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.

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.

19.08.2009 | ООО «Stroy-City» | 39274 просмотров

Сегодня на рыке строительных смесей и материалов представлено большое количество различной продукции как отечественных, так и зарубежных производителей. Как правило, все производители для описания технических характеристик своих товаров используют терминологию, которая порой не всегда понятна для рядовых граждан. В описании свое продукции производители обычно рекламируют те свойства строительных материалов, которые выгодно их отличают перед остальными, или используют характеристик, которые дают преимущества в их использовании. Для того, что вы могли более свободно ориентироваться в терминологии свойств строительных материалов мы решили более подробно раскрыть описание основных характеристик, которые используют производители для своей продукции.

Основными свойствами строительных смесей и материалов являются их физические, химические, технологические и механические свойства.

Свойства любого строительного материала на прямую зависят от его состава, поэтому в начале перечисляется состав и используются термины о его строение. Для правильного понимания свойств строительных материалов нужно знать их химический, минеральный и фазовый составы.

Химический состав
Показывает, характеризует процентное содержание в материале химических элементов или оксидов, позволяет судить о некоторых свойствах материалов - механической прочности, огнестойкости, биостойкости и т.д.

Минеральный состав
Показывает, какие минералы и в каком количестве содержатся в каменном материале или в вяжущем веществе. Например, искусственный минерал трехкальциевый силикат (3СаО.SiO2) содержится в портландцементе в количестве 45…..60 %, причем при большем его содержании твердение цемента ускоряется и повышается прочность цементного камня.

Фазовый состав
Указывает на содержание в материале фаз, т.е. частей, однородных по химическому составу и физическим свойствам и отделенных друг от друга поверхностям раздела. Например, основными фазами клинкера портландцемента является алит, белит, целит и алюмоферитная фаза. В пористомматериале выделяют твердые вещества, образующие стенки пор, и сами поры, заполненные воздухом, водой. Если вода замерзает, то образовавшийся в порах лед изменяет теплотехнические, механические и другие свойства материала, вызывает в нем большие внутренние напряжение следствии увеличения объема замерзающей в порах воды. Фазовый состав материала и фазовые переходы воды в нем оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации. Материалы, представленные одной фазой, называют гомогенными, а двумя и более - гетерогенными.

Строение материала характеризует его структурой и текстурой.

Структура - внутреннее строение материла, обусловленное формой, размерами, взаимными расположениями составляющих его частиц, пор, капилляров, взаимными расположением составляющих его частиц, пор, капилляров, поверхностей раздела фаз, микротрещин и других структурных элементов. В зависимости от структуры различают материалы изотропные - обладающие одинаковыми свойствами во всех направлениях (затвердевшие бетоны и строительные растворы, керамические материалы), или анизотропные , свойства которых различны в разных направлениях (железобетон, древесина, волокнистые материалы).

Текстура - строение, обусловленное относительным расположением и распределением составных частей материала в занимаемом им пространстве. Текстура бывает слоистая, массивная, полосчатая, пористая и др.

В большинстве своем строительные материалы имеют пористую текстуру. Их подразделяют на мелкопористые, размеры пор, которых определяются сотыми и тысячными долями миллиметра до 1…2 мм. Мелкопористыми материалами являются затвердевшие строительные растворы и бетоны, керамика, ряд камней, а крупнопористыми пено - и газобетоны, газостекло, пороплатсы и др. Крупные поры (до сантиметра) называют пустотами, к ним относят и пространства между кусками и зернами рыхлых материалов.

Различают макро- и микроструктуру материала. Макроструктура - структура, видимая невооруженным глазом или при небольшом увеличении; она бывает конгломератная (характерна для бетонов), ячеистая (газо- и пенобетоны, ячеистые пластмассы), волокнистая (древесина, стеклопластики), мелкопористая (ряд керамических материалов), слоистая (текстолит, бумопласт), рыхлозернистая (порошкообразные и зернистые материалы).

Микроструктура - структура, видимая в оптический или электронный микроскоп. Применительно, например, к строительному цементному раствору по микроструктуре можно судить о минеральном составе, количестве расположении основных фаз в цементном камне, поровом строении, размере, расположении и количестве микропор, особенностям контактного слоя между заполнителем цементным камнем.

По физическому состоянию все вещества подразделяются на твердые, жидкие, газообразные и плазму. В штукатурных и малярных работах используют материалы, которые находятся в твердом или жидком состоянии.

Твердым телом называется всякое тело, имеющее определенную форму. Так, к твердым телам относят металлы, камни, лед, воск, битум, стекло и др. Твердые тела могут находится в кристаллическом (гранит, металлы, лед) и аморфном (воск, стекло, эбонит) состояниях.

Кристаллические тела имеют упорядоченное взаимное расположение образующих их частиц - атомов и молекул, а аморфное хаотичное их расположение. Кристаллические вещества обладают характерными свойствами переходить из твердого состояния в жидкое при определенной, постоянной для данного вещества, температуре. Эта температура называется температурой плавления, равна температуре отвердения (каждое расплавленное вещество при охлаждении вновь отвердевает). Аморфные вещества не имеют четко выраженной температуры плавления и отвердевания, при нагревании они постепенно размягчаются и переходят в жидкое состояние.

Твердые материалы , используемые в штукатурных и молярных работах, бывают сыпучими и кумовыми.

Жидкость агрегатное состояние вещества, сочетающее в себе черты твердого состояния (сохранение объема, определенная прочность на разрыв) и газообразного (изменчивость формы).

В процессе работы штукатуры и маляры имеют дело не только с твердыми и жидкими веществами, но и с так называемыми коллоидно-дисперсными системами и растворами, различными смесями составами.

Дисперсные системы - образования из двух или большего числа фаз (тел) с сильно развитой поверхностью раздела между ними. В дисперсных системах одна из фаз - дисперсная фаза - распределена в виде мелких частиц (кристалликов, капель, пузырьков) в другой фазе - дисперсионной среде - газе, жидкости или твердом теле. Дисперсность - характеристика размеров твердых частиц и капель жидкости (чем меньше частицы, тем больше дисперсность). На практике в качестве дисперсных систем, размер частиц которых более 0,1 мкм, используют суспензии, эмульсии, коллоиды. Грубодисперсные системы (суспензии, эмульсии, порошки, пена) неустойчивы; чрезмерное измельчение порошков ведет к их слипанию (коагуляции).

Суспензия - система, в которой частицы твердой дисперсной фазы взвешены в жидкой дисперсионной среде. К таким системам относятся готовые к применению краски, являющиеся суспензиями пигментов и наполнителей в связующих веществах и растворителях, шпаклевки, подмазочные пасты.

Суспензия - система, в которой частицы твердой дисперсной фазы взвешены в жидкой дисперсионной среде. К таким системах относятся готовые к применению краски, являющиеся суспензиями пигментов и наполнителей в связующих веществах и растворителях, шпатлевки.

Эмульсии - система, состоящая из двух не растворяющихся друг в друге жидкостей, одна из которых (дисперсная фаза) распределена в другой (дисперсной среде).

В суспензиях и эмульсиях частицы дисперсной фазы стремятся к седиментации, т.е. к осаждению. В дополнение к этому они могут коагулировать, сцепляться под действием молекулярных сил.

Коллоиды - промежуточных системы между истинными растворами и грубодисперсными системами. Жидкие коллоиды - золи, твердые студенистые - гели. Гелеобразование - одно из важнейших свойств коллоидных систем. Гели образуются в результате действия молекулярных сил сцепления между коллоидными частицами. Образование гелей имеет значение для объяснения процессов твердения и свойств цементного камня и полимерных материалов. Ячеистая структура геля удерживает значительное количество жидкостей дисперсионной среды. Под действием механических усилий многие гели способны переходить в золи, т.е. разжижаться, это явление называется тикстропией и проявляется оно при вибрировании бетонных, растворных и других смесей.

Коллоиды способны к набуханию, при этом они увеличиваются в объеме. Животные клеи, белок, крахмал, мыло - коллоиды, которые при длительном соприкосновении с водой образуют коллоидные растворы (золи). В отличие от грубодисперсных систем коллоидные растворы стойки к седиментации, обладают свечением в проходящем свете и передвижением частиц к электродам при пропускании электротока.

Истинный раствор - молекулярно - дисперсная гомогенная (однородная) система переменного состава из двух и более компонентов. Раствор называется истинным потому, что вещества действительно и самопроизвольно растворяются в подходящем растворителе с образованием гомогенной системы. Истинные растворы устойчивы в течение длительного времени. С истинным раствором маляр имеет дело всякий раз, когда растворяет в воде кристаллы медного купороса, квасцов, каустическую соду, кислоту, спирт.

Важнейшее практическое значение имеют явления, происходящие на поверхности раздела фаз для всех дисперсных и особенно коллоидных систем. К таки явлениям относится адсорбция - поглощение и концентрирование вещества на поверхности радела фаз. Адсорбирующиеся вещества называются поверхностно - активными (ПАВ), они понижают поверхностное натяжение, имеют большое значение в технологии строительных материалов. ПАВ способствуют получению устойчивых эмульсий и суспензий (адсорбционный слой обволакивает частицы дисперсной фазы и не дает им слипаться); за счет эффекта адсорбционного понижения прочности ускоряют измельчение порошков, пластифицируют растворные и бетонные смеси , гидрофобизуют поверхности и пр.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Строительные материалы обладают комплексом физических свойств, числовые показатели которых определяют в лаборатории с помощью специальных приборов и стандартных методов.

К физическим относятся свойства, выражающие способность материалов реагировать на воздействия физических факторов - гравитации, теплоты, воды, звука, электрического тока, излучения и др. Строительные материалы бывают твердые и жидкие. Каждый материал имеет объем и обладает определенной массой.

Масса - совокупность материальных частиц (молекул, атомов, ионов), содержащихся в данном теле или веществе. Масса тела занимает часть пространства, т.е. имеет определенный объем; она постоянна для данного вещества и не зависит от ускорения свободного падения, от скорости его движения и положения в пространстве. Различные тела одинакового объема имеют неодинаковую массу, т.е. обладают разной плотностью.

Важнейшими параметрами физического состояния материалов являются плотность и пористость, а для дисперсных, например порошкообразных материалов, - дельная поверхность, т.е. поверхность, отнесенная к единице объема или массы материала . Плотность характеризуется отношением массы материала к его объему, длине, площади.

Плотность. Истинная плотность р - масса единицы объема однородного материала в абсолютно плотном состоянии, т.е. без учета пор и пустот. Определяется отношением массы m (кг) материала к его объему Va (м3) в абсолютно плотном состоянии р= m/ Va (кг/м3). Истинная плотность каждого вещества - постоянная физическая характеристика, которая не может быть изменена без изменения его химического состава или молекулярной структуры. Плотность, близкой к теоретической, обладают металлы, жидкости, стекло, полимеры.

Плотность твердых и жидких материалов сравнивают с плотностью воды. Наибольшая плотность воды при температуре 4 С равна 1 г/см3, так как масса 1 см3 воды равна 1 г. В основном истинная плотность вещества зависит от его химического состава. Так, у неорганических материалов (природных и искусственных камней), состоящих в основном из оксида кремния, алюминия и кальция, истинная плотность находится в пределах 2,4….3,1 г /см3, у органических материалов, состоящих в основном из углерода, кислорода и водорода, составляет 0,8….1,4 г /см3, у древесины 1,55 г /см3. Истинная плотность металла весьма различна (г /см3): алюминия - 2,7, стали - 7,85, свинца - 11,3.

Средняя плотность р m - масса единицы объема материала в естественном состоянии, т.е. с порами и пустотами. Определяется отношением массы m (кг) материала к его объему V (м3) в естественном состоянии: р m = m/ V (кг/м3).

Средняя плотность (далее мы будем называть ее просто плотностью) - важная физическая характеристика материала, меняющаяся в зависимости от его структуры и влажности. Так, путем изменения структуры можно получить тяжелый бетон плотностью 2400 кг/м3 и особо легкий - плотность менее 500 кг/м3. Средняя плотность оказывает существенное влияние на механическую прочность, водопоглощение, теплопроводность и другие свойства материалов . У плотных материалов числовое значения истинной и средней плотности одинаковы, у других материалов средняя плотность меньше истинной. Плотность строительных материалов колеблется в очень широких пределах: 15 (пористая пластмасса) до 7850 кг/м3 (сталь).

Для сыпучих материалов определяют насыпную плотность. Насыпная плотность р н - масса единицы объема рыхло насыпных зернистых материалов (песка, цемента, гравия, щебня): р н= m| V. Например, истинная плотность гранита - 2700 кг/м3, его средняя плотность - 2670 кг/м3, а насыпная плотность гранитного щебня - 1300 кг/м3.

Пористость - степень заполнения объема материала порами. В большинстве своем материалы содержат поры - малые ячейки, заполненные воздухом или водой. Пористость вычисляют по формуле (%): П=(( р- р m ) / р )*100 и выражают в долях объема материала, принимаемого за 1, или в процентах от объема. Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах: от 0 (сталь, стекло) до 98% (мипора).

Отличают открытую и закрытую пористость. Изменяя соотношение объемов открытых и закрытых пор, их размеров, в технологии материалов достигают получение материалов с заданными свойствами. Например, при уменьшении пористости достигается повышение прочности материалов.

При получение теплоизоляционных материалов стремятся увеличить пористость и создать им мелкопористую структуру. Если в общем объеме увеличить долю закрытых пор, то это благоприятно скажется на морозостойкости материалов . Для улучшения звукопоглощающих свойств стремятся создать в материале систему разветвленных и сообщающихся пор. Следовательно, от пористости материалов зависит их средняя плотность, прочность, водонасыщаемость, теплопроводность, морозостойкость, звукопоглощаемость и другие свойства.

Сыпучие и рыхлые материалы (песок, молотый мел, пигменты, , шлак) кроме пор имеют пустоты - воздушные полости между отдельными частицами материала.

Пустотность отношение суммарного объема пустот в рыхлом материале ко всему объему, занимаемому этим объемом. Для численного выражения пустотности необходимо знать плотность и насыпную плотность материала. Пустотность Ппуст вычисляют по той же формуле, что и пористость, и выражают в процентах.

Коэффициент плотности Кпл - степень заполнения объема материала твердым веществом; вычисляют его по формуле Кпл = рm/р. В сумме Кпл+П=1 (или 100%), т.е. сухой материал состоит из твердого каркаса и воздушных пор.

При транспортировке, хранении и в конструкциях материалы могут, подвергается действию воды. Влажные материалы менее прочны, более тяжелы и теплопроводны, чем сухие. Цемент , гипсовые вяжущие, пигменты, клей, и другие материалы портятся от атмосферной влаг, а влажная древесина легко поддается гниению. Свойства, связанные с воздействием на материал воды, называют гидрофизическими.

Гигроскопичность - свойство происто-капиллярного материала поглощать влагу из воздуха. Степень поглощения зависит от температуры и относительной влажности воздуха. С увеличением относительной влажности воздуха и снижением температуры воздуха гигроскопичность повышается. Гигроскопичность характеризуется отношением массы поглощенной материалом влаги при относительной влажности воздуха 100% и температуре +20 С к массе сухого материала.

Гигроскопичность отрицательно сказывается на качестве строительных материалов . Так, при хранении под влиянием влаги воздуха комкуется и снижает свою прочность. Весьма гигроскопична древесина, от влаги воздуха она разбухает, коробится. Чтобы уменьшить гигроскопичность деревянных конструкций и предохранить их от разбухания, древесину покрывают маслеными красками и лаками, пропитывают полимерами, которые препятствуют проникновению влаги в материал.

Капиллярное всасывание - свойство пористо-капиллярных материалов поднимать воду по капиллярам. Оно вызывается силами поверхностного натяжения, возникающими на границе раздела твердой и жидких фаз. Капиллярное всасывание характеризуют высотой поднятия уровня воды в капиллярных материалах и количеством поглощенной воды и интенсивность всасывания. Когда фундамент находится во влажном грунте, грунтовые воды могут подыматся по капиллярам и увлажнять низ стены здания. Во избежание сырости в помещении устраивают слой гидроизоляции, отделяющий фундамент от стены. С увеличением капиллярного всасывания снижается прочность, стойкость к химической коррозии и морозостойкость строительных материалов.

Водопоглощение - свойство материала при непосредственном соприкосновении с водой впитывать и удерживать ее в своих порах. Водопоглощение выражают степенью заполнения объема материала водой (водопоглощение по объему Wo) или отношением количества поглощенной воды к массе сухого материала (водопоглощение по массе Wm). Вычисляют водопоглощение по формуле (%):

Wm=((m2-m1)|m1)*100; Wo=((m2-m1)|V)*100,

Где m1 и m2 - масса материала соответственно в сухом и насыщенном водой состоянии, г; V- объем материала в сухом состоянии, см3. Разделив Wo на Wm, получим зависемость:

Водопоглощение различных материалов находится в широких диапазонах (% по массе): гранита 0,02…1; плотность тяжелого бетона 2….5; керамического кирпича 8….25; асбестоцементных прессованных плоских листов - не более 18; теплоизоляционных материалов 100 и более.

У высокопористых материалов водопоглощение по массе может превышать пористость, но водопоглощение по объему всегда меньше пористости, так как вода не проникает в очень мелкие поры, а в очень крупных не удерживается. Водопоглощение плотных материалов равно нулю (стекло, сталь, битум) Водопоглощение отрицательно сказывается на других свойствах материалов: понижается прочность и морозостойкость, материал набухает, возрастает его теплопроводность и увеличивается плотность.

Влажность - отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале, к массе (реже к объему) материала в сухом состоянии. Вычисляется по тем же формулам, что и водопоглощение, и выражается в процентах. При этом массу материала берут в естественном влажном, а не в насыщенном водой состоянии.

При транспортировании, хранении и применении материалов имеют дело не с водопоглащением, а с их влажностью. Влажность меняется от 0% (для абсолютно сухих материалов) до значения полного водопоглощения и зависит от пористости, гигроскопичности и других свойств материала, а также от окружающей среды - относительной влажности и температуры воздуха, контакта материала с водой и т.д. Для многих строительных материалов влажность нормирована. Например, влажность молотого мела - 2 %, комового - 12%, стеновых материалов - 5….7, воздушно-сухой древесины 12….18 %.

Поскольку свойства сухих и влажных материалов весьма различны, необходимо учитывать как влажность материла, так и его способность к поглощению воды. Во всех случаях - при транспортировании, хранении и применении - строительных материалов предохраняют от увлажнения.

Водостойкость - свойство материала сохранять прочность при насыщении его водой. Критерием водостойкости строительных материалов служит коэффициент размягчения Кр= RB/RC - отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой RB, к прочности сухого материала RC. Он изменяется от 0 (для глины) до 1 (стекло, металлы). Материалы, у которых коэффициент размягчения более 0,75, называют водостойкими.

Влагоотдача - свойства материала терять находящуюся в его порах воду. Числовой характеристикой влагоотдачи является количество воды (в %), испарившейся из образца в течении 1 суток при температуре 20 С и относительной влажности воздуха 60 %. Влагоотдачу учитывают, например, при уходе за твердеющим бетоном, при сушке оштукатуренных известковым раствором стене и перегородок. В первом случае желательна замедленная, а во втором - быстрая влагоотдача.

Водопроницаемость - свойство материала пропускать через себя воду под давлением. Степень водопроницаемости в основном зависит от строения пористости материала. Чем больше в материале открытых пор и пустот, тем больше его водопроницаемость. Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации (м/ч) - количеством воды (в м3), проходящей через материал площадью 1 м2, толщиной 1м за 1 ч при разности гидростатического давления на границах стенки 9,81 Па. Чем ниже коэффициент фильтрации, тем выше марка материала по водонепроницаемости. Водонепроницаемыми являются плотные материалы (гранит, металлы, стекло) и материалы с мелкими замкнутыми порами (пенопласты, экструдированный полистирол).

Для гидроизоляционных материалов важна оценка не водопроницаемости, а их водонепроницаемости, которая характеризуется или временем, по истечении которого появляется просачивание воды под определенным давлением через образец материала (мастика, гидроизол), или максимальным давлением воды, при котором она еще не проходит через образец материала за время испытания (специальные строительные растворы).

Воздухо-, газо- и паропроницаемость - свойства материала пропускать через свою толщу соответственно воздух, газ и пар. Они зависят главным образом от строения материалов, дефектов его структуры и влажности. Количественно воздухо - и газопроницаемость характеризуются коэффициентом воздухо - и газопроницаемости, которые равны количеству воздуха (газа) (м3), проходящего в течение 1 ч через 1 м2 материала толщиной в 1 м при разности давлений на поверхность в 9,81 Па. Воздухо - и газопроницаемость выше, если в материале больше сообщающихся пор; наличие воды в порах понижает эти свойства материала.

Паропроницаемость возникает при различном содержании и упругости пара по обе стороны поверхности, что зависит от температуры водяных паров и характеризуется коэффициентом паропроницаемости, который равен количеству водяного пара (в г), проникающего в течение 1 ч через 1 м2 материала толщиной 1м при разности давлений пара на поверхностях 133,3 Па.

Стендовые и отделочные материалы должны обладать определенной проницаемостью, должны «дышать». Достаточные воздухо - газо и паропроницаемость стеновых материалов поддерживают оптимальный для человека воздушно-влажностный режим в помещениях и предотвращают разрушение стен при действии мороза и последующем оттаивании. Во влажных помещениях стены и покрытия защищают с внутренней стороны от проникновения водяного пара. Паронепроницаемые материалы располагают с той стороны ограждения, с которой содержание пара в воздухе больше. Материалы , насыщенные водой, практически газонепроницаемы.

Лакокрасочные покрытия либо уменьшают, либо сохраняют паропроницаемость строительных материалов. Чем меньше паропроницаемость лакокрасочной пленки, тем выше ее антикоррозионные свойства.

Морозостойкость - свойство материалов в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без видемых признаков разрушения и без значительного снижения прочности и массы. Морозостойкость - одно из основных свойств, характеризующих долговечность строительных материалов в конструкциях и сооружениях. При смене времен года некоторые материалы, подвергаются периодическому замораживанию и оттаиванию в обычных атмосферных условиях, разрушаются. Это объясняется тем, что вода, находящиеся в порах материала, при замерзании увеличивается в объеме примерно на 9…10 %; только очень прочные материалы способны выдерживать это давление льда (200 МПа)на стенки пор.

Высокой морозостойкостью обладают плотные материалы, которые имеют малую пористость и закрытые поры. Материалы пористые с открытыми порами и соответственно с большим водопоглащением часто оказываются не морозостойкими. Материалы, у которых после установленных для них стандартных испытаний, состоящих из попеременного многократного замораживания (при температуре не выше -17С) и оттаивания (в воде), не появляются трещины, расслаивание, выкрашивание и которые теряют не более 25% прочности и 5 % массы, считаются морозостойкими.

По морозостойкости, т.е по числу выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания, материалы подразделяются на марки: Мрз10;15;25;35;50;100;150;200;300;400 и 500. Так, марка по морозостойкости штукатурного раствора Мрз 50 означает, что раствор выдерживает не менее 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания без потерь прочности и массы.

Важно понять, что для пористых материалов особенно опасно совместное действие воды и знакопеременных температур. Морозостойкость зависит от состава и структуры материала, она снижается с уменьшением коэффициента размягчения и увеличением открытой прочности.

Критерий морозостойкости материала - коэффициент морозостойкости Кмрз=Rмрз/Rнас - отношение предела прочности при сжатии материала после испытания к пределу прочности при сжатии водонасыщенных образцов, не подвергнутых испытанию, в эквивалентном возрасте. Для морозостойких материалов Кмрз должен быть более 0,75. Принято также считать, что если коэффициент размягчения к Кразм камня не ниже о,95 то каменный материал морозостоек.

Свойства материалов, связаны с изменением температуры, относят к теплофизическим. Они важны для теплоизоляционных и жаростойких материалов, для материалов ограждающих конструкции и изделий, твердеющих при тепловой обработке.

Теплоемкость - свойства материала поглощать при нагревании и отдавать при охлаждении определенное количество теплоты. Теплоемкость - мера энергии, необходимой для повышения температуры материала.

Теплоемкость, отнесенную к единице массы, называют удельной теплоемкостью С (Дж/ (кг*С)). Удельная теплоемкость равна количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 С. У органических материалов она обычно выше, чем у неорганических (кДж/(кг*С)): древесина - 2,38….2,72; сталь - 0,46, вода - 4,187. Наибольшую теплоемкость имеет вода, поэтому и с повышение влажности материалов их теплоемкость возрастает.

Теплопроводность - свойство материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на противоположных поверхностях. Это свойство имеет важное значение для строительных материалов , применяемых при устройстве ограждающих конструкций (стен, перекрытий, покрытий) и материалов, предназначенных для теплоизоляции. Теплопроводность зависит от его строения, химического состава, пористости и характера пор, от влажности и температуры, при которой происходит передача теплоты.

Теплопроводность характеризируется коэффициентом теплопроводности, показывающим, какое количество теплоты (Дж) способен пропустить материал через 1 м2 поверхности при толщине материала 1 м и разности температур на противоположных поверхностях 1 С в течении 1 ч. Коэффициент теплопроводности (Вт/м*С): воздуха - 0,023, древесины вдоль волокон - 0,35 и поперек волокон - 0,175, воды - 0,59, керамического кирпича -0,82, льда - 2,3. Следовательно, воздушные поры в материале резко снижаются его теплопроводность, а увлажнение - сильно увеличивает, так как коэффициент теплопроводности воды в 25 раз выше, чем у воздуха.

При замерзании воды в порах материала еще больше увеличивается теплопроводность, так как лед примерно в 4 раза теплопроводнее воды и в сто раз теплопроводнее воздуха. Чем меньше пор, т.е. чем плотнее материал, тем он теплопроводнее. При повышение температуры теплопроводность большинства материалов возрастает и лишь у немногих (особенно у металлов) уменьшается.

Тепловое расширение - свойство материалов расширятся при нагревании и сжиматься при охлаждении, оно характеризуется линейным изменением размеров, и объема материалов важен температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), показывающий, на какую долю первоначальной длины расширяется материал при повышении температуры на 1 С. Так, для стали ТКЛР составляет (11…11,9)*10-6, для бетона - (10…14)*10-6, для древесины вдоль волокон - (3..5)*10-6. В конструкциях, объединяющих несколько материалов, необходимо учитывать ТКЛР каждого; например, в железобетоне хорошо сочетаются столь и бетон, так как ТКЛР этих материалов почти одинаков. В результате значительного различия ТКЛР в композиционных материалах возникают напряжения, которые могут привести не только к появлению микротрещин и короблению, но и к разрушению материалов.

Огнестойкость - свойство материалов выдерживать без разрушения воздействие высоких температур, пламени и воды в условиях пожара. Материалы в этих условиях либо сгорают, либо растрескиваются, сильно деформируются, либо разрушаются от потери прочности. По огнестойкости различают несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Несгораемые материалы под действием огня или высокой температуры не горят и не обугливаются. Это , бетон и др. Между тем, некоторые несгораемые материалы - мрамор, стекло, асбестоцемент - при резком нагревании разрушаются, а стальные конструкции - сильно деформируются и теряют прочность.

Сгораемые материалы под действием огня или высокой температуры горят и продолжают гореть после удаления источника огня. Это древесина, обои, битумы, полимеры, бумага и др.

Для повышения огнестойкости материалы пропитывают или обрабатывают огнезащитными составами - антипиренами. При нагревании они выделяют газы, не поддерживающие горения, или образуют на материале пористой защитой слой, замедляющий его нагрев.

Огнестойкие материалы нельзя отождествлять с огнестойкостью конструкции здания и сооружения, так как конструкции, выполненные, например, из сгораемых материалов, но обработанные антипиренами или защищенные от огня штукатуркой или облицовкой из несгораемых материалов, по своей огнестойкости относятся к трудносгораемым.

Для повышения огнестойкости материалов применяют различные огнезащитные покрытия, в том числе краски. Связующими в таких красках служат жидкое стекло, известь, перхлорвиниловые и карбамидные смолы, фосфорброморганические полимеры. Силикатные и другие огнезащитные краски одновременно защищают материалы от огня и выполняют функции отделочного покрытия.

Огнеупорность - свойство материла выдерживать длительное воздействие высокой температуры (от 1580 С и выше), не деформируясь и размягчаясь. Огнеупорные материалы, применяемые для внутренней футеровки промышленных печей, - динас, шамот, ромомагнезит, корунд - не деформируются и не размягчаются при температуре 1580 С и выше. Тугоплавкие материалы (тугоплавкий печной ) выдерживают без расплавления температуру 1350…1580 С, а легкоплавкие ( керамический строительный) - до 1350 С.

Акустические свойства материалов связаны с взаимодействием материалов и звука; прежде всего, это - звукопроводность и звукопоглощение.

Звукопроводность - свойство материала проводить через свою толщину звук; она зависит от строения и массы материала. Тяжелые материалы (), а также пористые и волокнистые плохо проводят звук. Звукопроницаемость - отрицательное свойство, так как в большинстве случаев к строительным материалам предъявляются требования изоляции помещений от внешних шумов. Звукоизоляция - ослабление звука при его проникновении через ограждающие конструкции - это свойство материла, обратной звукопроницаемости.

Звукопоглощение - свойство материала поглощать и отражать падающий на него звук. Оно зависит от пористости материала его толщины, состояния поверхности, а также от частоты звукового тона, измеряемого количеством колебаний в секунду. За единицу звукопоглощения принимают поглощение звука 1 м2 открытого окна; при открытом огне звук поглощается полностью. Звукопоглощение всех строительных материалов меньше единицы. Звукопоглощение материала оценивается коэффициентом звукопоглощения, т.е. отношение энергии, поглощенной материалом, к общему количеству попадающей энергии в единицу времени.

Звукопоглощение зависит от характера поверхности материала. Материалы с гладкой поверхностью хорошо отражают падающий на них звук, поэтому в помещениях в помещениях с гладкими стенами создается постоянный шум. Материалы с развитой открытой пористостью хорошо поглощают и не отражают падающий на них звук. Специальная акустическая штукатурка с мелкими открытыми порами хорошо поглощает звук и заглушает его. Известно, что ковры, дорожки, мягкая мебель заглушают звук. В принципе те строительные материалы, которые плохо пропускают через себя звук, хорошо его поглощают и не отражают, являются акустическими материалами. Уменьшение шума в результате использования таких материалов сохраняет здоровье людей, создает для них определенные удобства и способствует производительности труда.

Электропроводность - свойство материалов проводить электрический ток. Электропроводными являются металлы, материалы в влажном состоянии - бетон,цементный камень, строительный раствор, древесина.

Радиационная стойкость - свойство материала сохранять свою структуру и физико-механические характеристики после воздействия ионизирующих излучений. Радиация по своему уровню может быть столь высокой, что может вызвать глубокие изменения структуры материала. Например, минералы кристаллической структуры становятся аморфными, что сопровождается объемными изменениями и возникновением внутренних напряжений. Все это заканчивается разрушением материала и птерей его защитных свойств. Для защиты от радиоактивных излучений применяют особо тяжелые (рm= 3000….5000 кг/м3) и гидратные бетоны, имеющие повышенное содержание химически связанной воды, создающей хорошую защиту от нейтронного потока.

Химические и физико-химические свойства
Для правильной и полной оценки материалов при их изготовлении, выборе и эксплуатации в конструкциях необходимо знать и учитывать их химические и физико-химические свойства.

Химические свойства выражают степень активности материала к химическому взаимодействию с реагентами внешней среды и способность сохранять постоянными состав и структуру материала в условиях инертной окружающей среды. Некоторые материалы склонны к самопроизвольным внутренним химическим изменениям в обычной среде. Ряд материалов проявляют активность при взаимодействии с кислотами, водой, щелочами, растворами, агрессивными газами и т.д. Химические превращения протекают также при технологических процессах производства и применения 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.