Презентація: "ФІзичні властивості будівельних матеріалів"

Фізичні властивості будівельних матеріалів. Хмельова Г. М.

Фізичні властивості визначаються параметрами фізичного стану матеріалів під впливом зовнішнього середовища і умов їх роботи (дію води, високих і низьких температур тощо).Істинна щільність (густина) - величина, що визначається відношенням маси однорідного матеріалу т (кг) до займаного ним об'єму в абсолютно щільному стані, тобто без пор і порожнеч.

Пористість- ступінь заповнення обсягу матеріалу порами. Пористість - величина відносна, виражається у відсотках або частках об'єму матеріалу. Пористість будівельних матеріалів коливається в межах від 0 (сталь, скло) до 90...98 % (пінопласт)Величина пористості значною мірою впливає на міцність матеріалу. Будівельний матеріал тим слабкіше чинить опір механічних навантажень, тепловим, усадкових і іншим зусиллям, чим більше часу у його обсязі. Досвідчені дані показують, що при збільшенні пористості від 0 до 20 % міцність знижується майже лінійно. Величина міцності також залежить від розмірів пор. Вона зростає з їх зменшенням. Міцність дрібнопористих матеріалів, а також матеріалів із закритою пористістю вище, ніж міцність крупнопористих і з відкритою пористістю.

Водопоглинання – здатність матеріалів поглинати та утримувати в собі воду, залежне від характеру пористості, може змінюватися в широких межах. Водостійкість - властивість матеріалу зберігати міцність при насичення його водою. Критерієм водостійкості будівельних матеріалів служить коефіцієнт розм'якшення - відношення міцності при стиску матеріалу, насиченого водою, RB до міцності при стисненні сухого матеріалу. Вологість - відношення маси води, що знаходиться в даний момент в матеріалі , до маси (рідше - до об'єму) матеріалу в сухому стані.

Водонепроникність - властивість матеріалу чинити опір проникненню в нього води під тиском. Це властивість особливо важливо для бетону, сприймає напір води (труби, резервуари, греблі). Водонепроникність бетону оцінюють маркою по W (W-2... W-8), що позначає максимальна одностороння гідростатичний тиск, при якому стандартний зразок не пропускає воду. Для гідроізоляційних матеріалів водонепроникність характеризується часом, протягом якого з'являється просочування води під певним тиском через зразок матеріалу (мастика, гідроізол). Гігроскопічність - властивість капілярно-пористого матеріалу поглинати вологу з повітря. З збільшенням відносної вологості повітря і зниженням температури гігроскопічність підвищується. Гігроскопічність негативно позначається на властивостях будівельних матеріалів. Так, цемент при зберіганні під впливом вологи повітря гідратіруется і комкується, при цьому знижується його марка. Дуже гігроскопічна деревина, вона розбухає від вологи, жолобиться і тріскається. За характеристику гігроскопічності прийнята величина відношення маси поглинутої вологи при відносній вологості повітря 100 % і температурі +20 °С до маси сухого матеріалу.

Морозостійкість - властивість матеріалу в насиченому водою стані витримувати багаторазове число циклів поперемінного заморожування і відтавання без видимих ознак руйнування і значного зниження міцності і маси. Морозостійкість - одне з основних властивостей, характеризують довговічність будівельних матеріалів у конструкціях і спорудах. Як відомо, вода, що знаходиться в порах матеріалу, при переході у лід збільшується в об'ємі приблизно на 9... 10 % і викликає розтягуючі напруги. Ритмічно чергуються кристалізація льоду в порах з подальшим відтаванням призводить до додатковим внутрішнім напруженням. Можуть виникнути мікро - і макротріщини з можливим руйнуванням структури і зниженням міцності. Для випробування на морозостійкість стандартні зразки матеріалів або цілі дрібноштучні вироби (наприклад, цегла) спочатку насичують водою, а потім заморожують при температурі мінус 15...20 °С. Потім зразки витягують з морозильної камери і відтаюють у воді кімнатної температури. Таке заморожування і відтавання становить один цикл. Марка по морозостійкості (F10, F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300 для кам'яних матеріалів) характеризується числом циклів заморожування і відтавання, яке витримав матеріал, при допустимому зниження міцності або зменшення маси зразків. Високою морозостійкістю мають щільні матеріали, які мають малу пористість і закриті пори. Пористі матеріали з відкритими порами і відповідно більшим у до-поглинанням часто виявляються неморозостойкими

При дії статичних або циклічних теплових факторів матеріал характеризується теплофізичними властивостями. Вони важливі для теплоізоляційних і жаростійких матеріалів огороджувальних конструкцій та виробів, що твердіють при тепловій обробці. До них відносяться теплоємність, теплопровідність, теплове розширення, вогнестійкість і вогнетривкість. Теплоємність - властивість матеріалу поглинати при нагріванні і віддавати при охолодженні певну кількість теплоти. Теплоємність - міра енергії, необхідної для підвищення температури матеріалу. Теплопровідність - властивість матеріалу передавати через свою товщу тепловий потік, що виникає внаслідок різниці температур на протилежних поверхнях Ця властивість має важливе значення для будівельних матеріалів, застосовуваних при влаштуванні огороджувальних конструкцій (стін, покриттів і перекриттів), і матеріалів, призначених для теплової ізоляції. Теплопровідність матеріалу залежить від його будови, хімічного складу, пористості і характеру, а також вологості і температури, при якої відбувається передача теплоти. Теплопровідність характеризують коефіцієнтом теплопровідності, що вказує, яка кількість теплоти в Дж здатний пропустити матеріал через 1 м2 поверхні при товщині матеріалу 1 м і різниці температур на протилежних поверхнях 1 °С протягом 1 ч

Теплове розширення - властивість матеріалу змінювати розміри при нагріванні і охолодженні. Для чисельної характеристики такого явища використовують температурний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР), який показує, на яку частку первісної довжини розширюється матеріал при підвищення температури на 1 °С. Значення ТКЛР складають, °С~1: для бетону (10... 12) - 10 6, стали 10 • 10~6, деревини уздовж волокон - (3...5) • 10 6. ТКЛР полімерних будівельних матеріалів в 10...20 разів більше. Внаслідок термічних і усадочних деформацій в спорудах великої протяжності можуть утворитися неприпустимі за умовами експлуатації перекоси, тріщини або розриви. Щоб цього не відбулося, влаштовують температурно-усадочні (деформаційні) шви, які як би розрізають споруда. Відстань між швами призначають з урахуванням термічного розширення матеріалів.

Вогнестійкість - властивість матеріалу витримувати без руйнування вплив високих температур, полум'я і води в умовах пожежі. Матеріал в таких умовах або згорає, або розтріскується, сильно деформується, руйнується від втрати міцності. По вогнестійкості розрізняють матеріали вогнетривкі, вогнестійкими і спаленні. Вогнестійкими матеріали під впливом вогню або високої температури повільно загоряються, але після видалення джерела вогню їх тління або горіння припиняється. До таких матеріалів відносяться фіброліт, асфальтобетон, просочена антипіренами деревина

Спалимі матеріали під впливом вогню або високої температури горять і продовжують горіти після видалення джерела вогню. Це - деревина, шпалери, бітумінозні покрівельні та полімерні матеріали та ін. Межа вогнестійкості - це проміжок часу (хвилини або години) від початку спалаху до виникнення в конструкції граничного стану. Граничним станом вважають втрату несучої здатності, тобто обвалення конструкції; виникнення в ній наскрізних тріщин, через які на протилежну поверхню можуть проникати продукти горіння і полум'я; неприпустиме нагрівання поверхні, протилежної дії вогню, який може викликати мимовільне загоряння інших частин споруди.

Вогнетривкість - властивість матеріалу витримувати тривале вплив високої температури (від 1580 °С і вище), не деформуючись і не розм'якшуючись. Вогнетривкі матеріали (дінас, шамот, хромомагнезит, корунд), застосовуються для внутрішньої футеровки промислових печей, не деформуються і не розм'якшуються при температурі 1580 °С і вище. Тугоплавкі матеріали (тугоплавкий пічної цегла) витримують без оплавлення і деформації температуру 1350.. J580 °С, легкоплавкі (цегла керамічний будівельний) - до 1350 °С. Вогнетривкі матеріали в умовах високих температур не схильні до займання, тління або обвуглювання Це цегла, бетон і ін Однак деякі вогнетривкі матеріали-мармур, скло, азбестоцемент - при різкому нагріванні руйнуються, а сталеві конструкції сильно деформуються і втрачають міцність

Акустичні властивості матеріалів - це властивості, пов'язані з взаємодією матеріалу і звуку. Звук, або звукові хвилі - це механічні коливання, що поширюються у твердих, рідких і газоподібних середовищах. Будівельника цікавлять дві сторони взаємодії звуку і матеріалу: якою мірою матеріал проводить крізь свою товщу звук - і звукопровідність якою мірою матеріал поглинає і відображає падаюче на нього звук - звукопоглинання. При падінні звуковий хвилі на поверхню огороджувальну звукова енергія відбивається, поглинається і проводиться твердим тілом. Коефіцієнт звукопоглинання залежить від ряду факторів: рівня та характеристик звуку (шуму), властивостей поглинаючого матеріалу, способів його розташування по відношенню до жорсткої поверхні (стелі, стіни) і методів вимірювання.

Звукопоглинання залежить від характеру поверхні і пористості матеріалу. Матеріали з гладкою поверхнею відображають більшу частину падаючого на них звуку, тому в приміщенні з гладкими стінами звук, багаторазово відбиваючись від них, створює постійний шум. Якщо ж поверхня матеріалу має відкриту пористість, то звукові коливання, входячи до пори, поглинаються матеріалом, а не відображаються. Сутність фізичного явища, що відбувається при гасінні звуку пористим тілом, полягає в наступному. Звукові хвилі, падаючи на поверхня такого матеріалу і проникаючи далі в його пори, збуджують коливання повітря, що перебуває у вузьких порах. При цьому значна частина звукової енергії витрачається. Висока ступінь стиснення повітря і його тертя об стінки пір викликають розігрів. За рахунок цього кінетична енергія звукових коливань перетворюється в теплову, яка розсіюється в середовищі. Гасінню звуку сприяє деформування гнучкого скелета звукопоглинального матеріалу, на що також витрачається звукова енергія; цей особливо помітний внесок в пористо-волокнистих матеріалах з відкритою сполученої пористістю при її загальному обсязі не менше 75 %.

Звукопровідність залежить від маси матеріалу і його будови. Матеріал тим менше проводить звук, чим більша його маса: якщо маса матеріалу велика, то енергії звукових хвиль не вистачає, щоб пройти крізь нього, так як для цього треба привести матеріал до коливання. Надання звукоізолюючих властивостей огорожі базується на трьох основних фізичних явищах: відбитті повітряних звукових хвиль від поверхні огородження, поглинання звукових хвиль матеріалом огорожі, гасінні ударного або повітряного шуму за рахунок деформації елементів конструкції і матеріалів, з яких вона виготовлена. Здатність відображати звукові хвилі важлива для зовнішніх огороджень будівель. У цьому випадку для підвищення відбиття повітряних звукових хвиль застосовують масивні конструкції з гладкою зовнішньою поверхнею