Для строительных материалов это самые важные свойства, характеризующие материал. Зная плотность, можно предполагать, какая будет прочность, теплофизические свойства, морозостойкость.
Hustota se určuje jako hmotnost jednotky objemu, zpravidla je to hmotnost 1 cm 3 nebo 1 m 3.
Pokud navážíme jednotkový objem porézního a absolutně hustého materiálu, dostaneme různé hmotnosti a rozdíl bude tím větší, čím více pórů v materiálu bude. Proto se ve stavební praxi rozlišuje skutečná hustotakdyž je materiál položen v absolutně hustém objemu, nejsou žádné póry, nejsou žádné mezery mezi částicemi pevné látky (g/cm 3):
Плотность материала в единице объёма с порами и неплотностями характеризует среднюю плотность nebo, jak bylo dříve nazýváno, objemová hmotnost (g/cm 3):
Pokud je materiál bez pórů nebo netěsností, jeho průměrná hustota je rovna skutečné. Takže u kovů, skla, hustých plastů, hlubokých hornin je skutečná hustota rovna průměru. U porézních materiálů část objemu zabírají póry, takže hmoty je méně. Hlasitost v přirozeném stavu se rovná objemu pevné látky a objemu pórů (cm 3):
U sypkých materiálů urč hromadně hustota, kdy je jednotkový objem naplněn zrnitými nebo práškovými materiály, jejichž zrna mohou nebo nemusí mít póry, ale mezi zrny jsou vždy vzduchové mezery, například nádoba s cementem, pískem nebo drtí. V tomto případě mezi sypkými zrny nebo částicemi zůstává sypkost – dutiny a proto je objemová hmotnost vždy menší než průměrná a navíc skutečná hustota.
Uvádí se ve stejných jednotkách – g/cm3 nebo kg/m3:
Relativní плотность d выражает плотность материала по отношению к плотности воды. Как правило, она соответствует средней плотности:
Celková pórovitost materiálu je definován jako poměr objemu pórů k objemu materiálu v jeho přirozeném stavu, vyjádřený ve zlomcích jednotky nebo v %:
Pokud není znám objem pórů, určí se celková pórovitost hustotou. K tomu potřebujete znát skutečnou a průměrnou hustotu:
kde poměr skutečné a průměrné hustoty je koeficient hustoty:
Pórovitost spolu s koeficientem hustoty tvoří jednu celou jednotku:
Póry v materiálu mohou být otevřené nebo uzavřené, oddělené, do kterých nemůže proniknout voda, když je v nich materiál ponořen. Jak víte, jestli tam takové póry jsou nebo ne?
Otevřenou pórovitost lze snadno určit ponořením materiálu do vody. A když znají celkovou pórovitost, určují uzavřenou pórovitost rozdílem:
Otevřená pórovitost je určena absorpcí vody. Je to rovné водопоглощению objemově, který se vypočítá z rozdílu hmotností mokrého a suchého materiálu:
Чем больше в материале uzavřené póry тем меньше влаги может удерживать материал при намокании, тем будет выше его mrazuvzdornost a tepelně izolační vlastnosti.
Prostřednictvím otevřených, komunikujících kapilár voda vyplňuje prostor pórů, snižuje tepelnou izolaci, mrazuvzdornost a dokonce i pevnost.
Absorpce vody označované písmenem W a určené jak objemem (rovná se), tak hmotností. Určete podle hmotnosti a vlhkost materiály v %:
Отношение . Водопоглощение по массе может быть и больше пористости, но по объёму не может превышать пористость.
Na základě množství absorbované vody vypočítejte faktorem nasycení, rovnající se poměru objemové absorpce vody k celkové pórovitosti materiálu:
Otevřená pórovitost je speciálně vytvořena, pokud je potřeba materiál pohlcující zvuk, kdy zvuková vlna slábne v labyrintu kapilár. Pro tento účel jsou materiály speciálně perforovány a vzniká otevřená pórovitost. Pro tepelnou izolaci jsou naopak potřeba uzavřené póry s nehybným vzduchem, protože vzduch má nejnižší tepelnou vodivost.
Čím více pórů je v materiálu nebo čím jemnější je mletí materiálu, tím větší je jeho kontaktní plocha se vzduchem – specifický povrch (plocha povrchu v cm 2 na 1 g látky), což má významný vliv na vlastnosti materiálu. Čím vyšší je měrný povrch, tím vyšší jsou sorpční vlastnosti materiálu – schopnost absorbovat vlhkost ze vzduchu a při ochlazení tvořit kondenzát. Tato vlastnost se nazývá hygroskopicita a takové materiály jsou hygroskopický.
K sorpci nebo adsorpci dochází v jakémkoli materiálu v důsledku nenasycení vnějších molekul pevného tělesa energií, ale u hutných materiálů nebo velkoporézních materiálů s malým specifickým povrchem jsou sorpční schopnosti nevýznamné. U hygroskopických materiálů, například dřeva ve vlhkém vzduchu, se vlhkost může zvýšit na 30%, u pórobetonu – až na 7-8%, což ovlivní tepelnou vodivost (pokud materiály nevyschnou).
Čím tenčí jsou kapiláry, tím vyšší vlhkost jimi může vzlínat a zvlhčovat strukturu. Tento jev se nazývá kapilární sání. Оно опасно для стен, поэтому между фундаментом и стеной всегда кладут гидроизоляционный материал.
Vlhkost se do materiálu může dostat 3 způsoby: pomocí капиллярного всасывания; с помощью kapilární filtrace nebo propustnost vody, když voda tlačí shora; používáním kapilární kondenzace, kdy se adsorbovaná vlhkost ve formě páry uvnitř stěny při poklesu teploty promění ve vodu a může zde zamrznout.
Při nasycení vlhkostí a při změnách na vzduchu, vysychání dochází k vlhkostním deformacím a srážení, při nasycení vlhkostí – otok. Střídání vysychání a smáčení porézních materiálů je doprovázeno střídavými deformacemi, zrychlujícím se praskáním a destrukcí materiálu.
Čím více vlhkosti materiál dokáže absorbovat, tím více se smršťuje, tím více bude trpět jeho struktura, když vysychá a když zmrzne ve stavu nasyceném vodou.
Smrštění u některých stavebních materiálů (mm/m):
dřevo (přes vlákno)
Mrazuvzdornost – schopnost materiálu odolávat střídavému zmrazování ve stavu nasyceném vodou a rozmrazování ve vodě. Když voda zamrzne, zvětší svůj objem o více než 9 %, vzniklé ledové krystalky rozbijí tenké stěny kapilár a materiál se zhroutí a odlupuje povrchy více nasycené vodou. Mrazuvzdornost je kvantifikována cykly a označena značkami: F25, F50, F100, F200, F300 nebo více, tzn. o kolik cyklů zmrazování vzorky vydržely bez ztráty pevnosti nejvýše 5 % nebo ztráty hmotnosti nejvýše 3 %. Jedním cyklem je zmrazení vzorků až do úplného zmrazení a jejich rozmrazení ve vodě.
Кирпич и пористый бетон имеют небольшую морозостойкость, так как в их структуре мало закрытых пор, много сообщающихся капилляров (большое водонасыщение). А материал, насыщенный водой, имеет низкую морозостойкость.
Materiál nasycený vlhkostí snižuje jeho vlastnosti tepelné ochrany. Nejlepším tepelným izolantem za normálních podmínek je suchý, nehybný vzduch, který může být obsažen v uzavřených pórech nebo izolovaných buňkách. Všechny izolační materiály obsahují malé uzavřené póry. Součinitel tepelné vodivosti vzduch je rovný λ = 0,023 W/(m°C), zatímco voda – 0,58 W/(m°C), led – 2,3 W/(m°C). Proto jsou všechny tepelně izolační materiály nasycovány vzduchem, jsou komůrkové nebo vláknité a musí být chráněny před vlhkostí.
Požární odolnost – vlastnost materiálu odolávat po určitou dobu ohni. Tato vlastnost závisí na schopnosti materiálu se vznítit a hořet. Na základě požární odolnosti se stavební materiály dělí na: ohnivzdorné (cihla, beton, ocel, kámen), ohnivzdorné (asfaltový beton, dřevovláknité desky, dřevo napuštěné retardéry hoření), hořlavé (dřevo, plasty, střešní lepenka). U některých materiálů je stanovena teplotní odolnostt.j. teplota, při které zůstává materiál funkční bez deformace. Takže u kovů je teplota tekutiny, kdy začíná měknutí a výrazná deformace – pro ocel je to 600 ° C. Konstrukce při této teplotě není schopna plnit své funkce. U hliníkových slitin je to 150-200°C.
Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) имеет значение при колебаниях температуры для материалов, работающих совместно под нагрузкой. При сезонном или суточном изменении температуры у разных материалов возникают разные деформации. Так, в железобетоне стальная арматура имеет КЛТР 10 · 10 -6 град -1 , такой же коэффициент и у бетона, поэтому они работают синхронно, не отслаиваясь. Если вместо стальной арматуры забетонировать древесину, у которой КЛТР в два раза выше, произойдёт отделение одного материала от другого, конструкция будет слабее, по бетону пойдут трещины. Температурные деформации при суточных колебаниях температуры достигают 0,5-1 мм/м, что особенно нежелательно на линейных многометровых конструкциях, поэтому длинномерные конструкции разрезают температурными или деформационными швами.
Při vytváření nových kompozitních materiálů je tento faktor jednou z podmínek, které musí být splněny. Další podmínkou je chemická kompatibilita komponent: materiály nesmí vzájemně reagovat. Takže při vyztužování cementového betonu skleněnými vlákny musí být sklo odolné vůči alkáliím, pak bude skleněné vlákno fungovat jako výztuž a nevstoupí do chemické interakce s cementovým kamenem.
Absorbce vody.Водопоглощением называют способность материала впитывать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней. Водопоглощение определяют по разности масс образца материала в насыщенном водой и в сухом состоянии, и выражают в % от массы сухого материала (водопоглощение по массеWm) или в % от объема образца (водопоглощение по объемуWv). Hmotnost absorpce vody Wm určeno vzorcem 8:
kde m2– hmotnost materiálu ve stavu nasyceném vodou, g;
м1– hmotnost materiálu v suchém stavu, g.
Objemová absorpce vody Wv určeno vzorcem 9:
kde m1jim2 – масса материала в сухом и водонасыщенном состоянии,
rв – плотность воды, г/см 3 ,
V je objem materiálu v jeho přirozeném stavu.
Voděodolnost.Voděodolnost je schopnost materiálu zachovat si při nasycení vodou své základní fyzikální a mechanické vlastnosti. Vyznačuje se koeficientem měknutí Kразм.(10), который представляет собой ношение предела прочности на сжатие водонасыщенного материала (Rca. voda)
na pevnost v tlaku suchého materiálu (Rszh. schnout).
Při navrhování konstrukcí vystavených vodě je nutné použít materiály s koeficientem měknutí minimálně 0,8.
Причиной снижения прочности при увлажнении материала водой может быть:
přítomnost rozpustných látek v materiálu, které se vymývají vodou.
Pokud materiál neobsahuje rozpustné látky, pevnost klesá
při navlhčení může být spojen s Rebinderovým klínovacím efektem, spojeným s expanzí (zaklíněním) ústí mikrotrhlin, když jimi pronikají vodní dipóly.
Vlhkost.Vlhkost je hmotnostní obsah vody v materiálu vyjádřený v procentech.
Sorpční vlhkost.Charakterizuje schopnost materiálu absorbovat vodní páru z okolního vzduchu. Číselně se rovná obsahu vlhkosti materiálu poté, co dokončil absorpci vodní páry. Se zvyšujícím se tlakem par (tedy se zvyšující se relativní vlhkostí vzduchu při konstantní teplotě) roste obsah sorpční vlhkosti materiálu.
Kapilární sáníводы пористым материалом происходит, когда часть конструкции находится в воде. Оно характеризуется высотой поднятия уровня воды в капиллярах материала, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания.
Výška h stoupání kapaliny v kapiláře je určena Jurinovým vzorcem (11):
kde σ je povrchové napětí,
θ – kontaktní úhel,
ρ – hustota kapaliny,
r – poloměr kapiláry,
g – zrychlení volného pádu.
Vodopropustnost.Vodopropustnost je schopnost materiálu procházet vodou pod tlakem. Charakteristikou propustnosti vody je množství vody, které projde 1 cm 1 povrchu materiálu za 2 hodinu při daném tlaku vody, který je stanoven normou v závislosti na druhu materiálu.
Voděodolný.Voděodolnost je schopnost materiálu nedovolit vodě procházet pod tlakem. Stupeň vodotěsnosti materiálů závisí na jejich hustotě a struktuře. Zvláště husté materiály jsou voděodolné, materiály s uzavřenými malými póry jsou téměř také voděodolné. Čím více otevřených pórů, tím je materiál propustnější pro vodu. Voděodolnost se posuzuje podle značky materiálu na základě voděodolnostiW, označující jednostranný hydrostatický tlak, vyjádřený v MPa, při kterém vzorek – válec zkoušeného materiálu ještě nepropouští vodu. Stavební materiály mají vodotěsné třídyW 0,2 – 1,2.
Mrazuvzdornost.Mrazuvzdornost je považována za schopnost materiálu ve stavu nasyceném vodou odolávat opakovanému střídavému zmrazování a rozmrazování bez známek destrukce a výrazného poklesu pevnosti. Mrazuvzdornost se kvantitativně posuzuje podle třídy materiálu na základě mrazuvzdornosti. Pro stupeň mrazuvzdornosti materiáluMrzneboF принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают водонасыщенные образцы материала без снижения прочности при сжатии более 15%, и потери массы более 5%.
Zničení materiálu je způsobeno tím, že voda v jeho pórech při zmrazení zvětší svůj objem o více než 9 %. Stupeň mrazuvzdornosti materiálů se zjišťuje zmrazováním vodou nasycených vzorků na = (-15, -17) o po dobu několika hodin a následným rozmrazováním při t o více než 15 o C po dobu nejméně 6 hodin. Podle stupně mrazuvzdornosti jsou materiály rozděleny do třídMrz(neboF): 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200, 300 a výše.
