1.3.4 Властивості матеріалів щодо дії води, морозу та високих температур
Будівельні матеріали в процесі їх експлуатації та зберігання можуть вбирати воду.
Водопоглинанням називають здатність матеріалу вбирати воду та утримувати її в своїх порах. Як правило, водопоглинання погіршує властивості матеріалів, збільшує теплопровідність і середню густину, зменшує міцність. Ця величина виражається в відсотках. Розрізняють масове і об’ємне водопоглинання.
Масовим водопоглинанням називають відношення маси поглинутої матеріалом води при повному насиченні до його маси в сухому стані. Для більшості будівельних матеріалів його значення менше за 100 %, а для дуже пористих – більше за 100 %.
Об’ємним водопоглинанням називають відношення об’єму поглиненої матеріалом води до об’єму матеріалу. Чисельно ця величина дорівнює об’ємові доступних для води пор і завжди менша за 100 %.
Відповідно масове і об’ємне водопоглинання знаходять за формулами, %:
де m1 – маса матеріалу, насиченого водою; m2 – маса матеріалу в сухому стані; Vв – об’єм води в матеріалі; V – об’єм матеріалу; ρв – густина води.
Вологістю називають відношення маси води, що міститься в даний момент у матеріалі, до його маси в сухому стані. Вологість, як і водопоглинання, визначається в відсотках. Розрізняють вологість масову і об’ємну.
Відповідно до ступеня насиченості матеріалів водою їх маса, середня густина і теплопровідність збільшуються, а міцність – зменшується (через послаблення зв’язків між частинками речовини).
Морозостійкістю називається здатність матеріалу в насиченому водою стані витримувати багаторазове поперемінне заморожування і відтавання, тобто різкі коливання температури, без ознак руйнування та без значного зменшення міцності.
Вода, що знаходиться у порах матеріалу, під час замерзання збільшую свій об’єм майже на 10 %. Стінки пор при цьому руйнуються і при повторному зволоженні матеріалу вода проникає в нього глибше. На морозостійкість випробують будівельні матеріали, які використовуються в зовнішніх конструкціях (наприклад, покрівельні, стінові). Надзвичайно морозостійкими повинні бути матеріали, призначені для гідротехнічного будівництва. Щільні матеріали (без пор), а також матеріали із закритими порами, мають велику морозостійкість. Матеріали з відкритими порами володіють, як правило, невеликою морозостійкістю.
За морозостійкістю матеріали поділяють на марки. Так для бетону встановлені такі марки за морозостійкістю: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500.
Наприклад, марка бетону за морозостійкістю F100 означає, що зразки бетону витримують не менше 100 циклів заморожування-відтавання без проявлення ознак руйнування та без зменшення міцності більше, ніж на 5 %.
1.3.5 Теплові властивості будівельних матеріалів
Теплопровідністю називають здатність матеріалу передавати теплоту крізь свою товщину від однієї поверхні до іншої. Кількість теплоти Q, що проходить крізь конструкцію (наприклад, стіну) прямо пропорційна її площі F, різниці температур на її поверхнях t1-t2 і часу τ, протягом якого проходить тепловий потік, і обернено пропорційна товщині стіни δ, Дж:
 ,
де λ – коефіцієнт теплопровідності матеріалу, Вт/(м·°С).
Якщо F = 1 м², (t2-t1) = 1°С, δ = 1 м, τ = 1 с, то λ = Q. Отже, коефіцієнт теплопровідності – це кількість теплоти, що проходить через товщу матеріалу площею 1 м2 і товщиною 1 м при різниці температур на його поверхнях 1°С за 1 с.
Коефіцієнт теплопровідності твердої речовини, з якої складається матеріал, залежить від її хімічного складу і молекулярної будови, але у всіх випадках значно перевищує коефіцієнт теплопровідності повітря (табл. 1.2). Тому із збільшенням пористості матеріалу його теплопровідність зменшується. Якщо матеріал вологий, то теплопровідність матеріалу значно збільшується.
Таблиця 1.2 – Коефіцієнти теплопровідності деяких матеріалів
Найменування
матеріалу
|
Коефіцієнт теплопровідності,
Вт/(м·°С)
|
Бетон тяжкий
|
1,3
|
Деревина (сосна)
|
0,15
|
Пінополістирол
|
0,08
|
Сталь
|
45
|
Цегла керамічна звичайна
|
0,6
|
Теплоємністю називають здатність матеріалу вбирати теплоту при нагріванні та віддавати її при охолодженні.
Для нагрівання матеріалу масою m від температури t1 до температури t2 треба витратити кількість теплоти Q, прямо пропорційну масі матеріалу та різниці температур, Дж:
 ,
с – питома теплоємність матеріалу, Дж/(кг·°С).
З наведеної вище формули питома теплоємність:
 .
Отже, питома теплоємність – це кількість теплоти, яку треба витратити, що нагріти 1 кг матеріалу на 1°С (табл. 1.3). Зі збільшенням вологості матеріалів їх теплоємність підвищується, оскільки вода має велику питому теплоємність.
Таблиця 1.3 – Питомі теплоємності деяких матеріалів
Найменування
матеріалу
|
Питома теплоємність,
Дж/(кг·°С)
|
Бетон тяжкий
|
900
|
Вода
|
4180
|
Деревина (сосна)
|
1700
|
Пінополістирол
|
1400
|
Сталь
|
450
|
Цегла керамічна звичайна
|
840
|
Вогнетривкість – здатність матеріалів витримувати тривалий вплив високої температури, не змінюючи форми і не руйнуючись. За цією ознакою вони поділяються такі групи:
1) вогнетривкі, що витримують температуру понад 1580 °С (шамот, динас та ін.);
2) тугоплавкі, що зберігають вогнетривкість при температурі від 1350 до 1580 °С (гжельська цегла);
3) легкоплавкі, що витримують температуру до 1350 °С (глиняна цегла).
Вогнетривкі матеріали використовують для спорудження печей, топок, димових труб, обмурування котлів та інших конструкцій, що сильно нагріваються при спалюванні палива.
|