- •Министерство образования и науки украины
- •Общие свойства строительных материалов
- •Характеристика структуры строительных материалов
- •1.2. Эксплуатационно-технические свойства
- •Физические свойства
- •Свойства материалов при действии воды (гидрофизические свойства)
- •Теплофизические свойства строительных материалов
- •1.6. Механические свойства строительных материалов
- •2. Эстетические (художественно-декоративные) свойства
- •Лабораторная работа№1 Тема: природные каменные материалы
- •Лабораторная работа №2 Тема: определение плотности и пористости строительных материалов
- •Лабораторная работа № 3 Тема: определение бодопоглощения, водостойкости и прочностных свойств строительных материалов
- •Лабораторная работа №4 Тема: изучение свойств строительного гипса
- •Лабораторная работа №5 Тема: изучение свойств строительной извести
- •Лабораторная работа №6 Тема: изучение свойств портландцемента
- •Лабораторная работа №7 Тема: декоративно-отделочные растворы
- •Лабораторная работа №8 Тема: ремонт и восстановление лепных, литых и прессованных деталей и изделий
- •Лабораторная работа №9 Тема: исследование свойств древесины
Физические свойства
Материалы, имеющие одинаковый объем и состоящие из различных веществ, могут иметь и имеют неодинаковую массу. Для характеристики различий в массе строительных материалов, имеющих одинаковый объем, служит плотность - истинная и средняя.
Истинная плотность - отношение массы материала к иго в абсолютно-плотном состоянии, т.е. без учета пор, пустот и полостей:
и = m/VА, г/см3; кг/м3, 5
где m - масса материала в абсолютно плотном состоянии, кг, г; VА - абсолютный объем, м3, см3.
Истинная плотность вещества - постоянная физическая характеристика, которая не может бить изменена без изменения ого химического состава или молекулярной структуры. Плотностью, близкой к теоретической обладают металлы, жидкости, стекло, полимеры.
Средняя плотность - масса единицы объема материала в естественном состоянии, т.е. с учетом пор, пустот, технологических дефектов и тому подобное. Определяется отношением массы материала к его объему в естественном состоянии:
C = m /VО, кг/м3, г/м3, г/см3 6
где m - масса материала, кг, г; VО - общий объем ,м3, см3.
Определение абсолютного и общего объемов строительных материалов и изделий производится согласно методик, приведенных в нормативно-технической документации (методические указания, технические условия, инструкции, проектно-сметная документация, ЕНиРы, Сны, СНиПы, ГОСТы и пр.).
Средняя плотность - важная физическая характеристика для строительных материалов, меняющаяся, зависящая от их структуры и влажности. В большей мере средняя плотность оказывает различное влияние на долговечность материалов. Характерным признаком материалов, у которых истинная плотность приближается к средней (стекло, металл), является непроницаемость для жидкостей и газов. Средняя плотность оказывает непосредственное влияние на эффективность строительства. Поэтому ее снижение при сохранении прочности и долговечности - путь к снижению материалоемкости строительства, повышению технико-экономической эффективности использования природных и искусственных материалов. Для сыпучих и зернистых материалов определяют насыпную плотность – масса единицы объема рыхлонасыпанных зернистых материалов (песок, гравий, щебень) и вычисляется по формуле 6.
Свойства материалов при действии воды (гидрофизические свойства)
Взаимодействие воды, равно как и других жидкостей, с поверхностями твердых тел проявляется в смачивании, обусловленном силами взаимодействия твердых тел с растворами. Она вызывает растекание жидкости на поверхности и впитывание пористыми телами и порошками. Смачивают твердое тело только те жидкости, которые снижают поверхностное натяжение на границе с воздухом. Способность материала смачиваться водой называется гидрофильностъ, не смачиваться - гидрофобность. В период непосредственного контакта материала с водой его увлажнение происходит благодаря капиллярному всасыванию, диффузии и гидростатическому заполнению водой открытых пор. Свойства, связанные с взаимодействием материалов с водой и жидкостями, называются гидрофизическими.
Водопоглощение - это степень заполнения пор материала водой, характеризуется водопоглощением по массе и по объему:
WМ=(mBH-mC)/ mC*100, % 7
WV=(mBH-mC)/VО*100, % , 8
С= WV/ WМ, 9
где: mBH – масса образца в водонасыщенном состоянии, г; mC - масса образца в сухом состоянии, г; VО – общий объем образца, см3.
Водопоглощение по объему характеризует открытую пористость материала WV=Потк. В отличие от водопоглощения пористость материала всегда меньше 100%. Водопоглощение плотных материалов (сталь, стекло, битум) приближается к 0%. Во время насыщения водой материалы могут существенно менять механические свойства за счет образования адсорбпионно-активной среды и расклинивающего действия растворителя, растворения вещества на контактах сращивания кристаллов, набухания структуры некоторых минералов и т.п.
Влажность - содержание преимущественно конденсатной влаги в виде тонких молекулярных пленок, адсорбированных на стенках пор в материале и определяется отношением массы воды, находящейся в данный момент в материале, к массе (реже к объему) материала в сухом состоянии и вычисляется по формулам 7 и 8. Влажность изменяется от 0% (для абсолютно сухих материалов) до значения полного водопоглощения и зависит от пористости, гигроскопичности и других свойств материала, а также от состояния окружающей среды - относительной влажности, температуры воздуха, контакта материала с водой.
Поскольку свойства сухих и влажных материалов различны, необходимо учитывать как влажность материала, так и его способность к поглощению воды. Во всех случаях - при транспортирования, хранений и применении, строительные материалы предохраняют от увлажнения.
Водостойкость - способность материала сохранять механические свойства в насыщенном водой состоянии (в основном прочность при сжатии) и характеризуется коэффициентом размягчения:
КР = RBH/RC, 0...1 10
где RBH - предел прочности водонасыщенного образца, МПа;
RC - предел прочности сухого образца, МПа.
Материалы, у которых коэффициент размягчения больше либо равняется 0,75 называют водостойкими. Повышение водостойкости достигается снижением растворимости и пористости материала, его гидрофобизацией или покрытие водостойкими суспензиями.
Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без признаков разрушения и без значительного снижения прочности и массы. Морозостойкость - одна из основных характеристик, описывающая долговечность строительных материалов, эксплуатируемых в конструкциях и сооружениях. При смене температурно-влажностных градиентов некоторые материалы разрушаются. Вода, находясь в порах материала, при замерзания увеличивается в объеме примерно на 9...10%. Разрушение материала происходит благодаря развитию значительных внутренних напряжений в результате кристаллизационного действия замерзающей воды. Интенсивность разрушения связана с ростом водопоглощения материала через открытую пористость, а также снижением температуры окружающей среды (т.е. с увеличением объема образующегося льда в материале).
Материалы, для которых установлены стандартом испытания, состоящие из попеременного многократного замораживания при температуре не выше -17°С и оттаивания в воде при температуре +20+2°С, и у которых не появляются трещины, расслаивание, выкрошивание и которые теряют не более 25% прочности и 5% массы, считаются морозостойкими.
Критерием морозостойкости строительных материалов является коэффициент морозостойкости КМРЗ= RN/ RBH - отношение предела прочности при сжатии материала после N циклов испытаний к пределу прочности при сжатии водонасыщенных образцов, не подвергшихся действию отрицательных температур, в эквивалентном возрасте. Для морозостойких материалов КМРЗ должен быть не менее 0,75.
По морозостойкости, т.е. по числу циклов замораживания и оттаивания, материалы подразделяют на марки: F10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200, 300, 400, 500. Один цикл испытаний (N) на морозостойкость равен: 4 часа замораживания водонасыщенных образцов при температуре -20+3,°С и 4 часа оттаивания в воде при температуре +20+2,°С. Существует ряд ускоренных методов определения морозостойкости. Например, один цикл ускоренного испытания также равен 8 часам: 4 часа кипячения в насыщенном растворе сернокислого натрия и 4 часа высушивания в сушильном шкафу при температуре +105°С. При высушивании в порах материала образуются кристаллы Na2SO4 создающие кристаллизационное давление в порах материала. Кроме этого кипячение способствует более глубокому проникновению в поры насыщенного раствора после цикла высушивания. При ускоренном испытании на морозостойкость разрушение материала происходит приблизительно в 5 раз быстрее.