2. Структурные характеристики и параметры состояния материала

Основные структурные характеристики материала, во многом определяющие его технические свойства, - это плотность и пористость; важнейший параметр состояния – влажность.

Плотность – физическая величина, определяемая массой единицы объёма материала.

В зависимости от того, берётся ли в расчёт объем только самого вещества, из которого состоит материал, или весь объём материала с порами и пустотами, различают истинную и среднюю плотность.

Истинная плотность ρ (г/см³, кг/м³) – масса единицы объёма материала, когда в расчёт берётся только объём твёрдого вещества этого материала V_а (см³, м³):

ρ = . (2.1)

Таким образом, истинная плотность характеризует не материал, а вещество, из которого состоит материал, - это физическая константа вещества.

Значение истинной плотности вещества зависит в основном от его химического состава, и у материалов с близким химическим составом истинная плотность приблизительно одинаковая.

Средняя плотность материала ρ_m (г/см³, кг/м³) (далее плотность) – физическая величина, определяемая отношением массы m (г, кг) материала ко всему занимаемому им объёму V_ест (см³, м³), включая имеющиеся в нём поры и пустоты:

ρ_m = . (2.2)

Следовательно, средняя плотность материала меняется в зависимости от его структуры.

Для сыпучих материалов (песка, щебня, цемента и т.п.) часто вводится ещё одно понятие - насыпная плотность.

Насыпная плотность ρ_н (г/см³, кг/м³) – отношение массы материала в насыпном состоянии к его объёму. В её величине отражается влияние не только пор в каждом зерне, но и межзерновых пустот в рыхлонасыпанном объёме материала.

Часто плотность материала относят к плотности воды при температуре 4ºС, равной 1 г/см³, и тогда определяемая плотность становится безразмерной величиной, которую называют относительной плотностью d.

Строение пористого материала характеризуется общей, открытой и закрытой пористостью, распределением пор по их радиусам, средним радиусом пор и удельной поверхностью пор.

Пористость П (%) – степень заполнения объёма материала порами:

П = ·100.(2.3)

Обычно пористость рассчитывают исходя из средней и истинной плотности материала:

П = ·100 = (1 -) ·100. (2.4)

Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 до 90…98% (см. табл. 2.1).

Таблица 2.1. Истинная, средняя плотность и пористость

Некоторых строительных материалов

Материал	Плотность, кг/м³		Пористость, %
	истинная	средняя
Сталь Гранит Тяжёлый бетон Кирпич Древесина Пенопласты	7800…7900 2700…2800 2600…2700 2500…2600 1500…1550 950…1200	7800…7900 2600…2700 2200…2500 1400…1800 400…800 20…100	0,1…0,5 0,5…1 8…12 25…45 45…70 90…98

Пористость материала характеризуют не только с количественной стороны, но и с качественной, т.е. по характеру пор: замкнутые и открытые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2…5 мм).

Пористость является основной структурной характеристикой, определяющей такие свойства материала, как водопоглощение, теплопроводность, морозостойкость, прочность, акустические свойства и др.

В ряде случаев используют величину обратную пористости - коэффициент плотности К_пл (%), характеризующий степень заполнения объёма материала твёрдым веществом:

К_пл = ·100. (2.5)

Влажность Вл – содержание влаги в материале в данный момент, отнесённое к единице массы материала в сухом состоянии. Влажность Вл (%) определяют по формуле:

Вл = ·100,(2.6)

где m_вл – масса материала в естественно-влажном состоянии, г; m_сух – масса материала, высушенного до постоянной массы, г.