Физические свойства

Физические свойства характеризуют физическое состояние материала, а также его способность реагировать на внешние, факторы, не влияющие на химический состав материала.

Объемная масса. Объемная масса — масса единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. с порами и пустотами. Объемную массу ту в г/м3, кг/м3 вычисляют по формуле

mv = m/V,

где т — масса материала в сухом состоянии, кг (г) У— объем материала, м3 (см3).

Объемная масса зависит от влажности материала, с увеличением влажности объемная масса повышается. Для определения объемной массы материалов в воздушносухом состоянии используют значение массы в воздушносухом состоянии.

Для рыхлых материалов (песка, щебня, цемента) определяют насыпную объемную массу. Насыпной массой называется масса единицы объема рыхлого материала, насыпанного в какуюлибо тару без уплотнения.

Объемную массу строительных материалов учитывают при расчете массы сооружений, подсчете необходимых транспортных средств, определении вместимости тары или складов для хранения материалов.

Большинство материалов имеет поры, поэтому объемная масса, как правило, меньше плотности (табл. 1).

Таблица 1 Плотность и объемная масса некоторых строительных материалов

Плотность. Плотность характеризуется количеством массы вещества в единице объема. Плотность материала р вычисляют в г/см3, кг/м3, т/м3 по формуле

р = m/V,

где т — постоянная масса материала, г (кг или т); V — объем, занимаемый этим материалом, т. е. без пор и пустот, см3 (м3).

1 Масса, при которой разница между двумя последними взвешиваниями после повторного высушивания будет не более 0,2%. Высушивают образец в сушильном шкафу при. температуре 105—110° С. Первое взвешивание делают через 4—6 ч, а повторное — через 2—3 ч. Перед взвешиванием образцы охлаждают до температуры 20° С.

В табл. I приведены показатели плотности некоторых строительных материалов.

Относительной плотностью Р называют отношение объемной массы материала образца к его плотности р

P=mv/p.

Относительную плотность выражают отвлеченным числом или в процентах. Относительная плотность, как правило, меньше единицы (например, для плит из минеральной ваты Р=0,10, т. е. составляет около 10%). Лишь у очень плотных материалов, например у металлов, стекла, значение относительной плотности практически равно 1.

Пористость. Пористость — степень заполнения объема материала порами. Определяют ее общим объемом пор в единице объема материала по формуле

где Ппор — пористость материала, %; mv — объемная масса (при определении пористости рыхлых материалов берут насыпную объемную массу); р — плотность, г/см3. Значение пористости строительных материалов колеблется от 0 (стекло, сталь) до 98% (мипора).

Водопоглощение, влажность, влагоотдача. Водопоглощение— способность материала впитывать и удерживать в своих порах воду. Различают массовое и объемное водопоглощение.

Массовое водопоглощение WM определяется разностью масс материала в насыщенном водой состоянии и сухом состоянии к массе сухого материала по формуле

где m1 — масса материала в сухом состоянии, г; m2 масса материала в насыщенном водой состоянии, т. Объемное водопоглощение определяется разностью масс материала в насыщенном водой состоянии и сухом состоянии к его объему по формуле

где V — объем материала в сухом состоянии, см3.

Массовое водопоглощение показывает степень увеличения массы материала (за счет поглощенной воды), а объемное водопоглощение — степень заполнения объема материала водой.

Массовое и объемное водопоглощение различных материалов колеблется в широких пределах. Например, массовое водопоглощение керамических плиток для внутренней облицовки стен доходит до 16%, а керамических плиток для полов не превышает 4°/о, обыкновенного глиняного кирпича может быть 8—30%, а плотного бетона —2—3%; объемное водопоглощение цементного раствора —25%, гипсовых плит —36%, мипоры — 98/0. Водопоглощение материала зависит от его пористости, чем больше пористость, тем больше водопоглощение Вода, попавшая в поры материала, резко изменяет его основные свойства, и следовательно, эксплуатационные качества Она увеличивает его объемную массу и теплопроводность (у торфа, например, увеличивается и объем), понижает прочность. Некоторые материалы, в частности, затвердевшие глиняные растворы, разрушаются в воде.

Влажность, т. е. степень увлажнения материала, зависит от влажности окружающей среды, структуры и других свойств самого материала. Для оценки влажности пользуются показателем влажности, который определяется отношением массы несвязанной воды, находящейся в порах материала, к массе материала в воздушносухом состоянии (в процентах).

Влагоотдача — способность материала терять находящуюся в его порах воду. Значение влагоотдачи определяют, измеряя (в процентах) количество воды, испарившейся из образца в течение суток при температуре воздуха 20° С и относительной влажности ЬО /о. Масса испарившейся воды равна разности между массой образца до и после опыта.

Влагоотдача имеет большое значение особенно для стеновых материалов. Свежеоштукатуренные стены обладают повышенной влажностью. В обычных условиях благодаря влагоотдаче стены высыхают. Вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала стен и влажностью окружающего воздуха, т. е. пока материал не достигнет воздушносухого состояния.

Относительная влажность — отношение количества водяного пара, содержащегося в определенном объеме воздуха, к количеству пара, которое максимально возможно в этом объеме при данной температуре.

Гигроскопичность. Гигроскопичность — свойство материалов поглощать водяные пары из воздуха. Гигроскопичность зависит от формы и размера пор! Например, древесина, у которой длинные и узкие поры, очень гигроскопична, а бетон и отвердевшие цементные растворы, у которых поры замкнутые, малогигроскопичны. Для многих отделочных материалов гигроскопичность — отрицательное свойство, так как впитываемая вода постепенно разрушает отделочное покрытие.

Водопроницаемость. Водопроницаемость — способность материала пропускать через себя воду под давлением. Водопроницаемость характеризуется коэффициентом водопроницаемости Кв, который равен количеству воды, прошедшему в течение 1 ч через образец площадью 1 м2 и толщиной 1 м. Водопроницаемость зависит от пористости, плотности материала, формы и размеров пор. Водонепроницаемыми можно считать плотные материалы с мелкими замкнутыми порами, в частности специальные бетоны и растворы. Такие материалы, как сталь, стекло и битум, практически водонепроницаемы.

Водопроницаемость — отрицательное свойство материалов, которые используют при устройстве плотин, дамб, резервуаров для хранения жидкостей и пр. Поэтому конструкции, находящиеся под напором воды, защищают, применяя специальную гидроизоляцию, например, из битума.

Паро, воздухо и газопроницаемость. Эти свойства характеризуются количеством пара, воздуха или газа, прошедшего через образец определенных размеров при заданном давлении.

Вязкость. Вязкость — свойство жидкостей оказывать сопротивление при перемещении одной частицы жидкости относительно другой. В строительстве понятие вязкости употребляется применительно к материалам, находящимся в жидком и полужидком состояниях. Вязкость материала определяется размером сил молекулярного притяжения и зависит от температуры и давления. С понижением температуры и повышением давления вязкость возрастает.

Вязкость жидких материалов устанавливают с помощью вискозиметров (рис. 1). Вискозиметрами определяют время в секундах, необходимое для истечения 100 мл жидкости из сосуда через отверстие (сопло) в его дне.

Рис. 1. Вискозиметр ВЗ4: 1 — желобок, 2 — резервуар

Теплопроводность. Теплопроводность — способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на противоположных поверхностях.

Теплопроводность материалов характеризуется коэффициентом теплопроводности, обозначаемым буквой % (ламбда). Этот коэффициент показывает количество тепла в килокалориях, проходящего через образец толщиной 1 м и площадью 1 м2, при разности температур на противоположных плоскопараллельных поверхностях стены в 1°С в течение единицы времени (1ч).

Коэффициент теплопроводности, определяемый в лабораториях опытным путем, зависит от состава и структуры материала, его пористости и влажности. Например, коэффициент теплопроводности кристаллических (каменных) материалов в несколько раз больше, чем аморфных; у дерева вдоль волокон он в два раза больше, чем поперек волокон при одинаковом коэффициенте пористости; коэффициент теплопроводности мелкопористых материалов меньше, чем крупнопористых; у материалов с сообщающимися порами он больше, чем у материалов с замкнутыми порами. Как правило, коэффициент теплопроводности больше у плотных материалов и меньше у пористых, например, у стали λ =50 ккал/мчград, а у пробки λ =0,06 ккал/мчград.

Теплопроводность материала повышается (до 10 раз) с увеличением его влажности, что объясняется значительной теплопроводностью воды, превышающей в 25 раз теплопроводность воздуха (коэффициент теплопроводности воды равен 0,5 ккал/мчград). Особенно сильно это сказывается на материалах с крупными порами. Когда влажные материалы замерзают, их теплопроводность еще больше увеличивается (λ льда =2 ккал/мчград).

Теплопроводность учитывают при подборе материалов для ограждающих конструкций — наружных стен, верхнего перекрытия зданий. Наружные стены и верхнее перекрытие делают из малотеплопроводных материалов. Если наружные стены жилых зданий сделать из теплопроводных материалов, в помещениях с такими стенами будет холодно, стены промерзнут и отделки (штукатурка, окраска) разрушится.

Теплоемкость. Теплоемкость — свойство материала при нагревании поглощать определенное количество тепла, а при охлаждении — выделять его. Теплоемкость характеризуется коэффициентом теплоемкости с, который равен количеству тепла (в ккал), необходимого для нагревания 1 кг материала на 1° С. Коэффициентом теплоемкости пользуются, например при расчете энергии, необходимой для подогревания строительных материалов зимой. Его учитывают при подборе материалов для ограждающих конструкций. Для сохранения относительно постоянной температуры в помещениях стены должны быть сделаны из материалов с большой теплоемкостью.

Теплоусвояемость. Теплоусвояемость определяется коэффициентом усвоения тепла, который зависит от теп.лоемкости и теплопроводности материала конструкции, его объемной массы, а также от скорости изменения температуры у поверхности конструкции. Чем больше коэффициент усвоения тепла, тем выше теплоусвояемость материала.

Коэффициент усвоения тепла учитывают при выборе материалов для покрытия полов. За эталон принят коэффициент усвоения тепла дубовым паркетным полом, равный 5. Полы с коэффициентом более 5 называют холодными, а с коэффициентом менее 5 — теплыми.

Звукопроницаемость и звукопоглощение. Звукопроницаемость — способность материала пропускать через свою толщу звук. Сила звука (шума) измеряется в децибелах (дБ).

Различают два рода шумов, передаваемых стенами и перекрытиями: ударные и воздушные (от радиоприемников, громкой речи). Для Изоляции помещений от шумов строительные конструкции должны обладать звукопоглощением. Звукопоглощение, т. е. степень поглощения звука материалом, зависит от его структуры, пористости, толщины, характера поверхности.

Ударные шумы хорошо поглощаются пористыми материалами. Для погашения воздушных шумов конструкция должна иметь соответствующую массу (толщину), поэтому при определении толщины перегородок учитывают и звукопроводность материала. Оштукатуривание стен также снижает их звукопроводность.

Морозостойкость. Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное, требуемое по условиям долговечности или срока службы сооружения, число циклов попеременного замораживания и оттаивания без признаков разрушения. Если материал не обладает достаточной морозостойкостью, то произойдет его разрушение.

Для определения морозостойкости материал замораживают до температуры —15° С, а затем погружают в воду комнатной температуры (15±5°С) для оттаивания. Число циклов попеременного замораживания и оттаивания материала при условии, что прочность его в результате этого понизится не более чем на 25%, и характеризует морозостойкость материала. По морозостойкости, т. е. по числу выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания, материалы подразделяются на марки: Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и более (для специальных сооружений).

Вода, находящаяся в порах материала, превратившись в лед, увеличивается в объеме примерно на 10%. При этом в материале возникают большие внутренние напряжения, которые постепенно и разрушают его.

Морозостойкими являются материалы плотные или с малым водопоглощением (до 0,5%). Морозостойкость имеет большое значение при выборе материалов для ограждающих конструкций и их отделки. Поверхность стен и крыш нужно делать из морозостойких материалов.

Огнестойкость. Огнестойкость — это способность материала выдерживать без разрушения воздействие огня и воды в условиях пожара. По степени огнестойкости различают сгораемые, трудносгораемые и несгораемые материалы.

Сгораемыми называют материалы; которые под действием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня (например, дерево, толь, рубероид).

Трудносгораемыми считают материалы, способные гореть (тлеть и обугливаться) только при непосредственном действии на них источника огня или высокой температуры и перестающие гореть после удаления этого источника. К таким материалам относится фибролит.

Несгораемыми являются материалы, которые не воспламеняются под действием огня или высокой температуры, а только в большей или меньшей степени разрушаются. К этим материалам относятся отвердевшие штукатурные растворы, керамические и стеклянные плитки.

Огнеупорность. Огнеупорность — это способность материала выдерживать, длительное воздействие высокой температуры, не разрушаясь и не размягчаясь. По степени огнеупорности различают материалы легкоплавкие, тугоплавкие и огнеупорные.

Легкоплавкие — это материалы, размягчающиеся при температуре ниже 1350° С (обыкновенный глиняный кирпич).

Тугоплавкие материалы выдерживают температуру до 1580° С. К ним относится, например, кирпич для кладки печей.

Огнеупорные материалы способны выдерживать длительное воздействие температуры свыше 1580° С. Материалы этой группы (шамот), в частности, применяются для внутренней облицовки (футеровки) промышленных печей и труб.

Теплостойкость (термостойкость). Способность материала сохранять свои эксплуатационные свойства при повышении температуры называется теплостойкостью. Величина теплостойкости определяется максимальной температурой, при которой материал не теряет своих эксплуатационных свойств.

Поиск по сайту: