1.2. Структурно-фізичні властивості.

Істинна густина - це відношення маси матеріалу m до об’єму V без урахування наявних у ньому пустот, пор і тріщин:

( 1 )

де -  - довідкова величина [ г/см³; кг/м³; т/м³ ] ( граніт - 2,65...2,8 г/см³; бетон - 2,6...2,7 г/см³; цегла керамічна 2,65...2,7 г/см³).

Середня густина _о - фізична величина, яка визначається відношенням маси тіла або речовини до всьго зайнятого об’єму V₀, включаючи пори та пустоти:

( 2 )

Середня густина деяких матеріалів: граніт 2,6...2,8 г/см³, важкий бетон 2,0...2,4 г/см³, керамічна цегла 1,6...1,8 г/см³.

Насипна густина _н це відношення маси пухко насипаного сипкого матеріалу m до його об’єму V_н, включаючи простір між частинками:

( 3 )

Насипну густину визначають для зернистих і порошкоподібних матеріалів.

У ряді випадків використовують поняття відносної густини d, тобто відношення щільності матеріалу ₀ до густини стандартної речовини (наприклад, води) _в =1000 кг/м³ (г/см³).

d = ₀ / _в, ( 4 )

де d - безрозмірна величина.

Пористість П - це ступінь заповнення об’єму будівельного матеріалу порами розміром не більше 1...3 мм. Пористість обчислюють за формулою:

( 5 )

або

( 6 )

З пористістю пов’язана міцність, водопоглинання, морозостійкість, теплопровідність тощо.

Пори можуть бути закритими (недоступними для заповнення водою) і відкритими.

Відкриту пористість Пв можна визначити відносно сумарного об`єму всіх пор, що насичуються водою, до загального об`єму матеріалу:

, (7)

де m₂, m₁ - маса зразка відповідно в насиченому водою і в сухому стані; V- об`єм матеріалу, см³; _в = 1 г/см³ - густина води.

Закрита пористість

Пз = П - Пв (8)

Для сталі П = 0, цегла керамічна - 30...40 %; граніт - 0,2...0,8; важкий бетон 5...20 %.

Пустотність - характеризується наявністю порожнин (пустот) у будівельних виробах (порожниста цегла, панелі перекриття) або між зернами в сипких матеріалах (пісок, щебінь) і визначається в % від загального об`єму виробу чи матеріалу. Пустотність сприяє зниженню маси й поліпшенню теплозахисних властивостей. Приклади показника пустотності: порожниста цегла - 15...50 %, щебінь і пісок - 35...45 %.

1.3. Гідрофізичні властивості.

Гігроскопічність - це здатність матеріалу поглинати водяну пару з повітря. Гігроскопічну вологу можна поділити на адсорбційно зв`язану, яка утримується сорбційними силами на поверхні пор, і капілярну, яка перебуває в мікропорах матеріалу. Гігроскопічність визначають як відношення маси гігроскопічної вологи до маси сухого матеріалу.

Капілярне всмоктування пористими матеріалами відбувається за рахунок піднімання вологи по капілярах, коли частина матеріалу (конструкції) перебуває у воді. Наприклад, ґрунтові води за відсутності гідроізоляції призводять до зволожування нижньої надземної частини будівель. Капілярне всмоктування характеризується висотою підняття води, об’ємом поглинутої води та інтенсивністю всмоктування.

Водопоглинання - здатність матеріалу всмоктувати й утримувати вологу при безпосередньому стиканні з водою.

Водопоглинання за масою W_M визначають як відношення кількості поглинутої матеріалом води до маси сухого матеріалу:

( 9 )

де т₂, т₁ - маси матеріалу відповідно в насиченому водою та сухому стані, г.

Водопоглинання за об’ємом W_o характеризується ступенем наповненості пор матеріалу водою при насиченні й виражається відношенням об’єму поглинутої води до загального об’єму матеріалу в природному стані:

( 10 )

де V - об’єм матеріалу, см³; ρ_в= 1 г/см³.

Величини W_M, W_o характеризують граничний випадок, коли будівельний матеріал більше не може всмоктувати вологу за звичайних умов.

Візьмемо відношення:

( 11 )

Отже відношення водопоглинання за об’ємом і за масою чисельно дорівнює відносній густині будівельного матеріалу d.

Для керамічної цегли W_M = 8...20 %, важкого бетону - 2...6 %, граніту - 0,02 ...0,7 %.

При заповненні всіх відкритих пор водою (під тиском або при кип’ятінні) показник водопоглинання чисельно відбиває відкриту пористість матеріалу:

W₀ = П_В (12 )

Вологість W визначається вмістом вологи у порах і на поверхні пор матеріалу за масою або об’ємом в %, причому цей вміст значно менший за показник водопоглинання:

( 13 )

де т, т₁ - маси відповідно сухого та вологого матеріалу, г.

Водостійкість - це здатність матеріалу зберігати міцність при тимчасовому чи постійному зволоженні водою. Водостійкість характеризується коефіцієнтом розм`якшення (або водостійкості), який визначається відношенням міцності насиченого водою матеріалу R_н до його міцності в сухому стані R_c:

Кр = Rн / Rс ( 14 )

Водостійкими вважаються матеріали з Кр 0,75...0,8. При Кр < 0,8 матеріали не можна застосовувати у місцях із підвищеною вологістю.

Вологовіддача - це здатність матеріалу віддавати воду із зміною температури та вологості навколишнього середовища. Ця здатність характеризується інтенсивністю втрат вологи за добу при відносній вологості навколишнього повітря 60 % і t = 20 С⁰.

Водопроникність - це здатність матеріалу пропускати крізь себе воду при певному гідростатичному тиску. Вона характеризується коефіцієнтом фільтрації К_ф , який показує кількість води V_В, що протягом часу  просочилась крізь одиницю площі F випробовуваного матеріалу завтовшки  при різниці гідростатичного тиску Р₁ - Р₂ = 1 м вод. ст.:

( 15 )

Паропроникність - це здатність матеріалу пропускати водяну пару при наявності різниці тиску біля поверхні огороджень.

Паропроникність характеризується коефіцієнтом паропроникності К_п, г/(м сПа) і він визначається за формулою:

. ( 16 )

Для важкого бетону - 1,2 ·10^-8; для керамічної цегли - 2,24 ·10^-8;

Гідрофільність - це здатність матеріалу зв’язувати воду і змочуватись водою. Мірою змочуваності є крайовий кут , який утворюється між дотичною, що проведена до поверхні краплі рідини та до твердої поверхні матеріалу. Для гідрофільних матеріалів кут  гострий:   90 C⁰.

Гідрофобність - це здатність матеріалу не змочуватися водою (відштовхувати воду)  > 90 C⁰. До гідрофобних матеріалів належать парафін, жирові мастила, бітум. Процес надання поверхні гідрофільних матеріалів здатності відштовхувати воду (тобто гідрофобності) називається гідрофобізацією і здійснюється обробкою ПАР. Вона сприяє підвищенню водонепроникності, водо- та морозостійкості тощо.

Вологові деформації - це здатність матеріалу змінювати свій об’єм із зміною вологості, що може спричинитися до структурних напружень у матеріалі.

Властивості матеріалу при зволоженні (насиченні) водою збільшуватись в об’ємі називається набуханням (глина, деревина).

Із зменшенням вологості (із висиханням) деякі матеріали дають усадку, тобто зменшуються в об’ємі та розмірах, що може викликати тріщини (цегла - сирець). Ці властивості слід враховувати, вибираючи умови зберігання й використання у будівництві таких матеріалів.

Морозостійкість - це здатність матеріалу в насиченому водою стані витримувати багаторазове поперемінне заморожування й відтавання без зниження міцності при стиску й утрати маси в нормованих межах.

Марка за морозостійкістю характеризується оптимальним числом циклів заморожування-відтавання, які витримує випробуваний матеріал. Наприклад, цеглу керамічну випускають марок F15, F25, F35, F50 (цифри позначають число циклів заморожування та відтавання).

Найбільш морозостійкими є щільні матеріали з низьким водопоглинанням, однорідні за структурою.