Параметры состояния и структурные характеристики материалов.

Истинная плотность (р) – масса единицы объема абсолютно плотного материала. Если масса материала m, а его объем в плотном состоянии V_d, то

p=m/V_d, кг/м³, г/см³.

Истинная плотность определяется с помощью пикнометра, гелиевого пикнометра.

Средняя плотность (p_m) есть масса единицы объема материала в естественном состоянии (объем определяется вместе с порами).

Средняя плотность определяется с помощью объемомера.

Таблица1

Истинная и средняя плотность некоторых строительных материалов.

Материал	Плотность, кг/м3
	истинная	средняя
Сталь	7850-7900	7800-7850
Гранит	2700-2800	2600-2700
Известняк (плотный)	2400-2600	1800-2400
Керамический кирпич	2600-2700	1600-1900
Тяжелый бетон	2600-2900	1800-2500
Поропласты	1000-1200	20-100

Насыпная плотность – масса единицы объема рыхло насыпанных зернистых или волокнистых материалов. То есть это плотность смеси, с учетом пустот, образовавшихся в процессе заполнения определенного объема испытуемым материалом.

Пористость это степень заполнения материала порами.

П= V_п/V, %

где П пористость (%); V_п – объем пор в материале; V – объем материала.

Метод определения пористости основан на замещении порового пространства в материале сжиженным гелием или другим материалам.

Можно оценить пористость расчетом:

П=(1- p_m/р) 100

Открытая пористость (П₀):

П₀ = (m₂ – m₁)/p_H2O V, %

m₁ – масса образца в сухом состоянии;

m₂ – масса образца после водонасышения;

V – объем образца.

Закрытая пористость (П_з):

П_з=П – П₀, %

Дисперсность или размер зерен. Оценивается ситовым методом, седиментационным анализом, а также через удельную поверхность.

Лекция 3

3 Основные свойства строительных материалов Гидрофизические свойства материалов.

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

Типичным представителем гигроскопичных материалов является древесина, так как её влажность зависит от состояния окружающей среды. Если образец древесины поместить в помещение с низкой температурой и высокой степенью насыщения, то он начинает впитывать влагу из окружающей среды. То есть будет происходить процесс сорбции. Если же сырой образец древесины поместить в помещение с комнатными условиями, то из него начнет испаряться влага – будет происходить десорбция. Оба процесса происходят до определенного значения влажности, соответствующего окружающему воздуху. В случае десорбции значение влажности называется равновесным.

Рис. 5 Кривая десорбции

С увеличением относительной влажности воздуха при постоянной температуре будет увеличиваться сорбционная влажность данного материала.

Вследствие процессов адсорбции и капиллярной конденсации водяного пара из атмосферы влажность пористых строительных материалов даже после их длительной выдержки в воздухе достаточно велика. Так, равновесная влажность сосны W_a = 15 %, W_b =20 %; ячеистого бетона 8 и 12 %; пенополистирол 2 и 10 %; железобетон 2 и 3 %; сталь 0 и 0%.

Капиллярное всасывание (капилляры от латинского волосяной - система сообщающихся мелких пор; трубки с узким каналом) воды пористым материалом происходит, когда часть конструкции находится в воде. Так, грунтовые воды могут подниматься по капиллярам и увлажнять нижнюю часть стены здания. Чтобы не было сырости в помещении, устраивают гидроизоляцию, отделяя фундаментную часть конструкции стены от её наземной части.

Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия воды в материале, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания.

Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать воду. Характеризуется оно количеством воды, поглощаемой сухим материалом, полностью погруженным в воду, и выражается в процентах от массы (водопоглощение по массе W_m):

W_m=(m_в – m_с)/m_с ∙100 %;

Или от объема (водопоглощение по объему W_v):

W_v = (m_в – m_с)/ V ∙ 100 %

m_в –масса материала после водонасыщения, г;

m_с – масса материала в сухом состоянии, г;

V – объем материала, см³.

Во время водонасыщения вода проникает в материал, а точнее, в его открытые поры. Таким образом, водопоглощение характеризует открытую пористость материала.

Водопоглощение материала зависит от его структуры и его пористости: чем выше открытая пористость, тем больше величина водопоглощения. Водопоглощение строительных материалов колеблется в широких пределах от 0 для стекла до 100 и более % для пористых теплоизоляционных материалов. Необходимо помнить, что попадая в поры, вода резко изменяет свойства материала, повышая его плотность, теплопроводность, снижая прочность.

Водостойкость (коэффициент размягчения) – способность материала и изделий сохранять прочность в состоянии водонасыщения. Водостойкость характеризуется коэффициентом:

К_в=R_b/R_c,

где R_b и R_c – предел прочности материала при сжатии, соответственно в водонасыщенном и сухом состояниях, МПа.

Время водонасыщения для различных материалов устанавливают в пределах от 1час до 3 сут и более. Иногда водонасыщение обеспечивается кипячением материала в воде.

К водостойким принято относить материалы с коэффициентом К_в не менее 0,8. Материал, распускающийся в воде (например, глина), характеризуются нулевым значением коэффициента К_в, а не поглощающие воду абсолютно плотные материалы (например, стекло) имеют коэффициент водостойкости 1.

Водостойкие материалы (цементный бетон, строительный раствор, гранит, мрамор и др.) можно применять в конструкциях, контактирующих с водой без специальных мер защиты от увлажнения.

Влажностная деформация. Пористые материалы органические и неорганические (бетоны, древесина и др.) при изменении влажности изменяют свой объем и размеры.

Усадкой называют уменьшение размеров материала при его высыхании. Она вызывается уменьшением толщины слоев воды, окружающих частиц материала (испарением), и действием внутренних капиллярных сил, стремящихся сблизить частицы материала.

Набухание происходит при насыщении материала водой. Молекулы воды, проникая между частицами и волокнами, слагающими материал, как бы расклинивают их. При этом утолщаются гидратные оболочки вокруг частиц и объем материала увеличивается.

Чередование высыхания и увлажнения пористого материала, часто встречающееся на практике, сопровождается попеременными деформациями усадки и набухания. Такие многократные циклические воздействия нередко вызывают трещины, ускоряющие разрушение.

Наибольшей усадкой характеризуются пористые материалы (например, дерево 30-100 мм/м). Минимальная - у прочных и плотных материалов (например, гранит 0.02 – 0.06 мм/м).

Водопроницаемость –свойство материала пропускать воду под давлением. Эту величину характеризует коэффициент фильтрации К_ф:

К_ф = V_b a / [S (p₂ – p₁) t],

Коэффициент фильтрации равен объему воды V_b, проходящему через стенку площадью S, толщиной а, за время t, при разности гидростатического давления на границах стенки p₂ – p₁ = 1 мм вод. ст.

Водонепроницаемость материала это способность противостоять фильтрующему проникновению воды под давлением. Абсолютной водонепроницаемостью обладают только абсолютно плотные материалы (стекло, битум, сталь). Большинство же строительных материалов (бетон, кирпич и др.) являются пористыми и их водонепроницаемость зависит от пористости (размера, протяженности). Стремятся применять достаточно плотные материалы с замкнутыми порами.

Водонепроницаемость характеризуется маркой, обозначающей одностороннее гидростатическое давление, при котором образец цилиндр не пропускает воду в условиях стандартного испытания. Есть связь между маркой и коэффициентом К_ф.