какую способность материала отражает коэффициент размягчения

Какую способность материала отражает коэффициент размягчения

Применяя тот или иной материал в строительстве, нужно знать его физико-механические свойства и учитывать те условия, в которых этот материал будет работать в строительной конструкции.

Основные свойства строительных материалов можно разделить на несколько групп.

К первой группе свойств относят физические свойства материалов : удельный вес, объёмный вес, плотность и пористость. От них в большой степени зависят другие важные в строительном отношении свойства строительных материалов.

Вторую группу составляют свойства, характеризующие отношение строительного материала к действию воды и связанному с нею действию мороза : водопоглощение, влажность и отдача влаги, гигроскопичность, водопроницаемость, водо- и морозостойкость.

К третьей группе относятся механические свойства материалов : прочность, твёрдость, истираемость и др.

В четвёртую группу объединены свойства, характеризующие отношение материалов к действию тепла : теплопроводность, теплоёмкость, огнестойкость и огнеупорность. Помимо основных, различают ещё специальные свойства, присущие лишь отдельным видам строительных материалов.

Способность некоторых материалов сопротивляться разрушающему действию кислот, щелочей, солей и газов носит общее название химической (или коррозионной) стойкости.

Особую группу составляют так называемые технологические свойства, которые характеризуют способность материала подвергаться механической обработке. Например, древесина является материалом, легко поддающимся обработке. Строителю приходится считаться с этим свойством при выборе того или иного материала.

Физические и химические свойства

Удельным весом называется вес материала в единице объёма в плотном состоянии ( без пор ).

Объёмным весом называется вес единицы объёма материала в естественном состоянии ( вместе с порами ).

Объёмный вес рыхлых материалов ( песка, щебня ), определяемый без вычета пустот между их частицами, называют насыпным весом.

Плотностью материала называется степень заполнения его объёма твёрдым веществом, из которого материал состоит.

Пористостью называется отношение объёма пор к общему объёму материала.

Более крупные поры в изделиях или полости между кусками рыхло насыпанного сыпучего материала ( песок, щебень, гравий ) называют пустотами.

Пористость строительных материалов колеблется в очень широких пределах — от 0 ( сталь. стекло ) до 90 % ( плиты из минеральной ваты ).

Материал с высокой пустотностью и пористостью часто бывает наиболее лучшим теплоизоляционным материалом.

Водопоглощением называется степень заполнения объёма материала водой.

Отношение прочности насыщенного водой материала к прочности его в сухом состоянии называется коэффициентом размягчения материала. Этот коэффициент является весьма важным показателем, так как он характеризует водостойкость материала, который в условиях работы в сооружении может подвергаться действию воды.

Коэффициент размягчения колеблется в пределах от нуля ( у глинянных необожжённых изделий до единицы ( у материалов, не изменяющих своей прочности от действия воды, — стекла, стали, битумов ).

Каменные материалы ( природные и искусственные ) нельзя применять в сырых местах, если коэффициент их размягчения меньше 0,8. Материалы с коэффициентом размягчения больше 0,8 называют водостойкими.

Влагоотдачей называется свойство материала отдавать воду при изменении условий в окружающей среде. Влагоотдачу выражают посредством скорости высыхания материалов — количеством воды ( а процентах от веса или объёма стандартного образца материала ), теряемым в сутки при относительной влажности окружающего воздуха 60 % и температуре 20 градусов.

Влажность материала — весовое содержание воды в материале строительных конструкций ( значительно ниже, чем их полное водопоглощение ).

Водопроницаемостью называется способность материала пропускать воду под давлением.

Морозостойкостью называется способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное переменное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения прочности.

Плотные материалы без пор или с незначительной пористостью, поглощающие весьма мало воды, морозостойки.

Чтобы материал обладал морозостойкостью, коэффициент размягчения его должен быть не ниже 0,9.

Газопроницаемостью называется способность материала пропускать через свою толщу газ ( воздух ).

Газопроницаемость стен и других элементов сооружений можно значительно уменьшить, покрывая их масляными красками или битумными составами, а также производя их оштукатуривание.

Примеры : воздухопроницаемость кирпича — 0,35, цементно-песчанной штукатурки — 0,02, рубероида — 0,01.

Теплопроводностью называется способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разновидности температур на поверхностях, ограничивающих материал.

Степень теплопроводности очень важно знать для материалов. используемых при устройстве так называемых ограждающих конструкций зданий ( т.е. наружных стен, верхних перекрытий, полов в нижнем этаже ) и в особенности для теплоизоляционных материалов, назначение которых — способствовать сохранению тепла в помещениях и тепловых установках.

Коэффициент теплопроводности равен количеству тепла, в килокалориях, проходящего через стену толщиной 1 м, площадью 1 кв.м. за 1 час при разности температур на двух противоположных поверхностях стен в 1 град.

Теплопроводность материала зависит от степени его пористости, характера пор, вида материала, влажности, объёмного веса и средней температуры. при которой присходит передача тепла.

У пористых материалов тепловой поток проходит через их массу и через поры, наполненные воздухом. Теплопроводность воздуха очень низка ( 0,02 ), вследствие чего он оказывает большое термическое сопротивление прохождению теплового потока. Коэффициент теплопроводности сухих пористых материалов является промежуточной величиной между коэффициентами теплопроводности их вещества и воздуха. Чем больше пористость ( т.е. чем меньше объёмный вес материала ), тем меньше коэффициент теплопроводности.

Величина пор материала также оказывает влияние на коэффициент его теплопроводности. Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые. Материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами. Это объясняется тем, что при крупных и сообщающихся порах в них возникает движение воздуха, сопровождающееся переносом тепла ( конвекция ) и повышением суммарного коэффициента теплопроводности.

В таблице 1 приведены коэффициенты теплопроводности теплоизоляционных материалов и для сравнения — коэффициенты теплопроводности некоторых других строительных материалов.

Коэффициент теплопроводности, ккал/м.час.град

Источник

Как выбирать строительные материалы: свойства и классификация

Содержание статьи:

Строительные материалы, используемые при строительстве и ремонте, должны обеспечивать определенный срок эксплуатации, комфорт и безопасность дома, коттеджа, квартиры. Для выбора подходящего стройматериала необходимо знать виды и классификацию выпускаемой продукции, ориентироваться в перечне контролируемых свойств и их показателей.

Ниже дано описание классификации и свойств строительных материалов, которое поможет лучше ориентироваться при выборе стройматериалов для строительства или ремонта.

Классификация стройматериалов

Все строительные материалы классифицируют по назначению, виду и способу получения:

— по назначению строительные материалы делят на:

— по виду различают стройматериалы:

— по способу получения строительные материалы делятся на:

Свойства стройматериалов

Свойства любого материала зависят от его состава и структуры и могут изменяться в широких пределах. При этом они не являются постоянными, а изменяются с течением времени под воздействием среды, в которой эксплуатируется здание.

Скорость изменений может меняться от очень медленной (например, разрушение горных пород) до быстрой (повышение хрупкости полимеров под воздействием ультрафиолетовых лучей или вымывание из бетона растворимых веществ).

Поэтому при выборе стройматериалов для строительства дома необходимо руководствоваться не только теми свойствами, которыми они обладают в изначальном состоянии, но и их стойкостью, обеспечивающей срок эксплуатации, как отдельного изделия, так и сооружения в целом.

Свойства строительных материалов условно делят на:

Ниже дана наглядная схема с указанием перечня конкретных свойств, по которым нужно сравнивать и выбирать стройматериалы.

Механические свойства

Механические свойства отражают поведение строительных материалов под воздействием различного вида нагрузок (сжимающих, растягивающих, изгибающих и т.п.).

Механические воздействия вызывают некоторые деформации. В случае, когда внешние нагрузки невелики, деформации вызванные ими, являются упругими, так как после того как нагрузки снимаются, материал возвращается к прежним размерам.

При достижении внешнего воздействия значительной величины помимо упругих деформаций появляются пластические, которые приводят к необратимым изменениям, а при достижении определенной предельной величины материал начинает разрушаться.

В зависимости от поведения под нагрузкой стройматериалы подразделяются на:

Ниже дан перечень механических свойств, определяемых для разных видов стройматериалов:

1. Прочность — характеризуется пределом прочности – отношение нагрузки, влекущей разрушение материала, к площади сечения. В зависимости от вида воздействующих сил различают:

Шкала твердости Мооса

При выборе строительных материалов руководствуются тем, что допускаемые в конструкциях напряжения на прочность должны составлять только часть их предела прочности. Иными словами должен быть некоторый запас прочности.

Запас прочности необходим из-за неоднородности строения строительных материалов и невозможности учета многократного переменного действия нагрузки, старения материалов и т.п. Обязательный запас прочности устанавливается в СНиПах и других строительных нормативах в зависимости от вида материала, его использования, долговечности строящегося здания.

Показатель твердости важен при выборе материалов, используемых в конструкциях, подвергающихся износу и истиранию: дорожные покрытия, полы и т.п.

4. Сопротивление удару — характеризуется количеством работы, требуемой для разрушения образца, отнесенным к единице объема. Применяется для материалов покрытия полов в цехах заводов и фабрик.

Физические свойства

Строительные материалы имеют следующие физические свойства:

Общефизические характеристики:

За единицу условно берут плотность воды при температуре 4 0 С. Большинство строительных материалов имеют истинную плотность больше единицы:

Средняя плотность стройматериалов колеблется от 10 кг/м 3 (полимерная воздухонаполненная мипора) до 2500 кг/м 3 (тяжелый бетон) и 7850 кг/м 3 (сталь). Для пористых материалов средняя плотность меньше истинной, а для абсолютно плотных (лаки, краски, стекла, металлы) — эти показатели равны.

— насыпная плотность (р_н) – определяется для насыпных стройматериалов и означает массу единицы объема сыпучих материалов в свободном насыпном состоянии (без уплотнения).

— общая (полная) пористость (П_п) – рассчитывается по величине истинной и средней плотности:

Общая пористость прочного конструкционного бетона колеблется в интервале 5-10%, кирпича – 25-35%, пенопласта – 95%.

— открытая (капиллярная) пористость (П_о) – определяется по водопоглощению материала:

На свойства материала влияет не только показатель пористости, но и размер пор. Так, если количество замкнутых пор увеличивается, а их величина уменьшается, то повышается морозостойкость материала, а его теплопроводность снижается. При наличии крупных пор материал становится неморозостойким, проницаемым для воды, но при этом появляются значительные звукопоглощающие свойства.

Гидрофизические свойства:

При уменьшении размера пор гигроскопичность выше, при этом в случае снижении влажности воздуха поглощенная влага испаряется. Гигроскопичность зависит от состава материала: некоторые из них притягивают молекулы воды и называются гидрофильными – бетон, стекло, древесина, кирпич; другие отталкивают и называются гидрофобными – полимерные стройматериалы, битум.

2. Водопоглощение – способность впитывать и удерживать воду. Показывает количество воды, поглощенной веществом, высушенным до постоянной массы и полностью погруженным в воду. Зависит от объема и природы пор (замкнутые или открытые), а также гидрофильности материала. Водопоглощение гранита 0,02-0,7%, тяжелого бетона – 2-4%, кирпича 8-15%. При насыщении водой стройматериалы меняют свои свойства: увеличивается их средняя плотность, объем и теплопроводность, а прочность снижается.

3. Водостойкость – характеризуется коэффициентом размягчения — отношение предела прочности при сжатии материала, насыщенного водой, к пределу прочности при сжатии в сухом состоянии. Коэффициент равен единице для металла и стекла, нулю для гипса и глины.

Материалы, у которых коэффициент водостойкости > 0,8 – считаются водостойкими, а если о С и относительной влажности воздуха 60%.

5. Водопроницаемость – способность пропускать воду под давлением. Оценивается по значению коэффициента фильтрации, равного количеству воды, просочившемуся в течение 1 часа через 1 кв.м. площади материала при постоянном давлении. Показатель важен при строительстве гидротехнических сооружений, резервуаров, стен подвалов при высоком уровне грунтовых вод.

6. Водонепроницаемость – характеризуется величиной, обратной коэффициенту фильтрации. Обозначается маркой W2, … W12, отражающей одностороннее гидростатическое давление в МПа (0,2; … ;1,2), при котором материал не пропускает воду.

Если через строительный материал проникают газообразные продукты, то контролируют газопроницаемость, если воздух – воздухопроницаемость, пар – паропроницаемость.

При выборе строительных материалов для стен, покрытий зданий и защиты фасадов важны показатели паро- и воздухопроницаемости. Они должны быть дышащими, т.е. свободно пропускать пар из помещения, чтобы избежать повышения влажности. Учет воздухопроницаемости важен и при возведении наружных стен, и если она высокая, как, например, у крупнопористого бетона, то поверхность необходимо штукатурить для предотвращения продуваемости.

7. Морозостойкость – способность материала сохранять свою прочность при многократном попеременном замораживании в водонасыщенном состоянии и оттаивании в воде. Материал способен выдерживать морозное разрушение за счет наличия в его структуре замкнутых пор, в которые отжимается часть воды при кристаллизации льда. Марка морозостойкости строительных материалов обозначается F и показывает число циклов замораживания-оттаивания, которые способен выдержать материал без снижения прочности на 5-25% и массы на 3-5% в зависимости от назначения стройматериала: F50…F500 для тяжелого бетона; F25…F500 для легкого бетона; F15…F100 для кирпича, стеновых керамических камней.

Теплотехнические свойства:

1. Теплопроводность – способность пропускать тепловой поток в условиях разных температур поверхности изделия. Характеризуется коэффициентом теплопроводности, равному количеству тепла, проходящего через стену толщиной 1 м площадью 1 кв.м. за 1 час при разности температур противоположных поверхностей стены 1 К, единица измерения – Вт/(м*К).

Теплопроводность зависит от вида материала, его строения, характера его пористости, влажности и температуры. При волокнистом строении материала, тепло вдоль волокон передается быстрее, чем поперек. Крупнопористые стройматериалы имеют большую теплопроводность, чем мелкопористые. При наличии в материале замкнутых пор теплопроводность меньше, чем при наличии сообщающихся пор. Вода в порах повышает теплопроводность, а при замерзании воды в порах теплопроводность повышается ещё больше.

Значение теплоемкости: неорганических строительных материалов (кирпич, бетон, природные камни) изменяется в пределах 0,75-0,92 кДж/(кг*К); древесины – 2,72 кДж/(кг*К). Так как вода обладает наибольшей теплоемкостью – 4 кДж/(кг*К), повышение влажности стройматериала влечет рост его теплоемкости.

3. Термостойкость – способность выдерживать без разрушения определенное количество резких колебаний температуры. Свойство определяется для огнеупорных и теплоизоляционных стройматериалов. Единица измерения – количество теплосмен.

4. Жаростойкость – способность выдерживать без нарушения сплошности и нарушения прочности температуру до 1000 о С.

5. Огнеупорность – способность выдерживать без разрушения и деформаций длительное воздействие высоких температур. В зависимости от показателей огнеупорности строительные материалы подразделяют на: огнеупорные – работающие без снижения свойств при температуре большей 1580 о С; тугоплавкие – 1580-1350 о С; легкоплавкие – менее 1350 о С.

6. Огнестойкость – способность в течение определенного времени сопротивляться действию огня при пожаре. В зависимости от категории здания по пожаробезопасности СНиПы устанавливают к конструктивным строительным материалам определенные требования по огнестойкости.

Оценка показателя осуществляется в зависимости от показателя возгораемости, основанного на 3 признаках предельного состояния: потеря несущей способности, сплошности и теплоизолирующих свойств. Предел огнестойкости характеризуется временем в часах с начала теплового воздействия и до возникновения одного из признаков предельного состояния. При этом стройматериалы делятся на:

Акустические свойства:

Материал является звукопоглощающим, если у него коэффициент звукопоглощения больше 0,2. Такие материалы обладают открытой пористостью или шероховатой, рельефной поверхностью, поглощающей звук.

2. Звукоизоляция – способность ослаблять ударный звук, передающийся через строительные конструкции дома из одного помещения в другое.

3. Виброизоляция и вибропоглощение – предотвращение передачи вибрации от механизмов и машин к строительным конструкциям зданий.

Химические свойства

Химические свойства отражают способность строительного материала к химическому взаимодействию с другими веществами и определяются следующими показателями:

1. Химическая активность. Различают положительную и отрицательную химическую активность:

2. Адгезия — соединение жидких и твердых стройматериалов по поверхности, обусловленное межмолекулярным воздействием. В результате получаются многокомпонентные строительные материалы, например, железобетон, прочность которого обеспечивается монолитным соединением арматуры и заполнителей бетона с цементным камнем за счет адгезии.

Показатель растворимости вещества называется произведением растворимости (ПР), которое отражает предельное содержание растворенного вещества в граммах на 100 мл раствора при нормальном давлении и заданной температуре.

Растворение и кристаллизация – основные процессы для получения искусственных каменных строительных материалов на основе цемента, извести, гипса.

Органические строительные материалы (битумы, древесина, пластмассы) при обычной температуре достаточно стойки к воздействию щелочей и кислот средней и слабой концентрации.

Стойкость неорганических строительных материалов к коррозии зависит от их состава.

В видео показан процесс проведения испытаний для определения свойств бетона:

Источник

Водостойкость и пористость материалов

Водостойкость

Водостойкость – способность материала сохранять прочность при насыщении водой. У одних материалов (например, у цементного бетона) прочность при насыщении водой увеличивается, у других (например, у гипсовых материалов) – резко снижается.

Показателем водостойкости является коэффициент размягчения К_разм, который определяется как отношение предела прочности (при сжатии) материала в насыщенном водой состоянии R_cx к пределу прочности сухого материала R_сж: К_разм = R‘_сж / R_сж

Значения коэффициента размягчения для различных материалов находятся в интервале от 0 (необожженные глиняные материалы) до 1 (стекло, металлы, битум, фарфор). Материалы с коэффициентом размягчения не менее 0,8 относят к водостойким. Водостойкими, например являются кварцит, гранит, мрамор и др.

Пористость

Для сыпучих материалов вычисляется межзерновая пористость (пустотность). Она определяется по этой же формуле, только для расчета вместо истинной плотности берут среднюю плотность, или насыпную среднюю плотность.

В объеме материала могут одновременно находиться поры и пустоты. Поры (от греческого порос – выход, отверстие) – это мелкие ячейки в материале, заполненные воздухом или водой, пустоты – более крупные ячейки и полости между кусками рыхло насыпанного материала, заполненные воздухом.

Пористость материала существенно влияет на такие его свойства, как средняя плотность, прочность, водопоглощение, влажность, водопроницаемость, морозостойкость, теплопроводность и др.

Примерные значения пористости, %, для некоторых строительных материалов приведены ниже:

металлы и стекло 0

туф вулканический 20—60

Пористость – физическое свойство, используемое при косвенной оценке водо- поглощения горных пород, их долговечности и т. п. Пористость вычисляют по известным значениям средней и истинной плотности.

Водопоглощение

Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать в порах воду. Оно, как правило, не характеризует истинную пористость материала, так как часть пор оказывается недоступной для воды, а в заполненных водой порах частично остается воздух. Водопоглощение определяют по массе B_мас или объему В_об в процентах.

Водопоглощение B_мас равно отношению массы воды, поглощенной образцом при насыщении, к массе сухого образца: B_мас = [(m₁ – m) / m] • 100 %, где m – масса сухого образца, кг; m₁ – масса насыщенного водой образца, кг.

Водопоглощение В_об равно отношению массы воды, поглощенной образцом при насыщении, к объему образца: В_об = [(m₁ – m) / V] • 100 %

Для перехода B_мас к В_об пользуются фор мулой В_об = V_мас γ, которая выводится из уравнения В_об / В_мас = (m₁ – m) / V: (m₁ – m) / m = m / V = γ.

Увлажнение и насыщение строительных материалов водой, как правило, отрицательно влияет на их основные свойства – увеличивает среднюю плотность, тепло- и электропроводность, снижает прочность. Водопоглощение зависит от количества и характера пор. Примерные значения водопоглощения, %, для различных материалов приведены ниже:

керамическая плитка для полов 1—4

Водопоглощение – важное физическое свойство камня, которым пользуются при ориентировочной оценке его долговечности. Так, например, если указанный параметр у породы не превышает 0,5 %, ее не испытывают на морозостойкость, полагая, что порода имеет вполне достаточную долговечность (в стандартах на блоки и на камни бортовые). У горных пород, используемых при производстве стеновых материалов, водопоглощение не должно превышать: для вулканических туфов – 50, для других пород—30%.

Определение водопоглощения горной породы производят на пяти образцах – кубиках с размером ребра 40—50 мм или цилиндрах с диаметром и высотой 40—50 мм. Каждый образец очищают щеткой от рыхлых частиц, пыли и высушивают до постоянной массы. После полного остывания образцов на воздухе их взвешивают на настольных или циферблатных весах, укладывают в сосуд с водой комнатной температуры в один ряд (уровень воды в сосуде должен быть на 20—100 мм выше верхней грани образцов) и выдерживают в течение 48 ч. Далее образцы вынимают из сосуда,- вытирают досуха мягкой тканью и поштучно взвешивают. При этом массу воды, вытекшей из пор образца на чашку весов, включают в массу насыщенного водой образца.

Водопоглощение горной породы вычисляют как среднее арифметическое результатов определения водопоглощения пяти образцов. Значения этого показателя для наиболее распространенных видов облицовочного камня СНГ даны в приложении.

Влажность – количество содержащейся в материале влаги, отнесенное к массе материала в сухом состоянии. Влажность W вычисляют по формуле W = [(m₁ – m) / m] • 100 % (здесь m – масса сухого образца, кг; m₁
– масса влажного образца, кг).

Влажность учитывают при транспортировке, хранении и приемке материалов по массе. Она влияет на теплопроводность, устойчивость к гниению и некоторые другие свойства материалов.

Водопроницаемость

Водопроницаемость – свойства материала пропускать воду под давлением. Это одна из главных эксплуатационных характеристик кровельных и гидроизоляционных материалов, брезентов, кожи, Величина водопроницаемости определяется количеством воды (мл), которое пропускает материал в единицу времени (ч) через площадь (1 см 2 ) при постоянном давлении.

Обратным свойством – водонепроницаемостью – характеризуются особо плотные материалы (например, сталь, стекло, битум) и плотные материалы с замкнутыми порами (например, бетон специально подобранного состава).

Источник