Занятие № 1 введение. Физические свойства материалов

Цели и задачи занятия.

В ходе проведения занятия студенты должны получить представление о физических свойствах материалов, их определении и узнать формулы для их расчета.

Теоретический материал

Основные структурные характеристики материала, во многом определяющие его технические свойства,— это плотность и пористость.

Плотность — физическая величина, определяемая массой вещества (или материала) в единице объема.

В зависимости от того, берется ли в расчет объем только самого вещества, из которого состоит материал, или весь объем материала с порами и пустотами, различают истинную и среднюю плотность.

Истинная плотность р (кг/м³) — масса единицы объема материала, когда в расчет берется только объем твердого вещества V_a (м³):

р = m /V_a

Таким образом, истинная плотность характеризует не материал, а вещество, из которого состоит материал,— это физическая константа вещества.

Средняя плотность материала р_m (кг/м³) (далее мы будем называть ее просто плотностью) — физическая величина, определяемая отношением массы т (кг) материала ко всему занимаемому им объему V_ест (м³), включая имеющиеся в нем поры и пустоты:

р _{c = m /} V_ест

Следовательно, плотность материала меняется в зависимости от его структуры.

Пористость — степень заполнения объема материала порами, %

П=[( V_ест - V_a) / V_ест] 100

Обычно пористость рассчитывают исходя из средней и истинной плотности материала:

П=[p-_Pm/p]100 = (l-_Pm/p)100.

Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 до 90...98

Влажность — содержание влаги в материале в данный момент, отнесенное к единице массы материала в сухом состоянии. Влажность W_m (%) определяют по формуле

W = [(m₁-m₂)/m₂]100%,

где m₁— масса материала в естественно влажном состоянии, г; m₂—масса материала, высушенного до постоянной массы, г.

Водопоглощение — способность материала поглощать влагу и удерживать ее в своих порах. Водопоглощение характеризуется максимальным количеством воды, поглощаемым образом материала при выдерживании его в воде, отнесенным к массе сухого образца (водопоглощение по массе W^п_m) или к его объему (объемное водопоглощение

W^п₀).

Водопоглощение W^п_m и W^п₀ (%) определяют по формулам:

W

^п_m = [(m₁-m₂)/ m₁] 100;

W ^п₀=V_H2O/V_ест =(m₁-m₂)/p_H2O*p_m/m₂=W ^п_m p_m/p_H2O

где m₁ — масса материала в насыщенном водой состоянии, г; m_{2_}—_{_} масса сухого материала, г; V_ест — объем материала в сухом состоянии,см³

p_H2O — плотность воды, равная 1 г/см³.

Гигроскопичность — способность материалов поглощать водяные пары из воздуха. Гигроскопичность зависит от химического состава материала и характера его пористости.

Влагоотдача — способность материала терять находящуюся в его порах воду. Влагоотдачу определяют количеством воды, испаряющейся из образца материала в течение суток при температуре воздуха 20° С и относительной влажности 60 %JВлагоотдачу учитывают, например, при сушке стен зданий и уходе за твердеющим бетоном. В первом случае желательна быстрая влагоотдача, а во втором, наоборот, замедленная.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения.

Морозостойкость материала зависит от его пористости и водопоглощения.

Плотные материалы (без пор), а также материалы с замкнутыми порами, т. е. с небольшим водопоглощением, обладают высокой морозостойкостью. Материалы с открытой пористостью обладают, как правило, невысокой морозостойкостью, и требуются обязательные лабораторные испытания для ее оценки.

.Морозостойкость материала характеризуется числом циклов замораживания (при температуре не выше — 18° С) и оттаивания (в воде), которое он. Выдерживает без снижения прочности и потери массы или появления внешних повреждений, указанных в ГОСТе на соответствующий материал. Так, для бетона допускается потеря прочности не более 5 %, а для растворов не более 25 % от первоначальных значений этих величин.

По морозостойкости материалы подразделяют на марки: 15; 25; 35; 50; 100 и т. д. Например, марка по морозостойкости кирпича F15 означает, что образцы, отобранные от партии кирпича, выдерживают не менее 15 циклов «замораживания — оттаивания» без появления внешних повреждений.

Теплопроводность — способность материала передавать теплоту сквозь свою толщу от одной своей поверхности к другой в случае, если температура этих поверхностей разная. Теплопроводность материала характеризуется количеством теплоты (в джоулях), которое способен передать материал через 1 м² поверхности при толщине 1 м и разности температур на поверхностях 1K b течение 1с.

Теплоемкость — способность материала поглощать при нагревании теплоту. Показателем теплоемкости служит удельная теплоемкость, равная количеству теплоты, необходимой для нагревания единицы массы материала на 1 К.

Огнестойкость — способность материала выдерживать без разрушения воздействие огня и воды в условиях пожара. Разрушение материала в таких условиях может произойти из-за того, что он сгорит, растрескается, полностью потеряет прочность. По степени огнестойкости различают несгораемые, трудносгораемые и сгораемые материалы.

Несгораемые материалы под действием огня или высокой температуры не горят и не обугливаются. К таким материалам относятся бетон, кирпич.

Трудносгораемые материалы под действием огня медленно воспламеняются и после удаления огня их горение и тление прекращаются. К этим материалам относятся фибролит, пропитанная антипиренами древесина, асфальтобетон.

Сгораемые материалы под действием огня или высокой температуры горят и продолжают гореть после удаления источника огня.

Для повышения огнестойкости горючих материалов используют антипирены — вещества, которыми пропитывают или покрывают материал. Антипирены выделяют газы, не поддерживающие горения, или под действием высокой температуры образуют пористый защитный слой на материале, чем замедляют его нагрев.

Огнеупорность — способность материала длительно работать в условиях высоких температур без деформаций и размягчения.

Примером огнеупорных материалов может служить огнеупорный кирпич.

Акустические свойства материалов — это свойства, связанные с взаимодействием материала и звука.

Звукопроводность зависит от массы материала и его строения. Материал тем меньше проводит звук, чем больше его масса; если масса материала велика, то энергии звуковых волн не хватает, чтобы пройти сквозь него, так как для этого надо заставить материал колебаться.

Звукопоглощение зависит от характера поверхности материала. Материалы с гладкой поверхностью отражают большую часть падающего на них звука (эффект зеркала), поэтому в помещении с гладкими стенами звук, многократно отражаясь от них, создает постоянный шум.

Выводы

После изучения материала становится понятно о назначении физических свойств материалов, методах их расчета.

Вопросы для повторения

1. Назовите, как называется свойство, обозначающее степень заполнения материала

порами ?

2. Перечислите три вида огнеупорности.

3. От чего зависит морозостойкость материала?

4. Перечислите три вида плотностей материала.

5. Влажность и водопоглощение – это одно и то же свойство? Поясните ответ

6. В каких материалах воплощаются теплопроводные свойства материалов?

Наглядная информация

Таблица 1

Истинная и средняя плотность и пористость

некоторых строительных материалов

Материал	Плотность, кг/м3		Пористость, %
	истинная	средняя
Гранит	2700...2800	2600...2700	0,5..1
Тяжелый бетон	2600... 2700	2200...2500	8...12
Кирпич	2500...2600	1400... 1800	25...45
Древесина	1500...1550	400...800	45 ...70
Пенопласты	950...1200	20...100	90…98

Таблица 2

Некоторые физические характеристики материалов

Материал	Средняя плотность, кг/м3	Пористость	λ,Вт/(м*К)
Гранит	2600…2800	1…0.5	Около 3
Бетон тяжелый	2200…2400	12…8	1.1…1.3
Кирпич обыкновенный	1600…1800	33…28	0.7…0.8
Пенополистерол	10…50	98…95	0.035…0.03

Библиографический список

1. Попов Л.Н. Строительные материалы и изделия. -М.: Стройиздат, 2003

2. Попов Л.Н. Строительные материалы и изделия.-М.:2007

Практические занятия

Занятие №2

Лабораторная работа №1

Определение средней и истинной плотности, пористости различных строительных материалов

Цели и задачи выполнения практического задания:

1. Изучить методику определения плотностей материала.

2. Ознакомиться с приборами и материалами.

3. Полученные результаты сравнить с ГОСТ 8735-88, ГОСТ 8269.0-97, 12730.1-78 Задание:

Определить плотности предложенных материалов

Методические указания по выполнению задания

Приборы и материалы:

1. Весы с разновесами

2. Объемомер с керосином

3. Объемомер с водой

4. Электроплита

5. Стандартная воронка

6. Металлический цилиндр

7. Фарфоровая ступка

8. Штангенциркуль

9. Парафин

10. Песок

11. Щебень

12. Бетон

13. Пенопласт

14. Кирпич керамический

15. Гравий керамзитовый

Ход работы: