Физические свойства строительных материалов. Параметры состояния, методы их определения. Влияние пористости на свойства материалов.
Свойства, характеризующие особенности физического состояния материалов.
Физическое состояние строительных материалов достаточно полно характеризуется средней и истинной плотностью и пористостью.
С
редняя
плотность ρс — масса единицы объема
материала в естественном состоянии, т.
е. с порами. Она может быть сухого
материала, в состоянии естественной
или другой влажности, указываемой в
ГОСТ. Среднюю плотность (в кг/м3, кг/дм3,
г/см3) вычисляют по формуле:
где m — масса материала, кг, г; Vе — объем материала, м3, дм3, см3.
При изменении температуры и влажности среды, окружающий материал, меняется его влажность, а следовательно, и средняя плотность. Поэтому показатель средней плотности определяют после предварительной просушки материала до постоянной массы или вычисляют по формуле:
ω-количество воды в материале (доля от его массы);
рмв и рмс-средняя плотность влажного и сухого материала.
Среднюю плотность сыпучих материалов — щебня, гравия, песка, цемента и др. — 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, такие как сталь, стекло, битум, а также жидкие, имеют практически одинаковые истинную и среднюю плотности.
Средняя плотность материала является важной характеристикой при расчете прочности сооружения с учетом собственной массы, для определения способа и стоимости перевозки материала, для расчета складов и подъемно-транспортного оборудования. По величине средней плотности косвенно судят о некоторых других свойствах материала. Например, для каменных материалов существует приближенная зависимость между средней плотностью и теплопроводностью, а для древесины и некоторых каменных материалов (известняков) — между прочностью и плотностью.
И
стинная
плотность ρu — масса единицы объема
абсолютно плотного материала, т. е. без
пор и пустот. Вычисляется она в кг/м3,
кг/дм3, г/см3 по формуле:
где m — масса материала, кг, г; Vа — объем материала в плотном состоянии, м3, дм3, см3.
Истинная плотность каждого материала — постоянная физическая характеристика, которая не может быть изменена без изменения его химического состава или молекулярной структуры.
Относительная плотность d — отношение средней плотности материала к плотности стандартного вещества. За стандартное вещество принята вода при температуре 4°С, имеющая плотность 1000 кг/м3. Относительная плотность (безразмерная величина) определяется по формуле:
Большинство строительных материалов имеют поры, поэтому у них истинная плотность всегда больше средней. Лишь у плотных материалов (стали, стекла, битума и др.) истинная и средняя плотности практически равны, так как объем внутренних пор у них ничтожно мал.
Пористость П — степень заполнения объема материала порами. Вычисляется в % по формуле:
где ρс, ρu — средняя и истинная плотности материала.
Для строительных материалов П колеблется от 0 до 90%.
Выделяют пористость общую, открытую и закрытую:
По-открытая пористость;
М1, м2-массы материалов в сухом и водонасыщенном состоянии соответственно
Пз-закрытая пористость:
Пз=П-По
Для сыпучих материалов определяется пустотность (межзерновая пористость). Истинная, средняя плотности и пористость материалов — взаимосвязанные величины. От них зависят прочность, теплопроводность, морозостойкость и другие свойства материалов.
Экспериментальный (прямой) метод определения пористости основан на замещении порового пространства в материале сжиженным гелием и описан ранее.
Поры представляют собой ячейки, не заполненные структурным материалом. По величине они могут быть от миллионных долей миллиметра до нескольких миллиметров.
Более крупные поры, например между зернами сыпучих материалов, или полости, имеющиеся, в некоторых изделиях (пустотелый кирпич, панели из железобетона), называют пустотами. Поры обычно заполнены воздухом или водой; в пустотах, особенно в широкополостных, вода не может задерживаться и вытекает.
От величины пористости и ее характера (размера и формы пор, равномерности распределения пор по объему материала, их структуры--сообщающиеся поры или замкнутые) зависят важнейшие свойства материала: плотность, прочность, долговечность, теплопроводность, водопоглощение, водонепроницаемость и др. Например, открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость. Однако в звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает долговечность материала и уменьшает его теплопроводность.
Сведения о пористости материала позволяют определять целесообразные области его применения.