К атегория: Выбор стройматериалов

Свойства строительных материалов

Физические свойства

Физические свойства включают в себя следующие параметры: плотность, пористость, водопоглощение, влагоотдача, гигроскопичность, водопроницаемость, морозостойкость, теплопроводность, звукопоглощение, огнестойкость, огнеупорность и некоторые другие.

Плотность

Плотность материала бывает средней и истинной. Средняя плотность определяется отношением массы тела (кирпича, камня и т. п.) ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты, и выражается в соотношении кг/м2.

Истинная плотность- это предел отношения массы к объему без учета имеющихся в них пустот и пор.

У плотных материалов -- таких, как сталь и гранит, - средняя плотность практически равна истинной, у пористых (кирпич и т. п.) - меньше ее.

Пористость

Эта характеристика определяется степенью заполнения объема материала порами, которая исчисляется в процентах. Пористость влияет на такие свойства материалов, как прочность, водопоглощение, теплопроводность, морозостойкость и др.

По величине пор материалы,разделяют на мелкопористые, у которых размеры пор измеряются в сотых и тысячных долях миллиметра, и крупнопористые (размеры пор - от десятых долей миллиметра до 1-2 мм). Пористость строительных материалов колеблется в широком диапазоне. Так, например, у стекла и металла она равна 0, у кирпича она составляет - 25-35%, у мипоры - 98%.

Влагоотдача

Это свойство материала характеризует способность терять находящуюся в его порах влагу. Влагоотдача исчисляется процентным количеством воды, которое материал теряет за сутки (при относительной влажности окружающего воздуха 60% и его температуре 20° С).

Влагоотдача имеет большое значение для многих материалов и изделий, например стеновых панелей и блоков, которые в процессе возведения здания обычно имеют повышенную влажность, а в обычных условиях благодаря водоотдаче высыхают - вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала стен и влажностью окружающего воздуха, то есть пока материал не достигнет воздушно-сухого состояния.

Водопоглощение

Водопоглощение - это способность материала впитывать и удерживать в своих порах влагу.

По объему водопоглощение всегда меньше 100%, а по массе может быть более 100%, например у теплоизоляционных материалов. Насыщение материала водой ухудшает его основные свойства, увеличивает теплопроводность и среднюю плотность, уменьшает прочность.

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

Материалы с коэффициентом размягчения не менее 0,8 относят к водостойким. Их применяют в конструкциях, находящихся в воде, и в местах с повышенной влажностью.

Гигроскопичность

Гигроскопичность - это свойство пористых материалов поглощать влагу из воздуха. Гигроскопичные материалы (древесина, теплоизоляционные материалы, кирпичи полусухого прессования и др.) могут поглощать большое количество воды. При этом увеличивается их масса, снижается прочность, изменяются размеры.

Огнестойкость

Огнестойкость - это свойство материалов Противостоять действию высоких температур. По степени огнестойкости материалы делят на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы (кирпич, бетон, сталь) под действием огня или высоких температур не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются, но могут сильно деформироваться. Трудносгораемые материалы (фибролит, асфальтовый бетон и т. д.) тлеют и обугливаются, но после удаления источника огня эти процессы прекращаются. Сгораемые материалы (дерево, рубероид, пластмассы и т. д.) воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть и после удаления источника огня.

Огнеупорность

Огнеупорность - свойство материала противостоять, не деформируясь, длительному воздействию высоких температур. По степени огнеупорности материалы делят на огнеупорные, выдерживающие действие температур до 1580° С и выше (шамотный кирпич); тугоплавкие, выдерживающие действие температур 1350-1580° С (тугоплавкий кирпич); легкоплавкие, размягчающиеся или разрушающиеся при температуре ниже 1350° С (керамический кирпич).

Механические свойства

К механическим свойствам материала относят его прочность, упругость, пластичность, хрупкость, сопротивление удару и твердость.

Прочность

Прочностью называется способность материала противостоять разрушению под воздействием внешних сил, вызывающих в нем внутренние напряжения. Прочность материала характеризуется пределом прочности при трех видах воздействия на него - сжатии, изщбе и растяжении.

Прочностью называют свойство материала сопротивляться разрушениям под действием напряжений, возникающих от действия внешних сил (нагрузок).

В конструкциях строительные материалы, подвергаясь различным нагрузкам, испытывают напряжения сжатия, растяжения, изгиба, среза, удара. Чаще всего они работают на сжатие или растяжение.

Различные материалы по-разному сопротивляются различным видам напряжений. Так, природные камни, бетон, кирпич хорошо сопротивляются сжатию и значительно хуже растяжению. Сталь и древесина хорошо работают как на сжатие, так и на растяжение.

По величине напряжение центрального сжатия или растяжения равно силе, приходящейся на 1 см2 поперечного сечения материала. Напряжение центрального сжатия или растяжения вычисляют делением нагрузки на первоначальную площадь поперечного сечения:

Прочность строительных материалов характеризуется так называемым пределом прочности при сжатии или пределом прочности при растяжении, т. е. напряжением, соответствующим нагрузке, вызывающей разрушение образца материала.

К глубинным первичным породам относятся: гранит, диорит, сеинит. Они имеют высокую плотность, обладают высокой прочностью и большой объемной массой.

К изверженным породам относятся: базальт, диабаз, являющиеся плотными породами, а также пемза и туфы, которые имеют малую объемную массу вследствие большой пористости.

Вторичные породы образовались в результате разрушения изверженных и других пород под влиянием температурных колебаний, действия воды и ветра. Перемещаемые водными потоками на значительные расстояния продукты разрушения осаждались в местах менее интенсивного течения воды и в водоемах в виде пластов.

Растворимые в воде минералы и продукты их разрушений впоследствии осаждались из водного раствора. Так образовался, например, гипс. В состав осадочных пород входят также минеральные вещества и продукты жизнедеятельности организмов, населяющих водные бассейны. К таким породам относятся: известняки, мел, ракушечник и т. п.

Видоизмененные породы образовались в результате глубоких изменений изверженных и осадочных пород под воздействием высоких температур или больших давлений, поэтому эти породы существенно отличаются от первоначальных. К таким породам относятся: мрамор, гнейсы, сланцы.

Упругость

Упругость - это способность материала после деформирования под воздействием каких-либо нагрузок принимать первоначальную форму и размеры. Наибольшее напряжение, при котором материал еще обладает упругостью, называется пределом упругости. К упругим материалам относят резину, сталь, древесину.

Твердость

Твердость - способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела. Это свойство материалов важно при устройстве полов и дорожных покрытий.

Хрупкость

Хрупкость - свойство материала под действием внешних сил мгновенно разрушаться без заметной пластичной деформации. К хрупким материалам относятся кирпич, природные камни, бетон, стекло и т. д.

Пластичность

Пластичность- свойство материала изменять под нагрузкой форму и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившиеся форму и размеры после удаления нагрузки. Это свойство противоположно упругости. К пластичным материалам относят битум, глиняное тесто и др.

Сопротивление удару

Сопротивление удару - способность материала противостоять разрушению под действием ударных нагрузок. Плохо сопротивляются ударным нагрузкам хрупкие материалы.

Прочностью называется способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим в результате действия внешних сил (нагрузок).

Под действием внешних сил материал деформируется. Деформации могут быть упругими, если они исчезают после снятия нагрузки, и остаточными, если после снятия нагрузки они остаются.

Упругостью называется свойство материала восстанавливать свою форму (твердые тела) и объем (жидкости и газы) после прекращения действия сил, вызвавших их деформацию. При достаточно больших нагрузках твердые тела теряют упругость и деформируются пластично. Малые деформации твердого упругого тела пропорциональны приложенной нагрузке.

Деформация при достаточном се развитии приводит к разрушению материала. При этом для материала, находящегося в хрупком состоянии, разрушение наступает при достижении предельного значения упругой деформации, а для пластичного материала - при достижении им двух предельных состояний: перехода упругой деформации в пластическую и перехода от пластической деформации к разрушению материала.

Напряжение материала - это внутренняя сила взаимодействия, приходящаяся на единицу площади. Величина напряжения в каждой точке сечения является мерой внутренних сил, возникающих в материале как результат деформации, вызванной внешними силами.

Напряжение, соответствующее нагрузке, при которой происходит разрушение материала, называется пределом прочности материала (табл. 2). В зависимости от вида деформации под нагрузкой различают предел прочности при сжатии, изгибе, растяжении и т. д.

Предел прочности при сжатии Rvm, изгибе Rmr, растяжении Яряст определяют отношением разрушающей силы к площади поперечного сечения образца.

В строительных конструкциях и их элементах допускаемое напряжение составляет лишь часть прочности материала.

Коэффициент запаса прочности при статической нагрузке равен: для пластичных материалов 2,4-2,6; для хрупких 3-9.

При ударной нагрузке пластичный материал имеет коэффициент запаса прочности 2,8-5. (Тпшх^а 1(Ш, где (Тшмх - наибольшие напряжения, возникающие в материале при действии внешних сил.

Коэффициентом конструктивного качества Ки (прочностно-массовый коэффициент) называется отношен не предела прочности при сжатии (МГ1а) к величине плотности материала в естественном состоянии (кг/м3). Например, для бетона Ск = 0,006, для кирпичной кладки - 0,003, для пластмасс -0,1-0,2, для высококачественной стали -0,13, для гранита - 0,04-0,09.

Хрупкость - это свойство материала под действием внешних сил разрушаться сразу, не обнаруживая сколько-нибудь значительных деформаций. Хрупкие материалы (чугун, бетон, стекло, граниты, мраморы, керамические плитки и др.) плохо сопротивляются удару.

Пластичностью называется способность материала под действием нагрузки изменять свою форму и без признаков разрушения полностью сохранять ее после снятия нагрузки.

В отличие от хрупких пластичные материалы разрушаются лишь после значительной остаточной деформации (например, малоуглеродистая сталь, медь, битумы).

Твердость - это свойство материала сопротивляться проникновению в него более твердых тел.

Химические свойства

Химические свойства материала характеризуют его способность вступать в реакцию с различными веществами. Например, способность вяжущих материалов реагировать с водой, противостоять воздействию агрессивных веществ, находящихся в окружающей среде.

Растворимость - это способность материала растворяться в том или ином растворителе. Мерой растворимости материала при данных условиях служит концентрация его насыщенного раствора.

Если материал под действием растворителя ухудшает- свои свойства пли разрушается, то растворимость является отрицательным фактором. Если же растворимость используется как составная часть технологии при изготовлении мастик, то растворимость становится положи- тельным фактором.

Коррозионной стойкостью называется способность материала сохранять свои свойства в условиях агрессивной среды. К агрессивным средам относятся вода (пресная и морская), газы, растворы кислот, щелочей и солей, а также органические растворители.

Кислотостойкость - способность материала сопротивляться действию кислот, не изменяя своих свойств. Кислотостойкостыо обладают соли сильных кислот (азотной, соляной, кремнефтористой), некоторые полимерные материалы, а также специальные керамические плитки.

Щелочестойкость характеризуется способностью материала противостоять действию щелочей, сохраняя свои свойства. Щслочестопкими считаются пигменты, применяемые при устройство мозаичных и ксилолитовых покрытий полов, а также полов типа брекчия (охра, умбра и др.).

Газостойкость – способность материала не вступать в реакцию с газами окружающей среды. Материалы, применяемые в облицовочных работах, должны быть стойкими В основном к углекислому газу п сероводороду.

Если в составе материала преобладает двуокись кремния (кремнезем), то материал считается стойким но отношению к кислотам, по взаимодействует с основными окислами, например с окисью кальция. Когда в составе неорганического материала преобладают основные окислы, то он обычно нестоек к кислотам, по щелочами не разрушается.

Химические свойства материала характеризуют его способность к химическим превращениям под влиянием веществ, с которыми он находится в соприкосновении, а также некоторых физических (например, нагревание, облучение, электрический ток) и биологических (микроорганизмы, грибки и др.) воздействий. Из химических свойств материалов для строителя главные - коррозионная стойкость материалов в строительных конструкциях и их химическая активность. Последнее свойство важно, например, для материалов, используемых как связующее (например, цемент, синтетические смолы).

Коррозия - разрушение твердых тел, которое вызывается химическими и электрохимическими процессами, протекающими в них при взаимодействии с внешней средой. Коррозионному разрушению подвергаются не только металлы, но и каменные материалы, бетон, пластмассы, древесина.

Основными агрессивными агентами, вызывающими коррозию строительных материалов, являются: пресная и соленая вода, минерализованные почвенные воды, растворенные в дождевой воде газы (SO2, SO3, N02) от промышленных предприятий и автомашин. На промышленных предприятиях коррозию строительных материалов часто вызывают более сильные агенты: растворы кислот и щелочей, расплавленные материалы и горячие газы.

Особый вид коррозии - биокоррозия - разрушение материала под действием живых организмов (например, грибков, микробов). Биокоррозия - это не только гниение органических материалов (древесины, битума и др.), но и разрушение бетона и металла продуктами жизнедеятельности поселившихся на них микроорганизмов.

Изменение структуры и химического состава пластмасс под влиянием внешней среды носит название «старение». Наиболее вредные воздействия на пластмассы оказывают солнечное облучение, кислород воздуха и повышенные температуры.

Коррозия строительных материалов опасна не столько химическими изменениями в материале, сколько связанными с ними изменениями физико-механических характеристик материалов.

Химическая активность таких строительных материалов, как вяжущие вещёства или минеральные добавки, зависит не только от их состава и строения (т. е. от активности составляющих их молекул), но и от тонкости измельчения. Причина этого в том, что химические процессы протекают либо при непосредственном контакте этих веществ друг с другом (т.е. на их поверхности), либо при растворении веществ (растворение происходит также с поверхности). Таким образом, чем больше поверхность вещества, тем активнее оно в химическом отношении. Поверхность увеличивается при увеличении степени измельчения его частиц.

Степень измельчения вещества характеризуют величиной, называемой удельной поверхностью. Удельная поверхность - суммарная поверхность всех частиц единицы массы вещества (см2/г). Удельная поверхность тонкомолотых материалов достигает больших значений (см2/г): обычного портландцемента - 2000…2500, а тонкомолотого быстротвердеющего - 3000…4000. Чем больше удельная поверхность, тем быстрее частицы цемента взаимодействуют с водой и соответственно быстрее твердеет цемент.

Свойства строительных материалов

Плотностью называется величина равная отношению массы вещества к занимаемому им объему; выражается в килограммах на кубический метр (кг/м3).

Истинная плотность - предел отношения массы к объему тела или вещества без учета имеющихся в них пустот и пор.

Насыпная плотность - отношение массы зернистых материалов, материалов в виде порошка ко всему занимаемому ими объему, включая и пространство между частицами.

Средняя плотность - физическая величина, определяемая отношением массы тела или вещества ко всему занимаемому ими объему, включая имеющиеся в них пустоты и поры.

Относительная плотность - отношение плотности тела или вещества к плотности стандартного вещества при определенных физических условиях.

Пористость -отношение объема пор к внешнему объему

(габариту) материала. Ее выражают в процентах.

Пористость определяет основные свойства материалов: прочность,

морозостойкость, газопроницаемость, водопроницаемость и т.д.

Водопоглощение - способность материала впитывать

и удерживать воду. Водопоглощение определяют по разности массы

образца материала в насыщенном водой и абсолютно сухом состоя-

нии и выражают в процентах массы сухого материала.

Водопоглощение по объему В0 равно массе воды, поглощенной

образцом при его насыщении, отнесенной к объему образца.

Водопоглощение материала по объему меньше 100 %, а водопо-

глощение по массе у очень пористых материалов - больше 100%,

Отношение прочности материала, насыщенного водой, к его проч-

ности в сухом состоянии называется коэффициентом раз-

мягчения. Численное значение этого коэффициента колеблется от 0 до 1.

При коэффициенте размягчения более 0,8 строительный материал

считается водостойким, при коэффициенте менее 0,7 - неводостой-

и сооружениях с большой влажностью.

Влагоотдача -способность материала отдавать влагу при

изменении окружающей среды. Влагоотдача характеризуется ско-

ростью высыхания материала в сутки при относительной влажности

окружающего воздуха 60 % и температуре 20 °С.

Влажность материала в процентах определяют содержанием влаги, отнесенной к массе материала в сухом состоянии.

Водопроницаемость - способность материала пропускать воду под давлением. Водопроницаемость характеризуется количеством воды, прошедшей за 1 ч через 1 см2 поверхности материала при постоянном давлении. Степень водопроницаемости материала зависит от его плотности и строения.

Адгезия - способность материала слипаться с поверхностью другого тела. Количественно она характеризуется удельной работой, затрачиваемой на разделение тел. Адгезия - важное свойство лакокрасочных полимерных покрытий, антикоррозионных составов, гидроизоляционных и кровельных эмульсий и суспензий и т. д.

Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и понижения прочности.

Морозостойкость характеризуется количеством выдержанных циклов замораживания, определяемых по снижению прочности материала не более чем на 25 % и потере массы не более чем на 5 %.

Морозостойкость материала проверяют многократным замораживанием образцов при температуре -15...-20 °С и последующим оттаиванием в воде при температуре 20...25 °С.

Теплопроводность -способность материала передавать тепло через свою толщу от одной поверхности к противоположной вследствие разности температур.

Теплоемкость - свойство материала поглощать теплоту при нагревании и отдавать ее при охлаждении; характеризуется коэффициентом теплоемкости, равным количеству тепла в джоулях, необходимого для нагрева 1 кг материала на 1 °С.

Теплоемкость, отнесенная к единице массы, называется удельной теплоемкостью. Теплоемкость материала позволяет сохранить теплоустойчивость зданий.

Газопроницаемость-способность материала пропускать через толщу газ или воздух. Объем газа, проходящего через слой материала, прямо пропорционален площади стены, времени протекания газа, разности давлений и обратно пропорционален толщине стены.

Звукопроницаемость -свойство материала пропускать воздушные и ударные звуки. Ограждающие конструкции зданий оцениваются по звукоизолирующей способности: количественная мера - децибел. Звукоизоляция стен характеризуется показателем проницаемости от воздушного звука, а междуэтажных перекрытий - показателем звукоизоляции от воздушного и ударного звуков. Для жилых зданий показатель звукоизоляции от воздушного звука межквартирных стен и междуэтажных перекрытий должен быть не менее 1 децибеллы, а показатель звукоизоляции от ударного шума междуэтажных перекрытий - 0 (ноль) децибел.

Огнестойкость -способность материала противостоять

действию огня без потери необходимых прочностных конструкцион-

ных и эксплуатационных качеств. Предел огнестойкости-время

в часах, в течение которого конструкция выполняет свои функции

в условиях пожара. Предел огнестойкости зависит от возгораемости

материалов, а также от наличия и надежности их защиты против

действия огня. По степени огнестойкости материалы различают на

несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы

не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. Трудносгораемые

материалы с трудом возгораются, тлеют или обугливаются. Сгорае-

мые материалы воспламеняются или тлеют.

Прочность - способность твердого тела воспринимать в оп-

ределенных пределах воздействие внешних сил без признаков раз-

рушения. Прочность материала характеризуется пределом прочности

на сжатие, изгиб и растяжение.

Упругость -свойство материала деформироваться под вли-

янием физических воздействий, связанных с возникновением внут-

ренних сил, и полностью восстанавливать первоначальное состояние

после устранения этих воздействий.

Пластичность - способность материала под влиянием дей-

ствующих на него усилий изменять свои размеры и форму без обра-

зования трещин и сохранять их после снятия нагрузки. Пластич-

ность одного и того же материала может быть различной в зависи-

мости от температуры. К пластичным материалам относят битум,

глиняное и цементное тесто, полимерные пасты и мастики и т. д. -

Хрупкость - способность материала мгновенно разрушаться

под действием внешних сил без заметной пластичной деформации.

Для хрупких материалов характерна значительная разница между

пределами прочности при сжатии и растяжении. Хрупкие материалы

плохо сопротивляются удару. Хрупкость материала изменяется в за-

висимости от влажности, температуры, скорости нарастания, действующей нагрузки.

Твердость - способность материала сопротивляться прони-

канию в него другого брлее твердого тела.

Твердость хрупких материалов определяют методом царапания

по минералогической шкале Мооса, где в качестве эталонов принята

твердость следующих материалов; 1-тальк, 2 -гипс, 3 -кальцит,

4 - флюорит, 5 - апатит, 6 - ортоклаз, 7 - кварц, 8 - топаз, 9 -

корунд, 10-алмаз.

Истираемость - способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий.

Сопротивление материала истиранию определяют на кругах истирания или пескоструйным аппаратом. Как правило, таким испытаниям подвергают материалы для устройства полов, лестниц, покрытий дорог, аэродромов и т. д.

Коррозионная стойкость - способность материала не вступать в реакции с другими веществами, изменяя при этом свои первоначальные свойства; наиболее важным показателем является способность материала сопротивляться воздействию кислот, щелочей, солей, газов.

Строительные материалы, как и все окружающие нас предметы и явления, обладают рядом признаков и характеристик, которые проявляются в большей или меньшей степени. По совокупности этих признаков и характеристик, отражающих свойства материалов, судят о качестве продукции.
Из всего разнообразия присущих каждому предмету или материалу свойств для оценки качества выбирают только те, которые определяют пригодность продукции при использовании по прямому назначению. Например, для бетона важны такие свойства, как прочность, плотность, долговечность, водопроницаемость, теплопроводность. Некоторые другие характеристики, в частности цвет, для конструкционных бетонов не имеют никакого значения. Наоборот, цвет для отделочных материалов - это главное свойство, а теплопроводность второстепенное.
Все свойства строительных материалов подразделяют на следующие группы.
Физические свойства . Данную группу составляют параметры физического состояния материалов и свойства, определяющие отношение материалов к различным физическим процессам. К первым относят плотность и пористость материала, его химический, фазовый и минеральный состав, степень измельчения порошков, ко вторым - гидрофизические свойства (водопоглощение, влажность, водопроницаемость), теплофизические (теплопроводность, теплоемкость, температурное расширение), стойкость против физической коррозии (водостойкость, морозостойкость) и некоторые другие.
Механические свойства . В эту группу входят характеристики, отражающие отношение материала к действию механических нагрузок: прочность, твердость, деформативность, упругость, пластичность, хрупкость, истираемость.
Химические свойства . Данная группа включает в себя свойства, характеризующие стойкость материала к разрушающим химическим воздействиям окружающей среды (коррозионная стойкость), а также способность материала к химическим превращениям (например, способность цемента после затворения водой самопроизвольно затвердевать в прочное камневидное тело).
Для численного определения свойств используют результаты испытания стандартных образцов строительных материалов. Методы испытаний регламентируют Государственные стандарты (ГОСТы), требования которых должны неукоснительно выполняться на всех стройках.
Стандарты содержат всесторонние требования к качеству продукции: технические условия, типы и основные параметры продукции, методы испытаний, правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения. Соответствие свойств материалов указанным в стандартах параметрам - залог высокого качества продукции.
Свойства материалов зависят от их состава и строения. Различают химический, минеральный и фазовый состав. Химический состав, выражаемый процентным содержанием различных оксидов, влияет на химическую стойкость, огнестойкость, механические свойства материала.
Минеральный состав показывает, какие именно минералы и в каких соотношениях находятся в материале. Так, состав гранита определяется содержанием породообразующих минералов - полевого шпата, кварца, слюды и роговой обманки. Точно так же используют характеристики минерального состава клинкера для оценки свойств цементов. Если материал обладает полиминеральным составом, его свойства зависят от количественного соотношения между минералами, поскольку индивидуальные характеристики минералов неодинаковы. Следовательно, при создании искусственных строительных материалов можно сознательно управлять их свойствами.
Фазовый состав материала также оказывает большое влияние на свойства. В твердой фазе выделяют кристаллическую и аморфную составляющие. Кристаллическая форма состояния вещества более устойчива. Аморфная форма по сравнению с кристаллической характеризуется большим запасом потенциальной энергии, и поэтому аморфные вещества в химическом отношении активнее. Например, кварц (кристаллическая форма оксида кремния) способен вступать во взаимодействие с известью лишь при температурах выше 170° С, а опал (аморфная форма оксида кремния), входящий в состав диатомита, трепела, реагирует с известью уже при нормальной температуре. Высокую химическую активность аморфной формы используют при изготовлении клинкера портландцемента, создавая в его составе некоторое количество (6... 15%) стекловидной фазы. Это позволяет повышать прочность цемента. В структуре пористого материала, например бетона или строительного раствора, выделяют твердую фазу, образующую его каркас, и поры, которые могут быть заполнены воздухом и водой. При замерзании насыщенного водой материала вода переходит в лед, увеличиваясь в объеме. В результате в каркасе, т.е. в стенках пор, возникают большие растягивающие напряжения, которые приводят к разрушению материала.

Огнестойкость

Теплоемкость

Звукопроницаемость

Огнеупорность

Упругость

Звукопроводность

Относительная плотность

Ударная вязкость

Звукоизоляция

Открытая пористость

Химические свойства

Истираемость

Предел огнестойкости

Физические свойства

Истинная плотность

Плотность

Щелочестойксоть

Водостойкость строительного материала – это способность материала сохранять свою проектную прочность при насыщении водой. Степень снижения прочности строительного материала под действием воды называется коэффициентом размягчения. Материалы, имеющие коэффициент выше 0,8 считаются водостойкими и могут применяться в воде или в местах с повышенной влажностью. Водостойкость строительных материалов – очень важный показатель именно для тех материалов, которые используются в воде или во влажных условиях. Некоторые материалы при насыщении водой могут увеличивать свои показатели по прочности, это обусловлено, прежде всего, химическим взаимодействием компонентов. Например, при насыщении водой цемент может превратиться в цементный камень. Водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения kp = Rв/Rс, где Rв - прочность материала насыщенного водой, а Rс - прочность сухого материала. Меняется kp от 0 (размокающие глины) до 1 (металлы).

Водопоглощение строительного материала – это способность материала впитывать и удерживать влагу. Измеряется водопоглощение отношением объема или массы впитанной влаги к объему или массе строительного материала:

w m = (m 2 -m 1)/m 1 *100%,

w v = m 2 -m 1 /V*100%

Где
m 2 - масса материала в насыщенном водой состоянии, кг;
m 1 - масса материала в сухом состоянии, кг;
V - объем материала в естественном состоянии, м 3 .

Существует масса примеров, когда влаги в материале больше чем самого материала. Это происходит в том случае, когда удельный вес материала меньше плотности воды.

Практически всегда избыточное водопоглощение приводит к избыточному наличию воды в стройматериале, что ведет к изменению очень важных качеств строительного материала, таких как прочность и теплопроводность.

Влагоотдача строительного материала – это способность материала отдавать влагу, находящуюся в порах. Так, например, штукатурные растворы, отдавая лишнюю влагу, существенно изменяют свои показатели по прочности, стеновые пенобетонные блоки впитывают влагу из растворов, а потом отдают ее в атмосферу. Чем выше влажность воздуха и меньше температура, тем хуже происходит влагоотдача. Измеряется влагоотдача в процентах влаги, отдаваемой стройматериалом при среднестатистической относительной влажности воздуха 60% и температуре +20 °С.

Влажность строительного материала – величина, характеризующаяся количеством воды, находящимся в материале. Практически всегда повышенная влажность стройматериалов отрицательно влияет на качество. Так, например, увеличение влажности некоторых видов утеплителя всего на несколько процентов, ухудшают их теплозащитные свойства на порядок. Мокрый пеноблок или даже кирпич значительно теряют свои показатели по прочности и т.д. Влажность стройматериалов измеряется отношением массы воды, находящейся в стройматериале в период замера к нормативной массе сухого материала.

Водопроницаемость строительного материала – это свойство материала пропускать воду под давлением. Измеряется водопроницаемость количеством воды, прошедшей в течении одного часа через строительный материал площадью 1 кв. м. и толщиной 1 м при постоянном давлении 1МПа. Водопроницаемость строительного материала тем больше, чем больше пор в его структуре. Стройматериалы, не имеющие пор, а так же материалы которые имеют закрытые поры, например, специальный бетон, относятся к водонепроницаемым материалам. Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации kф=Vв*а/, где kф=Vв - количество воды, м³, проходящей через стенку площадью S = 1 м², толщиной а = 1 м за время t = 1ч при разности гидростатического давления на границах стенки p1 - p2 = 1 м вод. ст. Строительные материалы по своей водонепроницаемости характеризуются марками W2; W4; W8; W10; W12. Чем ниже коэффициент фильтрации kф, тем выше марка по водонепроницаемости.

Воздухостойкость строительных материалов – это способность материала выдерживать многократные насыщения водой и высыхание без значительных изменений физического состояния стройматериала. Разные строительные материалы по разному «переносят» многократное намокание и высыхание. Чаще всего этот процесс вызывает деформацию, потерю прочности и как итог потерю несущей способности строительной конструкции. Для повышения воздухостойкости строительные материалы покрывают гидрофобными составами или вводят в их состав гидрофобизаторы.

Газостойкость строительных материалов – свойство материала сохранять свои основные характеристики при контакте с газами, находящимися в окружающей среде, такими как, например, углеводород.

Гигроскопичность строительных материалов – способность материалов впитывать водяной пар из воздуха. Существует огромное количество строительных материалов, которые способны впитывать в себя значительное количество водяного пара. К таким материалам относятся: дерево, пенобетон, теплоизоляционные материалы и т.д. Строительные материалы с повышенной гигроскопичностью при полном насыщении водой теряют свои свойства, а так же могут изменять геометрические размеры. Для защиты строительных материалов от насыщения водяными парами применяют водоотталкивающие защитные составы.

Звукопоглощение строительных материалов – способность материала поглощать звук или снижать его уровень при прохождении через материал. Эта способность строительных материалов в первую очередь зависит от толщины, пористости материала и многослойности материала. Чем больше пор в материале, тем выше его способность поглощать звук. Звукопоглощение строительных материалов принято оценивать коэффициентом звукопоглощеният. е. отношением энергии, поглощенной материалом, к общему количеству падающей энергии в единицу времени. За единицу звукопоглощения условно принимают звукопоглощение 1 м 2 открытого окна. Коэффициент звукопоглощения может изменяться в пределах от 0 до 1. Если звукопоглощение равно 0, то звук полностью отражается от строительного материала. Если же этот коэффициент приближается к 1 то звук полностью поглощается материалом. Согласно нормативным показателям СНиП стройматериалы, имеющие коэффициент звукопоглощения не менее 0,4 при частоте 1000 Гц, могут относиться к звукопоглощающим материалам. Коэффициент звукопоглощения определяется практическим способом в акустической трубе и подсчитывается по формуле: А(зв)=Е(погл)/Е(пад)

А(зв) - коэффициент звукопоглощения;

Е(погл) - поглощённая звуковая волна;

Е(пад) - падающая звуковая волна;

Табл. Сравнительные показатели коэффициента звукопоглощения строительных материалов

Звукопроницаемость строительных материалов – способность материалов пропускать через свою толщу звуковую волну. Характеризуется звукопроницаемость строительных материалов коэффициентом звукопроницаемости, который показывает относительное уменьшение силы звука при прохождении его через толщу строительного материала. Звукопроницаемость практически является отрицательным свойством строительных материалов. Например, коэффициент звукопроницаемости деревянной перегородки толщиной 2,5 см равен 0,65, а бетонной стены такой же толщины – 0,11.

Звукопроводность строительных материалов – это способность тех или иных материалов пропускать звуки и шумы через свою толщу. Хорошими проводниками звука считаются строительные материалы большой плотности и прочности. Материалы, имеющие большое количество воздушных пор плохо передают звук и шум. Силу звука измеряют в децибе­лах (дБ). А звукопроводность строительных материалов характеризуется коэффициентом звукопроводности (t = Iпр /Iпад ) который равен отношению прошедшего через материал звука к падающему.

Звукоизоляция строительных материалов – это величина и характеризует процесс отражения звука каким-либо материалом. В связи с разной природой возникновения звуковых волн, различают звукоизоляцию от воздушного шума, это когда источник возникновения шума не связан с ограждающей конструкцией физически и и изоляцию от ударного шума, когда между источником и ограждающей конструкцией имеется контакт, например, стук молотка по стене. В СНиП нормируемым показателем звукоизоляции является индекс изоляции воздушного шума I в, дБ. Его определяют формуле, как средневзвешенное значение звукоизоляции конструкции в диапазоне частот от 100 до 5000 Гц в третьоктавных полосах частот. Величина R w также определяет средневзвешенную звукоизоляцию конструкции в том же диапазоне частот, но по несколько иной методике. Разница между I в и R w составляет 2 дБ, т.е. R w = I в + 2 дБ. Звукоизоляция строительных материалов и конструкций зависит от пористости материала, его толщины, наличия в материале или конструкциях отверстий и примыканий к другим конструкциям.

Истираемость строительных материалов – свойство материалов сопротивляться истирающим воздействиям. Истираемость определяется лабораторным путем на образцах. Характеристика истираемости строительных материалов указывает на стойкость материала к износу и оценивается потерей массы материала относительно ее плотности или же уменьшением толщины материала. Чем хуже истираемость строительного материала, тем он более износостоек. Облицовочнные строительные материалы делятся на 5 групп по показателям истираемости: первая группа – гранит, кварциты;

вторая группа – мрамор, плотные базальты;

третья группа – рыхлые базальты и мрамор;

четвертая группа – цветные мраморы, травентины, известняки;

пятая группа – рыхлые известняки.

Истинная плотность строительных материалов - это масса единицы объёма материала в абсолютно плотном состоянии. ρ =m/Va, где Va объём в плотном состоянии. [ρ] = г/см³; кг/м³; т/м³. Способы истинной плотности лабораторные: предварительно высушенную пробу измельчают в порошок, объём определяют в пикнометре (он равен объёму вытесненной жидкости).

Износ строительных материалов - свойство материала сопротивляться одновременно воздействию истирающих и ударных нагрузок. Износ определяют лабораторным путем в барабане со стальными шарами или без них.

Качество строительных материалов - это совокупность свойств материала, обуславливающих его способность удовлетворять определённым требованиям, в том числе и нормативным соответствии с его назначением.

Красящая способность – это свойства пигментов ЛКМ при смешивании с другими пигментами передавать свой цвет. Относительную красящую способность ЛКМ определяют лабораторным путем в соответствии с ГОСТ, или визуальным методом путем сравнивая образцов.

Кислотостойкость строительных материалов – способность материалов сохранят свои основные качества и характеристики под воздействием кислот.

Коррозионная стойкость строительных материалов – это свойство материала сохранять свои основные качества под агрессивным воздействием внешней среды. Коррозия бывает биологическая, химическая и электрохимическая. Наиболее распространенное коррозийное проявление – это старение стройматериалов под действием воздействие ультрафиолетового излучения и перепад температур и влажности воздуха.

Механические свойства строительных материалов – это твердость, пластичность, жесткость предел прочности при сжатии, растяжении и изгибе.

Морозостойкость строительных материалов – это свойство строительного материала, определяющее способность выдерживать многократное замораживание и размораживание, без проявления явных отклонений от нормы качества. Хорошими морозостойкими свойствами обладают строительные материалы, имеющие показатели с низким водопоглощением. Для определения марки стройматериала по морозостокойсти циклы попеременного замораживания производят в пределах от минус 20 °C до плюс 20 °C. Показатель морозостойкости строительных материалов обозначаются символами F 100; F 25; F 50.. F 500, где цифрами показано число циклов замораживания и оттаивания.

Таб. Морозостойкость строительных материалов в зависимости от водопоглощения и предела прочности при разрыве

Насыпная плотность строительных материалов - это масса единицы объёма насыпных рыхлых зернистых или волокнистых материалов.

Огнестойкость строительных материалов – это способность материалов сохранять свои основные характеристики под действием высоких температур. По степени огнестойкости строительные материалы делятся на: сгораемые (пластмассы, дерево, кровельные битумные материалы и т.д.), трудносгораемые и несгораемые.

Огнеупорность строительных материалов – это способность материала не терять своих основных качеств (не деформироваться, не расплавляться, не трескаться и т.п.) при длительном воздействии высоких температур. По своей огнеупорности строительные материалы делятся на легкоплавкие, тугоплавкие (до 1580°C), огнеупорные (выше 1580 °C).

Относительная плотность строительных материалов – это отношение общего объема твердого вещества в строительном материале ко всему объему материала или отношение средней плотности материала к ее истинной плотности.

Открытая пористость строительных материалов – это свойство строения материалов, когда поры сообщаются с окружающей средой и между собой. Так, например, при погружении материала с открытыми порами в воду, они должны заполниться водой. Открытые поры увеличивают проницаемость и снижают морозостойкость.

Предел огнестойкости строительных материалов – это продолжительность сопротивления строительного материала или строительной конструкции (в часах) воздействию высоких температур до исчерпания ее несущей или ограждающей способности, а так же потерей своих основных качеств. Наступление предела огнестойкости характеризуется так же повышением температуры в любой точке строительной конструкции более чем 220 °С от начальной температуры конструкции.

Плотность строительных материалов – одна из основных характеристик материала, которая определяется как отношение отношением массы к объему строительного материала (кг/кв.м.).

р 0 = m/V 1

где m - масса материала, кг;
V 1 - объем материала в естественном состоянии, м 3 .

Различают истинную и среднюю плотность строительных материалов. Средняя плотность стройматериала - это отношение его массы ко всему объему, включая поры. Истинная плотность - это отношение массы материала к объему без учета пустот и пор.

Табл. Примеры истинной и средней плотности строительных материалов

Пористость строительных материалов - это показатель заполнения материала порами (пустотами, наполненными воздухом)

Пористость материала измеряется в процентах и рассчитывается по формуле:

П = (1-р 0 /р)*100%,

где р 0 -средняя плотность материала, кг/м 3 ;
р- истинная плотность материала, кг/м 3 .

Чем больше пор в строительном материале, тем больше проявляет свои теплоизоляционные качества.

Прочность строительных материалов – свойство строительного материала сопротивляться разрушению под действием внешних и внутренних сил. Прочность оценивается таким показателем как предел прочности. Для хрупких строительных материалов, таких как кирпич или бетон, основной прочностной характеристикой является предел прочности при сжатии. Для металлических материалов более важной считается прочность при изгибе и растяжении.

Предел прочности строительных материалов - отношение разрушающей нагрузки Р(Н) к площади сечения образца F (см2). Предел прочности строительных материалов устанавливается лабораторным путем. Строительные материалы в зависимости от предела прочности делятся на марки и классы. Марки записываются в кгс/см², а классы - в МПа. Класс характеризует гарантированную прочность.

Релаксация строительного материала - свойство материала самопроизвольно снижать напряжения при условии, что начальная ее величина деформации зафиксирована жесткими связями и остается неизменной. При релаксации напряжений может измениться характер начальной деформации, например из упругой постепенно перейти в необратимую, при этом изменения размеров не происходит.

Технологические свойства строительных материалов – это скорость твердения, теплоустойчивость, скорость высыхания, удобоукладываемость.

Теплопроводность строительных материалов - это способность материала передавать тепло через толщу строительного материала или строительной многослойной конструкции. Теплопроводность строительного материала зависит от многих показателей и прежде всего от структуры и наличия воздушных пор и наличием влаги в материале. Теплопроводность строительного материала измеряется количеством тепла, передающимся через материал толщиной в 1 м, площадью 1 кв.м. за 1 час при разнице температур в 1 °C.

Теплоёмкость строительных материалов - это то количество тепла, которое необходимо сообщить 1 кг материала, чтобы повысить его температуру на 1 °C. С повышением влажности возрастает теплоёмкость материалов.

Упругость строительных материалов – свойство материалов после снятия нагрузки принимать свою первоначальную форму и размеры.

Ударная вязкость строительных материалов - свойство материала сопротивляться ударным нагрузкам. Ударная вязкость строительных материалов устанавливается экспериментальным путем в лабораторных условиях.

Укрывистость ЛКМ – способность ЛКМ делать одноцветную поверхность, уменьшать контраст между предыдущим слоем и последующим. Количественно укрывистость выражают в граммах краски, необходимой для того, чтобы сделать невидимым цвет закрашиваемой поверхности площадью один квадратный метр.

Твердость строительных материалов – свойство материала оказывать сопротивление проникновению в него другого материала. Показатели твердости выводят экспериментальным путем. Показатели твердости, полученные разными способами (например, «вдавливанием» и «царапанием») нельзя сравнивать между собой.

Химическая стойкость строительных материалов – это способность материалов сопротивляться действию агрессивной среды и другим воздействиям на химическом уровне, способность противостоять химическим реакциям, приводящим к потере основных качеств материала.

Физические свойства строительных материалов – это общепринятые свойства материалов: плотность, влажность, теплопроводность и т.п.

Щелочестойкость строительных материалов – свойство материалов сохранять свои основные качества при воздействии на них щелочей. В строительстве наибольшей щелочной агрессивностью считаются каустическая сода и растворы едкого калия.

Строительные материалы. Лекции. 31

Общие сведения о строительных материалах.

В процессе строительства, эксплуатации и ремонта зданий и сооружений строительные изделия и конструкции из которых они возводятся подвергаются различным физико-механическим, физическим и технологическим воздействиям. От инженера-гидротехника требуется со знанием дела правильно выбрать материал, изделия или конструкцию которая обладает достаточной стойкостью, надёжностью и долговечностью для конкретных условий.

Лекция №1 Общие сведения о строительных материалах и их основные свойства.

Строительные материалы и изделия, применяемые при строительстве, реконструкции и ремонте различных зданий и сооружений, делятся на природные и искусственные, которые в свою очередь подразделяются на две основные категории: к первой категории относят: кирпич, бетон, цемент, лесоматериалы и др. Их применяют при возведении различных элементов зданий (стен, перекрытий, покрытий, полов). Ко второй категории - специального назначения: гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические и др.

Основными видами строительных материалов и изделий являются: каменные природные строительные материалы из них; вяжущие материалы неорганические и органические; лесные материалы и изделия из них; металлические изделия. В зависимости от назначения, условий строительства и эксплуатации зданий и сооружений подбираются соответствующие строительные материалы, которые обладают определёнными качествами и защитными свойствами от воздействия на них различной внешней среды. Учитывая эти особенности, любой строительный материал должен обладать определёнными строительно-техническими свойствами. Например, материал для наружных стен зданий должен обладать наименьшей теплопроводностью при достаточной прочности, чтобы защищать помещение от наружного холода; материал сооружения гидромелиоративного назначения – водонепроницаемостью и стойкостью к попеременному увлажнению и высыханию; материал для покрытия дорого (асфальт, бетон) должен иметь достаточную прочность и малую истираемость, чтобы выдержать нагрузки от транспорта.

Классифицируя материалы и изделия, необходимо помнить, что они должны обладать хорошими свойствами икачествами .

Свойство – характеристика материала, проявляющаяся в процессе его обработки, применении или эксплуатации.

Качество – совокупность свойств материала, обуславливающих его способность удовлетворять определённым требованиям в соответствии с его назначением.

Свойства строительных материалов и изделий классифицируют на три основные группы: физические, механические, химические, технологические и др.

К химическим относят способность материалов сопротивляться действию химически агрессивной среды, вызывающие в них обменные реакции приводящие к разрушению материалов, изменению своих первоначальных свойств: растворимость, коррозионная стойкость, стойкость против гниения, твердение.

Физические свойства : средняя, насыпная, истинная и относительная плотность; пористость, влажность, влагоотдача, теплопроводность.

Механические свойства : пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, сдвиге, упругость, пластичность, жёсткость, твёрдость.

Технологические свойства : удобоукладываемость, теплоустойчивость, плавление, скорость затвердевания и высыхания.

Физические и химические свойства материалов.

Средняя плотность ρ 0 массыmединицы объёмаV 1 абсолютно сухого материала в естественном состоянии; она выражается в г/см 3 , кг/л, кг/м 3 .

Насыпная плотность сыпучих материалов ρ н массыmединицы объёмаV н просушенного свободно насыпанного материала; она выражается в г/см 3 , кг/л, кг/м 3 .

Истинная плотность ρ массыmединицы объёмаV материала в абсолютно плотном состоянии; она выражается в г/см 3 , кг/л, кг/м 3 .

Относительная плотность ρ(%) – степень заполнения объёма материала твёрдым веществом; она характеризуется отношением общего объёма твёрдого вещества V в материале ко всему объёму материала V 1 или отношением средней плотности материала ρ 0 к её истинной плотности ρ: , или

.

Пористость П - степень заполнения объёма материала порами, пустотами, газо-воздушными включениями:

для твёрдых материалов:

, для сыпучих:

Гигроскопичность - способность материала поглощать влагу из окружающей среды и сгущать её в массе материала.

Влажность W (%) – отношение массы воды в материале m в = m 1 - m к массе его в абсолютно сухом состоянии m :

Водопоглащение В – характеризует способность материала при соприкосновении с водой впитывать и удерживать её в своей массе. Различают массовое В м и объёмное В о водопоглащение.

Массовое водопоглащение (%) – отношение массы поглощённой материалом воды m в к массе материала в абсолютно сухом состоянии m :

Объёмное водопоглащение (%) – отношение объёма поглощённой материалом воды m в / ρ в к его объёму в водонасыщенном состоянии V 2 :

Влагоотдача – способность материала отдавать влагу.