Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

STROITEL_NOE_MATERIALOVEDENIE_RYB_EV

.pdf
Скачиваний:
48
Добавлен:
01.05.2015
Размер:
7.29 Mб
Скачать

Таблица 3.1. Физико-механические свойства некоторых материалов

Наименование

Предел

Истинная

Средняя

Теплопро-

прочности при

плотность,

плотность,

водность,

материала

сжатии, МПа

кг/м3

кг/м3

Вт/(мС)

Гранит

150—250

2600—2800

2500—2700

2,9-3,3

 

 

 

 

 

Известняк плотный

50—150

2400—2600

1800—2200

0,8—1,0

 

 

 

 

 

Известняк-

0,5—5

2300—2400

900—1400

0,3—0,6

ракушечник

 

 

 

 

Кирпич керамический

10—20

2600—2700

1700—2000

0,8—0,9

 

 

 

 

 

Кирпич силикатный

10—20

2400—2550

1700—1900

 

 

 

 

 

Бетон тяжелый

10—60

2500—2600

1800—2500

1,1—1,6

 

 

 

 

 

Бетон легкий

2—15

500—1800

0,35—0,8

 

 

 

 

 

Древесина сосновая

30—60

1550-1600

500—600

0,15—0,2

 

 

 

 

 

Сталь Ст.З (при

380-450

7800—7900

7800—7900

58

растя-жен.)

 

 

 

 

Пластмассы

120—200

1000—2200

100—1200

0,23—0,80

 

 

 

 

 

Портландцемент,

300—600

3000—3200

Насыпная

,кг/см2 (марка)

 

 

плотность

 

 

 

 

1200—1300

 

Вцелом упомянутые выше характеристики прочности по своей сущности относятся к условным по двум причинам. Во-первых, они не учитывают фактора времени, что с некоторым приближением можно допустить только в отношении хрупких материалов. Во- вторых, приборы, размеры и форма образцов, скорость приложения нагрузки на прессе и другие исходные параметры методов испытания материала на прочность приняты условными. Поэтому материал может иметь различную величину показателя прочности в зависимости от размера образца, скорости приложения нагрузки и конструкции прибора, на котором испытывались образцы. Например, чем меньше размеры «кубика», больше скорость приложения нагрузки (или скорости деформации), тем выше получаемая величина предела прочности при испытании на сжатие.

Вупругой области деформаций действует закон Гука: σ = Е·ε, где σ напряжение, МПа; ε относительная упругая деформация; Е модуль упругости материала, МПа. Если относительная деформация ε, выражающая отношение прироста деформации l к перво- начальной длине образца l, т. е. l /l окажется равным единице (ε = 1), то Е = σ. Отсюда следует, что модуль упругости по своему физическому смыслу численно равен напряжению, которое потребовалось приложить к материалу (образцу), чтобы вызвать относительную деформацию ε = 1 (что возможно, когда приращение l = l) , т. е. когда было удвоение длины образца при условии сохранности упругих свойств материала. В реальных строительных материалах (кроме резины) величина упругой деформации всегда гораздо меньше, составляя у стали 1—1,5 %, а у хрупких она и вовсе приближается к нулю.

Численные значения величины модуля упругости и прочности определяют как с разрушением образцов, например при испытании под прессом, так и неразрушающими (адеструктивными) методами. Распространены следующие адеструктивные методы их измерения: акустические, магнитные и электромагнитные, механические, ра- диометрические, рентгеновские и электрические. Они основаны на прямых и обратных закономерностях между физическими значениями, получаемыми при испытании неразрушающим прибором, и традиционными показателями свойств. Зависимости выражаются в виде формул, таблиц, тарировочных графиков. Измерения становятся более эффективными при комплексном использовании адест-руктивных методов измерения с получением двух или нескольких физических характеристик.

61

К комплексным методам относится совместное применение механического и ультразвукового методов или радиометрического и ультразвукового и других для определения предела прочности и модуля упругости, контроля качества и дефектоскопии, однородности по различным показателям (прочности, влажности, толщине защитного слоя и др.). Эти методы весьма эффективны при контроле за сохранением оптимальности структуры материалов и изделий по однородности, минимуму дефектов, плотности, континуальности пространственной сетки вяжущего вещества или жидкостной оболочки свежеизготовленного монолита, минимального количества вяжущего вещества или другим обязательным ее параметрам. В частности, набору параметров оптимальной струк- туры соответствует наиболее широкий спектр частот ультразвукового сигнала, а также наибольшая амплитудная характеристика.

Альтернативой условным методам определения прочности имеются инвариантные, независимые от обстановки опыта. К инвариантным характеристикам прочности относятся предельное напряжение сдвига (Рк), структурная вязкость и другие, определяемые с помощью построения реологических кривых по данным измерений на вискозиметрах, пластометрах и других приборах. Принцип действия таких приборов основан на истечении массы через капилляр заданного диаметра или на погружении в вещество металлического конуса, шара или других тел. При испытаниях осуществляется чистый и однородный сдвиг частиц вещества относительно друг друга в плоскостных или цилиндрических (коаксиальных) приборах (вискозиметрах) и достаточно четко устанавливается, что прочностные характеристики существенно зависят от продолжительности действия механического усилия, являются типичными кинетическими величинами.

Кроме прочности технической или реальной, определяемой с помощью условных или инвариантных приборов, существует прочность, определяемая вычислением и поэтому называемая теоретической. Простейший метод оценки теоретической прочности твердых тел был, в свое время, предложен Поляки. Так, если для разрыва стержня сечением 1 м2 потребовалось приложить напряжение сто, а атомные плоскости при этом удалились друг от друга на величину а, адекватную порядку параметра кристаллической решетки, то работа выразилась как σ0·а. При разрыве образовались две новых поверхности площадью 2 м2, а затраченная работа перешла в свободную поверхностную энергию. Последнюю можно обозначить как g и выразить в Дж/м2. Следовательно, σ0·а = 2%. Отсюда искомая теоретическая прочность σ0 = 2g/а.

Существуют и другие методы определения теоретической прочности хрупких твердых тел, например по теплоте сублимации (переходе вещества из твердого состояния в газообразное без превращения в жидкость); по методу ПоляниОрована (из сил молекулярного взаимодействия) и др. Установлено, что независимо от метода вычисления результаты дают близкие значения теоретической прочности для твердых тел: σ0 0,1Е. Учитывая высокие значения модуля упругости (табл. 3.2), становится очевидным, что теоретическая прочность твердых тел и кристаллов также очень велика. Что же касается технической (реальной) прочности, то она в 100—1000 раз, т. е. на два-три десятичных порядка, ниже теоретической прочности (см. табл. 3.2). Большое различие между теоретической и реальной прочностью материалов объясняется дефектностью микро- структуры, т. е. наличием микротрещин, пор и т. п. Чем крупнее образцы твердых тел, принятых для испытания, тем больше концентрируется в них дефектов, а поэтому их реальная прочность ниже, т. е. действует обратная зависимость прочности от размера изделий (масштабного фактора).

Таблица 3.2. Свойства некоторых металлических и неметаллических материалов

 

Модуль

Теоретическая

 

Техническая

 

Отношение

Вещество

упругости Е,

прочность σ0,

10-7

прочность

στ,

 

10-7 Па

Па

 

10-7 Па

 

σ0/στ

62

Алюминий катаный

6000

600

9

65

Медь прокатная

12000

1200

23

50

Железоуглеродистая

21000

2100

30

70

сталь

 

 

 

 

Стекло

8000

800

8

100

Дерево вдоль волокон

1100

110

12

9

Полистирол

300

30

3

10

 

 

 

 

 

Наиболее обстоятельно метод расчета реальной (технической) прочности хрупких твердых тел исследовал Гриффите. Им предложена формула для расчета этой прочности материала, имеющего микротрещину:

σ p

=

2g E

β

g E

, (3.1)

 

 

 

 

l

l

где g и Е соответственно свободная поверхностная энергия образца и модуль упругости материала, l длина поперечной микротрещины в образце, составляющая обычно к моменту разрушения образца несколько микрон или более; β числовой коэффициент, зависящий от вязкости и характера материала: наличия кристаллической и аморфной фаз, их количественного соотношения, дефектов в кристаллической решетке (вакансий, дислокации), микропор в аморфной части структуры.

Следует отметить, что прочность больше, чем некоторые другие свойства материала, проявляет чувствительность к явлениям и процессам формирования и изменения структуры, особенно кристаллической. Прочность является структурно-чувствительным свойством, поэтому ее можно изменять в необходимом направлении путем соответствующих корректив структуры на микро- или макроуровне; уменьшения дефектов; введения добавок, например кристаллических затравок; повышения дисперсности новообразующихся фаз; оптимизации структуры, изменения пористости и размера пор и др.

Дополнительными характеристиками механических свойств материалов служат твердость, истираемость, ударная вязкость. Твердость выражает способность материала сопротивляться проникновению в него более твердых тел, например при испытании на склерометрах путем вдавливания стального шарика или стального конуса, царапании резцом, сверлении, ударе молотком, пулевом вы стреле и пр. Эти испытания дают условные значения твердости либо только качественные, например по следу царапания, либо также и количественные по глубине или площади отпечатка с учетом при- ложенной нагрузки. Нередко стремятся перейти от полученного значения твердости к величине прочности. Устанавливаемые отношения между твердостью и прочностью тем менее точны, чем пластичнее материал. Только у хрупких тел царапание можно более или менее надежно сравнивать с прочностью, поскольку оба этих свойства обусловлены в основном сцеплением между микрочастицами материала.

Нередко о твердости судят также по потере массы образцов при истирании на металлических кругах с добавлением абразивных порошков.

Более сложным свойством, включающим прочность и твердость, служит износ. Об износостойкости материала судят по испытанию пробы определенной массы во вращающемся барабане с металлическими шарами или без шаров, в течение определенного периода времени или определенной частоты вращения. Чем больше измельчается проба, тем, следовательно, и больше ее износ (в %).

Ударная вязкость характеризует способность материала сопротивляться сосредоточенным ударным нагрузкам и определяется количеством работы, затрачиваемой на излом образца в фиксированном с помощью насечки месте. Работа, отнесенная к

63

площади поперечника образца, характеризует единичную ударную работу на излом, называемую удельной ударной вязкостью. Она имеет практическое значение при оценке качества металлов, асбестоцементных изделий, например кровельных листов и плит.

64

3.1.2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Строительные материалы обладают комплексом физических свойств, т. е. способностью реагировать на воздействие физических факторов гравитационных, тепловых, водной среды, акустических, электрических, излучения (ядерного, рентгеновского и др.). Ниже рассмотрены некоторые свойства, методы и приборы для их оценки в числовых показателях.

Средняя плотность характеризует массу единицы объема материала в естественном состоянии (вместе с порами). Эта важная физическая характеристика определяется путем деления массы т образца на его объем УО и выражается ρ0 = m/ν0 в г/см3, кг/м3 или кг/дм3. Для точного измерения объема удобнее принимать образцы правильной геометрической формы, хотя имеются несложные приемы измерения объема образцов и неправильной формы. При влажных образцах отмечается величина влажности, при которой опреде- лялась средняя плотность.

Среднюю плотность рыхлых материалов, например песка, щебня, гравия, называют насыпной плотностью. В ее величине отражается влияние не только пор в каждом зерне или куске, но и межзерновых пустот в рыхлом насыпанном объеме материала.

Истинная плотность масса единицы объема однородного материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без учета пор, трещин или других полостей, присущих материалу в его обычном состоянии. Определяется как отношение массы т материала, выраженной в г или кг, к объему V его в абсолютно плотном состоянии: ρ = m/ν. Размерность истинной плотности г/см3, кг/м3.

Величина ρ, как правило, больше ρ0, так как подавляющее количество материалов содержат поры, трещины, каверны.

Пористость степень заполнения объема материала порами: определяют ее по формуле

П = [(ρ ρ0)100]/ρ (в %).

Если требуется выяснить, являются ли поры замкнутыми или сквозными, как распределены они в объеме материала по своим размерам, какое имеется реальное соотношение пор разных диаметров, тогда производят дополнительные исследования с применением специальных методов: сорбционного, ртутной порометрии, капиллярного всасывания и др.

Величина пористости и размер пор в значительной мере влияют на прочность материала. При одном и том же веществе строительный материал тем слабее сопротивляется механическим силам, усилиям другого происхождения (тепловым, усадочным и др.), чем больше пор в его объеме. Для некоторых разновидностей материалов существуют ярко выраженные зависимости. Так, например, чем меньше средняя плотность (больше пористость), тем меньше прочность материала. В самом общем виде зависимость прочности от пористости выражена формулой: Rn = R0(1—АП), где Rn и R0 -прочности соответственно пористого и беспористого материала; А коэффициент структуры, отражающий ее пористость; П общая пористость материала (вещества) в долях единицы. Наименьшее значение коэффициента А = 1,0—1,1 соответствует оптимальным структурам с содержанием пор П до 0,02—0,03. Формула показывает возможность приближения значений Rn и R0 путем изменения структуры материала (вещества).

Известны многочисленные эмпирические формулы, полученные 13 опытных данных применительно к различным материалам, в той или иной мере воспроизводящие указанную выше зависимость Rn = f(П). Опытные данные показывают, что при увеличении пористости от нуля до 20 % прочность снижается почти линейно. Впрочем возможны и «аномалии», особенно среди обжиговых ИСК, когда прочность повышается с повышением пористости, например при обжиге шпинелидных огнеупоров.

От пористости зависят и другие качественные характеристики, например способность проводить теплоту и звук, поглощать воду. От пор отличаются полости в структуре, именуемые пустотами. Они значительно крупнее пор, отчетливо видны и расположены

65

между зернами насыпного материала. В отличие от пор вода в пустотах, особенно в широкополостных, не задерживается.

На величину прочности влияют и размеры пор. Она возрастает с уменьшением размера пор. Мелкозернистые материалы и, следовательно, мелкопористые, имеют повышенную прочность по сравнению с крупнозернистыми. При этом в меньшей мере снижают проч- ность закрытые поры, а не открытые, сквозные, обычно по своей форме остроконечные. Имеет значение и местоположение пор. В крупных зернах заполнителя они для прочности менее опасны по сравнению с порами в вяжущей, матричной части конгломерата или расположенными в пограничных зонах, нередко именуемыми как структурные поры материала. Прочность зависит также от прочности связующей фазы и межфазовой адгезии.

При воздействии статических или циклических тепловых факторов материал характеризуется теплопроводностью, теплоемкостью, температуроустойчивостью, огнестойкостью и другими теплофизическими свойствами.

Теплопроводность способность материала проводить через свою толщу тепловой поток, возникающий под влиянием разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Это свойство характеризуется теплопроводностью X, которая показывает количество теплоты, проходящее через плоскую стенку толщиной 1 м и площадью 1 м2 при перепаде температур на противоположных поверхностях в С в течение 1 ч. Величина λ имеет размерность Вт/(м·К) и может служить убедительной сравнительной характеристикой при оценке теплозащитных свойств различных изотропных материалов в одномерном температурном поле. Она зависит, главным образом, от пористости материала: содержащийся в порах воздух, особенно в замкнутых порах, является малотеплрпроводной средой. Воздух при атмосферном давлении и температуре +20°С имеет теплопроводность λ = 0,023 Вт/(м·К), а при температуре +100°С

— 0,0306 Вт/(м·К), при 1000°С — 0,0788 Вт/(м·К).

Сповышением температуры теплопроводность большинства строительных материалов увеличивается, что объясняется повышением кинематической энергии молекул,

слагающих вещество материала: λt = λ0 (1 + βt), где λt и λ0 теплопроводность соответственно при температурах t и С; β температурный коэффициент, который показывает величину приращения коэффициента теплопроводности материала при повышении температуры на С; t -температура материала, °С. Эта формула справедлива

только при температурах не выше t = 100°С; при более высоких значениях t величину λt определяют опытным путем.

Сувлажнением теплопроводность материала возрастает, так как теплопроводность воды при 20°С равна 0,590 Вт/(м·К), а при 100°С — 0,656 Вт/(м·К). Если в порах вода замерзает, то теплопроводность материала еще больше увеличивается, поскольку лед имеет λ = 2,1, т. е. в 4 раза больше, чем вода. В справочной литературе приводятся значения λ различных строительных материалов в сухом состоянии при 20°С; они используются при тепловых расчетах, и для решения практических задач. В качестве примеров следует отметить, что гранит имеет теплопроводность 3,2—3,5, а кирпич керамический 0,80—0,85; бетон тяжелый 1,0—1,5; минеральная вата, применяемая как утеплитель, — 0,06—0,09; мипора — 0,04— 0,05 Вт/(м·К) и т. д. Следует отметить, что упомянутые материалы являются гетерогенными системами и в их отношении удобнее для практики квалифицировать так называемую эффективную теплопроводность. Она слагается из процессов передачи теплоты через конденсированные (твердые) фазы, поры (газы) и границы пор с твердым веществом. Эффективная теплопроводность твердых тел равна сумме этих процессов, определяемых экспериментально.

Теплоемкость характеризует способность материала аккумулировать теплоту при нагревании, причем с повышением теплоемкости больше может выделяться теплоты при охлаждении материала. Температура в комнате, например, может сохраняться устойчивой более длительный период при повышенной теплоемкости использованных материалов для

66

пола, стен, перегородок и других частей помещения, поглощающих теплоту в период действия отопительной системы. Это свойство материала оценивается с помощью так называемой удельной теплоемкости, которая показывает количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг материала на С. Различают истинную теплоемкость при данной температуре и среднюю в интервале температур. Удельную теплоемкость С иначе называют коэффициентом теплоемкости и численно определяют из выражения

Q

C = m(t2 t1 ), (3.2)

где Q количество теплоты, затраченное на нагревание материала; т масса материала, кг; t2 – t1 разность температур материала до и после нагревания, °С. Ее размерность Дж/(кг·К).

Коэффициент теплоемкости воды равен 4,2·103 Дж/(кг·К). Строительные материалы в сухом состоянии имеют более низкие значения этого коэффициента, например, каменные материалы (естественные или искусственные) — от 0,75·103 до 0,94·103, лесные материалы от 2,42·103 до 2,75·103 Дж/(кг·К), сталь — 0,5·103 Дж/(кг-К) и т. п. С увлажнением материала коэффициенты теплоемкости возрастают, вместе с тем возрастают и значения теплопроводности. Иногда требуется знать величину удельной объемной теплоемкости, например при расчете размеров печи. Под этой характеристикой понимается количество теплоты, необходимое для нагревания 1 м3 материала на С.

Показатели теплопроводности и теплоемкости позволяют определять величину так называемого коэффициента теплоусвоения, характеризующего способность материала воспринимать теплоту при колебаниях температуры окружающей среды. В формулу для подсчета коэффициента теплоусвоения кроме упомянутых двух тепло-физических значений входят также величины средней плотности и периода колебания температуры.

Огнестойкость характеризует способность строительных материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур в течение сравнительно короткого промежутка времени (пожара). В зависимости от степени огнестойкости строительные материалы разделяют на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы в условиях высоких температур не подвержены воспламенению, тлению или обугливанию. При этом некоторые материалы почти не деформируются (кирпич, черепица), другие могут сильно деформироваться (сталь) или разрушаться, растрескиваться (природные камни, например, гранит), особенно при одновременном воздействии воды, применяемой при тушении пожаров. Трудносгораемые материалы под воздействием высоких температур тлеют и обугливаются, но при удалении огня процессы горения, тления или обугливания полностью прекращаются. К таким материалам относятся фибролит, гидроизол, асфальтовый бетон и др. Сгораемые материалы воспламеняются и горят или тлеют под воздействием огня или высокой температуры, причем горение или тление про- должается также после удаления источника огня. Среди них древесина, войлок, битумы, смолы и др.

Если источник высокой температуры (выше 1580°С) действует на материал в течение длительного периода времени (соприкосновение с печами, трубами, нагревательными котлами и т. п.), а материал сохраняет необходимые технические свойства и не размягчается, то его относят к огнеупорным. Огнеупорными являются шамот, динас, магнезитовый кирпич и другие материалы, применяемые для внутренней футеровки (облицовки) металлургических и промышленных печей.

Материалы, способные длительное время выдерживать воздействие высоких температур (до 1000°С) без потери или только с частичной потерей прочности, относят к жаростойким, например, жаростойкий бетон, керамический кирпич, огнеупорные материалы и др.

67

Температуростойкость или термостойкость способность выдерживать чередование (циклы) резких тепловых изменений, нередко с переходом от высоких положительных к низким отрицательным температурам. Это свойство материала зависит от степени его однородности и способности каждого компонента к тепловым расширениям. Последняя характеризуется коэффициентом теплового расширения линейным или объемным. Линейный коэффициент показывает удлинение 1 м материала при нагревании его на С, а объемный характеризует увеличение объема 1 м3 материала при нагревании его на С. Чем меньше эти коэффициенты и выше однородность материала, тем выше Температуростойкость, большее количество циклов резких смен температуры материал может выдержать без нарушения сплошности. Для цементного бетона линейный коэффициент теплового расширения равен (10—14) ·10-6, для древесины вдоль волокон (3—5) ·10-6, для стали (11—12) ·10-6. Термическое расширение является упругим, и оно полностью обратимо. В основе возможного разрушения структуры лежат явления, под влиянием которых в материале возникают напряжения. Они возникают либо вследствие градиента температур, либо под влиянием изотропии теплового коэффициента линейного расширения. В обоих случаях возникновение и развитие напряжений связано с отсутствием условий для свободного изменения объема материала в элементах конструкции.

Отношение материала к статическим или циклическим воздействиям воды или пара характеризуется величинами водопоглощаемости, гигроскопичности, водопроницаемости, паропроницаемости, водостойкости. Эти важные физические свойства учитывают при работе материалов в условиях воздействия водно-паровой среды.

Водопоглощаемостъ способность материала впитывать и удерживать воду. Процесс впитывания воды в поры называется водопоглощением и в лабораторных условиях проходит при нормальном атмосферном давлении. Образец постепенно погружают в воду или полного водопоглощения достигают кипячением его в воде, если температура 100°С не влияет на состав и структуру материала. Выдерживают образцы в воде в течение определенного срока или до постоянной массы.

Величина водопоглощаемости1 определяется по массе: В = (M2 – M1)·100/M1, %, или по объему: В0 = (M2 – M1)·100/ν, где M1 масса до водопоглощения; М2 масса после водопоглощения; ν объем образца. Водопоглощаемость меньше пористости, так как не все поры заполняются водой и удерживают ее.

Сходная величина водонасыщаемости определяется после насыщения материала (образца) водой под давлением 0,2—0,3 МПа или 0,1 МПа при условии, что в порах был предварительно создан вакуум с помощью специального вакуум-насоса. Водонасыщаемость всегда больше водопоглощаемости, так как при принудительном про- питывании под давлением заполняются не только крупные, но и тонкие поры и капилляры, недоступные воде при обычном процессе водопоглощения.

Гигроскопичностью называется способность материала поглощать влагу из влажного воздуха или парогазовой смеси. Степень поглощения воды или паров, которые частично конденсируются в порах и капиллярах материала, зависит от относительной влажности и температуры воздуха, парциального давления смеси. С увеличением относительной влажности и со снижением температуры воздуха гигроскопичность повышается.

За характеристику гигроскопичности принята величина отношения массы поглощенной влаги при относительной влажности воздуха 100 % и температуре +20°С к массе сухого материала.

Влагоотдачей называют способность материала отдавать влагу в окружающую среду. Она измеряется количеством воды, которое материал теряет в сутки при относительной влажности воздуха 60 % и температуре +20°С. Влага, находящаяся в тонких порах и

1 Нередко величину водопоглощаемости называют водопоглощением хотя этот термин характеризует процесс поглощения воды материалом и не относится к свойству материала.

68

капиллярах, удерживается весьма прочно, особенно адсорбционно-пленоч-ная влага, что способствует ускоренному передвижению поглощаемой воды по сообщающимся порам в материале. Если между влажностью окружающей среды воздуха и влажностью материала устанавливается равновесие, то отсутствуют гигроскопичность и влагоотдача, а состояние принято именовать воздушно-сухим.

Водопроницаемость способность материала пропускать через себя воду под давлением. Характеристикой водопроницаемости служит количество воды, прошедшее в течение 1 ч через 1 см2 поверхности материала при заданном давлении воды. Иногда она также характеризуется периодом времени, по истечении которого появляются первые признаки просачивания воды под определенным давлением через образец испытуемого материала. Давление воды устанавливается стандартом в зависимости от вида материала. Пара- и газопроницаемость оценивается с помощью особых коэффициентов, сходных между собой. Они равны количеству водяного пара (или воздуха), которое проходит через слой материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 ч при разности давлений 10 Па. Водостойкость способность материала сохранять в той или иной мере свои прочностные свойства при увлажнении. Числовой характеристикой водостойкости служит отношение предела прочности при сжатии материала в насыщенном водой состоянии (RB) к пределу прочности при сжатии в сухом состоянии (Rсух). Это отношение принято называть коэффициентом размягчения (Крым). К водостойким относятся строительные материалы, коэффициент размягчения которых больше 0,8, например гранит, бетон, асбестоцемент и др. Эти материалы можно применять в сырых местах без специальных мер по защите их от увлажнения. На стабильность структуры и свойств материала заметное влияние оказывает попеременное увлажнение и просыхание. Некоторые материалы принято проверять на водостойкость путем циклического насыщения образцов водой и их высушивания.

В жестких условиях находится тот материал, который увлажняется при резких температурных перепадах. Вода, поглощенная материалом, особенно порами в поверхностном слое, замерзает при переходе через нулевую температуру с расширением на 8,5%. Ритмично чередующаяся кристаллизация льда в порах с последующим оттаиванием приводит к дополнительным внутренним напряжениям. Могут возникнуть микро- и макротрещины со снижением прочности, с возможным разрушением структуры. Способность материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное (циклическое) замораживание и оттаивание без значительных технических повреждений и ухудшения свойств, называется морозостойкостью. Установлены нормативные пределы допустимого снижения прочности или уменьшения массы образцов после испытания материала на морозостойкость при определенном количестве циклов замораживания и оттаивания. Некоторые материалы, например бетон, маркируют по морозостойкости в зависимости от количества циклов испытания, которые они выдерживают без видимых признаков разрушения. Обычно образцы, насыщенные водой, замораживают в специальных морозильных камерах при температуре -17°С, а оттаивание организуют в воде, имеющей комнатную температуру. Продолжительность одного цикла составляет одни сутки. Многие материалы выдерживают 200—300 и более циклов. Могут применяться и ускоренные методы испытания на морозостойкость. В частности, к ним относится испытание на сохранность в солевых растворах при чередующейся кристаллизации соли в порах материала. В отношении некоторых материалов, например природного камня, о морозостойкости судят по величине коэффициента размягчения. Принято считать, что если коэффициент размягчения не ниже 0,9, то данный материал обладает достаточной морозостойкостью.

К физическим свойствам относятся также звукопоглощаемость, поглощаемость ядерных излучений и рентгеновских лучей, электропроводность, светопроницаемость и др. С помощью испытания соответствующих образцов определяют числовые характеристики этих свойств материала и сравнивают с допустимыми по нормам.

69

Химические свойства выражают способность и степень активности материала к химическому взаимодействию с реагентами внешней среды и, кроме того, способность сохранять постоянным состав и структуру материала в условиях инертной окружающей среды. Большинство строительных материалов проявляют активность при взаимодействии

скислотами, щелочами, агрессивными газами и другими средами. Кроме того, некоторые материалы проявляют склонность к самопроизвольным внутренним химическим изменениям в условиях инертной среды, что отражает неустановившееся равновесие внутренних химических связей. Постепенное или быстрое изменение структуры и ее разрушение под влиянием агрессивных химических и электрохимических процессов в материале называют коррозией.

Нередко изучается биохимическая стойкость материала против воздействия грибов, прорастания растений, порчи насекомыми, жучками-точильщиками. Часто изучают физико-химические свойства, выражающие способность веществ раскрывать межмолекулярные связи под влиянием физических явлений, особенно в поверхностных слоях, обладающих повышенной энергией.

К основным методам изучения физико-химических свойств материалов относятся определение: удельной поверхности порошкообразных материалов (наполнителей, цементов, пигментов и др.); гидрофобности неорганических порошков; величины поверхностного натяжения; размера и количества пор в материале, в частности, с применением сорбционных методов и др.; способности адсорбентов (порошкообразных веществ разной активности) поглощать и удерживать (физическим и химическим путем) жидкостные слои в тонкопленочном состоянии и др. Для реализации такого рода методов

сполучением требуемых физико-химических характеристик материала используют приборы и аппараты, описываемые, как и сущность методов, в физической химии. К основным направлениям этой важнейшей науки относятся: изучение строения веществ и их свойств в различных агрегатных состояниях, изучение химической термодинамики, равновесных состояний, кинетики химических реакций.

Комплексной характеристикой способности материала сопротивляться одновременному или поочередному (в разной последовательности) воздействию механических, физических, химических и физико-химических факторов служит долговечность. О долговечности, измеряемой в единицах времени, судят или по ухудшению качества до определенного (критического) предела, или по изменению главных (ключевых) структурных элементов и тоже до определенных пределов (см. 4.2).

70

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]