19. Физические св-ва строительных материалов. Теплотехнические св-ва строительных материалов.

Физические:

Объемная масса (средняя плотность)—масса еди­ницы объема в естественном состоянии вместе с порами и пустотами (в г/см3 или кг/м3). Для строительных материалов она колеблется пределах (до 300 — для гранитов, до 8000 — для сталей и до 20 — для теплоизоляционных ма­териалов). По объемной массе можно судить о пористости материала, прочности, теплопроводности и других свойствах. Чем она выше, тем выше прочность материала, чем" ниже—. тем ниже теплопроводность и т. д. Объемная масса исполь­зуется при расчете потребности в транспорте для перевозки строительных материалов, при проектировании составов бе­тонов, вычислении пористости и т. д.

термин «объемная масса» заменен на термин «средняя плотность». Выражается р, как отношение массы к объему: p = m/V. Иногда говорят об относительной плотности материала — соотношении плотностей материала с порами и пустотами и без них. У плотных материалов она равна единице. Для пористых материалов она меньше еди­ницы. Среднюю плотность рыхлых материалов (песка, щебня, гравия) называют насыпной массой (вместе с порами и пус­тотами), а характеристикой их является пустотность — объем пустот между зернами (в %).

Пористость – степень заполнения объема материала порами. Она характеризует количество пор, капилляров и микротрещин в единице объема материала:

П= (р-р_о)*100\р

Где П – пористость, р – истинная плотность, р_о – средняя плотность материала.

Величина р, как правило, больше ро (средней плотности), так как большинство материа­лов содержат замкнутые поры, капилляры, микротрещины.

Величина пористости, а так­же вид и размер пор в значи­тельной мере влияют на проч­ность, теплопроводность, моро­зостойкость, водопроницае­мость. Чем больше пористость, тем ниже прочность, теплопро­водность, морозостойкость, во­донепроницаемость. Отрица­тельное влияние на свойства строительных материалов оказывают капиллярные поры. Сле­довательно, величина пористости влияет на долговечность. Существуют поры двух типов: капиллярные и некапилляр­ные. По величине радиуса поры делятся на микрокапилляры, с радиусом меньше 5-10^—9 м (менее 5 А), переходные — 5х10...10^-7 м (5... 1000 А), макрокапилляры — более 1х10^-7 м (более 1000 А).

Некапиллярные поры (закрытые) имеют размеры более 10... 20 мкм. Распределение пор по размерам выражается дифференциальной кривой распределения пор по радиусам.

Водопоглощение — способность материала погло­щать и удерживать воду при обычном давлении. Характери­зуется отношением поглощенной материалом воды к массе сухого материала и выражается в процентах. Отношение объема поглощенной материалом воды к его объему назы­вается объемным водопоглощением. Оно характеризует инте­гральную пористость материала и всегда меньше пористости. Так как не все поры заполняются водой и удерживают ее, водопоглощение разных материалов различно и колеблется от долей процента до десятков процентов.

Водонасыщение — способность материала поглощать и удерживать воду при уменьшенном давлении (вакууме), когда большое количество пор заполняется водой. Таким об­разом, водонасыщение всегда больше водопоглощения.

Отношение водопоглощения к водонасыщению называют коэффициентом водонасыщения. Степень снижения прочности материала при предельном водонасыщении называется водо­стойкостью, которая характеризуется коэффициентом размяг­чения: Kразм= Rнас \ Rсух

где Кразм — коэффициент размягчения; Rнас,Rсух — прочность образцов в насыщенном и сухом состоянии, кг/см² (МПа).

Коэффициент размягчения для различных материалов ле­жит в пределах 0...1. К водостойким относят материалы, Краям которых не больше 0,8 (бетоны, граниты).

Набухание и усадка. Объем пористых строитель­ных материалов при изменении влажности окружающей сре­ды изменяется. При высыхании материала объем его умень­шается, происходит егd усадка. При насыщении материала водой его объем увеличивается, происходит набухание. В ре­зультате набухания и усадки в материале (например, в це­ментном бетоне) возникают усадочные напряжения, линей­ные и объемные деформации. Механизм набухания и усадки разных материалов различен. Например, для цементного бе­тона различают капиллярную усадку, ведущую к появлению и развитию микротрещнн, и усадку, обусловленную наличием адсорбционно-связанной воды в бетоне, хотя механизм этих явлений, не выяснен. Усадка — набухание (в мм/м) изменя­ется в больших пределах: для гранита — 0,02...0,06, древе­сины— 30... 100, кирпича — 0,03...0,1.

Многократный процесс усадки — высыхания ускоряет раз­решение материала.

Водонепроницаемость — способность материала пропускать воду, характеризуемая количеством воды, про­шедшим через единицу площади в единицу времени при оп­ределенном давлении (определенной толщине образца). Во­донепроницаемость тем ниже, чем меньше пористость (выше плотность). Материалы с относительной плотностью, равной единице, практически водонепроницаемы (металлы, стекло, некоторые пластмассы).

Морозостойкость — способность материала в насы­щенном водой состоянии выдерживать определенное количёство циклов попеременного замораживания и оттаивания без заметного разрушения и потери прочности. Она характе­ризуется коэффициентом морозостойкости, вычисляемым как отношение прочности, определенной при п циклах замора­живания— оттаивания, к прочности образцов в водонасы­щенном состоянии без замораживания.

Чем выше пористость, тем ниже морозостойкость мате­риала. Разрушение материала происходит благодаря расклинивающему действию замороженной воды, увеличивающейся в объеме до 10%, и увеличению давления до 200 МПа.

Морозостойкость пористых материалов определяется ха­рактером пор и структурой пористости. например в процессе нагрузки макропоры являются резервом для приема отжи­маемой воды.

Материалы относятся к морозостойким при коэффициен­те морозостойкости не менее 0,75. По числу циклов замораживания — оттаивания определяют марки бетонов по моро­зостойкости.

Теплостойкость — способность материала сохранять физико-механические свойства при повышенной температуре в условиях эксплуатации (выражается в °С). Например, вяз­кие нефтяные дорожные битумы (и другие органические .вя­жущие) характеризуются температурой размягчения, являю­щейся условной характеристикой перехода битума, из вязко- упругого ('полутвердого) в текучее состояние.

Огнестойкость характеризует способность материа­лов выдерживать без разрушения действие высоких темпера­тур, например, выхлопных газов самолетов на покрытие аэродромов. По этому признаку материалы делят на несго­раемые (керамические, металлические материалы, горные по­роды), которые под действием высоких температур не деформируются или сильно деформируются, трудносгораемые (ас­фальтобетоны, гидроизол, фибролит л др.), сгораемые (би­тумы, смолы, древесина и другие материалы органического происхождения).

Теплопроводность — способность материала переда­вать тепло от одной поверхности к другой. Она характеризу­ется коэффициентом теплопроводности (Вт/м•°С). Материа­лы, применяемые для защиты от теплообмена (о дорожных конструкциях — теплоизоляционные материалы), должны иметь низкую теплопроводность. Она уменьшается с появлением пористости и возрастает с увеличением влажности. Так, теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воз­духа, а замерзшей воды — в 4 раза выше, чем воды в жидком состоянии (коэффициенты теплопроводности воздуха, воды и льда (Вт/м•°С) соответственно 0,023; 0,58; 2,3).

Теплопроводность пористых материалов тем меньше, чем меньше диаметр пор (в крупных порах возможно движение воздуха и передача тепла конвекцией).

Теплоемкость — количество тепла, поглощаемое ма­териалом при его нагревании на I X. Она характеризуется коэффициентом теплоемкости. Чем он меньше, тем больше возможность сохранения постоянного температурного режима внутри конструкции при температурных колебаниях внешней среды.

Коэффициент теплоемкости (Дж/кг•°С) для различных материалов варьирует в больших пределах: каменные материалы — 0,75•10³…0,94•10³, материалы из древесины — 2,42•10³... 2,75•10³; сталь — 0,5•10³.

С увлажнением материала коэффициент теплоемкости возрастает. Дорожные теплоизоляционные материалы харак­теризуются коэффициентом теплоусвоения.

Дисперсность — характеристика размеров частиц, технологический показатель для порошкообразных и сыпучих продуктов, характеризуется степенью дисперсности — отношением обшей поверхности сыпучего материала (мм²) к объему (массе) и выражается в см²/г (см²/см³).

К технологическим относятся св-ва, характерезующие поведение материала в технологических процессам. Каждый вид материала характеризуется комплексом технологических св-в с конкретными (часто приближенными) показателями, необходимыми для расчета технологических переделов: режимов дробления, перемешивания, формирования, уплотнения и др. Например, для каменных материалов важным показателем является дробимость — свойство при ударе де­литься (размельчаться) на части различной формы. По дробимости оценивают способность материала к измельчению (дроблению) при получении дисперсных каменных материа­лов, назначают марки щебня и гравия. Для строительных смесей (цементо-, асфальто-, полимербетонных) важными ха­рактеристиками являются удобоукладываемость и формируе- мость.

Удобоукладываемость смесей есть скорость фор­мования материалов. Формуемоеть — свойство смесей приобретать заданную форму при минимальных экономиче­ских затратах. Она определяет плотность и прочность ком­позиционных материалов.

Нерасслаиваемость — свойство смесей (эмульсий, цементобетонных растворов) сохранять однородность при формовании и транспортировке.

Свариваемость и ковкость определяют свойства металлов- в процессе сварки, ковки. Укрывистость — способность красок и лаков равномерно покрывать поверх­ность. Слеживаемость — комкование мелкозернистых материалов (цемента, минеральных порошков) в условиях повышенной влажности воздуха. Ее можно снизить путем об­работки материалов ПАВ (гидрофобизацией).

Для керамических материалов технологическим свойством является спекаемость. Она характеризуется температу­рой спекания и плотностью получаемого материала. Плав­кость— св-во материалов размягчаться до приобрете­ния текучести при определенной температуре, выбор которой необходим для достижения конкретных условий и приемов переработки материалов (битумов, полимерных добавок, глин I т. д.). Многие технологические св-ва не унифицированы нормативными документами как по терминологии, так и по показателям и могут различаться не только в разных госу­дарствах, но и в пределах одной страны и даже отрасли.