3. Общая, интегральная и условно-замкнутая пористость. Классификация пор. Связь пористости и свойств строительных материалов.
Пористость – степень заполнения материала порами. Поры это
мелкие ячейки в материале, заполненные воздухом или водой.
– общая пористость,%
Поб = [(Vест-Vа) / Vест] 100 (%)
Чаще всего общую пористость рассчитывают исходя из средней и
истинной плотности материала:
Поб = [(ρист - ρср ) ρист ] 100 (%)
– открытая пористость % (интегральная или кажущаяся) равна
объёму всех пор сообщающихся между собой и поверхностью образца
(Пот) (можно определить через водопоглощение).
- закрытая пористость:
Пз = Поб – Пот (%)
Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0
до 90-98%. Поры бывают мелкие (сотые и тысячные доли миллиметра)
и крупные (до 2-5 мм), замкнутые и сообщающиеся. Характер пор ва-
жен при оценке способности материала поглощать воду. Кирпич
(Поб=25…30%) активно поглощает воду, пенополистирол с замкнутой
пористостью (98%) практически её не поглощает.
Пористость материалов обуславливает такие свойства, как водо-
поглощение, теплопроводность, морозостойкость и т.д.
Существует много типов пористых систем. И в различных образцах, и в одном и том же образце отдельные поры могут значительно различаться как по форме, так и по размеру. Особый интерес во многих случаях может представлять поперечный размер пор, например, диаметр цилиндрических пор или расстояние между стенками щелевидных пор. Удобную классификацию пор по размерам предложил М. М. Дубинин. В настоящее время этаклассификация официально принята Международным союзом по теоретической и прикладной химии (IUРАС). В соответствии с этой классификацией поры делятся на виды по размерам: микропоры (<2 нм); мезопоры (2-50 нм); макропоры (>50 нм).
Эта классификация основана на следующем принципе: каждый интервал размеров пор соответствует характерным адсорбционным свойствам, находящим свое выражение в изотермах адсорбции. В микропорах благодаря близости стенок пор потенциал взаимодействия с адсорбированными молекулами значительно больше, чем в более широких порах, и величина адсорбции при заданном относительном давлении соответственно также больше. В мезопорах происходит капиллярная конденсация - на изотермах наблюдается характерная петля гистерезиса. Макропоры настолько широки, что для них невозможно детально изучить изотерму адсорбции. Поэтому такие пористые тела изучают методом ртутной порометрии - определяют то давление, которое необходимо для заполнения этих пор ртутью. Объемы ртути, вдавленные при определенных давлениях, дают возможность построить зависимость объема пор от их радиуса при использовании для этой цели уравнения Лапласа
, (1.3.54)
где r- радиус пор, заполняемых при избыточном давлении P, s - поверхностное натяжение ртути, Q - угол смачивания ртутью поверхности твердого тела.
Граница между различными классами пор не является жестко определенной, поскольку она зависит и от формы пор и от природы (особенно поляризуемости) молекул адсорбтива. Так наибольший размер пор, при котором ещё наблюдается увеличение адсорбции, т.е. верхний предел размеров микропор, для различных адсорбтивов может быть различным. Часто характерное для микропор возрастание потенциала взаимодействия и, как следствие, возрастание адсорбции прекращаются при таком относительном давлении (и соответствующем размере пор), которое еще не достигает значения Р/Рsначала петли гистерезиса. Поэтому в последние годы микропоры принято подразделять на очень узкие - так называемые ультрамикропоры, для которых характерен эффект возрастания адсорбции, и супермикропоры, размеры которых находятся между ультрамикропорами и мезопорами.
Можно отметить, что в целом в твердых телах существует широкий набор размеров пор - от макропор через мезопоры и микропоры до субатомных «пор» в виде промежутков между плоскостями спайности или дислокацийточечныхдефектов. Поэтому всегда существуют такие системы «пористое тело - газ или пар», которые не укладываются в предложенные наукой схемы и классификации.
Пористостью материала называют степень заполнения его объема порами. Пористость П дополняет плотность до 1 или до 100 % и определяется по формулам:
Пористость различных строительных материалов колеблется в значительных пределах и составляет для кирпича 25—35 %, тяжелого бетона 5—10, газобетона 55— 85 пенопласта 95 %, пористость стекла и металла равна нулю. Большое влияние на свойства материала оказывает не только величина пористости, но и размер, и характер пор: мелкие (до 0,1 мм) или крупные (от 0,1 до 2мм), замкнутые или сообщающиеся. Мелкие замкнутые поры, равномерно распределенные по всему объему материала, придают материалу теплоизоляционные свойства.
Плотность и пористость в значительной степени определяют такие свойства материалов, как водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность и др.
Влажность материала определяется содержанием влаги, отнесенным к массе материала в сухом состоянии. Влажность материала зависит как от свойств самого материала (пористости, гигроскопичности), так и от окружающей его среды (влажность воздуха, наличие контакта с водой).