Строительные материалы и изделия

СТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛА

Основные структурные характеристики материала, во многом оп­ределяющие его технические свойства,— это плотность и пористость. Плотность — физическая величина, определяемая массой вещества (или материала) в единице объема.

В зависимости от того, берется ли в расчет объем только самого вещества, из которого состоит материал, или весь объем материала с порами и пустотами, различают истинную и среднюю плотность.

14

Истинная плотность р (кг/м3) — масса единицы объема материала, когда в расчет берется только объем твердого вещества V(м3):

p = m/Va.

Таким образом, истинная плотность характеризует не материал, а вещество, из которого состоит материал,— это физическая константа вещества.

Значения истинной плотности вещества зависят в основном от его ч и мического состава, и у материалов с близким химическим составом они различаются незначительно.

У каменных материалов как природных (песок; гранит, известняк), гак и искусственных (кирпич, бетон, стекло), состоящих в основном из оксидов кремния, алюминия и кальция, истинная плотность колеб­лется в пределах 2500...3000 кг/м3.

Истинная плотность органических материалов, состоящих в основ­ном из углерода, водорода и кислорода (битум, полимеры, масла), составляет 800... 1200 кг/м3. Относительно высокая истинная плотность у древесины — около 1500 кг/м3.

Большие различия в истинной плотности наблюдаются лишь у металлов (кг/м3): алюминий — 2700, сталь — 7850, свинец — 11 300. ^Плотность воды — 1000 кг/м3.

• " Средняя плотность материала рю (кг/м3) (далее мы будем называть

се просто плотностью) — физическая величина, определяемая отноше­нием массы т(кг) материала ко всему занимаемому им объему Vtcr (м3), включая имеющиеся в нем поры и пустоты:

Pm ^/

Следовательно, плотность материала меняется в зависимости от его структуры. Поэтому искусственные материалы (бетоны, керамику и т. п.) можно получать с заданной (требуемой) плотностью. Например, меняя пористость бетона, можно получить как тяжелый бетон плот­ностью до 2500 кг/м3, так и особо легкий — плотностью менее 500 кг/м3.

Пористость — степень заполнения объема материала порами, %

П= [(FeCT - 100.

Обычно пористость рассчитывают исходя из средней и истинной плотности материала:

я=[р-ри/р]100 = (1-рт/р) 100.

Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 до 90...98 % (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Истинная и средняя плотность и пористость некоторых строительных материалов

Плотность, кг/м

истинная

Пористость материала характеризуют не только с количественной стороны, но и ио характеру пор: замкнутые и открытые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2...5 мм). Характер пор важен, например, при оценке способности материала поглощать воду. Так, полистирольный пенопласт, пористость которого достигает 98 %, имеет замкнутые поры и практически не поглощает воду. В то же время керамический кирпич, имеющий пористость в три раза меньшую (около 30 %), благодаря открытому характеру пор (большинство пор представляет собой сооб­щающиеся капилляры) активно поглощает воду.

Пористость является основной структурной характеристикой, определяющей такие свойства материала, как водопоглощение, теплопроводность, акустические свойства, морозостойкость, проч­ность и др.