1.4.1.Фізичні властивості матеріалів

Рис. 1.1 - Вплив зовнішнього середовища на конструкції будівель

Щоб будівля або споруда була міцною та довговічною, необхідно знати агресивні дії зовнішнього середовища, в якому буде працювати кожна конструкція (рис. 1.1.). Тому важливо знати, які властивості має той чи інший матеріал.

Фізичні властивості матеріалу характеризують його реакцію на фізичні процеси навколишнього середовища і визначаються параметрами стану матеріалу. До параметрів стану матеріалу відносять такі технічні характеристики:

істинна густина  (г/см³, кг/м³) – маса одиниці об'єму абсолютно щільного матеріалу. Якщо маса матеріалу m, а V_а – його об’єм у щільному стані, то

 = m/V_а;

середня густина _о (г/см³, кг/м³) – маса одиниці об'єму матеріалу в природному стані (з порами і дефектами):

_о = m/V.

Середня густина матеріалу завжди менше істинної густини. Наприклад: середня густина легкого бетону – 500-1800 кг/м³, а його істинна густина – 2600 кг/м³;

відносна щільність d показує густину матеріалу відносно густини води і є безрозмірною величиною;

насипна густина _н (г/см^{3 ,}кг/м³) – маса одиниці об'єму пухконасипаних зернистих чи волокнистих матеріалів (цемент, пісок, щебінь і т.п.). Якщо маса матеріалу m , а V_н – його об'єм у пухконасипному стані, то

_н = m/V_н;

пористість П – є ступінь заповнення матеріалу порами.

Пористість визначають у процентах (%) чи частках одиниці.

При експериментально-розрахунковому методі визначення пористості використовують значення істинної й середньої густини:

П = (1 – ρ_о/ρ )100 %.

Значення пористості будівельних матеріалів коливається від 0 до 98 %. Наприклад, пористість важкого бетону – 10 %; цегли звичайної – 32 %; природних кам'яних матеріалів магматичного походження – 1,4 %; міпори (спінених полімерів) – 98 % (табл. 1.1).

Таблиця 1.1 - Значення істинної й середньої густини, пористості для деяких будівельних матеріалів

Гігроскопічність – здатність матеріалів поглинати вологу з повітря. Залежить від хімічного складу матеріалу і характеру його пористості.

Вологість матеріалу визначається вмістом вологи, віднесеної до маси матеріалу в сухому стані; залежить як від властивостей самого матеріалу, так і від навколишнього середовища. Вологість впливає на теплопровідність, стійкість до гниття і т.п.

Водопоглинання – здатність матеріалу всмоктувати й утримувати воду.

Розрізняють водопоглинання за масою і об’ємом:

W_m = [(m₁ – m)/m]·100 %;

W_v = [(m₁ – m)/v]·100 %,

де m₁ - маса зразка, насиченого водою;

m - маса сухого зразка.

Водопроникність – це властивість матеріалу пропускати воду під тиском. Водопроникність характеризується коефіцієнтом фільтрації К_ф (м/г):

К_ф = V_в·a/(S(р_1-р)t),

де V_в – кількість води (м³), що проходить через стінку площею S = 1 м², товщиною а = 1 м, за час t = 1 год при різниці гідростатичного тиску на межах стінки р_1-р= 1 м вод. ст.

Коефіцієнт розм'якшення – К_р – відношення міцності матеріалу, насиченого водою R_в, до міцності сухого матеріалу R_с:

К_р = R_в/R_с.

Коефіцієнт розм'якшення характеризує водостійкість матеріалу, він змінюється від 0 (розмокла глина) до 1 (метали). Якщо коефіцієнт розм'якшення менше 0,8, то матеріали не застосовують у будівельних конструкціях, що знаходяться у воді.

Морозостійкість – властивість насиченого водою матеріалу витримувати поперемінно заморожування і відтавання. Морозостійкість матеріалу кількісно оцінюється циклами і відповідно маркою за морозостійкістю. За марку матеріалу по морозостійкості приймають найбільше число циклів поперемінно заморожування і відтавання, що витримують зразки матеріалу без зниження міцності на стиск більше 15 %, втрати маси більше 5 %.

Теплопровідність – властивість матеріалу передавати тепло від однієї поверхні до іншої. Характеристикою теплопровідності є коефіцієнт теплопровідності λ (Вт/м·^оС). На практиці зручно судити про теплопровідність за густиною матеріалу.

Зазначена залежність виражається формулою В.П. Некрасова:

λ =1,16 ,

де d – відносна густина матеріалу.

Теплоємність – здатність матеріалу акумулювати тепло при нагріванні і виділяти тепло при остиганні;

Вогнестійкість – властивість матеріалу витримувати тривалий вплив високої температури (від 1580 ^оС), не розм'якшуючись і не деформуючись.

Вогнестійкість – властивість матеріалу чинити опір дії вогню при пожежі протягом певного часу, залежить від здатності матеріалу спалахувати і горіти. Неспалювані матеріали – це бетони, інші матеріали на основі мінеральних в'яжучих, цегла, сталь та ін. Важкоспалювані під впливом вогню чи високої температури жевріють, але після припинення горіння і тління їх дія припиняється.