Расчет линейного теплового расширения стали

Приложение 3. Коэффициент линейного расширения

Таблица 18. Коэффициент линейного расширения

Марка стали Расчетное значение коэффициента a 10 6 , °С -1 , при температуре, °С
20-100 20-200 20-300 20-400 20-500
ВСт3, 20, 20К 11,6 12,6 13,1 13,6 14,1
09Г2С, 16ГС, 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1, 10Г2 13,0 14,0 15,3 16,1 16,2
12ХМ, 12МХ, 15ХМ, 15Х5М, 15Х5М-У 11,9 12,6 13,2 13,7 14,0
08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т 9,6 13,8 16,0 16,0 16,5
12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 03Х17Н14М3, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т, 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 03Х18Н11, 08Х17Н13М2Т, 08Х17Н15М3Т 16,6 17,0 18,0 18,0 18,0
03Х21Н21М4ГБ 14,9 15,7 16,6 17,3 17,5
06ХН28МДТ, 03ХН28МДТ 15,3 15,9 16,5 16,9 17,3
08Х18Г8Н2Т 12,3 13,1 14,4 14,4 15,3

Производство, проектирование
и строительство резервуарных
парков «под ключ»

Москва и регионы

Саратов и область

г. Саратов, ул. Огородная, д. 162

© 2013 — 2021 Саратовский резервуарный завод «САРРЗ».

Все материалы данного сайта являются объектами авторского права (в том числе дизайн). Запрещается копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя.

Источник

Таблица: Температурный коэффициент линейного расширения металлов, твердых веществ, жидкостей

Коэффициент теплового расширения
β = 1 V ( d V d T ) p <\displaystyle \beta =<\frac <1>>\left(<\frac
>\right)_

>

Размерность −1
Единицы измерения
−1
СГС −1

Коэффицие́нт теплово́го расшире́ния
— физическая величина, характеризующая относительное изменение объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 при постоянном давлении. Имеет размерность обратной температуры. Различают коэффициенты объёмного и линейного расширения.

Коэффициент линейного теплового расширения

α L = 1 L ( ∂ L ∂ T ) p ≈ Δ L L Δ T <\displaystyle \alpha _=<\frac <1>>\left(<\frac <\partial L><\partial T>>\right)_

\approx <\Delta L \over >> , К −1 (°C−1) — относительное изменение линейных размеров тела, происходящее в результате изменения его температуры на 1 К при постоянном давлении.
В общем случае, коэффициент линейного теплового расширения может быть различен при измерении вдоль разных направлений. Например, у анизотропных кристаллов, древесины коэффициенты линейного расширения по трём взаимно перпендикулярным осям: α x ; α y ; α z <\displaystyle \alpha _;\alpha _;\alpha _> . Для изотропных тел α x = α y = α z <\displaystyle \alpha _=\alpha _=\alpha _> и α V = 3 α L <\displaystyle \alpha _=3\alpha _> .

Например, вода, в зависимости от температуры, имеет различный коэффициент объёмного расширения:

  • 0,53·10−4 К-1 (при температуре 5—10 °C);
  • 1,50·10−4 К-1 (при температуре 10—20 °C);
  • 3,02·10−4 К-1 (при температуре 20—40 °C);
  • 4,58·10−4 К-1 (при температуре 40—60 °C);
  • 5,87·10−4 К-1 (при температуре 60—80 °C).

Для железа коэффициент линейного расширения равен 11,3×10−6 K−1[1].

Для сталей

Таблица значений коэффициента линейного расширения α, 10−6K−1[2]

Марка стали 20—100 °C 20—200 °C 20—300 °C 20—400 °C 20—500 °C 20—600 °C 20—700 °C 20—800 °C 20—900 °C 20—1000 °C
08кп 12,5 13,4 14,0 14,5 14,9 15,1 15,3 14,7 12,7 13,8
08 12,5 13,4 14,0 14,5 14,9 15,1 15,3 14,7 12,7 13,8
10кп 12,4 13,2 13,9 14,5 14,9 15,1 15,3 14,7 14,8 12,6
10 11,6 12,6 13,0 14,6
15кп 12,4 13,2 13,9 14,5 14,8 15,1 15,3 14,1 13,2 13,3
15 12,4 13,2 13,9 14,4 14,8 15,1 15,3 14,1 13,2 13,3
20кп 12,3 13,1 13,8 14,3 14,8 15,1 20
20 11,1 12,1 12,7 13,4 13,9 14,5 14,8
25 12,2 13,0 13,7 14,4 14,7 15,0 15,2 12,7 12,4 13,4
30 12,1 12,9 13,6 14,2 14,7 15,0 15,2
35 11,1 11,9 13,0 13,4 14,0 14,4 15,0
40 12,4 12,6 14,5 13,3 13,9 14,6 15,3
45 11,9 12,7 13,4 13,7 14,3 14,9 15,2
50 11,2 12,0 12,9 13,3 13,7 13,9 14,5 13,4
55 11,0 11,8 12,6 13,4 14,0 14,5 14,8 12,5 13,5 14,4
60 11,1 11,9 13,5 14,6
15К 12,0 12,8 13,6 13,8 14,0
20К 12,0 12,8 13,6 13,8 14,2
22 12,6 12,9 13,3 13,9
А12 11,9 12,5 13,6 14,2
16ГС 11,1 12,1 12,9 13,5 13,9 14,1
20Х 11,3 11,6 12,5 13,2 13,7
30Х 12,4 13,0 13,4 13,8 14,2 14,6 14,8 12,0 12,8 13,8
35Х 11,3 12,0 12,9 13,7 14,2 14,6
38ХА 11,0 12,0 12,2 12,9 13,5
40Х 11,8 12,2 13,2 13,7 14,1 14,6 14,8 12,0
45Х 12,8 13,0 13,7
50Х 12,8 13,0 13,7

Что такое коэффициент расширения бетона?

Вопрос. Здравствуйте! Подскажите пожалуйста, что такое коэффициент расширения бетона? Какое его практическое применение? Спасибо!

Ответ. Добрый день! В строительной практике применяется коэффициент температурного расширения бетона. Его значение определяет отклонение линейных размеров бетонной плиты (бетонного блока) при изменении температуры окружающей среды.

Поэтому данный параметр еще называют – коэффициент линейного расширения бетона. Среднее числовое значение коэффициента линейного расширения, которое используется проектировщиками для расчетов, оговорено в нормативном документе СНиП 2.06.08-87 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений» и составляет 0,00001 °С-1 (Градус Цельсия в минус первой степени).

Чтобы узнать на сколько увеличится размер бетонного блока необходимо перемножить: величину линейного размера, коэффициент теплового расширения бетона и разницу температуры. Например, бетонный блок длиной 550 мм, при нагреве на 40 градусов Цельсия увеличится на: 550х0,00001х40=0,22 мм.

Практическое применение коэффициента расширения бетона

Долговечность бетонных сооружений испытывающих значительные перепады температуры зависит от коэффициента линейного расширения заполнителя (щебень, гравий, известняк, мраморная крошка и пр.) и разницы между коэффициентами линейного расширения заполнителя и цементного теста.

При этом коэффициент расширения заполнителя определяет коэффициент теплового расширения бетона. Следовательно, для строительства бетонных сооружений работающих в условиях значительного перепада температуры, необходимо подбирать горные породы (заполнитель) обладающие коэффициентом расширения ниже, чем коэффициент расширения цементного камня.

К таким горным породам относится широко применяемый гранит (коэффициент расширения 0,0000074 °С-1), базальт (коэффициент расширения 0,0000065 °С-1)и известняк (коэффициент расширения 0,000008). К не рекомендованным горным породам относятся: калиевые полевые шпаты, кальцит, мрамор и другие горные породы с большим количеством монокристаллов.

Вывод. Так как в частном строительстве в качестве наполнителя, как правило, используется гранитный, гравийный или известняковый щебень вы можете не обращать внимания на коэффициент расширения бетона – долговечность вашего сооружения не зависит от данной характеристики.

Отрицательный коэффициент теплового расширения

Основная статья: Negative thermal expansion

Некоторые материалы при повышении температуры демонстрируют не расширение, а наоборот, сжатие, т. е. имеют отрицательный коэффициент теплового расширения. Для некоторых веществ это проявляется на довольно узком температурном интервале, как, например, у воды на интервале температур 0…+3,984 °С, для других веществ и материалов, например фторид скандия(III), вольфрамат циркония (ZrW2O8)[3], некоторых углепластиков интервал весьма широк. Подобное поведение демонстрирует также обычная резина. При сверхнизких температурах аналогичным образом ведут себя кварц, кремний и ряд других материалов. Также существуют инварные сплавы (ферро-никелевые), имеющие в некотором диапазоне температур коэффициент теплового расширения, близкий к нулю.

Жароупорные свойства портландцементного камня

Усадка для жароупорного бетона является важным показателем, так как такой бетон (в отличие от обычных огнеупорных изделий) предварительно не обжигается, а подвергается нагреванию непосредственно в элементах конструкции. Следовательно, вся усадка жароупорного бетона происходит в рабочем состоянии, т. е. уже в процессе эксплуатации теплового агрегата. При нагревании в бетоне возникают напряжения, зависящие от таких факторов, как термическое расширение или усадка составляющих компонентов, температура и скорость нагрева, упруго-пластические свойства и предельные деформации составляющих компонентов, относительное количество в бетоне вещества, претерпевающего усадку при нагревании, зерновой состав и максимальная крупность зерен заполнителя.

Вследствие внутренних напряжений при нагреве жароупорного бетона могут возникать не только упругие, но также пластические и остаточные деформации, а при этом нарушается структура, что сказывается на свойствах жароупорного бетона и в том числе и на усадке.

В температурном интервале от 600 (700) до 800° кривая усадки имеет примерно горизонтальный участок, т. е. усадка не увеличивается с повышением температуры. Очевидно, в этом интервале структура бетона видоизменяется. Действительно, прочность бетона в этом интервале снижается наиболее резко. При температурах выше 800° происходит дальнейшее «разрыхление» структуры бетона и прочность его снижается до минимума примерно при температуре 1000°.

Кажущаяся усадка бетона заметно уменьшается или даже наоборот—бетон как бы увеличивается в объеме. Очевидно, этому соответствует и поведение цементного камня, т. е. наблюдаемое иногда уменьшение усадки при температуре 1000° по сравнению с усадкой при 800°. При температурах 800—1100° линейная усадка жароупорных бетонов на портландцементе составляет от 0,2 до 0,7%.

Рис. 59 Коэффициент линейного термического расширения жароупорного бетона на портландцементе с шамотным заполнителем и его составляющих в зависимости от температуры нагрева: 1—шамот; 2—бетон; 3—портландцемент с 25% тонкомолотого шамота.

Из графика (рис. 59) видно, что коэффициент термического расширения шамота в интервале температур 300—900° колеблется от и 6 10-6 до 8- 10-6. Коэффициент термического расширения жароупорного бетона на портландцементе с шамотным заполнителем соответствует коэффициенту термического расширения шамота и составляет 5- 10-6— 8 — 10-6, что свидетельствует о том, что термическое расширение бетона в большой степени зависит от заполнителя. Коэффициент термического расширения жароупорного бетона на портландцементе с заполнителем из отвального доменного шлака в интервале от 200 до 700° составляет от 8- 10-6 до 11 — 10-6, а для бетона на заполнителе из каширского котельного шлака — 4-10-6—5 — 10-6.

Примечания

  1. Температурный коэффициент линейного расширения на портале Ti-temperatures.ru
  2. Зубченко А. С., Колосков М. М., Каширский Ю. В. и др.
    Марочник сталей и сплавов. — Машиностроение, 2003. — С. 585. — 784 с.
  3. Mary, T. A. (1996-04-05). «Negative Thermal Expansion from 0.3 to 1050 Kelvin in ZrW2O8». Science272
    (5258): 90–92. DOI:10.1126/science.272.5258.90. Bibcode: 1996Sci…272…90M. Проверено 2008-02-20.

Примечания[ | ]

  1. Температурный коэффициент линейного расширения на портале Ti-temperatures.ru
  2. Зубченко А. С., Колосков М. М., Каширский Ю. В. и др.
    Марочник сталей и сплавов. — Машиностроение, 2003. — С. 585. — 784 с.
  3. Mary, T. A.; J. S. O. Evans; T. Vogt; A. W. Sleight.
    Negative Thermal Expansion from 0.3 to 1050 Kelvin in ZrW2O8 (англ.) // Science : journal. — 1996. — 5 April (vol. 272, no. 5258). — P. 90—92. — doi:10.1126/science.272.5258.90. — Bibcode: 1996Sci…272…90M.

Понятие и общие сведения

Коэффициент линейного расширения (КЛР) – это название одной из разновидностей коэффициентов теплового расширения материалов. Эти группы коэффициентов относятся к физическом величинам, описывающим относительное изменение объёмных характеристик тела и/или его линейных размеров при повышении температуры на один градус Кельвина при давлении равном константе. Значение коэффициента линейного расширения обладает размерностью обратной температуры. Наиболее употребляемыми являются коэффициенты объёмного и линейного расширения. Определенные материалы не расширяются, а, напротив, сжимаются при нагревании. Таким образом, коэффициент линейного расширения таких материалов является отрицательным числом. Речь идет, например, о воде, КЛР которой отрицателен в интервале температур от нуля до 3,984 градусов С. У некоторых соединений негативный коэффициент линейного расширения наблюдается в более широком интервале температур, например вольфрамат циркония, определенные углепластики, а также многие марки резины. Кроме того, разработаны марки ферро-никелевых сплавов, которые демонстрируют практически нулевой коэффициент линейного теплового расширения в определенных интервалах температур.

Теплофизические свойства бетонов


Образцы с разной теплофизикой Основные свойства бетона, связанные с воздействием на него тепловой энергии, это теплоемкость, теплопроводность и весьма важный в сфере строительства коэффициент линейного расширения. Без учета данных характеристик бетона невозможно добиться создания прочной конструкции здания, не склонной к разрушению под воздействием температурных колебаний.

Теплопроводность.

Теплопроводность бетона играет существенное значение при определении его строительно-физических качеств. Уровень теплопроводности зависит от структуры составляющих бетона и его строения в целом. Да значение данной характеристики оказывает влияние несколько факторов, среди которых наибольшее значение имеют влажность бетона и его температура. Чем большее количество влаги будет содержаться в бетоне и чем до большей температуры он будет нагрет, тем большей теплопроводностью он будет обладать. При проведении практических расчетов во внимание также принимается значение интегральной пористости. Смысл этого показателя состоит в определении объемного веса бетона при температуре +25С в высушенном до неизменяемого веса состоянии (рис. 1).

Кроме того, в строительной практике также может быть использована для расчета теплопроводности формула Б. Н. Кауфмана:

где под корнем стоит фиксированный коэффициент при указанных выше условиях: +25С и полная просушка. Измеряется это значение в ккал/м-ч-град, для высушенного бетона объемный вес выражается в т/м3.

Между тем, приведенная формула не может быть признана единственно верным способом расчета теплопроводности бетона, т.к. в ней не учитываются показатели пористости бетона, т.е. данные о распределении пор по типоразмеру, о степени сообщаемости или замкнутости. Поэтому с помощью данной формулы наиболее близкие к фактической действительности данные можно получить лишь в том случае, когда на стройке используются бетоны одинакового строения и созданные на заполнителях идентичного строения. Приводить здесь и использовать на практике универсальную и наиболее точную формулу для вычисления фактического уровня теплопроводности бетона не имеет смысла, поскольку она учитывает абсолютно все характеристики бетона. Получить подобные данные в условиях индивидуального жилищного строительства весьма проблематично, да и бессмысленно, т.к. при малых масштабах стройки и небольших конструкционных нагрузках небольшая ошибка в значении теплопроводности бетона особой роли не играет.

Коэффициент температурного расширения и теплоемкость бетона.

Под коэффициентом температурного расширения бетона в строительной практике принято понимать величину отклонения физических размеров бетона при изменении его температуры. Если упростить определение, то коэффициент расширения помогает определить, насколько увеличатся длина и ширина бетонного блока, если температура воздуха повысится на сколько-то градусов. Непринятие в расчет этого показателя моет привести к разрушениям возведенных из бетона конструкций при сезонных колебаниях температур.


Тепловое расширение способно привести к растрескиванию

Показатели коэффициентов температурного расширения бетона и стали приблизительно одинаковы, что широко используется при создании железобетонных конструкций высокой прочности.

От показателя теплоемкости бетона зависит скорость прогрева бетона до нужной температуры, а значит, и до нужных физических характеристик. Без учета теплоемкости зачастую попросту невозможно рассчитать время подачи жидкого бетона на объект строительства, особенно в холодное время года. Обычное значение этого показателя для большинства распространенных марок бетона колеблется в пределах от 0,28 до 0,33 ккал/кг .

Температурный коэффициент объемного расширения жидкостей

В таблице приведены средние значения температурного коэффициента объемного расширения β жидкостей при температуре 20 °С (если не указана иная).

Источник

Читайте также:  Шестигранник пруток какая сталь