мерење на масата на влажната проба m 0V и масата на сувата проба m 0, т.е. како однос на масата на водата содржана во празнините m V =m 0V -m 0 и масата на материјалот во сува состојба m 0 : mv Ha = 00 (%) m, m0v - m0 Ha = m 00 (%)

40 Влажноста на материјалот негативно влијае на неговите својства, особено на намалување на јакоста, способноста за изолација од топлина и друго. Промената на влажноста предизвикува линиски и волуменски деформации кај дрвото, бетонот и другите порозни градежни материјали. Ова наложува во некои случаи да се превземат мерки за заштита на материјалите од влага, а ако тоа е невозможно тогаш треба да се води сметка за влијанието на влажноста врз својствата на материјалот. Релативната влажност на материјалот H r претставува однос на масата на водата содржана во празнините на материјалот m V =m 0V -m 0 и масата на влажната проба на материјалот m 0V : H r m0v - m0 = 00 (%) 4.25 m 0V Врската помеѓу апсолутната и релативната влажност е дефинирана на следниот начин: H H m0v - m m 0 0 m r 0v 0 0 = =, H r = Ha m a 0v - m0 m0v m0v m Отпорност на дејство на вода - коефициент на размекнување Отпорноста на некој материјал спрема дејството на водата се дефинира како способност на материјалот да ја сочува јакоста при навлажнување. Квантитативниот параметар со кој се определува отпорноста на вода е коефициентот на размекнување K r што претставува однос меѓу јакоста на притисок на материјалот заситен со вода s ZV и јакоста на притисок на сувиот материјал s S : s m ZV K r = 4.26 ss Овој параметар е од посебна важност за материјалите кои се користат во конструкциите изложени на повремено или постојано дејство на вода (брани, мостови, цевководи). Така на пример, за да може во вакви услови да се користат разни карпести материјали или бетон, коефициент на размекнување не смее да биде помал од 0,8. Од овде произлегува дека отпорни на дејство на вода се оние градежни материјали кои имаат коефициент K r > 0,8. Вредноста на коефициентот на размекнување варира во границите 0 Kr. За глина и за изработки од гипс кои впиле вода, како и за други многу порозни материјали K r =0, додека за апсолутно густите материјали како што се челикот, стаклото, гранитот и други K r =. 34

41 4.7 Водопропустливост - коефициент на филтрација Водопропустливоста е особина на материјалот низ својата капиларно порозна структура да пропушта вода под притисок. Оваа особина е еднозначно определена со коефициентот на филтрација K f, кој според законот на Дарси Dp Qfv = Kf S t a е дефиниран со следната релација: K f Qfv a = (m/час) S Dp t Според овој израз следува дека коефициентот на филтрација K f е еднаков на количината на вода Q fv во m 3 која за време од час минува низ елемент со дебелина a=,0m, со површина S=m 2, при разлика на хидростатичкиот притисок на двете гранични површини од Dp=m воден столб. Коефициентот на филтрација има многу мали вредности (на пример за бетонот од cm/sec) заради што не е погодно истиот да се користи како критериум за водопропустливоста на материјалите. 4.8 Водонепропустливост Како критериум при изборот на материјалите подобни за изведување на специјални конструкции, како што се хидроизолациите, хидротехничките објекти, цевки и др., се користи нивното својство на водонепропустливост. Водонепропустливоста претставува способност на материјалот при однапред дефиниран притисок низ себе да не пропушта вода. Како критериум за водонепропустливоста на хидроизолационите материјали е времето за кое водата преминува низ материјалот при определен притисок. Ако се работи за бетонот тогаш тоа е максималниот притисок на водата во MPa при кој водата не минува низ материјалот. Водонепропустливоста на материјалот е поголема ако неговата отворена порозност е помала. Материјалите кои се многу компактни по правило се практично водонепропусливи. Значи, водонепропустливоста не зависи толку од општиот волумен на порите, колку од нивниот вид и димензии. Кај материјалите со отворени пори со мали димензии водонепропустливоста е многу помала отколку кај материјалите со поврзани пори со големи размери при еднаков волумен на порите. Водонепропустливоста се испитува експериментално на посебни примероци со определен облик и димензии во зависност од видот на материјалот и со примена на точно пропишани постапки. Главно постојат два вида на постапки и тоа: водонепропустливост при постојан притисок и постапка со променлив притисок со вода. Кога се користи постапката со постојан притисок пробното тело се фиксира на одреден начин во специјален апарат, Сл. 4.5, и се заптива со 35

42 избран хидроизолационен материјал, најчесто со силиконски кит, така што водата може да минува единствено низ примерокот што се испитува. p Dp=p -p 2 a Сл. 4.5 Експериментално испитување на водонепропустливост Потоа материјалот се изложува хидростатички притисок со постојана големина. Во овој случај, како мерка за водонепропустливоста се зема времето од почетокот на испитувањето до појавата на првата водена капка на спротивната страна од примерокот. На ваков начин се испитива водонепропустливоста на ќерамидите. 4.9 Собирање и бабрење p 2 Собирањето и бабрењето се волуменски деформации кои се јавуваат заради промена на влажноста на материјалот. Под собирање се подразбира намалување на линеарните димензии, а со тоа и на целокупниот волумен на материјалот предизвикано од сушење на материјалот. При сушењето се намалуваат слоевите на водата која ги опкружува честичките на материјалот. Тоа предизвикува зголемување на внатрешните капиларни сили кои се стремат честичките на материјалот да ги приближат една кон друга. Бабрењето се јавува при зголемувањето на влажноста на материјалот. Тоа е последица на зголемувањето на слоевите на вода која ги опкружува честичките при што доаѓа до намалување на капиларните сили кои дејствуваат во масата на материјалот. Наизменичното сушење и влажнење на порозните материјали предизвикува постојано менување на деформациите на собирање и бабрење при што се предизвикуваат напрегања со променлив знак. Овие повеќекратни циклични промени после извесно време условуваат намалување на јакоста на материјалот и појава на пукнатини кои го забрзуваат неговото разорување. Способноста на материјалот во продолжен временски период да издржи многукратно периодично навлажнување и сушење без значителни деформации и загуба на јакоста ја карактеризира неговата долготрајност во процесот на експлоатација. За илустрација, подолу се дадени вредностите за собирањето за некои карактеристични материјали кои често се користат во градежништвото:. дрво (нормално на влакната) mm / m ; 2. тула (глинеста) 0,03 0, mm / m ; 3. гранит 0,02 0,06 mm / m; 4. малтери 0,5 mm / m ; 36

43 5. обичен бетон 0,3 0,7 mm / m. Собирањето и бабрењето на материјалот се јавува само во случај кога во материјалите постојат капиларни пори. Кога во структурата на материјалот се предоминантни крупните пори тогаш при испарувањето на водата не се јавува промена на растојанијата меѓу честичките на материјалот, што значи дека нема да дојде до појава на волуменски деформации. 37

44 5. Однесување на материјалите на дејство на топлина - термотехнички својства Термотехничките својства на материјалите кои се применуваат во градежништвото го карактеризираат нивното однесување при физичките процеси кои се јавуваат под дејството на топлина. Познато е дека практично непостои градежен материјал кој не е чувствителен на промената на температурата на средината во која се наоѓа во текот на експлоатацијата. За ова, секако, треба да се води сметка, бидејќи основна цел на проектантот и на градителот е објектот да биде траен и да одговори на намената за која е проектиран. Меѓу многуте особености на градежните материјали од дејството на топлина важно место завземаат неколкуте наведени во наредните подточки од ова поглавие. 5.. Температурни дилатации и деформации Температурната дилатација е способност на материјалот под дејство на промена на температурата да ги менува своите димензии. До промена на димензиите кај цврстите материјали доаѓа заради промена во интензитетот на осцилациите на атомите, јоните или молекулите (основните структурни конститутивни елементи на цврстите тела) во рамките на нивната стационарна, односно рамнотежна положба, под дејство на промена на температурата. Оваа промена во интензитетот на осцилациите всушност предизвикува зголемување или намалување на растојанијата меѓу атомите, јоните и молекулите, така што како макро последица на овие микро промени доаѓа до ширење, односно собирање на материјалот. Температурното ширење се карактеризира со коефициентот на линеарното ширење a t кој покажува за колку ќе се променат димензиите на посматраното тело при промена на температурата за ºC. каде е: a t = a0 ( + x T) a 0 - коефициент на линеарно ширење на температура од 0ºC; x - фактор чија вредност зависи од видот на материјалот; T - температура ( 0 C) Линеарно температурно ширење Со експерименти е докажано дека ако стап со должина L 0, кој е вклештен на едниот крај а на другиот крај слободно лежи на подвижен цилиндер, се загрее од температура T до температура T 2, тогаш неговата должина ќе се промени и ќе добие вредност L, Сл.5.. Значи, при промена на температурата од DТ =Т 2 -Т (ºC), доаѓа до вкупна промена на должината на стапот за DL=L-L 0. 38

45 L 0 L L Сл. 5. Деформација од линеарно температурно ширење Со мерење на овие деформации при загревања на елемент од еден материјал со различни должини и на различни температури, е утврдено дека издолжувањето заради промена на температурата е пропорционално на првобитната должина на стапот L 0 и температурната разлика DТ: DL (t) = a t L o DT 5. Коефициентот на пропорционалноста a t, кој во техничката практика е познат како коефициент на линеарно ширење, за различни материјали има различни вредности и претставува промена на должината на единица должина на некој материјал при температурна разлика DT=ºC, односно тоа е дилатација на материјалот при промена на температурата за ºC: L( t ) t a t = a t = e a t = e t (DT =ºC) 5.2 L0 T T Коефициент на линеарно ширење за бетонот и челикот е a t =(0 2) 0-6, за епокситната смола α t =80 0-6, за варовникот α t =(4 8) 0-6, за тулите α t =6 0-6, за епокситната смола α t =80 0-6, за поливинил хлорид α t = , додека за другите поважни материјали тој е даден во Табела 5.. Таб.5. Коефициент на линеарно ширење a t Материјал a т 0-6 Алуминиум 23,8 Бакар 6,8 Бетон 0-2 Цементен малтер 0-2 Челик 0-2 Дрво (по должина на влакното) Гранит 8, Железо -2 Калцит 25 Варовник 4-8 Мермер 5-0 Тула (полна) 4,5 Порцелан 2-3,5 39

46 Кај сложените градежни материјали коефициентот на линеарно ширење зависи од вредноста на овој физички параметар за компонентата што е најмногу застапена. На пример за бетнот, што претставува мешавина од цемент, вода и агрегат кој е застапен со најголем процент, вредностите на овој коефициент во зависност од видот, односно потеклото на агрегатот, се презентирани во Табела 5.2. Таб. 5.2 a t за бетон од различен агрегат Вид на агрегат a t 0-6 Кварцен,9 Песочен,7 Гранит 9,5 Базалт 8,6 Варовник 6,8 Дробена тула 4, Температурни деформации на површински елементи Плочите кај кои едната димензија, дебелината е значително помала од останатите две, ширината и должината, спаѓаат во групата на површински елементи. Ако таквите конструкции се изложени на топлина предизвикана од температурните разлики DT тогаш се јавува т.н. температурно ширење на површинaта на плочестите елементи. Ако плоча со димензии a 0 и b 0 се загрее од температура T на температура T 2 тогаш и нејзините димензии ќе се променат, односно ќе бидат a и b. Промената на димензиите заради температурната разлика DT=T 2 -T ќе изнесува: a = a + a a T = a ( + a T) 0 t 0 b = b + a b T = b ( + a T) 0 t 0 t 0 0 t 5.3 така што првобитната површина S 0 =a 0 b 0 ќе се промени во S=a b: S = 2 a0 b0 ( + a t T) 5.4 Ако во развиениот израз за квадратот на биномот во заградата се занемарат сите големини од втор ред тогаш може да се усвои дека е: a = b S = S ( + 2 α T + α ) 5.5 t t 0 t t T односно површината S може да се дефинира со изразот: S = S 0 ( + b t DT) = S0 + DSt при што промената на површината заради температурната разлика е: D = b S DT 5.6 St t 0 40

47 Останатите делови од оваа релација се : DS t - општа површинска температурна деформација; S 0 - почетна површина на материјалот во м 2 ; DT - температурна разлика во ºC, Т=Т 2 -Т ; b t - температурен коефициент на површинското ширење кој има приближно два пати поголема вредност од коефициент на линеарното ширење на материјалот. Инаку, температурниот коефициент b т претставува промена површината на единица површина на материјалот при температурна разлика од ºC: DSt b t =, b t = est ( DT = º C) 5.7 S DT Температурни деформации на волумен Слично како и во претходната точка, ако со V 0 се означи волуменот на пробното тело на некој цврст материјал со правилен геометриски облик со страни a 0, b 0 и c 0 при температура T, а со V волуменот на истото тело при температура Т 2 > Т кога страните се зголемуваат и имаат вреднст a, b, c, тогаш промената на волуменот може да се дефинира: каде што е: V = V ( + gt DT) = V0 + DVt V 0 =а 0 b 0 c 0 - првобитниот волумен на материјалот на температура Т (ºC), V - волумен на материјалот при температурна разлика DТ=Т 2 -Т (ºC). V = a b c = a 3 0 b 0 c 0 ( + a t DT) Со занемарување на малите големини од втор и трет ред при развивање на 3 биномот ( + α T, со усвојување дека: t ) g = 3 a, 5.9 t t g т температурен коефициент на волуменско ширење, којшто е еднаков на промената на волуменот на единица волумен на материјалот при V температурна разлика од ºC: g t t =, g t = evt ( D T = º C ). V0 T Конечно се доаѓа до заклучок дека температурниот коефициент на волуменското ширење е приближно еднаков на тројната вредност на коефициентот на линеарно ширење на материјалот од кој е изработен примерокот. Овде посебно треба да се нагласи дека споменатите релации може да се користат само за изотропен материјал кој има еднакви физички особини во сите правци. Тоа е случај со аморфните материјали (стаклото) и кристалните материјали кои кристализираат во кубна кристална решетка (поголем број метали). Кај анизотропните материјали, физичко-механичките особини и температурното ширење се различни во различни правци што условува истите 4

48 да имаат различни коефициенти на линеарното ширење во различни правци. На пример: во правецот а: во правецот b: во правецот c: = α a T ; a 0 a 0 = α b T ; b 0 b 0 = α c T. c 0 c 0 Бидејќи почетниот волумен на телото е V 0 =а 0 b 0 c 0, после температурното ширење волуменот има вредност: каде е: V = V 5.0 D 0 ( + α a T) ( + α b T) ( + α c T) = V0 + Vt Vt t 0 t = g V DT g = a + a + a 5. a b c Деформациите предизвикани од промена на температурата кај статички неопределените носачи предизвикуваат и соодветни напрегања. За да не дојде до појава на пукнатини и значителни оштетување на елементите се превземаат соодветни конструктивни мерки. Најчесто конструкциите се делат на повеќе делови со помош на дилатациони фуги со што се овозможува непречено дилатирање на истите. Кај конструкции и конструктивни елементи составени од повеќе материјали треба да се има предвид разликата на коефициентот на линеарно ширење на секој од нив, бидејќи во врските на спојот на овие материјали можно е заради ова да се јават значителни напрегања. 42

49 5.2 Пренесување на топлина Познати се три основни начини за пренесување на топлина и тоа: () спроведување или кондукција; (2) мешање или конвекција; (3) зрачење или радијација. Сите овие начини за пренесување може да се јават истовремено, Сл. 5.2, со тоа што секогаш еден од нив е предоминантен. (а) (b) Сл. 5.2 Графички приказ на трите начини за пренесување на топлина низ конструкција на рамен кров: (а) во зимо, (b) во лето Пренесувањето на топлината од едно тело на друго со спроведување или кондукција се врши без забележително движење на честичките од телото во правецот на движење на топлинскиот проток. Основен услов пренесувањето на топлина да се одвива исклучиво на овој начин е телата, или делови од нив, непосредно да се допираат. Пренесувањето на топлина со мешање или конвекција се одвива по пат на движење на одделните делови од телата (гасовите или течностите) заради температурната разлика. Зрачењето или радијацијата претставува пренесување на топлина од едно тело на друго по пат на електромагнетни таласи во просторот меѓу тие две тела. Основен услов за ваков вид на пренесување е телата да не се во меѓусебен контакт, т.е. да не се допираат. Значи, станува збор за надворешно пренесување на топлина. Радијацијата е воедно и единствениот начин на пренесување на топлина помеѓу две тела во безвоздушен простор. Треба да се потенцира дека освен на овие три начини на пренесување, топлината низ конструкциите може да се пренесува и преку дифузијата на вдената пареа што нема влијание на практичните пресметувања на изолазиската моќ на елементите. 43

50 5.2. Коефициент на спроведување на топлина Спроведувањето на топлина е способност на материјалот низ себе да пропушта стационарен проток како резултат на температурната разлика меѓу двете гранични површини. Оваа особина е дефинирана со коефициентот на спроведување на топлина l којшто може да се определи врз основа на аналитичкиот израз на законот на Фурие, каде е: Q - dq / dt = -l S (dt / dx), 5. количество на топлина, Ф= dq / dt - топлински проток или брзина на пренесување на топлина, што претставува количина на топлина која се пренесува од, или на некој систем во единица време, dt/dx - S=A - знакот (-) промена на температура во зависност од растојанието на кое се пренесува топлината; површина низ која се спроведува топлинскиот проток на десната страна од равенката на Фуриевиот закон укажува на тоа дека топлината се пренесува од средина со повисока температура кон средината со пониска температура. При стационарното пренесување на топлина со спроведување во правецот на дебелината на елементот (x-оската), густината на топлинскиот проток q се дефинира како топлински проток на единица површина d F q= = da dq da dt и се нарекува уште и специфичен топлински флукс што претставува количина на топлина што минува низ некоја површина за врема од час. каде е: q = Q A t l q = DT (W/m 2 ) 5.2 a DT= T -T 2 - температурна разлика (ºC), a=d - дебелина низ која се спроведува топлината во m; Q - количество на топлина, (J) (J- џул е количество на топлина кое е потребно за зголемување на температурата на kg вода при нормален атмосферски притисок, за ºC од 4,5 5,5ºC); A=S - површина на пресекот нормален на правецот на спроведување на топлина, во m 2 ; t - времетраење на експериментот, (sec). Според Фуриевиот закон коефициентот на спроведување на топлина се дефинира со изразот: Q d l = [ W /(m ºC)] 5.3 A (T T ) t

51 Според ова, коефициентот на спроведување на топлина λ претставува количество на топлина кое што за време од t=sec минува низ слојот на некој материјал со дебелина од d=m, нормално на површина од A=S=m 2, при температурна разлика меѓу обете гранични површини DT = ºC. λ Сл. 5.3 Графичка презентација на дефиницијата на коефициентот на спроведување на топлина Спроведување на топлина на материјалите зависи од: составот на материјалот и неговата структура, волуменот и видот на порите, влажноста и температурата при која што се спроведува топлината. Материјалите со сложен хемиски состав имаат помала топлинска спроводливост отколку оние со прост, едноставен хемиски состав. При еднаков хемиски состав, материјалите со аморфна структура имаат помала топлинска спроводливост од материјалите со кристална структура. На пример, кварцот во кристален облик има коефициент на спроведување на топлина λ = 7 W/(m ºC) а во аморфна состојба λ = 0,7 W/(m ºC). Атомската тежина на елементите има обратно пропорционално дејство на спроводливоста на топлина. Mатеријалите составени од елементи со поголема атомска тежина имаат помал коефициент на спроведување на топлина, што од друга страна значи дека имаат поголема изолациска способност. Од сите средини, не сметајќи го безвоздушниот простор, најмалата топлинска спроводливост има воздухот, l=0,023 W/(m ºC), особено кога е затворен во порите на материјалот, т.е. кога е со мала подвижност. Ваков коефициент нема ниту еден друг класичен материјал за изолација. Класичните термоизолациски материјали како што се екдпандираниот полистирен (стиропор), минералната волна (камена или стаклена), полиуретанот или 45

52 порофенот, имаат коефициент l=0,04 W/(m ºC). Токму затоа, материјалите со висок степен на порозност и голема содржина на затворени пори со мали димензии имаат мал коефициент на спроведување на топлина, односно голема термоизолациска способност. Од овде следи јасен заклучок дека колку коефициентот l е помал толку и материјалот е подобар топлински изолатор. Кај порите со големи димензии, кај шуплините и порите кои се меѓусебе поврзани се јавува движење на воздухот во нив што условува и зголемување на спроведувањето на топлина. На пример, е докажано дека при t=0ºc спроведувањето на топлина на воздухот во порите од 3 mm e приближно два пати поголемо отколку во порите со пречник од 0,5 mm. При температура од 00 ºC овој однос е : 3. Експерименталното определување на коефициентот на спроведување на топлина се врши според стадардот МКС У. А на примероци од сувиот материјал кои вообичаено имаат димензии 70х70х5 cm. Основен елемент на уредот кој се користи е грејна плоча, Сл Таа се загрева со помош на електрична енергија предавајќи му на примерокот определено количество топлина. Грејната плоча е врамена со т.н. заштитен прстен. Над неа е поставена заштитна плоча. Заштитната плоча и прстенот се загреваат со помош на посебни струјни кола. Нивната температура за време на испитувањето преку термостати се одржува на исто ниво како и температурното ниво на грејната плоча. На овој начин се спречува грејната плоча да ја губи топлината од горната страна и бочно. Од долната страна на примерокот се поставува разладна плоча чија температура за време на мерењето се одржува на постојано пропишано ниско ниво што се постигнува со циркулација на разладна течност. Со овој уред се обезбедува линеарно спроведување на топлина. Топлината генерирана од грејната плоча минува нормално низ примерокот до разладната плоча без да настанат загуби на топлината од ниедна страна. Така, целокупниот топлински проток создаден во грејната плоча минува низ примерокот. Вредноста на коефициентот на спроведување на топлина во разгледуваниов случај се добива од димензиите на примерокот како и врз основа на измерените вредности на протокот на топлина и температурната разлика на двете спротивни површини на примерокот. mera~i na temperatura grejna plo~a primerok za{titna plo~a a za{titen prsten termoizolacionen materijal a T p b toplinski fluksometr rii razladna plo~a plo~a Сл Диспозиција на уредот за мерење на коефициентот на спроводување на топлина T 2 46

53 За материјалите кои се користат за термоизолација на цевководи испитувањето на коефициентот на спроведување на топлина се врши според методата на цевка, стандард МКС У. Ј Во практиката, многу често, спроведувањето на топлина се оценува врз основа на волуменската маса на материјалот. Графичката презентација на зависностите g-l добиени со испитување на некои неоргански материјали во различни сосојби е прикажана на Сл Од анализата на дијаграмот може да се констатира дека коефициентот на спроведување на топлина расте со зголемувањето на волуменската маса, што значи дека зависи обратно пропрционално од порозноста. Со зголемување на порозноста се намалува коефициентот l. Исто така се забележува дека за иста волуменска маса, со зглемувањето на присуството на водата во материјалот се зголемува и вредноста на кефициентот на спроведување на топлина а со тоа се намалува термоизолациската моќ на истиот. Затоа важи правилото дека само сувиот материјал со голем процент на мали затворени пори е добар топлински изолатор. l[w/m C] γ[kg/m 3 ] Сл. 5.4 Зависност меѓу волуменската маса и коефициентот на спроведување на топлина : () сув материјал; (2) и (3) влажен, (4) заситен со вода Спроведувањето на топлина на материјалите се зголемува со порастот на нивната влажност бидејќи водата, која навлегува во порите на материјалот и го истиснува воздухот од нив, има коефициент на спроведување на топлина 25 пати поголем од воздухот, l v =0,85 W/(m ºC). Замрзнувањето на водата во порите придонесува за дополнително зголемување на спроведувањето на топлина заради тоа што коефициентот l на мразот е 4 пати поголем од тој на водата, односно λ mraz =3,4 W/(m ºC). Во Табелата 5.3 се дадени вредностите на коефициентот на спроведување на топлина за разни материјали кои се користат во градежништвото. Ориентационата зависност меѓу коефициентот на спроводување на топлина и односот на волуменската маса на материјалот g и специфичната маса на водата g S,V, (g / g S,V ), е дадена со следниот емпириски образец: 2 ( g g S ) - 0, 6 l =,6 0,096-0, Коефициентот l зависи и од температурата. Оваа зависност е дефинирана со емпирискиот образец што важи за температура до 00ºC,,V l T = l0 ( + 0,005 T)

54 каде што е: l T коефициент на спроведување на топлина при температура T (ºC); l 0 - коефициент на спроведување на топлина при T=0ºC Спроведување на топлина низ еднослоен ѕид Со примена на законот на Фурие може да се дефинира количеството на топлина што се спроведува низ еднослојна преграда заради разликата на температурата DT= T -T 2 на нејзините гранични површини, при што е задоволен условот T >T 2. Дебелината на преградата е d=a, и е изведена од материјал со коефициент на спроведување на топлина λ, Сл Густината на топлинскиот проток q е потполно дефиниран со диференцијалната равенка од прв ред q = -l (dt / dx) ; T 2 < T 5.6 Оваа равенка се решава со раздвојување на променливите и интегрирање на истата за зададени гранични услови: q dx = -dt, Ł l ł T q dt = - l a q dx, T = - x + C 5.7 l Сл. 5.5 Спроведување на топлина низеднослоен ѕид Интеграционата константа C се определува од граничните услови на површините помеѓу двата флуиди, при што се добива: за x=0 T=T ; интеграционата константа C=T ; q за x=a T=T 2 ; T 2 = - d + T 5.8 l Од вториот граничен услов се добива конечната релација за густината на топлинскиот проток во функција од температурната разлика и карактеристиките на преградата: l l q = (T - T2 ) = DT. 5.9 d d Ако релацијата 5.9 се спореди со релацијата 5.2, q = Q /(A t), и се изедначат десните страни на истите Q (T T2 ) d A t = - 48

55 се добива изразот за вкупна количина на топлина Q што се пренесува со спроведување низ еднослоен ѕид: l = A t (T T ) d Q Спроведување на топлина низ повеќеслоен ѕид Многу често во градежништвото се изведуваат и ѕидови со повеќе слоеви, при што секој слој претставува посебен материјал со соодветна дебелина d= a i и коефициент на спроведување на топлина λ i, Сл Разликата на температурата на граничните површини меѓу секои два слоја условува количеството на топлина што се пренесува со спроведување низ одделните слоеви на ѕидната конструкција да биде различно и потполно дефинирано со релацијата Сл. 5.6 Спроведување на топлина низ повеќеслоен ѕид l за I слој: Q = (T - T2 ) A t ; d l2 за II слој: Q2 = (T2 - T3 ) A 2 t ; d l3 за III слој: Q3 = (T3 - T4 ) A 3 t ; d 3 2 ln за n-ти слој: Qn = (Tn - - Tn ) A n t 5.2 dn Вкупната количина на топлина за целиот повеќеслоен ѕид, изнесува: n li Q = (Ti - Ti + ) A i t d i= i Овие изведени релации имаат значајна примена при пресметувањето на спроведувањето на топлина низ одделните слоеви на некоја преграда изработена како комбинација од повеќе материјали, како и при определувањето 49

56 на потребната дебелина на секој слој за различна, претходно дефинирана топлинска спроводливост. Таб. 5.3 Коефициент на спроведување на топлина за различни материјали Вид на материјалот Специфична маса (kg/m 3 ) Коефициент на спроведување на топлина (W/m ºC) Полна тула (до 5% шуплини) 600 0,64 Бетон (агрегат од карпести материјали) , , ,5 2000,6 Гасобетон 800 0, ,27 Варовен малтер 600 0,8 Продолжен малтер 700 0,85 Цементен малтер 200,40 Термоизолационен малтер 600 0,9 Песок и ситен чакал ,6-,74 Гранит и гнајс ,5 Мермер и доломит ,3-3,5 Керамзит 400 0,22 Челик ,5 Бакар Алуминиум Прозорско стакло ,8 Вода (0ºC) 000 0,55 Вода (20ºC) 0,59 Асфалт 200 0,70 Гума 000 0,6 PVC-фолија 200 0,9 Азбест-цемент 800 0,35 Пенопласти 5-50 Околу 0,08 Дабово дрво ,2 Буково дрво 800 0,20 Борово дрво ,4 Керамиди 900 0,99 Воздух Околу 0,025 50

57 5.3. Отпор на пропуштена топлина За да се определи вкупната пропуштена топлина L која за единица време поминува низ површина од m 2 на примерок од некој материјал со дебелина d=а(m), потребно е коефициент на спроведување на топлина λ да се подели со дебелината на примерокот: l 2 L = [ W /(m ºC)] 5.23 d Пропуштањето на топлина по дефиниција претставува количина на топлина која за една секунда поминува низ површина од m 2 на некој слој со одредена дебелина, ако температурната разлика помеѓу површините изнесува еден степен. Мерната единица е аналогна со онаа на коефициентот λ, само што се однесува за слој со точно дефинирана дебелина, а не за дебелина од еден метар. Треба да се напомене дека кога се дефинираат изолациските својства на некој материјал се зема предвид неговиот коефициент на спроведување на топлина λ, а за пресметување на топлинските карактеристики на некое тело, односно на некој слој од преградна конструкција се зема предвид неговата вкупна пропуштена топлина Λ= λ /d. Кога топлинскиот проток минува низ повеќе површини со различни карактеристики, Сл. 5.7, вкупното пропуштање на топлина L со доволна точност може да се пресмета со изразот L = n L i i= n i= A A i i, 5.24 d d Sl.5.7 Sistem formiran od nekolku razli~ni materijali 5

58 Во развиена форма релацијата го добива обликот: L A + L 2 A 2 + L 3 A L =, 5.25 A + A + A каде L, L 2, L 3 е вкупно пропуштената топлина низ одделните делови на посматраниот елемент, додека А, А 2,А 3 се површини на тие делови, Сл Реципрочната вредност на пропуштањето на топлина L се вика отпор на пропуштање на топлина, или топлински отпор R = /L и има димензија (m 2 ºC)/W. d 2 R = = [(m ºC) / W] 5.26 L l Се пресметува за секој одделен слој од некој конструктивен елемент, така што со сумирање на истите се добива вкупниот топлински отпор. Вкупниот отпор на пропуштање на топлина на разгледуван повеќеслоен елемент е карактеристика која зависи само од дебелината на одделните слоеви и од карактеристиките на материјалот од кој се изведени (λ), без да се земат предвид климатските, локалните или другите услови на опкружувањето. Токму заради тоа, треба да се прави разлика помеѓу отпорот на пропуштање на топлина и отпорот на поминување на топлина што претставува вкупниот отпор и се добива со суперпозиција на отпорите на преминување на топлината и опорот на пропуштената топлина ни преградата.. Ако некој елемент од конструкцијата е составен од повеќе различни материјали кои се наредени последователно еден под друг, Сл. 5.7 (а), тогаш топлинскиот отпор се пресметува земајќи ги предвид дебелините на одделните слоеви a i =d i како и коефициентите на спроведување на топлина на материјалите во слоевите λ i : R = = n L i = d l i i d = l d + l d + l 3 3 d l Ако деловите на елементот се поставени еден покрај друг, Сл. 5.7 (b), тогаш средниот отпор на пропуштање на топлина / L се добива со помош на релацијата: = 5.28 L p L + p L + p L L pn каде што е: Λ, Λ 2,..., Λ n вкупно пропуштање на топлина низ одделните делови на посматраниот елемент, а p, p 2,..., p n учеството на соодветните делови во однос на вкупната површина на преградата. n n n

59 5.4 Коефициент на поминување на топлина (МКС ЕН ИСО 6946:999) Пренесувањето на топлината внатре во некој конструктивен елемент со кондукција може да се јави само ако постои разлика на температурите на медуимот на опкружување на истиот. Практично ова може да се илустрира на еден фасаден ѕид кој ги одделува внатрешните простории на еден објект во кои температурата на воздухот е, на пример, T i =θi =+20 º C и надворешниот простор во зима со температура T e =θ e =- 5 º C. Tемпературната разлика на внатрешната и надворешната страна на елементот претставува движечка снага на процесот на пренесување на топлина од внатре кон надвор, односно од потоплата кон поладната страна на ѕидот, Сл Сл.5.8 Шематски приказ на пренесување на топлина Меѓутоа, за да може загреаниот внатрешен воздух да ја пренесе топлината на фасадниот ѕид мора да се воспостави преминување на топлината од граничниот слој на воздухот до внатрешната површина на ѕидот со температура T zi. Ова преминување се врши со мешање или конвекција при што се создава еден ламинарен слој со коефициент на преминување на топлина a =a i. Низ ѕидот топлината се пренесува со спроведување на спротивната страна од ѕидот, каде повторно по пат на мешање со коефициент на преминување на топлина a 2 =a e преминува од површината на ѕидот со температура T zе во флуидот со температура Т 2 =Т е што претставува температура на воздух од надворешната страна на преградата. Површината на ѕидот непосредно го попречува ова преминување на топлината. Во медиумот непосредно пред и после ѕидот топлината што се пренесува со конвекција наидува на отпор на самата површина на материјалот кајашто е во контакт со воздухот или некој друг гас, т.н. површински отпор на преминување на топлината R S. Површинскиот отпор R S (m 2 K/W) е рециброчна вредност од површинскиот коефициент на преминување на топлина h, h i = a =a i, h e =a 2 =a e : d 53

60 каде е: R R Se Si R S =, h e R Si = = =, h a a i i e R Se = = = 5.29 h a a = - површински отпор на надворешното преминување на топлината, a = - површински отпор на внатрешното преминување на топлината a i По дефиниција коефициентот на преминување на топлина a е количина на топлина која за еден час ќе се измени помеѓу ѕид со површина од m 2 и воздухот кој ја допира таа површина ако разликата на температурата меѓу воздухот во просторијата и површината на ѕидот е ºC. Вредностите на површинскиот отпор се дефинирани во стандардот во зависност од правецот и насоката на топлинскиот проток и се презентирани во Табела. 5.4, Сл.5.9. Табела 5.4 Вредности на површински отпор според насоката на топлинскиот проток e i e Отпори Правец и насока на топлинскиот проток нагорен хоризонтален надолен R Si R Se С Дефиниција на вертикален и хоризонтален топлински проток Во овој случај топлината низ цврстиот материјал на преградата ќе се пренесува со спроведување (кондукција/трансмисија), а додека низ воздухот со мешање. Оваа размена на топлина се карактеризира со коефициент на минување на топлина U и неговата реципрочна вредност R U =/U која се вика коефициент на отпорот на минување на топлина. Отпорот на пропуштање на топлина во хомогените слоеви е дефиниран со релацијата 5.26: 54

61 2 R [( m º C) / W ] = d l Вкупниот отпор на минување на топлината R U се добива со суперпозиција на површинските топлински отпори на преминување на топлината и отпорот на пропуштање на топлина на хомогените слоеви: R U a = RSi + R + RSe = a l a Според новиот стандард МКС ЕН ИСО 6946:999 коефициентот на минување на топлина носи ознака U и претставува топлински проток при стационарна состојба F=Q/t поделен со површината (S=A) и температурната разлика меѓу медиумите од едната и другата страна на системот: i F U = W/(m 2 K) 5.3 (T T ) A - 2 Ако се разгледува еднослојната преграда на Сл.5.8, тогаш количината на топлина Q која се пренесува низ рамниот ѕид за време t, од потоплиот кон поладниот флуид, при постојана температурна разлика на двата флуида е дадена со изразот: = U A t (T T ) 5.32 Q - 2 каде што е U - коефициент на минување на топлина. Од оваа равенка може да се согледа физичкото значење на U: Q = A t (T - T ) U Ł m 2 2 J sec ºC ł По дефиниција, параметарот U ја означува онаа количина на топлина која за време од sec, преминува од потоплиот кон поладниот флуид, низ ѕид со површина од m 2 при температурна разлика од ºC. Се забележува дека, формално гледано, оваа дефиниција е идентична со онаа на вкупно пропуштената топлина обележна со L= d l, од каде следува дека е: U = L = l d Според релацијата 5.9 густината на топлинскиот проток q може да се изрази во фукција од коефициентот на минување натоплина U на одделните слоеви како: e 5.33 l = (T - T2 ) = U (T - T ), qi = U i DT 5.34 d q 2 Од изразот 5.34, ако е познат топлинскиот проток, може да се определи коефициентот на минување на топлина низ i-тиот слој од преградата, или температурнара разлика DТ во истиот: U q i i =, T - T2 q i D T = T -T 2= 5.35 Ui 55

62 Ако топлината се разменува меѓу два флуиди разделени со рамен ѕид, тогаш коефициентот на минување на топлина може да се дефинира како рециброчна вредност од вкупниот отпор: U = = = (W/m 2 ºC) 5.36 R d d + + RSi + + RSe a l a l 2 Обратно, реципрочната вредност на коефициентот на минување на топлина претставува отпор на минување на топлината R U : d R U = = + + = RSi + + RSe (m 2 ºC/W) 5.37 U a l a L 2 Кога топлината што се разменува меѓу два флуиди минува низ рамен повеќеслоен елемент кој се состои од n слоеви со дебелина d, d 2,..., d n, и со соодветни коефициенти на спроведување на топлината l i, i=, 2, 3,..., n (на пример ѕид составен од слоеви малтер, бетон и гипсена плоча), Сл.5.0, тогаш коефициентот на минување на топлина има вредност: U = a i + n i= di l i + a e (W/m 2 ºC) 5.38 Вкупниот оптпор на минување на топлина низ повеќеслоен елемент R претставува сума на сите отпори на поминување на топлина: R = U = R j j= i,,2,...,n,e = + + a L a i e (m 2 ºC/W) 5.39 α =/h i= R Si - отпор на минување на топлина од внатрешниот медиум во материјалот i α =/h e= R Se - отпор на минување на топлина од материјалот во надворешниот медиум e Ако во повеќеслојниот елемент има и слоеви од воздух, тогаш вкупниот отпор на минување на топлина низ целиот конструктивен систем е dj R = + + RV,n +, ј=,2,3,... слоеви 5.39 a l a i j e каде R V,n = L е пресметковна вредност на отпорот на минување на топлина за воздушни слоеви. Од изразите 5.35 и 5.36 може да се пресмета промената на температурата по дебелината на повеќеслојниот елемент, ако е позната температурата на воздухот од обете страни на елементот: T i - температура на внатрешната страна, и T e - температура на надворешната страна на елементот. 56

63 57 j e i j R R T T T - = D q a ) T U (T a ) T (T R a j j e i j j e i j j l = - l = - l q R q a T j j j j = l = D, T U ) T U (T q e i D = - = 5.40 Температурата во j-тиот слој може да се добие со постапно одземање на температурните разлики DT j од температурата на претходниот слој, Сл Sl.5.0 Promena na temperaturata niz pove}esloen yid На пример, промената на температурата на граничната површина од внатрешната страна и надворешнсата страна на елементот ќе биде: q ) T (T R T i e i i i a = - a = D q ) T (T R T e e i e e a = - a = D i i T T T D - = ; 5.4 додека температурите на останатите гранични површини се: 2 T T T = q R q d T = l = D T T T = q R q d T = l = D... n n n T T T = + q R q d T n n n n = l = D e n e T T T = + ; q ) T (T R T e e i e e a = - a = D 5.42 Вкупниот отпорот на минување на топлина R низ повеќеслоен елемент е: e i i,,2,...,n,e j j U R R U a + L + a = = = = (m 2 ºC/W) 5.43

64 Доколку коефициентот U е поголем, тогаш преносот на топлина со минување помеѓу два флуиди раздвоени со еднослоен или повеќеслоен ѕид е подобар, така што тој систем би имал лоша или послаба термоизолациска способност. Затоа фасадните елементи, рамните кровови и други преградни конструкции треба да се проектираат така што коефициентот на минување на топлина би имал што е можно помала вредност која ќе ги задоволи пропишаните вредности во актуелните стандарди и Правилници. Секако, ова во голема мера зависи од коефициентот на спроведување на топлина на материјалите кои се комбинираат меѓусебно, при што не треба да се заборави дака мирниот воздух е извонреден изолатор. Токму ова придонесува во фасадните обвивки и другите конструктивни елементи во кои се употребени материјали со висок процент на затворени пори со мали димензии да се постигне сосема добра топлинска изолираност. Ова е особено важно за објектите каде треба да се обезбеди загревање, како што се станбените објекти, болниците, фабричките хали, спортските објекти, салите за конференции и др. За да се обезбеди рационална и економична градба, конструктивните елементи како што се фасадните ѕидови, меѓукатните панели, рамните кровови и др., треба термички да се димензионираат така што ќе обезбедат потполна заштита зависно од условите на опкружувањето. Според средната минимална годишна температура територијата на нашата земја е поделена на три климатски зони за кои според стандардот МКС У. Ј5 660 и соодветни Правилници се прецизирани и минималните услови за топлинска заштита: Градежни климатски зони: I зона со -2ºC (средна вредност од најниските годишни температури); II-ра зона III -ра зона со -8ºC; со -24ºC. Коефициентот на преминување на топлина a, (т.н. коефициент на конвекција), во зависност од локацијата на преградата-ѕидовите и меѓукатните конструкции изнесува: () на внатрешните површини на ѕидови во затворени простории и за преградни ѕидови a i =8; (2) на внатрешните меѓукатните конструкции-тавани: за насока на топлинскиот проток нагоре a i =8; за насока на топлинскиот проток надолу a i =6; (3) на надворешните површини на ѕидовите и меѓукатните конструкции: a e =23 a e =20. Овие параметри се дефинирани со Правилникот за техничките мерки и условите за топлинска заштита на згради. 58

65 59

66 60

67 5.4. Топлински капацитет и специфична топлина (МКС ЕН ИСО 7345:999) Способноста на материјалот при загревање да акумулира одредена количина на топлина се вика топлински капацитет C. Топлинскиот капацитет C=dQ/dT=Q/DT (Ј/ ºC) се оценува врз основа на коефициентот на капацитет на топлина, или уште т.н. специфична топлина (c). За загревање на некој материјал со маса m(kg) од температура T до T 2 во (ºC), е неопходно определено количество топлина Q (J): од каде што следува: Q = c m (T - T 2 ) Q c = (J/(kg ºC)) 5.44 m (T T ) - 2 Коефициентот на капацитетот на топлина (c) е количеството топлина во J (џули), потребно за да може температурата на маса од kg од некој материјал да се зголеми за ºC. Како што беше напоменато погоре, коефициентот (c) уште се нарекува специфична топлина и претставува топлински капацитет на единица маса. По дефиниција мерната единица на (c) е J/(kg ºC) или илјада пати поголема единица kj/(kg ºC)=0 3 (J/(kg ºC). Најголем топлински капацитет има водата c=4,2 kj/(kg ºC). Капацитетот на топлина на природните и вештачките карпести материјали (бетонот и др.) се движи во границите од c =0,75 0,9 kj/(kg ºC), т.е. околу 5 пати помал од тој на водата. Затоа навлажнувањето на материјалите придонесува за зголемување на нивниот топлински капацитет. Органските материјали имаат поголеми вредности на коефициентот на топлинскиот капацитет. Илустративно, средната вредност за дрвото изнесува c=2,72 kj/(kg ºC). Коефициентот на капацитетот на топлина се користи за пресметување на температурната стабилност на подовите и ѕидовите, за определување на температурата на загревање на материјалите при работа во зимски услови (бетон, градежни раствори и друго), како и за пресметување на облогите на разни видови печки. Материјалите кои се користат за изведување на ѕидови и подови во зградите треба да акумулираат доволна количина на топлина за да ја задржат постојаната температура на нивните внатрешни површини независно од нивото на надворешната температура и нерамномерноста во затоплувањето на просториите. Затоа за изведба на ѕидови и тавански конструкции на станбените и општествените згради кои што се затоплуваат, пожелно е да се изберат материјали со голем капацитет на топлина и мала спроводливост на топлина. Поголемиот коефициент на капацитетот на топлина на водата во споредба на додатните материјали и цементот, покажува дека при бетонирањето на ниски температури, зимно време, пооправдано е да се загрева водата отколку додатните материјали, агрегатот или цементот. 6

68 5.6 Коефициент на спроведување на температура - топлинска дифузност (МКС ЕН ИСО 7345:999) Коефициентот на спроведување на температура K T покажува со каква брзина се израмнува температурата во еден слој од материјалот. Во новите стандарди е забележан како топлинска дифузност (а) и зависи право пропорционално од коефициентот на спроведување на топлина l, а обратно пропорционално на производот на специфичната топлина c и волуменската маса g, односно густината r на материјалот: l K T = (m 2 /h) g c l a = (m 2 /s) 5.45 r c Дефиницијата претпоставува дека средината е хомогена и непровидна. Топлинската дифузност се однесува на нестационарна состојба и може директно да се измери или пресмета со горната релација ако претходно се определени бараните карактеристики на материјалот. Освен тоа, топлинската дифузност опишува температурен одзив на некое место во материјалот предизвикан од промена на температурата на површината. Колку е поголема топлинската дифузност на материјалот, поголема е и чувствителноста на внатрешната температура од температурните промени на површината. Топлинската дифузност се користи при определување на отпорноста на дејство на пожар на ѕидовите, подовите, таваните и другите конструктивни елементи во зградите. 5.7 Термичка стабилност Термичката стабилност на материјалите е особина кајашто е во тесна врска со нивната хомогеност и со големината на коефициент на линеарното ширење a t. Материјалот е термички стабилен ако во истиот, после пропишан температурен третман, не се јавуваат пукнатини или други видови разрушувања на неговата структура. Значи, термичката стабилност на материјалот се оценува според состојбата во која се наоѓа истиот после изложувањето на повеќекратни остри температурни промени. Термичката стабилност на материјалите се зголемува со намалување на a t како и со зголемувањето на нивната хомогеност. Како пример може да се наведе кварцното стакло кое се одликува со низок коефициент на линеарно ширење a t =5 0-7, па токму затоа неговата термичка стабилност е висока. 62

69 5.8 Отпроност на дејство на пожар Способноста на материјалот да се спротивстави на краткотрајното дејство на високите температури настанати при пожар се вика отпорност на дејство на пожар. Под помот пожар се подразбира секое неконтролирано согорување, било на конструкцијата или на запалив материјал во нејзина близина, при што може да дојде до повреда на луѓе и материјална штета. Под поимот високи температури се подразбираат оние кои достигнуваат до 000ºC. Материјалите од кои се изработени конструкциите после пожарот, треба во целост да ги сочуваат своите механички карактеристики. На овој начин конструкциите и понатаму би ја задржале пропишаната носивост и стабилност. Отпорноста на материјалите на дејство на пожар зависи од степенот на согорливоста на истите, односно од способноста за запаливост и горење. Во зависност од степенот на согорливост материјалите се делат на: согорливи, тешкосогорливи и несогорливи материјали. Материјалите кои при високи температури или оган горат со отворен пламен или тлеат и продолжуваат да горат и да тлеат и после отстранувањето на причината за огнот се викаат согориви материјали. Во оваа група материјали спаѓаат: дрвото, повеќето пластични маси, битуменот, асфалтите, хартијата, бои и лакови и други. Конструкциите, изградени од таквите материјали, треба да се заштитуваат од непосредното дејство на огнот при состојба на пожар. За ваква заштита се применуваат различни конструктивни мерки кои оневозможуваат огнот директно да дејствува на материјалот, или се применуваат посебни заштитни препарати, т.н. антипирени. Тешкосогорливите материјали под дејство на високи температури или оган тешко впламнуваат, тлеат или јагленусуваат, меѓутоа се топат. После отстранувањето на ваквото дејство, топењето престанува. Ова важи за асфалтбетонот, хераклитот, некои пластични маси, дрвото кое е заштитено со одредени препарати и слично. Несогорливите материјали не се впламнуваат (не горат со отворен пламен), не тлеат и не се јагленисуваат при дејство на оган или високи температури. Тоа се материјали кои под дејство на пламенот не согоруваат, не реагираат со кислородот, или не се распаѓаат издвојувајќи гасовити материи. Несогорливи материјали се бетонот, тулата, челикот и железото, стаклото, цементот, градежниот гипс и други. Треба да се истакне дека невпламнувањето на овие материјали не значи дека тие се стабилни при условите на висока температура. Под дејство на високите температури може да настапи хемиско разложување (дисоцијација) на материјалот (мермер, доломит, варовник). Кај некои полиминерални карпи, како што е на пример гранитот, заради различните коефициенти на линеарно ширење на одделните минерали може да се јават пукнатини и разрушување, додека пак други веќе при температура од 600ºC претрпуваат големи деформации на материјалот и загуба на јакоста (на пример металите, челикот и железото). Високите температури, исто така, предизвикуваат деструктивни процеси и во бетонот. Според тоа, не постои материјал ниту пак конструкција кои се постојани на долготрајното дејство на високите температури. Меѓутоа, факт е дека во 63

70 определени услови е возможно да се применат материјали кои определено време ќе бидат отпорни на дејство на високи температури. Токму ова е и причината што под поимот отпорност на дејство на пожар на одделни материјали, се подразбира времето кое материјалот може да го издржи под дејство на високи температури и пламен, а притоа да не е потполно уништен или пак значително оштетен. Со други зборови, отпорноста на дејство на пожар може да се дефинира како временски период во кој определен материјал, за време на траење на пожарот, при директното делување на пламенот и високите температури нема да доживее колапс. Материјалите кои се изложени на дејство на пожар, односно на пламен и зголемени температури, постепено почнуваат да се загреваат додека евентуално не се запалат, да согорат или да се стопат. Како настанува пожар во просторија? Кога во некоја просторија ќе се запали некој предмет во почетокот тој гори на ист начин како и на отворено, Сл.20. Но, по кратко време, ограниченоста на просторот почнува да влијае на понатамошниот развој на пожарот. Чадот што се ослободува при горењето формира топол воздушен слој под меѓукатната плоча, со што се забрзува загревањето на плочата и ѕидовите во горната зона. Тие пак, заради зголемената температура, по пат на радиајција ги загреваат предметите во заоната под топлиот воздушен слој, го забрзуваат процесот на горење на примарно запалениот предмет и го потпомагаат ширењето на пламенот. Сл. 5. Развивање на пожар во ограничен простор Ако во просторијата нема доволно кислород, или ако предметот согори пред да се запалат околните предмети, пожарот згаснува. Но, ако температурата на топлиот слој достигне вредност од 500ºC 600ºC, тогаш температурата на околните предмети, таванот и ѕидовите, расте до точката на палење и пожарот нагло се проширува низ целата просторија. Така настанува т.н. момент на потполно разгорување, или момент на flashover, Сл Во тој момент, 64

71 најчесто настанува кршење на прозорите и навлегување на свеж воздух што додатно го засилува горењето и температурата достигнува до 200 ºC. По извесно време, кога сите согорливи предмети ќе изгорат, пожарот ќе стивне. Развојот на пожарот во ограничен простор може да се изрази преку просечната температура на воздухот која минува низ три фази, Сл. 5.2рот или preflashover, пожарот е локализиран околу предметот што примарно се запалил и температурата е релативни ниска. Ако запалениот предмет согорел пред да настане потполно разгорување или flashover, тогаш кривата на температурата се менува според испрекинатата линија прикажана на Сл. 2. Втората фаза започнува во моментот на flashover, кога пожарот нагло се проширува низ целата просторија и трае од минути. Во оваа фаза на потполно развиен пожар, или postflashover, температурата нагло се зголемува и го достигнува својот максимум. Третата фаза започнува во моментот кога температурата на воздухот опаѓа на 80% од максимално достигнатата и го претставува периодот на смирување на пожарот. Тогаш температурата на контурните површини е повисока од температурата на воздухот, па трансферот на топлина е во обратна насока. Оваа фаза обично трае повеќе од еден час. Сл.5.2 Температура на воздухот при пожар во ограничен простор Втората фаза на развивање на пожарот е од посебен интерес при проектирањето на конструкциите од аспект на пожарна безбедност. Од карактеристиките на процесот на горење во оваа фаза зависи дали пожарот ќе се прошири во соседните простории или не. Времетраењто на пожарот во фазата postflashover најмногу зависи од количеството на согорливи материјали што се наоѓаат на единица подна површина на просторот во којшто се развил пожарот. Брзината со која одделни материјали ќе се загреваат зависи пред се од нивниот коефициент на топлински капацитет/специфичната топлина (с). Материјалите со поголем коефициент на топлински капацитет поспоро ќе се 65

72 загреваат. Така на пример, дрвото со специфична топлина од c=2,5 kj/(kg ºC побрзо ќе се загрее од водата која, како што беше напомнато, има коефициент c=4,8 kj/(kg ºC), или пак двојно поспоро од цементниот материјал (c=,3 kj/(kg ºC)), или дури шест пати поспоро од железото кое има c=0,08 kj/(kg ºC). Освен специфичната топлина, отпорноста на дејство на пожар зависи и од калоричната вредност на материјалот K M (J/kg). Така, материјалите коишто имаат поголема калорична вредност, даваат многу поголема возможност за согорување и ширење на пожарот после неговото запалување. На пример, дрвото има калорична вредност од 6,7 MJ/kg, а битуменските производи и преку 62,7 MJ/kg. Земајќи ја предвид споменатата калорична вредност на материјалот се дефинира и поимот за пожарното оптоварување (p 0 ) KM G p0 = F (J/m2 ) 5.46 што претставува вкупната топлина која може да се ослободи при согорување на сите материјали кои може да согорат во рамките на единица површина на една градежна конструкција. Во горната релација секој од параметрите ги има следното значење: p 0 - пожарно оптоварување во (J/m 2 ); K M - калорична вредност на материјалот (J/kg); G - маса на материјалите што горат (kg); F - површина на основата на просторот (m 2 ). Врз основа на вредностите на пожарното оптоварување, поодделните објекти, конструкции или простори се поделени во три групи и тоа: I група: p 0 < KJ/m 2 ; II група: <p 0 < MJ/m 2 ; III група: p 0 > MJ/m 2. По правило, станбените згради, како и индустриските згради се градат според вредноста на пожарното оптоварување од првата група Номинали криви време-температура/ СТАНДАРДЕН ПОЖАР Отпорноста на дејство на пожар на некој материјал, конструктивен елемент или цела конструкција се определува експериментално при што истите се изложуваат на програмиран температурен режим дефниран со кривата времетемпература која се нарекува стандарден пожар. Според нашите важечки прописи, под стандарден пожар се подразбира временскиот период на делување на пламенот при кој се одвива одреден, програмиран пораст на температурата од 200ºC 250ºC којшто е презентиран во Табела 5.5 и на Сл.5.3. Во поголем број земји во Европа, па и кај нас, се користи стандардниот пожар пропишан со стандардот ИСО 834 зададен со следниот израз: T f = T log (8 t +)

73 каде е: T f - температура во пожарниот сектор (ºC) T 0 - почетна температура (ºC) t - време (min) T[ C] E D C B 93 Tabela 5.5. Standarden po`ar. Temperatura T(ºC) Vreme t (min) (t) Сл. 5.3 Функционална зависност на температурата на материјалот од времето на дејствување на пожарот Стандардниот пожар ИСО 834 е препорачан и во ЕВРОКОД, дел 2.2. Тој незначително се разликува од стандардниот пожар ЕСТМ Е9 предложен од работната група на American Society for Testing and Materials, Сл. 23, којшто е дефиниран врз база на максималните температури во реални целулозни пожари и се изразува со следната емпириска релација: T f = T ( - e -0.6t ) - 86 ( - e -3t ) ( - e -2t ), t-време (часови) За разлика од целулозните пожари, јаглероводородните типови на пожар, во кои продуктите на пиролизата се доминантно јаглероводородни соединенија, во примарната фаза се одликуваат со поинтензивен пораст на температурата, а потоа достигнуваат нешто пониски температури. Сл Ваков тип на пожарно дејство е карактеристично при доминанатно учество на синтетички, пластични материјали во процесот на горење. Стандардната пожарна криво во регулативата во Јапонија е базирана на ваков тип на пожарно дејство. Еврокодот, дел 2.2, дозволува примена и на номиналната јаглероводородна крива, дефинирана со следната равенка: 67

74 T f = T ( e -0.67t e -2.5t ) 5.48 Еврокодот, исто така, ја пропишува и екстерната пожарна крива која се применува за загревање на елементи кои се наоѓаат надвор од пожарниот сектор: T f = T ( e -0.32t e -3.8t ) 5.49 Сите погоре цитирани зависности време-температура за стандардниот пожар во различни национални регулативи се презентирани на заедничкиот дијаграм претставен на Сл Сл.5.4 Криви на стандарден пожар според различни регулативи Отпорност на дејство на пожар на конструкции и елементи Отпорноста на пожар t f (min), претставува способност на конструкцијата, делови од неа или одделни елементи, да ја исполнат функцијата за која се проектирани (функција на носивост или функција за раздвојување) при одредена изложеност на стандарден пожар во текот на одреден период од времето. Ова време се утврдува експериментално и претставува време од почеток на испитувањето до моментот кога е постигнат првиот од следните критериуми: рушење - елементот ја постигнал својата гранична носивост, т.е. гранична јакост, стабилност и деформабилност, продирање на пламенот - губење на интегритетот на конструкцијата и појава на големи пукнатини, загревање на неизложената, ладната страна за повеќе од 80ºC, или просечно за 40ºC - елементот престанал да ја врши функцијата на раздвојување 68

75 Според еден од горните услови се дефинираат и класите на отпорност на пожар како бројна ознака на отпорноста на пожар на конструктивниот елемент изразена во минути. Се рзликуваат следните класи на отпорност спрема пожар: F5, F30, F60, F90 и F Постојаност на оган - огноотпорност Огноотпорноста претставува способност на материјалот, во одреден временски интервал (дури и до година дена), да го издржи дејството на високите температури а при тоа да не дојде до запалување, топење или деформирање на истиот. Оваа особина се карактеризира со температурата при која примерокот, со пропишан облик и димензии, почнува да омекнува, да се деформира и слично. Материјалите кои се одликуваат со постојаност на оган над 580ºC се викаат огнопостојани или огноотпорни материјали. Во градежништвото многу ретко се користат огноотпорни материјали, но сепак е корисно да се познаваат барем некои од нив. Тоа се т.н. материјали за обложување на индустриски печки, како што се силикатните, шамотните, магнезитните, хром-магнезитните и други огноотпорни тули. Материјалите кои издржуваат температури од ºC како што се огноотпорните тули, се тешко топливи материјали, а додека оние кои издржуваат температури под 350 ºC се лесно топливи материјали. Треба да се истакне дека постојаноста на оган на градежните материјали е различна. Некои од нив се огноотпорни меѓутоа некои и не се. Така на пример, природните карпести материјали во принцип се огноотпорни, освен ако не се варовници, кои се разложуваат под дејство на високи температури, или силикати кај кои на повисока температура доаѓа до фазна трансформација на SiO 2 пропратена со промена на волуменот, што може да предизвика распаѓање на материјалот. Песокот како материјал е огноотпорен, меѓутоа ако се загрее материјалот, бетонот или малтерот, во чиј состав се наоѓа истиот, доаѓа до споменатите волуменски промени на SiO 2, што може да доведе до распаѓање на истиот. Металите, главно се огноотпорни, ама металните конструкции изложени подолго време на дејство на високите температури видливо се деформираат. Цементниот материјал и градежната керамика се огноотпорни материјали, додека пак варовниот малтер, дрвото и поголем број на пластични маси не се постојани на оган. 69

76 6. Останати поважни физички особини 6. Вискозност Една од најзначајните особини на течностите е вискозноста. Под вискозност се подразбира внатрешното триење во течностите кое го карактеризира силата потребна да се изврши поместување на еден слој на течноста во однос на друг. Оваа особина е тесно поврзана со структурните карактеристики на течноста и зависи од силите на меѓусебното дејство на атомите, јоните и молекулите. Кога се зборува за вискозност најчесто се претпоставува ламинарно движење на течноста во цевките. Во овој случај силите на триење внатре во течноста дејствуваат паралелно на оската на движење. При тоа слоевите на течноста кои побрзо се движат ги повлекуваат со себе и оние слоеви кои се движат побавно. Силите на триење кои се јавуваат под овие околности имаат иста насока со насоката на движењето на течноста. Во обратниот случај, слоевите кои се движат побавно дејствуваат на слоевите кои се движат побрзо со сили на триење со насока спротивно од насоката на движењето. Брзината на одделните слоеви при ламинарното движење на течностите во цевките се намалува одејќи кон ѕидовите на истите. Притоа, честичките на течноста кои се наоѓаат непосредно до ѕидовите се однесуваат како да се прилепени до нив. Ако со v се обележи брзината на движење на одреден слој од течноста во правец на оската на движење z, тогаш брзината на движењето на соседниот слој ќе биде v+dv, а додека брзината на течноста на контактот со ѕидовите ќе биде рамна на нула. Според тоа, дијаграмот на брзините при ламинарното движење на течностите низ цевки ќе го има обликот прикажан на Сл. 6.(а). a) b) Сл. 6. Распоред на брзините при движење на течностите низ цевка (а), деформации на смолкнување на Њутновата течност (b) За поместување на еден слој на течноста во однос на друг е потребна определена сила пропорционална на површината на контактот на разгледуваните слоеви, сликовито покажана на Сл. 6.(b). При што е разгледуван елементарен дел од течноста во слојот со дебелина dn kој има должина dz=, односно елементарен волумен dz dn. Оваа сила на смолкнување на единица површина го дефинира тангенцијалното напрегање t, кое според Њутновиот закон е еднозначно определено со релацијата: dv t = h, односно dn t h = ; dv dn ds z dv = -промена на брзината dt 70

77 Во овој израз е: d ds z d ds z dg z t = h = h = h 6. dn dt dt dn dt h- коефициент на вискозност или само вискозност, често во литературата се обележува и со m g z - агол на лизгање, g z» tg g z = ds z /dn Всушност, h претставува динамичка вискозност, која во литературата се среќава и под поимот апсолутна вискозност. Постои и кинематичка вискозност на течноста, таа се бележи со n и претставува однос на динамичката вискозност и густината на течноста: h n = (m 2 /sec) h = g S,T n 6.2 g S,T каде што g S,T е специфична маса, односно густина на течноста. Димензиите на коефициентот на вискозност според Њутновиот закон во SIсистемот на единици се добиваат на следниот начин: 2 = t N/ m N h = = = ( / sec) / sec Pa sec 2 dv m m m dn Димензијата на кинематичката вискозност n ќе биде m 2 /sec. Вискозноста зависи од природата на течноста, но воедно и од температурата. Со зголемување на температурата вискозноста се намалува. Оваа зависност може да се претстави во експоненцијален облик со следната релација: E / R T h = A e 6.3 каде што е: A - константа која зависи од особините на течноста; E- енергија на активирање, т.е. енергија што е потребна една честичка да се помести од една рамнотежна положба на друга, со димензии (J/mol); R - универзална гасна константа; T - температура, во (K). Реципрочната вредност на кинематичката вискозност n претставува флуидност на соодветната течност. g S,T = 6.4 n h Мерењето на коефициентот на вискозност се врши со помош на апарати познати под општото име вискозомери. Во практиката се користат вискозометри кои работат на принципот на истекување на течноста низ цевка со соодветен пречник. Треба да се напомене дека експериментално добиените вредности одговараат само за температурата и надворешниот притисок при кои 7

78 е извршено мерењето. За пресметување на вискозноста h најчесто се употребува и следниот емпириски образец: во кој е: 4 R 0 p h = p t L V R 0 - радиус на цевката; Dp - разлика на притисокот под кој течноста тече во цевка со должина L; V - волумен на истечната течност; t - време на истекување. Сл. 6.2 Редвудов вискозометар Често, за практични цели, вискозноста не се пресметува со погоре дефинираниот израз, а се прават отстапки и во однос на димензиите, Pa sec. За мерка на вискозноста се зема она време во секунди (sec), кое е потребно определен волумен од течноста да истече низ отвор со познати димензии. Ова всушност претставува и принцип на работа на Редвудовиот вискозометар кој се состои од два сада. Во едниот сад, oзначен со на Сл. 6.2, се наоѓа течноста што се испитува, а во другиот сад 2, се наоѓа вода чија улога е да ја одржува температурата на константно ниво. Во текот на изведување на експериментот, преку водата во садот 2 се врши загревање на испитуваниот флуид до пропишаната температура. Кога затворачот 4 ќе се извади од отворот 3 течноста ќе почне да истекува во мензурата поставена под садот и 2. Како мерка за вискозност се зема времето потребно да истечат 50 cm 3 од испитуваната течност Пропустливост на гасови и пареа Една од поважните физички особини на материјалите е нивната способност низ себе да пропуштаат гасови (воздух) и водена пареа. Кога на површините кои го ограничуваат примерокот на материјалот постои разлика на притисок на гасот, или пареата, ќе настане движење на истите низ порите или пукнатините на материјалот. Оваа особина на материјалите се нарекува дифузија и се претставува преку коефициентот на пропуштање на гас d g или пареа d p, којшто е даден со следниот израз: p Q d = S Dp t d [ kg /( m Pa sec) ] [ lit /( m Pa sec) ] d 6.6 g 72

79 каде што е: Q - маса на пареата во kg, или на гасот во lit; d - дебелина на примерокот во m; S=A - површина на примерокот во m 2 ; Dp - разлика на на притисокот на гасот или пареата на двете спротивни страни од примерокот, во Pa; t - време на траење на експсриментот, во sec. Според ова, по дефиниција, коефициентот на пропуштање на гасови или пареа го претставува она количество гас или пареа во lit или kg кое за единица време (sec) минува низ слој од материјалот со дебелина од m, нормално на површина од m 2 при разлика на притисокот на страните на примерокот од Pa. Материјалите коишто се употребуваат за изработка на преградни ѕидови треба да бидат доволно пропустливи овозможувајќи им на ѕидовите да дишат така што ќе се обезбеди природно вентилирање. Ова е особено важно кај станбените објекти, училиштата, болниците и слично. Кај споменативе објекти ѕидовите не треба да се обложуваат со материјали кои се спротиставуваат на минувањето на воздухот и водената пареа. Наспроти ова, ѕидовите и покривите на објектите со голема внатрешна влага, примерно бањите, треба да се заштитат од внатрешна страна со материјали кои не пропуштаат водена пареа. Зимно време воздухот во таквите објекти содржи многу повеќе пареа отколку надворешниот воздух па затоа тој се стреми да мине низ ѕидот. Штом ваквиот воздух од внатрешноста на просторијата ќе дојде до надворешната површина на ѕидот којашто е поладна, се јавува кондензација на пареата, со што се зголемува влажноста на материјалот на таквите места. На овој начин се зголемуваат топлопроводливоста и се создаваат услови за разрушување на материјалот од дејството на мразот. По правило, материјалите кои не пропуштаат водена пареа, т.н. парни брани, треба да се постават од онаа страна на преградата каде што содржината на водената пареа во воздухот е поголема. Пропустливоста на гасови и пареа на материјалите кои се користат во градежништвото зависи од нивната структура, или поточно речено од нивната текстура што претставува просторен распоред на порозноста, од големината на зрната и распоредот на големината на зрната и порите во нив, при што главна улога има отворената порозност. Заради овие причини пропустливоста може да се менува во широки граници дури и кај еден ист материјал, на пример кај бетонот, градежната керамика и сл., во зависност од нивните особини (дали имаат помала или поголема густина, поголема или помала моќ на впивање вода и слично). Вредностите на пропустливоста на пареа d p и пропустливоста на гасови d g може да се проценат само релативно, при што како еталон е земена пропустливоста на обичната тула. За некои поважни материјали кои се користат во градежништвото, релативните вредности на пропустливоста на пареа и гасови се дадени во Табела 6.. Во градежната практика од големо значење е пропуштањето на водената пареа низ одделните конструктивни елементи. При ова, најчесто се воведува 73

80 т.н. фактор на отпорот на дифузија на водената пареа низ материјалот m дефиниран со изразот, ' d m = (бездимензионална големина) 6.7 d R T каде е: d - коефициент на пропуштање на водена пареа низ воздухот; d - коефициент на пропуштање на водена пареа низ материјалот; R - гасна константа за водена пареа (R=47, m kg/kg K); T - апсолутна температура Табела 6.. Релативни вредности на пропустливоста на пареа и гасови за некои материјали Материјал Волуменска маса (kg/m 3 ) Порозност Релативна вредност (%) δ g - гасови δ p - пареа Бетон (агрегат чакал) , 0,25 Лесен бетон (агрегат толчена тула) ,5 0,8 Варовник ,2 0,7 Полна глинена тула 900 3,0,0 Термоизолациска тула 00 4,2 2,2 Факторот на отпор на дифузија на водена пареа m за различни материјали е различен, и за дел од материјалите кои се користат во градежништвото неговите вредности се презентирани во Табела 6.2. Треба да се потенцира дека колку е овој фактор поголем толку пропуштањето на пареа и гасови низ материјалот е помало. Најмал фактор на дифузија на водената пареа освен воздухот има камената волна, m=, и токму затоа овој материјал има и најголема паропропустливост. Табела 6.2 Фактор на отпор на дифузија на водена пареа μ Материјал m воздух.0 продолжен малтер 5 керамички блокови 4-6 клинкер полна тула 35 силикатна тула (полна и шуплива) 4-20 бетон експандиран полистирен минерална волна.0 алуминиумска фолија бакарна фолија

81 6.2. Термодифузија низ топлинските брани При дифузијата на водената пареа низ градежните елементи битна е температурата во внатрешноста на овие елементи. Се поставува прашањето од каде толку водена пареа и кој ја тера таа пареа да продира низ топлинската бариера, на пример низ фасадниот ѕид? Овој феномен од физички аспект, главно, се случува заради влажноста на опкружувањето на преградните елементи, т.е. топлинските бариери. Атмосферскиот воздух се состои од 80% азот, 8% кислород, малку јаглендвооксид, водена пареа и други гасови. Воздушниот притисок зависи од влажноста, односно од количеството на водена пареа содржана во воздухот. Помеѓу два волумени на простор со различен воздушен притисок, меѓусебе поделени со преграда, воздухот од термички аспект се карактеризира со ударно движење на молекулите и атомите во гасовита состојба однесувајќи се како гасна смеса во која сите делови на гасот прават обид да дојде до меѓусебно изедначување на притисокот. При ова, заради разликите на притисокот на одделните волумени доаѓа до движење, т.е. дифузија. Имајќи предвид дека ѕидовите на објектите, т.е. фасадите и другите прегради не се воздушно непропустливи не се јавува битна разлика помеѓу внатрешниот и надворешниот притисок. Меѓутоа, сепак доаѓа до разлика во парцијалниот притисок на гасот на водената пареа посебно во случај кога водата испарува во внатрешниот простор. На пример, само од телото на човекот испарува g/h водена пареа. Тогаш, преградата, екранот или фасадниот ѕид претставува извесен отпор на дифузијата. Од друга страна е познато дека застапеноста на водената пареа во воздухот е во директна зависност од температурата на воздухот. Просторот во кој живее човекот има најчесто релативна влажност од 40-60%. При промена на температурата во просторот во кој имало определено количество водена пареа (имал определена релативна влажност) еден дел од водената пареа се претвора во кондензатроса, и релативната влажност на просторот се намалува. Сосема е логично да се појави кондензат на површината од преградата која има пониска температура од температурата на воздухот во просторот. Во Табела 6.3 се дадени податоци за количество на водена пареа во g/m 3 воздух при различна температура и различна релативна влажност на воздухот. Само како пример, во просторија со температура на воздухот од 25 0 С и релативна влажност од 50%, во која некоја ѕидна површина има температура на површината од 5 0 С, количеството на кондензираната вода ќе изнесува = 5. g/m 3. Ако волуменот на просторот е 4.0х4.0х2.8=44.8 м 3, тогаш вкупното количество кондензирана вода изнесува 44.8х5.= 229 грама т.е 0,229 литри за еден циклус. Преку дифузниот процес влагата си го бара својот пат, а водата, т.е. кондензатот своето место на ладната површина, негде внатре во фасадниот ѕид, се разбира ако во тоа не биде ефикасно спречена со парна бариера со која ќе се заштити материјалот на фасадата од деструкција. Ова е од особена важност за термоизолацијата која треба да се заштити од влажење, посебно ако термоизолацискиот материјал е чуствителен на влага. При правилно проектираните фасадни обвивки се настојува да се постигне стационарен дифузен тек. Тоа значи дека, во разгледуван временски период, количината на водената пареа која влегла во обвивката од внатрешната, потполна страна, треба да е еднаква со онаа која преминала на ладната, 75

82 надворешна страна. Во овој случај нема да дојде до кондензирање на водена пареа во некој од внатрешните слоеви. Од овој аспект посебно значајно е однесувањето на повеќеслојните фасадни обвивки и проблемот на поставувањето на термоизолациските слоеви. Табела 6.3 Количество на водена пареа при различна реларивна влажност Количество на водена пареа во воздухот (g/m 3 ) при Температура релативна влажност од Т( 0 С) 00% 50% 25% Термоизолациските слоеви имаат влијание на промената на температурата низ фасадните прегради, Сл. 6.3-, а со самото тоа и на промената на притисокот на водената пареа при заситување во внатрешноста на ѕидот. Бидејќи термоизолациските слоеви се многу пропустливи за водената пареа тие влијаат и на текот на вистинскиот притисок на пареата, а со тоа имаат големо влијание и на термодифузното однесување на повеќеслојните ѕидови. Секако дека и во овој случај, значајни би биле моделите на карактеристични прегради како на пример: хомогена, со термоизолациски слој на надворешната страна, со термоизолациски слој внатре во сендвичот и со термоизолациски слој од внатрешната страна, Сл Сл.6.3- Модели на прегради со различна позиција на термоизолацискиот слој 76

83 Може да се констатира дека колку повеќе термоизолацискиот слој се поместува кон внатрешноста на ѕидот, кон потоплата страна, толку повеќе се зголемува и ризикот од кондензација на водената пареа, имајќи предвид дека температурата нагло паѓа во близина на внатрешната страна на ѕидот или пак, на самата внатрешна површина што ќе услови и појава на росиште. Кај хомогениот ѕид, практично не се јавува кондензација. Тоа што ќе се дифундира на внатрешната страна, може да се издифундира на надворешната страна, т.е. кон надвор. Заштитата на повеќеслојните прегради од дифузија и кондензација на водената пареа може да се обезбеди, како што беше напоменато на почетокот, со поставување на парна брана, меѓутоа на правилно, т.е. адекватно место во ѕидот зависно од диспозицијата на одделните слоеви, особено на термоизилацискиот слој, Сл Колку парната бариера оди од внатре према надвор, толку постои се поголема опасност од кондензирање на водена пареа. Кога парната бариера е поставена од внатрешната страна, Сл. 6.4 (а), во било какви климатски услови, не може да дојде до кондензација на водената пареа во јадрото на ѕидот заради тоа што секој дифузен тек од внатрешноста на просторот кон надвор е спречен. Во таков случај секој пат не мора да се предвиди, во буквален смисол, парна бариера, зошто нејзината функција може да ја превземат слоевите кои ја кочат дифузијата (керамички плочки или други облоги од тој тип). Сл.6. 4 Локација на парна брана во преграда и можност за појава на кондензација Меѓутоа, ако парната брана се поместува кон поладната страна од преградата, негде внатре, Сл. 6.4 (б), или сосема на надворешната страна, Сл. 6.4 (в), тогаш водената пареа продира низ јадрото на ѕидот и во зависност од температурниот режим, постои можност, посебно во зимски услови, да дојде до кондензација на истата. 77

84 6.2.2 Постапка за пресметување на дифузија на водена пареа Пресметката на дифузијата на водената пареа и анализата на резултатите од аспект на оцена дали одредена топлинска бариера, т.е преградна конструкција или фасаден ѕид, ги задоволува барањата во однос на сигурноста од можни штети од влага, во моментов во Република Македонија е регулирана со постојниот, сеуште важечки стандард МКС У. Ј5.520, којшто е многу сличен на германскиот DIN Во недостиг на понови и подетални климатски податоци за градежно-климатските зони во РМ, се користат податоците од, исто така, стариот стандард МКС У.Ј Основна причина што сеуште не е усвоен како македонски стандард, стандардот EN ISO 3788 (Hygrothermal performance of building components and building elements-internal surface temperature to avoid critical surface humidity and interstitial condensation-alculation methods) е отсуството на детални климатски податоци, на пример, за средни месечни надворешни температури, средни вредности на најниски годишни тамператури, инсолацијата и слично. За да се добие одговорот дали во некој елемент ќе дојде до појава на кондензација или не, треба да се спроведе постапката дефинирана со стандардот МКС У.Ј5.520, која е презентирана подолу. () Врз основа на температурата на внатрешната страна q i =T i и надворешната страна q e =T e, како и соодветните вредности на релативната влажност f i = j i и f e =j e се пресметуваат парцијалните притисоци на водената пареа: p i = f i p i - на внатрешната страна; p e = f е p e - на надворешната страна каде што p i и p e е притисок на заситената водена пареа зависно од температурата T i и T e соодветно, (дадено табеларно). (2) За секој слој од конструкцијата d k (k=, 2,..., n) се пресметува релативниот отпор на дифузија на водената пареа r k : r k = d k m k 6.8 каде m k е фактор на отпорот на дифузијата на водената пареа низ k-тиот слој од преградата и за повеќе материјали е презентиран во Табелата 6.2. (3) Се црта модифицираниот графички приказ на конструктивниот елемент така што, наместо дебелината d k (k=, 2,..., n) на апцисната оска се нанесува релативниот отпор на дифузија на водената пареа r k, Сл ) За познатите температури на границите на одделните слоеви T j, од таблица се пресметува притисокот на заситената водена пареа p j (j = i,, 2,..., n) за дадените рамнини. Овие вредности се нанесуваат како ординати во модифицираниот приказ на елементите. После спојувањето на овие точки со прави линии се добива линијата на притисокот на заситената водена пареа p низ елементот. (5) На истата графичка презентација се нанесува и парцијалниот притисок на водената пареа p i и p e (на првата и последната ордината) и се спојуваат со права линија која се вика линија на парцијален притисок на водената пареа во дадениот елемент. 78

85 Сл.6.5 Графичка презентација на притисокот на заситена водена пареа и парцијалниот притисок на водената пареа Бидејќи парцијалниот притисок на водената пареа не може да биде поголем од притисокот на заситената водена пареа, на местото каде линиите p и p се сечат, потребно е да се изврши корекција на линијата p. Во зависност од положбата на линиите p и p кои се добиваат после евентуалната корекција на линијата p, возможни се следните три случаи: Случај (а): не се јавува кондензација на водената пареа внатре во конструктивниот елемент, Сл. 6.5 (а); Случај (b): до кондензација на водената пареа доаѓа во една рамнина на конструкцијата, т.н. рамнина на кондензација; Случај (c): до кондензација доаѓа во една зона на конструктивниот елемент т.н. зона на кондензација. Најверна мерка за спречување на кондензацијата на водената пареа е правилниот распоред на слоевите на материјал и тоа: () слојот со поголема спроводливост на топлина и поголем отпор на дифузијата на водената пареа треба да се постави од внатрешната страна на ѕидот (бетон, плочки, камен, малтери и слично); (2) слоевите со помала спроводливост на топлина и помал отпор на дифузија на водената пареа треба да се постават од надворешната страна (термоизолациски материјали како експандиран полистиренстиропор, камена волна, стаклена волна, и други лесни градежни материјали - пено бетон, и сл.). Отпор на пропуштање на водената пареа /D = f(d, d) d d2 dn = D d d 2 dn d - дебелина на одделните слоеви во склоп на елементот; d - коефициент на пропуштање на водената пареа на соодветниот слој. 79

86 6.3 Постојаност на мраз Постојаноста на мраз претставува способност на материјалот, заситен со вода, да издржи определен број циклуси на смрзнување и одмрзнување без видливи траги на разрушување и без позначајно намалување на масата и на неговата јакост. Причината за непостојаност, односно разрушување на материјалите при замрзнување, се напрегањата што се јавуваат заради замрзнување на водата во порите. Овие напрегања се условени од нараснувањето на кристалите на мразот заради зголемувањето на нивниот волумен за околу 9%. При ова, се зголемува хидростатичкиот притисок кој дејствува како внатрешно натоварување на ѕидовите од порите и предизвикува многу големи напрегања на затегнување во материајлот. Како последица на ова, во материјалот, во почетокот се јавуваат сосема мали, а подоцна и сé поголеми пукнатини така што тој се дроби и ја губи јакоста. Феноменот на деструктивното дејство на мразот би можел да се објасни и на следниот начин: () се смрзнува водата од површинските слоеви на материјалот, (2) заради разликата на температурата, водата од слоевите во внатрешноста на материјалот кои имаат повисока температура се придвижува кон надворешните слоеви со пониска температура, (3) порите и капиларите од површинските слоеви значително се заполнуваат со вода и се создаваат многу понеповолни услови при замрзнувањето. Ова објаснува зошто елементите од еден ист материјал имаат различна постојаност на мраз, бидејќи производите со поголема контактна површина имаат помала постојаност на мраз. Најпрво замрзнува водата во поголемите пори (водата во порите со пречник до µm замрзнува на -50 ºC). Ако материјалот е потполно заситен со вода (сите пори да се исполнети со вода) тогаш тој ќе се разруши при првото замрзнување. Способноста на порозните материјали да го издржат многукратното замрзнување и одмрзнување се должи на фактот што постојат слободни пори кои не се исполнети со вода, во кои мразот при ширењето ја потиснува незамрзнатата вода. При цикличното дејство на замрзнување и одмрзнување на водата, се јавува замор на материјалот, бидејќи се јавуваат напрегања со променлива вредност, а понекогаш и со променлив знак што придонесува за развизвање на деструктивни процеси во структурата на истиот. Од овде следува дека порозноста, односно компактноста на материјалот има битно влијание на неговата постојаност на мраз. Покомпактните материајли се попостојани на мраз од некомпактните. Меѓутоа, испитувањата покажуваат дека и материјалите со помала компактност, односно со поголема порозност, можат да бидат постојани на мраз ако имаат ограничен процент на отворени пори. Коефициентот на заситеност со вода K V претставува определен показател за отпорноста на дејство на мраз. Се смета дека некој материјал има задоволителна постојаност на мраз ако вредноста на овој коефициент е помала K V <0,8, што значи дека 20% од волуменот на порите не се исполнети со вода, што претставува доволен простор за ширење на мразот (9%) и за прифаќање на водата која се придвижува од внатрешноста кон надворешната површина на материјалот. 80

87 Постојаноста на мраз се испитува експериментално за секој материјал посебно, а постапката за испитување е строго пропишана во соодветни стандарди. Во нашата земја, за испитување на оваа особина најчесто се користи методата на повеќекратно смрзнување и одмрзнување на примероци од материјалот заситени со вода. За да може да се изврши анализа и споредување на резултатите од испитувањата неопходно е да се користат пробни тела со определена форма и димензии и прецизно да се дефинира постапката на испитување. Исто така, многу е битно да се постигне потполна заситеност на материјалот со вода. Ова може да се оствари со соодветен третман на примерокот во вода се додека не се постигне постојаност на неговата маса што се утврдува со неколку последователни мерења на истата. Еден циклус од испитувањето на примерокот заситен со вода се состои од наизменично изложување во текот на 4 часа најпрво на температура од 20ºC, а потоа, во ист временски период од 4 часа на температура од +20ºC. Ваквите циклуси се повторуваат одреден број пати и потоа се оценува колкав е процентот на намалување на масата и на јакоста на примерокот. Бројот на циклусите на смрзнување и одмрзнување е различен за разни градежни материјали: 25 циклуси за полните тули и шупливите блокови од градежна керамика, 35 циклуси за фасадните тули и ќерамидите, а за различните видови бетон, посебно за оние кои се користат во хидроградбата, и неколку стотина циклуси. На Сл.6.6 е прикажана зависноста меѓу јакоста на материјалот во %, и бројот на циклусите на смрзнување и одмрзнување. Анализирајќи ја оваа зависност може да се заклучи дека после одреден број циклуси јакоста на материјалот почнува да опаѓа. Тоа значи дека во структурата на материјалот се јавуваат дефекти коишто најчесто се манифестираат во вид на микро пукнатини. Доколку овој процес продолжи и понатаму дефектите ќе станат по изразени бидејќи доаѓа до значително намалување на механичките карактеристики на материјалот. Jakost [%] broj na ciklusi Сл.6.6 Зависност на јакоста од бројот на циклуси Еден материјал е отпорен на мраз ако после пропишаниот режим на смрзнување и одмрзнување, масата на примерокот не се намали за повеќе од 5%, а намалувањето на јакоста да не е поголемо од 25%. 8

88 6.4. Акустични особини 6.4. Вовед Третирањето на проблемот на бучавата и заштитата од неа завзема видно место во современото градежништво посветувајќи му соодветно, заслужено внимание. Бучавата се дефинира како несакани или непожелни звуци чијшто карактер и интензитет се штетни за околината и по здравјето на човекот. Во некои екстремни случаи, бучавата може да предизвика трајно оштетување на слухот и нарушување на нервниот систем, што е една од основните причини за појава на стресот како специфична болест на модерниот, урбан човек. Исто така, негативно влијае на нормалната конверзација и комуникација меѓу луѓето, особено на нивната концентрација што ја намалува работната способност и можноста за мирен сон и релаксирање. Овој проблем е силно изразен и во високо развиените земји од Западна Европа и САД. Во 996 год. Европската комисија (The Civil Service of the EU) ја публикува т.н. Полиса за бучава COM(96)540 (Nois Policy Green Paper) во која е констатирано дека повеќе од 20% од популацијата во Унијата, или приближно околу 80 милиони луѓе се изложени на влијание на неприфатливо високо ниво на бучава кое предизвикува страв, нарушен сон и други штетни ефекти на нивното здравје. Врз основа на овие согледувања, Европската комисија во јуни 200 год. го прифати предлогот за Директивата за бучава во животната срдина - Directive on Environmental Noice COM(2000)468 која треба да се имплементира во законската регулатива на сите земји од Европската Унија. Во нашата Република, како земја кандидат за членка во ЕУ, веќе е донесе новиот Закон за бучава во животната средина (Сл. Весник на Р. Македонија, бр. 79 од год.). Токму затоа, од особена важност е станбените и деловните објекти да се заштитат од несаканите ефекти на бучавата. Квалитетот на звучната заштита е само една од компонентите на вкупниот квалитет на секој градежен објект во високоградбата. Се разбира, во овој контекст се мисли на звучната заштита која делува заедно со топлинската изолација и заштитата од пожар. Затоа, под звучна заштита или заштита од бучава се подразбира севкупност на технички, организациски, правни и социјални мерки. Во последните децении од минатиот век е развиена една современа научна гранка градежна акустика која се занимава со изучување на севкупноста од мерки кои се превземаат и средства кои се користат со цел бучавата потполно да се елиминира или да се сведе на дозволени граници, дефинирани со националните стандарди. Од технички аспект, за архитектите, градежните инженери и консултантите за акустика, како тим, голем предизвик е да проектираат и да изведат што е можно потивки објекти. За да се постигне целта треба да се изврши правилен, т.е. соодветен избор на материјалите за апсорпција на звукот и за звучна изолација, како и на најразлични системи на конструкции кои се наменети за контрола и редукција на бучавата. Ова ќе биде можно само под услов ако се направи претходна, исцрпна и многу внимателна анализа на експлоатационите услови, што ќе овозможи адекватно планирање и проектирање. Добриот и искусен проектант мора да ги согледа сите неопходно потребни аспекти: положбата и димензиите на 82

89 објектот; карактеристики на надворешните и внатрешните извори на бучава, минималните пропишани барања на звучна заштита за одделните карактеристични елементи како што се: надворешни и внатрешни ѕидови, подови, тавани, прозорци, врати, кров и др., задолжителна изолација на системот за греење и вентилација, итн. Посебно треба да се потенцира дека заштитата од бучава, како обврска, е регулирана и со новиот Закон за градење (Службен весник на Република Македонија, бр. 5, од 30 јуни 2005.), каде во член 8 од делот II Основни барања на градбата, стои: градбата мора да биде проектирана и изведена на таков начин што бучавата која ќе допира до лицата кои престојуваат во градбата или се во нејзина непосредна близина, ќе биде на пропишано доволно ниско ниво кое нема да го загрозува нивното здравје, ќе им овозможи ноќен мир и задоволителни услови за одмор и работа Звук, карактеристики на звукот и начин на спроведување По дефиниција звукот претставува низа на механички пореметувања или вибрации во еластична или вискозна средина кои што ги чувствува човечкото уво. Звукот може да биде генериран од различни извори, а луѓето го чувствуваат како бучава во соодветни околности. Во зависност од тоа како се генерира звукот, односно бучавата, е воведена следната поделба, Сл. 6.7:. надворешна бучава, или бучава во животната средина која е предизвикана од активностите на луѓето, главно од патниот сообраќај, железничкиот и авионскиот сообраќај, како и од индустријата, рекреацијата, градењето и др. Тука не се вбројува бучавата предизвикана од животните, од природата, од соседите, а воедно е исклучена и бучавата на работното место и во транспортните средства; 2. воздушен звук којшто се пренесува преку воздухот, и се предизвикува од различни извори на звук: од конверзација, од ТВ, ХИ-ФИ и други уреди; 3. ударен или структурен звук, односно конструктивен звук, што се јавува заради директната побуда на одделните конструктивни елементи на објектот, т.е. се генерира непосредно во градежниот материјал од кој се изведени истите. Може да биде предизвикан на два начина: со локална побуда во една точка, или како униформно распределена побуда на поголеми површини, најчесто од воздушен звук; 4. бучава од опрема, системи за вентилација греење, лифтови, водоводни и канализациони цевки и др. Звукот како брановидно, односно осцилаторно движење се одликува со периода на осцилациите Т и фреквенцијата f. Периода на осцилации T (sec) е времето што е потребно една честичка да изврши една полна осцилација, а пак фреквенцијата е број на осцилации во sec, f = /T (Hz). Областа на фреквенцијата на звукот што може да го регистрира човечкото уво се движи од 5Hz, или 20Hz, па се до 20000Hz, (Hz- херц преставува една осцилација во секунда). Звукот што има помала фреквенција од наведената долна гранична вредност е т.н. инфра звук (f<5hz), а оној со f>20000hz е ултразвукот. Независно од тоа што овие звуци не може да бидат регистрирани 83

90 од човечкото уво, нивното дејство на човечкиот организам може да биде многу штетно.. Nadvore{na bu~ava od paten, `elezni~ki i avionski soobra}aj 2. Vozdu{en zvuk, vo vnatre{nosta na objektot od konverzacija, TV, HI-FI, dr. 3. Udaren zvuk od odewe, pa awe na predmeti na pod i dr. 4. Bu~ava od oprema, sistemi za ventilacija, greewe, liftovi, vodovodni cevkii dr. С Сл. 6.7 Видови бучава и начин на создавање Звуците може да се поделат на шумови, звучни импулси и музички тонови. Шум преставува сложено дејствување на многубројни звуци кои брзо ја менуваат својата фреквенција и интензитетот. Шумовите може да бидат чујни и нечујни и кај човекот предизвикуваат чувство на нервна напнатост и раздразливост. Долготрајното делување на чујните шумови на органите на слухот, особено оние со високи фреквенции, предизвикуваат штетни влијанија на целокупното човечко здравје. Како најчест извор на шумови со голема снага, било да се тоа чујни или нечујни шумови, се машините и подвижните механизми. Затоа истите треба што е можно помалку да се присутни во просториите каде што работат и живеат луѓе. Ако тоа не може да се стори тогаш се користат посебни материјали кои ја апсорбираат најголемиот дел од звучната енергија. Како се спроведува звукот? Кога звучниот бран доаѓа до некоја препрека, тогаш најголемиот дел од влезната звучна енергија (Pa) се рефлектира од површината на препреката (Paref) и останува во просторијата во којашто се наоѓа звучниот извор, Сл. 6.8 и Сл. 6.9 (а), додека само многу мал дел од неа ќе помине од воздухот во материјалот од кој е изведена преградата. Сл. 6.8 Шематски приказ на распростирањето на звукот низ масивна преграда 84

91 Што се случува со тој, многу мал процент на енергијата која преминала во материјалот? Еден дел од неа и понатаму ќе се шири низ преградата, еден дел заради процесот на дисипација ќе се претвори во топлинска енергија, т.е. ќе се апсорбира и ќе ја снема од звучното поле, и на крај, еден дел ќе премине во воздухот на спротивната страна на преградата (Patr). Делот од звучниот бран кој поминал низ препреката претставува т.н. пропуштен звук или трансмитиран звук и неговиот интензитет ќе биде толку помал колку што е коефициентот на апсорпција на материјалот на преградата поголем. Сл. 6.9 Ширење на звучните бранови (а), начин на намалување со соодветна звучна изолација (б), (в) апсорпција на звукот Карактеристики на звукот Количината на енергија која се пренесува со помош на звучните бранови во секоја секунда низ m 2 површина поставена управно на движење на звучниот бран се вика снага, јачина или интензитет на звукот: I=p 2 /(r c) 6.8 каде е: p-притисок на звукот (Pa), r-густина на средината (kg/m 3 ) за воздух r=,2kg/m 3, c-брзина на ширење на звукот (m/s), c=l f, l-бранова должина, l=c T. Интензитетот на звукот е пропорционален со квадратот на амплитудата на осцилации на честичките од одредена средина, т.е. со квадратот на амплитудата на осцилаторно движење на звучните бранови. Истиот се мери во децибели (db). Децибел е логаритамска единица со вредност: 0 db; 0 = log0, 0 26 Брзината на распространување на звукот не зависи од јачината и фреквенцијата на звукот, туку само од физичките карактеристики на средината низ која минува и температурата на истата. Брзината на распространување на звукот (c) во воздушна средина при температура од 5ºC е 340 m/sec. Со зголемување на густината на средината се зголемува и брзината на звукот. Така, звучните бранови низ вода се шират со брзина од 500 m/sec, додека брзината на распростирање при темпетратура од 20ºC за тули е 3600m/sec, за бетон 4000m/sec, за дрво m/sec, а за стакло 5200 m/sec. 85

92 Заради механичкиот карактер на преместувањата како и енергијата што ја има, звукот предизвикува промена на притисокот и густината во медиумите низ коишто се пренесува. Звучниот притисок p, т.н. ефективен притисок на звукот, претставува разлика меѓу моменталниот притисок предизвикан со надоаѓањето на звучниот бран, и одреден референтен, статички притисок p o во разгледуваната точка пред надоаѓање на звучниот бран. Вообичаено се усвојува p o =2 0-5 N/m 2 = 20mPa (микро паскал, mpa = 0-6 Pa), што одговара на т.н. граница на чујноста, или звучен притисок на долниот праг на слушање со фрекфенција од f=000 Hz. Врз основа на притисокот p o и p се дефинира нивото на звучниот притисок L p кој се изразува со релацијата: L p и е нагледно прикажан на Сл p p = 0 log = 20 log p (db) p0 притисок на звукот p ниво на звучен притисок L p Сл Графичка презентација на зависноста на звучниот притисок и нивото на звучен притисок Нивото на интензитетот на звукот L I на каков и да било звук се определува според релацијата: каде што е: I L I = 0 log (db) 6.9 Ł I0 ł I- измерен интензитет, односно јачина на предизвиканиот звук во W/m 2 (звучна енергија која во единица време минува низ единица површина); 86

93 I 0 = 0-2 W/m 2 - референтна јачина на звукот или интензитет на долниот праг на чујноста на звукот со f = 000 Hz. Овие два параметри со кои се дефинира нивото на јачината на звукот и нивото на звучниот притисок се мерат во децибели (db), при што нивните бројни вредности може да се движат од 0 која одговара на границата на чујноста до 30 db која одговара на т.н. граница на болка, Сл Во зависност од начинот на создавањето, односно од начинот на пренесување, во градежната практика е од интерес воздушниот и ударниот звук. Воздушниот шум или звук е звук којшто е предизвикан од говорот, или од работата на некои апарати и машини (телевизор, дувачки инструменти). Овие звучни извори предизвикуваат промена на воздушниот притисок што условува осцилација на одделните конструктивни елементи во градежните објекти, како што се ѕидовите и таваните. На овој начин се јавува осцилирање на воздухот и во соседната просторија, односно доаѓа до појава на звук, Сл. 6. (а). (а) (б) Сл.6. Начин на создавање на (а) воздушен звук, (б) ударен звук Многу често звукот може да биде предизвикан и со удар, кога со чекан се удира на некој ѕид или при пад на некој тежок предмет на подот. Тогаш ѕидот или подот почнува да осцилира предизвикувајќи соодветни осцилации на воздухот во соседната просторија, при што се создава звук во истата, Сл. 6.(б). Вака предизвиканиот воздушен или ударен звук преку одделните конструктивни елементи, како што се меѓукатните конструкции и ѕидовите се пренесуваат и во соседните простории, Сл. 6.2 и Сл Токму затоа, овој тип на звук е т.н. структурен или конструктивен звук. Сл. 6.2 Шематски приказ на поминување на звукот помеѓу две простории 87

94 преграда меѓукатна Сл Ширење на структурниот звук, () директно, (2) индиректно За правилно решавање на звучната заштита на просториите во објектите треба да се дефинираат поимите за звучна изолација и звучна апсорпција. Способноста на некој материјал или конструкција да пропушти низ себе дел од звучната енегрија ја дефинира неговата пропустливост на звукот, односно неговата способност за звучна изолација, Сл. 6.4 (а), што подразбира и способност на материјалот во одредена мерка да го спречи ширењето на звучната енергија. I I ref I tr Сл. 6.4 Разлика помеѓу (а) звучна изолација, и (б) звучна апсорпција Способноста за звучна изолација на некој материјал се проценува преку коефициентот на звучната спроводливост што претставува однос на трансмитираната, т.е. пропуштената и влезната звучна енергија, t=i tr / I. Под звучна апсорпција се подразбира претворање на дел од звучната енергија која допира до одредена препрека во некој друг вид на енергија, или појава на рефлектирање на дел од звучната енергија, Сл. 6.4 (b). Феноменот нa апсорпција на звукот на некој материјал се дефинира со коефициентот на звучна апсорпција a a, кој претставува однос на нерефлектираната (апсорбирана и пропуштена) и влезната звучна енергија, a a =(I - I ref )/I, a a =0- Во случај на целосна рефлексија коефициентот a a =0, а кога има целосна апсорпција a a =. I 88

95 Ако се земе предвид дека дел од звучната енергија се впива во преградата, а дел повторно се враќа, секогаш коефициентот на звучната спроводливост е помал од коефициентот на звучната апсорпција, т.е. t<a a. Како материјали за звучна изолација се користат оние материјали кои имаат мала волуменска маса, голема порозност и ниски вредности на динамичкиот модул на еластичност. Значи, звучноизолациските материјали се порозни материјали кои се одликуваат со релативно крут скелет и отворена порозност. Во овие материјали се вбројуваат стаклената волна (γ= kg/m 3,), камената волна (γ=50 50 kg/m 3 ), порозни материјали на база на дрвени влакна (меки лесонит плочи), порозни синтетички материјали со сунѓереста структура, и други. Материјалите кои првенствено имаат способност на апсорпција на звучната енергија се викаат звучноапсорпциски материајли и истите може да бидат на база на стаклена волна, камена волна и друго, со тоа што заедно со овие материјали се применуваат уште и различни врсти на органски и неоргански врзива. Покрај ова, како материјали за апсорпција на звукот се препорачуваат исто така и посебни видови бетон (пенобетон) и малтери, разни керамички материјали и друго. При решавањето на проблемите на звучната заштита, во практиката треба да се води сметка и за типот на звукот, односно да се прави разлика помеѓу изолацијата од воздушен звук и изолацијата од ударен звук. При изолација на воздушниот звук се тргнува од параметарот D кој преставува разлика на средното ниво на звучниот притисок или разлика на нивото на звучниот интензитет во две соседни простории разделени со преграда, и е дефиниран со изразот: D = L p Lp2 или D L L2 = 6.0 Овој параметар D е битен за определување на звучноизолациската моќ на некој преграден елемент и на извесен начин претставува показател за изолираноста на просторијата. Треба посебно да се нагласи дека звучната изолираност не зависи само од изолациската способност на материајлите од кои е направена преградата, туку зависи и од вкупната звучна апсорпција на приемната просторија, како и од евентуалното бочно спроведување на звукот низ т.н. звучните мостови. Вкупната звучна апсорпција на некоја просторија претставува моќта на апсорпција на сите површини, на воздухот и се друго што е присутно во истата, и со доволна точност може да се пресмета со Сабиновиот емпириски образец: V 2 A = 0, 6 ( m ) T 6. r каде што е: V - волумен на просторијата во m 3 ; T r - време на реверберација кое се мери во секој конкретен случај. Реверберација е појава на привремено задржување на звучната енергија во некој медиум по прекинувањето со емитирање на звукот. По конвенција T r е 89

96 времето во (sec) кое е потребно нивото на звучниот притисок, по престанувањето на емитирањето на звукот, да се намали за 60dB. Обратно, ако се познати волуменот на просторијата и измерените површини на апсопција, може да се пресмета времето на реверберација и еквивалентната површина на апсорпција на просторијата. V T r = 0, 6 A (sec) Мерењето на звучната изолација се врши експериментално, според дефинирана постапка, регултирана со стандардот МКС У.Ј6.20. Во општ случај се користат две простории, предавателна/изворна и приемна просторија, Сл. 6.5, кои меѓу себе се раздвоени со преграда која се испитува. Карактеристиките на овие простории се стандардизирани, при што постојат посебни услови кои треба да бидат задоволени кога испитувањето се врши во лабораторија, а посебни кога истото се врши во реални објекти преграда (б) приемна просторија, Lp2 (а) изворна просторија, Lp Сл. 6.5 Испитување на изолација од воздушен звук: (а) со бочно спроведување на звукот, (б) без звучни мостови Без разлика во кои услови се врши испитувањето, во предавателната просторија се користат специјално конструирани комбинации на звучници кои претставуваат звучен извор, додека во приемната просторија има соодветни микрофони за прием на звукот. Звучниот извор емитува звучни таласи со различна фреквенција и тоа најчесто во опсег од 00 до 350 Hz, а со посебен инструмент се регистрира соодветнoто ниво на звучниот притисок L p во изворната просторија и L p2 во приемната просторија. Врз основа на вака добиените вредности се определува звучната изолација според релацијата за стандардната вредност на изолациската моќ R, во облик: S R = D + 0 log (db); D=L p -L p2 6.2 Ł A ł Во овој израз е: S-површина на преградата во m 2 ; и A - еквивалентна површина на апсорпција во m 2, параметар кој се определува со релацијата: A a (m 2 ) = ai Si каде што е: a ai - коефициент на звучна апсорпција на поодделните површини, а S i - одделни површини во m 2. 90

97 Резултатите од испитувањето се прикажуваат графички во координатен систем f-r. При тоа, ако се врши оцена на звучната изолација на истиот дијаграм треба да се вцртаат и т.н. стандардни криви дефинирани со соодветниот Правилник за техничките марки и условите за звучна заштита на згради, односно стандардот за испитување на изолација од воздушен звук во реални објекти (стандард МКС У.Ј6.20- Акустика во градежништвото. Технички услови за проектирање и градење згради, 988.). Овие стандардни криви се прикажани на Сл. 6.6, при што кривата R служи за оценка на изолациската моќ на дадена преграда при лабораториски испитувања со занемарување на бочното спроведување на звукот. Кривата R на истиот дијаграм се користи за оценка на изолациската моќ при лабораториски испитувања кога постои умерено бочно поминување на звукот, или за оценка на изолациската моќ при испитување во теренски услови. Треба да се потенцира дека пожелна област на локација на кривата добиена по експериментален пат е во делот над стандардната крива а непожелна оној дел што е под неа. Иzolaciona mo} R i R (db) не задоволува задоволува Сл.6.6 Стандардни криви R, R Утврдувањето на изолациската моќ на некоја преграда се врши со самооценување со помош на т.н. индекс на изолација од воздушен звук I z. Тоа е цел број на децибели за кои е потребно да се помери стандардната крива, R или R, во вертикална насока паралелно сама на себе, се додека не се задоволи построгиот од двата наведени услови: средното отстапување од стандардната крива во неповолната насока пресметано со делење на збирот на неповолните отстапувања со вкупниот број на мерени фреквенции, да е поголемо од db, а помало од 2dB, или средното отстапување на измерените вредности од стандардната крива да е помало од 2dB, а максималното негово отстапување на измерените вредности од стандардните вредности на било која 9

98 фреквенција да не ја минува вредноста од 8dB во случај кога се мери во појаси од една терца или 5dB во случај на мерења во појаси од една октава. Познато е дека звучната изолација се постигнува со хомогени преградни елементи или со повеќеслојни прегради по принципот маса-федеф-маса, Сл Многу одамна е утврдено дека најважна улога во постигнувањето на добра изолација од воздушен звук при едноструките прегради, има површинската маса на преградата, односно масата на ѕидот на единица мерка од површината на преградата. Исто така од големо значење е порозноста на преградата и нејзината крутост на свиткување. (а) (б) Сл. 6.7 Изолациска способност на прегради : (а) хомоген ѕид, (б) двослојна преграда со простор исполнет со порозен материјал Ако преградните ѕидови се изведуваат од класични материјали, како што се тулата и бетонот, Сл. 6.7 (а) тогаш добра звучна изолација се постигнува ако површинската маса на преградата не е помала од 350 kg/m 2. Инаку се смета дека средната звучна изолациска моќ R на надворешните ѕидови и меѓукатните конструкции треба да биде поголема од 8dB, а на ѕидовите од просториите не помала од 0dB. Начелно се смета, а и со експерименти е докажано дека со повеќеслојните преградни ѕидови, Сл. 6.7 (б) се постигнува подобра изолација со помала потрошувачка на материјал, се зафаќа помал простор, полесни се и помалку ги оптоваруваат носивите конструкции, Сл Сл. 6.8 Предности на преградите маса-федер-маса во однос на хомогените прегради Лесните прегради по принципот маса-федер-маса претставуваат таков систем во кој меѓу преградните материјали се наоѓа определен воздушен простор или пак исполна од некој многу порозен материјал. Токму ова дава можност, при делување на звучните бранови целиот систем да се најде во резонанса. Резонантната фреквенција на ваквите системи кога облогите имаат приближно исти површински маси, може да се пресмета според приближниот образец: 850 f0 = (Hz) 6.3 M d каде е: M - површинска маса на одделните облоги (kg/m 2 ); d - дебелина на меѓупросторот, (cm). Со цел да се избегне евентуалната појава на резонанса, 92

99 се тежи фреквенцијата f 0 да биде што е можно помала, заради што се поставува услов таа да е f 0 <00 Hz. При изведувањето на двоструки прегради освен што треба да се води сметка за правилниот избор на соодветните материјали, треба да се води сметка уште и за т.н. звучни мостови. На Сл. 6.9 се прикажани примери на лошо и добро изведена двострука преграда. На слика Сл. 6.9(а) прикажан е преминот на звукот преку звучниот мост, додека со примерот (б) покажана е возможност за елиминирање на мостот со вметнување на некој еластичен материјал. апсорпционен материјал пригушувач (плута) Сл. 6.9 Пример на (а) лошо, и (b) добро изведена преграда Ефикасноста на изолацијата од ударниот звук е определена со т.н. нормализирано ниво на звук со удар L n. При испитувањето на изолацијата од звучен удар се користи истиот систем од предавателна и приемна просторија при што како звучен извор се користи стандарден уред за произведување на удар. Со помошта на оваа направа се предизвикуваат вибрации со фреквенции во опсег од 00 до 350 Hz, со тоа што во приемната просторија се мери нивото на звукот L u и добиената големина се заменува во образецот: A 0 Ln = Lu - 0 log (db) 6.4 Ł A ł каде што е: A - еквивалентна површина на апсорпциона на приемната површина во m 2, додека A 0 =0 m 2. Вредностите L n се прикажуваат графички во функција од фреквенцијата. И во овој случај постои стандардна крива за оценка на изолацијата од звук предизвикан со удар, Сл. 6.20, со воведување на индекс на изолација од ударен звук I u во (db). Вршени се голем број експериментални истражувања на спроведување на ударниот звук и е константирано дека и овде најголемо значење има површинската маса на преградата. На пренесувањето на ударниот звук големо влијание има слојот врз кој се иницира ударот, т.е. дали тој лежи на еластична подлога или самиот тој има еластични својства, крутоста на преградата и масата на ударниот товар. 93

100 Стандардно ниво на ударен звук Ln задоволува не задоволува Сл Стандардна крива L n за процена на ударен звук Најкарактеристичен пример на конструкции изложени на дејство на ударен звук, при одење или пад на тешки предмети, се меѓукатните конструкции. Кај нив е тешко, и многу неповолно да се оствари условот за голема површинска маса со зголемување на дебелината на меѓукатната плоча, затоа звучната изолација на овие конструкции се решава со т.н. пливачки подови, Сл армирана цементна кошулка цементнаестрих PE фолија слој од еластифициран стиропор 2xcm, или камена волна d=2cm носива меѓукатна конструклција-ферт, или армиранобетонска плоча dmin=4cm Сл.6.2 Конструкција на пливачки под со задоволитетлно ниво на звучна заштита Во продолжение табеларно се презентирани податоците за просечните вредности на нивото на звучен притисок за разни видови на бучава, дозволеното ниво на бучава во различни средини во кои се движат луѓето, меродавната изолациска моќ на различни преградни елементи, и субјективна оцена на изолационата моќ 94