Proprietà dei materiali da costruzione vera densità. Proprietà fisiche dei materiali da costruzione. Parametri di stato, metodi per la loro determinazione. Effetto della porosità sulle proprietà dei materiali
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Vera Densitàρ (g / cm 3) - massa per unità di volume di materiale in uno stato assolutamente denso, cioè senza pori e vuoti
Densità mediaρ 0 (kg / m 3) - massa per unità di volume di materiale in stato naturale, cioè insieme a pori e vuoti
Densità apparenteρ n (kg / m 3) - il rapporto tra la massa del materiale in uno stato fluido e il suo volume. Porosità- il grado di riempimento del volume del materiale con i pori. Esistono porosità generali, aperte e chiuse.
porosità aperta Di - il numero di pori aperti nel volume del materiale (determinato dall'assorbimento d'acqua)
porosità chiusa Ps - il numero di pori chiusi nel volume del materiale
PROPRIETÀ IDROFISICHE - queste sono proprietà materiali da costruzione rispetto all'azione dell'acqua
Igroscopicità - proprietà materiale poroso assorbire il vapore acqueo dall'aria.
Umidità caratterizza il contenuto di acqua relativo nel materiale in percentuale.
Assorbimento dell'acqua - la capacità del materiale di assorbire e trattenere l'acqua a diretto contatto con esso. La quantità di assorbimento d'acqua dipende dalla struttura del materiale e, soprattutto, dalla porosità aperta (capillare).
Distinguere Assorbimento d'acqua in peso In m (%) - il rapporto tra la massa di acqua assorbita dal materiale mw e la massa del materiale in uno stato assolutamente secco m
Assorbimento volumetrico d'acqua In o (%) - il rapporto tra il volume di acqua assorbito dal materiale m in / ρ in e il suo volume in uno stato saturo d'acqua V 2:
Deformazioni dell'umiditàè restringimento e gonfiore. Restringimento, (restringimento) - una diminuzione del volume e delle dimensioni del materiale quando si asciuga. È causato da una diminuzione dello spessore degli strati d'acqua che circondano le particelle del materiale e dall'azione di forze capillari che tendono ad avvicinarle. Rigonfiamento(gonfiore) - un aumento del volume e delle dimensioni del materiale quando viene inumidito. Si verifica a causa dell'azione di incuneamento dell'acqua e di una diminuzione delle forze capillari.
Permeabilità all'acqua- la capacità del materiale di far passare l'acqua attraverso il suo spessore. È caratterizzato dal valore del coefficiente di filtrazione K f (m 2 / h), che è determinato dalla quantità di acqua che ha attraversato 1 m 2 di superficie per 1 ora a pressione costante.
Impermeabile- la capacità del materiale di non far passare l'acqua, ed è inversamente proporzionale al coefficiente di filtrazione.
Resistenza all'acqua caratterizzato dal coefficiente di rammollimento K p
Resistenza al gelo - la capacità del materiale di resistere a ripetuti e alternati congelamenti e scongelamenti in uno stato saturo d'acqua.
PROPRIETÀ TERMOFISICHE caratterizzare il rapporto tra il materiale e l'azione del calore.
Conduttività termica- la capacità di un materiale di trasferire calore da un corpo a temperatura più alta a uno meno caldo.
Resistenza termicaR, (m2 o C) / W, lo spessore di costruzione δ è pari a
Capacità termicaè determinato dalla quantità di calore che deve essere riportata a 1 kg di un dato materiale per innalzarne la temperatura di 1°C. resistenza al fuoco- la capacità del materiale di resistere all'impatto a lungo termine alte temperature sotto carico.
resistenza al fuoco - la capacità del materiale di resistere all'esposizione a breve termine alla fiamma libera
PROPRIETÀ MECCANICHE caratterizzano la capacità di un materiale di resistere a sollecitazioni interne e deformazioni sotto l'influenza di forza, calore, restringimento o altre influenze.
Le proprietà meccaniche sono suddivise in:
- deformativo (elasticità, plasticità, ecc.) e
- resistenza (limiti di resistenza in compressione, tensione, flessione, scheggiatura; resistenza all'urto o resistenza all'urto; resistenza all'abrasione).
Plastica - la proprietà di un materiale, quando caricato in misura significativa, di cambiare dimensione e forma senza la formazione di crepe e rotture e di mantenere questa forma dopo che il carico è stato rimosso.
fragilità - la proprietà del materiale sotto l'azione del carico di collassare senza deformazioni plastiche evidenti.
PROPRIETÀ DI RESISTENZA- sono le proprietà di un materiale di resistere, senza collassare, alle sollecitazioni interne e alle deformazioni derivanti dall'azione di un carico o di altri fattori.
La resistenza del materiale viene valutata dalla resistenza alla trazione (resistenza alla trazione) determinata per un dato tipo di deformazione. Per materiali fragili (naturali materiali lapidei, calcestruzzo, mortai, mattone) la principale caratteristica di resistenza è la resistenza alla compressione.
Resistenza alla compressioneRszh(MPa) è pari alla massima sollecitazione di compressione che ha causato la distruzione del materiale
Pris- forza distruttiva, N; F - area della sezione trasversale prima della prova, m 2
La resistenza a compressione viene determinata caricando a rottura provini standard su apposite presse (macchine di prova).
La stessa formula è usata per determinare carico di rottura per materiali tex che resistono alle sollecitazioni di trazione e alle deformazioni (legno, metalli, ecc.).
Determinare per molti materiali (calcestruzzo, mattoni, legno, ecc.).
Resistenza alla trazione per flessioneR izg (MPa) secondo le formule:
Durezza - la proprietà di un materiale di resistere alla penetrazione di un altro materiale più duro al suo interno.
La durezza dei materiali lapidei, il vetro viene valutata utilizzando la scala di durezza Mohs, composta da 10 minerali disposti in ordine crescente di durezza (1 - talco, ... 10 - diamante).
Resistenza all'urto (resistenza dinamica) - la proprietà di un materiale di resistere ai carichi d'urto, è caratterizzata dalla quantità di lavoro speso per la distruzione di un campione standard su dispositivi speciali, chiamati copra, per unità di volume (J / cm 3)
Resistenza all'abrasione - la proprietà del materiale di resistere alle influenze abrasive, caratterizzata dall'abrasione - la perdita di massa durante l'abrasione del campione sui cerchi di abrasione, riferita alla sua area (g / cm 2)
Impatto simultaneo di abrasione e impatto caratterizza resistenza all'usura Materiale
Proprietà che caratterizzano le caratteristiche dello stato fisico dei materiali.
Lo stato fisico dei materiali da costruzione è completamente caratterizzato dalla densità e dalla porosità medie e reali.
La densità media ρс è la massa per unità di volume del materiale allo stato naturale, cioè con pori. Può essere materiale secco, in uno stato di umidità naturale o altro specificato in GOST. La densità media (in kg/m3, kg/dm3, g/cm3) è calcolata con la formula:
dove m è la massa del materiale, kg, g; Ve - volume materiale, m3, dm3, cm3.
Quando la temperatura e l'umidità dell'ambiente cambiano, il materiale circostante cambia il suo contenuto di umidità e, di conseguenza, la densità media. Pertanto, l'indice di densità medio viene determinato dopo l'essiccazione preliminare del materiale a una massa costante o viene calcolato con la formula:
ω è la quantità di acqua nel materiale (una frazione della sua massa);
rmv e rms sono la densità media del materiale umido e secco.
Viene chiamata la densità media dei materiali sfusi - pietrisco, ghiaia, sabbia, cemento, ecc densità apparente. Il volume include pori direttamente nel materiale e vuoti tra i grani.
La densità media della maggior parte dei materiali è solitamente inferiore alla loro vera densità. I singoli materiali, come l'acciaio, il vetro, il bitume e anche quelli liquidi, hanno quasi la stessa densità reale e media.
La densità media del materiale è una caratteristica importante per il calcolo della resistenza di una struttura, tenendo conto del suo stesso peso, per determinare il metodo e il costo del trasporto del materiale, per calcolare i magazzini e le attrezzature di movimentazione. In base al valore della densità media, alcune altre proprietà del materiale vengono giudicate indirettamente. Ad esempio, per i materiali lapidei esiste una relazione approssimativa tra densità media e conduttività termica, e per il legno e alcuni materiali lapidei (calcari) - tra resistenza e densità.
La vera densità ρu è la massa per unità di volume di un materiale assolutamente denso, cioè senza pori e vuoti. Si calcola in kg/m3, kg/dm3, g/cm3 secondo la formula:
dove m è la massa del materiale, kg, g; Va - volume di materiale in uno stato denso, m3, dm3, cm3.
La vera densità di ogni materiale è una proprietà fisica costante che non può essere cambiata senza cambiarla. Composizione chimica o struttura molecolare.
Densità relativa d è il rapporto tra la densità media del materiale e la densità della sostanza standard. Come sostanza standard è stata presa acqua alla temperatura di 4°C, avente una densità di 1000 kg/m3. La densità relativa (valore adimensionale) è determinata dalla formula:
La maggior parte dei materiali da costruzione ha pori, quindi loro vera densità sempre sopra la media. Solo nei materiali densi (acciaio, vetro, bitume, ecc.) le densità vere e medie sono praticamente uguali, poiché il volume dei loro pori interni è trascurabile.
Porosità P - il grado di riempimento del volume del materiale con i pori. Calcolato in % secondo la formula:
dove ρс, ρu sono le densità media e reale del materiale.
Per i materiali da costruzione, P varia da 0 a 90%.
Assegna la porosità totale, aperta e chiusa:
porosità troppo aperta;
M1, m2 - masse di materiali rispettivamente allo stato secco e saturo d'acqua
Pz-porosità chiusa:
Per i materiali sfusi, viene determinato il vuoto (porosità intergranulare). È vero, la densità media e la porosità dei materiali sono valori correlati. La forza, la conducibilità termica, la resistenza al gelo e altre proprietà dei materiali dipendono da loro.
Un metodo sperimentale (diretto) per determinare la porosità si basa sulla sostituzione dello spazio dei pori nel materiale con elio liquefatto ed è stato descritto in precedenza.
I pori sono cellule che non sono riempite materiale strutturale. In termini di dimensioni, possono variare da milionesimi di millimetro a diversi millimetri.
Pori più grandi, ad esempio tra i grani di materiali sfusi, o cavità presenti in alcuni prodotti ( mattone forato, pannelli in cemento armato) sono chiamati vuoti. I pori sono solitamente riempiti con aria o acqua; nei vuoti, specialmente nelle ampie cavità, l'acqua non può indugiare e defluire.
Le proprietà più importanti del materiale dipendono dall'entità della porosità e dalla sua natura (la dimensione e la forma dei pori, l'uniformità della distribuzione dei pori in tutto il volume del materiale, le loro strutture - pori comunicanti o chiusi): densità , resistenza, durata, conduttività termica, assorbimento d'acqua, resistenza all'acqua, ecc. Ad esempio, i pori aperti aumentano la permeabilità e l'assorbimento d'acqua del materiale e ne peggiorano la resistenza al gelo. Tuttavia, nei materiali fonoassorbenti, i pori aperti sono desiderabili in quanto assorbono l'energia sonora. Un aumento della porosità chiusa dovuto alla porosità aperta aumenta la durata del materiale e ne riduce la conduttività termica.
Le informazioni sulla porosità del materiale consentono di determinare le aree appropriate della sua applicazione.
Resistenza all'acqua: la capacità di un materiale di mantenere la resistenza quando è saturo di acqua. Per alcuni materiali (ad esempio cemento cementizio), la resistenza quando satura di acqua aumenta, per altri (ad esempio, per materiali in gesso) è nettamente ridotto.
Un indicatore di resistenza all'acqua è il coefficiente di rammollimento K raz, che è definito come il rapporto tra la resistenza alla trazione (in compressione) del materiale in uno stato saturo di acqua R cx e la resistenza alla trazione del materiale secco R com: Taglia K= R' szh / R szh
I valori del coefficiente di rammollimento per vari materiali sono compresi tra 0 (materiali argillosi crudi) e 1 (vetro, metalli, bitume, porcellana). I materiali con un coefficiente di rammollimento di almeno 0,8 sono classificati come impermeabili. Impermeabili, ad esempio, sono quarzite, granito, marmo, ecc.
Porosità
Porosità P - il grado di riempimento del volume del materiale con i pori. È determinato dalla formula П = (1 – γ/ρ) 100%; dove γ è la densità media del materiale, kg/m3; ρ è la vera densità del materiale, kg/m3.
Per i materiali sfusi, viene calcolata la porosità intergranulare (vuoto). È determinato dalla stessa formula, solo per il calcolo, invece della vera densità, prendono densità media, o densità media apparente.
Nel volume del materiale possono essere presenti contemporaneamente pori e vuoti. I pori (dal greco poros - uscita, buco) sono piccole cellule nel materiale riempite d'aria o acqua, i vuoti sono cellule più grandi e cavità tra pezzi di materiale versato liberamente riempiti d'aria.
La porosità del materiale influisce in modo significativo sulle sue proprietà come densità media, resistenza, assorbimento d'acqua, umidità, permeabilità all'acqua, resistenza al gelo, conduttività termica, ecc.
Di seguito sono riportati i valori approssimativi di porosità, %, per alcuni materiali da costruzione:
metalli e vetro 0
quarzite Fino a 1
marmo 0,8-3,0
granito 1-3
mattone 25-35
tufo vulcanico 20-60
legno 50-75
La porosità è una proprietà fisica utilizzata nella valutazione indiretta dell'assorbimento d'acqua delle rocce, della loro durabilità, ecc. La porosità è calcolata da valori noti di densità media e reale.
Assorbimento dell'acqua
Assorbimento d'acqua: la capacità del materiale di assorbire e trattenere l'acqua nei pori. Di norma, non caratterizza la vera porosità del materiale, poiché alcuni dei pori sono inaccessibili all'acqua e l'aria rimane parzialmente nei pori riempiti d'acqua. L'assorbimento d'acqua è determinato dalla massa B wt o dal volume B circa come percentuale.
L'assorbimento d'acqua B wt è uguale al rapporto tra la massa di acqua assorbita dal campione alla saturazione e la massa del campione secco: B wt \u003d [(m 1 - m) / m] 100%, dove m è la massa del campione secco, kg; m 1 è la massa del campione saturo di acqua, kg.
L'assorbimento d'acqua B circa è uguale al rapporto tra la massa d'acqua assorbita dal campione a saturazione e il volume del campione: В circa \u003d [(m 1 - m) / V] 100%
Per la transizione da B mas a V su, usa la formula B rev \u003d V mas γ, che deriva dall'equazione B rev / V mas = (m 1 - m) / V: (m 1 - m) / m = m/V = γ.
L'umidificazione e la saturazione dei materiali da costruzione con acqua, di norma, influisce negativamente sulle loro proprietà di base: aumenta la densità media, la conducibilità termica ed elettrica e riduce la resistenza. L'assorbimento d'acqua dipende dal numero e dalla natura dei pori. Di seguito sono riportati i valori approssimativi di assorbimento d'acqua,%, per vari materiali:
quarzite 0,17
granito 0,09-0,65
marmo 0,05-0,3
piastrelle per pavimenti in ceramica 1-4
mattone 8-20
L'assorbimento d'acqua è un'importante proprietà fisica di una pietra, che viene utilizzata in una valutazione approssimativa della sua durabilità. Quindi, ad esempio, se il parametro specificato per una roccia non supera lo 0,5%, non viene testato per la resistenza al gelo, supponendo che la roccia abbia una durabilità abbastanza sufficiente (negli standard per blocchi e pietre laterali). Per le rocce utilizzate nella produzione di materiali per pareti, l'assorbimento d'acqua non deve superare: per tufi vulcanici - 50, per altre rocce - 30%.
Determinazione dell'assorbimento d'acqua roccia prodotto su cinque campioni - cubi con una dimensione della costola di 40-50 mm o cilindri con un diametro e un'altezza di 40-50 mm. Ogni campione viene pulito con un pennello da particelle sciolte, polvere e asciugato a peso costante. Dopo che i campioni si sono completamente raffreddati all'aria, vengono pesati su un tavolo o una bilancia a quadrante, posti in un recipiente con acqua a temperatura ambiente in una fila (il livello dell'acqua nel recipiente dovrebbe essere 20–100 mm sopra il bordo superiore del campioni) e conservati per 48 ore, rimossi dal recipiente, asciugati con un panno morbido e pesati singolarmente. In questo caso, la massa d'acqua che fuoriesce dai pori del campione sul piatto di pesata è inclusa nella massa del campione saturo d'acqua.
L'assorbimento d'acqua della roccia è calcolato come media aritmetica dei risultati della determinazione dell'assorbimento d'acqua di cinque campioni. I valori di questo indicatore per le specie più comuni pietra di fronte CIS sono riportati in appendice.
Umidità
Umidità - la quantità di umidità contenuta nel materiale, riferita alla massa del materiale allo stato secco. L'umidità W è calcolata dalla formula W \u003d [(m 1 - m) / m] 100% (qui m è la massa del campione secco, kg; m 1
è il peso del campione umido, kg).
L'umidità viene presa in considerazione durante il trasporto, lo stoccaggio e l'accettazione dei materiali in base al peso. Colpisce la conduttività termica, la resistenza al decadimento e alcune altre proprietà dei materiali.
Permeabilità all'acqua
Permeabilità all'acqua - la proprietà di un materiale di far passare l'acqua sotto pressione. Questa è una delle principali caratteristiche operative dei materiali di copertura e impermeabilizzazione, teloni, pelle.Il valore di permeabilità all'acqua è determinato dalla quantità di acqua (ml) che attraversa il materiale per unità di tempo (h) attraverso un'area (1 cm 2 ) a pressione costante.
La proprietà opposta - resistenza all'acqua - è caratterizzata da materiali particolarmente densi (ad esempio acciaio, vetro, bitume) e materiali densi con pori chiusi (ad esempio calcestruzzo di una composizione appositamente selezionata).