Физические свойства строительных материалов

Физические свойства материала характеризуются особенностью его физического состояния или отношением к различным физическим процессам. К основным физическим свойствам относятся: плотность, пористость, водопоглощение, влажность, гигроскопичность, влагоотдача, водопроницаемость, теплопроводность, теплоемкость, огнестойкость, огнеупорность, паропроницаемость и газопроницаемость, звукопроницаемость.

Средняя плотность pм (г/см3; кг/м3; т/м3) - физическая величина, определяемая отношением массы тела или вещества в естественном состоянии ко всему занимаемому ими объему включая имеющиеся в них пустоты и поры:

где m - масса сухого материала, г, кг, т; V - объем материала по внешним размерам образца или объем вытесненной им жидкости, см3, м3, л.

Истинная плотность p - предел отношения массы тела или вещества к его объему без учета в нем пустот или пор, г/ см3:

где m - масса материала, г, кг; Va - объем, занимаемый материалом или веществом без пор и пустот, см3;

Насыпная плотность - отношение массы зернистых материалов или материалов в виде порошка ко всему занимаемому ими объему, включая и пространство между ними.

Пористость материала - степень заполнения объема материала порами. По значению пористость дополняет среднюю плотность до единицы или до 100 %:


Водопоглощение - это способность материала впитывать и удерживать в себе воду. Определяют водопоглощение путем насыщения водой образца, предварительно высушенного до постоянной массы. Количество поглощенной образцом воды, отнесенное к его массе в сухом состоянии, называют водопоглощением по массе, а отнесенное к его объему - водопоглощением по объему. Водопоглощение (%) вычисляют по формулам:


где m1 и m2 - масса материала соответственно в сухом и насыщенном водой состоянии, кг.

Разделив почленно эти выражения, получим зависимость


На значение водопоглощения влияет как степень пористости материалов, так и строение пор (замкнутые, открытые, крупные). Значение водопоглощения по объему всегда меньше 100 %. Водопоглощение по массе может быть выше 100 %.

Водостойкость - способность материала сохранять прочность при водонасыщении. Водостойкость численно характеризуется значением коэффициента размягчения:

где Rнac и Rcyx - предел прочности при сжатии соответственно водонасыщенного и сухого образцов; Кразм = 0 ... 1.

Строительные материалы вследствие неодинаковых плотности, структуры и состава характеризуются различной водостойкостью. Для таких материалов, как стекло, фарфор, сталь, Кразм = 1, а гипсовые при насыщении водой могут полностью разрушиться. Материалы с Кразм ≥ 0,75 относятся к водостойким.

Гигроскопичность - способность строительных материалов поглощать водяные пары из окружающего воздуха. Степень водопоглощения зависит от температуры и влажности воздуха, вида, количества и размера пор, а также от природы вещества.

Поглощение водяных паров из воздуха вызывается также адсорбцией, обусловленной большой внутренней поверхностью пористого материала. При уменьшении влажности и повышении температуры воздуха этот процесс носит обратимый характер. Повышенная гигроскопичность некоторых пористых материалов ухудшает их физико-механические свойства. Поэтому материалы с повышенной гигроскопичностью не рекомендуется применять в ограждающих конструкциях зданий и сооружений.

Водопроницаемость - способность материалов пропускать воду под давлением. Водопроницаемость характеризуется количеством воды, проходящей в течение 1 ч под постоянным давлением через 1 см испытуемого материала. Особо плотные материалы (стекло, сталь, полиэтилен и др.), а также достаточно плотные (например, специальный бетон) практически водонепроницаемы, большинство же композиционных материалов водопроницаемы. Это свойство существенно важно для материалов, из которых изготовляют конструкции гидротехнических сооружений, резервуаров, труб, коллекторов и других конструкций, подвергающихся гидростатическим воздействиям.

Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное и попеременное замораживание и оттаивание без выраженных признаков разрушения и потери прочности. При этом последовательному замораживанию, оттаиванию и осмотру подвергают образцы столько раз, сколько указано в технических требованиях, предъявляемых к данному материалу. Морозостойкими считают такие образцы материала, которые после установленных для них циклов замораживания и оттаивания не имеют выкрашиваний, трещин, расслаивания и не теряют по массе более 5 %. После заданного числа циклов попеременного замораживания и оттаивания определяют прочность материала при сжатии и вычисляют коэффициент морозостойкости:

где Rмрз - прочность образцов при сжатии после заданного числа n циклов замораживания и оттаивания, МПа; Rнас - прочность водонасыщенных образцов при сжатии до замораживания, МПа.

Допустимая потеря прочности после испытания на морозостойкость устанавливается ГОСТ на данный материал. Материал считается морозостойким, если Кмрз ≥ 0,75.