1. Основные свойства строительных материалов

1. Физические свойства

Свойство – способность материалов определенным образом реагировать на воздействие отдельных или совокупности внешних или внутренних факторов.

Свойства строительные материалы проявляются в зависимости от вида воздействия внешних факторов:

• физические свойства – определяются структурными особенностями материала,

• физико-химических (колебания температуры, действие солнца, атмосферных и грунтовых вод, газов)

• механических сил (ударные, динамические, статические нагрузки и др.)

• биологических (животные, микроорганизмы),

• долговечность – определяются особенностями эксплуатации конструкций.

1. Физические свойства

Физические свойства характеризуют особенности физического строения материалов и их отношением к различным физическим процессам. (воде и температуре).

1.1. Характеристики структуры

Однородность – способность материала иметь в каждой единице объема одинаковые состав, структуру и состояние, а, следовательно, и свойства.

Плотность вещества (истинная) – масса единицы объема вещества, находящегося в материале,

,

где V_и – объем вещества в абсолютно плотном состоянии

У большинства неорганических материалов, кроме металлов, плотность находится в довольно узких пределах (2,4 – 3,1 г/см³).

У органических интервалы плотности: 1,0 – 1,6 г/см³.

Плотность материала (средняя) – масса единицы объема материала в состоянии естественной пористости

,

где V_м – объем материала в состоянии естественной пористости

Если материал не имеет пор, то плотность вещества равна плотности материала.

Чем меньше ρ_о при одном и том же значении ρ_ист , тем меньше вещества находится в объеме материала.

Отношение

выражает степень заполнения материала порами.

Исходя из этого, общая пористость материала П_о определяется выражением

Для материалов, находящихся в рыхло-сыпучем состоянии вместо средней плотности вводится понятие насыпная плотность ρ_нас , а вместо пористости – пустотность P

Задача

1. Высушенный до постоянной массы глиняный кирпич весит 3,42 кг, а после полного насыщения водой - 3,92 кг. Определить среднюю плотность кирпича, открытую, замкнутую и общую пористости. Размеры кирпича 250x120x65 мм, а истинная плотность глины - 2,68 г/см³.

Решение

1. Величина средней плотности кирпича

2. Открытая пористость кирпича определяется объемом поглощенной воды материалом, который составляет 3,92 – 3,42=500 г или 500 см³

3. Общая пористость составляет

4. Закрытая пористость составляет П_о-П_отк=31,3-25,6=5,7 %.

1.2. Отношение материала к воде

Характеризуется следующими свойствами материалов:

• Влажность

• Гигроскопичность или гигроскопическая влажность,

• Водопоглощение

• Водонепроницаемость

• Водостойкость

Влажность характеризует наличие влаги в материале, не оценивая способы попадания и удерживания ее в материале.

Гигроскопичность или гигроскопическая влажность, способность материала поглощать пары воды из воздуха и удерживать их в структуре материала: пропорциональна открытой пористости и тонкости помола.

Формируется за счет сил адсорбции

При равновесии с параметрами паро-воздушной среды материал становится воздушно-сухим, а влажность – равновесной.

Гигроскопичность зависит от химического состава и характера пористости материала.

Водопоглощение – способность материалов впитывать и удерживать в своих порах воду при нахождении в ней и после исключения прямого контакта. Зависит от открытой пористости материала. Причина поглощения – капиллярное всасывание открытыми порами материала.

Количественная характеристика водопоглощения:

водопоглощение по массе

или водопоглощение по объему

Эти две характеристики связаны друг с другом через величину средней плотности материала соотношением

Для изделий, работающих под напором воды, необходимо обеспечить водонепроницаемость

Водопроницаемость – способность материала пропускать воду под давлением. Выражается количеством воды, прошедшей в течение 1 с через 1м² поверхности материала при заданном давлении воды.

Плотина Гувера (Hoover dam.)

Плотина Пороги.

Водопроницаемость зависит от плотности материала и его строения (наличия сквозных пор).

У становка для определения водонепроницаемости бетона

Водостойкость – способность материала не снижать прочность при насыщении его водой.

Количественно характеризуется коэффициентом размягчения

Материал считается водостойким при К_р>0,8

1.3. Отношение материалов к действию температуры

Под действием температуры в материалах могут происходить следующие изменения:

• увеличиваться пористость за счет выгорания и удаления газов;

• происходить растрескивание многокомпонентных материалов с разными КЛТР и за счет модификационных превращений;

• уменьшение пористости за счет спекания;

• происходить его переход из одного агрегатного состояния в другое.

Основные свойства

Огнеупорность – свойство материалов не деформироваться при длительном воздействии высоких температур в условиях эксплуатации.

Показателем огнеупорности является предельная температура, при которой материал еще не переходит в вязко-текучее состояние и не теряет своих прочностных характеристик. По этому признаку материалы классифицируются на:

Огнеупорные (более 1580^оС),

тугоплавкие (1350-1580^оС)

легкоплавкие (менее 1350^оС).

Теплоемкость – способность материалов поглощать тепло при нагревании (выделять при охлаждении). Характеристика интенсивная

Оценка производится по удельной теплоемкости – количество тепла, необходимого для изменения температуры на 1 градус единицы массы материала.

• Неорганические материалы 760-920 Дж/кг град.;

• Органические материалы –древесина 2380-2720;

• Сталь – 460

• Вода (4200).

Теплопроводность – способность материала пропускать тепло через свою толщу. Оценивается коэффициентом теплопроводности λ (Вт/м град).

Зависит от степени пористости, характера пор, влажности.

Сильно изменяет теплопроводность вода, у которой она в 25 раз больше, чем у воздуха (соответственно 0,59 и 0,02). Теплопроводность характеризует теплофизические свойства, определяя принадлежность материалов к теплоизоляционным (менее 0,16)

Огнестойкость – способность материала выдерживать кратковременное действие высоких температур без потери несущей способности –Огнестойкость оценивается по возгораемости.

Различают

• несгораемые (жаростойкие, огнеупорные и термически стойкие),

• трудносгораемые;

• сгораемые.

Жаростойкие – материалы, выдерживающие длительный нагрев выше температуры красного каления без потери или с частичной потерей прочности.

Термически стойкие – материалы, способные выдерживать резкие тепловые изменения без деформаций. Характеризуются числом резких теплосмен. Стекло – 1, динас – 1-3. Шамот – 5-30. Корунд 50-100.

Термостойкость: 1200 ^oС