Факторы влияющие на взаимосвязь свойств строительных материалов

Основные свойства строительных материалов кратко

Единой, всеобъемлющей классификации строительных материалов не существует. Была сделана попытка составить по аналогии с периодической таблицей химических элементов Менделеева периодическую таблицу строительных материалов, которая не увенчалась успехом.

В настоящее время строительные материалы чаще всего классифицируются по назначению, исходя из условий работы материала в сооружении. Так, материалы делятся на две группы: конструкционные и специального назначения.

К конструкционным материалам, которые воспринимают различные нагрузки (от собственной массы, от массы установленного оборудования, снеговые, ветровые и т.д.) и используются для несущих конструкций, относятся:

1) природные каменные;

3) искусственные каменные, получаемые:

• а) омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетоны, растворы);
• б) спеканием (керамические материалы);
• в) плавлением (стекло, ситаллы);

4) металлы (чугун, сталь, алюминий, сплавы);

7) композиционные (асбестоцемент, стеклопластики, бетонополимеры).

К материалам специального назначения, название которых говорит об их функции, относятся:

1. теплоизоляционные;
2. акустические;
3. гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие;
4. отделочные;
5. химстойкие;
6. антикоррозийные;
7. огнеупорные;
8. материалы для защиты от радиационных воздействий и др.

Каждый материал обладает комплексом разнообразных свойств.

Свойство — способность материала определенным образом реагировать на отдельный или чаще всего действующий в совокупности с другими внешний или внутренний фактор.

Связь состава, структуры, строения и свойств материалов

Свойства материалов взаимосвязаны с их составом, структурой и внутренним строением.

Если для природных материалов (каменные материалы, древесина) возможно только частичное изменение их свойств, например, пропитка древесины антисептиками, которые препятствуют гниению древесины, то при получении искусственных материалов технологию следует рассматривать с точки зрения ее влияния на строение, структуру и, как следствие, на получение материалов с заданными свойствами.

Строительные материалы характеризуются химическим, минеральным и фазовым составами.

По химическому составу материалы делятся на органические (древесина, битум, полимеры) и минеральные, т.е. неорганические (природный камень, кирпич, бетон), а также металлы (чугун, сталь, алюминий). Органические материалы горючи, а минеральные нет. Химический состав некоторых материалов иногда выражают количеством содержащихся в них оксидов. Оксиды, химически связанные между собой, образуют минералы, которые характеризуют минеральный состав материала. Варьируя содержание и количество минералов, можно получить материалы с разными свойствами (например, портландцемент, быстротвердеющий и сульфатостойкий цемент и т.д.).

Фазовый состав — это соотношение между твердым каркасом материала и порами. Фазовый состав, а также фазовые переходы воды в порах материала взаимосвязаны со всеми свойствами и поведением материала при эксплуатации.

Свойства материала взаимосвязаны с его структурой. При изучении структуры материала различают макро- и микроструктуры.

Макроструктура — это строение, видимое невооруженным глазом. Микроструктура — строение, видимое под микроскопом.

Материалы могут иметь следующую макроструктуру:

1. рыхлозернистую — состоящую из отдельных не связанных друг с другом зерен (песок, гравий, цемент);
2. конгломератную — когда зерна прочно соединены между собой (бетон, керамические материалы);
3. ячеистую — которая характеризуется большим количеством равномерно распределенных по объему материала макрои микропор (ячеистые бетоны, пеностекло);
4. волокнистую (древесина, минеральная вата);
5. слоистую (фанера, текстолит).

Волокнистой и слоистой структурам присуща анизотропия, т.е. различие свойств в различных направлениях (например, прочность вдоль и поперек волокон).

Внутреннее строение материалов изучают методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т.д. По взаимному расположению атомов и молекул материалы могут быть кристаллическими и аморфными. Неодинаковое строение кристаллических и аморфных материалов определяет и различие их свойств. Материалы аморфного строения химически более активны, имеют меньшие прочность и теплопроводность, чем кристаллические такого же состава.

Физические свойства

Истинная плотность — это масса единицы объема материала в абсолютно плотном (т.е. без пор) состоянии:

где m — масса материала; Va — объем материала без пор.

Истинная плотность — физическая константа, которая не может меняться без изменения химического состава или внутреннего строения материала.

Средняя плотность — это масса единицы объема материала в естественном (т.е. вместе с порами) состоянии:

где m — масса образца материала; Ve — объем образца материала.

Средняя плотность строительных материалов может меняться

в широких пределах: от 10…20 кг/м 3 для самых легких пенопластов до 7850 кг/м 3 для стали. Даже один вид строительных материалов в зависимости от технологии получения, структуры и назначения имеет разную среднюю плотность. Например: кирпич полнотелый — 1600…1900 кг/м 3 , тяжелый бетон — 1800…2500 кг/м 3 , пенопласты — 10…200 кг/м 3 и т.д.

В последующем средняя плотность будет именоваться просто плотность.

Насыпная плотность — масса единицы объема материала в насыпном состоянии. Определяется для сыпучих материалов (цемента, песка, щебня и т.п.).

Абсолютное большинство материалов имеют в своем объеме поры, поэтому у них истинная плотность всегда больше средней. Степень заполнения объема материала материалом называется коэффициентом плотности, который рассчитывается по формуле

Степень заполнения объема материала порами называется пористостью. В сумме Kпл и пористость составляют 1, или 100 %.

Пористость определяется по формуле

и может колебаться в широких пределах: от 0,2…0,8 % у гранита и свыше 90 % у пенопластов. Размеры пор могут быть от миллионных долей до нескольких миллиметров. По характеру поры могут быть сообщающимися или замкнутыми.

Пористость — важнейшая характеристика материала, связанная с рядом других свойств. От величины пористости, характера и размера пор зависят средняя плотность, прочность, теплопроводность, морозостойкость, долговечность, гигроскопичность и водопоглощение, водопроницаемость и др.

Гидрофизические свойства

Свойства, связанные со статическим или циклическим воздействием воды или водяного пара на материал, называются гидрофизическими свойствами материалов.

Гигроскопичность — способность материала поглощать и конденсировать водяные пары из воздуха. Зависит от величины пористости, характера и размера пор, а также от параметров окружающей среды (температуры и относительной влажности воздуха). В самом общем случае — чем больше пористость, тем выше гигроскопичность.

Капиллярное всасывание — способность материала при непосредственном контакте с водой поднимать ее на определенную высоту по капиллярным порам, которые имеют размер от 1000Å до 10 мкм.

Влажность — это относительное содержание влаги в материале:

где m_c — масса материала, высушенного до постоянной массы, г;

m_вл — масса влажного материала, г.

Все материалы имеют ту или иную влажность, которая зависит от условий эксплуатации, величины пористости, характера и размера пор материала. Влажность влияет на ряд свойств материалов (плотность, прочность, теплопроводность и др.).

Влажностные деформации — увеличение линейных размеров и объема материала при его увлажнении (набухание) или уменьшение — при высыхании (усушка). Зависят от строения материала.

Материалы высокопористого и волокнистого строения, способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой (древесина 30…100 мм/м; ячеистый бетон 1…3 мм/м), материалы с маленькой пористостью — незначительной усадкой (гранит 0,02…0,06 мм/м).

Водопоглощение — способность материала поглощать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней. Количество воды, которое поглотил образец, отнесенное к его массе в сухом состоянии, называют водопоглощением по массе Wm, а отнесенное к его объему — водопоглощением по объему Wo:

где m_в — масса материала, насыщенного до постоянной массы, г; m_с — масса сухого материала, г; V_e — объем материала в естественном состоянии; ρ_в — плотность воды, г/см 3 .

Водопоглощение зависит от величины пористости, характера и размеров пор.

Между этими водопоглощениями существует взаимосвязь:

Последняя формула удобна для определения Wo в случае затруднения определения объема материала, когда он имеет неправильную геометрическую форму.

Коэффициент насыщения — степень заполнения пор материала водой:

Этот коэффициент позволяет оценить структуру материала. Уменьшение Kн при постоянной величине пористости свидетельствует о сокращении открытой пористости.

Водостойкость — способность материала сохранять прочность при увлажнении. Характеризуется коэффициентом размягчения

где Rв и Rc — пределы прочности при сжатии соответственно водонасыщенного и сухого материала.

Материалы, имеющие Kр > 0,8, считаются водостойкими и их разрешается применять в сырых условиях эксплуатации, материалы с Kр Теплофизические свойства

Это группа свойств, которые характеризуют отношение материала к постоянному или периодическому тепловому воздействию. Теплоемкость — свойство материала аккумулировать теплоту при нагревании. Теплоемкость С (кДж/кг °С) характеризуется количеством тепла кДж, необходимым для нагревания 1 кг материала на 1 °С.

Вода имеет высокую теплоемкость (4,2 кДж/кг °С), строительные материалы более низкие величины: лесные материалы 2,39…2,72 кДж/кг °С, каменные 0,75…0,92 кДж/кг °С, сталь 0,48 кДж/кг °С, поэтому с увлажнением материалов их теплоемкость увеличивается.

С увеличением влажности материала теплопроводность возрастает, так как вода, заполняющая поры, имеет теплопроводность 0,58 Вт/м °С, что в 25 раз выше теплопроводности воздуха. Еще в большей степени возрастает теплопроводность при замерзании воды в порах, так как теплопроводность льда составляет 2,3 Вт/м °С, что в 100 раз больше теплопроводности воздуха.

С повышением температуры теплопроводность большинства строительных материалов возрастает.

Приведем показатели теплопроводности некоторых строительных материалов, Вт/м °С: пенопласт — 0,03…0,05, минеральная вата — 0,06…0,09, древесина — 0,18…0,36, кирпич керамический полнотелый — 0,8…0,9, кирпич керамический пустотелый — 0,3…0,5, бетон тяжелый — 1,3…1,5, ячеистый бетон — 0,1…0,3, сталь — 58.

Термическая стойкость — способность материала выдерживать чередование резких тепловых изменений. Зависит от однородности материала и коэффициента линейного температурного расширения (КЛТР), который характеризует изменение линейных размеров материала при его нагревании на 1 °С. Чем меньше КЛТР и выше однородность материала, тем выше его термическая стойкость.

Огнеупорность — способность материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не деформируясь и не расплавляясь. Материалы, которые выдерживают температуру свыше 1580 °С, называют огнеупорными, от 1350 до 1580 °С — тугоплавкими, ниже 1350 °С — легкоплавкими, до 1000 °С — жаропрочными. Огнестойкость — способность материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара без потери несущей способности. По отношению к действию огня материалы делятся на несгораемые (кирпич, бетон, сталь), трудносгораемые (асфальтобетон, фибролит), которые горят только при наличии источника огня, и сгораемые (древесина, битум, смолы).

Огнестойкость конструкции выражается промежутком времени в часах, в течение которого не происходит потеря несущей способности. Несгораемые материалы не всегда обладают высокой огнестойкостью: например, сталь при высоких температурах деформируется, а бетон растрескивается.

Механические свойства

Механические свойства отражают способность материала сопротивляться силовым, тепловым, усадочным или другим внутренним напряжениям.

При приложении внешних сил материал деформируется. Деформации могут быть обратимыми и необратимыми. В свою очередь обратимые деформации могут быть упругими и эластичными. Характер и величина деформаций зависят от величины нагрузки, скорости нагружения и температуры материала.

Упругость — свойство материала при воздействии нагрузки изменять свои размеры и форму и полностью восстанавливать их после снятия нагрузки.

Пластичность — свойство материала при воздействии нагрузки в значительных пределах изменять свои размеры и форму без нарушения сплошности и сохранять их после снятия нагрузки.

Хрупкость — свойство материала разрушаться под действием нагрузки без заметных пластических деформаций. Многие строительные материалы (кирпич, бетон, стекло и др.) являются хрупкими. У хрупких материалов прочность при сжатии существенно больше (в 10…20 раз) прочности при растяжении.

Прочность — свойство материала сопротивляться внутренним напряжениям, которые возникают при действии внешних нагрузок. Материал в сооружении подвергается тем или иным воздействиям, которые вызывают напряженное состояние (сжатие, растяжение, изгиб, кручение, сдвиг, скалывание и др.).

В самом общем случае напряжение

где σ — напряжение, МПа (1 кН/см 2 ≈ 10 МПа ≈ 100 кг/см 2 ); Р — нагрузка, кН; F — площадь поперечного сечения образца до испытания, см 2 .

Величина напряжения зависит от величины нагрузки. Максимального значения, при котором наступает разрушение материала, напряжения достигают при разрушающей нагрузке. Прочность характеризуется пределом прочности

Предел прочности одного и того же материала может иметь различную величину в зависимости от размера образца, его формы, скорости нагружения, а также конструкции прибора, на котором проводятся испытания, поэтому для получения объективных результатов необходимо строго соблюдать все условия испытаний, которые установлены для данного материала соответствующими нормативными документами.

Предел прочности при сжатии определяется на образцах правильной геометрической формы: кубы, призмы, цилиндры. Разрушающая нагрузка, как правило, определяется на гидравлическом прессе:

Прочность различных материалов на сжатие варьируется от 0,5 до 1000 МПа и выше. У некоторых материалов прочность на сжатие характеризует их марки или классы, т.е. качество.

Возможно также определение прочности на растяжение методом раскалывания на кубах или цилиндрах.

Предел прочности на изгиб определяется на образцах-призмах:

где Р — разрушающая нагрузка, кН; l — расстояние между опорами, см; b — ширина образца, см; h — высота образца, см.

В последнее время широкое распространение получили различные неразрушающие методы испытания строительных материалов на прочность.

Ударная вязкость — свойство материала сопротивляться ударным нагрузкам.

Твердость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала.

Истираемость — свойство материала сопротивляться истирающим воздействиям.

Физико-химические свойства

Дисперсность — характеристика размеров твердых частиц или капель жидкости. Величина, характеризующая степень размельчения материала и развитости его поверхности. Характеризуется удельной поверхностью Sуд, см 2 /г.

Адгезия — прочность сцепления (прилипания) одного матери

Тиксотропия — способность пластично-вязких смесей при приложении механических воздействий нарушать свою структуру и восстанавливать ее после прекращения действия механических воздействий.

Надежность, долговечность и безопасность того или иного сооружения во многом зависят от качества строительных материалов, которые были использованы для его возведения. Вот почему к их выбору стоит подходить крайне внимательно. Чтобы подобрать хорошие стройматериалы, необходимо хоть немного ориентироваться в широком перечне их технологических свойств и качеств. В этой статье пойдет речь о видах, применении и основных свойствах строительных материалов. Кроме того, вы узнаете о некоторых новинках современного строительного рынка.

Эволюция стройматериалов

Под строительными материалами подразумеваются разнообразные по составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам вещества, которые используются или же могут быть использованы для возведения различных зданий и инженерно-технических сооружений. В историческом разрезе они возникли именно в тот момент, когда первобытный человек изготовил свои первые примитивные орудия труда и впервые задумался о том, чтобы соорудить крышу над своей головой.

Изначально человечество пользовалось тем, что было под рукой – древесиной, соломой, глиной, ветвями пальм. Природными красителями наносились рисунки на стены пещер и простейших жилищ. В древних городах Ближнего Востока была изобретена керамика, которая через Египет проникла в Западную Европу. С развитием науки и техники появлялись совершенно новые конструкционные и отделочные материалы.

В целом в эволюции строительной индустрии можно выделить три исторических этапа, для каждого из которых характерен свой набор материалов:

1. Древесина, камень и кирпич (до середины XIX века).
2. Сталь, стекло, бетон (середина XIX – середина XX веков).
3. Железобетон, пластик, металлопластик, искусственный камень (начиная со второй половины ХХ века и до сегодняшнего дня).

Далее мы более подробно остановимся на основных свойствах строительных материалов и изделий. Что это за качества и насколько важно учитывать их при возведении какого-либо здания?

Классификация основных свойств строительных материалов

Строительный бизнес остается одним из самых прибыльных в наши дни. Современный рынок предлагает невероятно широкий выбор различных стройматериалов, элементов отделки, смесей и растворов. Практически ежегодно появляются десятки новейших наименований. И уследить за всеми новинками этого рынка не так-то просто.

Определение основных свойств строительных материалов – крайне важная задача. Ведь только благодаря этому, из всего многообразия предлагаемых продуктов можно выбрать именно те материалы, которые идеально подойдут для возведения конкретного объекта. Важно отметить, что все эти свойства не являются постоянными. Более того, они изменяются под воздействием тех условий (природных, климатических и т. п.), в которых будет эксплуатироваться здание.

Основные свойства строительных материалов принято делить на четыре группы:

1. Физические (в том числе гидрофизические и акустические) – определяют характер взаимодействия конкретного материала с внешней средой.
2. Механические – определяют устойчивость материала к механическим повреждениям.
3. Химические – выявляют стойкость материала по отношению к различным химическим воздействиям.
4. Технологические – показывают, насколько тот или иной материал поддается обработке.

Рассмотрим более подробно каждую из групп

Физические качества

К основным физическим свойствам строительных материалов относятся следующие:

• Плотность.
• Пористость.
• Гигроскопичность.
• Водоустойчивость.
• Водопроницаемость.
• Морозостойкость.
• Огнеупорность.
• Звукопоглощение.

Под плотностью понимают массу тела в единице его объема. Измеряется в кг/м 3 . Средняя плотность различных стройматериалов колеблется в широких пределах. Так, для натуральной древесины она составляет около 1200 кг/м 3 , для изделий из камня – от 2200 до 3300 кг/м 3 , а для стали – свыше 7500 кг/м 3 . Не менее важен показатель пористости материала. Причем учитывается не только наличие пор, но и их размер.

Среди основных свойств строительных материалов особое место занимают гигроскопичность (способность породы поглощать и удерживать влагу), водоустойчивость и водопроницаемость (способность пропускать через себя воду под давлением). Эти качества особенно важны при строительстве гидротехнических сооружений, резервуаров, дамб и речных плотин.

Механические качества

Перечислим основные механические свойства строительных материалов. Это:

• Твердость.
• Прочность.
• Сопротивляемость ударам.
• Износ.

Под твердостью подразумевается способность вещества противостоять проникновению в него постороннего тела. Для твердых материалов минерального происхождения разработана 10-балльная шкала твердости (по Моосу). Одному балу в ней соответствует тальк, а десяти балам – алмаз (см. схему ниже). Для определения твердости металлов и пластмасс используются различные методики (например, метод Бринелля или Виккерса).

Еще одна важная характеристика – это прочность. В частности, в строительстве учитываются пределы прочности стройматериалов на изгиб и на сжатие. Расчет данных параметров важен для определения допустимых нагрузок на конструкцию. Кстати, по этим показателям все стройматериалы делятся на две группы:

• Пластичные – те, которые легко изменяют свою форму без появления трещин (металлы, пластик).
• Хрупкие – те, которые весьма уязвимы к ударам и имеют низкий предел прочности на изгиб (кирпич, стекло, бетон, натуральный камень).

Под сопротивляемостью понимают количество работы, необходимое для полного разрушения образца, а под износом – устойчивость материала по отношению к ударным и истирающим нагрузкам, воздействующим одновременно. Обе эти характеристики являются основными свойствами дорожно-строительных материалов.

Химические качества

К химическим свойствам стройматериалов относятся:

• Адгезия.
• Растворимость.
• Способность к кристаллизации.
• Химическая стойкость.

Адгезия – это способность к соединению жидких и твердых веществ, которая обусловлена межмолекулярным взаимодействием. Именно благодаря этому качеству возникли такие стройматериалы, как цемент. Растворимость – это способность вещества создавать с жидким растворителем особую систему (раствор). Она зависит от нескольких факторов – температуры, давления, химического состава вещества.

Процесс, при котором из расплавов и растворов образуются кристаллы, называется кристаллизацией. Его широко используют для получения многих каменных материалов искусственного происхождения.

Очень важна химическая устойчивость того или иного стройматериала. Она показывает, насколько материал способен противостоять разрушительным воздействиям различных агрессивных веществ. Для этого рассчитывается специальный коэффициент (как отношение массы материала после химического воздействия к изначальной массе того же материала). Чем ближе этот коэффициент к единице – тем устойчивее является вещество к агрессивной химической среде.

Технологические качества

К технологическим свойствам стройматериалов относятся:

• Пластичность.
• Вязкость.
• Свариваемость.
• Ковкость и т. д.

Все эти свойства выражают способность того или иного материала к восприятию или не восприятию определенных технологических операций с целью изменения его формы, размера или же плотности. Они показывают, насколько материал поддается механической обработке, шлифовке, полировке.

Примерами технологичных материалов являются глина и древесина. Менее технологичны металлы, хотя их тоже можно обрабатывать как в расплавленном, так и в холодном состоянии.

Классификация стройматериалов

По способу получения все строительные материалы делят на:

По своему происхождению они бывают:

• каменные;
• лесные;
• металлические;
• стеклянные;
• полимерные и т. д.

В общем и целом условно можно выделить девять групп строительных материалов:

1. Материалы для возведения фундамента и стен (бетон, кирпич, брус, бут и другие).
2. Материалы для кровли (черепица, шифер, листовая сталь, рубероид).
3. Отделочные материалы (гипсокартон, грунтовки, штукатурные смеси).
4. Декоративные материалы (бумажные обои, паркет, ламинат, панели из искусственного камня).
5. Материалы для монтажа (гвозди, шурупы, скобы, дюбеля).
6. Строительные растворы (цемент, известь, клеевые смеси, акустические растворы).
7. Полимерные материалы (пластик, полиэтилен, полистирол, поликарбонат).
8. Изоляционные материалы (опилки, стружка, пеностекло, минеральная вата).
9. Материалы для дорожного строительства (асфальт, асфальтобетон, битумы, брусчатка).

Новинки строительного рынка

Строительная индустрия в наше время развивается стремительными и очень бурными темпами. Ежегодно на этом рынке появляется ряд совершенно новых стройматериалов. Давайте вкратце познакомимся с самыми интересными из этих новинок.

Пеностекло – материал, который был изобретен в США еще в 40-е годы. Однако на нашем рынке он появился лишь в последние десятилетия. Его производят при очень высоких температурах (до 800-900 градусов). Гранулированное пеностекло успешно используют для утепления стен, фундамента, а также для теплоизоляции трубопроводов. Ведь оно может полностью повторять любую конфигурацию труб. Пожалуй, это основное свойство строительного материала. Кроме того, пеностекло обладает очень высокой прочностью на сжатие.

Цветной кирпич – стройматериал, появление которого на ура восприняли все архитекторы и дизайнеры. Ведь он позволяет реализовать самые смелые и самые креативные идеи. К тому же такой кирпич способен надолго сохранять свой изначальный внешний вид. Его уже широко применяют для облицовки многоэтажных зданий во многих городах.

Еще одна новинка последних лет – кортеновская сталь. В строительной практике она появилась совсем недавно – в начале 2000-х. Листы легированной стали отличаются высокой прочностью и необычным внешним видом. Они широко используются не только в промышленном, но и в жилом строительстве. Кроме того, кортеновская сталь нашла свое применение и в уличном городском искусстве.

В заключение…

Чтобы возвести надежный и красивый дом – нужны качественные стройматериалы. А чтобы выбрать таковые, необходимо хорошо разбираться в их свойствах. Они делятся на четыре группы: физические, химические, механические и технологические. К самым главным свойствам стройматериалов относятся: плотность, прочность, пористость, износоустойчивость, морозостойкость и химическая стойкость.

Читайте также:

• Сценарий поздравления деда мороза и снегурочки в школе
• Отчет по гражданско патриотическому воспитанию в школе рб
• Легкая атлетика методика обучения кратко
• Отчет о проведении осенних утренников в детском саду
• Закрытая школа 2 сезон 9 серия смотреть онлайн бесплатно в хорошем качестве без рекламы

Факторы влияющие на взаимосвязь свойств строительных материалов

Под свойствами строительных материалов понимают их способность определенным образом реагировать на отдельные или совокупные внешние или внутренние воздействия — силовые, усадочные, водной или иной среды и т. д.

Свойства материалов разделяют на четыре группы: физические, механические, химические (физико-химические) и технологические. В совокупности их именуют как технические свойства строительных материалов [2].

Рис. 1.1. Классификация основных свойств строительных материалов

1.2. Физические свойства строительных материалов

Физические свойства определяют физическое состояние материалов и их поведение под воздействием физических факторов.

К физическим свойствам относятся: истинная, средняя и насыпная плотность, пористость, гигроскопичность, водопоглощение, влагоотдача, влажность, водостойкость, водопронецаемость, водонепроницаемость, морозостойкость, теплопроводность, тепловое расширение, газо- и паропроницаемость, огнестойкость и огнеупорность.

Истинная плотность – величина, определяемая отношением массы однородного материала m (кг) к занимаемому им объему в абсолютно плотном состоянии Va (м3), т.е. без пор и пустот:

Средняя плотность – величина, определяемая отношением массы однородного материала mc (кг) к занимаемому им объему в естественном состоянии Vеst (м):

Средняя плотность большинства материалов обычно меньше истинной их плотности.

Единица измерения г/см3 = 1000кг/м3

Рис. 1.2. Истинная и средняя плотность материалов

Пористость (П) – степень заполнения объема материала порами. Вычисляется в % по формуле:

где ρс, ρu – средняя и истинная плотности материала.

Для строительных материалов пористость колеблется от 0 до 90%.

Влажность W – содержание воды в материале в данный момент. Определяется отношением воды, содержащейся в материале в данный момент к массе сухого материала. Вычисляется в % по формуле:

Влажность может изменяться от нуля, когда материала сухой, до максимального водосодержания. Увлажнение приводит к изменению многих свойств материала: повышается масса строительной конструкции, возрастает теплопроводность, уменьшается прочность материала.

Водостойкость – способность материала сохранять свою прочность при насыщении водой. Она оценивается коэффициентом размягчения Кразм, который равен отношению предела прочности материала при сжатии в наcыщенном водой состоянии R вл, МПа к пределу прочности сухого материала Rсух.

Для разных материалов Кразм = 0-1. Материалы, у которых Кразм больше 0.75 называются водостойкими.

Гигроскопичность – способность материала поглощать воду из окружающего воздуха.

С увеличением относительной влажности воздуха и снижением температуры она повышается. Гигроскопичность отрицательно сказывается на свойствах строительных материалов. Цемент при хранении под влиянием влаги комкается и при этом снижается его марка. Древесина от влаги разбухает, трескается, коробится.

Водонепроницаемость – отрицательное свойство материала — способность материала пропускать воду под давлением.

Водонепроницаемость (W) – свойство материала сопротивляться проникновению в него воды под давлением. Это свойство особенно важно для бетона, воспринимающего напор воды (трубы, плотины). Она оценивается маркой W2…W20, обозначающей максимальное одностороннее гидростатическое давление, при котором стандартный образец не пропускает воду.

Морозостойкость (F) – способность материала в водонасыщенном состоянии не разрушаться при многократном попеременном замораживании и оттаивании.

Морозостойкость характеризует долговечность сооружений. Для испытания на морозостойкость стандартные образцы вначале насыщают водой, а затем замораживают при температуре минус 15…20&#8451. Затем образцы извлекают из морозильной камеры и оттаивают в воде комнатной температуры. Такое замораживание и оттаивание составляет один цикл.

Морозостойкость материалов зависит от их плотности и степени заполнения пор водой.

Высокой морозостойкостью обладают плотные материалы, которые имеют малую пористость и закрытее поры.

Теплопроводность – способность материала проводить тепло. Теплопередача происходит в результате перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал.

Теплопроводность – способность материала проводить тепло. Теплопередача происходит в результате перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал.

Теплоемкость – способность материала поглощать тепло при нагревании. Она характеризуется удельной теплоемкостью С, Дж/(кг с ), которая равна количеству тепла Q, Дж, затраченному на нагревание материала массой 1 кг, чтобы повысить его температуру на 1&#8451.

Наибольшую теплоемкость имеет вода – 4900 Дж /(кг &#8451), поэтому с повышением влажности материалов их теплоемкость возрастает.

Огнестойкость – способность материала не разрушаться от действия высоких температур и воды в условиях пожара.

По огнестойкости материалы делятся на:

Огнеупорность – способность материала выдерживать длительное воздействие высоких температур, не размягчаясь и не деформируясь. По степени огнеупорности материалы делятся на группы:

1.3. Акустические свойства строительных материалов

Акустические свойства – это свойства, связанные с взаимодействием материала и звука. К акустическим свойствам относятся: звукоизолирующие и звукопоглощающие.

Звукопроводность – в какой степени материал проводит сквозь свою толщу звук. Зависит от массы материала и его строения. Материал тем меньше проводит звук, чем больше его масса.

Звукопоглощение – в какой мере материал поглощает и отражает падающий на него звук.

Звукопоглощение зависит от характера поверхности и пористости материала. Материалы с гладкой поверхностью отражают большую часть падающего на него звука, поэтому в помещении с гладкими стенами звук, многократно отражаясь от них, создает постоянный шум. Если же поверхность материала имеет открытую пористость, то звуковые колебания, входя в поры, поглощаются материалом, а не отражаются.

1.4. Механические свойства строительных материалов

К механическим свойствам относятся: прочность и предел прочности, упругость, пластичность, хрупкость, сопротивление удару, твердость, истираемость, износ.

Интересно знать: Механические свойства строительных материалов

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению и деформациям от внутренних напряжений, возникающих в результате воздействия внешних сил.

Она оценивается пределом прочности – наибольшее напряжение, возникающее в материале от действия нагрузок, вызывающих его разрушение.

В зависимости от характера приложения нагрузки F и вида возникающих напряжений различают прочность на сжатие, растяжение, изгиб, срез.

Механические свойства определяют поведение конструкций под действием внешних нагрузок.

Прочность определяют на образцах материала необходимой формы и размера, которые устанавливает стандарт. Для испытания материалов применяют специальные машины (гидравлические прессы). Предел прочности при сжатии рассчитывают по формуле:

где Рразр – разрушающее усилие, МН, S – площадь поперечного сечения образца, м2.

Прочность материала зависит от его структуры, пористости, влажности, дефектов строения др.

Рис. 1.3. Пресс для испытания строительных материалов

Интересно знать: Прочность и твердость стеновых материалов

Твердость – свойство материала сопротивляться проникновению в него более твердого тела.

Твердость – величина относительная, т.к. твердость одного материала оценивается по отношению к другому. Самый простой метод определения твердости – по шкале твердости (шкала Мооса) (Рис.1.4.). В эту шкалу входят 10 минералов, расположенных по возрастающей твердости, начиная от талька (твердость 1) и заканчивая алмазом (10). Твердость исследуемого материала определяют, последовательно царапая его входящими в шкалу твердости минералами.

Твердость строительных материалов (бетона, металлов, древесины) определяют специальным прибором, вдавливая в них закаленный стальной шарик (метод Бринелля), или алмазный конус (метод Роквелла) или пирамиду (метод Викерса). В результате испытания исчисляют число твердости. Оно равно отношению силы вдавливания к площади поверхности отпечатка (Рис.1.5).

Высокая прочность не всегда говорит о твердости материала. Так, древесина, по прочности равна, а по некоторым показателям превосходит бетон, но твердость ее мала по сравнению с бетоном.

Рис. 1.4. Шкала сравнительной твёрдости Мооса

Интересно знать: Строение, химические и физические свойства благородных металлов

Рис. 1.5. Схемы определения твёрдости: а – по Бринеллю; б – по Роквелу; в – по Виккерсу

Упругость – способность материала проводить тепло. Теплопередача происходит в результате перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал

Пластичность – свойство материала необратимо деформироваться под действием внешних сил.

Пластическая (остаточная) деформация, не исчезающая после снятия нагрузки, называется необратимой. Пластичность характеризуется относительным удлинением или сужением.

К упругим материалам относятся природные и искусственные каменные материалы, стекло, сталь; к пластичным – битумы при положительных температурах, бетонные и растворные смеси до затвердевания.

Хрупкость – свойство материала разрушаться после незначительной пластической деформации.

Хрупкому материалу в отличие от пластичного нельзя придать при прессовании желаемую форму, т.к. такой материал под нагрузкой дробиться на части, рассыпается. Хрупкими являются природные и искусственные камни, стекло, чугун.

Истираемость – свойство материала уменьшаться в объеме и массе под действием истирающего усилия.

Сопротивление материала истиранию определяют на круге истирания с подсыпанием абразивных порошков – наждака или кварцевого песка. Истираемость зависит от прочности и твердости материала и важна при оценке эксплуатационных свойств материалов полов, ступеней лестниц, дорожных покрытий.

Износостойкость – способность материала противостоять воздействию на него сил трения от движущихся предметов. Она важна для материалов, используемых для покрытий полов, дорог и т.д.

1.5. Химические свойства строительных материалов

Характеризуют способность строительных материалов к химическим превращениям под влиянием веществ, с которыми находятся в соприкосновении.

К химическим свойствам относятся: химическая и биологическая стойкость, растворимость, сопротивление проникновению излучения ядерного распада.

Химическая (коррозионная) стойкость – свойство материала сопротивляться коррозийному воздействию среды, не разрушаться под воздействием агрессивных жидкостей: кислот, щелочей, солей или газов.

При контакте с агрессивной средой в структуре материала происходят необратимые изменения, что вызывает снижение его прочности и преждевременное разрушение конструкции (коррозия — от лат. corrosio – разъедание).

Основными агрессивными агентами, вызывающими коррозию строительных материалов, являются: пресная и соленая вода, минерализованные почвенные воды, растворенные в дождевой воде газы (S03, S02, C02, N02) от промышленных предприятий и автомашин. На промышленных предприятиях коррозию строительных материалов часто вызывают более сильные агенты: растворы кислот и щелочей, расплавленные материалы и горячие газы [1], (Рис. 1.6).

Существует понятие биокоррозии (биологическая стойкость), когда разрушение материалов происходит под воздействием живых организмов (грибков, микробов, плесени и др.).

Электрохимическая коррозия происходит в средах, проводящих электрический ток (водных растворах солей, кислот, щелочей).

Растворимость – способность материала растворяться в воде, масле, бензине, скипидаре и других жидкостях-растворителях. Обычно растворимыми считают вещества, растворимость которых при комнатной температуре превышает 1 г на 100 г воды. Растворимость зависит от химического состава вещества, температуры и давления. Так, в одном литре воды при t=18 &#8451 может раствориться 2 г природного гипса, 10 г гипсового вяжущего и 1,3 г извести.

Рис. 1.6. Коррозия

Радиационная стойкость – свойство материала сохранять свой химический состав, структуру и физико-механические характеристики после воздействия ионизирующих излучений. Например, бетоны специального назначения (жароупорный, кислотостойкий, для радиационной защиты).

Развитие атомной энергетики и широкое использование источников ионизирующих излучений в различных отраслях народного хозяйства вызывают необходимость оценки радиационной стойкости и защитных свойств материалов.

1.6. Технологические свойства строительных материалов

Свойства, выражающие способность материала к восприятию определенных технологических операций с целью изменения формы, размеров, характера поверхности, плотности, называют технологическими. К ним относятся: подвижность, водоудерживающая способность, расслаиваемость, удобоукладываемость смесей, время и степень высыхания, способность к шлифованию и полированию, адгезия, негорючесть. Из бетонной или растворной смеси нетрудно отформовать изделие заданной формы и требуемых размеров.

Во время изготовления изделие можно уплотнить вибрированием, трамбованием или другими технологическими приемами, оштукатурить и загладить его поверхность.

Классическим примером технологичного материала является древесина — ее нетрудно тесать, строгать, сверлить, распиливать, долбить, перепиливать, раскалывать, склеивать, шлифовать, полировать, окрашивать, лакировать, соединять на гвоздях, шурупах, винтах, нагелях и врубках.

Весьма технологичны металлы, их обрабатывают в холодном, нагретом и расплавленном состоянии.

Из глины можно отформовать изделия любой формы, а после сушки и обжига получить неразмокающий в воде керамический каменный материал, весьма прочный и долговечный.

Удобоукладываемость – важнейшее технологическое свойство строительного раствора легко укладываться тонким и плотным слоем на пористое основание и не расслаиваться при транспортировании, перекачивании насосами и хранении.

В свою очередь, удобоукладываемость зависит от подвижности (растекаемости) и водоудерживающей способности растворной смеси.

К технологическим свойствам готовых к употреблению лакокрасочных материалов относят степень перетертости красок (чем тоньше растерта краска, тем легче ее наносить на поверхность), время и степень высыхания материала, условная вязкость, розлив, адгезия покрытия с поверхностью, способность покрытий шлифоваться и полироваться.

Адгезия (от лат. Adhaesio ̶ прилипание, сцепление, притяжение) – это сцепление различных по своему составу и структуре материалов, обусловленное их физическими и химическими свойствами [4].

Интересно знать: Адгезия

1.7. Реологические свойства строительных материалов

К основным реологическим характеристикам относятся: вязкость, розлив материалов, структурная прочность.

Вязкость – внутреннее трение жидкости, препятствующее перемещению одного ее слоя относительно другого. Единица вязкости Пас. В строительстве понятие вязкости употребляется только применительно к материалам, находящимся в жидком состоянии.

Одним из основных показателей качества строительных материалов является их прочность. Теоретическая прочность материалов превышает реальную прочность на несколько порядков (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Зависимость прочности материалов от неоднородности их структуры

Вводная лекция по дисциплине «Строительные материалы и изделия»

1.8. Эксплуатационные свойства строительных материалов

Радиационная стойкость (радиация от лат. radiatio — излучение) – свойство материала сохранять исходный химический состав, структуру и технические характеристики в процессе и после воздействия ионизирующих излучений. Радиационная стойкость материалов существенно зависит от вида радиации, величины и мощности поглощённой дозы, режима облучения (непрерывное или импульсное, кратковременное или длительное), условий эксплуатации материала (температура, давление, механические нагрузки), размеров конструкции, удельной поверхности и других факторов. При длительном воздействии на материал ионизирующих излучений возможны разрывы химических связей в структуре материала, смещение атомов в кристаллической решётке, аморфизация структуры, образование внутренних напряжений, деформаций и трещин, изменения упругих характеристик, плотности и теплопроводности материалов. Все это в конечном итоге приводит к разрушению материала.

Для защиты от радиоактивных излучений применяют гидратные, имеющие повышенное содержание химически связанной воды, особо тяжёлые бетоны (плотность 3000…5000 кг/м3 ) и другие материалы. Такие материалы применяют на атомных электростанциях, в исследовательских центрах и других сооружениях, где имеются радиоактивные источники.

Интересно знать: Как выбрать радиационно безопасный стеновой строительный материал?

Долговечность строительных материалов является одним из важнейших критериев их эффективности и определяется как способность материала сохранять прочностные, физические и другие свойства в течение срока службы.

Она определяет способность строительных материалов, изделий и конструкций длительное время сопротивляться воздействию внешних и внутренних факторов в условиях эксплуатации. К таким факторам можно отнести интенсивность воздействия нагрузок, изменение температуры и влажности, действие различных газов или растворов солей, совместное действие воды и мороза, солнечных лучей и т.п. При длительном воздействии таких факторов может произойти старение. Например, для железобетонных и каменных конструкций нормами предусмотрены три степени долговечности: I ‒ соответствует сроку не менее 100 лет, II ‒ 50 лет, III ‒ 20 лет.

1.9. Экологические свойства строительных материалов

Экологически безопасные строительные материалы – это материалы, в процессе изготовления и эксплуатации которых не страдает окружающая среда, а также они не обладают кожно-раздражительным действием (токсичность, канцерогенность).

Экологически безопасные строительные материалы подразделяются на два типа: абсолютно экологичные и условно экологичные (Рис.1.8). Абсолютно экологичные стройматериалы щедро преподносит нам сама природа. К ним относятся дерево, камень, натуральные клея, каучук, пробка, шелк, войлок, хлопок, натуральная кожа, натуральная олифа, солома, бамбук и др. Все эти материалы использовались человеком для строительства домов испокон веков. Их недостатком является то, что они не всегда отвечают техническим требованиям (недостаточно выносливы и огнеупорны, тяжелы в транспортировке и т.д.).

Рис.1.8. Классификация экологических свойств строительных материалов

В связи с этим в настоящее время в строительстве широко используются условно экологичные материалы, которые тоже изготавливаются из природных ресурсов, безопасны для окружающей среды, но обладают более высокими техническими показателями.

К условно экологическим стройматериалам относятся:

Кирпич изготавливается из глины без использования химических добавок и красителей. Стены из этого материала прочны, долговечны, устойчивы к вредным воздействиям окружающей среды.

Необходимо учитывать экологические свойства материалов, которые могут отрицательно влиять на жизнедеятельность человека (см. Таблица 1). Например, нельзя применять внутри жилых зданий древесину, пропитанную маслянистыми антисептиками – каменноугольным и сланцевым пропитанными маслами из-за их высокой токсичности Асбестоцементные изделия нельзя применять без защитных покрытий.

Таблица 1 – Перечень вредных веществ, выделяющихся из строительных материалов

БЛОК САМОКОНТРОЛЯ

Для повторения и закрепления теоретического материала перейдите по ссылке:

Видеолекция «Свойства строительных материалов».

Таблица 2 – Свойства строительных материалов

Используя Таблицу 2, дайте ответ на следующие вопросы по теме:

1. Что понимают под свойствами строительных материалов?
2. На какие основные группы разделяют свойства строительных материалов?
3. Перечислите физические свойства строительных материалов.
4. Чем различаются понятия истинная и средняя плотность строительного материала?
5. Что такое пористость, как она вычисляется, и как влияет пористость на основные свойства материалов? Приведите примеры пористых и плотных материалов.
6. Перечислите свойства строительных материалов по отношению к действию воды.
7. Как вы понимаете термины «влажность», «водостойкость» и «водонепроницаемость»? Объясните причины снижения прочности строительных материалов при их увлажнении.
8. Какие материалы называются водостойкими?
9. От чего зависит морозостойкость строительных материалов?
10. Какие материалы являются морозостойкими?
11. Что означает марка бетона по морозостойкости F 500?
12. Что понимают под понятием теплопроводности?
13. В чём различие понятий огнестойкость и огнеупорность строительных материалов?
14. Какие из строительных материалов являются несгораемыми и трудносгораемыми?
15. В чём различие понятий звукопроводность и звукопоглощение?
16. Перечислите механические свойства строительных материалов.
17. От чего зависит прочность строительного материала?
18. Чем различаются понятия твёрдость и прочность?
19. От чего зависит прочность материала?
20. Как вы понимаете свойства материалов: упругость, пластичность, хрупкость, истираемость, износостойкость? Приведите примеры упругих и пластичных строительных материалов.
21. Какие свойства строительного материала относятся к химическим?
22. Что такое химическая стойкость материала?
23. Что вызывает коррозию строительных материалов?
24. От чего зависит растворимость строительных материалов?
25. Какие строительные материалы обладают радиационной стойкостью?
26. Какие свойства строительного материала относятся к технологическим?
27. От чего зависит удобоукладываемость?
28. Какое свойство строительных материалов называется адгезией?
29. Что такое пластичность?
30. Что называется вязкостью строительных материалов?
31. Какие свойства строительного материала являются показателем его качества?
32. Как называется свойство строительного материала восстанавливать после снятия нагрузки свою первоначальную форму и размеры?
33. Что понимается под радиационной стойкостью материала?
34. Что такое долговечность и старение материалов?
35. Какие материалы являются экологически безопасными? Приведите примеры условно экологических строительных материалов.

Источник https://obrazovanie-gid.ru/dokumentaciya/osnovnye-svojstva-stroitelnyh-materialov-kratko.html

Источник https://esychev.github.io/MaterialsScienceMCW/chapters/chapter_1/chapter1.html