Плотность
— величина, равная отношению массы вещества к занимаемому им объему.
Плотность выражается в кг/м3 (г/см3). Различают среднюю, истинную и
насыпную плотность (табл. 1).
Средняя плотность рт — физическая величина, определяемая отношением
массы m тела или вещества ко всему занимаемому ими объему V, включая
имеющиеся в них поры и пустоты: pm = m/V.
Истинная плотность — предел отношения маесы к объему, когда объем
стягивается к точке, в которой определяется плотность тела или
вещества, т. е. без учета имеющихся в них пор и пустот.
Насыпная плотность — отношение массы зернистых материалов, материалов в
виде порошка ко всему занимаемому ими объему, включая и пространства
между частицами.
Для определения средней плотности берут изготовленный из материала
образец правильной геометрической формы (куб, цилиндр), взвешивают и
измеряют его объем. Чтобы определить плотность, пористый материал
предварительно тонко измельчают, а затем в лабораторных условиях
определяют объем, занимаемый полученным порошком, с помощью прибора Ле
Шателье. Насыпную плотность определяют с помощью воронки или наклонной
плоскости и сосуда объемом 1 л. У пористых материалов (керамзитобетон,
минеральная вата) средняя плотность меньше истинной плотности, у
плотных (сталь, гранит, стекло, битум) — практически равна истинной
плотности.
Пористость материала — это степень заполнения его объема порами.
Пористость материала определяют отношением разности между истинной и
средней плотностью к истинной плотности. Выражается пористость в
процентах.
От пористости зависят основные свойства материалов: плотность,
прочность, водопоглощение, теплопроводность, морозостойкость,
водопроницаемость и др. Пористость материалов колеблется в широких
пределах, например у гранитов и базальтов 0,2—0,8 %, у пенобетона 75—85
%, у стекла, битума и стали — нулевая пористость.
Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под
давлением. Степень водопроницаемости зависит от пористости материала,
формы и размеров пор. Водонепроницаемыми можно считать плотные
материалы с мелкими замкнутыми порами, в частности специальные бетоны и
растворы. Водопроницаемость — отрицательное свойство материала.
Например, у водопроницаемого бетона фильтрующаяся сквозь него вода
выщелачивает известь, а иногда вносит вредные вещества, которые снижают
прочность бетона или полностью разрушают его.
Водопроницаемость характеризуется коэффициентом водопроницаемости Кв,
который равен количеству воды, прошедшей в течение 1 ч через образец
площадью 1 м2 и толщиной 1 м.
Водопоглощение — способность материала впитывать и удерживать в порах
воду. Оно характеризуется отношением в процентах массы воды,
поглощенной образцом, полностью погруженным в воду« выдержанным в ней,
к массе сухого образца (массовое водопоглощение WB) или к объему
образца в сухом состоянии (объемное водопоглощение Wo):
r„=(«B-mcyx)100/mcyx; W0=(mB-mcyx) 100/1/, где mcyx — масса сухого
образца, г; т„ — масса насыщенного водой образца, г; V — объем сухого
образца, см3.
Водопоглощение зависит от плотности материала и строения пор.
Водопоглощение снижает прочность и морозостойкость материала. Чтобы
уменьшить водопоглощение искусственных материалов, при их изготовлении
стремятся получить равномерно распределенные мелкие замкнутые поры
(например, в ячеистом бетоне).
Коэффициент размягчения учитывают, когда строительные конструкции
работают во влажных условиях или подвергаются действию воды. Величина
его для разных материалов колеблется от 0 (необожженная глина) до 1
(стекло, сталь, битум, гранит). Материалы с коэффициентом размягчения
больше 0,7 считаются водостойкими. Эти материалы разрешается применять
в строительных конструкциях, возводимых в воде и влажных местах.
Теплопроводность — способность материала передавать теплоту через толщу
от одной своей поверхности к другой. Выражается теплопроводность в
Вт/(м-°С).
Теплопроводность зависит от состава и структуры материала, его
пористости и влажности. Например, теплопроводность кристаллических
материалов выше, чем материалов смешанного строения или аморфных. У
материалов большей пористости теплопроводность низкая, так как теплота
передается не только через стенки пор, но и через пузырьки воздуха,
заключенные в порах. Увеличение средней температуры, при которой
происходит передача теплоты от одной поверхности к другой, приводит к
повышению теплопроводности некоторых материалов,, особенно с крупными
порами. Теплопроводность пористых материалов резко возрастает при
увлажнении и еще более При замерзании воды в порах материала, так как
теплопроводность воды в 20—25, а льда в 80 раз больше, чем воздуха.
Тепловое расширение материалов характеризуется изменением линейных размеров и объема с увеличением или уменьшением температуры.
Линейные размеры образца материала (например, длину) при изменении его
температуры определяют по формуле /< = = /о(1+а<). где lt — длина
образца при температуре t°C, мм; /о — длина образца при О °С, мм; а —
температурный коэффициент линейного расширения материала (ТК.ЛР); t —
температура образца, °С. ТКЛР равен относительному удлинению материала
при нагревании его на 1 °С.
Объем образца материала при изменении его температуры определяют по
формуле V,= Vo{l+$t), где Vt — объем образца при температуре t °C, мм3;
V0 — объем образца при О °С, мм3; t — температура образца, °С; р* —
коэффициент объемного расширения материала. Коэффициент объемного
расширения равен относительному изменению объема материала при
нагревании его на 1 °С.
При нагревании материалов происходит изменение их плотности. Плотность
р( материала при температуре t °C, г/см3, равна p, = p0/(l +р<), где
ро — плотность материала при О °С, г/см3; t — температура образца, °С.
Теплоусвоение материала характеризуется коэффициентом теплоусвоения и
выражается в Вт/(м2-°С). Величина теплоусвоения зависит от теплоемкости
материала, его средней плотности, а также от скорости изменения
температуры у поверхности материала. Коэффициент усвоения теплоты
учитывают при выборе материалов для покрытий полов.
Теплоемкость — свойство материала поглощать определенное количество
теплоты при нагревании и выделять его при охлаждении. Теплоемкость
характеризуется удельной теплоемкостью, равной количеству теплоты в
джоулях, необходимой для нагревания 1 кг материала на 1 °С.
Удельная теплоемкость некоторых материалов, Дж/(кг-°С)
Природные каменные материалы 0,76—0,92
Бетоны 0,84
Сталь строительная …….. .0,52
Древесина сосны 2,52—2,7
Вода 4,20
Паро-, воздухо- и газопроницаемость материалов характеризуется
количеством пара, воздуха или газа, прошедшего через образец
определенных размеров при заданном давлении.
Строительные материалы с большой пористостью, особенно
теплоизоляционные, обладают повышенной газо- и паропроницаемостью, хотя
на степень паро- и газопроницаемости
влияет не только суммарная величина пористости, но и размер и характер
пор. Чтобы устранить это явление, необходимо устраивать в ограждающих
конструкциях газо- и паронепроницаемые слои.
Газопроницаемость материалов следует учитывать при возведении
сооружений, работающих при значительном разрежении (трубы, топки), а
паропроницаемость — в конструкциях помещений, температура которых более
низкая, чем температура окружающего воздуха (например, холодильная
камера). Газо- и паропроницаемость материалов необходимо учитывать
также при выполнении облицовок и покрытий полов.
Морозостойкость — способность материала или изделия в насыщенном водой
состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и
оттаивание без видимых признаков разрушения (трещины, расслаивания,
выкрашивания) и значительного снижения механической прочности и массы.
Для определения морозостойкости образцы, подлежащие замораживанию,
насыщают водой в течение 48 ч и помещают в холодильную камеру при
температуре не выше —15 °С.
По морозостойкости материалы подразделяют на марки. Например, марка
раствора (бетона) по морозостойкости обозначает число циклов
попеременного замораживания и оттаивания, при которых уменьшение
прочности бетонных образцов не превосходит 25 % при потере в массе не
более 5 % (ГОСТ 5802—86).
Огнестойкость — свойство строительных материалов сопротивляться
воздействию высокой температуры. По степени горючести различают
несгораемые, трудносгораемые и сгораемые материалы.
Несгораемые материалы не горят и не подвергаются значительным
деформациям под действием огня или высокой температуры (кирпич, бетон).
Трудносгораемые не горят, но подвергаются значительным деформациям под
действием огня или высокой температуры (сталь, гранит, гипс). Сгораемые
воспламеняются под действием огня или высокой температуры и продолжают
гореть после удаления источника теплоты (дерево, толь, рубероид).
Огнеупорность — способность материалов длительно противостоять, не
расплавляясь, воздействию высоких температур (158(VC и выше).
Огнеупорность зависит от химического и минералогического составов
материала и определяется на стандартных образцах, нагреваемых с
определенной скоростью.
3вукопоглощение — способность материала ослаблять интенсивность звука
при прохождении его через материал вследствие превращения энергии
звуковой волны в другие формы энергии (например, в тепловую).
Интенсивность звука выражается в Вт/м2. Единица измерения уровня
шума—децибел (дБ).
Звукопоглощение материалов оценивается
коэффициентом звукопоглощения а, характеризующимся отношением энергии
£„0™, поглощенной поверхностью, к общему количеству падающей энергии
£пад в единицу времени: а — ЕЛОгл/Е„ад..
Коэффициент звукопоглощения определяют в ревербе-рационной камере или с
помощью специального прибора — интерферометра. Коэффициент
звукопоглощения зависит от частоты и угла падения звука. Чем больше
пористость материала, чем больше развита поверхность его пор и больше
пор сообщается между собой, тем больше его звукопоглощение. Поэтому
звукопоглощающие материалы должны обладать большой пористостью
преимущественно сообщающегося и разветвленного характера. Оптимальные
размеры пор желательно иметь от 0,01 до 0,1 см. Звукопоглощение на
низких частотах происходит в более крупных порах. Увеличение влажности
материала резко снижает коэффициент звукопоглощения по всему диапазону
частот.
Классификацию звукопоглощающих материалов производят по классам в
зависимости от величины коэффициента звукопоглощения а на низких,
средних и высоких частотах.
Примером эффективных звукопоглощающих материалов являются
минераловатные плиты на синтетических связующих, акмигран, акминит и др.
