Гидрофизические свойства строительных материалов. Физические свойства строительных материалов

Физические свойства строительных материалов

Плотность материала бывает средней и истинной.
Средняя плотность ρс — масса единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. с порами. Среднюю плотность (в кг/м3, кг/дм3, г/см3) вычисляют по формуле:

p_c =M/V_e

где m -масса материала, кг, г; V_е - объем материала, м³, дм³, см³.
Среднюю плотность сыпучих материалов — щебня, гравия, песка, цемента и др. — называют насыпной плотностью. В объем входят поры непосредственно в материале и пустоты между зернами.
Относительная плотность d - отношение средней плотности материала к плотности стандартного вещества. За стандартное вещество принята вода при

температуре 4°С, имеющая плотность 1000 кг/м³. Относительная плотность (безразмерная величина) определяется по формуле:

Истинная плотность ρ_u — масса единицы объема абсолютно плотного материала, т. е. без пор и пустот. Вычисляется она в кг/м3, кг/дм3, г/см3 по формуле:

d=ρ_c /ρ_cт
где m — масса материала, кг, г; V_а — объем материала в плотном состоянии, м³, дм³, см³.

У неорганических материалов, природных и искусственных камней, состоящих в основном из оксидов кремния, алюминия и кальция, истинная плотность находится в пределах 2400-3100 кг/м³, у органических материалов, состоящих в основном из углерода, кислорода и водорода, она составляет 800-1400 кг/м3, у древесины - 1550 кг/м³. Истинная плотность металлов колеблется в широком диапазоне: алюминия - 2700 кг/м3, стали - 7850, свинца - 11300 кг/м³.
Пористость П - степень заполнения объема материала порами. Вычисляется в % по формуле:

П = (1 - ρ_{с /} ρ_u)

где ρ_с, ρ_u - средняя и истинная плотности материала.
Для строительных материалов П колеблется от 0 до 90%.
Для сыпучих материалов определяется пустотность (межзерновая пористость).
По величине пор материалы разделяют на мелкопористые, у которых размеры пор измеряются в сотых и тысячных долях миллиметра, и крупнопористые (размеры пор — от десятых долей миллиметра до 1~2 мм).

Гигроскопичность - свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из влажного воздуха. Поглощение влаги из воздуха объясняется адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией. Этот процесс, называемый сорбцией, обратимый. Волокнистые материалы со значительной пористостью, например теплоизоляционные и стеновые, обладают развитой внутренней поверхностью пор и поэтому высокой сорбционной способностью.

Водопоглощение - способность материала поглощать и удерживать воду. Водопоглощение характеризует в основном открытую пористость, так как вода не проходит в закрытые поры.

Степень снижения прочности материала при предельном его водонасыщении называется водостойкостью. Водостойкость численно характеризуется коэффициентом размягчения Кразм, который характеризует степень снижения прочности в результате его насыщения водой.
Влажность - это степень содержания влаги в материале. Зависит от влажности окружающей среды, свойств и структуры самого материала.
Водопроницаемость - способность материала пропускать воду под давлением. Она характеризуется коэффициентом фильтрации Кф, м/ч, который равен количеству воды Vв в м³, проходящей через материал площадью S = 1 м², толщиной а = 1 м за время t = 1 ч, при разности гидростатического давления P₁ - Р₂ = 1 м водного столба:

К_ф = V_в а / [S(P₁-P₂)t] или

Величина водопоглощаемости В определяется по массе:

В=(М₂-М₁)100/М₁

или по объёму:

Во=(М₂-М₁)100/υ,

М_{2 –} масса после водопоглащения, М₁ - масса до водопоглащения, υ – объём образца

Обратной характеристикой водопроницаемости является водонепроницаемость - способность материала не пропускать воду под давлением.
Паропроницаемость - способность материалов пропускать водяной пар через свою толщину. Она характеризуется коэффициентом паропроницаемости μ, г/(мхчхПа), который равен количеству водяного пара V в м³, проходящего через материал толщиною а = 1м, площадью S = 1 м² за время t = 1 ч, при разности парциальных давлений Р1 - Р2 = 133,3 Па:

μ = V_а / [S(P₁-P₂)t]

Морозостойкость - способность материала в водонасыщенном состоянии не разрушаться при многократном попеременном замораживании и оттаивании.
Разрушение происходит из-за того, что объем воды при переходе в лед увеличивается на 9%. Давление льда на стенки пор вызывает растягивающие усилия в материале.