46. Свойства строительных материалов

47. Физические свойства строительных материалов

Физические свойства

Параметры состояния

Истинная плотность р (г/см3, кг/м3) - масса единицы объема абсолютно плотного материала. Если масса материала т, а его объем в плотном состоянии Va, то

Относительная плотность d выражает плотность материала по отношению к плотности воды (это безразмерная величина).

За немногими исключениями (металлы, стекло, мономинералы) строительные материалы пористы. Объем V пористого материала в естественном состоянии (т.е. вместе с заключенными в нем порами) слагается из объема твердого вещества Vn и объема пор Vn.

Средняя плотность (г/см³, кг/м³, в последующем - плотность) есть масса единицы объема материала в естественном состоянии (объем определяется вместе с порами):

Значения плотности данного материала в сухом и влажном состоянии связаны соотношением:

где W_M- количество воды в материале, доли от его массы.

Плотность пористых материалов всегда меньше их истинной плотности. Например, плотность легкого бетона - 500-1800 кг/м³, а его истинная плотность - 2600 кг/м³.

Плотность строительных материалов колеблется в очень широких пределах: от 15 (пористая пластмасса - мипора) до 7850 кг/м³ (сталь).

Насыпная плотность р_н - масса единицы объема рыхло насыпанных зернистых или волокнистых материалов (цемента, песка, гравия, щебня, гранулированной минеральной ваты и т.п.). Например, истинная плотность известняка - 2700 кг/м³, его плотность 2500 кг/м³, а насыпная плотность известнякового щебня -1300 кг/м³. По этим данным можно вычислить пористость известняка и пустотность щебня, пользуясь приведенными ниже формулами.

Пористость П есть степень заполнения объема материала порами:

Коэффициент плотности - степень заполнения объема материала твердым веществом

В сумме , т.е. высушенный материал

можно представить состоящим из твердого каркаса, обеспечивающего прочность, и воздушных пор.

Открытая пористость равна отношению суммарного

объема всех пор, насыщающихся водой, к объему материала V:

где т₁ и т₂ - масса образца соответственно в сухом и насыщенном водой состоянии.

Открытые поры материала сообщаются с окружающей средой и могут сообщаться между собой, поэтому они заполняются водой при обычных условиях насыщения, например при погружении образцов материала в ванну с водой. Открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость.

Закрытая пористость П, равна:

Пористый материал обычно содержит и открытые, и закрытые поры; увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает его долговечность. Однако в звукопоглощающих материалах и изделиях умышленно создается открытая пористость и перфорация, необходимые для поглощения звуковой энергии

Гигроскопичностью называют свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из влажного воздуха. Поглощение влаги из воздуха обусловлено полимолекулярной адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией. Этот физико-химический процесс называется сорбциейи является обратимым. Древесина, теплоизоляционные, стеновые и другие пористые материалы обладают развитой внутренней поверхностью пор и поэтому высокой сорб-ционной способностью.

Водопоглощение по объему W₀ (%) - степень заполнения объема материала водой:

где - мaсса образца материала, насыщенного водой (г), т_с -масса образца в сухом состоянии (г).

Водопоглощение по массе определяют по отношению к массе сухого материала:

Разделив почленно на , получим:

Коэффициент размягчения - отношение прочности материала, насыщенного водой к прочности сухого материала

Водопроницаемость - это свойство материала пропускать воду под давлением.

Коэффициент фильтрации К_ф (м/ч) характеризует водопроницаемость материала

где - количество воды (м³), проходящей через стенку пло

щадью S - 1 м², толщиной а -- 1 м за время t - 1 ч при разности

гидростатического давления на границах стенки р, - р₂ = 1 м вод. ст. Коэффициент фильтрации имеет размерность скорости.

Водонепроницаемость материала (бетона) характеризуется маркой, обозначающей одностороннее гидростатическое давление, при котором бетонный образец-цилиндр не пропускает воду в условиях стандартного испытания. Между коэффициентом фильтрации и маркой по водонепроницаемости имеется определенное соотношение: чем ниже тем выше марка по водонепроницаемости

Морозостойкость - свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание. Морозостойкость материала количественно оценивается циклами и соответственно маркой по морозостойкости. За марку материала по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15 %; после испытания образцы не должны иметь видимых повреждений - трещин, выкрашивания (потери массы - не более 5 %). От морозостойкости зависит долговечность строительных материалов в конструкциях, подвергающихся действию атмосферных факторов и воды.

Марка по морозостойкости устанавливается проектом с учетом вида конструкции, условий ее эксплуатации и климата. Климатические условия характеризуются среднемесячной температурой наиболее холодного месяца и числом циклов попеременного замораживания и оттаивания по данным многолетних метеорологических наблюдений

Теплопроводностью называют свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой. Это свойство является главным как для большой группы теплоизоляционных материалов, так и для материалов, применяемых для устройства наружных стен и покрытий зданий.

увеличение пористости материала является основным способом уменьшения теплопроводности. Стремятся создавать в материале мелкие закрытые поры, чтобы снизить количество тепла, передаваемого конвенцией и излучением.

На практике удобно судить о теплопроводности по плотности материала

Влага, попадающая в поры материала, увеличивает его теплопроводность, так как теплопроводность воды [0,58 Вт/(м°С)] в 25 раз больше, чем теплопроводность воздуха. Замерзание воды в порах с образованием льда еще больше увеличивает так как теплопроводность инея равна 0,1, а льда - 2,3 Вт/(м°С), т.е. в 4 раза больше, чем воды. При повышении температуры теплопроводность большинства материалов возрастает и лишь у немногих (металлов, магнезитовых огнеупоров) она уменьшается.

Теплоемкость - это способность материала аккумулировать тепло при нагревании и выделять тепло при остывании; определяется количеством тепла, которое необходимо сообщить 1 кг данного материала, чтобы повысить его температуру на 1°С. Теплоемкость стали - 0,48 кДж/(кг°С), неорганических строительных материалов (бетонов, кирпича, природных каменных материалов) изменяется в пределах от 0,75 до 0,92 кДж/(кг•°С). Теплоемкость сухих органических материалов (например, древесины) -около 2,39-2,72 кДж/(кг•°С),вода имеет наибольшую теплоемкость - 4,19 кДж/(кг-°С), поэтому с повышением влажности материалов их теплоемкость возрастает.

Показатели теплоемкости разных материалов нужны для теплотехнических расчетов.

Огнеупорность - свойство материала выдерживать длительное оздействие высокой температуры (от 1580°С и выше), не размягчаясь и не деформируясь. Огнеупорные материалы применяют для внутренней футеровки промышленных печей