Свойства строительных материалов

Возможность использования материала в строительной конструкции в значительной степени определяется его свойствами. Различают физические, механические и химические свойства строительных материалов.

Физические свойства характеризуют вещество и структуру материала, а также его способность реагировать на внешние воздействия, не вызывающие изменения химического состава н структуры материала.

Основными из них являются: плотность, объемная масса, относительная плотность, пористость, водопоглощение, морозо- и огнестойкость. Кроме того, физические свойства строительных материалов включают и механические свойства, которые характеризуют поведение материала при действии на него различных нагрузок. К механическим свойствам относятся: сопротивление материала сжатию, растяжению, изгибу.

Физические и механические свойства строительных материалов.

Относительная плотность — степень заполнения веществом объема материала. Таким образом, относительная плотность d — отношение объема вещества материала образца к полному объему образца:

Относительную плотность выражают отвлеченным числом или в процентах.

Значения относительной плотности, как правило, меньше единицы (например, для плит из минеральной ваты d=0,11). Лишь у очень плотных материалов (например, у металлов, стекла) значение относительной плотности приближается к 1.

Пористость (П) материала характеризует объем, занимаемый в нем порами. Значение пористости характеризуется показателем пористости, который в сумме с относительной плотностью дает единицу:

Для рыхлых материалов при расчетах учитывают насыпную объемную массу.

Такие свойства строительных материалов, как пористость и относительная плотность в значительной степени определяют эксплуатационные качества материалов (прочность, водопоглощение,  морозостойкость, теплопроводность). Значение показателя пористости строительных материалов колеблется от 0 (стекло, сталь) до 90% (минеральная вата).

Водопоглощение — способность материала впитывать и удерживать воду. Величина водопоглощения характеризуется разностью между массой образца, насыщенного водой, и массой сухого образца.

Различают объемное водопоглощение Wоб, когда указанная разность отнесена к объему образца, и массовое водопоглощение Wв, когда эта разность отнесена к массе сухого образца.

Массовое водопоглощение различных материалов колеблется в широких пределах. Так, массовое водопоглощение обыкновенного кирпича составляет 8—20%, бетона — 2—3%, а торфоплит—100% и больше.

Вода, попавшая в поры материала, увеличивает его объемную массу и теплопроводность (у торфа, например, возрастает и сам объем), уменьшает морозостойкость и прочность. Некоторые строительные материалы, в частности затвердевшие глиняные растворы, разрушаются в воде.

Теплопроводность материала принято характеризовать величиной коэффициента теплопроводности. Этот коэффициент показывает количество тепла в джоулях (килокалориях), проходящего за 1 ч через 1 м2 материала толщиной 1 м при разности температур на ее противоположных поверхностях в 1 К (1°С). Как правило, коэффициент теплопроводности выше для плотных материалов и ниже для пористых.

Влажность материала резко (до 10 раз) увеличивает его теплопроводность, что объясняется значительной теплопроводностью воды. Когда влажные материалы замерзают, их теплопроводность возрастает еще значительнее.

Под морозостойкостью понимают способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения, т. е. не образуя трещин, выкрашивания, расслаивания, не теряя значительно прочности и массы.

Вода, находящаяся в порах материала, превратившись в лед, увеличивается в объеме примерно на 10%. При этом в материале возникают большие внутренние напряжения, которые постепенно его разрушают.

Морозостойкими являются плотные или с малым водопоглощением (до 0,5%) материалы.

Морозостойкость характеризуется количеством циклов попеременного замораживания материала до температуры — 15°С и оттаивания его в воде при температуре 20°С. Прочность материала в результате этого не должна понизиться более чем на 20%, а потеря массы — превысить 5%.

Огнестойкость — способность материала выдерживать, не разрушаясь, воздействие огня и воды в условиях пожара. По степени огнестойкости различают сгораемые, трудносгораемые и несгораемые материалы.

Сгораемыми называют материалы, которые под действием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня (например, древесина, толь, рубероид).

Трудносгораемые — это материалы, способные гореть, тлеть и обугливаться только при непосредственном действии на них источника огня или высокой температуры и прекращающие гореть после удаления этого источника (например, фибролит).

Несгораемыми считаются материалы, которые не воспламеняются под действием огня или высокой температуры, а только разрушаются. К ним относятся бетоны, строительные растворы, кирпич, керамические и стеклянные плитки.

Прочность — способность материала сопротивляться разрушению под влиянием внутренних напряжений, возникающих в результате действия на материал внешних нагрузок или других факторов.

В построенном здании почти все конструкции испытывают нагрузки (вес частей здания, вес оборудования или мебели и т. п.), вследствие чего в материалах конструкций возникают напряжения, противодействующие внешним силам.

Основные показатели, характеризующие прочность материала: сопротивление сжатию, растяжению, изгибу.

Прочность материала при сжатии и растяжении характеризуется его пределом прочности. Предел прочности, или временное сопротивление,— напряжение в материале образца, соответствующее нагрузке, при которой он разрушается.

Предел прочности различных материалов при сжатии и растяжении меняется в широких пределах. Для многих материалов предел прочности при сжатии резко отличается от предела прочности при растяжении.

Одинаково хорошо сопротивляются сжатию и растяжению такие материалы, как сталь, древесина. Плохо сопротивляются растяжению камрнные материалы: природный камень, кирпич, бетон и т. п.

Примером работы конструкции при изгибе может служить мост, доска через канаву, а также балка, на которую опираются плиты перекрытия, стропила крыши.

Химические свойства строительных материалов характеризуют способность реагировать на внешние воздействия, ведущие к изменению химической структуры, а также воздействовать в этом отношении на другие материалы. Основные химические свойства: растворимость и стойкость к коррозии (кислото-, щелоче- и газостойкость).

Растворимость —это способность материала растворяться в жидких растворителях: воде, масле, бензине, керосине и др.

Стойкость к коррозии — свойство материала сохранять свои качества в условиях агрессивной среды. Такой средой могут быть вода, газы, растворы солей, щелочей, кислот, органические растворители, а также и биологические организмы (бактерии, водоросли и т. п.).

Таблица 1. Некоторые свойства строительных материалов