Классификация основных свойств строительных материалов

Основные свойства строительных материалов можно классифицировать на следующие группы:

Первая группа – физические свойства: объемная масса, плотность, пористость, гигроскопичность, водопоглащение

Вторая группа – механические свойства: прочность, твердость, пластичность, упругость

Третья группа – свойства, характеризующие отношение материалов к действию тепла: теплопроводность, теплоемкость, огнеупорность, морозостойкость

Четвертая группа – свойства, характеризующие поведение материалов в условиях пожара: критическая температура, горючесть, воспламеняемость и т.д.

Физические свойства.

К физическим свойствам относятся весовые характеристики материала, его плотность, проницаемость для жидкостей, газов, тепла, радиоактивных излучений, а также способность материала сопротивляться агрессивному действию внешней эксплуатационной среды.

Под истинной плотностью понимают массу единицы объема абсолютно плотного материала:

где, m - масса материала, кг; V - объем материала в плотном состоянии, м³.

Под средней плотностью понимают массу единицы объема материала в естественном состоянии (с пустотами и порами):

Средняя плотность одного и того же вида материала может быть разной в зависимости от пористости и пустотности.

Сыпучие материалы (песок, щебень, цемент и др.) характеризуются насыпной плотностью – отношением массы зернистых и порошкообразных материалов ко всему занимаемому ими объему, включая и пространство между частицами. От плотности материала зависят его технические свойства, например, прочность, теплопроводность. Плотность зависит от пористости и влажности материала. С увеличением влажности плотность материала увеличивается.

Таблица 1.1

Плотность некоторых строительных материалов

Материал	Средняя плотность 0, кг/м3	Истинная плотность , кг/м3	Пористость П, %
Пенополистирол	15-20	1050	86…81
Древесина:	-	1550	-
Сосна	400-600	-	74-61
Дуб	700-900	-	55-42
Бетоны:		не более 3000
Ячеистые	500-1200		84-60
Легкие	500-1800		84-40
Тяжелые	1800-2500		40-17
Асбестоцемент	1400-2200	2750	25-40
Красный кирпич	1600-1900	2500	36-24
Стекло оконное	2500	до 2500	0
Металлы:
Сталь Ст3	7800	7800	0
Алюминиевые сплавы	не более 2850	не более 2850	0

Пористостью (%) материала называют степень заполнения его объема порами:

Поры – мелкие ячейки в материале, заполненные воздухом или водой. Поры бывают открытые и закрытые, мелкие и крупные. По величине пористости можно судить приближенно, судить о других важных свойствах материала: плотности, прочности, водопоглощении, долговечности и др.

Пустотность - количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпанного материала (песка, щебня и т.п.) или имеющихся в некоторых изделиях.

Некоторые материалы способны поглощать воду при увлажнении и отдавать ее при высушивании. Насыщение материала водой может происходить при на него воды в жидком состоянии или в виде пара. В связи с этим соответственно различают два свойства материала: гигроскопичность и водопоглощение.

Гигроскопичность - свойство материала поглощать водяные пары и воздуха и удерживать их. Она зависит от температуры воздуха, его относительной влажности, вида, количества и размера пор, а также от природы вещества.

Водопоглащение - способность материала впитывать и удерживать воду. Характеризуется оно количеством воды, поглощаемой сухим материалом, погруженным полностью в воду, и выражается в процентах от массы.

Отношение предела прочности при сжатии материала, насыщенного водой (R нас.) к пределу прочности при сжатии материала в сухом состоянии (R сух.) называется коэффициентом размягчения:

Этот коэффициент характеризует водостойкость материала. Для легкоразмокаемых материалов (глина) k =0, для материалов (металл, стекло), которые полностью сохраняют свою прочность при действии воды, k =1. Материалы с k > 0,8 относят к водостойким; материалы с k < 0,8 в местах, подверженных систематическому увлажнению, применять не разрешается.

Влагоотдача - способность материала отдавать влагу.

Воздухостойкость - способность материала длительно выдерживать многократное систематическое увлажнение и высушивание без значительных деформаций и потери механической прочности.

Водопроницаемость - способность материала пропускать воду под давлением. Водопроницаемость характеризуется количеством воды, прошедшей в течении 1ч через 1 м² площади испытуемого материала при давлении 1 МПа. Плотные материалы (сталь, стекло) водонепроницаемы.

Механические свойства.

Механические свойства характеризуются способностью материала сопротивляться сжатию, растяжению, удару, вдавливанию в него постороннего тела и другим видам воздействий на материал с приложением силы.

Прочность - свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузки. Материалы, находясь в сооружении, мо­гут испытывать различные нагрузки - сжатие, растяже­ние, изгиб, удар.

Прочность строительных материалов характеризу­ется пределом прочности. Пределом прочности (Па) называют напряжение, соответствующее нагрузке, вы­зывающей разрушение образца материала:

R=N/A,

где N – разрушающая сила, H; A – площадь попереч­ного сечения образца до испытания, м².

Твердость - способность материала сопротив­ляться проникновению в него другого более твердого тела. Это свойство важно при обработке, а также при использовании его для полов, дорожных покрытий.

Деформация – изменение размеров и формы мате­риалов под нагрузкой.

Упругость – свойство материала восстанавливать после снятия нагрузки свою первоначальную форму и размеры.

Пластичность – свойство материала изменять свою форму под нагрузкой без появления трещин и со­хранять эту форму после снятия нагрузки. Все мате­риалы делятся на пластичные и хрупкие. Хрупкие ма­териалы разрушаются внезапно без значительной де­формации. Хруп­кие материалы хорошо сопротивля­ются только сжатию и плохо – растяжению, изгибу, удару.

Таблица 1.2

Прочность некоторых строительных материалов

Материал	Предел прочности, МПа
	при сжатии Rc	при растяжении Rt	при изгибе Rw
Торфоплаты	0,5	-	0,25-0,28
Бетон обыкновенный	5-30	0,6-2	-
Бетон высокопрочный	40-80	2,5-7	-
Кирпич глиняный	7,5-30	-	1,5-3,5
Древесина (усредненные данные)
Вдоль волокон	50	130	100
Поперек волокон	6,5	6,5	75
Стеклопластик СВАМ	420	450-470	410-460
Гранит	100-120	2-4,4	-
Сталь	380-450	380-450	-

Свойства, характеризующие отношение материалов к действию тепла.

Теплопроводность – способность материала пропускать тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на поверхности образца (изделия).

Коэффициент теплопроводности  однородного материала равен количеству тепла в Дж, проходящему через стенку из данного материла толщиной в 1 м, площадью в 1 м² за время 1 с, при разности температур на противоположных поверхностях стены в 1 К.

 зависит от многих факторов:

• химического состава;

• структуры (пористости);

• температуры;

• влажности материала.

С ростом температуры  изменяется (для большинства материалов).

_t = ₀  _t

₀ - при 0С; t – температура материала, С

Таблица 1.3

Теплопроводность некоторых строительных материалов

Наименование материала	Теплопроводность Вт / (м С)	Наименование материала	Теплопроводность Вт / (м С)
Сталь	58	Вода	0,59
Гранит	2,9...3,3	Бетон легкий	0,35...0,8
Бетон тяжелый	1,0...1,6	Бетон теплоизоляционный	0,08...0,3
Кирпич керамический	0,8...0,9	Газостекло	0,06...0,08

Теплоемкость – способность материала поглощать при нагревании определенное количество тепла.

С – удельная теплоемкость (коэффициент теплоемкости) – это количество теплоты в Дж, необходимое для нагревания 1 кг материала на 1 К.

При увеличении температуры (для большинства материалов):

С_t=C₀+_Ct

С₀– при 0С,t– температура материала,С

Таблица 1.4

Теплоемкость некоторых строительных материалов

Материал	С, кДж/кгК
Воздух	0,97
Дерево	2,51
Кирпич	0,8
Вода	4,2
Тяжелый бетон	0,8
Сталь	0,42
Гранит	0,8

Важным теплофизическим свойством материалов является коэффициент температуропровод­ности, характеризующий скорость изменения температуры в материале:

Т.к. l, С – зависят от температуры, то a также изменяется с увеличением температуры.

Для тяжелого бетона a с ростом температуры уменьшается.

Для тяжелого бетона класса В55 при t=450С - a = 1,3  10^-3 м²/с.

Для упрощения расчета прогрева бетона, используют постоянный приведенный коэффициент температуропроводности a_red, вычисленный при t=450С и учитывающий влияние влажности на скорость прогрева (будет применятся в расчета при дальнейшем изучении дисциплины).

Морозостойкость - способность материала насыщенного водой выдерживать многократное попеременнное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.

Огнеупорность - свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур не деформируясь и не расплавляясь. Материалы по степени огнеупорности подразделяют на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие.

Свойства, характеризующие поведение материалов в условиях пожара.

Согласно СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружении», материалы подразделяют на горючие и негорючие.

Для негорючих строительных материалов другие показатели пожарной опасности не определяются и не нормируются.

Горючие строительные материалы подразделяются на четыре группы по горючести:

• Г1 (слабогорючие);

• Г2 (умеренногорючие);

• Г3 (нормальногорючие);

• Г4 (сильногорючие).

Горючесть и группы строительных материалов по горючести устанавливают по ГОСТ 30244 – 94.

Горючие строительные материалы по воспламеняемости подразделяются на три группы:

• В1 (трудновоспламеняемые);

• В2 (умеренновоспламеняемые);

• В3 (легковоспламеняемые).