Общие физические свойства

К общефизическим свойствам относятся: истинная плотность, средняя плотность и пористость материала.

Истинная плотность – масса единицы объёма вещества в абсолютно плотном состоянии, то есть без пор, пустот и трещин.

ρ = , [кг/м³] (1.1)

где – ρ истинная плотность, кг/м³; m – масса, кг; – v_а объем, занимаемый веществом без пор, трещин и каверн, м³.

Истинная плотность большинства строительных материалов больше единицы (за единицу условно принимают плотность воды при t = 4 °С). Для каменных материалов плотность колеблется в пределах 2200 – 3300 кг/м³; органических материалов (дерево, битумы, пластмассы) – 900 –1600, черных металлов (чугун, сталь) – 7250 – 7850 кг/м³.

Средняя плотность - масса единицы объёма материала (изделия) в естественном состоянии, то есть с пустотами и порами

ρ _m = , [кг/м³] (1.2)

где – ρ _m средняя плотность, кг/м³; m – масса материала (изделия) в естественном состоянии, кг; v – объем материала (изделия) в естественном состоянии, м³.

Значения плотности данного материала в сухом ρ _m и влажном состоянии ρ _{m w} связаны соотношением:

ρ _{m w} = ρ _m (1+W _m /100), (1.3)

где: W _m – влажность материала по массе, %.

Если образец имеет правильную геометрическую форму, его объем определяют путём вычислений по измеренным геометрическим размерам; если же образец неправильной формы, – по объёму вытесненной жидкости (закон Архимеда).

Средняя плотность природных и искусственных материалов колеблется в широких пределах – от 10 кг/м³ (полимерный воздухонаполненный материал «мипора») до 2500 кг/м³ у тяжёлого бетона и 7850 кг/м³ у стали.

Данные средней плотности используют при подборе материала для изготовления строительных конструкций, расчётах транспортных средств, подъёмно-транспортного оборудования. При одинаковом вещественном составе средняя плотность характеризует прочностные свойства. Чем больше средняя плотность, тем прочнее материал.

Плотность пористых материалов всегда меньше их истинной плотности. Например, плотность лёгкого бетона – 500…1800 кг/м³, а его истинная плотность – 2600 кг/м³. Только для абсолютно плотных материалов (металлы, стекла, лаки, краски) показатели средней и истинной плотности численно равны.

Насыпная плотность - масса единицы объёма сыпучих материалов в свободном насыпном состоянии, то есть без его уплотнения. За единицу объёма таких материалов принимают не только зерна самого материала, но и пустоты между ними. Количество пустот, образующихся между зёрнами рыхлонасыпного материала, выраженное в процентах по отношению ко всему занимаемому объёму, называют межзерновой пустотностью. Этот показатель важен для сыпучих материалов с рыхлозернистой структурой: для песка, щебня, гравия, керамзита и других материалов, применяемых при изготовлении бетона, а также для зернистых теплоизоляционных материалов.

Средняя плотность природных и искусственных материалов колеблется в широких пределах – от 10 кг/м³ (полимерный воздухонаполненный материал «мипора») до 2500 кг/м³ у тяжёлого бетона и 7850 кг/м³ у стали.

Данные средней плотности используют при подборе материала для изготовления строительных конструкций, расчётах транспортных средств, подъёмно-транспортного оборудования. При одинаковом вещественном составе средняя плотность характеризует прочностные свойства. Чем больше средняя плотность, тем прочнее материал. Для пористых строительных материалов истинная плотность больше средней. Только для абсолютно плотных материалов (металлы, стекла, лаки, краски) показатели средней и истинной плотности численно равны.

ПористостьП - объёмная доля воздушных пустот в материале.

П= (1 - ρ _m / ρ)100,(1.4)

где ρ _m , ρ — средняя и истинная плотности материала (г/см³, кг/м³);

Для строительных материалов П колеблется от 0 до 90%.

В зависимости от показателя пористости различают

· низкопористые (менее 30%),

· среднепористые (от 30% до 50%),

· высокопористые (более 50%) материалы.

Строение пористого материала характеризуется количеством и геометрическими размерами пор в виде капилляров (в форме трубочек) и ячеек (сферической формы).

Поры в материале могут иметь различную форму и размеры. Они могут быть открытыми, сообщающимися с окружающей средой, и замкнутыми, заполненными воздухом. При погружении материала (изделия) в воду открытые поры полностью или частично заполняются водой. В замкнутые поры вода проникнуть не может.

Характерные величины пористости (%) ряда материалов: пенопласты – 96, древесина – 65, бетон лёгкий – 60, кирпич керамический – 35, бетон тяжёлый – 10, гранит – 1, сталь - 0.

Большое влияние на свойства материалов оказывают не только величина пористости, но и размер пор, их характер. При увеличении объёма замкнутых пор и уменьшении их величины повышается морозостойкость материала и снижается теплопроводность. Наличие открытых крупных пор делает материал проницаемым для воды, неморозостойким, но в то же время он приобретает акустические свойства.