36. Гидрофизические свойства строительных материалов (гигроскопичность, капиллярное всасывание, водопоглощение)

Структура строительных материалов характеризуется наличием пор, которые связаны между собой множеством капилляров.

Гигроскопичностью называют свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из влажного воздуха. Этот физико-химический процесс называют адсорбцией. Для идеального газа PV = RT и при постоянном V давление пара Р растет с Т. При сравнительно низких Р вода в порах и капиллярах находится в виде молекул, а при повышении Р происходит их конденсация, вначале в капиллярах, затем в порах. Связь между количеством поглощенной влаги а и давлением пара отражает изотерма адсорбции.

Резкое увеличение а при Р > Р_А связано с процессом капиллярной конденсации. При высоких Р жидкая вода накапливается также в порах.

Древесина, теплоизоляционные и стеновые материалы характеризуются высокой пористостью, поэтому хорошо поглощают влагу из воздуха и их влажность сравнительно велика даже при обычных условиях: для сухой древесины она равна 12–18%, для стеновых материалов 5–7% по массе.

Как следует из изотермы адсорбции а увеличивается при увеличении концентрации молекул воды в воздухе и температуры пара. Процесс адсорбции является обратимым. Определить гигроскопичность материала можно путем простого взвешивания сухого образца и образца, выдержанного во влажных условиях.

Капиллярное всасывание воды пористым материалом происходит, когда часть конструкции находится в воде. Так, грунтовые воды могут подниматься по капиллярам и увлажнять нижнюю часть здания. Этот процесс характеризуется высотой поднятия воды в материале h, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания. Величина h увеличивается с увеличением радиуса капилляра, что предъявляет повышенные требования к структуре бетонных оснований зданий.

Для определения h используют две методики. Первая методика основана на существовании связи между влажностью и электропроводностью. Вторая называется методикой меченых атомов. В первом случае измеряется величина электросопротивления материала, а во втором – концентрация меченых атомов в зависимости от h.

Водопоглощение пористых материалов определяют по стандартной методике, выдерживая образцы в воде (эту характеристику мы уже обсуждали). Определяют обычно две характеристики – водопоглощение по объему и водопоглощение по массе. Водопоглощение по объему для пористого бетона достигает 20-30% при пористости 50-60%. Эта величина всегда меньше пористости, поскольку вода вытекает из крупных пор. Водопоглощение по массе колеблется в очень широких пределах для разных материалов: для гранита от 0,02 до 0,7%, для тяжелого бетона от 2 до 4%, для кирпича от 8 до 15%, для теплоизоляционных материалов оно достигает 100% и выше. Водопоглощение отрицательно влияет на свойства материалов.

37. Методы определения водостойкости, газо- и паропроницаемости

Водостойкость материала характеризуется коэффициентом размягчения К_р = R_B/R_c, где R_c и R_B – пределы прочности на сжатие для сухого материала и насыщенного водой. К_р изменяется от 0 (размокшие глины) до 1 (металлы). Природные и искусственные каменные материалы не применяют в строительных конструкциях, находящихся в воде, при К_р  0,8. Определяют К_р путем измерения величин R_c и R_B на гидравлических прессах.

Водопроницаемость – это свойство материала пропускать воду под давлением, которое характеризуется коэффициентом фильтрации К_Ф (м/с), определяемым из выражения

V_В= К_ФS(P_l - P₂)t/а,

где V_B (м³) -количество воды, прошедшее через стенку площадью S и толщиной а,

t - время, Р_l - Р₂ –разность гидростатического давления на границах стенки (м водного столба). Элементы методики определения К_Ф отражает приведенный ниже рисунок. Водопроницаемость бетона характеризуется маркой, обозначающей одностороннее гидростатическое давление, при котором бетонный образец - цилиндр, не пропускает воду в условиях стандартного испытания. Чем ниже К_ф, тем выше марка бетона по водопроницаемости.

Водопроницаемость не допускается при строительстве гидротехнических сооружений. С целью ее снижения используют плотные, низкопористые материалы и гидроизоляционные слои.

Рис.

Газо- и паропроницаемость. При возникновении у поверхностей ограждения разности давления газа (градиента давления) происходит его перемещение через поры и трещины материала. Для обычных помещений этот процесс становится более интенсивным зимой, когда наружная часть стены промерзает. В это время происходит миграция пара от тепла к холоду, поскольку при отрицательной температуре его давление ниже, чем при положительной (при 20С Р = 2,33 кПа, а при -10С Р = 0,27 кПа). Газопроницаемость характеризуется коэффициентом газопроницаемости К_г, определяемым из выражения

V_ = К_гSt Р / а ,

где V_ - масса газа с плотностью , остальные обозначения те же, что и в формуле для К_ф. Стеновые материалы жилых зданий должны обладать определенной газопроницаемостью, для того, чтобы стены "дышали" и происходила естественная вентиляция воздуха. Они должны характеризоваться относительно высоким значением К_г . В случае специальных сооружений (газоубежища, хранилища газов) требуются материалы с низкими К_г. Существует корреляция величины К_г с пористостью материалов. Методика определения К_г похожа на методику определения К_ф.