Физико-механические и защитные свойства строительных материалов и их практическая оценка
1. Физико-механические свойства
Физические свойства представляют собой особенности физического состояния материала или его поведения под влиянием различных физических факторов.
Плотность – содержание массы материала и единицы его объема в нормальных условиях (температура, давление). Плотность материала определяется с учетом пор и без них.
Под истинной плотностью, кг/м3, понимают массу единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии без учета пор и пустот в нормальных условиях:
,
где m – масса материала;
Vabc - объем материала в абсолютно плотном состоянии.
Для большинства строительных материалов, имеющих пористую или пористо-капиллярную структуру, наряду с истинной плотностью определяют среднюю плотность, кг/м3:
,
где Vnat – объем материала в естественном состоянии с учетом пор и пустот.
Для сыпучих материалов (в рыхлонасыпанном состоянии) определяют насыпную плотность, кг/м3:
,
где Vs – объем рыхлонасыпанного материала.
Пористость представляет собой степень заполнения объема материала порами, выражаемую в виде относительной величины:
.
Межзерновая пустотность – относительное содержание пустот между зернами сыпучего материала:
.
Влажность – состояние материала, характеризуемое относительным содержанием воды (кроме химически связанной).
Влажность вычисляют по массе или объему в процентах:
; ,
где - масса материала во влажном состоянии;
- масса материала, высушенного до ее постоянного значения;
- объем сухого материала (высушенного до постоянного значения массы);
- плотность воды; практически г/см3.
Гигроскопичность – способность материала поглощать и конденсировать водяной пар из окружающего воздуха. В большей степени это присуще капиллярно-пористым материалам. Гигроскопичность характеризуется отношением массы поглощенной сухим материалом влаги при относительной влажности воздуха 100% и температуре 200С к массе материала, выраженным в процентах.
Водопоглощение – способность материала насыщаться водой при непосредственном контакте и удерживать ее в своих порах. Оно характеризует изменение влажности материала в конкретных условиях за определенный промежуток времени. Испытание на водопоглощение обычно осуществляют по стандартным методикам применительно к данному конкретному материалу. Водопоглощение вычисляют в процентах по массе или по объему.
Водостойкость – способность материала сохранять свою прочность после водонасыщения. Характеристикой водостойкости является степень снижения прочности материала.
Водопроницаемость – способность материала пропускать воду под давлением. Показателем водопроницаемости является коэффициент фильтрации, м/с.
Морозостойкость – способность материала сопротивляться разрушению при попеременном замораживании и оттаивании в водонасыщенном состоянии. Разрушение материала происходит из-за увеличения объема замерзающей воды в порах (объем льда больше объема воды примерно на 9%).
Показателем морозостойкости является количество циклов замораживания и оттаивания в определенных условиях, при которых не происходит разрушения материала (снижения прочности или потери массы). Марка материала по морозостойкости имеет буквенно-числовое обозначение, например F100 (100 стандартных циклов замораживания и оттаивания).
Теплопроводность – способность материала передавать теплоту от одной поверхности, нормальной к тепловому потоку, к другой. Показателем теплопроводности является коэффициент теплопроводности , Вт/(м·К).
Коррозионная (химическая) стойкость – способность материала сопротивляться разрушению под воздействием агрессивной среды. Показателем коррозионной стойкости неметаллических материалов является коэффициент снижения прочности после выдерживания в коррозионной среде (коэффициент химической стойкости.
Долговечность – способность материала или изделия сохранять в конкретных условиях эксплуатации свои свойства. Долговечность определяется совокупностью физических и химических свойств материала. Показателем долговечности строительных материалов является срок их службы без ухудшения нормируемых свойств.
Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться деформированию и разрушению под действием внешних сил или других факторов (температура, усадка и др.).
Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил. Внутренние напряжения , возникающие при этом в материале, как бы противостоят внешним силам и уравновешивают их действие. Напряжения как меру интенсивности внутренних усилий оценивают величиной силы F (Н), отнесенной к единице площади А (м2). Единицей измерения напряжения является паскаль (соответствует единице измерения давления). Обычно прочность строительных материалов выражается в мегапаскалях (1 МПа=106 Па). При увеличении нагрузки до определенного уровня материал разрушается в результате достижения деформациями критического значения (трещины разрыва).
В зависимости от напряженного состояния показателями прочности материала могут быть сопротивления при сжатии , осевом растяжении , изгибе , скалывании . В стандартах на различные материалы устанавливается определенная методика их испытания, учитывающая форму и размеры образцов, скорость приложения нагрузки и другие факторы. Прочность1 материалов, МПа, при испытании образцов на осевое сжатие и растяжении, а также скалывание находят по формуле
,
где Fmax – разрушающая сила, Н;
А – площадь поперечного сечения образца до испытания, м2.
Предел прочности материалов при изгибе, МПа, определяют на образцах в виде призм-балочек, установленных на двух опорах при сосредоточенной нагрузке посередине пролета. Вычисление производят по формуле
.
где Mmax – разрушающий момент, Н·м;
W – момент сопротивления сечения, м3;
l – расстояние между осями опор (пролет), м;
b, h – ширина и высота сечения балочки, м.
Деформативность – способность материала изменять форму и размеры под действием внешних сил. Показателем деформативности материала является относительная деформация:
,
где - абсолютная деформация;
a – первоначальный размер образца (до испытания).
Твердость – способность материала сопротивляться прониканию в него другого более твердого тела (шарика, конуса и др.). Ее характеризуют показателями твердости, устанавливаемыми различными методами (Бриннеля, Мооса и др.).
Истираемость – способность материала сопротивляться истирающим воздействиям. Истираемость материала определяют на специальной машине, называемой кругом истирания. Показателем истираемости является удельная потеря массы материала, кг/см2:
,
где m1 и m2 – масса образца до и после истирания, кг;
А – площадь истирания, м2.
Технологические свойства строительных материалов определяют их пригодность к применению в строительных работах по выбранной технологии: удобоукладываемость, вспучиваемость, укрывистость и т.п., а также отношение к различным технологическим операциям: загибам, перегибам, склеиванию и т.п.