Материал: Доманская. Строительные материалы и изделия. Учебное пособие

3. Свойства строительных материалов

Механические свойства дополнительно разделяют на деформативные, определяемые по изменению формы и размеров под воздействием приложенной внешней нагрузки (например, упругость, пластичность), и прочностные — представляющие способность сопротивляться нагрузке без разрушения структуры (пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, скалывании и истираемость).

Технологические свойства характеризуют удобство и возможности применения материала в строительстве: удобоукладываемость бетонной смеси, коэффициент конструктивного качества (ККК), температуры плавления, размягчения, скорость схватывания и твердения.

Эксплуатационные свойства определяют возможность и затраты на восстановление элементов конструкций, сооружений из применяемого материала в процессе ремонтов.

3.1. Физические свойства материалов

Истинная плотность — масса единицы объема абсолютно сухого материала в максимально плотном состоянии, рассчитываемая по формуле [6]:

m

rи = V см , (1) плот

где mсм — масса сухого материала, кг;

Vплот — объем, занимаемый материалом в максимально плотном состоянии, м 3.

Средняя плотность — масса единицы объема абсолютно сухого материала в естественном состоянии (без удаления из него пор или пустот), рассчитываемая по формуле [7]:

19

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

где mсм — масса сухого материала, кг;

Vес — объем материала в естественном состоянии, м 3. Насыпная плотность — масса единицы объема просушен-

ного сыпучего материала, которую определяют при заполнении мерного сосуда (с известным объемом) и рассчитывают по формуле [7]:

где m1 — масса пустого мерного сосуда, кг;

кг;m2 — масса мерного сосуда вместе с сыпучим материалом,

V — объем мерного сосуда, м 3.

Пористость — степень заполнения объема твердого материала порами, пустотами, газовоздушными включениями, рассчитываемая по формуле:

Пустотность — степень заполнения единицы объема пустотами для сыпучего сухого материала в свободно насыпанном (иногда в уплотненном) состоянии, рассчитываемая по формуле:

Сыпучесть — способность сыпучего материала растекаться по плотному основанию в свободно насыпанном состоянии, которую характеризуют углом естественного откоса, завися-

20

3. Свойства строительных материалов

щего от размеров и формы зерен, характера их поверхности, насыпной плотности и влажности материала.

Удельная поверхность — суммарная поверхность всех зерен единицы массы сыпучего материала. При определении этого параметра у пористого материала в площадь поверхности включается поровое пространство. Определяют инструментальными методами.

Влажность — это отношение массы воды в материале к его массе в абсолютно сухом состоянии, рассчитываемое по формуле:

где mсух — масса сухого материала, кг; mвл — масса влажного материала, кг.

Водопоглощение материала характеризует его способность при соприкосновении с водой впитывать и удерживать ее в своей массе. Оценивают водопоглащение по массе и объему [5].

Водопоглощение по массе — отношение массы поглощенной сухим материалом воды до полного водонасыщения к массе материала в абсолютно сухом состоянии, рассчитываемое по формуле:

где mв — масса поглощенной воды, кг; mсух — масса сухого материала, кг.

Водопоглощение по объему — отношение объема поглощенной материалом воды до полного водонасыщения к его объему в водонасыщенном состоянии, рассчитываемое по формуле:

21

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

где Vв — объем поглощенной воды, л;

V в.м — объем материала в водонасыщенном состоянии, кг; mв — масса поглощенной воды, кг;

ρв — плотность воды, кг/м 3.

Гигроскопичность — свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из влажного воздуха путем адсорбции водяного пара на внутренней поверхности пор

споследующей капиллярной конденсацией [8]. Волокнистые материалы со значительной пористостью (теплоизоляционные и стеновые) обладают развитой внутренней поверхностью пор, что определяет их высокую гигроскопичность.

Влагоотдача характеризует обратное свойство материала — отдавать влагу, т. к. материалы при нахождении на воздухе сохраняют свою влажность только при условии одинаковой

сматериалом относительной влажности воздуха (равновесной). При более низкой влажности воздуха влага из материала переходит в окружающую среду (материал сохнет), а при большой влажности — поглощает влагу. Скорость влагоотдачи зависит от разности влажностей материала и среды, температуры материала и воздуха, характеристик поверхности материала, его пористости и природы вещества: с крупными порами и гидрофобные легче отдают воду, чем мелкопористые и гидрофильные, при более высокой температуре и сухом воздухе.

Водопроницаемость — способность материала пропускать воду через свою структуру под давлением, характеризуемая коэффициентом фильтрации, рассчитываемым по формуле:

где Vв — объем прошедшей через материал воды, л; а — толщина материала, м;

S — площадь поперечного сечения материала, м 2;

22

3. Свойства строительных материалов

Р2–Р1 — разность гидростатического давления на противоположных поверхностях материала, м вод. ст.;

t — время эксперимента, ч.

Обратной характеристикой водопроницаемости является водонепроницаемость — это способность материала не пропускать воду под давлением.

Паропроницаемость — способность материалов пропускать водяной пар через свою структуру, характеризуемая коэффициентом паропроницаемости, рассчитываемым по формуле [2]:

где Vп — объем прошедшего через материал пара, л; S — площадь поперечного сечения материала, м 2;

Р2 — Р1 — разница парциальных давлений пара над поверхностью образца, стандартное при испытании Р2 — Р1 = 133,3 Па;

а — толщина материала, м; t — время эксперимента, ч.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократные попеременные замораживания и оттаивания без признаков разрушения структуры и значительного снижения прочности для конструкционных материалов [9]. Многолетний опыт строительства и исследований объясняет разрушение строительных материалов в условиях попеременного насыщения водой и замораживании за счет увеличения в объеме примерно до 9 % (разница между плотностью воды и льда) воды, находящейся в порах. Наибольшее расширение наблюдается при переходе в лед при температуре –4 °C, а дальнейшее понижение температуры происходит без увеличения объема льдом. При этом стенки капилляров испытывают значительные напряжения и разрушаются.

Теплопроводность — это способность материалов пропускать через свою толщу тепло путем теплопередачи в результа-

23