2 Физические свойства

2.1 Гигроскопичность – свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их вследствие капиллярной конденсации.

Гигроскопичность материала зависит от температуры воздуха, его относительной влажности, вида, количества и размера пор, а также от природы самого материала. Например: одни материалы энергично притягивают своей поверхностью молекулы воды – их называют гидрофильными (древесина), другие отталкивают воду – гидрофобные (асфальтобетон).

Влажность – содержание влаги в материале в данный конкретный момент, отнесенное к единице массы материала в сухом состоянии.Влажность определяют по формуле:

W = ( m₁ – m₂)/m₂х100, (8)

где m₁- масса материала в естественно влажном состоянии, г ;m₂ – масса материала, высушенного до постоянной массы, г.

Высокой можно считать влажность более 20 %, низкой - менее 5 %.

Капиллярное всасывание – способность воды подниматься по капиллярам материала и увлажнять ту его часть которая не находится в воде. Так, например грунтовые воды могут подниматься по капиллярам и увлажнять нижнюю часть стены здания. Чтобы не было сырости в помещении, устраивают гидроизоляционный слой, отделяющий фундаментную часть стены от ее наземной части.

Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать водув своих порах.

Характеризуется водопоглощение максимальным количеством воды, поглощаемым сухим образцом материала при выдерживании его в воде, отнесенным к массе сухого образца (водопоглощение по массе W_m) или к его объему (объемное водопоглощениеWv).

Водопоглощение по массе W_m (%) и объемное водопоглощениеWv(%) определяют по следующим формулам:

W_m =(m_B – m_C)/ m_C  х 100, (9)

где m_C– масса образца материала в сухом состоянии, кг (г);m_B – масса образца материала, насыщенного водой, кг (г).

Wv = (10)

Водопоглощение отрицательно влияет на основные свойства материала: увеличивает плотность, теплопроводность возрастает, прочность понижается.

Отношение между водопоглощением по массе и объемным водопоглощением численно равно относительной плотности материала:

W_m/ Wv=d (11)

Многие строительные конструкции (стены и фундаменты зданий, мостовые конструкции, покрытия дорог, конструкции гидротехнических сооружений) подвергаются совместному действию влаги и знакопеременных температур, которые постепенно приводят их к разрушению. Причина разрушения – расширение (примерно на 9 %) воды при замерзании в порах материала.

Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения.

Испытание строительных материалов на морозостойкость заключается в цикличном попеременном замораживании и оттаивании в насыщенном водой состоянии и последующем определении потери материалом массы и прочности. Замораживание и последующее оттаивание образца составляет один цикл, продолжительность цикла не должна превышать 24 часа. Количество циклов испытания принимают в соответствии с ГОСТом на материал. Так, бетон, применяемый для стен зданий должен выдерживать 35…50 циклов, а бетон для гидротехнических сооружений – 300 циклов и более.

Выдержавшими испытание на морозостойкость считаются те материалы, которые после установленного для них ГОСТом числа циклов замораживания – оттаивания не имеют видимых признаков разрушения (не крошатся, не растрескиваются, не расслаиваются) и потери прочности и массы образцов не должны превышать значений, установленных ГОСТом на данный материал. Например, для бетона потери прочности при испытании на морозостойкость не более 5 %, для кирпича и строительных растворов не более 25 %.

По числу циклов попеременного замораживания и оттаивания определяют марку материала по морозостойкости F10,F15,F25,F50,F100,F150,F200 и более.

Материалы, выдерживающие 100 и более циклов замораживания-оттаивания, обладают высокой морозостойкостью, десятки циклов - удовлетворительной, менее 10 – низкой.

Коэффициент размягчения К_Р – отношение прочности материала, насыщенного водой R_В , к прочности сухого материала R_C :

К_Р = R_В / R_C (12)

Коэффициент размягчения характеризует водостойкость материала, он изменяется от 0 (размокающие глины) до 1 ( металлы). Природные и искусственные каменные материалы не применяют в строительных конструкциях, находящихся в воде, если их коэффициент размягчения меньше 0,8.

Водопроницаемость – свойство материала пропускать воду под давлением.

Коэффициент фильтрации, К_Ф (м/ч), характеризует водопроницаемость материала

К_Ф = V_В а /  S (р₁ – р₂) t , (13)

где К_Ф = V_В - количество воды (м³), проходящей через стенку площадьюS= 1 м², толщинойа= 1 м за времяt= 1 ч при разности гидростатического давления на границах стенкир₁ – р₂ = 1 м вод. ст. Коэффициент фильтрации имеет размерность скорости. Свойство обратное водопроницаемости –водонепроницаемость. Характеризует структуру плотных материалов, работающих в условиях непосредственного контакта с водой.Водонепроницаемостьматериала характеризуется маркой, обозначающей одностороннее гидростатическое давление, при котором образец материала не пропускает воду в условиях стандартного испытания. Марки по водонепроницаемости, например бетонаW2,W4,W6.W8,W10,W12. Цифра показывает величину давления воды в кг/см², при котором стандартный образец не пропускает воду. Плотные материалы, например сталь, стекло, битум, водонепроницаемы.

Пористые неорганические и органические материалы (бетон, древесина и др.) при изменении влажности изменяют свой объем и размеры. Усадкой (усушкой) называют уменьшение размеров материала при высыхании.Набухание(разбухание) - увеличение размеров материала при насыщении его водой. Чередование высыхания и увлажнения пористого материала сопровождается попеременными деформациями усадки и набухания со временем приводящие к потери несущей способности материала.

Воздухостойкость – способность материала длительно выдерживать многократные увлажнения и высушивания без значительных деформаций и потери механической прочности. Повысить воздухостойкость материала можно приданием материалу водоотталкивающих свойств.

Газо- и паропроницаемость. Газопроницаемость – свойство пористых материалов пропускать газ при возникновении у поверхностей ограждения разности давления газа. Газ перемещается через поры и трещины материала и поскольку материал имеет макро и микропоры, перенос газа может происходить одновременно вязкостным и молекулярными потоками. Коэффициент газопроницаемости К_Г (мг/м ч Па) фактически является физической константой для каждой пористой структуры – масса газа V_ (плотностью ) прошедшего через стенку площадью S и толщиной а за время t при разности давлений на гранях стенки ∆р:

К_Г = а V_  / S t ∆р , (14)

Стеновой материал должен обладать определенной проницаемостью, т.е. стена должна "дышать" – через наружные стены должна происходить естественная вентиляция помещений. Газопроницаемость (воздухопроницаемость) материалов следует учитывать при применении их в наружных стенах и покрытиях зданий, а также в конструкциях специальных сооружений.

Паропроницаемость– свойство материала пропускать через свою толщу под давлением водяной пар.

Паропроницаемость следует учитывать при выборе материала для изоляции помещений. В зимнее время внутри теплых помещений в 1 м³ воздуха содержится водяного пара значительно больше, чем снаружи, поэтому пар стремится пройти через стену или покрытие. Попадая в холодную часть ограждения, пар конденсируется, резко повышая влажность в материале ограждающих конструкций, ухудшаются теплозащитные свойства ограждающих конструкций и создаются условия, способствующие быстрому разрушению материала наружной ограждающей конструкции при действии мороза.

Коэффициент паропроницаемости, m(мг/м ч Па) некоторых строительных материалов, например бетон тяжелый=2500кг/м³-m= 0,03 мг/м ч Па, бетон легкий=1000 кг/м³-m= 0,14 мг/м ч Па, бетон ячеистый=400 кг/м^{3 -} m= 0,23 мг/м ч Па, раствор=1800 кг/м³-m= 0,09 мг/м ч Па, кирпичная кладка=1800 кг/м³ – 0,11 мг/м ч Па.