Строительные материалы и изделия

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Физические свойства материала характеризуют его поведение под воздействием физических факторов, моделирующих воздействие внеш­ней среды и условия работы материала (действие воды, высоких и низких температур и т. п.).

Гидрофизические свойства. Строительные материалы в процессе их эксплуатации и хранения могут поглощать влагу. При этом их свойства существенно изменяются. Так, при увлажнении материала повышается его теплопроводность, изменяются средняя плотность, прочность и другие свойства.

Влажность — содержание влаги в материале в данный момент, отнесенное к единице массы материала в сухом состоянии. Влажность Wm (%) определяют по формуле

Wm = [(/яг— /и2)//и2]100

где т{ — масса материала в естественно влажном состоянии, г; тг — масса материала, высушенного до постоянной массы, г.

Водопоглощение — способность материала поглощать влагу и удер­живать ее в своих порах. Водопоглощение характеризуется максималь­ным количеством воды, поглощаемым образом материала при выдер­живании его в воде, отнесенным к массе сухого образца (водопогло­щение по массе W пт) или к его объему (объемное водопоглощение

тг).

Водопоглощение fVn„ и Wn0 {%) определяют по формулам:

W"m — [(/«1 —

Шп _ *Н,0 _ (ПЦ — И;) р„ и/ n Р ° “ “ РН,0 «2 " ^ m РН,0 ’

где Ш — масса материала в насыщенном водой состоянии, г; — масса сухого материала, г; Vcc, — объем материала в сухом состоянии, см3; р — плотность воды, равная 1 г/см3.

Гигроскопичность — способность материалов поглощать водяные пары из воздуха. Гигроскопичность зависит от химического состава материала и характера его пористости. К гигроскопичным материалам

относятся древесина и гипс. .Характерные для. древесины усушка и

набухание, сопровождающиеся короблением и возникающие даже без непосредственного контакта с водой, являются следствием ее гигро­скопичности. Снизить гигроскопичность можно, покрывая поверх­ность материала гидрофобными (водоотталкивающими) веществами. Например, древесину покрывают водостойкими лаками и красками.

При увлажнении материала изменяются его свойства — возрастает плотность, теплопроводность и обычно снижается прочность. Поэтому при всех расчетах необходимо учитывать как влажность материала, так и его способность к поглощению влаги (водопоглощение и гигроско­пичность). Во всех случаях при применении и хранении пористые (строительные материалы предохраняют от увлажнения.

! Влагоотдача — способность материала терять находящуюся в его порах воду. Влагоотдачу определяют количеством воды, испаряющейся из образца материала в течение суток при температуре воздуха 20° С и относительной влажности 60 %. Влагоотдачу учитывают, например, при сушке стен зданий и уходе за твердеющим бетоном. В первом случае желательна быстрая влагоотдача, а во втором, наоборот, замед­ленная.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения.

Вода, находящаяся в порах материала, при замерзании увеличива­ется в объеме почти на 10 %. В результате стенки некоторых пор разрушаются и при повторном увлажнении вода проникает глубже в материал. Такие циклически повторяющиеся замораживания и оттаи­вания с увлажнение!$-п&т. еяенно разрушают материал.

S. * '• 17

/ Омского rnn-.iaiVTOflmmrA

Морозостойкость материала зависит от его пористости и водо - поглощения.

Плотные материалы (без пор), а также материалы с замкнутыми порами, т. е. с небольшим водопоглощением, обладают высокой морозостойкостью. Материалы с открытой пористостью обладают, как правило, невысокой морозостойкостью, и требуются обязательные лабораторные испытания для ее оценки.

Морозостойкость материала характеризуется числом циклов замо­раживания (при температуре не выше — 18° С) и оттаивания (в воде), которое он выдерживает без снижения прочности и потери массы или

вующий материал. Так, для бетона допускается потеря прочности не более 5 %, а для растворов не более 25 % от первоначальных значений этих величин.

По морозостойкости материалы подразделяют на марки: 15; 25; 35; 50; 100 и т. д. Например, марка по морозостойкости кирпича F15 означает, что образцы, отобранные от партии кирпича, выдерживают не менее 15 циклов «замораживания — оттаивания» без появления внешних повреждений (отколов, шелушения поверхности и т. п.).

Теплофизические свойства. Теплопроводность — способность мате­риала передавать теплоту сквозь свою толщу от одной своей поверх­ности к другой в случае, если температура этих поверхностей разная. Теплопроводность материала характеризуется количеством теплоты (в джоулях), которое способен передать материал через 1-м2 поверхности при толщине 1 м и разности температур на поверхностях 1 К в течение 1 с.

Теплопроводность твердого вещества зависит от его химического состава и молекулярного строения, но во всех случаях она во много раз превышает теплопроводность воздуха — 0,023 Вт/(м • К). Поэтому, чем больше в материале пор (т. е. чем больше в нем воздуха), тем ниже будет его теплопроводность:

Так как средняя плотность материала так же, как и теплопро­водность, обратно пропорциональна пористости, то она может служить характеристикой теплопроводности материала и исполь­зоваться в качестве основной характеристики (марки) теплопро­водности материала.

Если материал влажный, т. е. воздух в порах частично замещен водой, то теплопроводность материала резко возрастает. Причина этого в том, что теплопроводность воды в 25 раз выше, чем воздуха.

При замерзании воды в порах материала его теплопроводность повышается еще в большей степени, так как теплопроводность льда в 4 раза выше теплопроводности воды.

Теплоемкость — способность материала поглощать при нагревании теплоту. Показателем теплоемкости служит удельная теплоемкость, равная количеству теплоты, необходимой для нагревания единицы массы материала на 1 К. Удельная теплоемкость большинства природ­ных и искусственных каменных материалов находится в пределах (0,7...1)- 10 Дж/(кг-К). Поэтому количество теплоты, нужное для нагрева той или иной строительной конструкции до одной и той же температуры, зависит в основном не от вида материала, а от массы конструкции.

Тепловое расширение — свойство материала расширяться при нагре - ■ вании и сжиматься при охлаждении — характеризуется температурны­ми коэффициентами объемного и линейного расширения. В строи­тельстве чаще используют коэффициент линейного температурного расширения, показывающий, на какую долю первоначальной длины увеличится размер материала в рассматриваемом направлении при повышении температуры на 1° С.

і Коэффициенты линейного температурного расширения (КЛТР) у Ьазных материалов значительно отличаются. Например, КЛТР пласт - касс в 5...10 раз выше, чем бетона. Поэтому в конструкциях, объеди - ияющих несколько материалов, необходимо учитывать тепловое рас­ширение каждого. При кестком соединении материалов с разными рСЛТР в конструкциях могут возникнуть большие напряжения и как результат — коробление и растрескивание материала. /

Г Эффект теплового расширения материалов можно наблюдать, на - / рример, в изменении размеров шва между железобетонными панелями. , Пак, при изменении температуры от — 20 до + 30° С размер железобе - j (тонной панели длиной 6 м увеличивается на 3 мм, при этом на столько [же уменьшается ширина шва между панелями.

1— Огнестойкость — способность материала выдерживать без разру­шения воздействие огня и воды в условиях пожара. Разрушение материала в таких условиях может произойти из-за того, что он сгорит, растрескается, полностью потеряет прочность. По степени огнестой­кости различают несгораемые, трудносгораемые и сгораемые матери­алы.

Несгораемые материалы под действием огня или высокой темпера­туры не горят и не обугливаются. К таким материалам относятся бетон, кирпич и др. Однако некоторые несгораемые материалы (стекло, асбестоцемент, мрамор) при резком нагревании разрушаются, а ос­тальные конструкции при сильном нагревании теряют прочность и деформируются.

Трудносгораемые материалы под действием огня медленно воспла­меняются и после удаления огня их горение и тление прекращаются. К этим материалам относятся фибролит, пропитанная антипиренами древесина, асфальтобетон.

Сгораемые материалы под действием огня или высокой температуры горят и продолжают гореть после удаления источника огня.

Для повышения огнестойкости горючих материалов используют антипирены — вещества, которыми пропитывают или покрывают ма­териал. Антипирены выделяют газы, не поддерживающие горения, или под действием высокой температуры образуют пористый защитный слой на материале, чем замедляют его нагрев.

Огнеупорность — способность материала длительно работать в ус-

ловиях высоких температур без деформаций и размягчения.

Примером огнеупорных материалов может служить огнеупорный кирпич, используемый для кладки внутренних объемов доменных и сталеплавильных печей, топок ТЭС и т. п. Деление материалов по степени огнеупорности дано в § 5.2.

Акустические свойства материалов — это свойства, связанные с взаимодействием материала и звука. Звук, или звуковые волны,— это механические колебания, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах.

Строителя интересуют две стороны взаимодействия звука и мате­риала: в какой степени материал проводит сквозь свою толщу звук —

Звукопроводность зависит от массы материала и его строения. Материал тем меньше проводит звук, чем больше его масса; если масса материала велика, то энергии звуковых волн не хватает, чтобы пройти сквозь него, так как для этого надо заставить материал колебаться. Плохо проводят звук пористые и волокнистые материалы, так как звуковая энергия поглощается и рассеивается развитой поверхностью материала, переходя при этом в тепловую энергию.

Звукопоглощение зависит от характера поверхности материала. Ма­териалы с гладкой поверхностью отражают большую часть падающего на них звука (эффект зеркала), поэтому в помещении с гладкими стенами звук, многократно отражаясь от них, создает постоянный шум. Если же поверхность материала имеет открытую пористость, то звуко­вые колебания, входя в поры, поглощаются материалом, а не отража­ются. Так, мягкая мебель, ковры заглушают звук.