Фізико-механічні та хімічні властивості будівельних матеріалів

Будівельні матеріали мають ряд фізико-механічних і хімічних властивостей, якими визначається ступінь їх придатності для спорудження того чи іншого пристрою. З різних властивостей нижче описані: щільність, об'ємна маса, пористість, водопоглинення, міцність, пластичність, вогнестійкість, вогнетривкість, розчинність, антикорозійного.

У фізиці розрізняють поняття щільності та об'ємної маси. Одиниця виміру обох величин однакова – кг/м3 (або г/см3).

Щільність матеріалу – відношення проби матеріалу до об'єму (без урахування порожнин, пор і т. п.).
Об'ємної масою називають відношення маси матеріалу до займаному обсягу в природному стані матеріалу, тобто з урахуванням пустот, пор і т. п. Для таких матеріалів, як метали, скло, смоли, об'ємна маса дорівнює щільності, так як вона виражена в тих же одиницях.

Для будівельних матеріалів значення щільності та об'ємної маси не збігаються. Наприклад, щільність гранітного щебеню дорівнює 3300 кг/м3, об'ємна маса 1800 -1900 кг/м3. Таким чином, об'ємна маса – величина змінна для багатьох матеріалів.

Наприклад, об'ємні маси свежевзрихленного і злежалого піску будуть різними. Змінюється об'ємна маса і зі зміною вологості матеріалів. Щоб уникнути плутанини прийнято визначати об'ємну масу будь-якого матеріалу в повітряно-сухому стані. Нижче наведено об'ємні маси деяких будівельних матеріалів, кг/м3:

Азбестоцементні листи … 1900
Бетон на цегляному щебені …… 2000
Повсть будівельний … 150
Глина …… 1400
Деревина соснова … 400-600
Залізобетон (среднеармірованний) …. 2500
Засипка з сухого піску … 1600
Вапно негашене (комове) …. 1000
Вапняне тісто … 1300-1450
Камінь-пісковик … 2400
Цегляна кладка (суцільна) … 1800
Ошурки … 250
Сталь будівельних марок ……. 7850
Скло …. 2500
Чавунні вироби … 7200
Шлаки …… 1000
Цементний розчин до 2000

Пористість матеріалу визначає ступінь заповнення його обсягу порами, порожнечами і доповнює щільність до одиниці. Наприклад, пористість цегли буде 1-0,68 = 0,32, стали 1-1 = 0 і т. д. Щільність і пористість матеріалів впливають на міцність, водопоглинання, водонепроникність, теплопровідність, морозостійкість та інші властивості.

Водопоглинання характеризує здатність матеріалу вбирати в себе і утримувати воду. Водопоглинання виражається у відсотках, що визначають різницю маси матеріалу, гранично насиченого водою, і цього ж зразка матеріалу в абсолютно сухому стані.

Водопоглинання звичайної глиняної цегли в залежності від ступеня випалу коливається від 8 до 20%. Насичені водою матеріали втрачають міцність. Об'ємна маса і теплопровідність таких матеріалів зростають.

Ставлення міцності матеріалу, насиченого водою, до міцності сухого матеріалу називається коефіцієнтом розм'якшення матеріалу. Для сталі, бітуму, наприклад, цей коефіцієнт дорівнює 1, тобто ці матеріали є абсолютно водостійкими. Для цегли-сирцю, а також для глінопесчаний розчину коефіцієнт розм'якшення дорівнює 0, тобто у воді ці матеріали розпадаються. Тому цегла-сирець і глиняний розчин не можна застосовувати при кладці фундаментів у водонасичених грунтах і димових труб над дахом.

Міцність визначає здатність матеріалу чинити опір руйнуванню під дією внутрішніх напружень, що виникають від зовнішніх навантажень, температурних коливань і інших чинників. В пічних пристроях зовнішні впливи, яких схильні матеріали, викликають стиснення, вигин, зріз, зминання. Кожен матеріал має межею міцності, перевищення якого викликає руйнування предмета.

Пластичність визначає здатність матеріалу змінювати свою форму без ознак руйнування під дією навантаження і повністю зберігати змінену форму після зняття навантаження. Ця властивість має велике значення для розчину.

Вогнестійкість визначається ступенем займистості матеріалу і характеризує його здатність витримувати без руйнування впливу високих температур і води в умовах пожежі. За ступенем возгораемости будівельні матеріали поділяються на вогнетривкі, вогнестійкими і спаленні.

Вогнетривкі матеріали при впливі вогню не запалюються, не тліють, не обвуглюються, але можуть деформуватися. Сталь, наприклад, деформується в значній мірі, а граніт, мармур, силікатна цегла повністю руйнуються.

Важкоспалимі матеріали під впливом вогню спалахують з працею, тліють. Після видалення джерела вогню тління припиняється. Зразком такого матеріалу може бути будівельний повсть, який використовується як тепло і огнеізоляціонного матеріалу в пічних пристроях. При тлінні повсть видає характерний сильний запах, сигналізуючи тим самим про виникнення вогнища пожежі.

Спалимі матеріали під впливом вогню спалахують і продовжують горіти після видалення джерела вогню.

Вогнетривкість визначає здатність матеріалу протистояти, не руйнуючись і не розм'якшуючись, впливу високих температур протягом тривалого часу. За ступенем вогнетривкості матеріали поділяють на три групи: вогнетривкі, що витримують дію температури від 1580 ° С і вище (шамот, динас тощо); тугоплавкі, що витримують дію від температури від 1350 до 1580 ° С (гжельский цегла); легкоплавкі, розм'якшуються при температурі нижче 1350 ° С (звичайна цегла).

Розчинність – здатність матеріалу самостійно або в суміші з єднальними речовинами охороняти конструкції від руйнування корозією. Антикорозійними матеріалами для металевих футлярів печей є графіт та пічного лак.