Потребительские свойства любого строительного объекта в первую очередь определяются материалами, из которых он сооружается.
Основные физические свойства, характеризующие физическое состояние строительных материалов, такие, как прочность, теплопроводность, теплоемкость, морозостойкость, влажность, водостойкость, водопоглощение, водонепроницаемость, строго регламентируются нормативными документами. Материалы, не отвечающие соответствующим критериям, использовать при строительстве жилых зданий ЗАПРЕЩЕНО.
Прочность – способность материалов сопротивляться разрушению под действием внешних сил, вызывающих деформации и внутренние напряжения в материале. Характеризуются пределом прочности, т.е. наибольшим напряжением, соответствующим нагрузке, при которой материал разрушается. Прочность конструкционных строительных материалов характеризуется маркой, которая, как правило, соответствует минимально допускаемому значению предела прочности при сжатии. Для строительных материалов обычно выделяют также предел прочности на растяжение и предел прочности на изгиб.
Понятие «масса» применяется во всех случаях, когда имеется в виду свойство тела или вещества, характеризующее их инерционность и способность создавать гравитационное поле (скалярная величина), а понятие «вес» - в случаях, когда имеется в виду сила, возникающая вследствие взаимодействия с гравитационным полем (векторная величина).
Масса не зависит от ускорения свободного падения, а вес пропорционален этому ускорению (равен mq ).
Масса выражается в килограммах (граммах, мегаграммах, миллиграммах, тоннах и т.д.), а вес, как любая сила, - в ньютонах (килоньютонах, меганьютонах, деканьютонах и т.д.).
Под физической величиной «грузоподъемность» следует понимать максимальную массу, на подъем и транспортирование которой в данных условиях рассчитано данное устройство – грузоподъемный кран, грузовой автомобиль, железнодорожный вагон, судно.
Грузоподъемность выражается в единицах массы (обычно в тоннах), а не в единицах силы.
Помимо грузоподъемности можно использовать другую физическую величину – подъемную силу, например, силу, на которую рассчитывается прочность троса, к которому подвешивается груз. И ее, естественно, следует выражать в единицах силы.
Плотность – величина, определяемая отношением массы вещества к занимаемому им объему (кг/м3, г/см3).
В ряде случаев необходимо использование дополнительных характеристик плотности строительных материалов.
Средняя плотность ( p m ) – физическая величина, определяемая отношением массы тела или вещества ( m ) ко всему занимаемому ими объему ( v ), включая имеющиеся в них пустоты и поры.
Поры – ячейки в материале, заполненные воздухом (газом или жидкостью). Пустоты – заполненное воздухом пространство между частицами.
Истинная плотность – предел отношения массы к объему, когда объем стягивается к точке, в которой определяется плотность тела или вещества (т.е. без учета имеющихся в них пустот и пор).
Насыпная плотность – отношение массы зернистых материалов, материалов в виде порошка ко всему занимаемому ими объему, включая и пространство между частицами.
Удельный вес – это отношение веса тела к его объему и, следовательно, зависит от ускорения свободного падения. Он выражается в ньютонах на кубический метр (Н/м3) и равен произведению плотности на ускорение свободного падения.
В качестве характеристики материала или вещества должна приводится плотность – величина постоянная для данного материала или вещества, а не их удельный вес. Например, следует говорить о плотности стали 7850 кг/м3, а не о ее удельном весе.
Большинство строительных материалов имеет поры, поэтому средняя плотность для них меньше истинной плотности (табл. 5).
Таблица 5
Материал |
Истинная плотность,
Кг/м3 |
Средняя плотность,
Кг/м3 |
Сталь |
7850 |
7850 |
Цемент |
2900 - 3300 |
800 - 1330 |
Гранит |
2600 - 2800 |
2600 - 2700 |
Гравий |
2600 - 2800 |
1400 - 1600 |
Тяжелый бетон |
2600 - 2900 |
1800 - 2500 |
Керамический кирпич |
2500 - 2600 |
1600 - 1900 |
Плотный известняк |
2400 - 2600 |
2100 - 2400 |
Пористость – степень заполнения объема материала порами. Характеризуется отношением объема пор в единице объема материала:
Ппор=(1- Р m)/Р х 100,
Где Ппор – пористость материала, %;
Р m - средняя плотность, г/см3;
Р - истинная плотность, г/см3.
Пористостью во многом определяются такие свойства материалов, как прочность, теплопроводность, морозостойкость, водопоглощение. Эти свойства также зависят от вида пор. Поры могут быть открытыми и сообщающимися друг с другом или закрытыми – не сообщающимися друг с другом и не выходящими на поверхность материала. Для искусственных материалов (например, пенополистирола) возможность формировать закрытые поры позволяет повысить их прочность, водостойкость, морозостойкость и снизить теплопроводность.
Водонепроницаемость – способность материала (изделия) препятствовать сквозному проникновению воды при установленных параметрах времени и давления. Степень водонепроницаемости зависит от пористости материала, формы и размеров пор. Для конструкционных строительных материалов высокая водонепроницаемость – необходимое свойство, особенно при применении в ограждающих конструкциях.
Водостойкость – свойство материала длительное время сохранять прочность при предельном водонасыщении.
Водопоглощение – способность материала поглощать и удерживать в своих порах воду. Характеризуется отношением количества воды (по массе или объему), которое поглощает сухой материал при погружении и выдерживании в воде к массе (объему) сухого материала. Водопоглощение также во многом зависит от плотности размера и вида пор. Высокая величина водопоглощения снижает прочность и морозостойкость материала.
Влажность – отношение количества влаги, содержащееся в материале, к массе материала в абсолютно сухом состоянии. Влажность материалов определяется как разность весов образцов (навесок) в момент отбора и после сушки до постоянного веса в сушильном шкафу. Абсолютно сухой древесиной, например, является древесина, высушенная до постоянной массы при темперетуре 103 +2 градуса С. При увеличении влажности средняя плотность и теплопроводность строительных материалов увеличивается, а прочность снижается.
Теплопроводность – способность материала пропускать тепловой поток. Характеризуется коэффициентом теплопроводности, который определяется количеством тепла, проходящим через образец материала толщиной 1 м2 за 1 ч при разности температур на противоположных поверхностях образца 1 градус С. Измеряется а Вт/(м х градус С).
Чем выше пористость материала, тем ниже коэффициент теплопроводности. Коэффициент теплопроводности материала резко возрастает с увеличением влажности. Теплоизоляционные материалы с чрезмерной влажностью перестают быть теплоизоляционным материалом, к ним относятся по определению материалы с теплопроводностью не более 0,175 Вт/(м х градус С) при 25(10) град. С.
Морозостойкость – способность различных материалов выдерживать многократное попеременное охлаждение до температур ниже 0 градусов С и отогревание без признаков разрушения или значительного снижения прочности. Уровень морозостойкости также определяется в основном плотностью, размерами и видом пор материала. Материалы разделяют по маркам морозостойкости: f 25, f 50, f 75, f 100, f 150 и более. f – установленное нормами минимальное число циклов замораживания и оттаивания образцов, испытанных по базовым методам, при которых сохраняются первоначальные физико-механические свойства в нормируемых пределах. Морозостойкость является одной из важнейших характеристик при выборе материалов для ограждающих конструкций и наружной отделки.
Воздухопроницаемость – свойство материала пропускать воздух под действием перепада давления на наружной и внутренней поверхностях, характеризуемое величиной, численно равной массовому потоку воздуха через единицу площади поверхности образца в единицу времени при постоянном перепаде давления воздуха на его поверхностях.
Перепад давления – разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях образца во время проведения испытания.
Паропроницаемость – свойство материалов пропускать влагу под действием разности парциального давления (упругости) водяного пара на наружной и внутренней поверхностях испытуемого образца. Характеризуется величиной, численно равной количеству водяного пара в миллиграммах, которое проходит за 1 час через слой материала площадью 1 м2 и толщиной 1 м при условии, что температура воздуха у противоположных сторон слоя одинакова, а разность парциального давления водяного пара равняется 1 Па. Сопротивление паропроницанию изделия – величина, численно равная разности парциального давления водяного пара в паскалях у противоположных сторон изделия с плоскопараллельными сторонами, при которой через площадь изделия, равную 1 м2, за 1 ч проходит 1 мг водяного пара при равенстве температуры воздуха у противоположных сторон слоя.
Парциальное давление водяного пара в парогазовой смеси равно давлению, которое он оказывал бы, занимая весь объем смеси.
Огнестойкость – способность материала строительной конструкции сохранять несущие и (или) ограждающие функции в условиях пожара. Показатель огнестойкости строительной конструкции определяется временем от начала огневого испытания при стандартном температурном режиме до наступления одного из нормируемых для данной конструкции предельных состояний по огнестойкости.
По горючести вещества и материалы подразделяют на 3 группы:
- негорючие (несгораемые) – вещества и материалы, не способные к горению в воздухе (кирпич, бетон). Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);
- трудногорючие (трудносгораемые) – вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления (сталь, гипс, гранит);
- горючие (сгораемые) – вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления (дерево, рубероид).