Что такое пористость материала каково ее влияние на основные эксплуатационные свойства

Роль пористости в формировании свойств материалов.

К физическим свойствам материала относятся плотность, пористость, водопоглощение, влагоотдача, гигроскопичность, водопроницаемость, морозостойкость, теплопроводность, звукопоглощение, огнестойкость, огнеупорность и некоторые другие.

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 м 2 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

Источник

Свойства, характеризующие особенности физического состояния материалов: плотность, пористость, пустотность.

Основные свойства строительных материалов.

Строительные материалы, применяемые для возведения зданий и сооружений, характеризуются разнообразными свойствами, которые определяют качество материалов и область их применения. Особенности строительных материалов, проявляющиеся по отношению к воздействию различных явлений и других материалов, называются их свойствами, а совокупность свойств, определяющих пригодность материалов для применения по назначению, характеризует их качество.

Свойства строительных материалов оценивают числовыми показателями, которые устанавливают путем лабораторных испытаний но единообразной стандартной методике.

Свойства строительных материалов многообразны и могут быть подразделены на физические, механические, химические, техноло­гические, художественно-декоративные и др.

Физические свойства материала характеризуют его строение или отношение к физическим процессам окружающей среды. К физическим свойствам относят массу, истинную и среднюю плотность, пористость, водопоглощение, водостойкость, влажность, водопроницаемость, воздухо-, паро- и газопроницаемость, морозостойкость, теплопроводность, огнестойкость и др.

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться разрушающему или деформирующему воздействию внешних сил. К механическим свойствам относят прочность, упругость, пластичность, хрупкость, сопротивление удару, твердость, истираемость, износ и др.

1. Классификация строительных материалов по роду сырья, общности технологического процесса их изготовления, функциональному назначению и областям применения.

Чтобы легче ориентироваться в многообразии строительных материалов и изделий, их классифицируют по назначению, исходя из условий работы материалов в сооружениях, или по технологическому признаку, учитывая вид сырья, из которого получают материал, и способ изготовления.

По назначению материалы можно условно разделить на две группы: конструкционные и материалы специального назначения.

Конструкционные материалы, применяемые для несущих конструкций, различают следующие:

1) природные каменные;

3) искусственные каменные, получаемые:

а) омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетон, железобетон, растворы);

б) спеканием (керамические материалы);

в) плавлением (стекло и ситаллы);

4) металлы (сталь, чугун, алюминий, сплавы);

7) композиционные (асбестоцемент, бетонополимер, фибробетон, стеклопластик и др.).

Строительные материалы специального назначения, необходимые для защиты конструкций от вредных воздействий среды или повышения эксплуатационных свойств и создания комфорта, следующие:

3) гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие;

7) материалы для защиты от радиационных воздействий и др.

Главным требованием к материалам, из которых изготовляются несущие конструкции, является их способность хорошо сопротивляться изменению формы и разрушению под действием нагрузок, а также в ряде случаев низкие теплопроводность и звукопроницаемость (например, для ограждающих конструкций). Основными требованиями к некоторым материалам являются: водонепроницаемость, низкая электропроводность, радиационная стойкость.

Плотность, пористость, прочность — это основные характеристики всех строительных материалов, служащие как для оценки качества и особенностей применения материала, так и для различных технико-экономических расчетов. Специальные технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться обработке. Например, для каменных материалов важной является способность шлифоваться и полироваться. Податливость к сравнительно легкой формуемости глин и бетонных смесей при производстве строительных изделий является важной технологической характеристикой.

При выборе и обосновании целесообразности применения строительного материала для определенных условий его применения требуется учитывать различные его свойства.

По ряду признаков часто выделяют четыре основные группы технических свойств: физические, механические, химические и технологические.

Строение и основные свойства строительных материалов.

1.Взаимосвязь состава, строения и свойств строительных материалов.

Свойства строительного материала определяются его структурой. Для получения материала заданных свойств следует создать его внутреннюю структуру, обеспечивающую необходимые технические характеристики. Знание свойств материалов необходимо для наиболее эффективного его использования в конкретных условиях эксплуатации.

Структуру строительного материала изучают на трех уровнях:

1. макроструктура — строение материала, видимое невооруженным глазом;

2. микроструктура — строение, видимое через микроскоп;

3. внутреннее строение вещества, изучаемое на молекулярно-ионном уровне (физико-химические методы исследования — электронная микроскопия, термография, рентгеноструктурный анализ и др.).

По физическому состоянию все вещества, в том числе и все материалы используемые в строительстве (строительные материалы) подразделяют на твердые, жидкие, газообразные и плазму.

В штукатурных и малярных работах используют материалы, которые находятся в твердом или жидком состоянии.

Твердым телом называют всякое тело, имеющее определенную форму.

К твердым телам относят металлы, камни, лед, воск, битум, стекло и др. Твердые тела могут находиться в кристаллическом (гранит, металлы, лед) и аморфном (воск, стекло, эбонит) состояниях.

Твердые материалы, используемые в штукатурных и малярных работах, бывают сыпучими и комовыми.

Жидкость— агрегатное состояние вещества, сочетающее в себе черты твердого состояния (сохранение объема, определенная прочность на разрыв) и газообразного (изменчивость формы).

Свойства, характеризующие особенности физического состояния материалов: плотность, пористость, пустотность.

Плотностьюназывается масса единицы объема материала. Большинство строительных материалов – пористые материалы, т.е. в их объеме помимо твердого вещества находятся воздушные ячейки (поры), заполненные воздухом, плотность которого несравнимо ниже плотности твердого вещества. Поэтому для строительных материалов определяют две характеристики: истинную и среднюю плотности. Для характеристики материалов, состоящих из отдельных зерен (цемент, песок, гравий), используют так называемую насыпную плотность.

Истинной плотностью р называют плотность того вещества, из которого состоит материал.

Средней плотностью р_Т называют плотность материала, когда при ее расчете берется его полный объем в естественном состоянии, включая поры и пустоты.

Насыпная плотность р_нас характеризует отношение массы зернистых и порошкообразных материалов ко всему занимаемому ими объему, включая и пространства между частицами.

Пустотность— отношение суммарного объема пустот в рыхлом материале ко всему объему, занимаемому этим материалом.

Источник

Структурная пористость материалов: виды пор, способы определения, влияние на свойства материалов.

Пористость-степень заполнения материала порами. Обычно ее расчитывают из средней и истиной плотности.

П_и=(1- )·100%.

Поры бывают: замкнутые, тупиковые, открытые, каппилярные, тупиковые сложной конфигурации. Открытая пористость П₀равна отношению суммарного объема всех пор, насыщающихся водой, к объему материала V_е:

П₀= · ;m1 и m2-масса образца в сухом и насыщенном водой состоянии.

Степень заполнения открытых пор водой зависит от условий проведения эксперимента и выражается еще двумя видами пористости – водопоглощением и водонасыщением.

Водопоглощение вычисляется по разнице масс образца в сухом состоянии и после 48 часов выдерживания в воде при атмосферном давлении. Иными словами водопоглощение – объем воды, поглощаемой материалом при нормальном давлении. При этом часть открытых тупиковых пор для воды недоступны.

m0 – масса сухого образца г

m1 – масса образца после 48 часов нахождения в воде, г

Открытые поры могут сообщаться между собой и с окружающей средой посредством капилляров, поэтому они заполняются водой при обычных условиях насыщения, например при погружении образцов материала в ванну с водой.

Закрытая пористость равна:

От величины пористости и ее характера (размера и формы пор, равномерности распределения пор по объему материала, их структуры—сообщающиеся поры или замкнутые) зависят важнейшие свойства материала: плотность, прочность, долговечность, теплопроводность, водопоглощение, водонепроницаемость и др. Например, открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость. Однако в звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает долговечность материала и уменьшает его теплопроводность. Сведения о пористости материала позволяют определять целесообразные области его применения.

Для точных измерений объема пор используют сжиженный гелий, при этом учитывают его сверхтекучесть и способность проникать в тонкие поры. Зная объем материала в естественном состоянии V_еи определив объем заключающихся в нем пор, находят объем, занимаемый веществом :V_a=V_e-V_п.

Действительный объем открытых пор определяется водонасыщением при кипячении образца материала в воде или при вакуумировании в установке.

При одинаковом объеме пор наилучшими техническими свойствами обладают мелкозернистые материалы с замкнутыми равномерно распределенными порами. Материалы с открытыми порами способны заполняться водой. Капиллярно-пористая структура является причиной капиллярного подсоса и гигроскопичности, т.е. такие материалы подсасывают воду из грунта и поглощают ее из воздуха.

Источник

Плотность и пористость. Влияние пористости на свойства строительных материалов.

1) Плотность бывает 4-х видов:

г) Относительная плотность – безразмерная величина, получаемая делением средней плотности данного материала на плотность воды. d = ρ_m / ρ _воды

Пористость может быть открытой и закрытой.

3) Все свойства материала определяются его составом и строением и прежде всего величиной и характером пористости. Плотность зависит от пористости, т.е. плотность пористых материалов всегда меньше их истинной плотности. Пористый материал обычно содержит и открытые, и закрытые поры; увеличение закрытой пористости за счёт открытой повышает его долговечность. Однако в звукопоглощающих материалах и изделиях умышленно создаётся открытая пористость и перфорация, необходимые для поглощения звуковой энергии. С повышением пористости материала увеличивается гигроскопичность и водопоглощение. А водопоглощение отрицательно влияет на основные свойства материала, увеличивается плотность, материал набухает, его теплопроводность возрастает, а прочность и морозостойкость понижаются. Поэтому увеличение пористости материала является основным способом уменьшения теплопроводности. Высокопористые материалы (древесина, ячеистые бетоны), способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой.

III. Природные каменные материалы.

Классификация горных пород по условиям образования. Основные области применения нерудных материалов в строительстве.

Признаком, по которому принято классифицировать горные породы, является генетический признак, т.е. по условиям образования.

А. Изверженные или магматические или первичные горные породы – образовались в литосфере в результате охлаждения и отвердевания магмы.

1) Глубинные или интрузивные горные породы – образовались в глубине литосферы в результате медленного и равномерного охлаждения магмы под влиянием вышерасположенных земных слоёв. Характерны зернистокристалическая и полнокристаллическая структуры. Представители – гранит, диорит, габбро, перидотит, пироксенит.

2) Излившиеся или эффузивные горные породы.

а) Излившиеся плотные горные породы – образовались в верхних горизонтах литосферы при более быстром и менее равномерном охлаждении магмы. Характерна порфировая структура, в основной стекловидной массе породы распределены, так называемые, порфировые вкрапленники (крупные кристаллы). Представители – кварцевый и бескварцевые порфиры, базальт, трахит, диабаз, порфирит, андезит.

б) Излившиеся пористые горные породы – образовались в результате быстрого охлаждения магмы на поверхности литосферы. Такие условия охлаждения обуславливают стеклообразное пористое строение. Представители – вулканический пепел, стекло, вулканический туф, пемза, туфовая лава.

Б. Осадочные или вторичные горные породы – образовались из магматических горных пород в поверхностных слоях литосферы в результате разрушения последних из-за выветривания (чередования температур, чередования увлажнения и высушивания, воздействия ветра), химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности растений и животных.

1) Механические горные породы – являются продуктами механического разрушения каких-либо материнских пород и сложены преимущественно обломками устойчивых к выветриванию минералов и пород.

а) Рыхлые механические горные породы – образовались в результате накопления крупных обломков. Представители – песок, гравий, природный щебень, галька.

б) Сцементированные механические горные породы – образовались из рыхлых механических отложений в результате сцементирования последних «природными цементами» (известковые, кремнистые, глинистые, железные). Представители – песчаники, конгломераты, брекчии.

2) Химические горные породы – образовались в результате осаждения из концентрированных водных растворов. Представители – гипс, доломит, магнезит, некоторые виды известняков, известковый туф, ангидрит.

3) Органогенные отложения – образовались при непосредственном или косвенном участии организмов. Представители – известняки, мел, диатомит, трепел, опока.

В. Метаморфические или видоизменённые горные породы – образовались из-за значительного преобразования магматических пород, из-за изменившихся в литосфере физико-химических условий. Происходят глубокие изменения минерального состава, строения и свойств первоначальных пород. Основными факторами метаморфизма являются: высокие температуры, давления газов, воздействия расплавов, механические воздействия. Представители – гнейс, мрамор, кварцит, глинистые и кремнистые сланцы.

Основные области применения:

ПГС – возведение фундаментов и стен, декоративная и защитная облицовка строительных конструкций, настилка полов, изготовление элементов лестниц и ограждений.

Дорожное строительство – изготовление дорожных плит и камней + бордюрные камни. Изготовление элементов мостов, опор подземных сооружений, облицовок набережных, опоров мостов. Для защиты конструкций от воздействия кислот, щелочей, высоких температур.

Как сырьё для производства искусственных строительных материалов.

Дата добавления: 2018-11-24 ; просмотров: 1853 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Пористость материалов. Определение пористости. Влияние пористости на свойства материалов.

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.

Среднюю плотность вычисляют путем деления массы образца m, г (кг), на его геометрический объем V, см 3 (м 3 )

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 ρ_w 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.

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.

Истинную плотность вычисляют по формуле:

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.

Закрытую пористость П_закр 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.

Источник