Главная » Як зробити » Температурний коефіцієнт лінійного розширення бетону

Температурний коефіцієнт лінійного розширення бетону

Коефіцієнт теплового розширення

Коефіцієнт теплового розширення - величина, що характеризує відносну величину зміни обсягу або лінійних розмірів тіла зі збільшенням температури на 1 К при постійному тиску. Відповідно до цього розрізняють:

1. Коефіцієнт об'ємного теплового розширення

і, для твердих тіл,

2. Коефіцієнт лінійного теплового розширення

Коефіцієнт лінійного теплового розширення показує відносну зміну довжини тіла при нагріванні на температуру ΔT:

- Відносна зміна лінійного розміру тіла при нагріванні його на d T градусів при постійному тиску.

У загальному випадку, коефіцієнт лінійного теплового розширення може бути різний при вимірюванні уздовж різних напрямків: α x, α y, α z. Для ізотропних тіл α x = α y = α z і α V = 3α L;.

Наприклад, вода, залежно від температури, має коефіцієнт об'ємного розширення

Для заліза коефіцієнт лінійного розширення дорівнює 11,3 10 -6 K -1 [1] .

2.1. Для стали

Таблиця коефіцієнта лінійного розширення α, 10 -6 / C

anti botan.com

ВСЕУКРАЇНСЬКИЙ СТУДЕНТСЬКИЙ АРХІВ

ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЕФІЦІЄНТА ЛІНІЙНОГО РОЗШИРЕННЯ СКЛА І КЕРАМІКИ ДИЛАТОМЕТРИЧНИМ МЕТОДОМ

http://antibotan.com/file.html?work_id=520960

Частина тексту файла:

Лабораторна робота 2 на тему: “ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЕФІЦІЄНТА ЛІНІЙНОГО РОЗШИРЕННЯ СКЛА І КЕРАМІКИ

Метою даної роботи є визначення теплового коефіцієнта лінійного розширення (ТКЛР) скла і кераміки

1. Теоретична частина

Термічне розширення – одна з найважливіших властивостей матеріалів. Скло та кераміка, як і більшість матеріалів, під час нагрівання змінюють свої лінійні розміри та обєм.

Визначення точної величини температурного коефіцієнта лінійного розширення (ТКЛР) скляних і керамічних виробів має велике практичне значення. У таких областях, як електровакуумна і емалювальна промисловості, виробництво накладних скляних виробів, поливяної кераміки і взагалі там, де застосовуються спаї або міцні зєднання різних видів скла з металами, керамікою та іншими матеріалами, без знання температурних залежностей їх розширення неможливо забезпечити конструювання, виробництво і експлуатацію таких виробів. Надійність спаїв скла з іншими матеріалами визначається тим, наскільки близькі значення ТКЛР зєднаних матеріалів. Враховуючи, що ТКЛР в значній мірі визначає термічну стійкість скла, він має важливе значення у тих випадках, коли скляні вироби

в процесі експлуатації слід раптово охолоджувати чи нагрівати. Крім цього, температурна залежність розширення скла є важливою величиною для характеристики його структури. Температурний коефіцієнт лінійного розширення скла залежить від хімічного складу, “теплового минулого” і температурного інтервалу нагріву. ТКЛР кварцового скла складає 510-7 град-1. При введенні оксидів-модифікаторів його величина зростає, для листового скла вона складає 9010-7 град-1.

У бінарних лужно-силікатних склах при підвищенні молярної долі лужного компоненту від 0 до 33 ТКЛР збільшується, що обумовлюється зменшенням ступеня зв’язаності кремнекисневого каркасу, а також утворенням в системі менш міцних зв’язків Si-O-Me порівняно з Si-O-Si. При збільшенні іонного радіусу катіона лужного металу в ряді Li-Na-K ТКЛР зростає. Двовалентні іони лужноземельних металів у бінарних системах збільшують ТКЛР в значно меншій мірі. За ефективністю збільшення ТКЛР лужноземельні метали розташовуються в ряд BeMgCaBa При введенні в скло багатозарядних іонів типу Fe (III), La, Ge, B, Al, Zr

ТКЛР зменшується. Проте вплив цих іонів на ТКЛР безлужного скла може бути прямопротилежним.

У деяких випадках ТКЛР залежить від координаційного стану окремих іонів (зокрема, іонів бору, алюмінію). Для визначення ТКЛР використовують як прямі (дилатометричний), так і побічні (подвійної нитки, «кільця», поляризаційно-оптичний) методи. Температурний коефіцієнт лінійного розширення визначають дилатометричним методом згідно з ГОСТ 10978-83. У більшості лабораторій використовують кварцові дилатометри типу ДКВ. Метод подвійної нитки широко використовують на заводах електровакуумного скла для поточного контролю ТКЛР (ОСТ 16.0.800.356-76), а «кільця» – на заводах скляного посуду. Знання точної величини термічного розширення керамічних і вогнетривких матеріалів має велике значення, зокрема, при виборі поливи для керамічних мас, для оцінки термічної стійкості, для розрахунку пічних конструкцій. Міцне зчеплення поливи з керамічним каменем не може бути досягнуте одним прилипанням. Будь-яка полива в момент топлення

повинна вступати у взаємодію з керамічним підкладом, утворюючи перехідний шар, який і забезпечує їх з’єднання. Однак утворення перехідного шару

недостатнє для утворення міцного зчеплення між поливою і черепком. Часто полива відшаровується від черепка або покривається сіткою волосяних тріщин. Обидва дефекти викликані невідповідністю коефіцієнтів термічного розширення поливи (ТКЛРп) і керамічного каменя (ТКЛРк). Якщо ТКЛРк ( ТКЛРп, то під час охолодження керамічний камінь стискається менше, ніж полива, внаслідок чого вона знаходиться в стані напруг розтягу і розривається в багатьох місцях – зявляється сітка дрібних тріщин – “цек”. Сітка грубих тріщин вказує на незначну невідповідність ТКЛРк і ТКЛРп, дрібних – на велику відмінність між цими величинами. Величина ТКЛР поливи і керамічного каменя залежить від їх складу, тонини помелу компонентів, температури і тривалості випалу, характеру пічного середовища. Необхідно відзначити, що підібрати ТКЛР поливи до щільного керамічного каменю легше, ніж до пористого. Зняттю напруг в поливі сприяють більш тонкий помел кварцу, заміна глини каоліном, кварцу – трепелом. Глина і тонкоподрібнений СаСО3 (крейда, вапняк) підвищують ТКЛР керамічного каменю, МgCO3 – понижує. Підвищений вміст кварцу з одночасним пониженням вмісту польового шпату і глинистої складової підвищує ТКЛР керамічного каменю. Оксиди B2O3 і ZnO зменшують ТКЛР поливи. Термічне розширення силікатних матеріалів характеризується такими показниками. 1. Середній коефіцієнт лінійного термічного розширення (град-1):

(1) де l0, lt – довжина тіла відповідно при початковій і кінцевій максимальній температурах; t0, t – відповідні температури початку та кінця нагрівання. Абсолютні значення коефіцієнта лінійного розширення відповідають величині відносного збільшення лінійних розмірів матеріалу під час нагрівання на 1(С. 2. Істинний коефіцієнт лінійного термічного розширення характеризує значення коефіцієнту розширення при конкретній температурі під час нагрівання (град-1): (2) – похідна довжини за температурою. Для скла та ситалів визначають лише середній температурний коефіцієнт лінійного розширення в заданому температурному інтервалі. Як правило, цей температурний інтервал становить 20300С або 20400С. Для характеристики властивостей керамічних виробів важливі не тільки середній коефіцієнт термічного розширення чи величина цього розширення за даної температури, але й рівномірність процесу розширення на окремих температурних ділянках. Для характеристики рівномірності розширення користуються величиною дійсного коефіцієнта термічного розширення в окремих температурних інтервалах. Нерівномірність проходження процесу термічного розширення обумовлюється поліморфними перетвореннями окремих кристалічних модифікацій, що входять в склад матеріалу. Дійсний коефіцієнт розширення визначається за тангенсом кута нахилу кривої розширення в даному температурному інтервалі до осі абсцис.

Середні значення температурних коефіцієнтів лінійного розширення окремих силікатних матеріалів наведено в табл.1.

Таблиця 1 Середні значення коефіцієнту лінійного термічного розширення Назва матеріалу ТКЛР(107, град-1 Скло: кварцове хіміко-лабораторне листове віконне свинцеве (кришталь) 5,6 88 95 120 Технічні ситали: шлакоситал кераміка стеатитова 65. 85 81,5. 99 Фарфор: твердий мякий господарського призначення 55. 70 55. 62 41. 50 Фаянс твердий глиняний вапняковий 70. 80 88. 98 50. 60 Напівфарфор 40. 50 Майоліка 70. 91 Вогнетриви: каолінові шамотні мулітові напівкислі муліто-корундові динасові 45. 55 45. 60 55. 58 70. 90 70. 75 115. 130 Технічна кераміка: цирконієва периклазова берилієва корундова шпінельна мулітова кварцова цирконова карборундова кордієритова сподуменова 90. 100 130. 150 95 80. 85 86 53 5 42 47 10 15 Сталь 110. 119 Мідь 170 Алюміній 255 Свинець 300 2. Експериментальна частина

Методика визначення ТКЛР силікатних матеріалів за допомогою кварцового дилатометра

У приладах для визначення температурного коефіцієнта лінійного розширення використовуються принципи, що в більшості випадків зводяться до спостереження за зміною під час нагрівання довжини досліджуваного зразка. Найпростішим в цьому плані є кварцовий дилатометр.

2.2. Схема кварцового дилатометра / Конструкцію кварцового дилатометра типу ДКВ (дилатометр кварцовий вертикальний) наведено на рис. 1. Вертикальний кварцовий дилатометр складається з електричної трубчастої печі 3, де знаходиться кварцовий блок, до якого входять кварцові трубка 4 та стрижень 5. Досліджуваний зразок 7 встановлюють у кварцову трубку і закріплюють між кварцовими дисками 8. Видовження зразка передається через кварцовий стрижень на індикатор 1. У верхній частині печі знаходиться водяний холодильник 2, що служить нерухомою базою, за відношенням до якої вимірюється лінійне розширення зразка. Температура зразка вимірюється термопарою 6, гарячий кінець якої встановлений безпосередньо біля зразка. Рис. 1. Схема кварцового дилатометра:

1 – індикатор; 2 – водяний холодильник; 3 – електрична трубчаста піч; 4 – кварцова трубка; 5 – стрижень; 6 – термопара; 7 – досліджуваний зразок; 8 – кварцові диски 2.3. Підготовка зразків

2.3.1. Підготовка зразків із скла Зразки для випробування повинні мати форму циліндра довжиною (502) мм і діаметром (4,00,4) мм (при необхідності допускаються зразки іншої форми). Перед випробуванням зразки відпалюють протягом 30 хв за температури, яка повинна бути на 2030(С нижчою від температури склування. Після термічної обробки краї взірця шліфують так, щоб вони були перпендикулярними до його осі.

2.3.2. Підготовка зразків із кераміки Зразки для випробування повинні мати форму циліндра довжиною (502) мм і діаметром 3,55,0 мм. Із глиняної маси з нормальною вологістю формують три зразки-джгути діаметром 5 мм і довжиною 55 мм. Форма для виготовлення зразка має довжину 80 мм при внутрішньому діаметрі 5 мм, довжина виштовхуючого стрижня 100 мм. Для уникнення викривлень і деформації, зразки-джгути після формування вкладають на піщану основу і сушать в нормальних умовах. Після сушіння торці джгутів вирівнюють і випалюють за необхідної температури. Випалені зразки шліфують до заданих розмірів.

2.4. Порядок визначення ТКЛР

1. Вимірюють довжину зразка мікрометром з точністю до 0,01 мм. 2. Кварцовий блок виймають з печі. Піднімають кварцовий стрижень і пінцетом вставляють зразок так, щоб його вісь була на одній осі з кварцовим стрижнем. 3. Кварцовий блок разом із досліджуваним зразком опускають у піч. 4. Стрілку індикатора з ціною поділки 0,001 мм виставлять у нульове положення. 5. Включають воду для охолодження вимірювальної системи і далі трубчастої печі. 6. Дилатометр вмикають в електромережу. Швидкість нагрівання не повинна перевищувати 5С/хв. Покази індикатора записують через кожні 15. 20С. 7. Після проведення вимірювань дилатометр вимикають і перекривають подачу води. Максимальна температура нагрівання повинна становити не більше 650С для скляних виробів і 800850С для керамічних.

2.5. Результати експерименту

Одержані результати заносять в табл. 2. Таблиця 2

з/п Час нагрівання Характеристика і довжина взірця lо, мм Температура Покази індикатора, lі, мкм холодних кінців термопари tх.к., С печі tn, С взірця tх.к. + tn, С 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 15 51,9 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 8*10-3 16*10-3 18*10-3 29*10-3 34*10-3 40*10-3 48*10-3 53*10-3 60*10-3 67*10-3 72*10-3 79*10-3 84*10-3 89*10-3 98*10-3 103*10-3 110*10-3 116*10-3 123*10-3 130*10-3 136*10-3 142*10-3 147*10-3 155*10-3 162*10-3 170*10-3 176*10-3 183*10-3 190*10-3 196*10-3 202*10-3 210*10-3 216*10-3 223*10-3 230*10-3 237*10-3 246*10-3 252*10-3 261*10-3 267*10-3 272*10-3 286*10-3 292*10-3 304*10-3 320*10-3 330*10-3 345*10-3 359*10-3 360*10-3 350*10-3 У координатах будують графік видовження, який має вигляд рис. 2.

/ Рис. 2. Дилатометрична крива розширення скла: tн.в.- нижня температура відпалу,

tg – температура склування,

tв.в. – верхня температура відпалу,

tп – температура помякшення під навантаженням Температурний коефіцієнт лінійного розширення в інтервалі температур

t1–t2 визначають за формулою, град-1: , де l1, l2 – видовження взірця за температури відповідно t1 і t2, мкм; l0 – довжина взірця за температури t1, мм; αкв – середнє значення ТКЛР в 1 мм кварцового скла в інтервалі температур t1–t2 (значення αкв наведено в табл. 3). Для розрахунку середнього значення ТКЛР кварцового скла в будь-якому інтервалі температур t1–t2 необхідно різницю значень відносного видовження lt2–l t1 поділити на відповідний інтервал температур (t1–t2). Крім визначення α по дилатометричній кривій з достатньою надійністю можна визначити: 1) температуру склування tg, яка відповідає в’язкості 1012 Пас (цю температуру визначають за точкою перетину прямих, що продовжують прямолінійні ділянки дилатометричної кривої); 2) температуру початку деформації tп, яка відповідає температурі максимуму на дилатометричній кривій і в’язкості 1010. 1011 Пас; 3) “нижню температуру відпалу” tн.в., що відповідає в’язкості 1013,5 Пас і приблизно температурі, при якій прямолінійна ділянка дилатометричної кривої переходить у криву, що відповідає границі твердого стану; 4) “верхню температуру відпалу” tв.в., що приблизно відповідає точці, при якій крива на дилатометричній залежності переходить в прямолінійну ділянку (рис. 2).

Таблиця 3 Температурний коефіцієнт лінійного розширення кварцового скла Інтервал температур, (С Середній температурний коефіцієнт лінійного розширення α 107 , град-1 100-200 6,3 200-300 6,1 300-400 5,6 400-500 5,0 500-600 4,9 600-700 3,8 700-800 3,0 20-100 5,8 20-200 5,9 20-300 5,9 20-400 5,8 20-500 5,7 20-600 5,5 20-700 5,3 20-800 5,0 На основі отриманих даних будується крива l/l0 від температури.

= 0,183 15570 + 5,610=1,2310

Висновок: на цій лабораторній роботі ми визначели тепловий коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР) скла і кераміки

Коефіцієнт лінійного розширення - можна все розрахувати

Кожному, напевно, знаком перестук вагонних коліс. Або стукіт коліс трамвая. Всі знають, що причиною цього є зазор на стику між рейками. А для чого він зроблений? Відповідь проста - компенсувати розширення рейок при нагріванні. Це теж загальновідомий факт, що при нагріванні тіла розширюються, а при охолодженні стискаються. А заходом такого розширення або стиснення є коефіцієнт лінійного розширення.

Молекулярна теорія розширення тіла при нагріванні пояснюється збільшенням швидкості руху атомів і молекул речовини. В результаті чого в кристалічній решітці амплітуда коливань атомів збільшується і, як наслідок - збільшуються лінійні розміри тіла. А на скільки відбудеться збільшення, можна визначити за допомогою формули, в якій застосовується коефіцієнт лінійного розширення.

Тепер треба пояснити фізичний зміст коефіцієнта. Він показує, на скільки збільшиться при нагріванні на 1 ° С довжина тіла. Величина ця незначна і для кожного матеріалу своя. Так, коефіцієнт лінійного розширення сталі складає 0,000011 на 1 ° С. Що собою являє реально подібна величина, можна зрозуміти на простому прикладі. Якщо по екватору обернути Землю залізним дротом, довжина якої складе 40000 км, то при збільшенні температури на 1 ° С довжина дроту збільшиться на 400 метрів.

Коефіцієнт лінійного розширення надзвичайно важливий для будь-якого інженера. Він дозволяє врахувати зміну розмірів тіла при перепаді температур. Так, якщо протягом року температура в місті буде змінюватися від плюс п`ятдесят градусів Цельсія до мінус п`ятдесят градусів Цельсія, це викличе значні зміни довжини тих же рейок. Якщо вони будуть суцільні, підсумком буде їх вигин. Ось для уникнення подібного явища і роблять зазор між рейками при їх укладанні.

Для різних матеріалів значення коефіцієнта буде різним. Для стали його значення вже наводилося, а коефіцієнт лінійного розширення алюмінію складе 0,0000024 на 1 ° С.

Однак наведені міркування і приклади страждають деякою однобокістю. Коли ми говоримо про збільшення розмірів тіла при нагріванні, збільшується не тільки довжина, але й інші розміри - ширина і висота. Збільшення розмірів призведе до збільшення обсягу, і тоді можна говорити про об`ємний розширенні тел. Правда таке поняття швидше застосовується не до твердих тіл, а до рідин.

Простий експеримент, який підтвердить це, може зробити кожен самостійно. Поставте на вогонь чайник, наповнений водою до самого верху. Коли вода нагріється, вона збільшиться в об`ємі і "втече" з чайника. Але є й позитивний використання подібного ефекту. Усім добре знайомі рідинні термометри - що вуличні, що медичні. Вони теж побудовані на ефекті збільшення обсягу при нагріванні.

У техніці часом ігнорування подібного збільшення призводить до сумних наслідків. Для компенсації збільшення необхідно використовувати спеціальні заходи. Багатьом доводилося бачити довгий ряд труб (трубопровід), прокладених по поверхні. І раптом на рівному місці труби утворюють величезний зигзаг. Це не простий зигзаг, його величина строго певна, при розрахунку був використаний коефіцієнт лінійного розширення. Зроблений подібний зигзаг для компенсації лінійного збільшення розмірів труб.

Можна ще навести безліч прикладів використання в техніці лінійного і об`ємного розширень, але й наведених прикладів достатньо для розуміння суті явища. Звичайно, дуже цікаво аномальна поведінка деяких речовин, тієї ж самої води. У неї при замерзанні об`єм не зменшується, а збільшується. Це буде ще одним фактором, який підтверджує унікальні властивості води.

Отже, в даній статті на підставі простих і наочних прикладів з життя визначено таке поняття як лінійне розширення тіл і коефіцієнт лінійного розширення. Наведено приклади використання розширення в техніці і в побуті, дані поняття про порядок величин згаданого коефіцієнта.

Ротару:и даже после 45 лет Ваша кожа будет свежей и подтянутой, если...

Добавляю 1 каплю и СЕКС с мужем длится по 2-3 часа. Потенция железная!

Почему все аптеки молчат? Грибок ногтя боится как огня дешевого...

При простатите и вялой потенции никогда не трогайте свой...

Вам кричу! Если ноют колени и тазобедренный сустав cразу убирайте из рациона...