Вопросы для подготовки к экзаменам

Тема: Свойства строительных материалов

1. Физические свойства строительных материалов (параметры структуры, плотность, пористость, пустотность) – определение, формулы, единицы измерения, взаимосвязь с другими свойствами, примеры численных значений.

2. Привести примеры численных значений плотности основных видов строительных материалов.

Истинная плотность - отношение массы к объему материала в абсолютно плотном состоянии, т.е. без пор и пустот. р_и=m/V_a (кг/м3, г/см3)

Зачастую истинную плотность материала относят к истинной плотности воды при 4о С, которая равна 1г/см3, тогда определяемая истинная плотность становится как бы безразмерной величиной.

Однако большинство материалов имеют поры, поэтому у них средняя плотность всегда ниже истинной плотности:

Материал Плотность, кг/м3

истинная средняя

Сталь 7850-7900 7800-7850

Гранит 2700-2800 2600-2700

Известняк (плотный) 2400-2600 1800-2400

Песок 2500-2600 1450-1700

Цемент 3000-3100 900-1300

Керамический кирпич 2600-2700 1600-1900

Бетон тяжелый 2600-2900 1800-2500

Сосна 1500-1550 450-600

Пенопласты 1000-1200 20-100

Лишь у плотных материалов (стали, стекла, битума и некоторых других) истинная и средняя плотности равны, т.к. объем внутренних пор у них весьма мал.

Средняя плотность - это физическая величина, определяемая отношением массы образца материала ко всему, занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты. Среднюю плотность Рср (кг/м3, г/см3) вычисляют по формуле: р_ср = m / V_е,

Средняя плотность не является величиной постоянной - она изменяется в зависимости от пористости материала. Например, искусственные материалы можно получит с различной пористостью (тяжелый бетон имеет плотность до 2900 кг/м3, а легкий - до 1800 кг/м3). На плотность оказывает влияние влажность материала.

Для сыпучих материалов важной характеристикой является насыпная плотность - сюда включается не только пористость самого материала, но и пустоты между зернами или кусками материала. р_н = m / V_н

Пористость материала - это степень заполнения его порами. Пористость дополняет плотность до 1 или до 100%. П=(1-р_с/р_и)*100, %

Пористость различных материалов:

• стекло, металл 0%;

• тяжелый бетон 5 - 10%;

• кирпич 25 - 35%;

• газобетон 55 - 85%;

• пенопласт 95%,

На свойства материала оказывают влияние также величина пор и их характер (мелкие или крупные, замкнутые или сообщающиеся).

Плотность и пористость прямо влияют на такие характеристики материалов как водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность и др.

3. Гидрофизические свойства строительных материалов (водопоглощение, влажность, Кнас., Кразм., гигроскопичность, влагоотдача, морозостойкость, водопроницаемость) – определение, формулы, единицы измерения, взаимосвязь с другими свойствами, примеры численных значений.

Водопоглощение - способность материала впитывать воду и удерживать ее. Величина водопоглощения определяется разностью массы образца в насыщенном водой и в абсолютно сухом состоянии. Различают объемное водопоглощение W_о=(V_в.н/V_е)*100,%, когда разность относят к объему образца и массовое водопоглощение W_м=(m_в.н/m_е)*100 - при отнесении разности к массе сухого образца. Массовое водопоглощение для некоторых материалов:

• гранит 0,5 - 0,8%

• тяжелый бетон 2 - 3%

• керамический кирпич 8 - 20%

• пористые теплоизоляционные материалы, например, торфоплиты >100%.

Насыщение материалов водой отрицательно влияет на их основные свойства: увеличивает плотность и теплопроводность, снижает прочность.

Влажность, W=(m_в/m),% - содержание влаги, отнесенное к массе материала в сухом состоянии. Влажность материала зависит как от свойств впитывать влагу самого материала, так и от среды, в которой находится материал.

Водостойкость – свойство материала сохранять прочность при насыщении его водой. Критерием водостойкости служит коэф. размягчения – отношение прочночти при сжатии материала, насыщенного водой, Rв к прочности при сжатии сухого материала Rc: Кразм=Rв/Rс. Материалы, у которого коэф. разм. Больше 0,75, называют водостойкими.

Гигроскопичность - свойство материалов поглощать определенное количество воды при повышении влажности окружающего воздуха. Это свойство характерно, например, для древесины - чтобы избежать этого, применяют защитные покрытия.

Влагоотдача - свойство материала отдавать влагу окружающей атмосфере. Определяется по количеству воды (в процентах по массе или объему стандартного образца), теряемой материалом в сутки при влажности окружающего воздуха 60% и температуре 200 С. Вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала и влажностью окружающего воздуха.

Водопроницаемость - свойство материала пропускать воду под давлением. Характеризуется количеством воды, прошедшей в 1 час через 1 см2 площади испытуемого материала при постоянном давлении. Водонепроницаемыми являются особо плотные материалы (сталь, стекло, битум) и плотные материалы с замкнутыми порами (например, бетон специально подобранного состава).

Морозостойкость - свойство насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.

Вода, замерзая, увеличивается в объеме на 9%, при этом, если она заполнила полностью поры - лед разрушит стенки пор, но обычно поры заполняются не полностью, поэтому разрушение может произойти при многократном замораживании и размораживании.

Плотные материалы, не имеющие пор, или материалы с незначительной открытой пористостью, водопоглощение которых не превышает 0,5%, обладают высокой морозостойкостью. Морозостойкость имеет большое значение для стеновых, фундаментных и кровельных материалов, систематически подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию.

Материалы на морозостойкость испытывают в морозильных камерах. Насыщенные водой образцы охлаждают до температуры - 15-170С и, после чего, их оттаивают при температуре +200 С. Материал считается морозостойким если после заданного числа циклов потеря в массе образцов в результате выкрашивания и расслоения не превышает 5%, а прочность снижается не более чем на 25%. По числу выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания (степени морозостойкости) материалы подразделяют на марки Ммрз 10, 15 ,25 , 35, 50, 100, 150, 200 и более.

Если образцы в процессе испытаний не имеют следов разрушения, то степень морозостойкости устанавливается определением коэффициента морозостойкости: Кмрз = Rмрз / Rнас,

где Rмрз - предел прочности при сжатии материала после испытания на морозостойкость, МПа; Rнас - предел прочности при сжатии насыщенного водой материала, МПа. Для морозостойких материалов Кмрз должен быть не менее 0,75.

4. Теплофизические свойства строительных материалов (теплопроводность, термическое сопротивление, теплоемкость, термическая стойкость, огнестойкость, огнеупорность) – определение, формулы, единицы измерения, взаимосвязь с другими свойствами, примеры численных значений.

Теплопроводность - свойство материала передавать через толщу теплоту при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Теплопроводность материала оценивается количеством теплоты, проходящей через стену из испытываемого материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 за 1 час при разности температур противоположных поверхностей стены 1⁰С. Теплопроводность измеряется в Вт/(м•⁰С).

Теплопроводность материала зависит от многих факторов: природы материала, его строения, пористости, влажности, от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Коэф. теплопроводности для воздуха: 0,023; для воды: 0,59; для льда: 2,3; для керамического кирпича: 0,82

Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые, даже если их пористость одинакова. Материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами.

На теплопроводность материала значительное влияние оказывает его влажность: влажные материалы более теплопроводны, чем сухие, так как теплопроводность воды в 25 раз больше теплопроводности воздуха.

При повышении температуры теплопроводность увеличивается.

Теплоемкость - свойство материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты и выделять ее при охлаждении. Показателем теплоемкости служит удельная теплоемкость, равная количеству теплоты (Дж), необходимому для нагревания 1 кг материала на 1⁰С.

Удельная теплоемкость, Дж/(кг•⁰С):

• искусственные каменные материалы 0,75 - 0,92;

• древесина 2,4 - 2,7;

• сталь 0,48;

• вода 4,187.

Теплоемкость учитывается при расчетах теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при расчете печей.

Огнестойкость - способность материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара. По степени огнестойкости материалы делят на: несгораемые, трудно сгораемые и сгораемые.

Несгораемые материалы под действием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (сталь, бетон, кирпич).

Трудно сгораемые материалы под действием огня с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются (древесно-цементный материал фибролит, асфальтовый бетон, некоторые виды полимерных материалов).

Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня (дерево, войлок, толь, рубероид).

Огнеупорность - свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не расплавляясь и не деформируясь. По степени огнеупорности материалы делят на огнеупорные (длительное время выдерживают температуру свыше 1580⁰С), тугоплавкие (1350 - 1580⁰С) и легкоплавкие, размягчающиеся при температуре ниже 1350⁰С (к ним относят и обыкновенный глиняный кирпич).