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.
Выбор стройматериалов - Свойства строительных материалов
Остались вопросы по теме - "Свойства строительных материалов", задайте их на