![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Физические свойства
Физические свойства - это свойства, характеризующие физическое состояние материалов, а также свойства, определяющие отношение материалов к различным физическим процессам. К первым относят плотность и пористость материала, степень измельчения порошков, ко вторым - гидрофизические свойства (водопоглощение, влажность, водопроницаемость, водостойкость, морозостойкость), теплофизические (теплопроводность, теплоемкость, температурное расширение) и некоторые другие. Истинная плотность ри — масса единицы объема абсолютно плотного материала (т.е. без пор и пустот): Ри = m / Va' где т - масса материала, кг; Va' — объем материала в плотном состоянии, м3. Истинная плотность каждого материала — постоянная физическая характеристика, которая не может быть изменена без изменения его химического состава или молекулярной структуры. Средняя плотность рср - масса единицы объема материала и естественном состоянии (т.е. с порами и пустотами). В ГОСТе она указывается для сухого материала, материала в состоянии естественной или другой влажности. Среднюю плотность вычисляют по формуле Рср = m / Ve' где т - масса материала, кг; Ve' - объем материала в естественном состоянии, м3. Среднюю плотность сыпучих материалов (щебня, гравия, песка, цемента и т.п.) называют насыпной плотностью. В объем входят поры непосредственно в материале и пустоты между зернами. Средняя плотность большинства материалов обычно меньше их истинной плотности. Отдельные материалы (например, сталь, стекло, битум, а также жидкие материалы) имеют практически одинаковую истинную и среднюю плотность. Пористость П - степень заполнения объема материала порами. Она вычисляется в процентах по формуле
П = (1- Pср/Pн) *100 Пористость строительных материалов колеблется от 0 до 90%. Для сыпучих материалов определяется пустотностъ (межзерновая пористость). Истинная, средняя плотность и пористость материала- взаимосвязанные величины. От них зависят прочность, теплопроводность, морозостойкость и другие свойства. Влажность Вл - содержание воды в материале в данный момент. Она определяется отношением массы воды, содержащейся в материале в момент взятия пробы для испытания, к массе сухого материала. Вычисляется в процентах по формуле
Вл = m(сух) - m(сух) / m(сух) х100 где m(вл), m(сух) - масса соответственно влажного и сухого материала, кг. Водостойкость - способность материала сохранять свою прочность при насыщении водой. Она оценивается коэффициентом размягчения Kразм, который равен отношению предела прочности материала при сжатии в насыщенном водой состоянии (Rвл МПа) к пределу прочности сухого материала (Ксух МПа):
Kразм = Rвл / Rсух Для разных материалов Kразм = 0... 1. Так, прочность глины при увлажнении резко изменяется, ее Kразм = 0. Металлы, стекло полностью сохраняют прочность в воде, для них Kразм. Строительные материалы с коэффициентом размягчения меньше 0, 8 во влажной среде не применяют. Гигроскопичность - способность материала поглощать влагу из окружающего воздуха. Она выражается в процентах как отношение массы воды, поглощенной материалом из воздуха, к массе сухого материала при относительной влажности воздуха 100% и температуре 20 °С. Водопоглощение В - способность материала впитывать и удерживать в своих порах воду. Оно подразделяется на водо-поглощение по массе и водопоглощение по объему. Водопоглощение по массе (Вт, %) равно отношению массы поглощенной образцом воды к массе сухого образца. Водопоглощение по объему (Bv, %) равно отношению массы поглощенной образцом воды к объему образца. Их определяют по следующим формулам:
B = m(вл) - m(сух) / m(сух) x100; Bv = m(вл) - m(сух) / V x100,
где m(вл) - масса образца, насыщенного водой, кг; m(сух) - масса образца, высушенного до постоянной массы, кг; V- объем образца, м3. Между водопоглощением по массе и водопоглощением по объему существует следующая зависимость: Bv= Bv*Pcp где рср — средняя плотность материала, кг/м3. Водопоглощение всегда меньше пористости, так как поры не полностью заполняются водой. Свойства материалов во влажном состоянии изменяются (увеличивается средняя плотность, повышается теплопроводность, уменьшается прочность). Водопроницаемость — способность материала пропускать через себя воду под давлением. Степень водопроницаемости зависит в основном от строения и пористости материала. Чем больше в материале открытых пор и пустот, тем больше его водопроницаемость. Водопроницаемость характеризуют массой воды, которая проходит через материал при разности гидростатического давления на границах материала. Водонепроницаемость — способность материала сопротивляться прониканию в него воды под давлением. Это свойство особенно важно для бетона, воспринимающего напор воды (трубы, резервуары, плотины). Водонепроницаемость бетона оценивают маркой (W2...W20), обозначающей максимальное одностороннее гидростатическое давление, при котором стандартный образец не пропускает воду. Для гидроизоляционных материалов водонепроницаемость характеризуется временем, по истечении которого начинается просачивание воды под определенным давлением через образец материала. Паропроницаемостъ - способность материала пропускать через свою толщу водяной пар. Она характеризуется коэффициентом паропроницаемости U, г/(м▪ ч▪ Па), который равен объему водяного пара (V, м3), проходящего через материал толщиной δ = 1м, площадью S = 1м³ за время τ = 1 ч при разности парциальных давлений p1 - p2= 133, 3 Па:
μ = Vδ / S(p1 - p2)*τ
Стены и покрытия в помещениях с повышенной влажностью следует защищать от проникания водяного пара. 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. Морозостойкость материала зависит от его плотности и степени заполнения пор водой. При воздействии статических или циклических тепловых факторов материал характеризуется теплофизическими свойствами. Они важны для теплоизоляционных и жаростойких материалов, для материалов ограждающих конструкций и изделий, твердеющих при тепловой обработке. К этим свойствам относятся теплопроводность, теплоемкость, огнестойкость, огнеупорность и др. Теплопроводность - способность материала проводить теплоту. Теплопередача происходит в результате перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал. Теплопроводность зависит от коэффициента теплопроводности λ, Вт/(м • °С), который равен количеству теплоты (Q, Дж), проходящей через материал толщиной S = 1м², площадью 5= 1м² за время t = 1 ч при разности температур между поверхностями t2 – t1 = 1 °С Теплопроводность материала зависит от его средней плотности, химического состава, структуры, характера пор, влажности. Наиболее существенное влияние на теплопроводность материала оказывает его средняя плотность. При известной средней плотности можно, пользуясь приведенной ниже формулой, вычислить ориентировочный коэффициент теплопроводности материала в воздушно-сухом состоянии:
Теплопроводность материала значительно возрастает при его увлажнении. Это объясняется тем, что коэффициент теплопроводности воды составляет 0, 58 Вт/(м * °С), а воздуха -0, 023 Вт/(м * °С). В табл. в качестве примера приведены данные о ячеистых бетонах, показывающие зависимость коэффициента теплопроводности от их средней плотности и влажности.
Теплоемкость - способность материала поглощать теплоту при нагревании. Она характеризуется удельной теплоемкостью с, Дж/(кг • °С), которая равна количеству теплоты (Q,, Дж), затраченной на нагревание материала массой т = 1 кг, чтобы повысить его температуру на t2 –t1= 1°С: Удельная теплоемкость каменных материалов составляет 755...925 Дж / (кг • °С), лесных - 2420...2750 Дж/(кг•°С). Наибольшую теплоемкость имеет вода (4900 Дж/(кг • °С)). Теплоемкость учитывается при расчете теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, подогрева материалов в зимний период. Огнестойкость — способность материала не разрушаться под воздействием высоких температур, пламени и воды в условиях пожара. По огнестойкости материалы подразделяются на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы (каменные материалы, металлы) не горят, не тлеют и не обугливаются. Трудносгораемые материалы (например, древесина, пропитанная антипиренами) обугливаются, тлеют или с трудом воспламеняются. При удалении источника огня или высокой температуры эти процессы прекращаются. Сгораемые материалы горят или тлеют. При удалении источника огня или высокой температуры горение и тление продолжаются. К сгораемым относят все незащищенные органические материалы. Огнеупорность - способность материала выдерживать длительное воздействие высоких температур, не размягчаясь и не деформируясь. По степени огнеупорности материалы подразделяются на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. Огнеупорные выдерживает температуру 1580 °С и выше, тугоплавкие - 1350... 1580, легкоплавкие - менее 1350 °С. Радиационная стойкость ~ способность материала сохранять свои структуру и свойства при воздействии ионизирующих излучений. Под влиянием излучений в материале могут произойти глубокие изменения - переход от кристаллического состояния в аморфное. Защитные свойства материала определяются его способностью задерживать гамма- и нейтронное излучения. Они оцениваются по толщине слоя материала, который ослабляет ионизирующее излучение в два раза. Толщина слоя половинного ослабления излучений Tyj Для бетона составляет 0, 1 м, для свинца-0, 18 м. Для защиты от гамма-излучения применяются материалы повышенной плотности (особо тяжелые бетоны, свинец, грунт), от нейтронного излучения — вода и материалы, содержащие связанную воду (лимонитовая руда, бетоны с добавками бора, кадмия, лития). При воздействии звука на материал проявляются его акустические свойства. По назначению акустические материалы делят на четыре группы: звукопоглощающие, звукоизолирующие, виброизолирующие и вибропоглощающие. Звукопоглощающие материалы предназначены для поглощения падающего на их поверхность шумового звука. Основной акустической характеристикой звукопоглощающих материалов является значение коэффициента звукопоглощения, равное отношению количества поглощенной материалом звуковой энергии к общему количеству падающей энергии на материал в единицу времени. Звукопоглощающими материалами называют те, у которых коэффициент звукопоглощения больше 0, 2. Звукоизолирующие материалы применяют для ослабления ударного звука, передающегося через строительные конструкции здания из одного помещения в другое. Оценку эффективности звукоизоляционных материалов проводят по двум основным показателям: динамическому модулю упругости и относительной сжимаемости (в процентах) под нагрузкой. Виброизолирующие и вибропоглощающие материалы предназначены для устранения передачи вибрации машин и механизмов на строительные конструкции зданий.
|