Материал: Доманская. Строительные материалы и изделия. Учебное пособие

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

те перепада температур между поверхностями материала [10]. Оценивают теплопроводность по коэффициенту теплопроводности в абсолютно сухом состоянии (чем он ниже, тем более низкая теплопроводность и более теплосберегающий материал), рассчитываемому по формуле:

где Q — количество тепла, прошедшее через материал, Дж; а — толщина материала, м;

S — площадь поперечного сечения материала, м 2;

t1, t2 — температура на внутренней (1) и внешней (2) поверхности испытуемого образца материала, °C;

T — время эксперимента, ч.

Однако, коэффициент теплопроводности можно ориентировочно определить расчетным путем по формуле:

где ρ — средняя плотность материала, кг/м 3.

В процессе эксплуатации при увлажнении материала значительно возрастает коэффициент теплопроводности материалов с увлажнением, т. к. при этом поры заполняет вода, имеющая коэффициент теплопроводности 0,58 Вт/(м∙°C) выше в 25 раз, чем у воздуха — 0,023 Вт/(м · °C).

Теплоемкость — способность материалов поглощать тепло при нагревании, которую оценивают по удельной теплоемкости, рассчитываемой по формуле:

где Q — количество тепла, прошедшее через материал, Дж; m — масса материала, кг;

tн, tк — начальная и конечная температуры материала, °C.

24

3. Свойства строительных материалов

Огнеупорность — способность материала противостоять длительному воздействию высоких температур без деформаций и не изменяя агрегатного состояния (не переходя в расплав). По степени огнеупорности все материалы разделяют на огнеупорные, выдерживающие температуру выше 1580 °C, тугоплавкие — от 1360 до 1580 °C и легкоплавкие ниже 1350 °C.

Термическая стойкость материала характеризует его способность выдерживать определенное количество циклов резких тепловых изменений без разрушения структуры, что зависит от степени однородности материала, температурного коэффициента расширения его компонентов (уменьшение коэффициента повышает термическую стойкость материала).

Огнестойкость — способность материала выдерживать без разрушений действие открытого огня. Пределом огнестойкости конструкции называется время в часах от начала огневого испытания до появления одного из следующих признаков: сквозных трещин, обрушения, повышения температуры на необогреваемой поверхности. По огнестойкости строительные материалы делятся на три группы: несгораемые, трудносгораемые и горючие. Несгораемые материалы под действием высокой температуры или огня не тлеют и не обугливаются. Некоторые материалы под воздействием высокой температуры не растрескиваются и не деформируются (керамический кирпич), а другие подвержены значительным деформациям (стальные изделия) и не могут быть отнесены к несгораемым. Трудносгораемые материалы под воздействием огня или высоких температур обугливаются, тлеют или с трудом воспламеняются, но продолжают гореть или тлеть только при наличии огня (древесина, пропитанная огнезащитными составами). Горючие материалы горят и тлеют под воздействием огня или высоких температур и продолжают гореть после устранения огня (все органические материалы, не подвергнутые пропитке огнезащитными составами).

25

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

3.2. Химические свойства

Коррозионная стойкость — способность материала противостоять физико-химическому взаимодействию с агрессивной средой, приводящему к разрушению структуры материала с образованием новых химических соединений. В большинстве случаев ее определяют у металлов, окисляющихся на воздухе, по различным методикам.

Биостойкость материалов — устойчивость материала перед воздействием биологических объектов окружающей среды (плесень, насекомые, грызуны), которая зависит от химического состава строительного материала, влажности и условий эксплуатации. В большинстве случаев ее определяют у природных органических материалов, например стойкость древесины к действию разрушающих микроорганизмов и насекомых при эксплуатации в воздушно-сухом состоянии. Недостаточная биостойкость органических материалов определяется природой компонентов, которые выступают источниками питания для микроорганизмов, в процессе своей жизнедеятельности выделяющих гидролитические ферменты, расщепляющие компоненты строительных материалов растительного происхождения (целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозу).

Радиационная стойкость — свойство материала сохранять свой химический состав, структуру и физико-механи- ческие характеристики после воздействия ионизирующих излучений. Развитие атомной энергетики и широкое использование источников ионизирующих излучений в различных отраслях народного хозяйства вызывают необходимость оценки радиационной стойкости и защитных свойств материалов.

26

3. Свойства строительных материалов

3.3. Механические свойства строительных материалов

Прочность — способность материалов сопротивляться разрушению и деформациям от внутренних напряжений в результате приложения внешних воздействий, возникающих при эксплуатации (неравномерная осадка или нагревание отдельных элементов зданий). Оценивают все виды прочностей по пределам — максимальным внешним усилиям до разрушения материала. Различают пределы прочности материалов при сжатии, растяжении, изгибе (основные) или срезе и кручении [10].

Теоретическая прочность — критическое напряжение, которое необходимо квазистатически (медленно) приложить к идеальному телу, чтобы вызвать его необратимую диссоциацию. Прочность идеального бездефектного твердого тела определяется силами связи между правильно расположенными атомами. Точные расчеты теоретической прочности требуют знания структуры тела и потенциала межатомного взаимодействия. Для таких сложных материалов, как силикатное стекло, определить эти параметры на современном уровне развития науки не представляется возможным.

Хрупкое разрушение характеризуется тем, что оно не сопряжено с заметной пластической макродеформацией и наблюдается при воздействии средних напряжений, нe превышающих предел текучести. Траектория разрушения близка к прямолинейной, излом нормален к поверхности и имеет кристаллический характер. Хрупкое разрушение, как правило, является внутрикристаллическим.

Разрушение в большинстве случаев происходит под воздействием нормальных напряжений и распространяется вдоль наименее упакованной кристаллографической плоскости, называемой плоскостью скола (отрыва). Но при некоторых условиях эксплуатации (водородное насыщение, коррозия) хрупкое разрушение может быть межкристаллитным (меж-

27

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

зерновым). Хрупкое разрушение часто происходит внезапно и распространяется с большой скоростью при малых затратах энергии. В ряде случаев оно приводит к катастрофическим разрушениям сварных конструкций в процессе эксплуатации.

Предел прочности при сжатии характеризует максимальное сжимающее усилие, которое может выдержать конструкционный материал до разрушения; его рассчитывают по формуле [7]:

где Р — разрушающая нагрузка, Н;

S — площадь сечения материала, перпендикулярного прилагаемой нагрузке, м 2.

Прочность некоторых наиболее распространенных строительных материалов приведена в табл. 2.

Предел прочности при изгибе определяют при одноточечном сосредоточенном нагружении образца — параллелепипеда прямоугольного сечения и рассчитывают по формуле:

Прочность некоторых строительных материалов

28