Властивості будівельних матеріалів

Фізичні властивості включають в себе наступні параметри: щільність, пористість, водопоглинання, вологовіддача, гігроскопічність, водопроникність, морозостійкість, теплопровідність, звукопоглинання, вогнестійкість, вогнетривкість і деякі інші.

Щільність матеріалу буває середньої та дійсної. Середня щільність визначається відношенням маси тіла (цегли, каменю і т. П.) До всього займаного ним об'єму, включаючи наявні в ньому пори і порожнечі, і виражається в співвідношенні кг / м2.

Справжня щільність-це межа відносини маси до об'єму без урахування наявних у них порожнин і пор.

У щільних матеріалів - таких, як сталь і граніт, - середня щільність практично дорівнює істинної, у пористих (цегла і т. П.) - менше її.

Ця характеристика визначається ступенем заповнення обсягу матеріалу порами, яка обчислюється у відсотках. Пористість впливає на такі властивості матеріалів, як міцність, водопоглинання, теплопровідність, морозостійкість та ін.

За величиною пір матеріали, поділяють на дрібнопористі, у яких розміри пір вимірюються в сотих і тисячних частках міліметра, і великопористі (розміри пір - від десятих часток міліметра до 1-2 мм). Пористість будівельних матеріалів коливається в широкому діапазоні. Так, наприклад, у скла і металу вона дорівнює 0, у цегли вона становить - 25-35%, у міпори - 98%.

Це властивість матеріалу характеризує здатність втрачати що знаходиться в його порах вологу. Влагоотдача обчислюється відсотковим кількістю води, яке матеріал втрачає за добу (при відносній вологості навколишнього повітря 60% і його температурі 20 ° С).

Влагоотдача має велике значення для багатьох матеріалів і виробів, наприклад стінових панелей і блоків, які в процесі зведення будівлі зазвичай мають підвищену вологість, а в звичайних умовах завдяки Водовіддача висихають - вода випаровується до тих пір, поки не встановиться рівновага між вологістю матеріалу стін і вологістю навколишнього повітря, тобто поки матеріал не досягне повітряно-сухого стану.

Водопоглинання - це здатність матеріалу вбирати і утримувати в своїх порах вологу.

За обсягом водопоглинання завжди менше 100%, а по масі може бути більше 100%, наприклад у теплоізоляційних матеріалів. Насичення матеріалу водою погіршує його основні властивості, збільшує теплопровідність і середню щільність, зменшує міцність.

Ступінь зниження міцності матеріалу при граничному його водонасиченні називається водостійкістю і характеризується коефіцієнтом розм'якшення.

Матеріали з коефіцієнтом розм'якшення не менше 0,8 відносять до водостійким. Їх застосовують в конструкціях, що знаходяться у воді, і в місцях з підвищеною вологістю.

Гігроскопічність - це властивість пористих матеріалів поглинати вологу з повітря. Гігроскопічні матеріали (деревина, теплоізоляційні матеріали, цеглу напівсухого пресування і ін.) Можуть поглинати велику кількість води. При цьому збільшується їх маса, знижується міцність, змінюються розміри.

Вогнестійкість - це властивість матеріалів Протистояти дії високих температур. За ступенем вогнестійкості матеріали ділять на вогнетривкі, вогнестійкими і спаленні. Вогнетривкі матеріали (цегла, бетон, сталь) під дією вогню або високих температур не запалюються, не тліють і не обвуглюються, але можуть сильно деформуватися. Важкозгораємі матеріали (фіброліт, асфальтовий бетон і т. Д.) Тліють і обвуглюються, але після видалення джерела вогню ці процеси припиняються. Горіти, (дерево, руберойд, пластмаси і т. Д.) Спалахують або тліють і продовжують горіти або тліти і після видалення джерела вогню.

Вогнетривкість - властивість матеріалу протистояти, чи не деформуючись, тривалого впливу високих температур. За ступенем вогнетривкості матеріали ділять на вогнетривкі, що витримують дію температур до 1580 ° С і вище (шамотна цегла); тугоплавкі, що витримують дію температур 1350-1580 ° С (тугоплавкий цегла); легкоплавкі, розм'якшуються або руйнуються при температурі нижче 1350 ° С (керамічна цегла).

До механічних властивостей матеріалу відносять його міцність, пружність, пластичність, крихкість, опір удару і твердість.

Міцністю називається здатність матеріалу протистояти руйнуванню під впливом зовнішніх сил, що викликають в ньому внутрішня напруга. Міцність матеріалу характеризується межею міцності при трьох видах впливу на нього - стисканні, ізщбе і розтягуванні.

Міцністю називають властивість матеріалу чинити опір руйнувань під дією напруг, що виникають від дії зовнішніх сил (навантажень).

У конструкціях будівельні матеріали, піддаючись різним навантаженням, відчувають напруження стиску, розтягу, згину, зрізу, удару. Найчастіше вони працюють на стиск або розтяг.

Різні матеріали по-різному чинять опір різним видам напружень. Так, природні камені, бетон, цегла добре пручаються стиску і значно гірше розтягування. Сталь і деревина добре працюють як на стиск, так і на розтягнення.

За величиною напруга центрального стиснення або розтягування одно силі, що припадає на 1 см2 поперечного перерізу матеріалу. Напруга центрального стиснення або розтягування обчислюють діленням навантаження на первинну площа поперечного перерізу:

Міцність будівельних матеріалів характеризується так званим межею міцності при стисненні або межею міцності при розтягуванні, т. Е. Напругою, відповідним навантаженні, що викликає руйнування зразка матеріалу.

До глибинним первинним породам відносяться: граніт, діорит, Сеїна. Вони мають високу щільність, мають високу міцність і великий об'ємною масою.

До вивержених порід відносяться: базальт, діабаз, є щільними породами, а також пемза і туфи, які мають малу об'ємну масу внаслідок великої пористості.

Вторинні породи утворилися в результаті руйнування вивержених і інших порід під впливом температурних коливань, дії води і вітру. Переміщувані водними потоками на значні відстані продукти руйнування осаджувалися в місцях менш інтенсивного бігу води і в водоймах у вигляді пластів.

Розчинні у воді мінерали та продукти їх руйнувань згодом осаджувалися з водного розчину. Так утворився, наприклад, гіпс. До складу осадових порід входять також мінеральні речовини і продукти життєдіяльності організмів, що населяють водні басейни. До таких порід відносяться: вапняки, крейда, черепашник і т. П.

Видозмінені породи утворилися в результаті глибоких змін вивержених і осадових порід під впливом високих температур або високого тиску, тому ці породи істотно відрізняються від початкових. До таких порід відносяться: мармур, гнейси, сланці.

Пружність - це здатність матеріалу після деформування під впливом будь-яких навантажень приймати початкову форму і розміри. Найбільша напруга, при якому матеріал ще має пружністю, називається межею пружності. До пружних матеріалів відносять гуму, сталь, деревину.

Твердість - здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого, більш твердого тіла. Це властивість матеріалів важливо при влаштуванні підлог і дорожніх покриттів.

Крихкість - властивість матеріалу під дією зовнішніх сил миттєво руйнуватися без помітної пластичної деформації. До крихким матеріалами відносяться цегла, природні камені, бетон, скло і т. Д.

Пластичність- властивість матеріалу змінювати під навантаженням форму і розміри без освіти розривів і тріщин і зберігати змінилися форму і розміри після видалення навантаження. Це властивість протилежно пружності. До пластичним матеріалами відносять бітум, глиняне тісто і ін.

Опір удару - здатність матеріалу протистояти руйнуванню під дією ударних навантажень. Погано пручаються ударним навантажень тендітні матеріали.

Міцністю називається здатність матеріалу пручатися внутрішнім напруженням, що виникають в результаті дії зовнішніх сил (навантажень).

Під дією зовнішніх сил матеріал деформується. Деформації можуть бути пружними, якщо вони зникають після зняття навантаження, і залишковими, якщо після зняття навантаження вони залишаються.

Пружністю називається властивість матеріалу відновлювати свою форму (тверді тіла) і обсяг (рідини і гази) після припинення дії сил, що викликали їх деформацію. При досить великих навантаженнях тверді тіла втрачають пружність і деформуються пластично. Малі деформації твердого пружного тіла пропорційні прикладеному навантаженню.

Деформація при достатньому се розвитку призводить до руйнування матеріалу. При цьому для матеріалу, що знаходиться в крихкому стані, руйнування настає при досягненні граничного значення пружної деформації, а для пластичного матеріалу - при досягненні ним двох граничних станів: переходу пружною деформації в пластичну і переходу від пластичної деформації до руйнування матеріалу.

Напруга матеріалу - це внутрішня сила взаємодії, яка припадає на одиницю площі. Величина напруги в кожній точці перетину є мірою внутрішніх сил, що виникають в матеріалі як результат деформації, викликаної зовнішніми силами.

Напруга, відповідне навантаженні, при якій відбувається руйнування матеріалу, називається межею міцності матеріалу (табл. 2). Залежно від виду деформації під навантаженням розрізняють межа міцності при стисненні, вигині, розтягуванні і т. Д.

Межа міцності при стисненні Rvm, вигині Rmr, розтягуванні Яряст визначають відношенням руйнує сили до площі поперечного перерізу зразка.

У будівельних конструкціях і їх елементах допустиме напруження становить лише частину міцності матеріалу.

Коефіцієнт запасу міцності при статичному навантаженні дорівнює: для пластичних матеріалів 2,4-2,6; для тендітних 3-9.

При ударному навантаженні пластичний матеріал має коефіцієнт запасу міцності 2,8-5. (Тпшх ^ а 1 (Ш, де (Тшмх - найбільші напруги, що виникають в матеріалі при дії зовнішніх сил.

Коефіцієнтом конструктивної якості Кі (міцності-масовий коефіцієнт) називається відноси не межа міцності при стисненні (МГ1а) до величини щільності матеріалу в природному стані (кг / м3). Наприклад, для бетону Ск = 0,006, для цегляної кладки - 0,003, для пластмас -0,1-0,2, для високоякісної сталі -0,13, для граніту - 0,04-0,09.

Крихкість - це властивість матеріалу під дією зовнішніх сил руйнуватися відразу, не виявляючи більш-менш значних деформацій. Тендітні матеріали (чавун, бетон, скло, граніти, мармури, керамічні плитки і ін.) Погано пручаються удару.

Пластичністю називається здатність матеріалу під дією навантаження змінювати свою форму і без ознак руйнування повністю зберігати її після зняття навантаження.

На відміну від тендітних пластичні матеріали руйнуються лише після значної залишкової деформації (наприклад, малоуглеродистая сталь, мідь, бітуми).

Твердість - це властивість матеріалу чинити опір проникненню в нього більш твердих тіл.

Хімічні властивості матеріалу характеризують його здатність вступати в реакцію з різними речовинами. Наприклад, здатність в'яжучих матеріалів реагувати з водою, протистояти впливу агресивних речовин, що знаходяться в навколишньому середовищі.

Розчинність - це здатність матеріалу розчинятися в тому чи іншому розчиннику. Мірою розчинності матеріалу за даних умов служить концентрація його насиченого розчину.

Якщо матеріал під дією розчинника ухудшает- свої властивості пли руйнується, то розчинність є негативним фактором. Якщо ж розчинність використовується як складова частина технології при виготовленні мастик, то розчинність стає положи- тельним фактором.

Корозійну стійкість називається здатність матеріалу зберігати свої властивості в умовах агресивного середовища. До агресивних середовищ відносяться вода (прісна і морська), гази, розчини кислот, лугів і солей, а також органічні розчинники.

Кислотостійкість - здатність матеріалу чинити опір дії кислот, не змінюючи своїх властивостей. Кіслотостойкостио володіють солі сильних кислот (азотної, соляної, кремнійфтористим), деякі полімерні матеріали, а також спеціальні керамічні плитки.

Лугостійкість характеризується здатністю матеріалу протистояти дії лугів, зберігаючи свої властивості. Щслочестопкімі вважаються пігменти, що застосовуються при пристрій мозаїчних і ксилолітових покриттів підлог, а також підлог типу брекчия (охра, умбра та ін.).

Газостойкости - здатність матеріалу не вступати в реакцію з газами навколишнього середовища. Матеріали, що застосовуються в облицювальних роботах, повинні бути стійкими В основному до вуглекислого газу п сірководню.

Якщо в складі матеріалу переважає двоокис кремнію (кремнезем), то матеріал вважається стійким але відношенню до кислот, по взаємодіє з основними оксидами, наприклад з окисом кальцію. Коли в складі неорганічного матеріалу переважають основні оксиди, то він зазвичай нестійкий до кислот, по лугами не руйнується.

Хімічні властивості матеріалу характеризують його здатність до хімічних перетворень під впливом речовин, з якими він знаходиться в зіткненні, а також деяких фізичних (наприклад, нагрівання, опромінення, електричний струм) і біологічних (мікроорганізми, грибки і ін.) Впливів. З хімічних властивостей матеріалів для будівельника головні - корозійна стійкість матеріалів в будівельних конструкціях і їх хімічна активність. Остання властивість важливо, наприклад, для матеріалів, використовуваних як сполучна (наприклад, цемент, синтетичні смоли).

Корозія - руйнування твердих тіл, яке викликається хімічними та електрохімічними процесами, що протікають в них при взаємодії з зовнішнім середовищем. Корозійного руйнування зазнають не тільки метали, а й кам'яні матеріали, бетон, пластмаси, деревина.

Основними агресивними агентами, що викликають корозію будівельних матеріалів, є: прісна і солона вода, мінералізовані грунтові води, розчинені в дощовій воді гази (SO2, SO3, N02) від промислових підприємств і автомашин. На промислових підприємствах корозію будівельних матеріалів часто викликають сильніші агенти: розчини кислот і лугів, розплавлені матеріали і гарячі гази.

Особливий вид корозії - біокоррозія - руйнування матеріалу під дією живих організмів (наприклад, грибків, мікробів). Біокоррозія - це не тільки гниття органічних матеріалів (деревини, бітуму та ін.), Але і руйнування бетону і металу продуктами життєдіяльності оселилися на них мікроорганізмів.

Зміна структури і хімічного складу пластмас під впливом зовнішнього середовища носить назву «старіння». Найбільш шкідливі впливи на пластмаси надають сонячне опромінення, кисень повітря і підвищені температури.

Корозія будівельних матеріалів небезпечна не стільки хімічними змінами в матеріалі, скільки пов'язаними з ними змінами фізико-механічних характеристик матеріалів.

Хімічна активність таких будівельних матеріалів, як в'яжучі вещёства або мінеральні добавки, залежить не тільки від їх складу і будови (т. Е. Від активності складових їх молекул), а й від тонкості подрібнення. Причина цього в тому, що хімічні процеси протікають або при безпосередньому контакті цих речовин один з одним (тобто на їх поверхні), або при розчиненні речовин (розчинення відбувається також з поверхні). Таким чином, чим більше поверхня речовини, тим активніше воно в хімічному відношенні. Поверхня збільшується зі збільшенням ступеня подрібнення його частинок.