Основные свойства физических материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Физические свойства - это свойства, характеризующие физическое состояние материалов, а так же свойства, определяющие отношение материалов к различным физическим процессам. К ним относят: массу, плотность, пористость, гигроскопичность, водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, теплопроводность, паро- и газопроницаемость, теплоемкость, огнестойкость, огнеупорность, звукопроводность и звукопоглощение, радиационную стойкость.

Масса - совокупность материальных частиц (атомов, молекул, ионов), содержащихся в данном теле. Масса обладает определенным объемом, т.е. занимает часть пространства. Она постоянна для данного вещества и не зависит от скорости его движения и положения в пространстве.

Плотностью называют массу единицы объема материала.

Истинная плотность (?_и) - отношение массы к объему материала в абсолютно плотном состоянии, т.е. без пор и пустот. Согласно СТБ 4.211-94 истинная плотность вычисляется на отношение массы материала (образца) m (кг,г) к абсолютному объему V_a (м³, см³), занимаемый самим материалом:

?_и = m/ V_a

Истинная плотность - это плотность вещества, из которого состоит материал, поэтому истинная плотность материала является физической постоянной характеристикой.

Средняя плотность (?_ср) - физическая величина, определяемая отношением массы образца материала ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты.

?_ср = m/ V_е, где

m - масса материала в естественном состоянии, кг или г; V_е - объем материала в естественном состоянии, м³ или см³.

Средняя плотность не является величиной постоянной и изменяется в зависимости от пористости материала. На величину средней плотности влияет влажность материала: чем выше влажность, тем больше средняя плотность. Среднюю плотность материалов необходимо знать для расчета их пористости, теплопроводности, теплоемкости, прочности конструкций (с учетом собственной массы) и подсчета стоимости перевозок материала.

Средняя плотность характеризует прочностные свойства материала. При одинаковом составе чем выше средняя плотность, тем прочнее материал.

Для сыпучих материалов (песок, цемент, щебень, гравий) определяют насыпную плотность. Насыпная плотность (?_н) - масса единицы объема сыпучих материалов в свободном (без уплотнения) насыпном состоянии. В объем таких материалов включают не только поры в самом материале, но и пустоты между зернами и кусками материалов. Количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпного материала, выраженное в процентах по отношению ко всему занимаемому объему, называют пустотностью.

Пористость (П) материала - это степень заполнения объема материала порами. Она вычисляется в процентах по формуле (ГОСТ 12730.1 - 78):

П=

Пористость строительных материалов колеблется от 0% (сталь, стекло) доя 90…95% (пено- и поропласты)

Коэффициент плотности К_пл - степень заполнения материала твердым веществом:

К_пл=

Водопоглощение - способность материала впитывать воду и удерживать её. Величина водопоглощения определяется разностью массы образца в насыщенном водой и абсолютно сухом состоянии. Различают водопоглощение по массе (В_m, %), которое равно отношению массы поглощенной образцом воды к массе сухого образца:

В_m=

Водопоглощение по объему (В_V, %) равно отношению массы поглощенной образцов воды к объему образца:

В_V=

Водопоглощение материала обычно меньше его пористости, т.к. поры могут быть закрытыми или очень мелкими и вода в них не проникает, а в очень крупных порах вода не удерживается. В результате насыщения водой свойства материалов значительно изменяются: увеличиваются теплопроводность, плотность, а у некоторых материалов так же объем.

Между водопоглощением по массе и водопоглощением по объему существует следующая зависимость:

В_V= В_m ?_ср

Увлажнение и насыщение водой отрицательно влияет на прочность материалов, снижая её.

Гигроскопичность - способность материала поглощать влагу из окружающей среды. 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. Высокая гигроскопичность отрицательно сказывается на физико-механических характеристиках материалов.

Гигроскопичность строительных материалов различна: одни из них активно притягивают к своей поверхности молекулы воды, - их называют гидрофильными (глина, гипс, цемент), другие, наоборот, отталкивают воду, - их называют гидрофобными (битум, полимерные материалы).

Гигроскопичность строительных материалов необходимо учитывать пи их сушке, длительном хранении, перевозке. Характеристикой гигроскопичности служит отношение массы влаги, поглощенной материалом из воздуха, к массе сухого материала, выраженное в %.

Влагоотдача - свойство материала отдавать влагу окружающему воздуху, характеризуемое количеством воды (в процентах по массе или объему стандартного образца), теряемой материалом в сутки при относительной влажности 60% и температуре 20⁰ С. Скорость влагоотдачи зависит от разности влажности образца и окружающей среды.

Влажность (Вл) - содержание воды в материале. Она определяется отношением массы воды, содержащейся в материале в момент взятия пробы для испытания, к массе сухого материала. Вычисляется в процентах по формуле:

Вл=

Влажность материала зависит как от свойств самого материала (пористости и гигроскопичности), так и от окружающей его среды (влажность воздуха, наличие контакта с водой).

Водостойкость - способность материала сохранять свою прочность при насыщении водой. Количественно водостойкость материала оценивают коэффициентом размягчения К_р, который равен отношению предела прочности материала при сжатии в насыщенном водой состоянии (R_вл, МПа) к пределу прочности сухого материала (R_сух, МПа):

К_р= R_вл/R_сух

Коэффициент размягчения колеблется в пределах от 0 (у глиняных необожженных материалов) до 1 (у стали, битумов). Материалы с коэффициентом размягчения больше 0,8 называют водостойкими.

Водопроницаемость - свойство материала пропускать воду под давлением. Величина водопроницаемости характеризуется количеством воды, прошедшей в течении 1 ч. через 1 см² площади испытуемого материала при постоянном давлении. Степень водопроницаемости зависит от строения и пористости материала.

Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации (К_ф, м²/ч). коэффициент фильтрации обратно пропорционален водонепроницаемости материала. Чем больше коэффициент фильтрации, тем ниже марка материала по водонепроницаемости.

Водонепроницаемость - способность материала сопротивляться прониканию в него воды под давлением.

Морозостойкость - свойство насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.

В строительстве морозостойкость материала количественно оценивают маркой F (СТБ 4.206-94), т.е. числом циклов попеременного замораживания и оттаивания которые выдерживают образцы материала без снижения прочности на 5-25% и массы на 3-5% в зависимости от назначения материала.

Отношение предела прочности при сжатии замороженного образца, насыщенного водой, называется коэффициентом морозостойкости К_F:

К_F= R_F/R_вл

У морозостойких материалов К_F?0,75.

Теплопроводность - свойство материала передавать через толщу теплоту при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Теплопроводность материала оценивается количеством теплоты, проходящего через стену из испытуемого материала толщиной 1м, площадью 1 м² за 1ч при разности температур противоположных поверхностей стены 1^о С. Теплопроводность измеряется в Вт/(м К) или Вт/(м ⁰С):

, где

Q - количество тепла, Дж; - толщина материала, м; S - площадь сечения, перпендикулярного направлению теплового потока, м²;() - разность температур; Т - продолжительность прохождения тепла, ч.

Теплопроводность материала зависит от его средней плотности, химического состава, структуры, характера пор, влажности.

Теплопроводность материала значительно возрастает при его увлажнении. Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые; материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами.

Теплоёмкость - свойство материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты и выделять её при охлаждении.

Показателем теплоёмкости служит удельная теплоёмкость, равная количеству теплоты (Дж), необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 ⁰С:

С=, где

Q - количество тепла, Дж; m - масса материала, кг.

Паро- и газопроницаемость - свойство материала пропускать через свою толщу под давлением водяной пар или газы (воздух). все пористые материалы при наличии незамкнутых пор способны пропускать пар или газы.

Паро- и газопроницаемость материала характеризуется соответственно коэффициентом паро- или газопроницаемости, который определяется количеством пара или газа в л, проходящего через слой материала толщиной 1м и площадью 1м² в течение 1ч при разности парциальных давлений на противоположных стенках 133,3 Па.

Огнестойкость - способность материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара.

Строительные материалы по степени огнестойкости подразделяются на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Несгораемые материалы в условиях пожара не воспломеняются, не тлеют и не обугливаются (керамический кирпич, черепица, бетон, асбестоцементные и природные каменные материалы).

Трудносгораемые материалы под действием огня и высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но только при наличии источника огня (при удалении источника огня горение и тление прекращается) (фибролит,стеклопластики, асфальтовый бетон, оштукатуренную древесину).

Сгораемые материалы под действием огня и высокой температуры воспламеняются, горят или тлеют и продолжают гореть после удаления источника огня (древесина, рубероид, войлок, пластмассы, обои, битумы, полимерные материалы).

Для повышения огнестойкости материалов их пропитывают или обрабатывают специальными огнезащитными составами - антипиренами. Эти составы под действием огня выделяют газы, не поддерживающие горение, или образуют на материале пористый защитный слой, замедляющий его нагрев.

Огнеупорностью называют свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не расплавляясь и не деформируясь. По степени огнестойкости материалы делят на огнеупорные (свыше 1580 ⁰С), тугоплавкие (1350-1580 ⁰С), легкоплавкие (ниже 1350 ⁰С).

Термостойкость - способность материала выдерживать без разрушений определенное количество резких колебаний температуры.

Жаростойкость - способность материала выдерживать температуру эксплуатации до 1000⁰С без нарушения сплошности и потери прочности.

плотность влажность теплоемкость пористость

Размещено на Allbest.ru