Строительные материалы или стройматериалы являются основным требованием в наш современный век технологий. Существует множество видов строительных материалов, используемых для различных строительных работ.
- Химические свойства строительных материалов
- Химическая стойкость строительных материалов
- Устойчивость к коррозии
- Электрические свойства строительных материалов
- Магнитные свойства строительных материалов
- Тепловые свойства строительных материалов
- Теплоемкость строительных материалов
- Теплопроводность
- Тепловое сопротивление
- Удельная теплоемкость
Свойства строительных материалов
Для того чтобы материал считался строительным, он должен обладать необходимыми инженерными свойствами, пригодными для строительных работ. Эти свойства строительных материалов отвечают за их качество и возможности и помогают решить вопрос о применении этих материалов.
Такие свойства строительных материалов подразделяются на следующие категории.
- Физические свойства
- Механические свойства
- Химические свойства
- Электрические свойства
- Магнитные свойства
- Тепловые свойства
Физические свойства строительных материалов
Это свойства, необходимые для оценки качества и состояния материала без воздействия внешних сил. Физические свойства инженерных материалов следующие.
- Насыпная плотность
- Пористость
- Прочность
- Плотность
- Показатель плотности
- Удельный вес
- Огнестойкость
- Морозостойкость
- Стойкость к выветриванию
- Устойчивость к отслаиванию
- Водопоглощение
- Водопроницаемость
- Гигроскопичность
- Коэффициент размягчения
- Тугоплавкость
Насыпная плотность строительных материалов
Насыпная плотность – это отношение массы к объему материала в его естественном состоянии, то есть включая пустоты и поры. Она выражается в кг/м3. Насыпная плотность влияет на механические свойства материалов, такие как прочность, тепло- и электропроводность и т.д. Ниже приведены значения насыпной плотности некоторых инженерных материалов.
Строительный материал
Насыпная плотность (кг/м3)
Кирпич
1600 – 1800
Песок
1450 – 1650
Сталь
7850
Тяжелый бетон
Легкий бетон
1800 – 2500
500 – 1800
Гранит
2500 – 2700
Пористость строительных материалов
Пористость – это объем материала, занятый порами. Это отношение объема пор к объему материала. Пористость влияет на многие свойства, такие как теплопроводность, прочность, насыпная плотность, долговечность и т.д.
Долговечность строительных материалов
Свойство материала противостоять совместному воздействию атмосферных и других факторов называется долговечностью материала. Если материал более прочный, то он будет служить дольше. Стоимость обслуживания материала зависит от его долговечности.
Плотность строительных материалов
Плотность – это отношение массы материала к его объему в однородном состоянии. Почти все физические свойства материалов зависят от значения их плотности. Ниже приведены значения плотности некоторых строительных материалов.
Материал
Плотность (кг/м3)
7800 – 7900
2500 -2800
2600 – 2900
Индекс плотности
Отношение насыпной плотности материала к его плотности называется индексом плотности. Следовательно, он показывает объем твердого вещества в материале. В природе не существует полностью плотных материалов, поэтому показатель плотности всегда меньше 1 для любого строительного материала.
Удельный вес строительных материалов
Удельный вес – это отношение массы данного вещества к массе воды при 4oC для равных объемов. Удельный вес некоторых материалов приведен ниже.
Удельный вес
7.82
Чугун
7.20
Алюминий
2.72
Огнестойкость строительных материалов
Способность противостоять огню без изменения формы и других свойств. Огнестойкость материала проверяется совместным воздействием воды и огня. Огнестойкие материалы должны обеспечивать большую безопасность в случае пожара.
Морозостойкость
Способность материала противостоять замерзанию или оттаиванию называется морозостойкостью. Она зависит от плотности и насыпной плотности материала. Более плотные материалы обладают большей морозостойкостью. Влажные материалы обладают низкой морозостойкостью, они теряют свою прочность при замерзании и становятся хрупкими.
Стойкость к выветриванию
Свойство материала противостоять всем атмосферным воздействиям без потери прочности и формы. Выветривание влияет на долговечность материала. Например, под воздействием атмосферных осадков происходит коррозия железа. Чтобы противостоять этому, используется слой краски.
Устойчивость к растрескиванию
Способность материала выдерживать определенное количество циклов резких колебаний температуры без разрушения называется сопротивлением раскалыванию. Она зависит от коэффициента линейного расширения.
Водопоглощение
Способность материала поглощать и удерживать воду в себе называется водопоглощением. Оно выражается в % от веса сухого материала. Оно зависит от размера, формы и количества пор материала.
Водопроницаемость
Способность материала пропускать через себя воду называется водопроницаемостью. Плотные материалы, такие как стекло, металлы и т.д., называются непроницаемыми материалами, которые не пропускают воду.
Гигроскопичность
Гигроскопичность – это свойство материала поглощать водяной пар из воздуха. Она зависит от относительной влажности, пористости, температуры воздуха и т.д.
Коэффициент размягчения
Коэффициент размягчения материала – это отношение прочности на сжатие насыщенного материала к его прочности на сжатие в сухом состоянии. Он влияет на прочность водопоглощающих материалов, таких как почва.
Тугоплавкость
Свойство материала не плавиться и не терять форму при длительном воздействии высоких температур (1580oC и более).
Пример: огнеупорная глина является высокоогнеупорным материалом.
Механические свойства строительных материалов
Механические свойства материалов выясняются путем приложения к ним внешних сил. Это очень важные свойства, которые отвечают за поведение материала в работе. К механическим свойствам относятся,
- Прочность
- Твердость
- Упругость
- Пластичность
- Хрупкость
- Усталость
- Ударная прочность
- Стойкость к истиранию
- Ползучесть
Прочность строительных материалов
Способность материала сопротивляться разрушению, вызванному действующими на него нагрузками, называется прочностью. Нагрузка может быть сжимающей, растягивающей или изгибающей. Она определяется путем деления предельной нагрузки, воспринимаемой материалом, на площадь его поперечного сечения.
Прочность является важным свойством для любых строительных материалов. Поэтому, чтобы обеспечить максимальную надежность по прочности, для материалов предусмотрен коэффициент безопасности, который выбирается в зависимости от характера работ, качества материала, экономических условий и т.д.
Твердость строительных материалов
Свойство материала сопротивляться царапанию телом пастуха. Для определения твердости материалов используется шкала MOHS. Твердость наиболее важна для принятия решения об использовании того или иного заполнителя. Она также влияет на обрабатываемость.
Эластичность строительных материалов
Способность материала восстанавливать свою первоначальную форму и размер после снятия нагрузки называется упругостью, а материал – упругим материалом. Идеально упругие материалы подчиняются закону Гука, в котором напряжение прямо пропорционально деформации. Что дает модуль упругости как отношение единицы напряжения к единице деформации. Чем выше значение модуля упругости, тем меньше деформации.
Пластичность
Когда к материалу прикладывается нагрузка, если он подвергается постоянной деформации без образования трещин и сохраняет эту форму после снятия нагрузки, то говорят, что это пластичный материал, и это свойство называется пластичностью. Они обеспечивают устойчивость к изгибу, ударам и т.д.
Примеры: сталь, горячий битум и т.д.
Хрупкость
Когда материал подвергается нагрузке, если он внезапно разрушается, не вызывая никакой деформации, тогда он называется хрупким материалом, и это свойство называется хрупкостью.
Примеры: бетон, чугун и т.д.
Усталость
Если материал подвергается повторяющимся нагрузкам, то разрушение происходит в некоторой точке, которая ниже точки разрушения при постоянных нагрузках. Такое поведение известно как усталость.
Ударная прочность
Если материал подвергается внезапным нагрузкам и он претерпевает некоторую деформацию, не вызывая разрыва, это называется ударной прочностью. Она обозначает вязкость материала.
Сопротивление истиранию
Потеря материала в результате трения частиц во время работы называется абразивным износом. Стойкость материала к истиранию делает его прочным и обеспечивает долгий срок службы.
Ползучесть
Ползучесть – это деформация, вызванная постоянными нагрузками в течение длительного времени. Она зависит от времени и происходит с очень низкой скоростью. В нормальных условиях она практически незначительна. Но в условиях высоких температур ползучесть возникает быстро.
Химические свойства строительных материалов
Свойства материалов против химических воздействий или химических комбинаций называются химическими свойствами. К ним относятся
- Химическая стойкость
- Коррозионная стойкость
Химическая стойкость строительных материалов
Способность строительных материалов противостоять воздействию химических веществ, таких как кислоты, соли и щелочи, называется химической стойкостью. Подземные сооружения, сооружения вблизи моря и т.д. должны быть построены с высокой химической стойкостью.
Коррозионная стойкость
Образование ржавчины (оксида железа) в металлах, когда они подвергаются воздействию атмосферы, называется коррозией. Поэтому металлы должны быть коррозионностойкими. Для повышения коррозионной стойкости необходимо принять соответствующие меры. В противном случае это приведет к повреждению всей конструкции.
Электрические свойства строительных материалов
Свойства материала проводить или сопротивляться прохождению через него электричества являются электрическими свойствами материала. Например, дерево обладает большим электрическим сопротивлением, а нержавеющая сталь является хорошим проводником электричества.
Магнитные свойства строительных материалов
Магнитные свойства материалов, такие как проницаемость, гистерезис и др. необходимы в случае генераторов и т.д. Железо является магнитным материалом, а алюминий – немагнитным.
Тепловые свойства строительных материалов
- Теплоемкость
- Теплопроводность
- Тепловое сопротивление
- Удельное тепло
Теплоемкость строительных материалов
Теплоемкость – это свойство материала поглощать тепло, которое необходимо для проектирования надлежащей вентиляции. Она влияет на термическую стабильность стен. Она выражается в Дж/Н оС и рассчитывается по следующей формуле.
Теплоемкость, T = [H/(M(T2 – T1))].
Где H = количество тепла, необходимое для повышения температуры от T1 до T2.
T1 = начальная температура
T2 = конечная температура
M = масса материала в Н.
Теплопроводность
Количество тепла, передаваемого через единицу площади образца с единичной толщиной за единицу времени, называется теплопроводностью. Она измеряется в кельвинах. Она зависит от структуры материала, пористости, плотности и содержания влаги. Высокопористые материалы, влажные материалы обладают большей теплопроводностью.
Тепловое сопротивление
Это способность сопротивляться теплопроводности. Она является обратной величиной теплопроводности. Когда она умножается на толщину материала, получается термическое сопротивление. Тепловое сопротивление почвы варьируется от 30 до 500 0C-см/Вт.
Удельное тепло
Удельная теплоемкость – это количество тепла, необходимое для нагревания 1 Н материала на 1oC. Удельная теплоемкость полезна, когда мы используем материал в зонах с высокой температурой. Ниже приведены значения удельной теплоемкости некоторых инженерных материалов.
Удельная теплота Дж/Н оС
0.046 x 103
Древесина
0,239 – 0,27 x 103
Камень
0,075 – 0,09 x 103