Основные свойства строительных материалов
Единой, всеобъемлющей классификации строительных материалов не существует. Была сделана попытка составить по аналогии с периодической таблицей химических элементов Менделеева периодическую таблицу строительных материалов, которая не увенчалась успехом.
В настоящее время строительные материалы чаще всего классифицируются по назначению, исходя из условий работы материала в сооружении. Так, материалы делятся на две группы: конструкционные и специального назначения.
К конструкционным материалам, которые воспринимают различные нагрузки (от собственной массы, от массы установленного оборудования, снеговые, ветровые и т.д.) и используются для несущих конструкций, относятся:
1) природные каменные;
3) искусственные каменные, получаемые:
- а) омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетоны, растворы);
- б) спеканием (керамические материалы);
- в) плавлением (стекло, ситаллы);
4) металлы (чугун, сталь, алюминий, сплавы);
7) композиционные (асбестоцемент, стеклопластики, бетонополимеры).
К материалам специального назначения, название которых говорит об их функции, относятся:
- теплоизоляционные;
- акустические;
- гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие;
- отделочные;
- химстойкие;
- антикоррозийные;
- огнеупорные;
- материалы для защиты от радиационных воздействий и др.
Каждый материал обладает комплексом разнообразных свойств.
Свойство — способность материала определенным образом реагировать на отдельный или чаще всего действующий в совокупности с другими внешний или внутренний фактор.
Связь состава, структуры, строения и свойств материалов
Свойства материалов взаимосвязаны с их составом, структурой и внутренним строением.
Если для природных материалов (каменные материалы, древесина) возможно только частичное изменение их свойств, например, пропитка древесины антисептиками, которые препятствуют гниению древесины, то при получении искусственных материалов технологию следует рассматривать с точки зрения ее влияния на строение, структуру и, как следствие, на получение материалов с заданными свойствами.
Строительные материалы характеризуются химическим, минеральным и фазовым составами.
По химическому составу материалы делятся на органические (древесина, битум, полимеры) и минеральные, т.е. неорганические (природный камень, кирпич, бетон), а также металлы (чугун, сталь, алюминий). Органические материалы горючи, а минеральные нет. Химический состав некоторых материалов иногда выражают количеством содержащихся в них оксидов. Оксиды, химически связанные между собой, образуют минералы, которые характеризуют минеральный состав материала. Варьируя содержание и количество минералов, можно получить материалы с разными свойствами (например, портландцемент, быстротвердеющий и сульфатостойкий цемент и т.д.).
Фазовый состав — это соотношение между твердым каркасом материала и порами. Фазовый состав, а также фазовые переходы воды в порах материала взаимосвязаны со всеми свойствами и поведением материала при эксплуатации.
Свойства материала взаимосвязаны с его структурой. При изучении структуры материала различают макро- и микроструктуры.
Макроструктура — это строение, видимое невооруженным глазом. Микроструктура — строение, видимое под микроскопом.
Материалы могут иметь следующую макроструктуру:
- рыхлозернистую — состоящую из отдельных не связанных друг с другом зерен (песок, гравий, цемент);
- конгломератную — когда зерна прочно соединены между собой (бетон, керамические материалы);
- ячеистую — которая характеризуется большим количеством равномерно распределенных по объему материала макрои микропор (ячеистые бетоны, пеностекло);
- волокнистую (древесина, минеральная вата);
- слоистую (фанера, текстолит).
Волокнистой и слоистой структурам присуща анизотропия, т.е. различие свойств в различных направлениях (например, прочность вдоль и поперек волокон).
Внутреннее строение материалов изучают методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т.д. По взаимному расположению атомов и молекул материалы могут быть кристаллическими и аморфными. Неодинаковое строение кристаллических и аморфных материалов определяет и различие их свойств. Материалы аморфного строения химически более активны, имеют меньшие прочность и теплопроводность, чем кристаллические такого же состава.
Физические свойства
Истинная плотность — это масса единицы объема материала в абсолютно плотном (т.е. без пор) состоянии:
где m — масса материала; Va — объем материала без пор.
Истинная плотность — физическая константа, которая не может меняться без изменения химического состава или внутреннего строения материала.
Средняя плотность — это масса единицы объема материала в естественном (т.е. вместе с порами) состоянии:
где m — масса образца материала; Ve — объем образца материала.
Средняя плотность строительных материалов может меняться
в широких пределах: от 10…20 кг/м 3 для самых легких пенопластов до 7850 кг/м 3 для стали. Даже один вид строительных материалов в зависимости от технологии получения, структуры и назначения имеет разную среднюю плотность. Например: кирпич полнотелый — 1600…1900 кг/м 3 , тяжелый бетон — 1800…2500 кг/м 3 , пенопласты — 10…200 кг/м 3 и т.д.
В последующем средняя плотность будет именоваться просто плотность.
Насыпная плотность — масса единицы объема материала в насыпном состоянии. Определяется для сыпучих материалов (цемента, песка, щебня и т.п.).
Абсолютное большинство материалов имеют в своем объеме поры, поэтому у них истинная плотность всегда больше средней. Степень заполнения объема материала материалом называется коэффициентом плотности, который рассчитывается по формуле
Степень заполнения объема материала порами называется пористостью. В сумме Kпл и пористость составляют 1, или 100 %.
Пористость определяется по формуле
и может колебаться в широких пределах: от 0,2…0,8 % у гранита и свыше 90 % у пенопластов. Размеры пор могут быть от миллионных долей до нескольких миллиметров. По характеру поры могут быть сообщающимися или замкнутыми.
Пористость — важнейшая характеристика материала, связанная с рядом других свойств. От величины пористости, характера и размера пор зависят средняя плотность, прочность, теплопроводность, морозостойкость, долговечность, гигроскопичность и водопоглощение, водопроницаемость и др.
Гидрофизические свойства
Свойства, связанные со статическим или циклическим воздействием воды или водяного пара на материал, называются гидрофизическими свойствами материалов.
Гигроскопичность — способность материала поглощать и конденсировать водяные пары из воздуха. Зависит от величины пористости, характера и размера пор, а также от параметров окружающей среды (температуры и относительной влажности воздуха). В самом общем случае — чем больше пористость, тем выше гигроскопичность.
Капиллярное всасывание — способность материала при непосредственном контакте с водой поднимать ее на определенную высоту по капиллярным порам, которые имеют размер от 1000Å до 10 мкм.
Влажность — это относительное содержание влаги в материале:
где mc — масса материала, высушенного до постоянной массы, г;
mвл — масса влажного материала, г.
Все материалы имеют ту или иную влажность, которая зависит от условий эксплуатации, величины пористости, характера и размера пор материала. Влажность влияет на ряд свойств материалов (плотность, прочность, теплопроводность и др.).
Влажностные деформации — увеличение линейных размеров и объема материала при его увлажнении (набухание) или уменьшение — при высыхании (усушка). Зависят от строения материала.
Материалы высокопористого и волокнистого строения, способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой (древесина 30…100 мм/м; ячеистый бетон 1…3 мм/м), материалы с маленькой пористостью — незначительной усадкой (гранит 0,02…0,06 мм/м).
Водопоглощение — способность материала поглощать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней. Количество воды, которое поглотил образец, отнесенное к его массе в сухом состоянии, называют водопоглощением по массе Wm, а отнесенное к его объему — водопоглощением по объему Wo:
где mв — масса материала, насыщенного до постоянной массы, г; mс — масса сухого материала, г; Ve — объем материала в естественном состоянии; ρв — плотность воды, г/см 3 .
Водопоглощение зависит от величины пористости, характера и размеров пор.
Между этими водопоглощениями существует взаимосвязь:
Последняя формула удобна для определения Wo в случае затруднения определения объема материала, когда он имеет неправильную геометрическую форму.
Коэффициент насыщения — степень заполнения пор материала водой:
Этот коэффициент позволяет оценить структуру материала. Уменьшение Kн при постоянной величине пористости свидетельствует о сокращении открытой пористости.
Водостойкость — способность материала сохранять прочность при увлажнении. Характеризуется коэффициентом размягчения
где Rв и Rc — пределы прочности при сжатии соответственно водонасыщенного и сухого материала.
Материалы, имеющие Kр > 0,8, считаются водостойкими и их разрешается применять в сырых условиях эксплуатации, материалы с Kр < 0,8 — неводостойкими.
Воздухостойкость — способность материала выдерживать многократные циклические воздействия увлажнения и высушивания без заметных деформаций и потери механической прочности.
Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением. В строительстве чаще необходимо противоположное свойство — водонепроницаемость, которая характеризуется или периодом времени, по истечении которого проявляются признаки просачивания воды через материал, или величиной давления воды, при котором она не проходит через материал. Эти свойства зависят от величины пористости, характера и размера пор.
Морозостойкость — способность материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и существенного снижения прочности. Это свойство взаимосвязано с долговечностью, зависит от величины пористости, характера и размера пор, начальной прочности, а также от условий эксплуатации. Характеризуется количеством циклов попеременного замораживания при температуре –15…–17 °С и оттаивания в воде при температуре +20 °С. Число циклов (марка или класс), которое должен выдерживать материал, в зависимости от его назначения, указывается в нормативных документах. Материал считается выдержавшим испытание, если после заданного количества циклов потеря массы и снижение прочности не превышают значений, указанных в нормативных документах.
Теплофизические свойства
Это группа свойств, которые характеризуют отношение материала к постоянному или периодическому тепловому воздействию. Теплоемкость — свойство материала аккумулировать теплоту при нагревании. Теплоемкость С (кДж/кг °С) характеризуется количеством тепла кДж, необходимым для нагревания 1 кг материала на 1 °С.
Вода имеет высокую теплоемкость (4,2 кДж/кг °С), строительные материалы более низкие величины: лесные материалы 2,39…2,72 кДж/кг °С, каменные 0,75…0,92 кДж/кг °С, сталь 0,48 кДж/кг °С, поэтому с увлажнением материалов их теплоемкость увеличивается.
Теплопроводность — свойство материала передавать теплоту через свою толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность λ (Вт/м °С) характеризуется количеством тепла, проходящим через материал площадью 1 м 2 , толщиной 1 м в течение одной секунды, при разности температур на противоположных поверхностях в 1 °С. Теплопроводность материала зависит от его химического состава, строения и структуры, степени влажности, характера и размера пор, а также от температуры, при которой происходит передача тепла. Тепловой поток проходит через «каркас» материала и поры. Каркас материала кристаллического строения более теплопроводен, чем каркас материала из того же состава, но аморфного строения. В сухом состоянии поры материала заполнены воздухом, тепло проводность которого в неподвижном состоянии значительно ниже теплопроводности любого «каркаса» и составляет всего 0,023 Вт/м °С. Поэтому малотеплопроводные материалы имеют большую (до 90…95 %) пористость. При одинаковой величине пористости мелкопористые материалы и материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем крупнопористые и материалы с сообщающимися порами. Это связано с тем, что в крупных и сообщающихся порах усиливается перенос тепла конвекцией, т.е. движущимся воздухом, что повышает суммарную теплопроводность.
С увеличением влажности материала теплопроводность возрастает, так как вода, заполняющая поры, имеет теплопроводность 0,58 Вт/м °С, что в 25 раз выше теплопроводности воздуха. Еще в большей степени возрастает теплопроводность при замерзании воды в порах, так как теплопроводность льда составляет 2,3 Вт/м °С, что в 100 раз больше теплопроводности воздуха.
С повышением температуры теплопроводность большинства строительных материалов возрастает.
Приведем показатели теплопроводности некоторых строительных материалов, Вт/м °С: пенопласт — 0,03…0,05, минеральная вата — 0,06…0,09, древесина — 0,18…0,36, кирпич керамический полнотелый — 0,8…0,9, кирпич керамический пустотелый — 0,3…0,5, бетон тяжелый — 1,3…1,5, ячеистый бетон — 0,1…0,3, сталь — 58.
Термическая стойкость — способность материала выдерживать чередование резких тепловых изменений. Зависит от однородности материала и коэффициента линейного температурного расширения (КЛТР), который характеризует изменение линейных размеров материала при его нагревании на 1 °С. Чем меньше КЛТР и выше однородность материала, тем выше его термическая стойкость.
Огнеупорность — способность материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не деформируясь и не расплавляясь. Материалы, которые выдерживают температуру свыше 1580 °С, называют огнеупорными, от 1350 до 1580 °С — тугоплавкими, ниже 1350 °С — легкоплавкими, до 1000 °С — жаропрочными. Огнестойкость — способность материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара без потери несущей способности. По отношению к действию огня материалы делятся на несгораемые (кирпич, бетон, сталь), трудносгораемые (асфальтобетон, фибролит), которые горят только при наличии источника огня, и сгораемые (древесина, битум, смолы).
Огнестойкость конструкции выражается промежутком времени в часах, в течение которого не происходит потеря несущей способности. Несгораемые материалы не всегда обладают высокой огнестойкостью: например, сталь при высоких температурах деформируется, а бетон растрескивается.
Механические свойства
Механические свойства отражают способность материала сопротивляться силовым, тепловым, усадочным или другим внутренним напряжениям.
При приложении внешних сил материал деформируется. Деформации могут быть обратимыми и необратимыми. В свою очередь обратимые деформации могут быть упругими и эластичными. Характер и величина деформаций зависят от величины нагрузки, скорости нагружения и температуры материала.
Упругость — свойство материала при воздействии нагрузки изменять свои размеры и форму и полностью восстанавливать их после снятия нагрузки.
Пластичность — свойство материала при воздействии нагрузки в значительных пределах изменять свои размеры и форму без нарушения сплошности и сохранять их после снятия нагрузки.
Хрупкость — свойство материала разрушаться под действием нагрузки без заметных пластических деформаций. Многие строительные материалы (кирпич, бетон, стекло и др.) являются хрупкими. У хрупких материалов прочность при сжатии существенно больше (в 10…20 раз) прочности при растяжении.
Прочность — свойство материала сопротивляться внутренним напряжениям, которые возникают при действии внешних нагрузок. Материал в сооружении подвергается тем или иным воздействиям, которые вызывают напряженное состояние (сжатие, растяжение, изгиб, кручение, сдвиг, скалывание и др.).
В самом общем случае напряжение
где σ — напряжение, МПа (1 кН/см 2 ≈ 10 МПа ≈ 100 кг/см 2 ); Р — нагрузка, кН; F — площадь поперечного сечения образца до испытания, см 2 .
Величина напряжения зависит от величины нагрузки. Максимального значения, при котором наступает разрушение материала, напряжения достигают при разрушающей нагрузке. Прочность характеризуется пределом прочности
Предел прочности одного и того же материала может иметь различную величину в зависимости от размера образца, его формы, скорости нагружения, а также конструкции прибора, на котором проводятся испытания, поэтому для получения объективных результатов необходимо строго соблюдать все условия испытаний, которые установлены для данного материала соответствующими нормативными документами.
Предел прочности при сжатии определяется на образцах правильной геометрической формы: кубы, призмы, цилиндры. Разрушающая нагрузка, как правило, определяется на гидравлическом прессе:
Прочность различных материалов на сжатие варьируется от 0,5 до 1000 МПа и выше. У некоторых материалов прочность на сжатие характеризует их марки или классы, т.е. качество.
Предел прочности на растяжение определяется на образцахстержнях, образцах-призмах или «восьмерках», которые имеют переменное сечение. Разрушающая нагрузка определяется на разрывных машинах:
Возможно также определение прочности на растяжение методом раскалывания на кубах или цилиндрах.
Предел прочности на изгиб определяется на образцах-призмах:
где Р — разрушающая нагрузка, кН; l — расстояние между опорами, см; b — ширина образца, см; h — высота образца, см.
В последнее время широкое распространение получили различные неразрушающие методы испытания строительных материалов на прочность.
Ударная вязкость — свойство материала сопротивляться ударным нагрузкам.
Твердость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала.
Истираемость — свойство материала сопротивляться истирающим воздействиям.
Физико-химические свойства
Дисперсность — характеристика размеров твердых частиц или капель жидкости. Величина, характеризующая степень размельчения материала и развитости его поверхности. Характеризуется удельной поверхностью Sуд, см 2 /г.
Адгезия — прочность сцепления (прилипания) одного матери
Тиксотропия — способность пластично-вязких смесей при приложении механических воздействий нарушать свою структуру и восстанавливать ее после прекращения действия механических воздействий.
Лекция 1 Тема Основные свойства строительных материалов, методы исследования и оценка поведения строительных материалов в условиях пожара
Единственный в мире Музей Смайликов
Самая яркая достопримечательность Крыма
Скачать 53.85 Kb.
Лекция №1
Тема: «Основные свойства строительных материалов, методы исследования и оценка поведения строительных материалов в условиях пожара»
1 Знать виды строительных материалов и их классификацию. Факторы, влияющие на поведение строительных материалов в условиях пожара. Определения и классификацию основных свойств строительных материалов.
- Виды строительных материалов и их классификация.
- Классификация основных свойств строительных материалов.
По назначению материалы можно условно разделить на две группы:
конструкционные и материалы специального назначения.
- Природные каменные материалы.
- Неорганические вяжущие.
- Искусственные каменные, получаемые:
- омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетон, железобетон, растворы);
- спеканием (керамические материалы);
- плавлением (стекло).
- Металлы (сталь, чугун, алюминий, сплавы).
- Полимеры и пластмассы.
- Древесина.
- Композиционные (асбестоцемент, стеклопластик, …).
- Теплоизоляционные.
- Акустические.
- Гидроизоляционные, кровельные, герметизирующие.
- Отделочные.
- Антикоррозионные.
- Огнеупорные.
- Материалы для защиты от радиации и др.
- Область применения материала.
- Внешняя нагрузка.
- Условия эксплуатации.
- Температурный режим и продолжительность пожара.
- Средства пожаротушения.
- Агрессивная среда при пожаре (токсичность продуктов горения, разрушающая материалы).
- химического состава;
- структуры (пористости);
- температуры;
- влажности материала.
- Г1 (слабогорючие);
- Г2 (умеренногорючие);
- Г3 (нормальногорючие);
- Г4 (сильногорючие).
- В1 (трудновоспламеняемые);
- В2 (умеренновоспламеняемые);
- В3 (легковоспламеняемые).
- РП1 (нераспространяющие);
- РП2 (слабораспространяющие);
- РП3 (умереннораспространяющие);
- РП4 (сильнораспространяющие).
- Д1 (с малой дымообразующей способностью);
- Д2 (с умеренной дымообразующей способностью);
- Д3 (с высокой дымообразующей способностью).
- Т1 (малоопасные);
- Т2 (умеренноопасные);
- Т3 (высокоопасные);
- Т4 (чрезвычайноопасные).
- Мосалков И.Л., Плюснина Г.Ф., Фролов А.Ю. Огнестойкость строительных конструкций. –М.: ЗАО «СПЕЦТЕХНИКА», 2001. –496 с., ил.
- Баратов А.Н., Корольченко А.Я., Андрианов Р.А. и др. Пожарная опасность строительных материалов. – М.: Стройиздат, 1988.- 380с., ил. (изучить с.17. 23).
- Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. – М.: Высшая школа, 1986.- 688с. (изучить с. 8 . 44), (можно пользоваться аналогичными учебниками других авторов. Например, Шейкин А.Е., Рыбьев И.А., Горчаков Г.И., Комар А.Г., Хигерович М.И.).
- СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений».
- ГОСТ 30244 — 94. Методы испытания на горючесть
- ГОСТ 30402 — 96. Метод испытания на воспламеняемость
- ГОСТ 30444 — 97. (ГОСТ Р 51032 — 97). Материалы строительные. Метод испытания на распространение пламени
- ГОСТ 12.1.044 – 89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их опрделения.
- Древесина, камень и кирпич (до середины XIX века).
- Сталь, стекло, бетон (середина XIX – середина XX веков).
- Железобетон, пластик, металлопластик, искусственный камень (начиная со второй половины ХХ века и до сегодняшнего дня).
- Физические (в том числе гидрофизические и акустические) – определяют характер взаимодействия конкретного материала с внешней средой.
- Механические – определяют устойчивость материала к механическим повреждениям.
- Химические – выявляют стойкость материала по отношению к различным химическим воздействиям.
- Технологические – показывают, насколько тот или иной материал поддается обработке.
- Плотность.
- Пористость.
- Гигроскопичность.
- Водоустойчивость.
- Водопроницаемость.
- Морозостойкость.
- Огнеупорность.
- Звукопоглощение.
- Твердость.
- Прочность.
- Сопротивляемость ударам.
- Износ.
- Пластичные – те, которые легко изменяют свою форму без появления трещин (металлы, пластик).
- Хрупкие – те, которые весьма уязвимы к ударам и имеют низкий предел прочности на изгиб (кирпич, стекло, бетон, натуральный камень).
- Адгезия.
- Растворимость.
- Способность к кристаллизации.
- Химическая стойкость.
- Пластичность.
- Вязкость.
- Свариваемость.
- Ковкость и т. д.
- природные;
- искусственные.
- каменные;
- лесные;
- металлические;
- стеклянные;
- полимерные и т. д.
- Материалы для возведения фундамента и стен (бетон, кирпич, брус, бут и другие).
- Материалы для кровли (черепица, шифер, листовая сталь, рубероид).
- Отделочные материалы (гипсокартон, грунтовки, штукатурные смеси).
- Декоративные материалы (бумажные обои, паркет, ламинат, панели из искусственного камня).
- Материалы для монтажа (гвозди, шурупы, скобы, дюбеля).
- Строительные растворы (цемент, известь, клеевые смеси, акустические растворы).
- Полимерные материалы (пластик, полиэтилен, полистирол, поликарбонат).
- Изоляционные материалы (опилки, стружка, пеностекло, минеральная вата).
- Материалы для дорожного строительства (асфальт, асфальтобетон, битумы, брусчатка).
Известно, что свойства строительных материалов определяют область их применения. Только при правильной и качественной оценке свойств материалов, могут быть получены прочные и долговечные строительные конструкции зданий и сооружений.
Свойство — способность материала определенным образом реагировать на отдельный или чаще всего действующий в совокупности с другими внешний или внутренний фактор. Действие того или другого фактора обусловлено как составом и строением материала, так и эксплуатационными условиями материала в конструкции зданий и сооружений.
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА
Эксплуатационные факторы:
Чтобы здание или сооружение выполняло свое назначение, и было долговечным, необходимо отчетливо представлять те эксплуатационные условия, в которых будет работать каждая изготовленная ими конструкция. Зная эти условия, можно установить, какие свойства должен иметь материал, предназначенный для изготовления данной конструкция.
Классификация основных свойств строительных материалов
Основные свойства строительных материалов можно классифицировать на следующие группы:
материалов к действию тепла (теплофизические свойства): теплопроводность, теплоемкость,
материалов в условиях пожара:
Физические свойства.
К физическим свойствам относятся весовые характеристики материала, его плотность, проницаемость для жидкостей, газов, тепла, радиоактивных излучений, а также способность материала сопротивляться агрессивному действию внешней эксплуатационной среды.
Под истинной плотностью понимают массу единицы объема абсолютно плотного материала:
где, m — масса материала, кг; V — объем материала в плотном состоянии, м 3 .
Под средней плотностью понимают массу единицы объема материала в естественном состоянии (с пустотами и порами):
С
редняя плотность одного и того же вида материала может быть разной в зависимости от пористости и пустотности.
Сыпучие материалы (песок, щебень, цемент и др.) характеризуются насыпной плотностью – отношением массы зернистых и порошкообразных материалов ко всему занимаемому ими объему, включая и пространство между частицами. От плотности материала зависят его технические свойства, например, прочность, теплопроводность. Плотность зависит от пористости и влажности материала. С увеличением влажности плотность материала увеличивается.
Таблица 1.1
Плотность некоторых строительных материалов
Пористостью (%) материала называют степень заполнения его объема порами:
Поры – мелкие ячейки в материале, заполненные воздухом или водой. Поры бывают открытые и закрытые, мелкие и крупные. По величине пористости можно судить приближенно, судить о других важных свойствах материала: плотности, прочности, водопоглощении, долговечности и др.
Пустотность — количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпанного материала (песка, щебня и т.п.) или имеющихся в некоторых изделиях.
Некоторые материалы способны поглощать воду при увлажнении и отдавать ее при высушивании. Насыщение материала водой может происходить при на него воды в жидком состоянии или в виде пара. В связи с этим соответственно различают два свойства материала: гигроскопичность и водопоглощение.
Гигроскопичность — свойство материала поглощать водяные пары и воздуха и удерживать их. Она зависит от температуры воздуха, его относительной влажности, вида, количества и размера пор, а также от природы вещества.
Водопоглащение — способность материала впитывать и удерживать воду. Характеризуется оно количеством воды, поглощаемой сухим материалом, погруженным полностью в воду, и выражается в процентах от массы.
О
тношение предела прочности при сжатии материала, насыщенного водой (R нас.) к пределу прочности при сжатии материала в сухом состоянии (R сух.) называется коэффициентом размягчения:
Этот коэффициент характеризует водостойкость материала. Для легкоразмокаемых материалов (глина) k =0, для материалов (металл, стекло), которые полностью сохраняют свою прочность при действии воды, k =1. Материалы с k > 0,8 относят к водостойким; материалы с k 2 площади испытуемого материала при давлении 1 МПа. Плотные материалы (сталь, стекло) водонепроницаемы.
Механические свойства.
Механические свойства характеризуются способностью материала сопротивляться сжатию, растяжению, удару, вдавливанию в него постороннего тела и другим видам воздействий на материал с приложением силы.
Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузки. Материалы, находясь в сооружении, могут испытывать различные нагрузки — сжатие, растяжение, изгиб, удар.
Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности. Пределом прочности (Па) называют напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разрушение образца материала:
R=N/A,
где N – разрушающая сила, H; A – площадь поперечного сечения образца до испытания, м 2 .
Твердость — способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела. Это свойство важно при обработке, а также при использовании его для полов, дорожных покрытий.
Деформация – изменение размеров и формы материалов под нагрузкой.
Упругость – свойство материала восстанавливать после снятия нагрузки свою первоначальную форму и размеры.
Пластичность – свойство материала изменять свою форму под нагрузкой без появления трещин и сохранять эту форму после снятия нагрузки. Все материалы делятся на пластичные и хрупкие. Хрупкие материалы разрушаются внезапно без значительной деформации. Хрупкие материалы хорошо сопротивляются только сжатию и плохо – растяжению, изгибу, удару.
Прочность некоторых строительных материалов
Коэффициент теплопроводности однородного материала равен количеству тепла в Дж, проходящему через стенку из данного материла толщиной в 1 м, площадью в 1 м 2 за время 1 с, при разности температур на противоположных поверхностях стены в 1 К.
0 — при 0С; t – температура материала, С
Т аблица 1.3
Теплопроводность некоторых строительных материалов
Теплоемкость – способность материала поглощать при нагревании определенное количество тепла.
С – удельная теплоемкость (коэффициент теплоемкости) – это количество теплоты в Дж, необходимое для нагревания 1 кг материала на 1 К.
При увеличении температуры (для большинства материалов):
С0 – при 0С, t – температура материала, С
Т аблица 1.4
Теплоемкость некоторых строительных материалов
| Материал | С, кДж/кгК |
| Воздух | 0,97 |
| Дерево | 2,51 |
| Кирпич | 0,8 |
| Вода | 4,2 |
| Тяжелый бетон | 0,8 |
| Сталь | 0,42 |
| Гранит | 0,8 |
Важным теплофизическим свойством материалов является коэффициент температуропроводности, характеризующий скорость изменения температуры в материале:
Т.к. l, С – зависят от температуры, то a также изменяется с увеличением температуры.
Для тяжелого бетона aс ростом температуры уменьшается.
Для тяжелого бетона класса В55 при t=450С — a= 1,3 10 -3 м 2 /с.
Для упрощения расчета прогрева бетона, используют постоянный приведенный коэффициент температуропроводности ared, вычисленный при t=450С и учитывающий влияние влажности на скорость прогрева (будет применятся в расчета при дальнейшем изучении дисциплины).
Морозостойкость — способность материала насыщенного водой выдерживать многократное попеременнное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.
Огнеупорность — свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур не деформируясь и не расплавляясь. Материалы по степени огнеупорности подразделяют на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие.
Свойства, характеризующие поведение материалов в условиях пожара.
Согласно СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружении», материалы подразделяют на горючие и негорючие.
Для негорючих строительных материалов другие показатели пожарной опасности не определяются и не нормируются.
Группы строительных материалов по воспламеняемости устанавливают по ГОСТ 30402 – 96.
Литература:
Вопросы для самоконтроля:
1 Классификация строительных материалов.
2 Факторы, влияющие на поведение строительных материалов в условиях пожара.
Основные свойства строительных материалов: механические, физические, химические и технологические. Классификация стройматериалов и новинки в современном строительстве
Надежность, долговечность и безопасность того или иного сооружения во многом зависят от качества строительных материалов, которые были использованы для его возведения. Вот почему к их выбору стоит подходить крайне внимательно. Чтобы подобрать хорошие стройматериалы, необходимо хоть немного ориентироваться в широком перечне их технологических свойств и качеств. В этой статье пойдет речь о видах, применении и основных свойствах строительных материалов. Кроме того, вы узнаете о некоторых новинках современного строительного рынка.
Эволюция стройматериалов
Под строительными материалами подразумеваются разнообразные по составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам вещества, которые используются или же могут быть использованы для возведения различных зданий и инженерно-технических сооружений. В историческом разрезе они возникли именно в тот момент, когда первобытный человек изготовил свои первые примитивные орудия труда и впервые задумался о том, чтобы соорудить крышу над своей головой.
Изначально человечество пользовалось тем, что было под рукой – древесиной, соломой, глиной, ветвями пальм. Природными красителями наносились рисунки на стены пещер и простейших жилищ. В древних городах Ближнего Востока была изобретена керамика, которая через Египет проникла в Западную Европу. С развитием науки и техники появлялись совершенно новые конструкционные и отделочные материалы.
В целом в эволюции строительной индустрии можно выделить три исторических этапа, для каждого из которых характерен свой набор материалов:
Далее мы более подробно остановимся на основных свойствах строительных материалов и изделий. Что это за качества и насколько важно учитывать их при возведении какого-либо здания?
Классификация основных свойств строительных материалов
Строительный бизнес остается одним из самых прибыльных в наши дни. Современный рынок предлагает невероятно широкий выбор различных стройматериалов, элементов отделки, смесей и растворов. Практически ежегодно появляются десятки новейших наименований. И уследить за всеми новинками этого рынка не так-то просто.
Определение основных свойств строительных материалов – крайне важная задача. Ведь только благодаря этому, из всего многообразия предлагаемых продуктов можно выбрать именно те материалы, которые идеально подойдут для возведения конкретного объекта. Важно отметить, что все эти свойства не являются постоянными. Более того, они изменяются под воздействием тех условий (природных, климатических и т. п.), в которых будет эксплуатироваться здание.
Основные свойства строительных материалов принято делить на четыре группы:
Рассмотрим более подробно каждую из групп
Физические качества
К основным физическим свойствам строительных материалов относятся следующие:
Под плотностью понимают массу тела в единице его объема. Измеряется в кг/м 3 . Средняя плотность различных стройматериалов колеблется в широких пределах. Так, для натуральной древесины она составляет около 1200 кг/м 3 , для изделий из камня – от 2200 до 3300 кг/м 3 , а для стали – свыше 7500 кг/м 3 . Не менее важен показатель пористости материала. Причем учитывается не только наличие пор, но и их размер.
Среди основных свойств строительных материалов особое место занимают гигроскопичность (способность породы поглощать и удерживать влагу), водоустойчивость и водопроницаемость (способность пропускать через себя воду под давлением). Эти качества особенно важны при строительстве гидротехнических сооружений, резервуаров, дамб и речных плотин.
Механические качества
Перечислим основные механические свойства строительных материалов. Это:
Под твердостью подразумевается способность вещества противостоять проникновению в него постороннего тела. Для твердых материалов минерального происхождения разработана 10-балльная шкала твердости (по Моосу). Одному балу в ней соответствует тальк, а десяти балам – алмаз (см. схему ниже). Для определения твердости металлов и пластмасс используются различные методики (например, метод Бринелля или Виккерса).
Еще одна важная характеристика – это прочность. В частности, в строительстве учитываются пределы прочности стройматериалов на изгиб и на сжатие. Расчет данных параметров важен для определения допустимых нагрузок на конструкцию. Кстати, по этим показателям все стройматериалы делятся на две группы:
Под сопротивляемостью понимают количество работы, необходимое для полного разрушения образца, а под износом – устойчивость материала по отношению к ударным и истирающим нагрузкам, воздействующим одновременно. Обе эти характеристики являются основными свойствами дорожно-строительных материалов.
Химические качества
К химическим свойствам стройматериалов относятся:
Адгезия – это способность к соединению жидких и твердых веществ, которая обусловлена межмолекулярным взаимодействием. Именно благодаря этому качеству возникли такие стройматериалы, как цемент. Растворимость – это способность вещества создавать с жидким растворителем особую систему (раствор). Она зависит от нескольких факторов – температуры, давления, химического состава вещества.
Процесс, при котором из расплавов и растворов образуются кристаллы, называется кристаллизацией. Его широко используют для получения многих каменных материалов искусственного происхождения.
Очень важна химическая устойчивость того или иного стройматериала. Она показывает, насколько материал способен противостоять разрушительным воздействиям различных агрессивных веществ. Для этого рассчитывается специальный коэффициент (как отношение массы материала после химического воздействия к изначальной массе того же материала). Чем ближе этот коэффициент к единице – тем устойчивее является вещество к агрессивной химической среде.
Технологические качества
К технологическим свойствам стройматериалов относятся:
Все эти свойства выражают способность того или иного материала к восприятию или не восприятию определенных технологических операций с целью изменения его формы, размера или же плотности. Они показывают, насколько материал поддается механической обработке, шлифовке, полировке.
Примерами технологичных материалов являются глина и древесина. Менее технологичны металлы, хотя их тоже можно обрабатывать как в расплавленном, так и в холодном состоянии.
Классификация стройматериалов
По способу получения все строительные материалы делят на:
По своему происхождению они бывают:
В общем и целом условно можно выделить девять групп строительных материалов:
Новинки строительного рынка
Строительная индустрия в наше время развивается стремительными и очень бурными темпами. Ежегодно на этом рынке появляется ряд совершенно новых стройматериалов. Давайте вкратце познакомимся с самыми интересными из этих новинок.
Пеностекло – материал, который был изобретен в США еще в 40-е годы. Однако на нашем рынке он появился лишь в последние десятилетия. Его производят при очень высоких температурах (до 800-900 градусов). Гранулированное пеностекло успешно используют для утепления стен, фундамента, а также для теплоизоляции трубопроводов. Ведь оно может полностью повторять любую конфигурацию труб. Пожалуй, это основное свойство строительного материала. Кроме того, пеностекло обладает очень высокой прочностью на сжатие.
Цветной кирпич – стройматериал, появление которого на ура восприняли все архитекторы и дизайнеры. Ведь он позволяет реализовать самые смелые и самые креативные идеи. К тому же такой кирпич способен надолго сохранять свой изначальный внешний вид. Его уже широко применяют для облицовки многоэтажных зданий во многих городах.
Еще одна новинка последних лет – кортеновская сталь. В строительной практике она появилась совсем недавно – в начале 2000-х. Листы легированной стали отличаются высокой прочностью и необычным внешним видом. Они широко используются не только в промышленном, но и в жилом строительстве. Кроме того, кортеновская сталь нашла свое применение и в уличном городском искусстве.
В заключение…
Чтобы возвести надежный и красивый дом – нужны качественные стройматериалы. А чтобы выбрать таковые, необходимо хорошо разбираться в их свойствах. Они делятся на четыре группы: физические, химические, механические и технологические. К самым главным свойствам стройматериалов относятся: плотность, прочность, пористость, износоустойчивость, морозостойкость и химическая стойкость.
Источник https://extxe.com/4415/osnovnye-svojstva-stroitelnyh-materialov/
Источник https://topuch.com/lekciya-1-tema-osnovnie-svojstva-stroitelenih-materialov-metod/index.html
Источник https://fb.ru/article/403660/osnovnyie-svoystva-stroitelnyih-materialov-mehanicheskie-fizicheskie-himicheskie-i-tehnologicheskie-klassifikatsiya-stroymaterialov-i-novinki-v-sovremennom-stroitelstve
