Основные свойства

 строительных материалов.

 

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

строительных материалов.

 

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.

По величине воздушных пор материалы разделяют на мелкопористые (поры имеют размеры в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупнопористые (размеры пор от десятых долей миллиметра до 1 - 2 мм).

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.

 

Таблица 1.

Материалы	Объёмный вес,  кг/куб.м.	Коэффициент теплопроводности, ккал/м.час.град
Минеральная вата	200 - 400	0,05 - 0,08
Торфяные плиты	300	0,08
Древесноволокнистые плиты	300	0,07
Пробковые плиты	150	0,04
Поропласты	20	0,03
Асбозурит	400 - 800	0,08 - 0,20
Газостекло	250 - 300	0,05 - 0,07
Совелит	350 - 500	0,08 - 0,10
Гранит	2600	2,5
Кирпич	1800	0,7
Бетон	2000 - 2400	1,10 - 1,30

 

Теплоёмкостью называют свойство материала поглощать определённое количество тепла при нагревании.

Коэффициент теплоёмкости представляет собой количество тепла в килокалориях, необходимое для нагревания 1 кг. данного материала на 1 градус.

Природные и искусственные каменные материалы имеют коэффициент теплоёмкости в пределах от 0,18 до 0,22, лесные материалы — от 0,57 до 0,65. У металлов коэффициент теплоёмкости относительно не высок, например, у стали он равен 0,11.

Теплоёмкость материалов имеет значение в строительстве при проверке теплоустойчивости стен и перекрытий и расчёте подогрева материалов для зимних бетонных и каменных работ, а также при расчёте печей.

Под теплоустойчивостью стен и перекрытий понимают их способность сохранять на внутренней поверхности более или менее постоянную температуру, несмотря на колебания теплового потока вследствие неравномерной работы отопления. Суточные колебания температуры в жилых зданиях не должны превышать 6 градусов.

При топке печей у поверхностей стен или перекрытий, обращённых внутрь здания, создаётся запас тепла, вследствие чего внутри помещений температура значительно не повышается. По окончании топки запас тепла, накопленный в стенах и перекрытиях, расходуется на подогрев воздуха, чем и выравнивается в помещениях температура воздуха.

Для стен и перекрытий жилых и отапливаемых зданий желательно применять материалы с возможно более низким коэффициентом теплопроводности и возможно более высоким коэффициентом теплоёмкости. Такими свойствами обладают, в частности, лесные материалы, которые широко применяют для стен и перекрытий отапливаемых зданий.

Удельная теплоёмкость каменных материалов ( камень, кирпич, бетон, шлак, стекло и др. ) находится в пределах 0,18 - 0,22. Лесные и другие органические материалы имеют значительно большие коэффициенты теплоёмкости, например:

	шевелин...............................................	0,45
	древесина сосны и ели........................	0,65
	древесина дуба....................................	0,57
	рубероид..............................................	0,36
	камышит..............................................	0,36
	торфяные плиты..................................	0,50.

 

Огнестойкостью называется способность материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур и воды ( при пожарах ). По огнестойкости строительные материалы делят на три группы : несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Огнеупорностью называют свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не расплавляясь.

При устройстве различных отопительных установок ( печей, труб, при обмуровке котлов и пр.) используются строительные материалы, которые могут не только выдерживать действие высоких температур, но и нести определённую нагрузку при постоянной высокой температуре.

Такие материалы делят на три группы : огнеупорные, выдерживающие действие температур от 1580 градусов и выше ( шамот, динас и др.) ; тугоплавкие, выдерживающие действие температур выше 1350 до 1580 градусов ( гжельский кирпич ) ; легкоплавкие — с огнеупорностью ниже 1350 градусов (например, обыкновенный глиняный кирпич).

Химической стойкостью называется способность материалов сопротивляться действию кислот, щелочей, солей, растворённых в воде, и газов.

Большая часть строительных материалов не обладает стойкостью к действию кислот и щелочей. Весьма нестойко в этом отношении, например, дерево. Битумы отличаются нестойкостью к действию  концентрированных растворов щелочей, а многие природные каменные материалы — к действию кислот (например, известняки, мраморы, доломиты и др.). Многие вяжущие материалы также плохо противостоят действию кислот.

Высокой сопротивляемостью действию щелочей и кислот обладают керамические материалы с очень плотным черепком ( например, облицовочные плитки, плитки для полов, канализационные трубы ), специальный кирпич для устройства канализационных коллекторов, материалы на основе пластмасс (трубы, плёнки) и др.

Долговечность является весьма важным свойством строительных материалов. Под долговечностью понимают способность материалов сопротивляться всей сумме атмосферных воздействий в эксплуатационных условиях ( изменение температур, влажности, влияние кислорода и других газов, находящихся в воздухе ).

Процесс естественного изменения свойств материалов под действием атмосферных факторов называется старением материалов. Например, керамические материалы и естественные каменные материалы относятся к долговечным материалам, а древесина — в условиях повышенной влажности — к быстростареющим.

 

Механические свойства.

 

Прочность —  свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузки или других факторов.

Прочность строительных материалов характеризуется так называемым пределом прочности при сжатии или пределом прочности при растяжении.

Пределом прочности называют напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разрушение образца материала.

Твёрдостью называется способность материала сопротивляться проникновению в него постороннего более твёрдого тела. Это свойство материала не всегда соответствует их прочности. Материалы с разными пределами прочности при сжатии могут обладать примерно одинаковой твёрдостью.

Шкала твёрдости минералов.

Таблица 2

Показатель твёрдости.	Минерал
1	Тальк или мел
2	Каменная соль или гипс
3	Кальцит или ангидрит
4	Плавиковый шпат
5	Апатит
6	Ортоклаз
7	Кварц
8	Топаз
9	Корунд
10	Алмаз

 

Истираемостью называют способность материала уменьшаться в весе и объёме под действием истирающих усилий.

Сопротивлением удару называется способность материала сопротивляться ударным воздействиям.

Упругостью называется свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму и объём после прекращения действия внешних сил, под воздействием которых форма материалов изменяется в той или иной мере. Первоначально форма может восстанавливаться полностью при малых нагрузках и частично при больших. В последнем случае в материале имеются остаточные деформации.

Деформацией называется изменение формы или объёма твёрдого тела.

Пределом упругости считают напряжение, при котором остаточные деформации впервые достигают некоторой малой величины, устанавливаемой техническими условиями на данный материал. Это наибольшее напряжение, по достижении которого материал практически получает только упругие деформации, т.е. исчезающие после снятия нагрузки.

Пластичностью называют способность материала под влиянием действующих на него усилий изменять свои размеры и форму без образования трещин и сохранять их после снятия нагрузки.

Помимо материалов пластичных ( битумы, глиняное тесто и др. ) имеются материалы хрупкие, которые разрушаются сразу ( без предварительной деформации ), как только действующие на них усилия достигают величины разрушающих нагрузок.