Лекция №2

1. Общие сведения о строительных материалах и их основные свойства.

Основными видами строительных материалов и изделий являются: каменные природные строительные материалы и изделия из них; вяжущие материалы неорганические и органические; лесные материалы и изделия из них; металлические изделия. В зависимости от назначения, условий строительства и эксплуатации зданий и сооружений подбираются соответствующие строительные материалы, которые обладают определёнными качествами и защитными свойствами от воздействия на них различной внешней среды. Учитывая эти особенности, любой строительный материал должен обладать определёнными строительно-техническими свойствами. Знание строения строительного материала необходимо для понимания его свойств и в конечном итоге для решения практического вопроса, где и как применять материал, чтобы получить наибольший технико-экономический эффект.

2.Свойства материалов

Свойства – характеристики, проявляющиеся в процессе применения и эксплуатации материалов, исключая их экономические показатели. Свойства можно разделить на две группы: эксплуатационно–технические и эстетические. Эксплуатационно-технические свойства обеспечивают необходимую защиту, прочность, долговечность здания. Эстетические свойства материалов влияют на восприятие среды жизнедеятельности человека, в том числе внешнего вида зданий и их интерьеров.

Качество – совокупность свойств материала, обуславливающих его способность удовлетворять определённым требованиям в соответствии с его назначением.

Эксплуатационно-технические свойства

Характеристики структуры

Строение материала изучают на трех уровнях:

1) макроструктура – строение, видимое невооруженным глазом,

2) микроструктура – строение, видимое в оптический микроскоп,

3) внутреннее строение веществ, составляющих материал на молекулярно-ионном уровне, изучаемом методами рентгено-структурного анализа, электронной микроскопии и т.д.

К основным видам макроструктуры относят конгломератную, ячеистую, мелкопористую, волокнистую, слоистую, рыхлозернистую (порошкообразную).

Конгломератная структура предлагает соединение разнородных веществ, обычно в виде зерен, кусков различных форм и размеров (бетоны, ряд керамических и других материалов).

Ячеистая структура характеризуется наличием макропор, свойственных газо- и пенобетонам, ячеистым пластмассам.

У мелкопористых большинство ячеек гораздо меньших размеров (менее 1мм)(керамические материалы, поризованные способами высокого водозатворения и введением выгорающих добавок).

Волокнистая структура присуща материалам с природными или искусственными волокнами, расположенными в одном определённом направлении.(древесина, стеклопластики, изделия из минеральной ваты и др.)

Слоистая структура предполагает наличие нескольких, в том числе разнородных слоёв (отчетливо выражена у рулонных, листовых плитных материалов, в частности у пластмасс со слоистым наполнителем (бумопласта, текстолита и т.д.) .

Рыхлозернистые (порошкообразные) структуры состоят из большого количества не связанных зерен или мелких частиц (заполнители для бетона, зернистые и порошкообразные материалы для мастичной теплоизоляции, засыпок и др).

Микроструктура веществ, составляющих материал, может быть кристаллическая и аморфная.

Внутреннее строение веществ, составляющих материал, определяет механическую прочность, твердость, тугоплавкость и другие важные свойства материала.

Состав и свойства материалов

Строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым составом

Химический состав строительных материалов позволяет судить о ряде свойств материала: огнестойкости, биостойкости, механических и других характеристиках.

Минеральный состав показывает какие минералы и в каком количестве содержатся в материале.

Фазовый состав материала и фазовые переходы воды, находящейся в его порах, оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации.

Свойства строительных материалов и изделий классифицируют на основные группы: физические, механические, химические, технологические и др.

К химическим относят способность материалов сопротивляться действию химически агрессивной среды, вызывающие в них обменные реакции приводящие к разрушению материалов, изменению своих первоначальных свойств: растворимость, коррозионная стойкость, стойкость против гниения, твердение.

Физические свойства: средняя, насыпная, истинная и относительная плотность; пористость, влажность, влагоотдача, теплопроводность.

 Механические свойства: пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, сдвиге, упругость, пластичность, жёсткость, твёрдость.

Технологические свойства: удобоукладываемость,  теплоустойчивость, плавление, скорость затвердевания и высыхания.

Физические свойства материалов.

Параметры состояния

Средняя плотность ρ_о — масса единицы объема материала в естественном состоянии,

т. е. с порами. Среднюю плотность (в кг/м3, кг/л, г/см3) вычисляют по формуле:

ρ_о

Среднюю плотность сыпучих материалов — щебня, гравия, песка, цемента и др. — называют насыпной плотностью. В объем входят поры непосредственно в материале и пустоты между зернами.

Насыпная плотность сыпучих материалов ρ_н – масса m единицы объёма V_н просушенного свободно насыпанного материала; она выражается в г/см³, кг/л, кг/м³.

Истинная плотность ρ – масса m единицы объёма V материала в абсолютно плотном состоянии; она выражается в г/см³, кг/л, кг/м³.

Относительная плотность d – отношение средней плотности материала к плотности стандартного вещества. За стандартное вещество принята вода при температуре 4°С, имеющая плотность 1000 кг/м3. Относительная плотность (безразмерная величина)

Пористость П - степень заполнения объёма материала порами, пустотами, газо-воздушными включениями:

для твёрдых материалов: , для сыпучих:

Для строительных материалов П колеблется от 0 до 90%.

Для сыпучих материалов определяется пустотность (межзерновая пористость).

В зависимости от показателя пористости различают низкопористые (менее 30%), среднепористые (от 30 до 50%) и высокопористые (более 50%) материалы.

Гидрофизические свойства

Гигроскопичность - способность материала поглощать водяные пары из воздуха

( при его повышенной влажности) и удерживать их вследствие капиллярной конденсации. Гигроскопичность зависит от количества и характера пор и капилляров. Материалы с одинаковой пористостью, но имеющие более мелкие поры и капилляры, обладают более высокой гигроскопичностью, чем крупнопористые.

Влажность W(%) – содержание влаги в материале m_в=m₁-m, отнесённое к массе материала в сухом состоянии m: , измеряемое в %, где m₁- масса материала в естественном состоянии.

Зависит от влажности окружающей среды, свойств и структуры самого материала.

Высокой можно считать влажность более 20%, низкой – менее 5%.

Водопоглащение – характеризует способность материала при соприкосновении с водой впитывать и удерживать её в своей массе. Водопоглощение характеризует в основном открытую пористость, так как вода не проходит в закрытые поры.

Различают водопоглощение по массе W_m и водопоглощение по объему W_о.

Водопоглащение по массе W_m(%) – отношение массы поглощённой материалом воды m_в к массе материала в абсолютно сухом состоянии m:

Водопоглащение по объему(%) – отношение объёма поглощённой материалом воды к его объёму в водонасыщенном состоянии V₂:

Коэффициент размягчения ( К_р ) – отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой к прочности при сжатии материала в сухом состоянии. К_р=R_в/R_с

Кр характеризует водостойкость материала, он изменяется от 0 (размокающие глины и др.) до 1 (металлы и др.). Природные и искусственные каменные материалы не применяют в строительных конструкциях, находящихся в воде, если их Кр меньше 0,8.

Влагоотдача – способность материала отдавать влагу.

Водопроницаемость – способность материала пропускать воду под давлением. Величина водопроницаемости характеризуется количеством воды, прошедшей в течении 1 часа через 1 см² площади испытуемого материала при постоянном давлении.

Обратной характеристикой водопроницаемости является водонепроницаемость - способность материала не пропускать воду под давлением.

Морозостойкость – способность, насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и соответственно без значительных потерь массы и прочности. При замерзании вода в порах увеличивается в объёме примерно на 9%, в результате возникает давление на стенки пор, которое может привести к разрушению материала. Морозостойкость материала количественно оценивается циклами и соответственно марками по морозостойкости.

Свойства материалов при действии тепла, огня, звука.

Теплопроводность – способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий при разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Это свойство оценивается количеством теплоты, прошедшей в течении 1 часа через испытуемый материал толщиной 1м при разнице температур на его противоположных поверхностях в 1ºС. Тепловодность измеряется коэффициентом « λ» в Вт/(м ºС).

Теплопроводность материала снижается при увеличении его пористости, особенно если она носит закрытый характер.

Огнестойкость – способность материалов сохранять физико-механические свойства при воздействии огня и высоких температур, развивающихся при пожаре.

По степени горючести материалы делят на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Несгораемые материалы при действии огня и соответственно высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (природные камни, бетон, кирпич, металлы).

Трудносгораемые материалы под воздействием огня или высоких температур обугливаются, тлеют или с трудом воспламеняются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются (асфальтобетон, цементный фибролит).

Сгораемые материалы горят или тлеют под воздействием огня и продолжают гореть после его устранения (древесина, пластмассы).

Огнеупорность – свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры (от1580⁰ и выше), не размягчаясь и не деформируясь.

Звукопоглощение – способность материалов поглощать звуковые волны.

Звукопоглощение материала характеризуется коэффициентом звукопоглощения, показывающем, какое количество звуковой энергии поглотил материал в единицу времени по сравнению с общим количеством падающей звуковой энергии.

С увеличением массы материала повышается его звукоизолирующая способность. Степень поглощения звука материалом зависит от его структуры, величины и характера пористости, толщины.