Какие свойства материалов зависят от пористости
Плотность материалов: истинная, средняя, насыпная, относительная. Методики определения плотности. Зависимость свойств материалов от их плотности.
Физическое состояние строительных материалов достаточно полно характеризуется средней и истинной плотностью, а также пористостью.
Средняя плотность ρ0(г/см3, кг/м3) – масса единицы объема материала в естественном состоянии.
Среднюю плотность вычисляют путем деления массы образца m, г (кг), на его геометрический объем V, см3 (м3)
ρ0=m/V
При изменении температуры и влажности среды, окружающей материал, меняется его влажность, а следовательно, и средняя плотность. Поэтому показатель средней плотности определяют после предварительной сушки материала до постоянной массы или вычисляют по формуле:
где ρw и ρ0 средняя плотность влажного и сухого материала; W – количество воды в материале (доля от его массы).
Метод определения средней плотности зависит от формы образца материала.
Насыпной плотностью называется отношение массы материала в свободном рыхло насыпанном состоянии к его объему.
Определение насыпной плотности сыпучих материалов производят засыпкой их в предварительно взвешенный мерный цилиндр с высоты 10 см через воронку или без нее. Объем материала определяют по объему цилиндра. Воронка обеспечивает равномерное заполнение мерного цилиндра материалом. Образовавшуюся (без уплотнения) над краями цилиндра горку материала срезают ножом или линейкой. После этого цилиндр с материалом взвешивают. Насыпную плотность материала рассчитывают по формуле:
где — масса пустого мерного цилиндра; — масса цилиндра, заполненного испытываемым материалом; V – объем мерного цилиндра.
Истинной плотностью ρ (г/см3, кг/м3) называют массу единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии без учета имеющихся в нем пор.
Для определения абсолютного объема образцы измельчают в порошок до полного прохождения через сито с размером отверстий 0,2 мм. (Считается, что каждое отдельное зерно такого размера не содержит внутренних пор.)
Истинную плотность определяют в приборе Ле-Шателье – Кандло. Прибор представляет собой стеклянную колбу с узкой трубкой, имеющей шарообразное уширение в средней части. На трубке ниже уровня уширения имеется черта; верхняя часть трубки градуирована делениями и заканчивается воронкой.
Объем трубки между нижней чертой и нижним делением градуированной части равен 20 см3. Прибор заполняют дистиллированной водой до уровня нижней черты, уровень устанавливают по нижнему мениску, затем взвешивают сухой измельченный образец массой m1, г. Порошок всыпают в прибор до тех пор, пока уровень воды в приборе не поднимется до нижнего деления градуированной части. Тогда абсолютный объем порошка, засыпанного в прибор, равен объему вытесненной воды – 20 см3. Остаток порошка взвешивают и подсчитывают массу порошка, всыпанного в прибор, по формуле:
m = m1-m2
Истинную плотность вычисляют по формуле:
Часто плотность материалов относят к плотности воды при температуре равной 4 0C, равной 1 г/см3 , и тогда определяемая плотность становится безразмерной величиной, которую называют относительной плотностью d.
Большинство строительных материалов имеет поры, поэтому истинная плотность у них всегда больше средней. Лишь у плотных материалов (сталь, стекло) истинная и средняя плотность практически равны, так как объем внутренних пор у этих материалов ничтожно мал.
Пористость материалов. Определение пористости. Влияние пористости на свойства материалов.
Пористостью называют степень заполнения общего объема материала порами (отношение объема пор к объему образца). Пористость подразделяется на открытую, закрытую и общую пористости, от величины которых зависят водопоглощение, водо-, газо- и паропроницаемость строительных материалов. С пористостью связаны также такие свойства материалов как прочность, теплопроводность, морозостойкость, звукопроницаемость и др.
Общей (истинной) пористостью называется весь объем пор в данном объеме материала. Общую пористость Побщ , %, вычисляют по формуле:
Открытой пористостью материала называется объем тех пор, которые сообщаются с внешней средой. Их объем может быть измерен путем водонасыщения материала. Открытую пористость, Поткр , % , вычисляют по формуле:
где — масса образца соответственно в насыщенном водой и сухом состоянии; V — объем материала; ρв — плотность воды.
Закрытую пористость Пзакр находят по разности между общей и открытой пористостью:
Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 (сталь, стекло) до 90-98% (пенопласт). Пористость материала характеризуют не только с количественной стороны, но и по характеру пор: замкнутые и открытые, мелкие (размеров в сотые и тысячные миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2-5 мм).
По характеру пор оценивают способность материала поглощать воду. Так полистирольный пенопласт, пористость которого достигает 95% имеет замкнутые поры и практически не поглощает воду. В то же время керамический кирпич, имеющий пористость в три раза меньшую, благодаря открытому характеру пор (большинство пор представляют собой сообщающиеся капилляры) активно поглощает воду. Открытые поры увеличивают водопоглощение и ухудшают морозостойкость. В звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию.
Величина пористости в значительной мере влияет на прочность материала.
Величина прочности также зависит от размеров пор: она возрастает с их уменьшением. Прочность мелкопористых материалов, а также материалов с закрытой пористостью выше, чем прочность крупнопористых и с открытой пористостью.
Рекомендуемые страницы:
Воспользуйтесь поиском по сайту:
Пористостью
называют
степень заполнения общего объема
материала порами (отношение объема пор
к объему образца). Пористость подразделяется
на открытую, закрытую и общую пористости,
от величины которых зависят водопоглощение,
водо-, газо- и паропроницаемость
строительных материалов. С пористостью
связаны также такие свойства материалов
как прочность, теплопроводность,
морозостойкость, звукопроницаемость
и др.
Общей
(истинной) пористостью называется
весь объем пор в данном объеме материала.
Общую пористость Побщ
, %, вычисляют по формуле:
Открытой
пористостью
материала называется объем тех пор,
которые сообщаются с внешней средой.
Их объем может быть измерен путем
водонасыщения материала. Открытую
пористость, Поткр
, %
, вычисляют по формуле:
где
— масса образца соответственно в
насыщенном водой и сухом состоянии;V
— объем материала; ρв
— плотность воды.
Закрытую
пористость Пзакр
находят
по разности между общей и открытой
пористостью:
Пористость
строительных материалов колеблется в
пределах от 0 (сталь, стекло) до 90-98%
(пенопласт). Пористость материала
характеризуют не только с количественной
стороны, но и по характеру пор: замкнутые
и открытые, мелкие (размеров в сотые и
тысячные миллиметра) и крупные (от
десятых долей миллиметра до 2-5 мм).
По
характеру пор оценивают способность
материала поглощать воду. Так полистирольный
пенопласт, пористость которого достигает
95% имеет замкнутые поры и практически
не поглощает воду. В то же время
керамический кирпич, имеющий пористость
в три раза меньшую, благодаря открытому
характеру пор (большинство пор представляют
собой сообщающиеся капилляры) активно
поглощает воду. Открытые поры увеличивают
водопоглощение и ухудшают морозостойкость.
В звукопоглощающих материалах открытые
поры желательны, так как они поглощают
звуковую энергию.
Величина
пористости в значительной мере влияет
на прочность материала.
Величина
прочности также зависит от размеров
пор: она возрастает с их уменьшением.
Прочность мелкопористых материалов, а
также материалов с закрытой пористостью
выше, чем прочность крупнопористых и с
открытой пористостью.
3. Водопоглощение, гигроскопичность, влажность, водоудерживающая способность материалов и методы их определения.
Отношение
материала к статическому или циклическому
воздействию воды или пара характеризуется
гидрофизическими свойствами.
При
хранении во влажной атмосфере или после
дождя пористые строительные материалы
впитывают влагу. У плотных материалов
вода может адсорбироваться тонким слоем
на поверхности. В этом случае состояние
материала характеризуют влажностью.
Влажность
В
– отношение массы воды, находящейся в
данный момент в материале, к массе или
– к объему материала в сухом состоянии,
%:
где
— масса влажного и сухого материала
соответственно;
V
– объем материала в сухом состоянии.
Увлажнение
приводит к изменению многих свойств
материала: повышается масса строительной
конструкции, возрастает теплопроводность;
под влиянием расклинивающего действия
воды уменьшается прочность материала.
Для многих строительных материалов
влажность нормирована. Например,
влажность стеновых материалов – 5-7%,
воздушно-сухой древесины – 12-18%.
Гигроскопичностью
называется свойство капиллярно-пористого
материала поглощать водяной пар из
воздуха.
Степень
гигроскопичности зависит от количества
и величины пор в материале, его структуры,
температуры и относительной влажности
воздуха. Материалы с одинаковой
пористостью, но с более мелкими порами
обладают более высокой гигроскопичностью,
чем крупнопористые. Это отрицательно
сказывается на физико-механических
характеристиках материалов.
Например,
цемент при хранении поглощает из воздуха
водяные пары, теряет активность; древесина
при влажном воздухе разбухает, коробится,
образует трещины усушки, изменяются
форма и размеры деревянных изделий.
Гигроскопичность
строительных материалов различна:
некоторые активно притягивают своей
поверхностью молекулы воды (гипс,
цемент); другие, наоборот отталкивают
воду (битумы, стекло, полимеры).
Гигроскопичность строительных материалов
необходимо учитывать при их сушке,
длительном хранении, транспортировании
в определенных эксплуатационных
условиях.
За
характеристику гигроскопичности
принята
величина отношения массы поглощенной
влаги при относительной влажности
воздуха 100% и температуре +200C к массе
сухого материала.
Капиллярное
всасывание воды пористым материалом
происходит по капиллярным порам, когда
часть конструкции соприкасается с
водой. Например, грунтовые воды могут
подниматься по капиллярам и увлажнять
нижнюю часть здания. Это свойство
характеризуется высотой поднятия воды
в капиллярах материала, количеством
поглощенной влаги и интенсивностью
всасывания.
Капиллярами
принято называть канальные поры, которые
способны впитывать жидкость.
Средний
радиус капилляра, т.е. поры, в которой
происходит капиллярный подсос, неодинаков,
так как основные параметры этого процесса
различаются.
Водопоглощением
W
называют свойство материала впитывать
и удерживать в себе воду при полном или
частичном погружении его в воду.
Количество поглощенной материалом
воды, отнесенное к его масс в сухом
состоянии, называют водопоглощением
по массе Wm, а отнесенное к объему –
водопоглощением по объему WV, %.
где
— масса влажного и сухого материала
соответственно; V — объем материала; ρв
— плотность воды.
Водопоглощение
различных строительных материалов
колеблется в очень широких пределах.
Так, водопоглощение по массе глиняного
обыкновенного кирпича составляет от 8
до 20%, тяжелого бетона – около 3%, гранита
– 0,5-0,7%, пористых теплоизоляционных
материалов – 100% и более. Водопоглощение
по массе высокопористых материалов
может быть больше пористости, но
водопоглощение по объему никогда не
может превышать пористость.
Водопоглощение
используют для оценки структуры
материала, привлекая для этой цели
коэффициент насыщения пор водой.
Коэффициент
насыщения позволяет оценить структуру
материала. Он изменяется от 0 до 1.
Уменьшение значения коэффициента
насыщения (при той же пористости)
свидетельствует о сокращении открытой
пористости, что проявляется в повышении
морозостойкости.
При
насыщении материала водой существенно
изменяются его свойства: повышаются
средняя плотность, теплопроводность,
происходят структурные изменения в
материале, приводящие к снижению
прочностных показателей.
Водоудерживающая
способность — способность растворной
смеси удерживать избыточную воду.
Водоудерживающая способность предохраняет
раствор от потери большого количества
воды при нанесении его на пористое
основание, а также от расслаивания при
хранении и перевозке.
Соседние файлы в предмете Строительные материалы
- #
- #
- #
- #
- #
- #
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
К физическим свойствам материала относятся плотность, пористость, водопоглощение, влагоотдача, гигроскопичность, водопроницаемость, морозостойкость, теплопроводность, звукопоглощение, огнестойкость, огнеупорность и некоторые другие.
Плотность. Плотность материала бывает средней и истинной. Средняя плотность определяется отношением массы тела (кирпича, камня и т.п.) ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты. и выражается в соотношении кг/м3. Истинная плотность — это предел отношения массы к объему без учета имеющихся в них пустот и пор. У плотных материалов, таких как сталь и гранит, средняя плотность практически равна истинной, у пористых (кирпич и т. п.) — меньше истинной.
Пористость. Эта характеристика определяется степенью заполнения объема материала порами, которая исчисляется в процентах. Пористость влияет на такие свойства материалов, как прочность, водопоглощение, теплопроводность, морозостойкость и др. По величине пор материалы разделяют на мелко-пористые, у которых размеры пор измеряются в сотых и тысячных долях миллиметра, и крупнопористые (размеры пор — от десятых долей миллиметра до 1—2 мм). Пористость строительных материалов колеблется в широком диапазоне. Так, например, у стекла и металла она равна нулю, у кирпича она составляет — 25-35%, у мипоры — 98%.
Отличают открытую и закрытую пористость. Изменяя соотношение объемов открытых и закрытых пор, их размеров, в технологии материалов достигают получение материалов с заданными свойствами. Например, при уменьшении пористости достигается повышение прочности материалов.
При получение теплоизоляционных материалов стремятся увеличить пористость и создать им мелкопористую структуру. Если в общем объеме увеличить долю закрытых пор, то это благоприятно скажется на морозостойкости материалов. Для улучшения звукопоглощающих свойств стремятся создать в материале систему разветвленных и сообщающихся пор. Следовательно, от пористости материалов зависит их средняя плотность, прочность, водонасыщаемость, теплопроводность, морозостойкость, звукопоглощаемость и другие свойства.
Водопоглощение — способность материала впитывать и удерживать в своих порах влагу. По объему водопоглощение всегда меньше 100%, а по массе может быть более 100%, например у теплоизоляционных материалов. Насыщение материала водой ухудшает его основные свойства, увеличивает теплопроводность и среднюю плотность, уменьшает прочность. Степень снижения прочности материала при предельном его водонасыщении называется водостойкостью и характеризуется коэффициентом размягчения. Материалы с коэффициентом размягчения не менее 0,8 относят к водостойким. Их применяют в конструкциях, находящихся в воде, и в местах с повышенной влажностью.
Влагоотдача — это свойство материала терять находящуюся в его порах влагу. Влагоотдача характеризуется процентным количеством воды, которое материал теряет за сутки (при относительной влажности окружающего воздуха 60 % и температуре +20 °С). Влагоотдача имеет большое значение для многих материалов и изделий, например стеновых панелей и блоков, которые в процессе возведения здания обычно имеют повышенную влажность, а в обычных условиях благодаря водоотдаче высыхают — вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала стен и влажностью окружающего воздуха, т.е., пока материал не достигнет воздушно-сухого состояния.
Гигроскопичность — свойство пористых материалов поглощать влагу из воздуха. Гигроскопичные материалы (древесина, теплоизоляционные материалы, кирпичи полусухого прессования и др.) могут поглощать большое количество воды. При этом увеличивается их масса, снижается прочность, изменяются размеры. Для некоторых материалов в условиях повышенной и даже нормальной влажности приходится применять защитные покрытия. А такие материалы, как кирпич сухого прессования можно использовать только в зданиях и помещениях с пониженной влажностью воздуха.
Водопроницаемостью называют способность материала пропускать воду под давлением. Эта характеристика определяется количеством воды, прошедшей при постоянном давлении в течение 1 часа через материал площадью 1 м2 и толщиной 1 м. К водонепроницаемым относятся особо плотные материалы (сталь, стекло, битум) и плотные материалы с замкнутыми порами (например, бетон специально подобранного состава).
Морозостойкость — это способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без снижения прочности и массы, а также без появления трещин, расслаивания, крошения. Для возведения фундаментов, стен, кровли и других частей здания, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, необходимо применять материалы повышенной морозостойкости. Плотные материалы, не имеющие пор, или материалы с незначительной открытой пористостью, с водопоглощением не более 0,5%, обладают высокой морозостойкостью.
Теплопроводность — свойство материала передавать теплоту при наличии разности температур снаружи и внутри строения. Эта характеристика зависит от ряда факторов: природы и строения материала, пористости, влажности, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Кристаллические и крупнопористые материалы, как правило, более теплопроводны, чем материалы аморфного и мелкопористого строения. Материалы, имеющие замкнутые поры, обладают меньшей теплопроводностью, чем материалы с сообщающимися порами. Теплопроводность однородного материала зависит от средней плотности — чем меньше плотность, тем меньше теплопроводность, и наоборот. Влажные материалы более теплопроводны, чем сухие, так как теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха. От теплопроводности зависит толщина стен и перекрытий отапливаемых зданий.
Звукопоглощением называется способность материала ослаблять интенсивность звука при прохождении его через материал. Звукопоглощение зависит от структуры материала: сообщающиеся открытые поры поглощают звук лучше, чем замкнутые. Лучшими звукоизолирующими показателями обладают многослойные стены и перегородки с чередующимися слоями пористых и плотных материалов.
Огнестойкость — это свойство материалов противостоять действию высоких температур. По степени огнестойкости материалы делят на несгораемые, трудно-сгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы (кирпич, бетон, сталь) под действием огня или высоких температур не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются, но могут сильно деформироваться. Трудносгораемые материалы (фибролит, асфальтовый бетон и т.д.) тлеют и обугливаются, но после удаления источника огня эти процессы прекращаются. Сгораемые материалы (дерево, рубероид, пластмассы и т. д.) воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть и после удаления источника огня.
Огнеупорность — свойство материала противостоять, не деформируясь, длительному воздействию высоких температур. По степени огнеупорности материалы делят на огнеупорные, выдерживающие действие температур до 1580 °С и выше (шамотный кирпич), тугоплавкие, выдерживающие действие температур 1350-1580 °С (тугоплавкий кирпич), легкоплавкие, размягчающиеся или разрушающиеся при температуре ниже 1350 °С (керамический кирпич).
Дата добавления: 2015-04-18; просмотров: 6; Нарушение авторских прав