Свойства строительных материалов

Строительные материалы, как и все окружающее нас, обладают физическими свойствами, такими как плотность, пористость, морозостойкость, водопоглощение, влагоотдача, гигроскопичность, теплопроводность, теплоемкость, звукопоглощение, звукопроницаемость, огнеупорность. Теперь рассмотрим их.
Плотность подразделяется на среднюю, истинную, насыпную.
Средняя плотность — это физическая величина, которая определяется отношением массы тела или вещества ко всему занимаемому ими объему, включая пустоты и поры, имеющиеся в них. Примером может служить любой строительный материал, который мы будем использовать для строительных работ, такой как кирпич, камень, фундаментный блок и т. д.
Предел отношения массы к объему, когда объем стягивается к точке, в которой определяется плотность тела или вещества, но без учета имеющихся в них пустот и пор, есть истинная плотность. Для примера можем взять материалы, уже нам знакомые (кирпич, камень, фундаментный блок), но не будем учитывать имеющиеся в них пустоты и поры.
Отношение массы зернистых материалов, материалов в виде порошка ко всему занимаемому ими объему, включая и пространства между частицами, — это насыпная плотность. Например, песок, как мы знаем, существует горный, морской, речной, карьерный, а частицы, из которых он состоит, различны и по форме, и по структуре. Но мы должны четко усвоить, что для работы необходим песок, в состав которого входит примесь глины.
У пористых материалов (кирпича) средняя плотность меньше истинной почти в 2 раза, это также не надо забывать. Степень заполнения объема материала порами в процентном соотношении — это и есть пористость.
Исходя из величины пор материалы подразделяют на мелкопористые и крупнопористые. Строительные материалы по данному свойству балансируют в широком спектре, а также в процентном соотношении. Например, кирпич — 25—35 %, металл и стекло — 0 %. Такие свойства, как прочность, водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность, по большому счету зависят от пористости.
Вы спросите о том, что это за свойства и вообще зачем о них знать? Это необходимо для того, правильно подобрать строительный материал, чтобы самостоятельно сориентироваться в его выборе. Кроме того, эти свойства напрямую могут влиять как на качество самих материалов, так и на выполненные работы. Свойство материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения (трещин, расслаивания, выкрашивания) и без снижения прочности и массы называют морозостойкостью. Те материалы, которые предназначены для фундаментов, стен, кровли и т. д. и которые подвергаются попеременному замораживанию и оттаиванию, должны быть, несомненно, повышенной морозостойкости.
Материалы плотные, не имеющие пор или с небольшой открытой пористостью, водопоглощение которых не превышает 0,5 %, характеризуются высокой морозостойкостью.
Данное свойство определяется коэффициентом морозостойкости — другими словами, отношением предела прочности при сжатии материала после испытания на морозостойкость к пределу прочности насыщенного водой материала. Из того, что здесь сказано о морозостойкости, надо помнить одно: морозостойкость обозначается буквами «Мрз» и цифрами, допустим 50, т.е. Мрз 50. Это обозначение указано на упаковках материалов, которые покупают для строительства; и чем больше цифра, тем лучше.
Способность же материала впитывать и удерживать в своих порах влагу — это водопоглощение. Его определяют по массе или по объему в процентном соотношении. По объему оно меньше 100%, по массе — более 100%. Примером могут служить теплоизоляционные материалы. При насыщении материала водой ухудшаются его основные свойства, увеличиваются теплопроводность и средняя плотность, уменьшается прочность, так как связи между частицами ослабевают.
Водостойкость — степень снижения прочности материала при максимальном его водонасыщении. Определяется она коэффициентом размягчения, а он, в свою очередь, равен отношению предела прочности материала в сжатом состоянии, который, кроме того, насыщен водой, к пределу прочности при том же сжатии, но в сухом состоянии. При коэффициенте размягчения не менее 0,8 материалы относятся к водостойким и применяются в тех конструкциях, которые способны работать не только в обычных условиях, но и в воде, а также в местах с повышенной влажностью. К ним можно отнести железобетонные изделия, стеновые блоки, красный глиняный кирпич. Свойство материала терять находящуюся в его порах влагу — это влагоотдача. Она определяется количеством воды в процентном соотношении (по массе или объему), которое теряет материал естественным образом в сутки при относительной влажности. Данным свойством обладают многие строительные изделия. Например, стеновые блоки и панели, которые в процессе возведения здания, как правило, имея повышенную влажность, в обычных условиях высыхают; другими словами, вода испаряется из них до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала и окружающего воздуха.
Способность материала пропускать воду под давлением называют водопроницаемостью. Она определяется количеством воды, которое проходит в течение 1 ч через образец площадью 1 м2 и толщиной 1 м при условии, что давление ее постоянное.
Битум, стекло, сталь, бетон специально подобранного состава, во-первых, являются плотными материалами, а во-вторых, не относятся к водопроницаемым.
Свойство пористых материалов поглощать влагу из воздуха называют гигроскопичностью. Теплоизоляционные материалы, древесина, кирпичи полусухого прессования могут поглощать достаточно большое количество воды, при этом увеличивается их масса, а прочность снижается. Они являются гигроскопичными материалами. Для древесины применяют защитные покрытия. Кирпич сухого прессования разрешается использовать лишь в зданиях и помещениях с пониженной влажностью воздуха. Если вам необходимо обложить подвал или погреб, рекомендуем применить красный глиняный кирпич, потому что он фактически не впитывает влагу, так как прошел процесс обжига.
Свойство материала передавать через свою толщу теплоту при наличии разности температур на его поверхностях называют теплопроводностью. Она определяется количеством теплоты, которая проходит через образец толщиной 1 м и площадью 1 м2 за 1 ч, при этом разность температур противоположных поверхностей образца составляет 1 °С.
Данное свойство материалов зависит от таких факторов, как их строение и природа, влажность, пористость, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Материалы крупнопористого и кристаллического строения являются наиболее теплопроводными. Кроме того, влажные материалы более теплопроводны, чем сухие. Это объясняется тем, что теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха.
Теплопроводность увеличивается при повышении температуры, что имеет значение для теплоизоляционных материалов, которые применяют для изоляции трубопроводов, котельных установок и т. д. От нее зависит толщина стен и перекрытий отапливаемых зданий. Примерами могут служить кирпич, пенобетон, фибропенобетон.
Свойство материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты и выделять ее при охлаждении называется теплоемкостью. Удельная теплоемкость, которая равна количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 °С, считается показателем теплоемкости. Например, удельная теплоемкость древесины — от 2,4 до 2,7, искусственных каменных материалов — от 0,75 до 0,92, воды — 4,187, стали — 0,48 и т.д.
Данное свойство необходимо учитывать при расчетах теплостойкости стен и перекрытий отапливаемых зданий, при расчете печей, подогрева составляющих растворной и бетонной смесей для зимних работ, так как оно может сказаться на качестве материалов и выполненных работ.
Способность материала ослаблять интенсивность звука при его прохождении через материал называют звукопоглощением. Степень поглощения звука характеризуется коэффициентом звукопоглощения. Звукопоглощение материала зависит от его структуры. Поглощают звук лучше материалы с открытыми порами, материалы с замкнутыми порами поглощают его намного хуже. Многослойные стены и перегородки с чередующимися слоями пористых и плотных материалов обладают хорошими звукоизолирующими свойствами.
Свойство материала пропускать звуковую волну называют звукопроницаемостью. Она оценивается коэффициентом звукопроницаемости, характеризующим относительное уменьшение силы звука при прохождении его через толщу материала.
Свойство материала не деформироваться при воздействии высоких температур называется огнеупорностью. По степени огнеупорности все материалы можно подразделить на огнеупорные (шамотный кирпич), тугоплавкие (тугоплавкий кирпич), легкоплавкие (керамический кирпич).
Свойство материалов противостоять действию высоких температур называют огнестойкостью. Материалы по степени огнестойкости делятся на такие, как:

1. несгораемые. Это такие материалы, которые не тлеют, не обугливаются, не воспламеняются под действием высоких температур и огня; примерами могут служить сталь, бетон, кирпич;
2. трудносгораемые. Это материалы, которые тлеют, обугливаются, а после удаления источника огня эти процессы прекращаются; примерами являются асфальтовый бетон, металл, фибролит;
3. сгораемые. Это такие материалы, которые тлеют, воспламеняются, продолжают гореть после удаления огня; примерами способны служить пластмассы, толь, рубероид, дерево.

Кроме физических свойств, строительные материалы обладают механическими. Что это за свойства?