Основные свойства строительных материалов и изделий

Строительные материалы - материалы, которые применяются для возведения и ремонта домов, сооружений различного назначения, в том числе - в дорожном возведении, к примеру - щебень, асфальтобетон, цементобетон. Они исполняют последующие основные функции - делают благоприятные условия использования, воспринимают механические нагрузки, обеспечивают надежность и улучшают эстетичность сооружений и зданий.

Строительное материаловедение - наука, изучающая технологию производства материалов, их характеристики, использование в возведении.

При изучении свойств строительных материалов их классифицируют по различным признакам (происхождению, виду сырья, методы их производства и др.).. В зависимости от технологического процесса производства (технологический метод классификации) строительных материалов возможно выделить последующие группы: природные каменные материалы, керамические материалы, минеральные вяжущие материалы, строительные растворы, бетоны на базе минеральных вяжущих, органические вяжущие материалы, бетоны на базе органических вяжущих, древесина, металлы, пластмассы и полимеры, теплоизоляционные материалы, стекло, краски и др..

Строительные материалы в промежуток времени использования располагаются под действием внешних механических сил и под воздействием физико-химических факторов окружающей среды, которые с течением времени приводят к разрушению строительных материалов в дорожных конструкциях. Интенсивность разрушения находится в зависимости от свойств материалов.

Характеристики материала - параметры, которые оценивают взаимодействие материала с окружающей средой согласно с физическими, механическими и химическими законами. Характеристики материалов делятся на физические, механические, эксплуатационные, изоляционные, химические, конструктивные, декоративные и технологические.

Физические параметры характеризуют физическое состояние материала и определяют его отношение к физическим процессам окружающей среды.

Выделяют 7 главных групп характеристик физических свойств: характеристики состояния (настоящая плотность, средняя плотность, пористость), гидрофизические (водопоглощение, водостойкость и др.)., Теплофизические (теплопроводность, теплоемкость и др.)., Оптические (блеск, прозрачность и др.). , акустические (акустическое сопротивление, звукопоглощения и др.)., электрофизические (электропроводность, электрическое сопротивление и др.)., радиационно-физических (поглощение, радиационная устойчивость и др.)..

Механические параметры характеризуют способность материала сопротивляться деформированию и разрушению под действием напряжений, возникающих в итоге приложения внешних сил (надежность, упругость, твердость, пластичность, релаксация и др.)..

Выделяют 2 основные группы характеристик механических свойств: деформационные (модуль упругости) и прочностные (надежность на сжатие, надежность на растяжение при изгибе и др.).

Химические параметры характеризуют способность вступать в химическое взаимодействие с веществами среды, в коей они располагаются (растворимость, коррозионная устойчивость, адгезия, токсичность и др.)..

Характеристики материалов характеризуются качественными показателями, которые определяются лабораторными, полевыми и производственными испытаниями. Определение таких показателей дает возможность решить задачу целесообразности, эффективности применения строительных материалов при возведении. Точное определение строительного материала, классификация, потребности к качеству, внешнему виду, технологии испытаний, условия хранения и перевозки зафиксированы в соответствующих нормативных документах (ГОСТ, ГОСТ).

На характеристики строительного материала значительно оказывает влияние на его состав. Химический состав часто характеризуется количеством оксидов (в процентном выражении), которые содержатся материал. По наличию тех или других оксидов возможно судить по химической стойкости, надежности, огнеустойчивости и иных свойств материала.

Минералогический состав выражается видом и количеством минералов (химических соединений), которые образуют строительный материал минерального (неорганического) происхождения. Материалы могут быть моно-и полиминеральных. В последнем случае немалое значение приобретает количественное соотношение минералов с разными свойствами.

Фазовый состав характеризуется наличием в материале разных фаз: твердой (кристаллические и аморфные вещества), жидкой (вода) и газообразной (воздух). Твердые вещества образуют "каркас" материала, стены пор, которые часто заполнены воздухом и водой. Когда вода вытесняет воздух или случается переход влаги в твердое состояние (лед), тогда меняются надежность и теплопроводность материала.

Характеристики искусственных материалов возможно регулировать в ходе их производства, меняя сырье, технологические характеристики и оснащение, и используя разные добавки. При этом, даже применяя 1 и тот же вид сырья, возможно выпускать различные по свойствам строительные материалы.

Чтоб облегчить изучение разных разновидностей строительных материалов, их основные характеристики возможно классифицировать по отдельным группам.

Физические характеристики возможно разделить на последующие подгруппы:

структурно-физические, характеризующие отличия физического состояния материала: настоящая плотность, удельный вес, средняя плотность, насыпная плотность, пористость, пустотность, строение и структура;

гидрофизические, обусловливающие реакцию материала на воздействие воды: гигроскопичность, капиллярное всасывание, водопоглощение, влажность, водостойкость, водоотдача, водо-и паропроницаемость, гидрофобность, гидрофильность, мокрой деформации (набухание и усадка), морозостойкость;

теплофизические, определяющие реакцию материала на воздействие теплоты и огня; теплопроводность, теплостойкость, теплоемкость, термическая устойчивость, температурные деформации, температуропроводность, теплоусвоения, огнеупорность, огнестойкость, жаростойкость.

Физико-механические характеристики характеризуют способность материала сопротивляться разрушению под действием разных механических нагрузок: надежность (при сжатии, растяжении и изгибе), истираемость, твердость, сопротивление удару, сопротивление износу, деформативные характеристики (упругость, хрупкость, пластичность, усталость, ползучесть, релаксация ).

Ф и з и к о-х и м и ч н и характеристики характеризуют взаимосвязь физического и химического состояний или химических процессов, которые происходят в строительных материалах: дисперсность, вязкость, пластичность минерального теста, адгезия, когезия, способность твердения и эмульгирования.

Химические характеристики отражают способность материала к химическим превращениям при взаимодействии с веществами, которые контактируют с ним: устойчивость к действию минерализованных сред, кислото-и щелочестойкостью, токсичность и т.д..

Т е х н о л о г и ч н и в л а с т и в о с т и определяют способность материала поддаваться технологической переработке в ходе производства и последующей обработке: технологичность, полирувальнисть, обрабатываемость, гвоздимисть, дробимости, розпилюванисть, абразивность, форме качество, расслаиваемость, слеживаемость такое.

Особые характеристики: декоративность (цвет, блеск, фактура), акустические характеристики (звукопоглощение, звукопроницаемость, шумоизоляция), электропроводность, газопроницаемость, прозрачность, радиационная непроницаемость.

Эксплуатационные характеристики характеризуют способность материала сопротивляться разрушительному влиянию внешних факторов: атмосферо-и повитростийкисть, биостойкость, коррозионная устойчивость, старение, прочность и т.д..

Настоящая плотность (или просто плотность) р - предел отношения многих материала m к объему V.

Настоящая плотность - масса единицы объема материала в совершенно плотном состоянии.

Настоящая плотность в этом случае измеряется в г/см3,

р = ТИVА

Показатель р - справочная величина, которая имеет вспомогательное значение для строительных материалов и часто используется для некоторых расчетов.

Удельный вес в характеризуется отношением веса тела к его объему и потому находится в зависимости от ускорения свободного падения. Удельный вес выражается в ньютонах на кубический метр (Н/м3) и равен произведению истинной плотности на ускорение свободного падения. Этот показатель применяется в расчетах строительных конструкций, сооружений.

Средняя плотность рт - физическая величина, которая определяется отношением веса или вещества ко всему занятому им (ею) объема V, включая поры и пустоты: р = m / V.

Средняя плотность чаще в общей сложности измеряется в килограммах на кубический метр (кг/м3), хотя возможно применять единицы г/см3 и т/м3. В случае нужды среднюю плотность ставят для материалов, находящихся в любом состоянии: увлажненной, воздушно-сухом или сухом (т.е. высушенном до постоянной многих).

Определяя среднюю плотность, массу испытуемого материала ставят взвешиванием, а объем для образцов правильной геометрической формы - обычным измерениям, неправильной формы (для пористых материалов - после покрытия тонким слоем парафина или полного насыщения водой) - в объемомера по объему вытесненной инертной жидкости.

Средняя плотность имеет немалое практическое значение для исполнения. Разных расчетов (объемов перевозки, складирования материалов и т.п.). Она тесно связана с другими свойствами строительных материалов, таких как пористость, теплопроводность, надежность, водонепроницаемость и иные, что дает возможность по показателю rт ориентироваться, где возможно применять материал в возведении.

Насыпная плотность - отношение многих сыпучего материала к его объему, включая пространство м/у частицами.

Коэффициент плотности Кщ характеризует степень заполненности объема материала твердым веществом:

Кщ = rт / r

Пористость П-степень заполненности объема строительного материала порами р-ром не более И. ..С мм. Пористость вычисляют по формуле

В сумме пористость П и коэффициент плотности Кщ дают единицу, или 100 процентов.<Пористость является важной характеристикой, т.к. с ней связаны подобные инженерные характеристики материала, как надежность, водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность и т.д..

Сами поры могут быть закрытыми, то есть недоступными для заполнения водой, и открытыми.

Пустотность характеризуется наличием полостей (пустот) в строительных изделиях (полая кирпич, панели) или м/у зернами в сыпучих материалах (песок, щебень) и определяется в процентах от общего объема изделия или материала. Пустотность вещей способствует понижению многих строительных конструкций и улучшению теплозащитных свойств. Примеры показателя пустотности: глиняный пустотелый кирпич - 15 ... 50 процентов, щебень и песок - 35 ... 45 процентов.<В ходе перевозки, хранения и в строительных конструкциях материалы чаще подвергаются влиянию влаги в жидком состоянии или в виде парочка. Воздух, содержащийся в порах сухого материала, перемещаясь, делает условия для диффузии водяного парочка, потому строительные материалы в зданиях постоянно располагаются во влажном состоянии.

Гигроскопичность-неспособность материала поглощать водяной пар из воздуха. Гигроскопическую влагу возможно разделить на адсорбционно связанной, которая содержится сорбционными силами на поверхности пор, и капиллярное, которая располагается в микро материала. Если процесс сорбции сопровождается химическим взаимодействием с материалом, то это явление называется хемосорбция и порой бывает вредным.

Капиллярное всасывание пористыми стройматериалами случается за счет поднятия воды по капиллярам, когда часть материала (устройстве) располагается в воде. К примеру, грунтовые влаги при отсутствии водоизоляции приводят к увлажнения нижней надземной части домов.

Водопоглощение - способность материала впитывать и держать влагу при непосредственном соприкосновении с водой. Чтоб определить водопоглощение, образец материала постепенно погружают в воду и выдерживают там, пока он не наберет постоянной многих. Водонасититы материал до окончательного заполнения доступных для влаги пор возможно кипячением с последующим охлаждением в воде или под вакуумом.

Водопоглощение по массе Wм определяют как отношение числа поглощенной материалом влаги к массе сухого материала:

Водопоглощение за об объемом Wо характеризуется степенью заполненности пор материала водой при насыщении и выражается отношением объема поглощенной влаги до общего объема материала в естественном состоянии:

где m2 - m1 - масса поглощенной влаги, г;

V - объем материала, см3.

Коэффициентом водопоглощения называют отношение объема поглощенной влаги к общему объему пор в исследуемом материале:

Насыщение материалов водой значительно сказывается на их наиболее важных свойствах: повышается средняя плотность, теплопроводность, понижается надежность, морозостойкость.

Водостойкость - способность материала сохранять надежность при временном или постоянном увлажнении водой. Водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения, или водостойкости, который определяется отношением надежности насыщенного водой материала Rн к его надежности в сухом Состояние Rс:

Кр = Rн / Rс.

Влажность W определяется содержанием воды в порах и на поверхности пор материала по массе или объему в процентах, при этом это содержание существенно менее показателя водопоглощения. Влажность материала в строительных конструкциях находится в зависимости от содержание пара в воздухе окружающей среды, атмосферных явлений (дождик, таяние снега). С увлажнением ухудшаются теплозащитные характеристики, морозостойкость и иные параметры.

Водопроницаемость - способность материала пропускать ч/з себя воду при определенном гидростатическом давлении. Эта способность определяется количеством влаги в кубических метрах, прошедшая ч/з единицу поверхности материала за единицу времени при постоянном (заданном) давления. Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации Кф, который измеряется в метрах в сек. и находится в зависимости от плотности материала и его здания.

Показатель коэффициента фильтрации в особенности важен для материалов, применяемых в гидротехническом возведении, для водопроводов, канализационных систем, резервуаров, и для кровельных материалов.

Паропроницаемость-способность материала пропускать водяной пар при присутствии разности давления у поверхности оград. Стенки жилых зданий, больниц и иных комнат обязаны дышать, то есть быть довольно проницаемыми для водяного парочка без его конденсации (естественная вентиляция).

Гидрофильность-способность материала связывать воду и смачиваться водой. Практически все строительные материалы являются гидрофильными, и времени у них без труда заполняются водой.

Гидрофобность - способность твердого тела не смачиваться водой (отталкивать воду). Проникновение влаги сквозь поры, имеющие гидрофобную внутреннюю поверхность, существенно затруднено, впрочем они без труда пропускают воздух и водяной пар. Гидрофобность материалов определяется ранее химической природе его поверхности и жидкости смачивает ее, т.е. фаз, которые взаимодействуют. В гидрофобных материалов принадлежат парафин, жировые масла, битум, и иные подвержены гидрофобизации материалы.

Гидрофобизация способствует повышению водонепроницаемости, водо-и морозостойкости, сохранению цвета и фактуры строительных материалов.

Мокрые деформации - способность материала изменять собственный объем с изменением содержание пара в воздухе, что может привести к структурным напряжений в материале.

Характеристики материала при увлажнении (насыщении,) водой увеличиваться в объеме называют набуханием (глина, дерево). Это явление объясняется тем, что полярные молекулы влаги, проникая м/у частицами вещества или волокнами, которые образуют материал, расклинивают их снижают капиллярные силы. Изделия имеют возможность покоробиться.

С уменьшением содержание пара в воздухе (с высыханием) отдельные материалы дают усадку, то есть уменьшаются в объеме и размерах (к примеру, паркет), т.к. частички материала сближаются под действием капиллярных сил. Из-за неравномерности подсыхания в материале (к примеру, в кирпиче-сырце) имеют возможность возникать трещины.

Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное оттаивание и замораживание без снижения надежности при сжатии более 15% (для некоторых материалов-до 25%) и утери многих не более 5 процентов. Марка по морозостойкости характеризуется оптимальным числом циклов замораживания - оттаивания, выдерживает испытуемый материал. К примеру, кирпич глиняный выпускают марок F15, F25, F35, F50, дорожный бетон - F50 ...F200, а гидротехнический бетон - до F500 (цифры обозначают количество циклов).

Надежность материалов в наружных конструкциях, которые в ходе использования подвергаются влиянию влаги, переменных температур и иных атмосферных факторов, в существенной степени находится в зависимости от их морозостойкости.

Разрушение материалов под действием влаги и мороза возможно объяснить такими явлениями. Увлажнение, к примеру, наружных стен случается как с середины итоге миграции парочка от "отопления к холоду" и последующей ее конденсации, так и с наружной стороны - дождик, снег с ветром. Под действием морозов вода в крупных порах замерзает, а как видно, превращение влаги в лед сопровождается увеличением объема приблизительно на 9 процентов, которая приводит к возникновению давления на стены пор, который составляет 210 МПА при t - 20 ° С. При этом в материале возникают внутренние напряжения, которые имеют возможность привести к его разрушению, в особенности, если коэффициент водопоглощения близится к единице, т.е. все время открыты.

Теплопроводность - это способность материала передавать теплоту от одной поверхности к другой при наличии разницы температур на этих поверхностях. Такая способность характеризуется коэффициентом теплопроводности.

Значение коэффициента теплопроводности зависит от степени пористости и характера пор, структуры, влажности, температуры, а также от вида материала. Сильнее всего на теплопроводность влияет пористость.

Однако показатель теплопроводности зависит не только от количества, но и от величины и формы пор. Строительные материалы с мелкими и закрытыми порами менее теплопроводные, тогда как материалы с большими и сообщающимися порами характеризуются высоким коэффициентом теплопроводности, поскольку в таких порах возникает движение воздуха сопровождается переносом теплоты (конвекция).

Теплопроводность - один из важнейших показателей, характеризующих теплозащитные свойства материалов, по которым определяют их принадлежность к группе теплоизоляционных или конструктивно-теплоизоляционных.

Теплоемкость - это способность материала при нагревании поглощать теплоту. Она характеризуется удельной теплоемкостью (коэффициентом теплоемкости), то есть количеством теплоты, необходимой для нагрева единицы массы на один градус, Дж / (кг • К).

Для ограждающих конструкций жилых и отапливаемых зданий выбирают материалы с небольшим коэффициентом теплопроводности, но высокой удельной теплоемкостью.

Теплостойкость - это способность материала выдерживать нагрев до определенной температуры (ниже температуры плавления) без перехода в пластическое состояние.

Термическая стойкость - это способность материала выдерживать попеременное нагревание и охлаждение (определенный цикл) без разрушения. Устойчивыми к резким изменениям температур должны быть материалы для футеровки (внутренней кладки) печных агрегатов.

Термическая стойкость зависит от степени однородности материала, его природы и показателя температурного коэффициента расширения, причем чем последний меньше, тем выше термическая стойкость материала.

Температурные деформации - неспособность материала под действием изменения температуры в процессе эксплуатации изменять свои размеры (преимущественно расширяться). Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) характеризует удлинение 1 м материала при нагревании на один градус и измеряется в метрах кельвин (м / К).

Теплостойкость - это способность материала выдерживать воздействие высоких температур или огня и воды (во время пожаров), не разрушаясь.

Предел огнестойкости характеризуется промежутком времени от начала возгорания до возникновения в конструкции предельного состояния: потери несущей способности (обрушение конструкции), возникновения сквозных трещин, нагрев противоположной по действию огня поверхности, что может привести к самовозгоранию.

Огнестойкость - способность материала выдерживать длительное воздействие высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. Такие материалы используют в основном при сооружении печей промышленного и бытового назначения, труб, котельных установок и т.п..

Жаростойкость - это способность материала выдерживать длительное нагревание до температуры 1000 ° С без потери или с частичной потерей прочности. К жаростойких материалов принадлежат кирпич, жаростойкий бетон, жаростойкие чугуны и сталь, различные виды огнеупоров.

Качество дорожно-строительного материала определяют степени соответствующих показателей и свойств в соответствии с требованиями ГОСТ Украины.