Строительно-технические свойства материалов

Пористость – содержание в веществе пор, ячеек, пустот (%). Различают низкопористые (менее 30%), среднепористые (от 30% до 50%) и высокопористые (более 50%) материалы. Характер пористости бывает закрытым, открытым, сообщающимся; поры могут быть мелкие, крупные. Величины пористости: пенопласты – 96%, древесина – 65%, бетон легкий – 60%, кирпич керамический – 35%, бетон тяжелый – 10%, гранит – 1%, сталь – 0%.

Истинная плотность, ρ (г/см³, кг/м³) – отношение массы к объему материала в абсолютно плотном состоянии, т.е. без пор и пустот ρ = m / v. Средняя плотность ρср. (г/см³, кг/м³) – отношение массы материала к его объему в естественном состоянии вместе с возможными порами и пустотами. Различают тяжелые (более 2000 кг/м³) и легкие материалы (менее 1000 кг/м³). Величины средней плотности (кг/м³): пенопласт – 50, древесина – 575, бетон легкий – 1200, кирпич керамический – 1900, природный камень – 2500, бетон тяжелый – 2200, сталь – 7860. Плотность влияет на долговечность материала.

Свойства при действии влаги, воды, замораживания-оттаивания:

Влажность – содержание влаги в материале, отнесенное к массе материала в сухом состоянии, измеряемое в процентах. Высокой считается влажность более 20%, низкой – менее 5%.

Гигроскопичность – способность материала поглощать водяные пары из воздуха (при его повышенной влажности) и удерживать их вследствие капиллярной конденсации.

Водопоглощение – способность материала при непосредственном контакте с водой впитывать ее и удерживать. %, с погрешностью 0,1%. Более 20% - высокий показатель, менее 5% - низкий. Древесина – 150%, кирпич керамический – 12%, бетон тяжелый – 3%, гранит – 0,5%.

Водостойкость – характеризуется коэф. размягчения (Кр) – отношением предела прочности при сжатии материала, насыщенного водой к пределу прочности при сжатии материала в сухом состоянии. При > 0,8 материал для строений постоянно контактирующих с водой.

Водопроницаемость – способность материала пропускать воду под давлением. Характеризуется количеством воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 см² площади испытуемого материала при постоянном давлении. Измеряется время, в течение которого образец не пропускает воду при постоянном давлении воды, или гидростатическое давление, которое выдерживает образец материала в течение определённого времени. Стекло и металлы водонепроницаемы, практически не пропускают воду материалы с замкнутыми мелкими порами.

Морозостойкость – способность насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительных потерь массы и прочности. Замораживание производят при температуре -15…-20˚С в течение 4-8 ч, оттаивание происходит в ванне с водой при температуре +15…+20˚С в течение 4 ч и более. Высокая морозостойкость – более 100 циклов, десятки циклов – удовлетворительная, менее 10 циклов – низкая. Показания морозостойкости определяют долговечность материала в ограждающих конструкциях.

Теплопроводность – способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий при разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Коэф. теплопроводности (λ) представляет собой кол-во теплоты, прошедшей в течение 1 ч через испытуемый материал толщиной 1 м при разнице температур на его противоположных поверхностях в 1 ˚С – Вт/м ˚С. Материалы с коэф. менее 0,17 – теплоизоляционные, менее 0,05 – значительный технико-экономический эффект. Сталь 58, гранит 3, бетон тяжелый 1,3, кирпич керамический 0,75, бетон легкий 0,5, пенопласты 0,04. Особенности строения влияют на теплопроводн, например у древесины λ вдоль волокон в 2 раза больше поперёк.

Огнестойкость – способность материалов сохранять физико-механические свойства при воздействии огня и высоких температур в условиях пожара. По горючести делят на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (природный камень, бетон, кирпич, металлы). Трудносгораемые обугливаются, тлеют или с трудом воспламеняются, после удаления источника огня горение и тление прекращается (асфальтобетон, цементный фибролит). Сгораемые горят, тлеют и после удаления огня (древесина, бол-во пластмасс). Но при длительной действии огня может происходить химическое разложение мрамора, известняка или деформация стали, поэтому по степени горючести нельзя судить об огнестойкости.

Звукопоглощение – способность материалов поглощать звуковые волны. Коэф. поглощения α, показыв. какое определяется после испытания материала в реверберационной камере. Более 0,8 – высокий, менее 0,2 – низкий (минераловатные плиты – от 0,03 до 0,45, поропласт полужесткий 0,11 да 0,6). Хороший звукопоглощающий материал имеет пористо-волокнистую структуру с большим кол-вом пор сообщающегося разветвлённого характера, шероховатую поверхность.

Коррозионная стойкость – способность материалов сопротивляться действию агрессивных веществ. Виды коррозии: физическая, химическая, физико-химическая, электрохимическая, биологическая. Определяется разность масс образцов до и после воздействия агрессивной среды и соответствующее изменение прочностных и упругих хар-ик. СМ из органич. сырья (древесины или пластмассы) – сравнит. стойкие к слабым (<5%) кислотам и щелочам, но менее биостойки. Корроз. стойкость СМ из не органич. сырья зависит от их состава: если в материале преобладает двуоксид кремния, сравнит. стойкий к слаб кислотам, но взаимодействует с основными оксидами; если же в материале преобладают основные оксиды, сравнит. стойкий к слаб кислотам, но разрушается при взаимодействии с кислотами.

Свойства при действии статических и динамических сил:

Прочность – способность материалов сопротивляться разрушению или необратимому изменению формы под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами. Предел прочности – напряжение, соответ. Нагрузке, при которой фиксируется начало разрушения. Сжатие, растяжение, изгиб, удар. Высокая прочность при сжатии – 100 МПа и более, удовлетворительная – десятки МПа, низкая менее 10 МПа. Сталь 400 МПа, тяжелый бетон 40, кирпич керамический 15. При изгибе – сталь 400, бетон тяжелый 4, кирпич около 2 МПа.

Твердость – способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим при местном внедрении другого, более твердого тела, МПа. Шкала твердости Мооса: 10 алмаз, 9 корунд, 8 топаз, 7 кварц, 6 ортоклаз, 5 апатит, 4 плавиковый шпат, 3 кальцит, 2 гипс, 1 тальк.

Истираемость – способность материала уменьшаться в объеме и массе вследствие разрушения поверхностного слоя под действием истирающих усилий. Низкая истираемость – менее 0,5 г/см², высокая – 5 г/см², весьма стойки к истиранию кварциты, базальты, диориты, граниты, менее стоек мрамор.

Упругость – способность материала деформироваться под влияние нагрузки и самопроизовльно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешней среды. Упругая деформация обратима. Модуль упругости Е (модуль Юнга).

Пластичность – способность материала изменять форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь.После прекращения действия форма не восстанавливается, остаточная деформация – пластическая.

Хрупкость – способность твердого материала разрушаться при механических воздействиях без сколько-нибудь значительной пластической деформации. По х-ру деф-ий, завис. от состава и строения, материалы условно можно разделить на пластичные (# металлические материалы, кроме чугунных) и хрупкие (прир-ый камень, бетон, стекло оконное).