1. Истинная и средняя плотность материалов. Методы определения.
Истинная и средняя плотность материала.
Истинная плотность ρ– это масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии, т.е. без пор и пустот.
ρ =m/Va г/см3 (кг/м3)
m – масса материала, г
Va – абсолютный объем, см3
Определение истинной пористости производится с помощью объемометров или стеклянного мерного цилиндра.
Истинная плотность большинства стройматериалов >1 (за единицу условно принимают массу 1 г/см3 воды при температуре 4 °С); исключение составляют лаки, олифы, некоторые пластмассы.
ρ= 2,2— 3,3 г/см3 для каменных материалов (горных пород)
ρ = 0,9—1,6 г/см3 для органических материалов (дерево, битумы, дегти, пеки, олифа, лаки, пластмассы)
ρ = 7,25—7,85 г/см3 для черных металлов (чугун сталь)
Средняя плотность – масса единицы объема материала в естественном состоянии (с порами и пустотами)
ρ0 = m/Vе г/см3 (кг/м3)
m – масса материала, г
Vе – объем материала в естественном состоянии (с порами и пустотами), см3
Среднюю плотность рыхлых материалов (песка, щебня) определяют без вычета пустот между их частицами и называют насыпной плотностью ρн.
Плотность материала по отношению к плотности воды – относительная плотность d
ρ0 < ρ (т.к. имеются поры)у глиняного кирпича ρ0 =1,7 г/см3, а ρ= 2,5 г/см3.
ρ0 = ρ для абсолютно плотных материалов (стекло, сталь, битум, Ме и жидкие материалы) Среднюю плотность необходима при расчетах прочности (устойчивости) строительных конструкций, для подсчетов при перевозках материалов. В отличие от истинной плотности средняя плотность различных строительных материалов колеблется в очень широких пределах: от 20 кг/м3 у некоторых легчайших теплоизоляционных материалов до 7850 кг/м3 у сталей. Увеличение влажности материала повышает его среднюю плотность. Кирпич глиняный 1800-2400 кг/м3 Дуб 700-900 кг/м3 Бетон обычный 1800-2400 кг/м3
2. Пористость материалов. Как влияет пористость на свойства материалов.
Пористость строительных материалов.
Пористость По - степень заполнения объема материала порами.
По = (1-ро/р)*100
ро – средняя плотность, кг/м3;
р – истинная плотность материала, кг/м3.
По = (Vn/Ve)*100
Vn – суммарный объем пор, см³
Ve – объем материала в естественном состоянии, см³
По = Пз+По
По размеру воздушных пор:
мелкопористые (поры имеют размеры 0,01…0,001мм)
крупнопористые (размеры 0,1…2 мм).
С пористостью связаны: прочность, водопоглощение, водопроницаемость, теплопроводность, морозостойкость, звукопроницаемость, кислотостойкость и др.
Чем больше открытых пор, тем материал менее водостойкий и морозостойкий (вода, проникая в поры, под действие внешних t° может замерзнуть)
Для изготовления водонепроницаемых конструкций нужны материалы с малой пористостью
Малотеплопроводные конструкции необходимо изготовлять из высокопористых материалов с пониженной теплопроводностью и т. п.
Пористость строительных материалов колеблется в очень широких пределах: от нуля (сталь, стекло) до 90% (плиты из минеральной ваты).
3. Теплопроводность и теплоемкость материалов. Факторы их определяющие.
Теплоёмкость материала.
Теплоемкость - свойство материала поглощать при нагревании определенное количество тепла.
c= Q /m *(Т2 —Т1)
с — удельная теплоемкость, Дж/(кг*°С).
Q – тепло, поглощенное материалом, Дж
(Т2-Т1) – разность между конечной и начальной температурами, К (°С)
Теплоемкость – количество теплоты в джоулях, необходимое для нагревания 1 кг данного материала на 1° (при т=1 кг и разности температур Т2 —Т1 =1° получаем c=Q).
Теплоемкость
0,75—0,92 кДж/(кг*°С) для природных и искусственных каменных материалов
2,39—2,72 кДж/(кг*°С) для лесных
0,46 кДж/(кг*°С) сталь (теплоемкость металлов невысокая)
4,2 кДж/(кг*°С) вода (обладает наибольшей теплоемкостью)
Теплоемкость материалов используют для определения теплоустойчивости стен, перекрытий и расчета степени подогрева материалов для зимних бетонных и каменных работ, а также при расчете отопительных систем.
Теплоустойчивость стен и перекрытий – свойство сохранять на внутренней поверхности более или менее постоянную температуру, несмотря на колебания теплового потока при неравномерной работе отопления. Суточные колебания температуры в жилых зданиях не должны превышать 6°.В частях стен или перекрытий, обращенных внутрь отапливаемых помещений, аккумулируется запас тепла, благодаря чему температура в этих помещениях значительно не повышается. По окончании топки этот запас расходуется на подогрев воздуха помещений, в связи с чем в них выравниваются колебания температуры. Для стен и перекрытий жилых и отапливаемых зданий желательно применять материалы с возможно более высокой теплоемкостью. Такими являются лесные материалы, широко используемые для устройства стен и перекрытий небольших отапливаемых зданий.
4. Свойства материалов по отношению к действию тепла и высоких температур (огнестойкость, огнеупорность, термостойкость).
Огнестойкость и огнеупорность
Огнестойкость – свойство материала выдерживать действие открытого пламени без возгорания и разрушения.
Несгораемые материалы – керамические изделия, бетон, гранит (не горят, но могут растрескиваться (гранит) или деформироваться (Ме) при t°=600°С)
Трудносгораемые (тлеют) – фибролит, арболит, асфальтобетон, пенопласты
Сгораемые – древесина, пластмассы, полимеры, битумы)
Защитные огнестойкие вещества – антипирены.
Огнеупорность – свойство материала выдерживать высокие t°, не расплавляясь, не размягчаясь и не деформируясь.
Огнеупорные - t°>1580°С
Тугоплавкие - t°=1350…1580°С
Легкоплавкие - t°<1350°С
5. Свойства материалов по отношению к действию воды: водопроницаемость, водостойкость и коэффициент размягчения, водопоглощение и гигроскопичность. Как изменяются свойства строительных материалов при увлажнении.
Водопоглощение строительных материалов.
Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать воду, %
Wm=(mв-mс)/mс*100% массовое водопоглощение
Wо=(mв-mс)/Ve*100% объемное водопоглощение
Wo/Wm = ρ0
mв – масса материала, насыщенного водой
mс – масса материала, высушенного в сушильном шкафу при t°=105 - 110°С
mв- mс – масса поглощенной воды
кн=Wo/П коэффициент насыщения 0(все поры закрытые)…1(все поры открытые)
Способы насыщения материала водой (устанавливаются ГОСТами)
При комнатной t° - 48 часов
При кипячении - 1час