Гидрофизические свойства

Гидрофизические свойства проявляют материалы и изделия при контакте с водой и паром. Наиболее важные из них – гигроскопичность, водопоглощение, водостойкость, водопроницаемость, морозостойкость, воздухостойкость.

Увлажнение и насыщение водой оказывает большое влияние на многие важные эксплуатационные характеристики строительных материалов и изделий. В результате насыщения водой существенно изменяются их весовые характеристики, тепло- и электропроводность, линейные размеры и объём, физико-механические свойства.

В зависимости от вещественной природы материала способность материалов притягивать к своей поверхности молекулы воды различна. Материалы способные притягивать к своей поверхности воду называются гидрофильными (бетон, древесина, стекло, кирпич и другие); а отталкивающие воду – гидрофобными (битум, полимерные материалы).

Гигроскопичность- свойство материалов поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их на своей наружной поверхности и внутренней поверхности пор.

При прочих равных условиях гигроскопичность материала зависит от характеристик его структуры и, прежде всего, от количества и характера пор и капилляров. Материалы с одинаковой пористостью, но имеющие более мелкие поры и капилляры, обладают, как правило, более высокой гигроскопичностью, чем крупнопористые. Повышенной гигроскопичностью обладают волокнистые органические материалы (древесина, войлок и т.д.).

Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней. Оно подразделяется на водопоглощение по массе и объёму.

Водопоглощение по массе Wm, %, равно отношению массы поглощённой образцом воды к массе сухого образца.

Водопоглощение по объёму W_o, %, равно отношению массы поглощённой образцом воды к объёму образца.

Их определяют по следующим формулам:

(1.5)

где m_в — масса образца, насыщенного водой, г; m_с — масса образца, высушенного до постоянной массы, г; V — объем образца, см³.

Между водопоглощением по массе и объёму существует следующая зависимость:

Wo =Wm ρ m, (1.6)

где ρ m — средняя плотность материала, кг/м³.

Водопоглощение всегда меньше пористости, так как поры не полностью заполняются водой.

Материалы во влажном состоянии изменяют свои свойства: увеличивается средняя плотность, уменьшается прочность, повышается теплопроводность.

Водостойкость материала характеризуется коэффициентом размягчения (К ) – отношением предела прочности при сжатии материала, насыщенного водой, к пределу прочности при сжатии материала в сухом состоянии.

К Rсж.нас. / Rсж.сух. (1.7)

Например, металлы и стекло сохраняют свою прочность при действии воды и их К = 1. Материалы с К < 0,8 не применяют в конструкциях, постоянно подверженных действию воды (фундаменты зданий, дамбы, плотины).

Влагоотдача - способность материала отдавать влагу при снижении влажности воздуха. Скорость влагоотдачи зависит от разности влажности образца и окружающей среды. Чем она выше, тем интенсивнее идёт высушивание изделия. Крупнопористый гидрофобный материал отдаёт воду быстрее, чем мелкопористый гидрофильный. В естественных условиях влагоотдачу строительных материалов характеризуют интенсивностью потери влаги при относительной влажности воздуха 60 % и температуре равной 20 °С.

Водопроницаемость – свойство материала пропускать воду под давлением через свою толщу. Водопроницаемость оценивают по коэффициенту фильтрации К_Ф, м/ч, который равен количеству воды V_В в м³, проходящей через материал площадью S = 1 м², толщиной а = 1 м за время t = 1 ч, при разности гидростатического давления = 1 м водного столба:

К_Ф = V_В a / [S (P₁ – P₂) t] (1.8)

Особенно важно это свойство при строительстве гидротехнических сооружений (дамбы, плотины, молы, мосты), резервуаров, возведении стен подвалов при наличии грунтовых вод. Коэффициент фильтрации непосредственно связан обратной зависимостью с водонепроницаемостью материала. Чем ниже, тем выше марка по водонепроницаемости.

Водонепроницаемость бетона и других материалов характеризуется маркой W2, W4...W12, обозначающей одностороннее гидростатическое давление в кг/см² (атмосферах), при котором образец не пропускает воду в условиях стандартных испытаний. Испытания проводят на специальной установке.

Морозостойкость – способность насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и, соответственно, без значительных потерь массы и прочности.

При замерзании вода увеличивается в объёме примерно на 9%, в результате возникает давление на стенки пор, которое может привести к разрушению материала. Понижению прочности также способствует перемещение (миграция) влаги по порам и капиллярам.

Морозостойкость характеризуется маркой (F15,F25…F300) - числом циклов замораживания и оттаивания, которое выдерживает материал в условиях стандартного испытания. Материал считается морозостойким, если в результате испытания прочность его снизилась не более чем на 15-25%, а потери в массе не превышали 5%.

Для материалов, эксплуатируемых в условиях знакопеременных температур наружного воздуха, морозостойкость является одним из важнейших свойств, обеспечивающих их долговечность (дорожные покрытия, бордюрные камни, стеновые материалы). Главными факторами, определяющими морозостойкость материала, являются показатели структуры, от которых зависят степень их насыщения водой и интенсивность образования льда в порах.

Влагостойкость (воздухостойкость)– способность материала длительно выдерживать многократное увлажнение и высушивание без деформаций и потери механической прочности. Природные и искусственные хрупкие каменные материалы (бетон, керамика) и древесные материалы (доска, фанера), сжимающиеся при высыхании и расширяющиеся при увлажнении, разрушаются вследствие возникновения растягивающих напряжений. В подобных условиях работают дорожные покрытия, надводные части гидротехнических сооружений.

Газо- и паропроницаемость –способность материала пропускать через свою толщу газы (воздух) или водяной пар.

При возникновении у противоположных поверхностей ограждения разности атмосферного давления происходит миграция воздуха через поры и трещины материала. Это явление эффективно до определённой степени, так как способствует дополнительному воздухообмену (вентиляции) и снижению влажности в помещении. При большой газопроницаемости материала ухудшаются теплозащитные качества стены. В зимнее время года внутри тёплых помещений в воздухе содержится значительно больше водяного пара, чем снаружи, и он стремится пройти через стену. Попадая в холодную часть ограждения, пар конденсируется, резко повышая влажность в этих местах. Повышение влажности материала способствует ухудшению теплозащитных свойств наружной ограждающей конструкции, быстрому разрушению материала особенно при действии мороза.

Для сохранения свойств ограждающих конструкций целесообразно создание условий, при которых она не будет «дышать». Особенно это относится к стенам помещений с повышенной эксплуатационной влажностью. С этой целью устраивают пароизоляционное покрытие на стене со стороны повышенного содержания водяного пара, используя следующие материалы: полиэтиленовую плёнку, рубероид, металлическую фольгу, глазурованную керамическую плитку, слой полимерной или масляной краски, а с противоположной стороны создают условия для газо- и паропроницания