Глава 1. Основные свойства строительных материалов и изделий

Под свойствами строительных материалов понимают их способность реагировать на отдельные или совокупные внешние и внутренние воздействия – механические, химические, биологические и др.

Различают физические, механические, эстетические, химические технологические, биологические и комплексные свойства. Фактические показатели этих свойств получают при лабораторных и других испытаниях, численные значения которых в соответствующих единицах измерения характеризуют качество материалов и определяют область их применения. Методика таких испытаний регламентирована нормативно-правовыми актами, как нашей страны, так и международными (СТБ, ГОСТ, ТУ, ИСО и др.)¹.

1.1 Физические свойства

Физические свойства строительных материалов определяются параметрами их физического состояния и структуры под воздействием внешней среды и условий работы (действие влаги, температуры, агрессивных агентов и др.)

Материалы в зависимости от характера структуры различают изотропные и анизотропные.

К изотропным – относят материалы, обладающие одинаковыми свойствами во всех направлениях. Например, стекло, металл и др. К анизотропным – материалы, обладающие разными свойствами в разных направлениях. Например, древесина, изделия из минеральной ваты и др.

Большинство строительных материалов имеют, как правило, пористое строение. А пористые материалы могут быть как изотропными, так и анизотропными. Анизотропность пористых строительных материалов определяется, прежде всего, направленностью пор. Если поры имеют направленное расположение, то материал анизотропен. Например, древесина.

Если поры имеют хаотическое расположение, то материал изотропен. Например, ячеистые бетоны и пластмассы, газо- и пеностекло.

В зависимости от порядка расположения атомов и молекул, материалы могут быть кристаллическими и аморфными.

Кристаллическими – называют материалы, в которых атомы и молекулы расположены в правильном геометрическом порядке. Примером может служить металл, гранит, мрамор и др.

Аморфными (стеклообразными) - в которых атомы и молекулы расположены беспорядочно (хаотически). При определённых условиях (температура, давление) аморфные материалы могут перейти в кристаллические. Примером может служить система «стекло – ситалл».

Различие между аморфными и кристаллическими материалами ещё в том, что кристаллические материалы при нагревании имеют определённую температуру плавления, а аморфные при нагревании размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние. Кроме того, прочность аморфных материалов, как правило, ниже кристаллических. Поэтому иногда для получения более высокой прочности аморфного материала специально проводят его кристаллизацию. Тот же пример с ситаллами и шлакоситаллами.

Аморфный материал, как правило, изотропный. Кристаллический же – в микрообъёме может быть анизотропный, в макрообъёме – когда кристаллы расположены хаотически (гранит) – изотропны.

Плотность – величина, определяемая отношением массы материала (вещества) к занимаемому им объему,

, (1.1)

где m – масса, кг (г,); V – объём, м³ (см³). Размерность плотности – кг/м³ или г/см³.

Различают:

• истинную плотность или плотность вещества;

• среднюю плотность или плотность материала;

• насыпную плотность для зернистых (сыпучих) материалов, причём в рыхлонасыпном и в уплотнённом состоянии;

• плотность зёрен сыпучих материалов, например, заполнителя в бетонах и растворах

Истинная плотность – или плотность вещества (абсолютная плотность) – это масса единицы объёма материала в абсолютно плотном состоянии. Это значит, что при измерении объёма в него не входят поры, пустоты и другие полости, присущие материалу в естественном состоянии.

, г/см³ (1.2)

Таким образом, истинная плотность – это характеристика не материала, а вещества, из которого состоит материал.

Для определения истинной плотности, материал предварительно измельчают в тонкий порошок до тонкости 0,25 мм, чтобы при определении объёма исключить пористость. Масса порошка определяется взвешиванием, а объём – в пикнометре – по объёму вытесненной жидкости.

Истинная плотность материала – характеристика постоянная, которая не может быть изменена без изменения его химического состава или молекулярной структуры. Для большинства из них значение истинной плотности > 1 г/см³.

Например: для природных и искусственных каменных материалов: 2,2…3,3 г/см³; для органических (дерево, битум, пластмассы): 0,8…1,6 г/см³; чёрных металлов – 7,25…7,85 г/см³. Для строительных материалов истинная плотность имеет вспомогательное значение. Её используют при вычислении показателей плотности и пористости материалов и в расчётах состава бетона.

Средняя плотность (плотность материала) – это масса единицы объёма материала в естественном состоянии, т.е. объем, измеряется вместе с порами.

, кг/м³ (1.3)

При определении средней плотности, объём материала устанавливают по внешним размерам образца или по объёму вытесненной им жидкости, если испытываемый образец имеет неправильную форму.

Средняя плотность материалов колеблется в широких пределах – от 5 кг/м³ (для отдельных видов пенопластов, мипоры и др.) до 7850кг/м³ (для стали). Численное значение средней плотности для одного и того же вида материала может быть различным в зависимости от количества пор и пустот в нём. Например, кирпич пустотелый имеет среднюю плотность 1450кг/м³, а кирпич полнотелый – 1700…1900кг/м³.

У подавляющего большинства строительных материалов величина средней плотности всегда меньше истинной. Например, у кирпича  соответственно 1800 и 2600 кг/м³, т.е. в 1,5 раза меньше, древесины (сосна) – 450 и 1540 кг/м³, т.е. в 3 раза меньше, гранита – 2500…2700 кг/м³ и 2700…3000 кг/м³, т.е. почти одинаковая.

Разница между ними тем больше, чем больше пористость. Если у кирпича пористость составляет 30%, то у газобетона 80%, при истинной плотности 2600 и средней – 500кг/м³.

Числовые значения средней и истинной плотности вещества совпадают, когда материал не имеет пор, т.е. для абсолютно плотных материалов. Например, металл, стекло и др.

Средняя плотность является необходимой характеристикой при расчёте прочности сооружений с учётом собственной массы, для определения стоимости и способа перевозок материалов, для расчёта складов и подъёмно-транспортного оборудования, при переводе количества материала из массовых единиц в объёмные, при расчёте пористости, при подборе состава бетона, дозировке материалов в бетон и т.д.

Для сыпучих или зернистых материалов характеристикой плотности являются насыпная плотность и плотность зёрен.

Отношение средней плотности материала к истинной – есть показатель плотности. Выражается в долях единицы или в %. Чем меньше разность между численными значениями средней и истинной плотности, тем выше значение показателя плотности. Например,

для кирпича: или 70 %,

для гранита: или 97 %.

Для абсолютно плотных материалов показатель плотности равен 1,0 или 100%. Следовательно, показатель плотности характеризует собой степень заполнения объёма материала твёрдым веществом.

Величина обратная показателю плотности есть показатель пористости или пористость. Следовательно, это свойство, характеризующее заполнение объёма материала внутренними порами. Если принять общий объём материала за единицу или за 100 %, то разность между единицей и показателем плотности будет показатель пористости (пористость П).

(1.4.)

Поры – это мелкие ячейки в материале, заполненные воздухом. Во влажном состоянии они могут быть заполнены водой.

Пористость строительных материалов колеблется в очень широких пределах, практически от 0% до 90% и более. Так для стекла и металла пористость составляет практически 0%, пенопластов – 92-98%, кирпича полнотелого – 30-35%, пенобетона – 60-80%, минеральной ваты – до 95%, древесины – 50-75%.

Пористость и плотность являются важными характеристиками строительных материалов. С ними связаны такие свойства строительных материалов как прочность, теплопроводность, водопоглощение, влажность, водопроницаемость, морозостойкость, кислотостойкость и др.

Для конструкций, от которых требуется высокая прочность или водонепроницаемость, применяют плотные материалы. А для стен зданий – материалы со значительной пористостью, обладающими хорошими теплоизоляционными свойствами. Воздух, находящийся в порах значительно хуже проводит тепло, чем твёрдое вещество материала. Поэтому по значениям средней плотности в первом приближении можно судить об их теплопроводности.

Хотя при строительстве отапливаемых зданий толщина их наружных стен рассчитывается в зависимости от теплопроводности материала, но, зная плотность материала, приблизительно можно представить себе, какой должна быть толщина стены.

Большое влияние на свойства материала оказывает не только величина пористости, но размер и характер пор. Поры в материалах могут быть крупные и мелкие, открытые и закрытые, в виде ячеек и капилляров и др. С теплозащитной точки зрения лучше мелкие, замкнутые поры, равномерно распределённые по всему объёму материала.

Пористость не следует отождествлять с понятием пустотности.

Пустотность характеризуется наличием воздушных полостей в изделии. Например, в пустотелом кирпиче или между зёрнами заполнителя, которые составляют для щебня или песка 35…45%, кирпича пустотелого – 15…50%.

Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать в порах (пустотах) влагу при непосредственном контакте с водой. Характеризуется количеством воды, которую поглощает сухой материал при полном погружении и выдерживании в воде заданный промежуток времени, отнесенным к массе сухого материала (водопоглощение по массе W_м) или к объёму материала в сухом состоянии (водопоглощение по объёму W_об). Водопоглощение по объёму и по массе выражают относительным числом или в процентах и вычисляют по формулам 1.5 и 1.6:

(1.5)

(1.6)

где m_с – масса сухого образца, г; m_н – масса образца, насыщенного водой, г; ρ_в – плотность воды, г/см³; V – объём образца в сухом состоянии, см³.

Водопоглощение по массе показывает степень увеличения массы материала (за счет поглощенной воды), а водопоглощение по объему – степень заполнения материала водой.

Водопоглощение различных материалов колеблется в широких пределах. Например, водопоглощение по массе керамических плиток для полов должно быть не выше 4 %, ситаллов и шлакоситаллов – 0 %, керамического кирпича – 8…20 %, тяжёлого бетона – 0,5…0,8 %, Водопоглощение по массе пористых теплоизоляционных материалов может быть больше 100 %.

Водопоглощение по объему иногда называют кажущейся пористостью. Однако пористость материалов по абсолютному значению всегда выше водопоглощения по объему, т.к. вода в обычных условиях не заполняет все поры. Водой заполняются только открытые (и то не все) поры, а стенки крупных пор только смачиваются водой. Поэтому водопоглощение по объёму всегда меньше пористости а, следовательно, и меньше 100 %.

Степень заполнения объёма пор водой характеризуется коэффициентом насыщения, т.е. отношением водопоглощения по объёму к пористости материала:

(1.7.)

Если учесть, что водопоглощение по объёму всегда меньше пористости, то всегда К_нас<1,0.

Насыщение материалов водой отрицательно влияет на их основные свойства: увеличивается плотность материала и теплопроводность, линейные размеры и объём, понижаются прочность, морозостойкость. По величине коэффициента насыщения можно косвенно оценить морозостойкость. Чем меньше значение коэффициента насыщения, тем выше морозостойкость материала. Материалы считаются морозостойкими при К_нас<0,8.

Степень снижения прочности материала при предельном его водонасыщении называется водостойкостью и численно характеризуется коэффициентом размягчения.

(1.8)

где: R_нас – предел прочности при сжатии материала в насыщенном водой состоянии МПа; R_сух – то же, сухого материала, МПа.

Величина коэффициента размягчения для разных материалов колеблется от 0 (необожженная глина) до 1,0 (стекло, битум, сталь). Материалы с коэффициентом размягчения не менее 0,8 относятся к водостойким. При К_разм<0,8 материалы не водостойки и не могут применяться в воде и в сырых условиях.

Водостойкость материалов можно повысить путём нанесения на его поверхность гидрофобных покрытий.

Влажность материала – содержание влаги в материале в данный момент и отнесённое к массе материала в сухом состоянии. Влажность материала выражают в % и вычисляют по формуле

(1.9)

где m_в – масса влажного образца, г; m_с – масса сухого образца, г.

Теоретически влажность строительных материалов может изменяться от нуля, когда материал находится в абсолютно сухом состоянии до величины соответствующей водопоглощению материала по массе. Однако в естественных условиях эксплуатации зданий и сооружений материал в сооружениях находится в воздушно-сухом состоянии, т.е. при установлении равновесия между влажностью материала и окружающего его воздуха. Численное значение влажности всегда будет меньше водопоглощения по массе.

Различают абсолютную и относительную влажность. Абсолютная влажность материала – отношение массы воды, содержащейся в материале, к массе абсолютно сухого материала. Относительная влажность то же, но к массе материала во влажном состоянии.

Для многих строительных материалов влажность – величина нормированная. Например, влажность молотого мела не должна превышать 2%, стеновых материалов – 5…7 %, воздушно-сухой древесины –12…18 %.

Гигроскопичность – способность материала поглощать и конденсировать водяные пары из воздуха до установления равновесия и удерживать их вследствие капиллярной конденсации. Характеризуется отношением массы поглощённой материалом влаги при относительной влажности воздуха 100% и температуре +20⁰С к массе сухого материала.

Гигроскопичность зависит от температуры воздуха, его относительной влажности, вида количества и размера пор, а также от природы вещества. Материалы с одинаковой пористостью, но имеющие более мелкие поры, оказываются более гигроскопичными, чем крупнопористые материалы. Для сыпучих материалов гигроскопичность зависит от их дисперсности.

Влагоотдачей называют свойство материала отдавать влагу окружающей среде при соответствующих условиях (нагрев, движение воздуха и др.). Процесс влагоотдачи или высыхания материала называется десорбцией. В естественных условиях эксплуатации зданий и сооружений влагоотдача происходит очень медленно, в течение продолжительного времени.

Влагоотдача имеет большое значение для стеновых материалов и изделий. (В данном случае – это желанная влагоотдача, нежеланная – высыхание твердеющего бетона).

В обычных условиях, благодаря влагоотдаче стены и другие конструкции зданий и сооружений высыхают. Вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала конструкции и влажностью окружающего воздуха, т.е. пока материал не достигнет воздушно-сухого состояния. Такое состояние материала тоже называют равновесным, т.е. равновесное состояние десорбции.

Однако на практике равновесное состояние сорбции, как правило, меньше, чем десорбции.

Морозостойкость – способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности, т.е. на заданном уровне. Причиной разрушения является вода, которая, замерзая в порах, увеличивается в объёме примерно на 9%. В результате возникает давление на стенки пор, достигающее иногда несколько десятков МПа и приводящее к разрушению материала.

Хотя во многих пористых материалах вода и не заполняет более 90% объёма пор, т.е. образующийся лёд имеет свободное пространство для расширения, тем не менее, материал разрушается в результате многократного попеременного замораживания и оттаивания.

По числу выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания материалы подразделяют на марки от F 10 до F 300 (10,15,25, 35, 50, 100, 150, 200) и более.

Материалы на морозостойкость испытываются в холодильных камерах путём замораживания насыщенных водой образцов при температуре -15-17⁰С и последующего их оттаивания при температуре +20⁰С. Такой выбор температуры замораживания вызван тем, что в мелких порах и капиллярах вода замерзает при температурах значительно ниже 0^оС. Материал признаётся морозостойким, если после заданного числа циклов потеря в массе не превышает 3…5%, а в прочности – 5…25% в зависимости от назначения материала.

Характеристикой морозостойкости материала может служить коэффициент морозостойкости К_f.:

(1.10)

т.е. отношение предела прочности при сжатии образцов, подверженных замораживанию R_f к пределу прочности водонасыщенных образцов в эквивалентном возрасте R_нас, не подвергаемых замораживанию. Для морозостойких материалов коэффициент морозостойкости должен быть более 0,75.

Морозостойкость материала зависит от плотности, прочности, пористости и степени насыщения водой. Пористые материалы являются морозостойкими, если они имеют закрытые поры или вода занимает не более 90% объёма пор. Плотные материалы (гранит, стекло и др.), как правило, морозостойки.

Морозостойкость материалов можно повысить путём увеличения его прочности, уменьшения пористости, создания закрытых пор в материале, а так же за счёт использования гидрофобизирующих веществ при изготовлении материала.

Водопроницаемость – способность материала пропускать воду под давлением. Характеристикой водопроницаемости служит количество воды, прошедшее в течение 1 секунды через 1м² поверхности материала при заданном давлении воды. Водопроницаемость зависит от плотности и строения материала. Чем больше в материале пор и чем эти поры крупнее, тем больше водопроницаемость материала.

К водонепроницаемым материалам относятся особо плотные – сталь, стекло, битум и др. Материалы с замкнутыми мелкими порами тоже практически водонепроницаемы.

Водопроницаемость является важной характеристикой для водопроводных и канализационных труб, резервуаров, кровельных и гидроизоляционных материалов.

Для кровельных материалов и ряда других специального назначения существует несколько иная характеристика водопроницаемости. Она характеризуется периодом времени, по истечении которого появляются признаки просачивания воды под определённым давлением (кровельные), или от предельной величины давления, при котором вода ещё не проходит (бетон).

Теплопроводность – это способность материала проводить тепло через свою толщу при наличии разности температур на противоположных поверхностях.

Количество тепла (Q), проходящее через слой материала, будет прямо пропорционально площади (А), разности температур (t₁-t₂), времени (Z) и обратно пропорционально толщине слоя материала (а), т.с. это количество тепла (Дж), которое проходит в течение 1 сек, через материал толщиной 1 м и площадью 1 м² при разности температур по обе стороны в 1К:

(1.11)

где λ – коэффициент теплопроводности, который соответственно будет равен

(1.12)

Размерность теплопроводности – Вт/(м·К).

Теплопроводность зависит от многих факторов и в первую очередь – от атомно-молекулярного строения вещества. Например, теплопроводность меди – 350, стали – 58, мрамора – 3,5, льда – 2,32, воды – 0,58Вт/(м·К). Теплопроводность аморфных тел меньше, чем кристаллических.

Теплопроводность материалов уменьшается с увеличением их пористости. Например, теплопроводность тяжёлого бетона – 1,2…1,5, лёгкого бетона на пористых заполнителях – 0,3…0,7, пено- и газобетона – 0,2…0,4, пенопласта – 0,04…0,06 Вт/(м·К). Объясняется это тем, что меньшей теплопроводностью обладает воздух. И чем больше таких малотеплопроводных включений, тем теплопроводность материала меньше. Однако при прочих равных условиях наименьшей теплопроводностью будет обладать материал, поры у которого мелкие, равномерно распределённые по всему объёму и замкнутые.

С увеличением влажности материала теплопроводность увеличивается. Лучше всего наглядно это можно проследить на таком примере: теплопроводность воздуха – 0.023, воды – 0.58, а льда – 2.32 Вт/(м·К). Во втором случае теплопроводность увеличивается в 25 раз, а в третьем – в 100 раз.

Знать теплопроводность необходимо при теплотехнических расчётах стен, перекрытий, тепловой изоляции трубопроводов. Чем меньше теплопроводность материала, тем меньше толщина ограждения, а, следовательно, меньше затрачивается материала на единицу его площади.

Согласно отечественным стандартам коэффициент теплопроводности определяется как среднее значение, полученное в ходе испытаний отобранных образцов. Новый общеевропейский стандарт обязывает использовать значение коэффициента теплопроводности с обеспеченностью 90/90. Это означает, что данный показатель будут иметь 90% продукции в 90% проведенных испытаний.

Иногда теплопроводность строительных материалов характеризуют термическим сопротивлением, т.е. величиной обратной коэффициенту теплопроводности. Физически, термическое сопротивление характеризуется способностью материалов или конструкции (например, наружной стеновой панели) препятствовать распространению теплового потока или теплового движения молекул и равно отношению толщины слоя ограждения (а) к теплопроводности материала (λ).

, (м²·К)/Вт (1.13)

Термическое сопротивление величина нормируемая. Следует признать, что, несмотря на значительное увеличение расчетных сопротивлений теплопередаче за последние несколько лет, мы еще не сравнялись с аналогичными нормативами ряда Европейских стран. В настоящее время в Республике Беларусь приняты следующие нормативные (требуемые) значения термического сопротивления: для совмещённых покрытий – 3,0; для световых проёмов – 0,6; для наружных стен (разных конструкций) –2…2,5; например, для стен монолитных зданий – 2,2 (м²·К)/Вт.

В целом в Республике Беларусь как и на Украине коэффициент сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций принят ≥2,2(м²·К)/Вт. Стена должна не только не промерзать (это первичный и примитивный уровень комфортности), но и максимально экономить расход энергоресурсов. В ряде зарубежных стран приняты следующие коэффициенты термического сопротивления стеновых ограждающих конструкций: Россия – 3,15; Дания – 4,3; Канада – 4,1; Финляндия – 3,87; Эстония – 5,25; Литва – 4,2; Польша – 4,03; Германия – 2,45(м² ·К)/Вт.

Теплоёмкость – свойство материала поглощать и аккумулировать тепло при нагревании. Оценивается удельной теплоёмкостью (или коэффициентом теплоёмкости) в Дж/(кг·К), т.е. это количество тепла, необходимого для нагревания 1 кг материала на 1К.

(1.14)

где Q – количество тепла, Дж; m – масса материала, кг; (t₁t₂) – разность температур при нагревании, (К).

Материалы, обладающие высокой теплоёмкостью способны выделять больше тепла при последующем их охлаждении. Органические материалы имеют большие значения удельной теплоёмкости, чем, неорганические. Например, коэффициент теплоёмкости древесины составляет 2.38…2.72, природных камней 0.75…0.93, у стали – 0,48 кДж/(кг∙К). Наибольшей же теплоёмкостью обладает вода – 4.2 в кДж/(кг∙К). Это в 10 раз больше чем у железа и в 40 раз больше, чем у золота. Только водород и аммиак обладают большей удельной теплоемкостью, чем вода. Поэтому с увлажнением материалов их теплоёмкость возрастает, но при этом возрастает и теплопроводность.

Вместе с тем деревянные конструкции, как видно из примера, способны в 3 раза больше аккумулировать тепла, чем каменные, и поэтому могут постепенно отдавать это тепло, например, внутрь помещений. Это очень важное свойство материалов. Учитывается оно при расчёте теплоустойчивости ограждающих конструкций, затрат на топливо и энергию при обогреве материалов и конструкций и др.

Теплоустойчивость – это способность материала медленно нагреваться и медленно остывать, т.е. под теплоустойчивостью, например, ограждения понимают способность сохранять на его внутренней поверхности более или менее постоянную температуру, не смотря на колебания теплового потока.

Суточные колебания температуры в жилых зданиях не должны превышать 6К.

Это важное свойство особенно для ограждающих конструкций. Поэтому для ограждающих конструкций зданий желательно использовать материалы с малой теплопроводностью и высокой теплоёмкостью.

Термическая стойкость – способность материала выдерживать или сохранять свои физико-механические свойства при чередовании резких тепловых изменений. Это свойство зависит от однородности материала и коэффициента теплового расширения. Чем более однородный материал, тем он, как правило, более термостойкий. Так, например, каменные материалы из мономинеральных горных пород (мрамор) более термостойки, чем из полиминеральных (например, гранит).

Огнестойкость – способность материала или строительной конструкции противостоять действию огня и воды при пожаре. В соответствии с СНБ 2.02.01-98 характеризуется пределом огнестойкости, который устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких нормируемых для данной конструкции признаков предельных состояний (потери несущей способности, целостности или теплоизолирующей способности). Например, предел огнестойкости элементов деревянного дома – 15…20 мин, стального каркаса – 30 мин, железобетонных изделий – 60…120 мин, бетонных – 120…300 мин.

Огнестойкость материалов учитывается при проектировании несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений различного назначения, а также при выборе материалов для их отделки.

По степени возгораемости или горючести строительные материалы делятся на горючие и негорючие. К негорючим, как правило, относятся минеральные материалы: бетоны, растворы, стекло, керамика и др.

Горючие строительные материалы подразделяются на слабо горючие (Г1), умеренно горючие (Г2), нормально горючие (Г3) и сильно горючие (Г4). Например, материалы типа Г1 и Г2 при действии открытого огня тлеют, обугливаются, а после устранения источника огня тление прекращается. К таким материалам относят фибролит, арболит, древесину, пропитанную антипиренами и др.

Некоторые органические материалы при действии огня не дают открытого пламени, но спекаются, оплавляются и могут выделять вредные для здоровья человека газы. Если, например, древесина и пенополистирол при горении выделяют только угарный и углекислый газы, то отдельные пластмассы выделяют фенол, оксиды серы, фосфора и другие вредные вещества.

Огнеупорность – свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не расплавляясь и не деформируясь. В отношении огнеупорности материалы делятся на легкоплавкие – способные выдерживать температуру до 1350⁰С (пустотелый и полнотелый керамический кирпич), тугоплавкие – 1350…1580^оС (гжельский кирпич для кладки печей) и огнеупорные – свыше 1580 ^оС (динас, шамот, корунд и др.)

Акустические свойства (от греч. akustikos – слуховой) характеризуют способность материала (ограждения) проводить, отражать или поглощать падающий на него звук (шум). Падающая на поверхность ограждения звуковая волна частично отражается от нее, частично поглощается материалом поверхности, переходя в тепловую энергию, а частично проникает сквозь поверхность наружу или в соседнее помещение (рис.1.1).

Материалы, применяемые для защиты от шума, называют акустическими. При этом различают звукопоглощающие и звукоизолирующие акустические материалы. Эффективность их защиты устанавливается испытанием на определение следующих показателей (СТБ 1438):

• динамического модуля упругости, который характеризует вязкоупругие свойства звукоизолирующего материала и не должен превышать 15 МПа;

• коэффициента потерь – безразмерной величины, характеризующей рассеивание энергии при продольных колебаниях;

• коэффициента звукопоглощения – отношения неотраженной звуковой энергии к падающей. Значение коэффициента звукопоглощения может находиться в пределах от 0 (звук полностью отражается) до 1 (звук полностью поглощается материалом);

• нормального импеданса (сопротивления) – безразмерной комплексной величины, представляющей собой отношение звукового давления к нормальной колебательной скорости на поверхности звукопоглощающего материала.

Радиационная стойкость – свойство материала сохранять свою структуру и физико-механические свойства после воздействия интенсивных потоков радиоактивных излучений.

Высокие уровни радиации от современных источников ионизирующих излучений могут вызывать глубокие изменения структуры материала. Так, например, минералы кристаллической структуры становятся аморфными, в результате происходят объёмные изменения, возникают внутренние напряжения, что приводит к разрушению минерала. У нержавеющей стали возрастает предел текучести, у керамических материалов уменьшается плотность и теплопроводность, стекло окрашивается и т.д.

Для защиты от радиоактивных излучений применяют гидратные, имеющие повышенное содержание химически связанной воды, и особо тяжёлые бетоны (плотность 3000…5000 кг/м³). Такие бетоны применяют на атомных электростанциях, в исследовательских центрах и других сооружениях, где имеются радиоактивные источники.

К эстетическим свойствам строительных материалов относятся форма, цвет, фактура, рисунок и текстура.

Форма материала или изделия воспринимается визуально через лицевую поверхность и непосредственно влияет на своеобразие фасада или интерьера здания. Она может быть квадратной, прямоугольной и др.

Цвет – свойство света вызывать определённое зрительное ощущение и является субъективным восприятием. Человек по-разному будет воспринимать один и тот же цвет при разном освещении. Оценивается тремя показателями: цветовой тональностью (определяется длиной волны чистого спектрального цвета), насыщенностью (характеризуется степенью разбавления спектрального цвета белым и изменяется от 100% до нуля) и светлотой (определяется коэффициентом отражения, который для белых поверхностей близок к единице, а для черных – приближается к нулю). Мы воспринимаем цвет с длиной волны от 400 до 700 нм. Причем каждому цвету и оттенку соответствует своя длина. Воспринимается тот или иной цвет, когда материал отражает волны определенной длины. Если отражается весь спектр, мы воспринимаем это как белый цвет, а если весь спектр поглощается – мы видим черный цвет.

Все цвета строительных материалов и изделий можно разделить на две группы: хроматические (красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, синий, голубой, фиолетовый со всеми оттенками) и ахроматические (белый, чёрный и серый, тоже со всеми оттенками). Глаз человека способен различать десятки тысяч хроматических цветов и оттенков, и до трёхсот ахроматических цветов.

Фактура – это своеобразное строение материала, видимое на его поверхности и характеризуемое рельефом и блеском. По степени рельефа материалы могут быть гладкие, шероховатые и рельефные. По степени блеска различают материалы с блестящей и матовой фактурой. В современной отделке зданий предпочтение отдаётся, как правило, матовым фактурам, так как блестящие могут искажать восприятие интерьера. Фактуру поверхности материалы можно определить инструментальным или визуальным методами.

Рисунок – материальное изображение на лицевой поверхности изделий каких-либо предметов, явлений, совокупности графических элементов, а также особое строение твёрдых веществ, обусловленное характером расположения его составных частей. Если рисунок создан самой природой, то его называют текстурой. Например, у древесины, природного камня и др.

Рисунок, текстура, как и другие эстетические характеристики материалов, влияют на своеобразие наружной и внутренней отделки зданий и сооружений.