Некоторых строительных материалов
| Материал | Плотность, кг/м³ | Пористость, % | ||||
| истинная | средняя | |||||
| Сталь Гранит Тяжёлый бетон Кирпич Древесина Пенопласты | 7800…7900 2700…2800 2600…2700 2500…2600 1500…1550 950…1200 | 7800…7900 2600…2700 2200…2500 1400…1800 400…800 20…100 | 0,1…0,5 0,5…1 8…12 25…45 45…70 90…98 | |||
Пористость материала характеризуют не только с количественной стороны, но и с качественной, т.е. по характеру пор: замкнутые и открытые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2…5 мм).
Пористость является основной структурной характеристикой, определяющей такие свойства материала, как водопоглощение, теплопроводность, морозостойкость, прочность, акустические свойства и др.
В ряде случаев используют величину обратную пористости - коэффициент плотности Кпл (%), характеризующий степень заполнения объёма материала твёрдым веществом:
Кпл = ·100. (2.5)
Влажность Вл – содержание влаги в материале в данный момент, отнесённое к единице массы материала в сухом состоянии. Влажность Вл (%) определяют по формуле:
Вл = ·100, (2.6)
где mвл – масса материала в естественно-влажном состоянии, г; mсух – масса материала, высушенного до постоянной массы, г.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
|
|
|
Физические свойства материала характеризуют его поведение под действием физических факторов, моделирующих воздействие внешней среды и условия работы материала (действие воды, высоких и низких температур и т.п.).
Гидрофизические свойства
Строительные материалы в процессе их эксплуатации и хранения подвергаются действию воды или водяных паров, находящихся в воздухе. При этом их свойства существенно изменяются. Так, при увлажнении материала повышается его теплопроводность, изменяется средняя плотность, прочность и другие свойства. Поэтому при всех расчётах необходимо учитывать как влажность материала, так и его способность к поглощению влаги (водопоглощение и гигроскопичность).
Гидрофильность и гидрофобность – свойства поверхности материала по отношению к воде. Мерой гидрофильности и гидрофобности служит энергия связи молекул воды с поверхностью вещества, из которого состоит материал.
Гидрофильные (от греч. phileo - люблю) материалы имеют высокую степень связи с водой, а гидрофобные (от греч. phobos – страх) материалы имеют низкую степень связи с водой.
Капиллярное всасывание (от лат. capillaris - волосяной) – способность материала всасывать и передавать по своей толще влагу с помощью тонких капиллярных пор. Гидрофильные материалы, имеющие мелкие поры и капиллярные каналы, например, кирпич, при соприкосновении с водой способны поглощать её и поднимать по капиллярам на значительную высоту.
|
|
|
Водопоглощение – интегральный показатель способности материала поглощать влагу и удерживать её в своих порах.
Водопоглощение характеризуется максимальным количеством воды, поглощаемым образцом материала при выдерживании его в воде, отнесённым к массе сухого образца (водопоглощение по массе Wm) или к его объёму (объёмное водопоглощение Wo).
Водопоглощение Wm и Wo (%) определяют по формулам:
Wm = ·100; (3.1.1)
Wо = ·100= Wm d, (3.1.2)
где mнас – масса материала в насыщенном водой состоянии, г; mсух – масса сухого материала, г; Vест – объём материала в сухом состоянии, см³, d –относительная плотность материала.
Водопоглощение по объёму отражает степень заполнения пор материала водой. Так как вода не проникает во все поры и не удерживается в пустотах, объёмное водопоглощение меньше истинной пористости.
Коэффициент насыщения пор водой Кн – отношение водопоглощения по объёму к общей пористости:
|
|
|
Кн = . (3.1.3)
Коэффициент насыщения позволяет оценить структуру материала. Он может изменяться от 0, когда все поры в материале замкнуты, до 1, когда все поры открыты, т.е. водопоглощение по объёму равно пористости.
Морозостойкость – свойство материала, насыщенного водой, выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и снижения прочности. Разрушение материала при таких циклических воздействиях связано с появлением в нём напряжений, вызванных как односторонним давлением растущих кристаллов льда в порах материала, так и всесторонним гидростатическим давлением воды, вызванным увеличением её объёма при образовании льда примерно на 9%.
Морозостойкость материала зависит от его пористости и водопоглощения.
Морозостойкость материала характеризуется числом циклов замораживания (при температуре не выше минус 18ºС) и оттаивания при температуре плюс 18…20°С (в воде), которое он выдерживает без снижения прочности, потери массы или появления внешних повреждений, указанных в нормативных документах на соответствующий материал.
|
|
|
По морозостойкости материалы подразделяют на марки: F15; F25; F35; F50; F100 и т.д. Например, марка по морозостойкости F15 означает, что образец выдерживает не менее 15 циклов «замораживания-оттаивания» без появления внешних повреждений (отколов, шелушения поверхности и т.п.).
Морозостойкость материала, находящегося в контакте с внешней средой, для условий климата России является важнейшим показателем его долговечности.
Влажностные деформации – изменение размеров и объёма материала при его высыхании называют усадкой (усушкой), а увеличение размеров при увлажнении вплоть до полного насыщения материала водой – набуханием (разбуханием).
Воздухостойкость – способность материала выдерживать циклические воздействия увлажнения и высушивания без заметных деформаций и потери механической прочности.
Влагоотдача – способность материала терять находящуюся в его порах воду. Влагоотдачу определяют количеством воды, испаряющейся из образца материала в течение суток при температуре воздуха 20ºС и относительной влажности 60%.
Водопроницаемость – это свойство материала пропускать воду под давлением.
Характеристикой водопроницаемости материала является коэффициент фильтрации Кф (м/ч):
Кф = , (3.1.4)
где Vв – количество воды (м³), проходящей через стенку площадью S = 1 м², толщиной а = 1 мза время t = 1 чпри разности гидростатического давления на границах стенки p1 - p2 = 1 м вод. ст. Коэффициент фильтрации имеет размерность скорости.
Водонепроницаемость материала (например, бетона) характеризуется маркой, обозначающей одностороннее гидростатическое давление, при котором бетонный образец-цилиндр не пропускает воду в условиях стандартного испытания. Коэффициент фильтрации и марка по водонепроницаемости связаны между собой: чем ниже Кф материала, тем выше марка по водонепроницаемости.
Паропроницаемость и газопроницаемость – способность материала пропускать водяные пары или газы при наличии разницы абсолютной влажности воздуха (парциального давления пара или газа в воздухе) по обе стороны материала. Пар (газ) стремится пройти через материал в ту сторону, где его парциальное давление ниже (например, из тёплого помещения в холодное). Паропроницаемость оценивается коэффициентом паропроницаемости Кп (), численно равным количеству водяного пара, проникающего через материал толщиной 1 м площадью 1 м² в течение 1 с, и с разностью парциальных давлений пара в 133,3 Па:
Кп = , (3.1.5)
где Vρ -масса газа (плотностью ρ), прошедшего через стенку площадью S и толщиной а за время t при разности давлений на гранях стенки ∆p.
Аналогичным коэффициентом оценивается и газопроницаемость (воздухопроницаеомсть).
Теплофизические свойства
Отношение материала к постоянному или переменному тепловому воздействию характеризуется его теплопроводностью, теплоёмкостью, термической стойкостью, огнестойкостью, огнеупорностью и др.
Теплопроводность λ ()– способность материала передавать теплоту сквозь свою толщу от одной своей поверхности к другой в случае, если температура этих поверхностей разная. Теплопроводность материала характеризуется количеством теплоты (Дж), которое способен передать материал через 1 м² поверхности при толщине 1 м и разности температур на поверхностях 1 ºС в течение 1 с.
Теплопроводность твёрдого вещества зависит от его химического состава и молекулярного строения, но во всех случаях она во много раз превышает теплопроводность воздуха – 0,024 . Поэтому чем больше в материале пор, т.е. чем больше в нём воздуха, тем ниже будет его теплопроводность.
Таблица 3.1. Теплопроводность некоторых
Строительных материалов
| Наименование материала | Теплопроводность, |
| Сталь | 58 |
| Гранит | 2,9…3,3 |
| Бетон тяжёлый | 1,28…1,55 |
| Кирпич керамический сплошной | 0,81…0,87 |
| Вода (для сравнения) | 0,59 |
| Известняк | 0,52…0,98 |
| Бетон лёгкий | 0,35…0,8 |
| Пенобетон | 0,12…0,15 |
| Фибролит | 0,09…0,17 |
| Минеральная вата | 0,04…0,06 |
| Древесноволокнистые плиты | 0,046…0,093 |
| Пенопласты | 0,028…0,043 |
Так как средняя плотность материала, так же как и теплопроводность, обратно пропорциональна пористости, то она может служить косвенной характеристикой теплопроводности материала и использоваться в качестве марки материала по теплопроводности.
Для некоторых групп материалов установлена определённая связь между теплопроводностью и относительной плотностью d (формула В.П. Некрасова):
λ = 1,16-0,16. (3.2.1)
Теплоёмкость С() – свойство материала аккумулировать теплоту при нагревании. Показателем теплоёмкости служит удельная теплоёмкость, равная количеству теплоты, необходимой для нагревания единицы массы материала на 1ºС. Строительные материалы имеют теплоёмкость меньше, чем вода, которая обладает наибольшей теплоёмкостью 4,2 .
Температуропроводность а(м²/с)–свойство материала, характеризующее скорость распространение температуры под действием теплового потока в нестационарных температурных условиях, например, при пожаре. Температуропроводность прямо пропорциональна теплопроводности λ и обратно пропорциональна теплоёмкости материала C и его плотности ρm:
а = . (3.2.2)
Тепловое расширение – свойство материала расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении – характеризуется температурными коэффициентами объёмного и линейного расширения.
Коэффициент линейного температурного расширения (КТЛР) характеризует удлинение материала при нагревании его на 1ºС. Коэффициенты линейного температурного расширения у разных материалов значительно отличаются (см. табл. 3.2).
Термическая стойкость – способность материала выдерживать чередование (циклы) резких тепловых изменений. Это свойство в значительной степени зависит от однородности материала и коэффициента теплового расширения составляющих его веществ. Чем меньше КЛТР и выше однородность материала, тем выше его термическая стойкость.
Таблица 3.2. Коэффициент линейного температурного
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 558; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!