Основные свойства строительных материалов

При производстве кровельных работ применяют различные материалы: минеральные — волнистые асбестоцементные листы, асбестоцементные плитки, черепицу различных видов; органические — толь, толь-кожу, рубероид, пергамин, гидроизол, изол, сюда же относятся и деревянные — гонт, щепа, стружка, металлические — стальные кровельные листы.

Покрытие крыши подвержено суточным и сезонным колебаниям температуры, солнечной радиации, воздействию атмосферных осадков в сочетании с температурными изменениями, ветрами, а иногда и вредными осадками, выбрасываемыми промышленными предприятиями. Поэтому для нормальной эксплуатации зданий и сохранения их долговечности большое значение имеет качество кровельных материалов и их правильное применение. Чтобы рационально использовать кровельные материалы, необходимо знать их основные свойства.

Плотность представляет собой массу единицы объема материала в плотном состоянии, без пор и пустот. Плотность определяют делением массы сухого материала т (г) на занимаемый им объем V (см3)

Плотность воды при температуре 4° С (когда она находится в наиболее сжатом состоянии) и при нормальном давлении равна единице. Плотность других-материалов показывает, во сколько раз они легче или тяжелее воды. Например, плотность асбестоцемента 2,3 — 2,7; кирпича 1,7 — 2,4; бетона 2,65, прокатной стали 7,85. В этом случае плотность выражается отвлеченным числом.

Объемная масса представляет собой массу единицы объема материала в естественном состоянии с учетом степени его пористости.

Объемную массу определяют делением массы т материала В кг на объем V образца в ж3.

Ниже приведены объемные массы некоторых строительных материалов: песка 1400 — 1600 кг/м, естественного камня 1200 — 3000, кирпича 1200 — 1900, бетона 500 — 2700 кг/м3.

В большинстве случаев объемная масса материала меньше его плотности. У материалов, не имеющих пор (стекло, сталь и др.), они равны.

Показатель плотности определяется отношением объемной массы вещества к его плотности. Показатель плотности характеризует степень заполнения твердым веществом единицы объема материала. Например, показатель плотности обожженного кирпича составляет:

Таким образом, 78% объема составляет твердое вещество, а остальные 22% объема занято воздухом, находящимся в пустотах. Показатель плотности металла, стекла равен единице.

Пористость — суммарный объем имеющихся в материале пор, обычно наполненных воздухом. Она выражается в процентах к объему рассматриваемого материала. Пористость кирпича в приведенном выше примере равна 22%. Сумма значений пористости и плотности составляет единицу.

Прочность - способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим в результате действия внешних нагрузок. Строительные материалы в зависимости от характера нагрузки могут испытывать различные напряжения: сжатия, растяжения, изгиба, среза и удара.

Прочность характеризуется пределом прочности, т. е. напряжением в материале, соответствующим нагрузке, при которой происходит разрушение образца.

Предел прочности материалов определяют на прессах или разрывных машинах, увеличивая нагрузку на образцы до их разрушения. Предел прочности при сжатии Rcm и растяжении Rраст равен отношению разрушающей силы #ра3р к первоначальной площади образца F,

Предел прочности при сжатии строительных материалов колеблется в широком диапазоне — от 5 (торфяные и другие теплоизоляционные плиты) до 20 000 кгс/см2 (специальные высокосортные стали).

Твердость — способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого материала.

Твердость минералов определяют по шкале твердости, включающей десять минералов — от талька или мела с показателем 1 до алмаза с показателем 10. Для определения твердости некаменных материалов в них вдавливают стальной шарик под определенной нагрузкой Р, Твердость НВ в этом случае определяют по следующей формуле

где F — площадь отпечатка после вдавливания шарика.

Твердость необходимо учитывать при механической обработке материала, распиливании, строгании.

Упругость — способность материала изменять под действием нагрузок свою форму и восстанавливать ее после снятия нагрузки. Упругие материалы: резина, поролон, сталь.

Пластичность — способность материала под действием нагрузки изменять свою форму и размеры без образования трещин и сохранять эту измененную форму после снятия нагрузки. Примером пластичных материалов служат битум, свинец.

Хрупкость — способность материала разрушаться под действием силы. Хрупкими материалами являются: стекло, черепица, чугун. Все хрупкие материалы плохо сопротивляются удару. Хрупкость и пластичность материалов могут значительно меняться от влажности, температуры, скорости нарастания внешних нагрузок. Так, глины хрупки в сухом состоянии и пластичны во влажном.

Теплоемкость — способность материала поглощать определенное количество тепла при нагревании и отдавать его при охлаждении. Это качество материала необходимо учитывать при подборе материалов для ограждающих элементов крыш.

Показателем теплоемкости служит коэффициент теплоемкости, определяющий количество тепла (ккал), которое необходимо затратить, чтобы нагреть 1 кг материала на 1°С. Древесина имеет коэффициент теплоемкости от 0,57 до 65, сталь — 0,11. Коэффициент теплоемкости воды 1,0 (самый большой), поэтому с увеличением влажности материалов их теплоемкость повышается.

Теплопроводность — способность материала передавать через свою толщу тепловой поток'. Теплопроводность очень важно учитывать при подборе материалов для ограждающих конструкций, в частности для крыш.

Показатель теплопроводности — коэффициент теплопроводности К (ламбда) — обозначает, какое количество тепла проходит в течение 1 ч через материал толщиной 1 м, площадью 1 м2 при разности температур на двух его противоположных поверхностях в 1°С.

Величина коэффициента теплопроводности зависит главным образом от степени пористости, структуры и влажности материала. Чем больше пористость материала, тем меньше коэффициент его теплопроводности, и наоборот.

Структура материала влияет на теплопроводность его следующим образом. Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые, даже если их пористость (в процентах) одинакова. Материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами. При увлажнении материалов теплопроводность резко повышается, так как часть воздуха из пор вытесняется водой, коэффициент теплопроводности которой в 25 раз больше, чем у воздуха.

Огнестойкостью называется способность материала сопротивляться воздействию огня или высокой температуры до потери им несущей способности. Она характеризуется величиной предела огнестойкости (отрезка времени, измеряемого часами) и группой возгораемости. Все материалы делятся по возгораемости на следующие группы:

несгораемые, которые под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются; один из них (черепица, бетоны) при воздействии огня незначительно деформируются, изменяя форму и размеры, другие (сталь) могут изменять форму очень сильно, а некоторые (гранит, мрамор) даже разрушаются;

трудносгораемые, которые под воздействием огня и высокой температуры воспламеняются, тлеют и обугливаются, но прекращают гореть (тлеть) после удаления источника огня (войлок, пропитанный глиняным раствором, древесина, пропитанная специальными составами, асфальтовый бетон);

сгораемые, которые под воздействием огня и высокой температуры воспламеняются или тлеют и продолжают гореть после удаления источника огня (непропитанная древесина, рубероид, толь).

Химической стойкостью называется способность материалов сопротивляться действию кислот, щелочей, солей, растворенных в воде, и газов. Значительная часть строительных материалов не обладает стойкостью против действия кислот и щелочей, например, дерево, битумы, вяжущие вещества. Высокую сопротивляемость имеют пластмассы.

Химическую стойкость материалов необходимо учитывать при выборе кровли для промышленных сооружений.

Водопоглощение — способность материала впитывать воду и удерживать ее в своих порах. При насыщении материала водой его качества ухудшаются: увеличивается объемная масса, снижается прочность и увеличивается теплопроводность.

Водопроницаемость — способность материала пропускать под давлением воду сквозь свою толщу. Это качество учитывают при подборе материала для кровли. Более плотные материалы имеют меньшую водопроницаемость. Листовая сталь, стекло, битум являются водонепроницаемыми материалами.

Гигроскопичность — способность материала поглощать водяные пары из воздуха. Это качество свойственно материалам, имеющим мелкие поры, выходящие наружу.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократные попеременные замораживания и оттаивания.

Морозостойкими считаются материалы, которые после установленного для них числа циклов замораживания и оттаивания не имеют видимых признаков разрушения (не крошатся, не растрескиваются, не расслаиваются) и теряют в весе не более 5%. Кроме того, прочность образцов, подвергавшихся испытанию на морозостойкость, не должна понижаться более чем на 25%.

Кровельные материалы применяют в наружных конструкциях, поэтому осенью материал полностью или частично насыщается водой, а зимой и весной попеременно замерзает и оттаивает. При замерзании вода увеличивается в объеме и образующийся лед начинает давить на стенки пор материала. Если вода заполняет доступные ей (открытые) поры полностью и, следовательно, не имеет возможности свободно расширяться, то образовавшийся лед может разрушить стенки пор, вследствие чего прочность материала понизится. Следовательно, для устройства кровель необходимо применять морозостойкие материалы.

Строительные материалы, в том числе и кровельные, должны отвечать требованиям государственных стандартов (ГОСТ). Стандарт содержит определение материала, требования к его важнейшим свойствам, методы определения этих свойств, а также правила хранения и транспортирования материала. ГОСТ является документом, имеющим силу закона. Наряду с ГОСТ кровельные материалы должны соответствовать требованиям Строительных норм и правил, которые содержат перечень данной группы материалов и указания по их выбору и применению в зависимости от типа и класса здания или сооружения и от условий эксплуатации.