Казалось бы, есть наработанные годами сферы применения материалов. Есть рекомендации от производителя материалов — бери и делай. Но в современном мире потребителям доступны сотни тысяч различных материалов со своими особенностями. Как разобраться в этом хаосе? Как понять, что выбранный материал обладает наилучшими свойствами для конкретной детали?
И главное, как процесс выбора материала сделать алгоритмизированным, повторяемым и обоснованным? Давайте разберёмся.
Состояние вопроса в России
Собственно, написать эту статью меня заставила как раз скудность информации по этой теме в отечественной литературе. Есть малое число источников, где рассматривается строгая методология выбора материала для конкретных применений.
Методология в отечественной литературе относится к рекомендациям и не обладает математической строгостью, от чего не так прекрасна, как могла бы быть. Есть и хорошие новости. Если методология не распространена в России — это не означает что её нет в мире. И сразу оговорюсь, что эта методика не заменяет уже сложившееся представление о выборе материалов, а дополняет его и вносит системность в подход к выбору материала.
Сравнение материалов для строительства. Мнение эксперта. Обзор
Про эту методологию я узнал, когда у меня появился доступ к Ansys GRANTA Selector. Немного поломав мозг и прочитав пару книг делюсь информацией, что я накопал.
На рисунке ниже показан алгоритм принятия решения при выборе материала из учебника Кондакова А.И. из МГТУ им. Н.Э. Баумана [1]. Данная методика предлагает определить наиболее важные для материала свойства, задаться критериями выбора этих свойств и произвести отсев материала по этим свойствам.
Если произвести отсев не получается, то необходимо обратиться к изделиям-аналогам и материалам, из которых они изготовлены. После определения перечня материалов на него накладываются ограничения по технологичности и стоимости. И заканчивается всё некоторым кратким перечнем материалов и их характеристик, по которым уже можно определить финального кандидата.
Это прекрасный метод. И в нем всё логично. Но он не отвечает на вопрос «какими критериями свойств материалов нужно задаться?». Вы, конечно, можете сказать, что если мы проектируем самолёт, то детали должны быть прочными и лёгкими, ещё, желательно, дешёвыми. И воспользоваться таким параметром как удельная прочность — отношение прочности к плотности. И вы будете правы. Частично.
Точнее, только в том случае, если ваш самолёт — это стержень, работающий на растяжение. Почему? А потому что в таком подходе вы не учитываете форму объекта и вид нагрузки.
Соотношения должны быть чуть сложнее, как в книге «Расчёт, проектирование и постройка сверхлёгких самолётов» (выдержка показана в таблице ниже) [2].
В этой же книге приводится пример сравнения применения древесины с распространёнными в авиации металлическими материалами: при работе на растяжение древесина не уступает материалам из таблицы. При работе на изгиб — даже лучше. А вот при работе на сжатие — древесина уже в 2-3 раза хуже.
Сравнительные характеристики материалов для строительства дома
И даже эти соотношения — покрывают только малую часть возможных видов нагрузок, форм и вообще физических приложений. И тут остаются вопросы «как быть с остальными применениями?», «как собрать это в единую методологию?».
Методология из Кембриджа
Михаэль Эшби, материаловед и профессор из Кембриджа, как раз и занялся исследованиями в этой области. По результатам своих изысканий издал ряд книг, в которых описана данная методология. Дальше этот раздел написан по книге Materials Selection in Mechanical Design [3], которая есть в открытом доступе.
В данной книге приводится более простая схема принятия решения по выбору материала (рисунок ниже).
Схема предлагает сначала отсеять материалы по наиболее «ярким» свойствам. Например, если у проектируемой детали есть требования по прозрачности или по возможности производить деталь только штамповкой, то это сразу сильно сужает перечень потенциальных кандидатов в материалы. В данном подходе в начале поиска рассматривается весь перечень из существующих материалов. Как ни странно, это может привести к неожиданным результатам. Если в схожих по назначению деталях годами использовался алюминий, то неожиданным может стать применение стеклонаполненного полиамида.
Далее, уже более узкий перечень, предлагается проранжировать в зависимости от необходимых свойств. Для этого нужно задаться некоторым оптимизационным критерием, вроде тех, что представлены в книге про сверхлёгкие летательные аппараты. На этом мы сосредоточим внимание чуть ниже.
При использовании этой схемы предполагается, что на входе в процесс выбора материала информация о потенциальных материалах представлена в общем виде. То есть мы можем использовать даже некоторые оценочные свойства или диапазоны свойств для марки материала. Например, полиамид-6 выпускает огромное количество предприятий.
У всех из них материал, получается немного разным, с уникальным набором свойств. Для определения перечня потенциальных кандидатов нам не важно знать точные свойства для каждого производителя. Нам достаточно понимать, что материал полиамид-6 может иметь некоторый разброс свойств и знать этот разброс. Отсюда получается, что у нас должен появится этап, на котором мы уточняем свойства материалов. Это может быть информация из ГОСТов, DINов, информация из научных журналов, листков данных производителей и так далее.
С учётом этой информации у нас остаётся ещё более узкий перечень. Но было бы странно не учесть такие показатели как доступность материала на локальном рынке, действующие договора с поставщиками, потенциальные риски из-за санкций и другие локальные особенности.
Ну и наконец, принятие решение о применении конкретного материала или группы материалов.
Теперь вернёмся к основному этапу — ранжированию. Данный этап можно применять не только в методологии Эшби, а использовать, например, при выборе из имеющихся на предприятии 20 материалов.
Мы должны получить некоторые критерии, по которым было бы удобно ранжировать материалы. Для этого зададимся несколькими условиями: функцией, целью и ограничениями.
Любая деталь создаётся, чтобы выполнять какую-то функцию или несколько функций: способность держать давление, передавать тепло, выдерживать изгибающую нагрузку, передавать электрический заряд и так далее. При проектировании инженер ставит цель — сделать деталь лёгкой, прочной, дешёвой, эффективной или ещё какой-нибудь. Может и их сочетанием. Но при этом всегда есть ограничения: деталь должна иметь фиксированные размеры, работать в определённом диапазоне температур. Этот перечень определяет условия выбора материала.
Далее мы можем поставить вопрос «каким образом достичь поставленной цели?». Если речь идёт о жёсткой балке, то можно выбрать материал с высоким модулем упругости, можно увеличить площадь поперечного сечения, можно сделать балку с малой длиной. Если балка должна быть лёгкой, то можно выбрать материал с наименьшей плотностью, сократить длину, уменьшить площадь поперечного сечения. Как-то слишком много вариантов для раннего этапа, не так ли?
Это подталкивает к мысли, что можно вывести некоторые соотношения, которые будут учитывать вид нагружения и поставленные цели. Такие соотношения будем называть индексом эффективности.
В общем смысле, индекс эффективности — это комбинация свойств материала, характеризующая применение материала в конкретной области.
Формализуем эту мысль. Заметим, что эффективность каждого конкретного применения будет зависеть от функциональных требований (выдерживать нагрузку, передавать тепло), геометрических параметров (размеры, форма) и свойств материала (относящихся к конкретному применению):
где — эффективность, — функция (в математическом смысле), — функциональные требования, — геометрические параметры, — свойства материала.
При такой формулировке целью становится минимизация или максимизация .
Функцию можно выразить таким образом, чтобы она состояла из произведения трёх функций, каждая из которых определялась бы набором параметров , и (почему будет ясно на примере чуть ниже):
При таком разделении функция пропорциональна , определяющейся свойствами материалов, и независимой от функциональных требований и геометрических параметров . Очевидно, что при увеличении функции будет возрастать и . В таком случае функцию можно рассматривать отдельно и именно она будет определять индекс эффективности материалов. То есть можно оптимизировать функцию не зная всех функциональных требований и геометрических параметров и рассматривать их отдельно, уже при самом конструировании. То есть мы сначала подбираем оптимальный материал, а затем уже занимаемся конструированием и оптимизацией конструкции.
Рассмотрим на нескольких примерах.
Предположим, что мы выбираем материал для цилиндрического стержня, работающего на растяжение. У нас определена длина и растягивающее усилие . Цель — минимизировать массу при соблюдении условий прочности. Функцию, цель и ограничения соберём в таблицу ниже.
В данном случае «максимизация эффективности» означает минимизацию массы при способности нести нагрузку . Сначала мы ищем функцию, значения которой можно минимизировать или максимизировать. В данном примере речь идёт о минимизации массы . Уравнение, называемое целевой функцией, имеет вид:
где — площадь сечения, — длина, — плотность.
В данной задаче длина и нагрузка определены и фиксированы, а площадь сечения может изменяться в процессе конструирования. Уменьшение будет приводить к уменьшению , но в тоже время будет участвовать в соотношении для напряжений:
Отсюда можно выразить и подставить его в уравнение выше и сразу разделить переменные по их типам:
В первой скобке присутствует — функциональная переменная; во второй — — геометрическая переменная; в третьей — константы материала. Отсюда можно выразить индекс эффективности:
Сразу установим правило, по которому индекс эффективности стоит выражать так, чтобы его необходимо было максимизировать. То есть чем выше этот индекс – тем лучше для конкретного применения материала.
Рассмотрим второй пример — балка, нагруженная сосредоточенной силой , с квадратным сечением и длиной . Балка подвержена изгибу. Длина фиксирована. Необходимо ограничить прогиб балки некоторой величиной , то есть ограничением является жёсткость балки. Также необходимо чтобы балка имела минимальную массу. Функцию, цель и ограничения соберём в таблицу ниже.
Выразим жёсткость величиной , которая должна быть больше либо равной соотношения, определяемого из уравнения прогиба:
где — модуль упругости, — константа, определяемая из граничных условий и — момент инерции, определяемый для квадратного сечения как:
Напомню, что наша целевая функция имеет вид:
Получаем, как и в прошлом примере, противоречие между уменьшением массы и увеличением жёсткости — при увеличении размеров поперечного сечения будет увеличиваться жёсткость, а вместе с ней и масса, которую мы вообще-то хотим снизить.
Соберём теперь все в целевую функцию:
Тут, как и в прошлом примере, нас интересует только часть, отвечающая за свойства материала, то есть последний член уравнения. Выразим индекс эффективности:
Мы рассмотрели два примера, характерных только для механических задач. Вообще данных подход содержит в себе не только массовые, упругие и прочностные свойства. В нем также можно учесть стоимость материалов, тепловые, электрические и другие характеристики. Если классифицировать применения данного подхода, то получится вот такая структура:
Для учёта нескольких критериев, значения наносятся на пузырьковую диаграмму Эшби (рисунок ниже). Овалы на диаграмме отображают разброс свойств для каждого типа материала. Данная диаграмма построена для балки, работающей на изгиб. По оси отложен индекс эффективности, определяющий стоимость за единицу жёсткости.
По оси отложен индекс эффективности, определяющий отношение массы и жёсткости. Критерии на диаграмме преобразованы таким образом, что чем меньше значение критерия, тем дешевле и легче будет получаться конструкция при той же жёсткости.
Отсюда получается, что чем ближе материал находится к левому нижнему углу, тем эффективнее будет его применение для легкой, дешёвой и жёсткой балки, работающей на изгиб.
Есть и другой способ отображения диаграммы Эшби. Он описан на странице Википедии.
Пример в Excel
Для примера я составил таблицу в Excel. Предположим, что у нас на предприятии применяют всего 6 материалов. Нужно из этих 6 материалов выбрать наилучшие, для следующих случаев:
- Необходимо спроектировать конструкцию, которую можно свести к балке. Балка должна быть лёгкой и прочной. По ТЗ определена длина. Можно изменять сечение;
- Необходимо спроектировать конструкцию, которую можно свести к балке. Балка должна быть лёгкой и прочной. По ТЗ определена длина, сечение и его ширина. Можно изменять высоту сечения;
- Необходимо спроектировать конструкцию, которую можно свести к балке. Балка должна быть дешёвой и прочной. По ТЗ определена длина, сечение и его ширина. Можно изменять высоту сечения;
- Лёгкая пружина, способная запасать как можно больше упругой энергии без разрушения.
Сравнение первого и второго примеров показывает, что полностью вольное изменение площади сечения и изменение только ширины, при заданной высоте, будет приводить к разным результатам. При изменяемой ширине сечения обоснованным будет применение более прочного, но и более тяжёлого материала. А все потому, что прочности в формулах индексов эффективности будут отличаться степенью.
Сравнение второго и третьего примеров показывает, что стремление к лёгкой или дешёвой конструкции будут давать разные результаты. Но это не означает, что конструкция не может быть и лёгкой, и дешёвой. Для решения такой задачи необходимо ещё одно измерение. Нужно построить график Эшби, на котором отложить массовый индекс эффективности по одной оси и ценовой индекс эффективности по другой оси.
В последнем примере показан выбор материала для элемента, запасающего энергию. Стоит обратить внимание на то, что для всех четырёх применений мы получили разные оптимальные материалы.
Источник: habr.com
Русский Фахверк
Стройматериалов много, какие предпочесть? Подойдите к этому вопросу вдумчиво и проанализируйте их технические характеристики и свойства. Физику не обманешь. Для удобства мы поместили результаты в сводную таблицу.
| технические характеристики и материалы |
ракуш- няк |
извест- няк |
песча- ник |
мрамор | гранит | железо | стекло | пено- блок |
бетон | кирпич керам. |
дерево, хвоя 12% влажн. |
пено гипсо бетон |
| паропрони- цаемость Мг/(м*ч*Па) |
0,12 | 0,01 — 0,06 | 0,025 — 0,03 | 0,008 | 0,008 | 0 | 0 | 0,11 — 0,2 | 0,03 | 0,11 | 0,06 | 0,14 |
| влагопрони- цаемость %/% |
0,15 | 0,08 — 0,12 | 0,03 — 0,05 | 0,001 — 0,008 | 0,01 — 0,04 | 0 | 0 | 0,3 | 0,03 — 0,1 | 0,15 | 0,5 | 0,83 |
| воздухопрони- цаемость мм3/см2/с |
88,8 | 42,4 | 27,8 | 62,7 | 12.6 | 0 | 0 | 75,8 | 28,3 | 35,4 | 56,2 | 74,8 |
| теплопровод- ность Вт/(м*°С) |
0,2 — 0,35 | 0,3 — 0,8 | 0,35 | 2,91 | 3,49 | 58 — 64 | 0,76 | 0,08 — 0,29 | 1, 51 — 1,69 | 0,55 — 0,7 | 0,09 — 0,18 | 0,12 — 0,15 |
| теплоемкость ккал/кг*°С |
0,24 | 0,22 | 0,22 | 0,23 | 0,24 | 0,12 | 0,2 | 0,25 | 0,3 | 0,21 | 0,4 | 0,36 |
| звукопровод- ность по отношению к воздуху (1) 330,7 м/с |
4,536 | 11,491 | 10,583 | 18,446 | 11,642 | 15,119 | 18,143 | 3,116 | 12,096 | 10,886 | 4,382 | 2,215 |
| электропро- водность |
– | – | – | – | – | + | – | – | – | – | – | – |
| коррозионная стойкость | + | + | + | + | + | – | + | + | – | + | + | + |
| плотность кг/м3 | 1100 — 1500 | 2150 — 2500 | 1450 — 1650 | 2400 — 2800 | 2600 — 2700 | 7300 — 7900 | 2500 | 300 — 1000 | 2400 — 2500 | 1600 — 1900 | 500 — 550 | 400 — 600 |
| прочность МПа | 15 — 30 | 50 — 80 | 122 — 380 | 60 — 100 | 225 — 250 | 250 — 300 | 150 — 200 | 2,5 — 5 | 60 — 100 | 7 — 15 | 33,7 — 51,1 | 4,8 — 16 |
| морозостой- кость (циклов) |
50 — 70 | 40 — 100 | 50 -75 | 25 — 30 | 50 — 70 | 20 — 30 | 100 — 200 | 20 — 30 | 40 — 50 | 35 — 50 |
Паропроницаемость материала отвечает за так называемые дышащие свойства. В воздухе всегда находится вода в ее газообразном агрегатном состоянии. При перепадах температур влага конденсируется в виде капель воды на границе изменения температур. Это называется точкой росы.
Если точка росы находится внутри материала, из которого сделаны стены вашего дома, – это очень плохо и для стен, и для вашего самочувствия. Если же показатель паропроницаемости достаточно высок, то излишки влаги в помещении будут выводиться наружу здания (из тепла в холод) или наоборот, слишком сухой воздух внутри жилища будет увлажняться. Это и есть дыхание дома.
Чем выше показатель паропроницаемости, тем лучше в этом плане строительный материал. Следует помнить, что если стену, построенную из паропроницаемого материала, изнутри покрыть пароизолирующим материалом, например масляной краской, то стена дышать перестанет, и на ее поверхности начнет конденсироваться влага. Если же стену покрыть пароизолирующим материалом снаружи, то роса начнет выпадать строго на границе материалов, тогда пароизолирующая краска или штукатурка будут быстро отшелушиваться и облупливаться. В таком случае дом придется часто красить или ремонтировать.
Влагопроницаемость показывает насколько материал стен способен впитывать и пропускать влагу в ее жидком агрегатном состоянии. Материалы с высокой влагопроницаемостью нуждаются в дополнительной гидроизоляции. При этом важно помнить, что материалы с очень низкой влагопроницаемостью в чистом виде также не очень хороши для строительства, поскольку обладая низкой гигроскопичностью они не позволяют сохранению баланса между влагой и сухостью.
Воздухопроницаемость также относится к функции дыхания дома. Если стены не пропускают воздух, дом всегда будет нуждаться в усиленной приточной вентиляции, что повлечет за собой серьезные дополнительные расходы как при строительстве, так и в стадии эксплуатации здания.
Теплопроводность отвечает за температурный баланс между внешней средой и внутренним климатом помещений вашего дома. Чем ниже теплопроводность стенового материала, тем лучшим теплоизолятором он является. Стены, выполненные из материалов с высоким коэффициентом теплопроводности, всегда будут нуждаться в эффективной теплоизоляции, что повлечет за собой дополнительные расходы при строительстве. Важно помнить, что хорошие теплоизоляторы как правило являются посредственными теплонакопителями, то есть они хорошо препятствуют перемещению тепла, однако не в состоянии это тепло аккумулировать и удерживать, поэтому холодной зимой дом будет постоянно нуждаться в активном отоплении.
Теплоемкость как раз показывает насколько материал в состоянии постепенно накапливать и медленно отдавать тепло. Например камни или глина хорошие теплонакопители, а стекло или метал – нет. Правильное сочетание теплоизолятора и теплонакопителя в сенах вашего дома может дать портясающий эффект: даже в морозные дни здание не будет требовать частого и массированного отопления, что конечно же серьезно уменьшит ваши расходы при эксплуатации жилища.
Звукопроводность отвечает за скорость распространения звуковых волн в том или ином материале. За единицу берется скорость распространения звуковых волн в воздухе – 330,7 м/с. Как правило, чем выше плотность и масса материала, тем больше его звукопроводность.
А чем больше показатель звукопроводности, тем этот материал хуже для строительства, поскольку с его использованием потребуется устройство звукоизоляции, что немедленно повлечет за собой дополнительные расходы. Вам когда-нибудь доводилось спать во время дождя под металлической крышей, наслаждаясь барабанной дробью каждой капли? Незабываемое впечатление, не правда ли?
Электропроводность показывает проводят стены вашего дома электрический ток или нет. Природные материалы в чистом виде редко бывают однозначно электроизоляторами или проводниками. Например, сухая древесина электричество не проводит, а вот мокрая – как раз наоборот. И тем не менее, этот показатель необходим для определения безопасности жилища, тем более, что экранирующие свойства дома очень сильно воздействуют на психику и общее самочувствие человека. Думаю мало кому захочется жить в доме, который одновременно является электромагнитной антенной.
Коррозионная стойкость – это способность материала сопротивляться разрушению под воздействием атмосферных явлений, воды, кислорода, химических соединений, температуры, механической эрозии и т.д.
Плотность строительного материала должна быть достаточно высокой, чтобы стены вашего дома были крепкими и прочными. При этом следует помнить, что это справедливо в основном для несущих конструктивных элементов. Стены, которые не несут нагрузок можно сделать из менее плотных материалов. Это отразится на цене строительства, поскольку более плотные разновидности материалов одного и того же типа как правило существенно дороже менее плотных.
Прочность как правило тесно связана с плотностью строительного материала. Этот показатель говорит о статических и динамических нагрузках, которые он в состоянии выдерживать. Если строительные материалы могут нести большие тяжести и не разрушаться, значит и все здание также будет прочным. Это актуально для многоэтажного строительства и для домов, подверженных снеговым и ветровым нагрузкам. К тому же прочность дома играет не последнюю роль в сейсмоопасных районах.
Источник: rus-fachwerk.blogspot.com
Кровельные материалы, сравнительная таблица
Кровельные материалы
Сегодня мы поговорим об основных факторах, которые следует учитывать при покупке кровельного материала. Мы рассмотрим основные типы кровельных материалов, поговорим об их преимуществах и недостатках.
Содержание статьи.
1. Что влияет на выбор кровельного материала?
2. Типы кровельных материалов.
2.1. Керамическая черепица
2.2. Цементно-песчаная черепица
2.3. Битумная черепица
2.4. Металлочерепица
2.5. Шифер
2.6. Профнастил
2.7. Стальная фальцевая кровля
2.8. Медная и алюминиевая фальцевая кровля
2.9. Битумный шифер
2.10. Сланцевая кровля
3. Сводная таблица
Δ 1. Что влияет на выбор кровельного материала?
Что влияет на выбор кровельного материала?
На выбор того или иного материала влияют следующие факторы:
1. Нагрузка на кровлю. Такая нагрузка вычисляется довольно легко: общий вес кровельной конструкции (с утеплителем, термоизоляцией и так далее) добавляется к возможному весу снежного покрова в определенном регионе страны. Не стоит забывать и о здешней силе ветра.
2. Архитектурное решение. По предварительному проекту можно легко определить, какими габаритами будет обладать будущая кровля, какими формами. Исходя из этого и будет выбираться тот или иной материал.
3. Огнеупорность, долговечность. Эти два фактора влияют в зависимости от условий эксплуатации. Так, едва ли будет целесообразным сооружение очень прочной крыши для курятника или сарая.
Δ 2. Типы кровельных материалов.
Сегодня на рынке строительных материалов кровельное покрытие представлено широчайшим ассортиментом. Но для качественной крыши следует использовать материалы, которые выдерживают резкие перепады температур, отлично тепло и звукоизолируют помещение, и устойчивы к образованию коррозии. Итак, давайте вкратце рассмотрим основные типы кровельных материалов.
Керамическая черепица
Керамическая черепица, как известно, изготавливается из глины, обожженной при тысячеградусной температуре. Она делится на несколько типов, в зависимости от своего местоположения в кровле. Характерно то, что черепица крепится не только к основанию, но и друг к другу, образуя тем самым как бы сплошной ковер. Это оберегает от протекания и обеспечивает срок эксплуатации до ста лет (при условии должного качества материала).
Среди преимуществ керамической черепицы следует отметить, в первую очередь, низкие расходы при эксплуатации — чистка делается примерно раз за год. Также она прекрасно поглощает шум и вообще не горит. Выдерживает более тысячи циклов и имеет широкий ассортимент цветов и оттенков. Но есть, к сожалению, и некоторые недостатки — к примеру, большой вес, который увеличивает нагрузку на стропильную систему, и хрупкость самой черепицы.
Δ 2.2. Цементно-песчаная черепица.
Цементно-песчаная черепица
Цементно-песчаную черепицу разработали из-за большого веса натуральной черепицы. В данном случае обжиг не используется, вместо него имеет место химическая реакция, которая значительно уменьшила вес изделия. Такая черепица крепится к конструкции гвоздями, которые вбиваются в специально выполненные отверстия. С годами материал не теряет своих свойств, а наоборот, увеличивает прочность.
К преимуществам цементно-песчаной черепицы следует отнести устойчивость к солнечным лучам и агрессивной среде. Кроме того, материал выдерживает более тысячи циклов. С недостатками же нужно добавить: большие габариты элемента и низкую механическую прочность, материал способен повредиться даже при транспортировке. Стоит материал значительно дешевле своего керамического аналога (порядка 10–30 долл. за кв.м.), а эстетические показатели практически те же.
Δ 2.3. Битумная черепица
Битумная черепица
Для изготовления битумной черепицы используется целлюлоза или стекловолокно, которыми покрывается битумная плитка. Это крайне надежное покрытия, так как битумная плитка под солнцем склеивается, образуя тем самым некий ковер. Такая черепица имеет небольшие размеры, может быть круглой, прямоугольной или многогранной формы. К особенностям этого покрытия можно отнести то, что ее легко деформировать – это можно сделать голыми руками.
Среди достоинств битумной черепицы мы бы отметили следующие: она не повреждается при транспортировке, не подвержена коррозии, ее легко монтировать и осуществлять дальнейший ремонт. Вместе с тем, у нее наблюдается повышенная горючесть, ее невозможно монтировать зимой.
Δ 2.4. Металлочерепица
Металлочерепица
Металлочерепица — это по сути та же оцинкованная сталь, но покрытая специальными полимерами. Внешне она похожа на керамическую черепицу, но в действительности это большие листы стали, имеющие рифленую фактуру.
Металлочерепицу достаточно легко монтировать, она крайне устойчива к механическим повреждениям. Также у этого покрытия довольно низкая стоимость (в 2–3 раза ниже, нежели у керамической) и небольшой вес (порядка пяти килограмм на метр квадратный). К недостаткам же данного покрытия мы отнесли бы только низкую тепло и шумоизоляцию.
Δ 2.5. Шифер
Шифер
Шифер, или же асбестоцементные плиты, представляет собой цементный композит, в котором имеется упрочняющее асбестовое волокно. Представляет собой прямоугольные волнистые листы, которые ложатся внахлест. На сегодняшний день шифер используется при покрытии малозначимых сооружений — к примеру, тех же сараев, но при лимитированном бюджете вполне нормально накрыть этим материалом и жилой дом.
К преимуществам шифера относится, прежде всего, высокая прочность материала, низкая цена и возможность легкого разреза в случае необходимости. К минусам же хрупкость и вредность для человеческого организма, эстетическую непривлекательность и потеря цвета при длительной эксплуатации.
Δ 2.6. Профнастил
Профнастил
Профнастил — это самые «бюджетные» листы оцинкованной стали, гофрированные и покрытые полимерными составами. Волны на них могут иметь разную форму и высоту. Используется преимущественно при хозяйственном строительстве.
К преимуществам профнастила мы отнесли бы его высокую прочность при изгибе, быстроту монтажа, малое количество отходов по сравнению с металлочерепицей. Материал стоит недорого, но вместе с тем демонстрирует крайнюю степень долговечности. Недостаток всего один — низкая тепло и звукоизоляция.
Δ 2.7. Стальная фальцевая кровля
Стальная фальцевая кровля
У листов стальной фальцевой кровли гладкая поверхность, благодаря чему вода достаточно легко стекает на уклонах. Листы при монтаже цепляются друг за друга, образуя специфические зацепы.
Плюсов у такой стали достаточно много: она не горит и не распространяет пламя; у нее приятная внешность; ее можно монтировать в зимнее время; материал гибкий и весит немного, отходов при его укладке минимум. Но и минусы тоже есть: материал легко деформируется при ударе и нуждается в утеплении и звукоизоляции.
Δ 2.8. Медная и алюминиевая фальцевая кровля
Медная и алюминиевая фальцевая кровля
Данный вид фальцевой кровли стоит дорого, но имеет привлекательную, если не сказать элитную, внешность. Первоначальная внешность держится достаточно долго, поскольку при контакте с воздухом покрывается защитной оксидной пленкой. Укладывается так же, как и предыдущий материал.
В эксплуатации покрытие очень простое (чистить необходимо примерно раз за год), не поддается коррозии, огнеупорно и абсолютно безвредно для человеческого организма. К недостаткам мы бы отнесли только лишь высокую стоимость.
Δ 2.9. Битумный шифер
Битумный шифер
Битумный шифер представляет собой листы целлюлозы, которые пропитывались битумом. Характеризуется гибкостью, благодаря чему данный материал можно использовать на самых неудобных поверхностях.
Среди плюсов мы отметим незначительный вес (пожалуй, один из самых меньших), удобность в работе и большое разнообразие цветовых решений. Минусы: со временем такой шифер выгорает, а количество циклов, что он способен выдержать, не превышает 25. Также он хорошо горит и деформируется от солнца.
Δ 2.10. Сланцевая кровля
Сланцевая кровля
Сланец – это престижный материал, который был «разработан» самой природой. Такой кровлей покрывались многие европейские средневековые замки. Сланцевая кровля весит достаточно много (около двадцати пяти килограмм один квадратный метр) и изготавливается вручную.
Δ 3. Сводная таблица
Для удобства посетителей основные параметры каждого вида кровли мы привели в таблице ниже.
Сводная таблица кровельных материалов
Итак, мы с вами рассмотрели основные виды кровли. Но следует помнить, что при выборе того или иного варианта необходимо руководствоваться не только собственными знаниями, но еще и мнением профессионалов (продавцов или изготовителей кровли). Помимо того, вам понадобится помощь архитектора. Удачного строительного процесса!
Источник: stroy-dom.info
Сравнение теплопроводности строительных материалов по толщине
В продаже доступно много строительных материалов, использующихся для повышения свойств сооружения сохранять тепло – утеплителей. В конструкции дома он может применяться практически в каждой ее части: от фундамента и до чердака. Далее пойдет речь об основных свойствах материалов, способных обеспечить необходимый уровень теплопроводности объектов различного назначения, а также будет приведено их сравнение, в чем поможет таблица.
Основные характеристики утеплителей
- Теплопроводность. От этого показателя напрямую зависит качество проведенного утеплительного процесса, а также необходимое количество материала для обеспечения желаемого результата. Чем ниже теплопроводность, тем эффективнее использование утеплителя.
- Влагопоглощение. Показатель особо важен при утеплении внешних частей конструкции, на которые может периодически воздействовать влага. К примеру, при утеплении фундамента в грунтах с высокими водами или повышенным уровнем содержания воды в своей структуре.
- Толщина. Применение тонких утеплителей позволяет сохранить внутреннее пространство жилого сооружения, а также напрямую влияет на качество утепления.
- Горючесть. Это свойство материалов особенно важно при использовании для понижения теплопроводной способности наземных частей сооружения жилых домов, а также зданий специального назначения. Качественная продукция отличается способностью к самозатуханию, не выделяет при воспламенении ядовитых веществ.
- Термоустойчивость. Материал должен выдерживать критические температуры. К примеру, низкие температуры при наружном использовании.
- Экологичность. Нужно прибегать к использованию материалов безопасных для человека. Требования к этому фактору может изменяться в зависимости от будущего назначения сооружения.
- Звукоизоляция. Это дополнительное свойство утеплителей в некоторых ситуациях позволяет добиться хорошего уровня защиты помещения от шума, а также посторонних звуков.
Важность конкретной характеристики напрямую зависит от условий использования и выделенного бюджета.
Сравнение популярных утеплителей
| СРЕДНЯЯ ТОЛЩИНА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ СТЕНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ | ||||
| Теплоизоляционный материал | Кирпичная кладка (полтора кирпича) | Газобетон 30 см | Деревянный брус 30 см | Каркас из OSB |
| Экотермикс | 7 см | З см | 5 см | 10 см |
| Минеральная вата | 13 см | 8 см | 10 см | 15 см |
| Пенополистирол | 12 см | 7 см | 8 см | 13 см |
| Пеностекло | 11 см | 6,5 см | 7 см | 13 см |
- Минеральная вата. Производится из естественных материалов. Устойчива к огню и отличается экологичностью, а также низкой теплопроводностью. Но невозможность противостоять воздействию воды сокращает возможности использования.
- Пенопласт. Легкий материал с отличными утеплительными свойствами. Доступный, легко устанавливается и влагоустойчив. Недостатки: хорошая воспламеняемость и выделение вредных веществ при горении. Рекомендуется его использовать в нежилых помещениях.
- Бальзовая вата. Материал практически идентичный минвате, только отличается улучшенными показателями устойчивости к влаге. При изготовлении его не уплотняют, что значительно продлевает срок службы.
- Пеноплэкс. Утеплитель хорошо противостоит влаге, высоким температурам, огню, гниению, разложению. Отличается отличными показателями теплопроводности, прост в монтаже и долговечен. Можно использовать в местах с максимальными требованиями способности материала противостоять различным воздействиям.
- Пенофол. Многослойный утеплитель естественного происхождения. Состоит из полиэтилена, предварительно вспененного перед производством. Может иметь различные показатели пористости и ширины. Часто поверхность покрыта фольгой, благодаря чему достигается отражающие эффект. Отличается легкостью, простотой монтажа, высокой энергоэффективностью, влагостойкостью, небольшим весом.
Выбирая материал для использования в непосредственной близости с человеком, необходимо особое внимание уделять его характеристикам экологичности и пожаробезопасности. Также в некоторых ситуациях рационально покупать более дорой утеплитель, который будет обладать дополнительными свойствами влагозащиты или звукоизоляции, что в окончательном счете позволяет сэкономить.
Сравнение с помощью таблицы
| N | Наименование | Плотность | Теппопроводность | Цена , евро за куб.м. | Затраты энергии на | ||
| кг/куб.м | мин | макс | Евросоюз | Россия | квт*ч/куб. м. | ||
| 1 | целлюлозная вата | 30-70 | 0,038 | 0,045 | 48-96 | 15-30 | 6 |
| 2 | древесноволокнистая плита | 150-230 | 0,039 | 0,052 | 150 | 800-1400 | |
| 3 | древесное волокно | 30-50 | 0,037 | 0,05 | 200-250 | 13-50 | |
| 4 | киты из льняного волокна | 30 | 0,037 | 0,04 | 150-200 | 210 | 30 |
| 5 | пеностекло | 100-150 | 0.05 | 0,07 | 135-168 | 1600 | |
| 6 | перлит | 100-150 | 0,05 | 0.062 | 200-400 | 25-30 | 230 |
| 7 | пробка | 100-250 | 0,039 | 0,05 | 300 | 80 | |
| 8 | конопля, пенька | 35-40 | 0,04 | 0.041 | 150 | 55 | |
| 9 | хлопковая вата | 25-30 | 0,04 | 0,041 | 200 | 50 | |
| 10 | овечья шерсть | 15-35 | 0,035 | 0,045 | 150 | 55 | |
| 11 | утиный пух | 25-35 | 0,035 | 0,045 | 150-200 | ||
| 12 | солома | 300-400 | 0,08 | 0,12 | 165 | ||
| 13 | минеральная (каменная) вата | 20-80 | 0.038 | 0,047 | 50-100 | 30-50 | 150-180 |
| 14 | стекповопокнистая вата | 15-65 | 0,035 | 0,05 | 50-100 | 28-45 | 180-250 |
| 15 | пенополистирол (безпрессовый) | 15-30 | 0.035 | 0.047 | 50 | 28-75 | 450 |
| 16 | пенополистирол экструзионный | 25-40 | 0,035 | 0,042 | 188 | 75-90 | 850 |
| 17 | пенополиуретан | 27-35 | 0,03 | 0,035 | 250 | 220-350 | 1100 |
Показатель теплопроводных свойств является основным критерием при выборе утеплительного материала. Остается только сравнить ценовые политики разных поставщиков и определить необходимое количество.
Утеплитель – один из основных способов получить сооружение с необходимой энергоэффективностью. Перед его окончательным выбором точно определите условия использования и, вооружившись приведенной таблицей, совершите правильный выбор.
Источник: jsnip.ru