Основные свойства строительных материалов

 

Применяя  тот или иной материал в строительстве, нужно знать его физико-механические свойства и учитывать те условия, в которых этот материал будет  работать в строительной конструкции.

Основные  свойства строительных материалов можно  разделить на несколько групп.

К первой группе свойств относят физические свойства материалов : удельный вес, объёмный вес, плотность и пористость. От них в большой степени зависят другие важные  в строительном отношении свойства строительных материалов.

Вторую  группу составляют свойства, характеризующие отношение строительного материала к действию воды и связанному с нею действию мороза : водопоглощение, влажность и отдача влаги, гигроскопичность, водопроницаемость, водо- и морозостойкость.

К третьей группе относятся механические свойства материалов : прочность, твёрдость, истираемость и др.

В четвёртую группу объединены свойства, характеризующие отношение материалов к действию тепла : теплопроводность, теплоёмкость, огнестойкость и огнеупорность. Помимо основных, различают ещё специальные свойства, присущие лишь отдельным видам строительных материалов.

Способность некоторых материалов сопротивляться разрушающему действию кислот, щелочей, солей и газов носит общее  название химической (или коррозионной) стойкости.

Особую  группу составляют так называемые технологические свойства, которые характеризуют способность материала подвергаться механической обработке. Например, древесина является материалом, легко поддающимся обработке. Строителю приходится считаться с этим свойством при выборе того или иного материала.

Физические  и химические свойства

строительных  материалов.

Удельным  весом называется вес материала в единице объёма в плотном состоянии ( без пор ).

Объёмным  весом называется вес единицы объёма материала в естественном состоянии ( вместе с порами ).

Объёмный  вес рыхлых материалов ( песка, щебня ), определяемый без вычета пустот между  их частицами, называют насыпным весом.

Плотностью  материала называется степень заполнения его объёма твёрдым веществом, из которого материал состоит.

Пористостью называется отношение объёма пор к общему объёму материала.

По величине воздушных пор материалы разделяют  на мелкопористые (поры имеют размеры  в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупнопористые (размеры пор  от десятых долей миллиметра до 1 - 2 мм).

Более крупные  поры в изделиях или полости между  кусками рыхло насыпанного сыпучего материала ( песок, щебень, гравий ) называют пустотами.

Пористость  строительных материалов колеблется в  очень широких пределах — от 0 ( сталь. стекло ) до 90 % ( плиты из минеральной ваты ).

Материал  с высокой пустотностью и пористостью  часто бывает наиболее лучшим теплоизоляционным  материалом.

Водопоглощением называется степень заполнения объёма материала водой.

Отношение прочности  насыщенного водой материала  к прочности его в сухом состоянии называется коэффициентом размягчения материала. Этот коэффициент является весьма важным показателем, так как он характеризует водостойкость материала, который в условиях работы в сооружении может подвергаться действию воды.

Коэффициент размягчения колеблется в пределах от нуля ( у глинянных необожжённых изделий до единицы ( у материалов, не изменяющих своей прочности от действия воды, — стекла, стали, битумов ).

Каменные  материалы ( природные и искусственные ) нельзя применять в сырых местах, если коэффициент их размягчения меньше 0,8. Материалы с коэффициентом размягчения больше 0,8 называют водостойкими.

Влагоотдачей  называется свойство материала отдавать воду при изменении условий в окружающей среде. Влагоотдачу выражают посредством скорости высыхания материалов — количеством воды ( а процентах от веса или объёма стандартного образца материала ), теряемым в сутки при относительной влажности окружающего воздуха 60 % и температуре 20 градусов.

Влажность материала — весовое содержание воды в материале строительных конструкций ( значительно ниже, чем их полное водопоглощение ).

Водопроницаемостью  называется способность материала пропускать воду под давлением.

Морозостойкостью  называется способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное переменное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения прочности.

Плотные материалы  без пор или с незначительной пористостью, поглощающие весьма мало воды, морозостойки.

Чтобы материал обладал морозостойкостью, коэффициент размягчения его должен быть не ниже 0,9.

Газопроницаемостью  называется способность материала пропускать через свою толщу газ ( воздух ).

Газопроницаемость стен и других элементов сооружений можно значительно уменьшить, покрывая их масляными красками или битумными составами, а также производя их оштукатуривание.

Примеры : воздухопроницаемость кирпича —  0,35, цементно-песчанной штукатурки — 0,02, рубероида — 0,01.

Теплопроводностью называется способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разновидности температур на поверхностях, ограничивающих материал.

Степень теплопроводности очень важно знать для материалов. используемых при устройстве так  называемых ограждающих конструкций  зданий ( т.е. наружных стен, верхних перекрытий, полов в нижнем этаже ) и в особенности для теплоизоляционных материалов, назначение которых — способствовать сохранению тепла в помещениях и тепловых установках.

Коэффициент теплопроводности равен количеству тепла, в килокалориях, проходящего через стену толщиной 1 м, площадью 1 кв.м. за 1 час при разности температур на двух противоположных поверхностях стен в 1 град.

Теплопроводность  материала зависит от степени  его пористости, характера пор, вида материала, влажности, объёмного веса и средней температуры. при которой присходит передача тепла.

У пористых материалов тепловой поток проходит через их массу и через поры, наполненные  воздухом. Теплопроводность воздуха  очень низка ( 0,02 ), вследствие чего он оказывает большое термическое сопротивление прохождению теплового потока. Коэффициент теплопроводности сухих пористых материалов является промежуточной величиной между коэффициентами теплопроводности их вещества и воздуха. Чем больше пористость ( т.е. чем меньше объёмный вес материала ), тем меньше коэффициент теплопроводности.

Величина  пор материала также оказывает  влияние на коэффициент его теплопроводности. Мелкопористые материалы менее  теплопроводны, чем крупнопористые. Материалы с замкнутыми порами имеют  меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами. Это объясняется тем, что при крупных и сообщающихся порах в них возникает движение воздуха, сопровождающееся переносом тепла ( конвекция ) и повышением суммарного коэффициента теплопроводности.

В таблице 1 приведены коэффициенты теплопроводности теплоизоляционных материалов и для сравнения — коэффициенты теплопроводности некоторых других строительных материалов.

Таблица 1.

Теплоёмкостью называют свойство материала поглощать определённое количество тепла при нагревании.

Коэффициент теплоёмкости представляет собой количество тепла в килокалориях, необходимое для нагревания 1 кг. данного материала на 1 градус.

Природные и  искусственные каменные материалы  имеют коэффициент теплоёмкости в пределах от 0,18 до 0,22, лесные материалы  — от 0,57 до 0,65. У металлов коэффициент  теплоёмкости относительно не высок, например, у стали он равен 0,11.

Теплоёмкость  материалов имеет значение в строительстве  при проверке теплоустойчивости  стен и перекрытий и расчёте подогрева  материалов для зимних бетонных и  каменных работ, а также при расчёте  печей.

Под теплоустойчивостью стен и перекрытий понимают их способность сохранять на внутренней поверхности более или менее постоянную температуру, несмотря на колебания теплового потока вследствие неравномерной работы отопления. Суточные колебания температуры в жилых зданиях не должны превышать 6 градусов.

При топке  печей у поверхностей стен или  перекрытий, обращённых внутрь здания, создаётся запас тепла, вследствие чего внутри помещений температура  значительно не повышается. По окончании  топки запас тепла, накопленный  в стенах и перекрытиях, расходуется на подогрев воздуха, чем и выравнивается в помещениях температура воздуха.

Для стен и  перекрытий жилых и отапливаемых зданий желательно применять материалы  с возможно более низким коэффициентом  теплопроводности и возможно более  высоким коэффициентом теплоёмкости. Такими свойствами обладают, в частности, лесные материалы, которые широко применяют для стен и перекрытий отапливаемых зданий.

Удельная  теплоёмкость каменных материалов ( камень, кирпич, бетон, шлак, стекло и др. ) находится  в пределах 0,18 - 0,22. Лесные и другие органические материалы имеют значительно большие коэффициенты теплоёмкости, например:

Огнестойкостью  называется способность материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур и воды ( при пожарах ). По огнестойкости строительные материалы делят на три группы : несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Огнеупорностью  называют свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не расплавляясь.

При устройстве различных отопительных установок ( печей, труб, при обмуровке котлов и пр.) используются строительные материалы, которые могут не только выдерживать  действие высоких температур, но и  нести определённую нагрузку при постоянной высокой температуре.