§ 1. Физические свойства

Плотность. Средней плотностью ρ_m называют отношение массы т тела или вещества ко всему занимаемому ими объему V, включая имеющиеся в них поры и пустоты, кг/м³ (г/см³):

ρ_m = m/V

Истинная плотность - предел отношения массы к объему, когда объем стягивается к точке, в которой определяется плотность тела или вещества (т. е. без учета в них пустот и пор).

Истинная плотность строительных материалов, г/см³

Асбест............................2,35 - 2,6 
Асбестовый картон.................1,2 
Базальт...........................2,8 - 3,2 
Бетон: 
  тяжелый.........................1,8 - 2,5 
  легкий..........................0,5 - 1,8 
Вода..............................0,99823 
Воск..............................0,95 - 0,99 
Гипс..............................1,81 
Глина.............................1,5 - 2,6 
Гравий............................1,8 - 2 
Граниты...........................2,5 - 2,95 
Известняк.........................1,9 - 2,8 
Известь: 
  негашеная.......................3,1 - 3,3 
  гашеная.........................2 - 2,4 
  гидравлическая..................2,2 - 3 
Канифоль..........................1,07 
Латунь............................8,5 - 8,6 
Магнезит..........................3,1 - 3,4 
Медь..............................8,96 
Мел...............................1,8 - 2,6 
Мрамор............................2,5 - 2,8 
Пемза.............................0,4 - 0,9 
Песок.............................1,2 - 1,6 
Смола.............................1,07 - 1,1 
Соляная кислота (38 %-ная)........1,19 
Цемент............................2,2 - 3,2 
Шлакоситалл.......................2,6 - 2,75 

Насыпная плотность - отношение массы зернистых материалов, материалов в виде порошка ко всему занимаемому ими объему, включая и пространства между частицами.

Среднюю плотность материала в естественном состоянии, т. е. с порами и пустотами, определяют так: берут изготовленный из материала образец правильной геометрической формы (куб, цилиндр), взвешивают и измеряют его объем. Чтобы определить плотность пористого материала, его предварительно тонко измельчают, а затем в лабораторных условиях определяют объем, занимаемый полученным порошком, с помощью прибора Ле Шателье. Если материал порошкообразный, то определяют его насыпную плотность с помощью воронки или наклонной плоскости и сосуда объемом 1 л.

У пористых материалов (керамзитобетон, минеральная вата) средняя плотность меньше истинной плотности, у плотных (сталь, гранит, стекло, битум) практически равна истинной плотности.

Плотность растворной смеси определяют с погрешностью не более 5 г с помощью цилиндрического сосуда вместимостью 1 л. Сосуд наполняют растворной смесью с некоторым избытком. При подвижности смеси до 6 см раствор уплотняют на виброплощадке в течение 30 с, более б см - штыкованием 25 раз стальным стержнем диаметром 10 - 12 мм. Затем срезают избыток смеси вровень с краями и сосуд взвешивают.

Присутствие в растворной смеси некоторого количества воздуха в виде мельчайших пузырьков увеличивает подвижность и водоудерживающую способность раствора, повышает его водонепроницаемость и морозостойкость. Для увеличения содержания воздуха в растворе используют гидрофобизирующие добавки (мылонафт, окисленный петролатум).

Показатель плотности Р определяют по формуле

P = m/ρ,

где m - масса материала, г; ρ - истинная плотность материала, г/см³.

В табл. 1 приведена средняя и насыпная плотность строительных материалов.

Таблица 1. Средняя и насыпная плотность строительных материалов, кг/м³

Пористость материала - это степень заполнения его объема порами. От пористости зависят основные свойства материалов: плотность, прочность, водопоглощение, теплопроводность, морозостойкость, водопроницаемость и др. Показатель пористости определяют по формуле П = 1 - Р, где П - показатель пористости; Р - показатель плотности.

Водопроницаемость - это способность материала пропускать воду под давлением. Степень водопроницаемости зависит от пористости материала, формы и размеров пор. Водонепроницаемыми можно считать плотные материалы с мелкими замкнутыми порами, в частности специальные бетоны и растворы.

Необходимо учитывать, что водопроницаемость - отрицательное свойство материала. Например, у водопроницаемого бетона фильтрующаяся сквозь него вода выщелачивает известь, а иногда вносит внутрь его вредные вещества, которые снижают прочность бетона или полностью разрушают его.

Величина водопроницаемости характеризуется коэффициентом водопроницаемости К_в, который равен количеству воды, прошедшему в течение 1 ч через образец площадью 1 м² и толщиной 1 м.

Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать в порах воду. Оно характеризуется количеством воды, которое поглощает сухой материал при погружении и выдерживании в воде, отнесенным к массе сухого материала (массовое водопоглощение W_в) или к объему материала в сухом состоянии (объемное водопоглощение W₀). Водопоглощение зависит от плотности материала и строения пор.

Водопоглощение снижает прочность и морозостойкость материала. Чтобы уменьшить водопоглощение искусственных материалов, при их изготовлении стремятся получить равномерно распределенные, мелкие замкнутые поры (например, в ячеистом бетоне).

Водопоглощение вычисляют в % по формулам

где m_сух - масса сухого образца, г; m_v - масса образца, насыщенного водой, г; V - объем сухого образца, см³.

Водопоглощение различных материалов колеблется в широких пределах. Например, массовое водопоглощение у керамических плиток для внутренней облицовки стен доходит до 16 %, У керамических плиток для полов не превышает 4 %, у бетона - 3 - 4 %.

Степень понижения прочности материала, насыщенного водой, характеризуется коэффициентом размягчения Кразм, который определяют по формуле К_разм = R_нас / R_cyx, где R_нac - прочность материала, насыщенного водой, МПа; R_сух - прочность сухого материала, МПа.

Коэффициент размягчения учитывают, когда строительные конструкции работают во влажных условиях или подвергаются действию воды. Величина его для разных материалов колеблется от 0 (необожженная глина) до 1 (стекло, сталь, битум, гранит).

Материалы с коэффициентом размягчения больше 0,7 считаются водостойкими. Эти материалы разрешается применять в строительных конструкциях, возводимых в воде и влажных местах.

Влагоотдача - это способность материала выделять воду при понижении влажности окружающей среды, нагревании, движении воздуха. Влагоотдача определяется количеством воды в %, теряемым стандартным образцом материала в сутки при относительной влажности окружающего воздуха 60 % и температуре 20 °С.

Благодаря влагоотдаче строительные конструкции высыхают: вода испаряется до достижения равновесия между влажностью конструкций и воздуха. Такое состояние равновесия называют воздушно-сухим.

Теплопроводностью называют способность материала передавать тепло от одной своей поверхности к другой.

Теплопроводность материала характеризуется коэффициентом теплопроводности, который равен количеству теплоты в джоулях, проходящему за 1 ч через 1 м² материала толщиной 1 м при разности температур на противоположных поверхностях 1 °С. Коэффициент теплопроводности зависит от состава и структуры материала, его пористости и влажности. Например, коэффициент теплопроводности кристаллических материалов выше, чем материалов смешанного строения или аморфных. У материалов большей пористости коэффициент теплопроводности низкий, так как тепло передается не только через стенки пор, но и срез пузырьки воздуха, заключенные в порах

Увеличение средней температуры, при которой происходит передача тепла от одной поверхности ограждения к другой, приводит к повышению коэффициента теплопроводности некоторых материалов, особенно с крупными порами. Теплопроводность материалов резко возрастает при их увлажнении и еще более при замерзании воды в порах материала, так как коэффициент теплопроводности воды в 20 - 25, а льда в 80 раз больше, чем воздуха.

Тепловое расширение материалов характеризуется изменением линейных размеров и объема с увеличением или уменьшением температуры.

Линейные размеры образца материала (например, длины) при изменении его температуры определяют по формуле l_t= l₀(l+α_t), где l_t- длина образца при температуре _t0С, мм; l₀ - длина образца при 0°С, мм; t - температура образца, °С; аα - коэффициент линейного расширения материала.

Коэффициент линейного расширения равен относительному удлинению материала при нагревании его на 1С.

Объем образца материала при изменении его температуры определяют по формуле Vt = V₀(1 + βt), где V_t- объем образца при температуре t°С, мм³; V₀ - объем образца при 0°С, мм³; t - температура образца, °С; α - коэффициент объемного расширения материала.

Коэффициент объемного расширения равен относительному изменению объема материала при нагревании его на 1 °С.

При нагревании материалов происходит изменение их плотности. Плотность материала рρt, г/см³, при температуре t °С равна рρt = ρ₀(1+b_t), где Р₀ - плотность материала при 0°С, г/см³; t - температура образца, °С; β - коэффициент объемного расширения.

Теплоусвояемость материала характеризуется коэффициентом усвоения тепла. Величина его зависит от теплоемкости материала, его средней плотности, а также от скорости изменения температуры у поверхности материала.

Коэффициент усвоения тепла учитывают при выборе материалов для покрытий полов. За эталон принят коэффициент усвоения тепла дубовыми паркетными полами, равный 5. Покрытия с коэффициентом более 5 считаются холодными, менее 5 - теплыми.

Полы в жилых, общественных, вспомогательных и отапливаемых производственных зданиях и сооружениях должны иметь показатель тепловой активности не более 42 кДж/м² х ч^1/2 х °С.

Теплоемкость - свойство материала поглощать определенное количество теплоты при нагревании и выделять его при охлаждении. Теплоемкость характеризуется коэффициентом теплоемкости С, равным количеству теплоты в джоулях, необходимой для нагревания 1 кг материала на 1 °С.

Коэффициенты теплоемкости материалов, кДж/кг х °С

Природные каменные материалы..........0,92 
Бетоны................................0,84 
Сталь строительная....................0,46 
Древесина сосны.......................2,52 
Вода..................................4,2 

Паро-, воздухо- и газопроницаемость материалов характеризуется количеством пара, воздуха или газа, прошедшего через образец определенных размеров при заданном давлении.

Строительные материалы с большой пористостью, особенно теплоизоляционные, обладают повышенной газо- и паропроницаемостью, хотя на степень паро- и газопроницаемости влияет не только суммарная величина пористости, но и размер и характер пор. Чтобы устранить это явление, необходимо устраивать в ограждающих конструкциях газо- и паронепроницаемые слои.

Газопроницаемость материалов следует учитывать при возведении сооружений, работающих при значительном разрежении (трубы, топки), а паропроницаемость - в конструкциях помещений, температура которых более низкая, чем температура окружающего воздуха (например, холодильные камеры).

Газо- и паропроницаемость материалов необходимо учитывать также при выполнении облицовок и покрытий полов.

Морозостойкость - это способность материала или изделия в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения (трещин, расслаивания, выкрашивания) и значительного снижения механической прочности и массы.

По морозостойкости материалы подразделяются на марки. Например, марка раствора (бетона) по морозостойкости обозначает число циклов попеременного замораживания и оттаивания, при котором уменьшение прочности бетонных образцов не превосходит 25 % при потере в массе не более 5 % (ГОСТ 5802 - 78). Образцы, подлежащие замораживанию, насыщают водой в течение 48 ч и помещают в холодильную камеру при температуре не выше - 15 °С.

Коэффициент морозостойкостиКⁿ_m, бетона или затвердевшего раствора через n циклов замораживания и оттаивания определяют по формуле

где Rⁿ_сж-прочность при сжатии образцов, подвергавшихся замораживанию и оттаиванию в течение n циклов, МПа; R^э_сж - прочность при сжатии образцов в эквивалентном возрасте, МПа. Эквивалентный возраст образцов Т_э определяют по формуле

Т_э = а + 0,2n,

где а - продолжительность твердения образцов до замораживания, сут.

Огнестойкость - свойство строительных материалов сопротивляться воздействию высокой температуры. По степени горючести различают несгораемые, трудносгораемые и сгораемые материалы.

Несгораемые не горят и не подвергаются значительным деформациям под воздействием огня или высокой температуры (кирпич, бетон).

Трудносгораемые не горят, но подвергаются значительным деформациям под воздействием огня или высокой температуры (сталь, гранит, гипс).

Сгораемые воспламеняются под действием огня или высокой температуры и продолжают гореть после удаления источника тепла (дерево, толь, рубероид).

Огнеупорность - свойство материалов длительно противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур (свыше 2000 °С).

Огнеупорность зависит от химического и минералогического состава материала и определяется на стандартных образцах, нагреваемых с определенной скоростью.

Звукопоглощение - способность материала ослаблять интенсивность звука при прохождении его через материал вследствие превращения энергии звуковой волны в другие формы энергии (например, в тепловую).

Звукопроницаемость - это свойство материала пропускать звук, шум. Различают два вида шумов, передаваемых стенами и перекрытиями: ударные и воздушные. В целях изоляции помещений от шумов строительные конструкции должны обладать звукопоглощаемостью. Для погашения воздушных шумов конструкция должна иметь определенную массу. Ударные шумы хорошо поглощаются пористыми материалами.

Интенсивность звуковой волны или сила звука равна средней энергии, переносимой волной за 1 с через 1 см² поверхности материала.

Коэффициент звукоизоляции в децибелах определяют как отношение силы звука, попадающего на перегородку, к силе звука, прошедшего через нее.

https://profecoskill.ru/