Кольцов Общие свойства 10

А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов

УДК 691 (075.8)

Рецензенты: канд. техн. наук, доцент И. В. Гончарова (СПбГАСУ); канд. техн. наук, доцент С. И. Веселова

Кольцов, А. И.

Общие свойства строительных материалов: учеб. пособие / А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко; СПбГАСУ. – СПб., 2010. – 64 с.

ISBN 978-5-9227-0262-1

Рассмотреныобщиесвойствастроительныхматериалов,изложеныосновные методики определения физико-механических свойств, приведены примеры задач по данной теме.

Предназначено для студентов специальностей 270113 – механизация и автоматизация строительства и 080507 – менеджмент организации.

Табл. 4. Ил. 7. Библиогр.: 4 назв.

Рекомендованоредакционно-издательскимсоветомСПбГАСУвкачестве учебногопособия.

Введение

Чтобыправильно выбратьматериал, спроектировать и построить сооружение, необходимо хорошо знать свойства используемых материалов. Свойством называют способность материала определенным образом реагировать на отдельный или чаще всего действующий в совокупности с другими внешний или внутренний фактор. В строительстве применяют большое количество материалов с различными свойствами, но существует группа свойств, важная для всех строительных материалов.Ктакимсвойствамможноотнестиплотность,пористость, прочность. Это основныехарактеристикивсехстроительныхматериалов, служащие для оценки качества и особенности их применения, а также для различных технико-экономических расчетов.

Необходимо заметить, что материалы работают не изолированно от окружающей среды. При контакте с водой они подвергаются действиюводыисодержащихсявнейвеществ,на воздухе–действиювоз- духа и содержащихся в нем водяных паров и газов, солнца, ветра, резких перемен температуры и влажности. Некоторые свойства являются специальнымииважнымипривыборе материалалишь дляопределенныхусловийэксплуатации(стойкостьпротивдействияразличныхкислот, морозостойкость и т. п.). Таким образом, при выборе и обосновании целесообразности применения строительного материала для определенныхусловийнеобходимоучитыватьразличныеегосвойства.

Для регламентации качества промышленной продукции в России действуетгосударственнаясистема стандартизациииаттестации качества, основой которой являются достижения науки, техники и передовогоопыта.Накаждыйстроительныйматериалиизделиеимеютсястандарты различных категорий – государственный стандарт (ГОСТ) или технические условия (ТУ). Качество всех основных строительных материаловиизделийдолжносоответствоватьтребованиямданныхстандартов,которыераспространяютсякакнаматериальныепредметы(продукцию, эталоны, образцы веществ), так и на методы испытаний, правила приемки, технические требования различного характера.

В зависимости от сферы действия и условий утверждения стандарты подразделяют на ряд категорий, основными из которых являют-

А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов

сягосударственныйстандарт(ГОСТ),техническиеусловия(ТУ)истроительные нормы и правила (СНиП).

Государственный стандарт (ГОСТ) – документ, в котором даются краткое описание материала и способа его изготовления, классификация, конкретно указаны форма, размеры, классы (марки) и сорта (если они имеются), технические показатели, правила приемки, упаковки, транспортирования и хранения, методы испытаний материала или изделия, которые иногда выделяются в отдельный ГОСТ. В обозначении ГОСТа даются два числа: первое обозначает порядковый номер материала,а второе после тире –годутверждениястандарта. Например, в ГОСТ 530–95 «Кирпич и камни керамические» или ГОСТ 376–95 «Силикатный кирпич и камни»цифры 530 и 376 обозначают порядковый номер соответственно керамического и силикатного кирпича, а цифра 95 –год утвержденияГОСТа– 1995. Нормативно-техническая документация периодически (не реже одного раза в 5 лет) пересматриваетсяиобновляется.Основаниемдляпересмотрадействующихдокументов являются совершенствование технологии и строительного производства, завершение научно-исследовательских, опытно-конст- рукторских и экспериментальных работ, обобщение отечественного изарубежногоопытапроектированияистроительства,повышениетребованийк качествуматериала.Новый ГОСТ имеетсилузакона иотменяет действие старого ГОСТа.

Технические условия (ТУ) или отраслевые временные технические условия (ВТУ) устанавливают комплекс требований к конкретным типам,маркам,артикулампродукции,котораянестандартизированаили ограниченно применяется. ТУ действуют в пределах ведомства или министерства и содержат правила приемки, методы испытаний и требования к качеству, форме, размерам и сортам выпускаемой продукции.

Кроме ГОСТов и ТУ строители пользуются также СНиПами – строительными нормами и правилами. СНиП – это свод нормативных документов по проектированию, строительству и строительным материалам, обязательных для всех организаций и предприятий. ГОСТы разрабатываются преимущественно на строительные материалы и изделия массового изготовления, а СНиПы устанавливают требования ко всей строительной продукции. Оба комплекса нормативных документов по строительству – СНиП и ГОСТ – взаимно дополняют друг друга.

Введение

Этидокументырегламентируют основныеположениястроительного проектирования, производства строительных работ и требования к строительным материалам и изделиям. СНиПы распространяются на все виды строительства и являются общеобязательными. На каждый вид строительных материалов иизделий даны требованияпо важнейшим физическим, механическим и другим свойствам, а также условия, области применения материалов, изделий и конструкций для строительства. Технические требования СНиПов направлены на повышение качества и снижение стоимости строительства путем максимального использования эффективных материалов, изделий и конструкций.

При оценке качества большинства строительных материалов используют условные показатели – классы (марки) и сорта, которые устанавливаются по основной эксплуатационной характеристике или по комплексу важнейших свойств материала. Так, для конструкционных материалов класс (марка) определяется по прочности на сжатие в МПа (кгс/м2) (бетон, раствор, природные каменные материалы) или по совокупности показателей прочности на сжатие и изгиб (минеральные вяжущие, кирпич). Определение марки для теплоизоляционных материалов ведется по средней плотности в кг/м3, а для битумов – по комплексу главнейших свойств (температура размягчения, вязкость и др.). Кроме основных показателей качества существуют специальные марки и классы, характеризующие какие-либо основные свойства материала,напримерморозостойкость,водонепроницаемость,теплопроводность.

Значениестандартизацииогромно.Онаявляетсяважнейшимстимулом совершенствования промышленных предприятий, определяет выпуск строительных материалов и изделий качеством не ниже обусловленного, что позволяет уже при проектировании создавать надежные и долговечные элементы и конструкции независимо от технологии изготовления материалов. Стандартизация способствует улучшению качества готовой продукции, повышению уровня унификации, взаимозаменяемости, а также автоматизации производственных процессов, росту эффективности ремонта изделий.

А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов

Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Физическое состояние строительных материалов достаточно полно характеризуется средней и истиной плотностью, а также пористостью.

Средней плотностью ρ0 , кг/м3 (г/см3), называют массу единицы объемаматериала вестественномсостоянии,т. е.объема вместе симеющимися в нем порами. Среднюю плотность вычисляют путем деления массы образца m, г (кг), на его геометрический объем V, см3 (м3):

При изменении температуры и влажности среды, окружающей материал, меняется его влажность, а следовательно, и средняя плотность.Поэтомупоказательсреднейплотностиопределяютпослепредварительной просушки материала до постоянной массы или вычисляют по формуле

где ρ0 и ρw – средняя плотность влажного и сухого материала; W – количество воды в материале (доля от его массы).

Метод определения средней плотности зависит от формы образца материала. Определение средней плотности материала на образцах правильной геометрической формы (куб, параллелепипед, цилиндр) основано на вычислении объема образца путем прямых измерений. Определение средней плотности материала на образцах неправильной геометрической формы производят методом гидростатического взвешивания. Метод гидростатического взвешивания основывается на использовании закона Архимеда, который гласит, что на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости (чаще всего воды).

Глава 1. Физические свойства строительных материалов

Необходимо взвесить образец на воздухе и в жидкости известной плотности, объем V вычислить по формуле

где m и mж– масса образца, взвешенного соответственно на воздухе

и в жидкости, кг (г); ρж– плотность жидкости, кг/м3.

Изложенныйспособприменяетсявслучае,когдаиспытаниюподвергается материал со сплошной структурой (т. е. без пор и пустот).

Если же испытывается пористый материал, то при гидростатическом взвешивании поры и пустоты будут поглощать воду и искажать результат опыта. Чтобы исключить эту ошибку, образцы материала, имеющие пористую структуру, перед испытанием парафинируют. Для этого сухой образец неправильной геометрической формы взвешивают на технических весах, затем покрывают при помощи кисти тонким слоем расплавленного парафина. После того как парафин застынет, образец осматривают, обнаруженные при осмотре на парафиновой пленкепузырькиилитрещиныудаляют,заглаживаянагретойметаллической проволокой или пластинкой.

После парафинирования образец перевязывают прочной тонкой нитью и вторично взвешивают. Затем его подвешивают к крючку на левом конце коромысла гидростатических весов (рис. 1.1). Массу образцауравновешиваютгирями,устанавливаяихнаправуючашку.После этого образец погружают в стакан с водой так, чтобы он не касался стенокидна.Приэтомравновесиевесовнарушается.Весысновауравновешивают, сняв с правой чашки часть гирь, и определяют массу образца в воде. Средняя плотность образца вычисляется по формуле

где ρп – истинная плотность парафина, равная 930 кг/м3; m – масса

сухого образца; m1 – масса образца, покрытого парафином; m2 – масса гирь, уравновешивающих образец, покрытый парафином, в воде.

А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов

над краями цилиндра горку материала срезают ножом или линейкой. После этого цилиндр с материалом взвешивают. Насыпную плотность материала рассчитывают по формуле

где m1 – масса пустого мерного цилиндра; m2 – масса цилиндра, заполненного испытываемым материалом; V – объем мерного цилиндра.

Средняя и насыпная плотности материала являются важными характеристикамиприрасчетепрочностисооружениясучетомсобственной массы, определении способа и стоимости перевозки материала, для расчета складов и подъемно-транспортного оборудования. По величине средней плотности косвенно судят о некоторых других свойствахматериала.Например,длякаменныхматериаловсуществуетприближенная зависимость между средней плотностью и теплопроводностью, для древесины – между прочностью и средней плотностью.

Истиннойплотностью ρ, кг/м3 (г/см3), называют массу единицы объемаматериалавабсолютноплотномсостояниибезучетаимеющихся

внем пор. Для определения абсолютного объема образцы измельчают

впорошок для полного прохождения через сито с размером отверстий

Глава 1. Физические свойства строительных материалов

0,2 мм. (Считается, что каждое отдельное зерно такого размера не содержит внутренних пор.)

Истинную плотность вычисляют по формуле

Истинную плотность определяют в приборе Ле Шателье – Кандло (рис 1.2). Прибор представляет собой стеклянную колбу с узкой трубкой, имеющей шарообразное уширение в средней части. На труб-

порошка Vа , засыпанного в прибор, равен объе-

му вытесненной воды – 20 см3. Остаток порошка m2, г, взвешивают и подсчитывают массу порошка m, всыпанного в прибор, по формуле

Истинную плотность породывычисляют с точностьюдо 0,01 г/см3 по формуле (1.6).

В табл. 1.1 приведены значения средней, истинной и насыпной плотности некоторых видов строительных материалов.

Часто плотность материала относят к плотности воды при температуре 4°С, равной 1 г/см3, и тогда определяемая плотность становится безразмерной величиной, которую называют относительной плот-

ностью d.

А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов

Большинство строительных материалов имеет поры, поэтому истинная плотность уних всегда больше средней. Лишь у плотных материалов(сталь, стекло)истиннаяисредняяплотностьпрактическиравны, так как объем внутренних пор у этих материалов ничтожно мал.

Пористостью называют степень заполнения общего объема материалапорами(отношениеобъемапоркобъемуобразца).Пористость подразделяется на открытую, закрытую и общую пористости, от величины которых зависят водопоглощение, водо-, газо- и паропроницаемость строительных материалов. С пористостью связаны также такие свойства материалов, как прочность, теплопроводность, морозостойкость, звукопроницаемость и др.

Общей (истинной) пористостью называется весь объем пор в данном объеме материала. Общую пористость Побщ, %, вычисляют по формуле

Открытой пористостью материала называется объем тех пор, которыесообщаютсясвнешнейсредой.Ихобъемможетбытьизмерен путем водонасыщения материала. Открытую пористость, %, Поткр определяют по формуле

Глава 1. Физические свойства строительных материалов

где m2 и m1 – масса образца соответственно в насыщенном водой и сухом состоянии; V – объем материала; ρв – плотность воды.

Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 (сталь, стекло)до 90–98 % (пенопласт). Пористость материала характеризуют не только с количественной стороны, но и по характеру пор:замкнутыеиоткрытые,мелкие(размеромвсотыеитысячныедоли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2–5 мм).

По характеру пор оценивают способность материала поглощать воду. Так, полистирольный пенопласт, пористость которого достигает 95%,имеетзамкнутые порыи практически непоглощаетводу.Вто же время керамический кирпич, имеющий пористость в три раза меньшую (т. е. около 30 %), благодаря открытому характеру пор (большинство пор представляет собой сообщающиеся капилляры) активно поглощает воду. Открытые поры увеличивают водопоглощение и ухудшают морозостойкость. В звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию.

Величина пористости в значительной мере влияет на прочность материала. Строительный материал тем слабее сопротивляется механическим нагрузкам, тепловым, усадочным и другим усилиям, чем большепорвегообъеме.Опытныеданныепоказывают,чтоприувеличении пористости от 0 до 20 % прочность снижается почти линейно. Величина прочности также зависит от размеров пор: она возрастает сихуменьшением.Прочностьмелкопористыхматериалов,атакжематериалов с закрытой пористостью выше, чем прочность крупнопористых и с открытой пористостью.

Для определения минимального, максимального и среднего диаметра пор, распределения пор по размерам используется поромер.

А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов

Для этого образец смачивается жидкостью, которая полностью заполняет все поры. Затем на образец подается под давлением газ, который начинает вытеснять жидкость из пор образца, преодолевая капиллярныйэффект.Давлениепостепенноповышают,жидкостьполностьювытесняется из пор образца, позволяя проходить газовому потоку. Измеряя дифференциальное давление и показатели потока газа через насыщенный водой и сухой образцы, можно вычислить структурные характеристики поры. В поромерах измерение пористости автоматизировано и выдается в готовом виде в цифровой и графической форме. Удельную поверхность порового пространства вычисляют, используя средний условный радиус пор, или определяют прямыми адсорбционными методами (по адсорбции водяного пара, азота и другого инертного газа).

Пустотностью Vпуст называется объем пустот между зернами

рыхлонасыпного материала, выраженный в долях единицы или в процентах от общего его объема; она определяется по формуле

Пустотность–оченьважнаяхарактеристикасыпучихматериалов, например заполнителей для бетонов. В плотном конструкционном бетоневсепустотыдолжныбыть заполненыцементнымтестом, поэтому чемменьше пустотность заполнителя,темменьше расход цементапри получении бетона. В крупнопористом бетоне, наоборот, желательна повышенная пустотность заполнителя.Пустотность зависит от формы зерен заполнителя и зернового (гранулометрического) состава.

Отношение материала к статическому или циклическому воздействию воды или пара характеризуется гидрофизическими свойствами (гигроскопичность, капиллярное всасывание, водопоглощение, водостойкость, водопроницаемость, паропроницаемость, влажностные деформации, морозостойкость). Эти важные физические свойства учитывают при работе материалов в условиях воздействия водно-паровой среды.

При хранении во влажной атмосфере или после дождя пористые строительныематериалывпитываютвлагу.Уплотныхматериаловвода

Глава 1. Физические свойства строительных материалов

может адсорбироваться тонким слоем на поверхности. В этом случае состояние материала характеризуют влажностью.

Влажность В – отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале, к массе или – к объему материала в сухом состоянии, %:

где mв и mс – масса влажного и сухого материала соответственно; V – объем материала в сухом состоянии.

Влажность может изменяться от нуля, когда материал сухой, до величины, соответствующей максимальному водосодержанию. Увлажнение приводит к изменению многих свойств материала: повышаетсямассастроительнойконструкции,возрастаеттеплопроводность; подвлияниемрасклинивающегодействияводыуменьшаетсяпрочность материала. Для многих строительных материалов влажность нормирована. Так, влажность молотого мела составляет 2 %, стеновых материалов – 5–7 %, воздушно-сухой древесины – 12–18 %.

Гигроскопичностью называется свойство капиллярно-пористо- гоматериала поглощатьводяной париз воздуха.Степеньгигроскопичности зависит от количества и величины пор в материале, его структуры, температуры и относительной влажности воздуха. Материалы с одинаковой пористостью, но с более мелкими порами обладают болеевысокойгигроскопичностью,чемкрупнопористые.Этоотрицательно сказывается на физико-механических характеристиках материалов. Например, цемент при хранении поглощает из воздуха водяные пары, теряет активность; древесина при влажном воздухе разбухает, коробится, образует трещины усушки, изменяются форма и размеры деревянных изделий. Гигроскопичность строительных материалов различна: некоторые активно притягивают своей поверхностью молекулы воды(гипс,цемент);другие,наоборот,отталкиваютводу(битумы,стек-

А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов

ло, полимеры). Гигроскопичность строительных материалов необходимоучитывать приихсушке,длительном хранении, транспортировании в определенных эксплуатационных условиях.

За характеристику гигроскопичности принята величина отношения массы поглощенной влаги при относительной влажности воздуха 100 % и температуре +20 °С к массе сухого материала.

Капиллярное всасываниеводы пористымматериалом происходит по капиллярным порам, когда часть конструкции соприкасается с водой. Например, грунтовыеводы могут подниматьсяпо капиллярам и увлажнять нижнюю часть здания. Это свойство характеризуется высотой поднятия воды в капиллярах материала, количеством поглощенной влаги и интенсивностью всасывания.

Капиллярамипринятоназыватьканальныепоры,которыеспособны впитывать жидкость. Впитывание жидкости происходит, если так называемыйкапиллярныйпотенциалвкаждойточке соприкосновения жидкости с внутренней поверхностью превышает потенциал поля тяжести. Капиллярный потенциал зависит от величины поверхностного натяженияσ,радиусакапилляраr, плотностижидкостиρ,краевогоугла смачиванияжидкостипривзаимодействиисданнымматериаломθ. Впитывание жидкости происходит, если так называемый капиллярный по-

тенциал ϕк.п в каждой точке соприкосновения жидкости с внутренней

поверхностью капилляра превышает потенциал поля тяжести φк.п.т. Эффект впитывания темвыше, чем больше разность потенциалов, т. е.

ϕк.п – φк.п.т → ∞.

Подкапиллярнымпотенциаломпонимаютпотенциальнуюэнергию полякапиллярныхсил, отнесеннуюкединице массы жидкости (плотности). Для цилиндрического капилляра, один конец которого находится в воде, капиллярный потенциал Н м/кг определяют по формуле

ϕк.п = (2σ/ρ)(1/r),

где σ – коэффициент поверхностного натяжения, Н/м; ρ – плотность жидкости, кг/м3; r – радиус кривизны мениска, м.

Потенциал поля тяжести

φк.п.т = gh,

Глава 1. Физические свойства строительных материалов

где g – ускорение свободного падения, м/с2; h – высота капилляра, м. При поднятии уровня жидкости в капилляре разность потенциа-

ловуменьшается ипри φк.п.т= ϕк.п высотакапилляра h достигаетмак-

симума. С учетом краевого угла смачивания максимальная высота капиллярного подъема жидкости в пористом материале может быть вычислена по формуле Жюрена

h =2σcosθ/(rρg),

где σ – поверхностное натяжение; θ – краевой угол смачивания; r – радиус капилляра; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

Средний радиус капилляра, т. е. поры, в которой происходит капиллярный подсос, для различных материалов неодинаков, так как основные параметры этого процесса значительно различаются.

В стеновых материалах, где основными взаимодействующими фазами являются вода и цементный камень, верхний критический размер пор, впитывающих воду, не превышает 20 мкм, тогда как в огнеупорныхматериалах,работающихвсредерасплавленныхшлаков,этот критерий составляет 25 мкм. В стеновых материалах с учетом изменения фазового состояния воды макропоры (по А. С. Беркману

иИ.Г. Мельниковой– свыше 200мкм)являютсярезервными, а микропоры (< 0,05 мкм) – безопасными. Но, по В. М. Москвину

иГ. И. Горчакову, опасный интервал размера пор несколько уже, так как при уменьшении радиуса капилляра вода в нем замерзает при более низкой температуре.

Влагоотдачейназывают свойствоматериала отдавать влагув ок-

ружающую среду. Она измеряется количеством воды, которое материал теряет в сутки при относительной влажности воздуха 60 % и температуре +20 °С. Влага, особенно адсорбционно-пленочная, находящаяся в тонких порах и капиллярах, удерживается весьма прочно, что способствуетускоренномупередвижениюпоглощаемой водыпо сообщающимся порам в материале. Если между влажностью окружающей среды воздуха и влажностью материала устанавливается равновесие, то отсутствуют гигроскопичность и влагоотдача, а состояние принято именовать воздушно-сухим.

А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов

Водопоглощением W называют свойство материала впитывать и удерживать в себе воду за установленный срок при полном или частичном погружении его в воду. Количество поглощенной материалом воды, отнесенное к его массе в сухом состоянии, называют водопоглощением по массе Wm, а отнесенное к объему – водопоглощением

по объему WV , %.

где mв и mc – масса влажного и сухого материала соответственно; V – объем материала в сухом состоянии; ρв – плотность воды.

При делении выражения (1.15) на (1.14) устанавливается зависимость

Водопоглощение различных строительных материалов колеблется в оченьшироких пределах. Так, водопоглощение помассе глиняного обыкновенного кирпича составляет от 8 до 20 %, тяжелого бетона – около 3 %, гранита – 0,5–0,7 %, пористых теплоизоляционных материалов – 100 % и более. Водопоглощение по массе высокопористых материалов может быть больше пористости, но водопоглощение пообъемуникогданеможетпревышатьпористость.Способынасыщенияразличныхматериаловприопределенииводопоглощенияустанавливаются соответствующими стандартами.

Водопоглощение используют для оценки структуры материала, привлекая для этой цели коэффициент насыщения пор водой

Глава 1. Физические свойства строительных материалов

Коэффициент насыщения позволяет оценить структуру материала. Он изменяется от 0 до 1. Уменьшение значения коэффициента насыщения (при той же пористости) свидетельствует о сокращении открытой пористости, что проявляется, например, в повышении морозостойкости.

При насыщении материала водой существенно изменяются его свойства: повышаются средняя плотность, теплопроводность, происходят структурные изменения в материале, приводящие к снижению прочностных показателей.

Водопроницаемость – свойство материала пропускать воду под давлением.Величинаводопроницаемостихарактеризуетсяколичеством воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 см2 площади испытуемого материала (образца) при постоянном давлении. Степень водопроницаемости зависит от строения и пористости материала. Водопроницае-

мость характеризуется коэффициентом фильтрации kф , м/ч.

где Vв — количество воды, м3, проходящей через стенку площадью S = 1 м2, толщиной a = 1 м за времяt = 1 ч при разности гидростатичес-

кого давления на границах стенки p1 − p2 = 10 Па.

Водонепроницаемость – свойство материала не пропускать черезсвоютолщуводуподдавлением.Данное свойствозависитотпористости, размера и характера пор и оценивается по-разному с учетом специфики условий эксплуатации конкретного материала: для рулонныхи мастичныхкровельныхи гидроизоляционныхматериалов–вре- менем, по окончании которого вода при определенном давлении начинаетпросачиваться через образец, для гидроизоляционных строительных растворов и бетонов – односторонним гидростатическим давлением,прикоторомводав стандартныхусловиях ещене проходит черезобразеццилиндрической формы. Водонепроницаемымиявляютсяплотныематериалы(металлы,битум,полимеры)иматериалысмелкими замкнутыми порами (пенопласты). Высокой водонепроницаемостью обладают тонкодисперсные глины, издавна применявшиеся для гидроизоляционных обмазок.

А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов

Газопроницаемость – свойство пористой структуры пропускать газ при перепаде давлений. Газопроницаемость зависит от размеров

ивида пор, поэтому показатель часто используют при оценке равномерности структуры.

Наибольшее значение газопроницаемости соответствует размеру пор порядка 20–100 мкм. Однако проницаемость газов через бетоны можетпроисходитьиприболеенизкихзначенияхразмерапор(0,1мкм

иниже), например в тонких трещинах.

Газопроницаемость весьма чувствительна к изменению структуры изделий. Так, если при некотором изменении структуры открытая пористость изменилась в 2 раза, то газопроницаемость меняется более чем в 100 раз.

Поскольку материал, как правило, имеет макро- и микропоры, перенос газа может происходить одновременно вязкостным и молекулярным потоками, которые подчиняются соответственно законам Дарси – Пуазейля и Кнудсена.

Для вывода уравнения газопроницаемости пористость материала условно представляют в виде цилиндрических каналов одинакового сечения, идущих параллельно направлению движениягаза. Уравнение Дарси – Пуазейля хорошо отражает процесс газопроницаемости, ноочень сложнодляпрактических расчетов.Поэтомучасто длярасчета газопроницаемости строительных изделий и конструкций исполь- зуютупрощеннуюформулуДарси–Пуазейля,хотяонаописываетлишь перенос газа через стенку,

где V – объемный или массовый поток газа в единицу времени, м3/c или кг/с; kr – коэффициент газопроницаемости, для объемной газо-

проницаемости kr измеряется в м2/(Па с);длямассовойв кг/(м Па с); S – площадь сечения потока, м2; τ – время протекания процесса, с; ∆p – разность давлений газа на входе и выходе из поры, Па с; – глубина проникания газа, м.

Из формулы (1.19)можно определить коэффициент газопроницаемости kr :

Глава 1. Физические свойства строительных материалов

Паропроницаемостьявляетсяразновидностьюгазопроницаемости, но с той лишь особенностью, что пар способен в зависимости от условий изменять свое агрегатное состояние, т. е. конденсироваться, вытесняя газовую фазу, и значительно изменять свойство структуры. Паропроницаемость как характеристику структуры рассматривают в двух аспектах:

•материаловедческом – защита структуры и конструкции в целом от разрушительного действия конденсата;

•теплофизическом – решение проблемы создания надлежащего тепловлажностного режима помещения.

В обоих случаях устраивают так называемую пароизоляцию

свнутренней стороныограждающих конструкций, в частностинаружных стен и покрытий здания, из газопаронепроницаемых материалов. Качествотакихматериаловхарактеризуетсясопротивлениемпаропро-

ницанию Rп, м2 ч Па/мг.

Паро-игазопроницаемостьопределяютсядлякомплекснойоценки физических свойств строительного материала или при его специальном назначении. Материалы для стен жилых зданий должны обладать определенной проницаемостью, через наружные стеныдолжна происходить естественная вентиляция. Стены влажных помещений нужно защищать с внутренней стороны от проникновения через них водяного пара, особенно зимой, когда содержание пара внутри помещений значительно больше, чем снаружи, и пар, проникая в холодную зону ограждения, конденсируется, резкоповышая влажностьв этихместах. В емкостях для хранения газов необходима практически полная газонепроницаемость. Паро- и газопроницаемость в большей степени зависят от структуры материала, плотности и пористости.

Водостойкость – свойство материала сохранять в той или иной

мере свои прочностные свойства при увлажнении. Числовой характеристикой водостойкости служит отношение предела прочности при

сжатии материала в насыщенном водой состоянии Rн к пределу прочностиприсжатиивсухомсостоянии Rc.Этоотношение принятоназывать коэффициентом размягчения kразм.