Главная → Статьи

Физические свойства строительных материалов

К физическим свойствам материала относят плотность, пористость, водопоглощение, влагоотдача, гигроскопичность, водопроницаемость, морозостойкость, теплопроводность, звукопоглощение, огнестойкость, огнеупорность и некоторые другие.

Плотность.
Плотность материала бывает средней и истинной.

Средняя плотность определяется отношением массы тела (кирпича, камня и т. п.) ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты, и выражается в соотношении кг/м2.

Истинная плотность — это предел отношения массы к объему без учета имеющихся в них пустот и пор.

У плотных материалов, таких, как сталь и гранит, средняя плотность практически равна истинной, у пористых (кирпич и т. п.) — меньше истинной.

Пористость.
Эта характеристика определяется степенью заполнения объема материала порами, которая исчисляется в процентах. Пористость влияет на такие свойства материалов, как прочность, водопо-глощение, теплопроводность, морозостойкость и др.

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). Пористость строительных материалов колеблется в широком диапазоне. Так, например, у стекла и металла она равна нулю, у кирпича она составляет — 25-35%, у мипоры — 98%.

Водопоглощение — способность материала впитывать и удерживать в своих порах влагу.

По объему водопоглощение всегда меньше 100%, а по массе может быть более 100 %, например у теплоизоляционных материалов. Насыщение материала водой ухудшает его основные свойства, увеличивает теплопроводность и среднюю плотность, уменьшает прочность.

Степень снижения прочности материала при предельном его водонасыщении называется водостойкостью и характеризуется коэффициентом размягчения. Материалы с коэффициентом размягчения не менее 0,8 относят к водостойким. Их применяют в конструкциях, находящихся в воде, и в местах с повышенной влажностью.

Влагоотдача — это свойство материала терять находящуюся в его порах влагу. Влагоотдача характеризуется процентным количеством воды, которое материал теряет за сутки (при относительной влажности окружающего воздуха 60 % и температуре +2.0 градуса С).

Влагоотдача имеет большое значение для многих материалов и изделий, например стеновых панелей и блоков, которые в процессе возведения здания обычно имеют повышенную влажность, а в обычных условиях благодаря водоотдаче высыхают — вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала стен и влажностью окружающего воздуха, т. е., пока материал не достигнет воздушно-сухого состояния.

Гигроскопичность — свойство пористых материалов поглощать влагу из воздуха. Гигроскопичные материалы (древесина, теплоизоляционные материалы, кирпичи полусухого прессования и др.) могут поглощать большое количество воды. При этом увеличивается их масса, снижается прочность, изменяются размеры. Для некоторых материалов в условиях повышенной и даже нормальной влажности приходится применять защитные покрытия. А такие материалы, как кирпич сухого прессования можно использовать только в зданиях и помещениях с пониженной влажностью воздуха.

Водопроницаемостью называют способность материала пропускать воду под давлением. Эта характеристика определяется количеством воды, прошедшей при постоянном давлении в течение 1 часа через материал площадью 1 м2 и толщиной 1 м. К водонепроницаемым относятся особо плотные материалы (сталь, стекло, битум) и плотные материалы с замкнутыми порами (например, бетон специально подобранного состава).

Морозостойкость — это способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без снижения прочности и массы, а также без появления трещин, расслаивания, крошения.

Для возведения фундаментов, стен, кровли и других частей здания, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, необходимо применять материалы повышенной морозостойкости. Плотные материалы, не имеющие пор, или материалы с незначительной открытой пористостью, с водопогло-щением не более 0,5%, обладают высокой морозостойкостью.

Теплопроводность — свойство материала передавать теплоту при наличии разности температур снаружи и внутри строения. Эта характеристика зависит от ряда факторов: природы и строения материала, пористости, влажности, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Кристаллические и крупнопористые материалы, как, правило более теплопроводны, чем материалы аморфного и мелкопористого строения. Материалы, имеющие замкнутые поры, обладают меньшей теплопроводностью, чем материалы с сообщающимися порами.

Теплопроводность однородного материала зависит от средней плотности — чем меньше плотность, тем меньше теплопроводность, и наоборот. Влажные материалы более теплопроводны, чем сухие, так как теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха. От теплопроводности зависит толщина стен и перекрытий отапливаемых зданий.

Звукопоглощением называется способность материала ослаблять интенсивность звука при прохождении его через материал. Звукопоглощение зависит от структуры материала: сообщающиеся открытые поры поглощают звук лучше, чем замкнутые. Лучшими звукоизолирующими показателями обладают многоетой-ные стены и перегородки с чередующимися слоями пористых и плотных материалов.

Огнестойкость — это свойство материалов противостоять действию высоких температур. По степени огнестойкости материалы делят на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Несгораемые материалы (кирпич, бетон, сталь) под действием огня или высоких температур не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются, но могут сильно деформироваться.

Трудносгораемые материалы (фибролит, асфальтовый бетон и т. д.) тлеют и обугливаются, но после удаления источника огня эти процессы прекращаются. Сгораемые материалы (дерево, рубероид, пластмассы и т. д.) воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть и после удаления источника огня.

Огнеупорность — свойство материала противостоять, не деформируясь, длительному воздействию высоких температур. По степени огнеупорности материалы делят на огнеупорные, выдерживающие действие температур до 1580 °С и выше (шамотный кирпич), тугоплавкие, выдерживающие действие температур 1350-1580 °С (тугоплавкий кирпич), легкоплавкие, размягчающиеся или разрушающиеся при температуре ниже 1350 °С (керамический кирпич).

—

Большинство строительных материалов — это пористые тела.

Рис. 1. Соотношение объемов в пористом материале

Плотность и пористость изменяются в широких пределах и оказывают тем самым значительное влияние на свойства. С повышением плотности возрастает и прочность материала. С другой стороны, чем меньше плотность, тем легче становится конструкция. Воздух, находящийся в порах, обладает малой теплопроводностью, и чем выше пористость материала, тем лучше его теплоизолирующие свойства. Поэтому стремятся получить теплоизоляционные материалы с возможно более низкими значениями рт (не более 600 кг/м3).

Свойства материала зависят не только от суммарного объема пор. Большое значение имеет характер пористости. Различают открытые и замкнутые поры.

Открытые поры сообщаются между собой и выходят на поверхность изделий. Поэтому материал с открытыми порами легко насыщается водой, плохо сопротивляется коррозионным воздействиям. В некоторых случаях открытую пористость формируют в структуре материала умышленно. Это относится, например, к звукопоглощающим изделиям, дренажным трубам из керамики или керамзитобетона.

Размеры пор также различны: от нескольких миллиметров до микрометра и менее. В теплоизоляционных материалах стараются формировать поры минимального размера. При этом теплопередача через толщу материала сокращается. В гидротехническом бетоне, подвергаемом напорному воздействию воды, также должны содержаться преимущественно мелкие поры, поскольку при диаметре пор менее 1 мкм не происходит фильтрации воды через тело бетона.

Замкнутые поры, не насыщающиеся водой, и полузамкнутые, в которые вода проникает только под давлением, повышают стойкость материала.

Для характеристики свойств сыпучих зернистых материалов — цемента, песка, щебня — используют такие понятия, как насыпная плотность, пустотностБ и удельная поверхность.

По физическому смыслу понятия пустотность и пористость аналогичны. При изготовлении бетона стремятся использовать сыпучие заполнители — песок, щебень или гравий с минимальной пустотностью. В этом случае для заполнения пустот потребуется меньше цемента И бетон будет дешевле.

Активность тонких порошков, например цемента, зависит от размера частиц: чем меньше частицы, тем активнее цемент. К обобщенной характеристике физического состояния порошков относится удельная поверхность, которая представляет собой отношение суммарной площади поверхности всех частиц к массе частиц или занимаемому ими объему.

Рис. 2. Образование дополнительной поверхности!
а — до дробления частицы, б — после дробления

Следовательно, чем тоньше частицы, тем больше удельная поверхность порошка. Увеличивая ее, получают специальные виды портландцемента, например быстротвердеющий.

Очень часто в процессе эксплуатации строительные конструкции увлажняются и свойства материала изменяются. Чтобы получить численные характеристики свойств материала, подвергающегося действию влаги, используют следующие понятия.

Водопоглощение — это способность пористого материала впитывать и удерживать в порах капельножидкую влагу. Данное свойство отражает максимальное количество влаги, которое может поглотить материал, поэтому его иногда называют максимальной влагоемкостью. К численным характеристикам относятся водопоглощение по массе и водопоглощение по объему.

Водопоглощение различных материалов, которое зависит от характера пористости, может изменяться в широких пределах. Значения WM составляют для гранита 0,02…0,7%, тяжелого бетона — 2…4, кирпича— 8…20, легких теплоизоляционных материалов с открытой пористостью— 100% и более. По объему водопоглощение не превышает пористости, так как объем впитанной материалом воды не может быть больше объема пор.

Влажность может изменяться от нуля, когда материал сухой, до величины WM, соответствующей максимальному водосодержанию.

Увлажнение приводит к изменению многих свойств материала. Повышается вес строительной конструкции, возрастает теплопроводность. В реальном материале всегда есть множество дефектов структуры, среди которых наиболее опасны микротрещины. Вода обладает расклинивающим действием и, попадая в микротрещины, увеличивает их протяженность. Это уменьшает прочность материала.

Водонепроницаемость — способность материала сопротивляться проникновению в него воды под давлением. Это свойство особенно важно для бетона, используемого при возведении плотин. Такой бетон испытывает действие большого напора воды и должен предотвращать ее фильтрацию сквозь тело плотины. Водонепроницаемость бетона оценивают маркой (МПа или кгс/см2), обозначающей максимальное одностороннее гидростатическое давление, при котором стандартный образец не пропускает воду.

Чтобы повысить водонепроницаемость, в состав бетона вводят уплотняющие добавки. Используют и конструкционные меры: защищают бетон гидроизоляционными покрытиями, устраивают экраны.

У наиболее водостойких материалов — гранита, тяжелого бетона — значения k9 приближаются к единице, у неводостойких — строительного картона, необожженной глины — они близки к нулю. Материалы, у которых &р>0,8, считаются достаточно водостойкими; их разрешается применять в сырых местах без специальных защитных покрытий.

Под действием влаги пористые материалы набухают. При высыхании происходит обратный процесс — усадка. Оба эти процесса, которые протекают в объеме конструкции неравномерно, вызывают значительные структурные напряжения в материале. В результате при набухании изделие или конструкция может покоробиться, а при усадке — возникнуть трещины. Относительные деформации усадки строительного раствора достигают 0,5…1 мм/м, бетона — 0,3…0,7, древесины сосны — 30…50 мм/м. Для уменьшения усадочных деформаций природные материалы, например древесину, пропитывают специальными веществами, у композиционных искусственных материалов, например бетона, регулируют состав.

Морозостойкостью называют способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание. Марка по морозостойкости F обозначает наибольшее число циклов замораживания — оттаивания, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15% (для некоторых материалов 25%); потеря массы при этом не должна превышать 5%.

В наружных конструкциях, подверженных действию воды и переменных температур, морозостойкость — это определяющий фактор долговечности. Проектную марку материалов по морозостойкости устанавливают в зависимости от условий эксплуатации конструкции, а также климата. Например, для возведения наружных стен используют легкий бетон и керамический кирпич марок по морозостойкости F15, F25 и F35. Дорожный бетон, работающий в более тяжелых условиях, изготовляют марок F50…F200, а гидротехнический — до F500.

Метод оценки морозостойкости каменных материалов путем многократного замораживания—оттаивания образцов, предложенный профессором Петербургского института инженеров путей сообщения Н. А. Бе-лелюбским, был принят в 1886 г. на Международной конференции по испытанию материалов. Этот метод применяют и сейчас во всех странах.

Для испытания на морозостойкость стандартные образцы материалов или целые мелкоштучные изделия (например, кирпич) вначале насыщают водой и замораживают при температуре —15…—20 °С. Затем образцы извлекают из морозильной камеры и оттаивают в воде комнатной температуры. Такое замораживание и оттаивание составляет один цикл испытания.

Как известно, при переходе воды в лед наблюдается явление расширения (приблизительно на 9%). Следовательно, замерзание воды в порах влажного материала вызывает в нем внутренние растягивающие напряжения, которые разрушают стенки пор. Необратимые изменения в структуре накапливаются по мере увеличения числа циклов испытания и в конечном итоге приводят к падению прочности материала (рис. 3).

Воздухо-, газо- и паропроницаемость характеризуют способность материалов пропускать воздух, газ или водяные пары при разности давлений на противоположных поверхностях ограждения.

Требования к проницаемости зависят от тех функций, которые должен выполнять материал: в одних случаях она должна быть высокой, в других — низкой. К примеру, в наружных стенах лучше использовать материалы с довольно большой воздухо- и паро-проницаемостью. Тем самым обеспечивается естественная вентиляция в зданиях, где нет кондиционирования воздуха. Поэтому стены жилых зданий, как правило, не отделывают плотными, непроницаемыми материалами. Напротив, в производственных цехах с влажным или мокрым режимом атмосферы устраивают с внутренней стороны стен паронепроницаемые слои, чтобы предотвратить конденсацию водяных паров в толще стенового материала. При строительстве специальных сооружений, в частности резервуаров для хранения газов, используют материалы, обладающие практически полной газонепроницаемостью.

Рис. 3. Изменение прочности материала R в зависимости от числа циклов замораживания—оттаивания N (марка по морозостойкости F 150)

Рис. 4. Схема передачи теплоты через ограждающую поверхность (стрелка показывает направление теплового потока)

В основном проницаемость зависит от пористости материала. Например, если принять за единицу паро-проницаемость тяжелого бетона с пористостью 13… …15%, то у керамического кирпича при пористости 30… …35% эта характеристика окажется в 4…5 раз выше.

Строительные конструкции в процессе эксплуатации подвергаются постоянному или переменному тепловому воздействию. Для характеристики свойств материала в этом случае используют понятия теплопроводности, теплоемкости, термического расширения, огнеупорности и огнестойкости.

Теплоемкостью называют свойство материала поглощать теплоту при нагреве либо отдавать при остывании. Она характеризуется удельной теплоемкостью с, равной количеству теплоты, кДж, необходимой для нагрева 1 кг материала на 1 °С. Удельная теплоемкость неорганических строительных материалов находится в пределах 0,4…1 кДж/(кг-°С), сухой древесины — 1,7…2 кДж/(кг-°С). У воды наибольшая теплоемкость— 4,2 кДж/(кг-°С), поэтому при увлажнении материалов их теплоемкость возрастает. Численные характеристики теплоемкости используют при расчете теплоустойчивости ограждающих конструкций. Кроме того, значения с надо знать для расчета затрат топлива и энергии на обогрев материалов и конструкций при зимних работах.

Термическое расширение характеризует свойство материала изменять размеры при нагреве. Для численной характеристики такого явления используют температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), равный относительному удлинению материала при нагреве его на 1 °С.

Вследствие термических и усадочных деформаций в сооружениях большой протяженности могут образоваться недопустимые по условиям эксплуатации перекосы, трещины или разрывы. Чтобы этого не было, устраивают температурно-усадочные (деформационные) швы, которые как бы разрезают сооружение. Расстояние между швами назначают, в частности, с учетом термического расширения материалов. Например, по СНиП II-22—81 при расчетной температуре наружного воздуха ниже —40°С деформационные швы в кладке стен из керамического кирпича устраивают с интервалом 50…60 м, а в кладке из силикатного кирпича, у которого ТКЛР в два раза больше,— с интервалом 35…40 м.

Огнеупорность — свойство материала выдерживать длительное воздействие высоких температур, не размягчаясь и не деформируясь. Огнеупорными считают материалы, выдерживающие температуру более 1580 °С. Материалы, работающие в температурном интервале 1350… 1580 °С, называют тугоплавкими, а при температуре менее 1350 °С — легкоплавкими.

Огнестойкость — свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре. Основная характеристика строительных конструкций в условиях пожара— степень огнестойкости, которая зависит от сгораемости материала и предела огнестойкости конструкции.

Сгораемость — это способность материала воспламеняться и гореть. Материалы бывают несгораемыми, трудносгораемыми и сгораемыми.

Несгораемые материалы под действием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К ним относятся такие неорганические материалы, как, например, бетон и сталь.

Трудносгораемые материалы воспламеняются, тлеют или обугливаются лишь в присутствии источника зажигания. После удаления огня горение или тление прекращается. В эту группу входят, в частности, асфальтобетон, самозатухающий пенопласт, древесина, пропитанная специальными веществами — антипире-нами.

Сгораемые материалы продолжают гореть или тлеть даже после удаления источника зажигания, т. е. способны к самостоятельному горению в атмосфере нормального состава. К ним относят органические материалы: древесину, строительные пластмассы, битуминозные кровельные и гидроизоляционные материалы и др.

Предел огнестойкости — это промежуток времени (минуты или часы) от начала возгорания до возникновения в конструкции предельного состояния. Предельным состоянием считают потерю несущей способности, т. е. обрушение конструкции; возникновение в ней сквозных трещин, через которые на противоположную поверхность могут проникать продукты горения и пламя; недопускаемый нагрев поверхности, противоположной действию огня, который может вызвать самопроизвольное возгорание других частей сооружения.

Ошибочно полагают, что для изготовления огнестойкой конструкции достаточно лишь применить несгораемый материал. Это условие необходимо, но оно недостаточно. Некоторые несгораемые материалы (гранит, асбестоцемент) при пожаре растрескиваются, металлические конструкции сильно деформируются. Их приходится защищать более огнестойкими материалами.

Упругость — свойство твердого тела самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия внешней силы. Упругая деформация, полностью исчезающая после снятия внешней нагрузки, называется обратимой.

Пластичность характеризует способность материала под действием внешних сил изменять первоначальную форму без нарушения сплошности структуры. После снятия нагрузки пластичный материал не восстанавливает первоначальной формы. Пластическая (остаточная) деформация, не исчезающая после снятия нагрузки, называется необратимой.

Рис. 5. Диаграмма деформаций стали (а) и бетона (б)

Под действием внешних нагрузок в материале возникают внутренние силы упругости, стремящиеся возвратить его в первоначальное состояние. Физическая величина, которая характеризует интенсивность внутренних сил, приходящихся на единицу площади сечения, называется механическим напряжением. При одноосном растяжении или сжатии напряжение а определяют по формуле o=F/A, где F — действующая сила; А—площадь первоначального поперечного сечения элемента.

Механические свойства материалов характеризуются диаграммой деформаций, которую строят в координатах «механическое напряжение о — относительная деформация» (рис. 5).

Начальные участки диаграмм деформирования прямолинейны. Это означает, что материал работает как упругое тело и его деформация пропорциональна напряжению.

Модуль упругости представляет собой отношение напряжения к вызванной им упругой деформации. Он характеризует жесткость материала, его способность деформироваться под влиянием внешних сил. Чем выше Е, тем менее материал склонен к деформациям. Такие конструкционные материалы, как сталь, железобетон, отличаются высоким модулем упругости.

Прочностью называют свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, вызванных внешними силами. Количественная характеристика прочности — это предел прочности, численно равный напряжению, при котором материал разрушается.

Для экспериментального определения предела прочности материала используют образцы правильной геометрической формы — кубы, призмы, цилиндры, стержни, полоски. Размеры образцов, процедура испытания, вид и скорость нагружения, правила обработки результатов выдерживаются в строгом соответствии с требованиями стандарта.

Рис. 6. Схема определения предела прочности:
а — при сжатии, б — при растяжении

Нагрузку выражают в меганыотонах, площадь — в м2, поэтому в Международной системе единиц предел прочности, как и напряжение, выражается в.Мн/м2 или в МПа. Однако в ряде действующих нормативных документов сохранилась размерность предела прочности в технической системе единиц— кгс/см2. Приблизительное соотношение между ними: 1: МПа =10 кгс/см2.

Характеристики прочности арматурных сталей устанавливают по диаграмме а—е, получаемой при Испытании образцов на растяжение. Выделенные на диаграмме точки соответствуют качественным изменениям, происходящим в процессе испытания образца, и характеризуют деформационные и прочностные свойства стали.

Предел упругости оу соответствует максимальному напряжению, после снятия которого в образце не наблюдается остаточных деформаций (точка А на диаграмме).

Большинство строительных материалов — это хрупкие тела, которые разрушаются без заметных пластических деформаций. Предел прочности при сжатии таких материалов, как бетон, гораздо больше предела прочности при растяжении. Это означает, что их можно использовать только для возведения сжимаемых конструкций — колонн, стен.

Некоторые материалы характеризуются прочностью при растяжении, равной или большей прочности при сжатии (сталь, древесина). Их применяют в изгибаемых или растягиваемых конструкциях — балках, плитах, элементах строительных ферм. Для расширения конструктивных возможностей хрупких каменных материалов в их состав вводят элементы, хорошо сопротивляющиеся растяжению. Например, сочетание бетона со стальной арматурой дает железобетон.

Бетон в фундаментах машин или в конструкции дорожного покрытия подвержен действию ударных повторяющихся нагрузок. Для характеристики свойств в этих случаях применяют понятие динамической прочности, т. е. способности материала сопротивляться разрушению при ударных нагрузках. Динамическую прочность хрупких строительных материалов определяют путем сбрасывания на образец груза стандартной массы. Груз последовательно поднимают все выше и выше, пока при очередном падении (ударе) образец не разрушится. Высота, с которой сброшен груз, разрушивший образец, и будет характеристикой динамической (ударной) прочности.

Для пластичных материалов, в частности, металлов, используют другую условную характеристику — ударную вязкость. Ее определяют путем испытания образцов на маятниковом копре. Образец выполняют в форме бруска квадратного сечения с надрезом посередине (рис. 7). Ударная вязкость характеризуется отношением работы, затраченной на разрушение образца, к площади его поперечного сечения в месте надреза и выражается в Дж/см2 или Дж/м2. Чем брльше значение ударной вязкости, тем менее склонен материал к хрупкому разрушению. По этой характеристике часто оценивают влияние низких температур на изменение свойств сталей (так называемую хладноломкость).

Твердость — свойство поверхностных слоев материала сопротивляться местным деформациям. У боль-щинства материалов твердость определяют путем вдавливания в образцы с установленным усилием стрелкой показано направление удара маятника стального шарика либо твердого наконечника правильной геометрической формы — конуса или пирамиды. После удаления нагрузки на поверхности испытываемого материала остается отпечаток. Чем меньше отпечаток, тем выше твердость материала. Отношение приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка называется числом твердости. Твердость металлов определяют методами Бринелля и Роквелла.

Рис. 7. Схема испытания образца на ударную вязкость:
1 — упоры маятникового копра, 2 — образец, 3— место надреза;

Испытывая твердость по Бринеллю, вдавливают в поверхность металла с установленным стандартом усилием шарик диаметром 2,5; 5 или 10 мм из термически упрочненной стали. После снятия нагрузки измеряют диаметр отпечатка и по таблицам вычисляют площадь его поверхности. Отношение нагрузки, МН, к площади поверхности отпечатка, мм2, называется числом твердости по Бринеллю и обозначается НВ. Значения НВ равны: для алюминия —20, железа — 80, стали марки СтЗ—125, углеродистой стали с содержанием углерода 0,3% —160, вольфрама — 290. Методом Бринелля испытывают металлы и сплавы с числом твердости не более 450.

Чтобы определить твердость по Роквеллу, вдавливают в поверхность металла алмазный конус иди шарик диаметром 1,59 мм из закаленной стали. Усилие прикладывают в два этапа, соответствующих предварительной и основной нагрузкам. Твердость по Роквеллу характеризуют в условных единицах. Прибор для испытания снабжен индикатором часового типа с тремя шкалами, по которым устанавливают число твердости. По шкалам Л и С измеряют твердость при вдавливании в металл алмазного конуса, по шкале В — термически обработанного стального шарика. В зависимости от использованной в процессе испытания шкалы твердость по Роквеллу обозначают индексами: HRA, ЙЯВ и HRC.

Для ориентировочного перевода твердости по Роквеллу в числа твердости по Бринеллю пользуются специальными таблицами.

По твердости можно судить о других механических свойствах материала. Так, показатель твердости используют для оценки прочности бетона неразрушаю-щими ударными методами (склерометрические испытания). Характеристика твердости имеет важное значение при выборе материалов для покрытия полов и дорожных одежд. Твердые материалы, например кварц, используют в качестве абразивов при обработке поверхностей строительных конструкций, очистке стальной арматуры.

Истираемость — свойство образца материала уменьшаться в объеме и массе под воздействием истирающих усилий.

Сопротивление истиранию определяют путем воздействия на образец материала стандартными абразивами — кварцевым песком или наждаком. Это свойство имеет решающее значение при выборе долговечных материалов для лестничных ступеней, полов, автомобильных дорог.

Способность к изгибу характеризует свойство арматурной стали изгибаться по определенному радиусу при нормальной температуре на различные углы а (45…180°) без образования трещин (рис. 8, а). Таким методом испытывают арматурные стержни.

Рис. 8. Испытание арматурной стали на:
а — холодный изгиб, б — многократный перегиб; 1 — образец, г —оправка, 3 —опора, 4 — поводок, 5 —губки; 6 — последовательность перегибов

Холоднотянутая проволока в процессе изготовления арматурных изделий (сеток, каркасов) подвергается многократным изгибам и перегибам в различных плоскостях. Для определения механических свойств проволоку испытывают на многократный перегиб, последовательно изгибая ее со скоростью 60 перегибов в минуту до разрушения образца (рис. 8).

ральные и органические масла, кислоты, нефтепродукты. Воздушная среда современных промышленных городов содержит в больших количествах газы, например сернистый. Попадая в поры бетона, газы при большой влажности атмосферы растворяются в конденсате и образуют кислоты, например сернистую, постепенно разрушающие бетон.

Металлы и сплавы подвергаются коррозии под действием сред, не проводящих электрический ток, например некоторых газов при высокой температуре, нефтепродуктов, содержащих органические кислоты. Такую коррозию металлов называют химической. Чаще металлы, в том числе стальная арматура железобетонных конструкций, корродируют в средах, проводящих электрический ток —водных растворах солей, кислот, щелочей. В этом случае возникает электрохимическая коррозия.

Стойкость материала против коррозионных воздействий характеризуют скоростью коррозии в агрессивной среде, стойкость стальной арматуры — по степени поражения коррозией закладываемых в бетон образцов, которые перед испытанием тщательно полируют. Степень поражения рассчитывают как отношение площади поверхности, подвергшейся коррозии, ко всей площади поверхности образца.

Чтобы повысить химическую стойкость, стараются изготовить более плотный бетон, использовать в его составе вяжущие и заполнители, наиболее стойкие к коррозии в данной среде. Стальную арматуру покрывают в необходимых случаях защитными составами. При большой агрессивности среды прибегают к антикоррозионной защите конструкций.

Способность к химическим превращениям свойственна практически всем материалам. Эти превращения могут происходить в результате химического взаимодействия веществ, а также под влиянием внешних факторов, например температуры, влажности, солнечной радиации.

Химические превращения наблюдаются при хранении и технологическом использовании материалов, а также в период эксплуатации строительных конструкций. Например, длительное хранение во влажной атмосфере приводит цемент к порче, так как он вступает в химическое взаимодействие с влагой и углекислотой воздуха. В итоге получается так называемый лежалый цемент, сильно уступающий по качеству свежеизготовленному.

В процессе изготовления бетонных смесей вяжущее вещество, например цемент, вступает во взаимодействие с водой. В результате реакций возникают новообразования — кристаллогидраты, содержащие воду в химически связанном виде. Новообразования формируют кристаллический сросток, придающий бетону основное свойство — прочность.

Выделение и поглощение теплоты — свойство, зависящее в основном от химической природы вещества и проявляющееся при протекании химических реакций. Реакции, которые сопровождаются выделением теплоты, называют экзотермическими, поглощением— эндотермическими. Большинству химических реакций, происходящих при взаимодействии вяжущих веществ (цементных, гипсовых) с водой, сопутствует выделение теплоты. Интенсивность процесса характеризуют количеством теплоты, кДж, приходящейся на 1 кг вяжущего. Способность цементов к выделению теплоты при твердении можно рассматривать и как положительное свойство (например, при бетонировании конструкций в зимнее время), и как отрицательное (бетонирование массивных конструкций, в которых со временем могут появиться трещины из-за большого перепада температур в центре и на поверхности).

Кроме того, для конкретных материалов необходимо рассматривать и специальные свойства. Например, для бетонных смесей — это удобоукладываемость, для арматурных сталей — свариваемость и т.д. Они будут рассмотрены при изучении конкретных материалов.

—

К физическим свойствам относят: плотность, объемную массу, пористость, водопоглощение, влагоотдачу, влажность, гигроскопичность, водопроницаемость, морозостойкость, воздухо-, газо-и паропроницаемость, теплопроводность, огнестойкость и огнеупорность.

Для сыпучих материалов (цемент, песок, гравий, щебень) определяют насыпную объемную массу с учетом пор в самом материале и пустот между зернами или кусками материала. Ниже приведена объемная масса некоторых строительных материалов в воздушно-сухом состоянии.

Величина пористости строительных материалов колеблется от 0 (стекло и металл) до 95% для пенопластов. На свойства материалов большое влияние оказывает не только величина пористости, но и размер пор — мелкие (до 0,1 мм) или крупные (до 2 мм), а также их характер — замкнутые или сообщающиеся.

Плотность, объемная масса и пористость материалов имеют очень большое значение в строительстве, так как с ними связаны такие свойства материалов, как водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность и др.

Водопоглощением материалов называют способность их впитывать и удерживать воду.

Гигроскопичностью называют способность пористых материалов поглощать воду из воздуха при увеличении его влажности.

Водопроницаемость — это способность материала пропускать воду под давлением.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности. Измеряется количеством циклов замораживания и оттаивания. Морозостойкость имеет важное значение для стеновых и кровельных материалов, подвергающихся в процессе эксплуатации зданий многократному попеременному замораживанию и оттаиванию.

По числу выдерживания циклов замораживания и оттаивания строительные материалы делятся на марки: Мрз 10, 15, 25, 35 50, 100, 150, 200.

Воздухо-, паро- и газопроницаемостью называют способность материалов пропускать воздух, пар или газ через толщу под давлением.

Знание теплопроводности материалов необходимо при теплотехнических расчетах толщины стен и других ограждающих конструкций отапливаемых зданий, а также при определении толщины тепловой изоляции горячих поверхностей и холодильных камер.

Теплоемкостью называют свойство материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты. Теплоемкость характеризуется удельной теплоемкостью с, Дж/. которая определяется количеством теплоты Q, Дж, необходимой для нагревания 1 кг материала на 1°:

Огнестойкостью называют способность материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур в условиях пожара. По степени огнестойкости строительные материалы можно разделить на три группы: несгораемые (например, бетон, кирпич, металл), трудносгораемые (например, асфальт, фибролит), сгораемые (например, дерево, рубероид, пластмассы, краски).

Огнеупорностью называют свойство материалов выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не расплавляясь и не деформируясь. По степени огнеупорности материалы делятся на три группы: огнеупорные, выдерживающие действие температур выше 1580 °С (шамотный кирпич); тугоплавкие, выдерживающие действие температур от 1350 до 1580” (гжельский кирпич); легкоплавкие с огнеупорностью ниже 1350° (обыкновенный глиняный кирпич).

Химическая или коррозионная стойкость — свойство материала сопротивляться действию кислот, щелочей, растворенных в воде солей и газов.

Ваш отзыв