1. Основные свойства строительных материалов

Изучая различные виды материалов и их свойства необходимо уметь их классифицировать на определенные группы исходя из условий работы материалов и действующих на них факторов в реальных условиях эксплуатации. Важным методическим принципом при изучении основных свойств материалов является четкое определение каждого свойства, способ его оценки и раскрытие связи свойств с составом и строением материала, а также взаимосвязей свойств друг с другом. При изучении материаловедения необходимо придерживаться схемы: состав – строение материала – свойства.

Особо необходимо обратить внимание на общие свойства всех материалов: пористость, плотность, прочность, так как они являются основными свойствами при оценке материала и от них в значительной степени зависят физические, химические и технологические свойства.

1.1. Физические свойства

Средняя плотностьхарактеризует массу единицы объема материала в естественном состоянии (вместе с порами). Важная физическая величина определяется по формуле:

ρ_о=m_о/V_мат, [г/см³; кг/м³] (1.1)

Для точного измерения объема используют образцы правильной формы (имеются несложные приемы измерения образцов и неправильной формы).

Среднюю плотность рыхлых материалов называют насыпной, при этом учитываются не только поры в каждом куске, но и объем межзерновых пустот (Vмзп).

ρ_н=m_н/V_н, [г/см³; кг/м³] (1.2)

где: V_н=V_мат+V_мзп (1.3)

Истинная плотность – масса единицы объема в абсолютно плотном состоянии (V_абс.тв), т.е. без учета пор, трещин, дефектов присущих материалу в естественном состоянии

ρ_и=m_о/V_{абс. тв}, [г/см³; кг/м³] (1.4)

Величина ρ_и как правило больше ρ_о.

Относительная плотность – безразмерная величина, равная отношению средней плотности материала к плотности стандартного вещества. Чаще всего за стандартное вещество принимают дистиллированную воду при температуре +4^оС, ее плотность равна – 1 г/см³.

d=ρ_о/ρ_в (1.5)

Относительная плотность учитывается в некоторых эмпирических формулах (формула В.П. Некрасова для расчета теплопроводности, выражение для вычисления коэффициента конструктивного качества и др.).

Влажность – количество влаги, содержащееся в материале в данный момент времени.

W=[(m_вл-m_с)/m_с]·100 % (1.6)

Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать воду. Водопоглощение выражают или степенью заполнения объема материала водой (водопоглощение по объему В_v), или отношением количества поглощенной воды к массе сухого материала (водопоглощение по массе В_m).

В_v=[(m_н-m_с)/V·ρ_в]·100 %(1.7)

В_m=[(m_н-m_с)/m_с]·100 %(1.8)

где: m_нас– масса насыщенного водой материала,г;m_сух– масса сухого материала,г;

V– объем материала,см³; р_в– плотность дистиллированной воды,г/см³.

Водопоглощение по объему В_v и водопоглощение по массе В_m связаны между собой зависимостью:

В_v/В_m=(m_н-m_с)·m_с/V·ρ_в·(m_н-m_с)=m/V·ρ_в=ρ_о/ρ_в=d (1.9)

В_v=d·В_m(1.10)

Пористость материала (общая) – это степень заполнения объема материала порами. Расчетная формула общей пористости:

П_о=[1-(ρ_о/ρ_и)]·100 % (1.11)

Если требуется выяснить являются ли поры открытыми или сообщающимися, то определяют водопоглощение по объему (В_V), которое численно равно капиллярной пористости материала (П_кап):

П_кап=В_V (1.12)

Пористость условно-замкнутая П_усл.з= П_о - П_кап (1.13)

Пустотность– это доля межзерновых пустот в насыпном объеме материала.

П_у=[1-(ρ_н/ρ_о)]·100 %(1.14)

Теплопроводность – способность материала передавать теплоту через толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность характеризуется количеством теплоты, проходящей через материал толщиной 1 м, площадью 1 м², в течение 1 ч при разности температур на противоположных поверхностях материала 1^оС.

λ=Q·Н/(S·(t₁-t₂)·z)(1.15)

где: λ – коэффициент теплопроводности, Вт/м^оС;Q– количество тепла,Дж;S– площадь материала,м²;H- толщина материала,м; (t₂-t₁) – разность температур по обе стороны слоя материала,⁰С;z– время, в течение которого проходил тепловой поток,ч.

Коэффициент теплопроводности можно подсчитать ориентировочно по относительной плотности материала, пользуясь эмпирической формулой В.П. Некрасова:

(1.16)

где: d– относительная плотность материала.

Теплопроводность материалов учитывается при теплотехнических расчетах толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при определении требуемой толщины тепловой изоляции горячих поверхностей и холодильников. Она связана с термическим сопротивлением слоя материала R (м²∙⁰С/Вт), которое определяется по формуле:

R=δ/λ (1.17)

где: δ– толщина слоя, м; λ – теплопроводность слоя материала, Вт/(м∙⁰С).