Физические свойства

            Истинная плотность r0 (г/см3) – масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот) определяются по формуле:

                                                                           r = m / Vа                                                                    (1.1.)

где: m – масса материала, г;

Vа – объем материала в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот), см3.

                                                                          Va = V – Vn                                                                (1.2.)

            V – объем материала в естественном состоянии, см3

            Vn – объем пор в материале, см3.

            Средняя плотность r (г/см3) – масса единицы объема материала в естественном состоянии (вместе с порами и пустотами), определяется по формуле:

                                                                  r0 = m0/V                                                                             (1.3.)

   где:  m0 – масса материала, г;

            V – объем материала в естественном состоянии, см3;

            Насыпная плотность r (кг/м3) – масса единицы объема материала, состоящего из зерен различного диаметра, находящихся в рыхлом состоянии (в насыпной объем включены межзерновые пустоты):

                                                                  rн = mн/Vн                                                                                                              (1.4.)

     где: mн – насыпная масса, кг;

            Vн – насыпной объем, равный объему сосуда, м3;

            rн – насыпная плотность, кг/м3.

Насыпную плотность определяют как в рыхлонасыпном состоянии, так и в уплотненном.

Относительная плотность d – безмерная величина, равная отношению средней плотности материала r0 к плотности воды rв при 40С равной – 1 г/см3.

                                                                      d =                                                                             (1.5.)

     где: d – относительная плотность;

            r0 – средняя плотность материала, г/см3;

            rв – плотность воды при 40С, г/см3.

            Относительная плотность учитывается в некоторых эмпирических формулах (формула В.П. Некрасова для расчета теплопроводности, выражение для вычисления коэффициента конструктивного качества и др.).

            Общая пористость или пористость материала П0 – степень (доля) заполнения объема материала порами:

                                          П0 = ,  доли                             (1.6.)

       где: По – общая пористость;

                                                                = (1- rо/r) х 100%                                                             (1.7.)

V – объем материала в естественном состоянии, см3;

Va – объем материала в абсолютно плотном состоянии, см3;

Vп – объем пор, заключенных в материале, см3;

r - истинная плотность материала, г/см3;

rо – средняя плотность, г/см3.

            Пустотность Пу – доля межзерновых пустот в насыпном объеме материала:

                                      Пу = ,  доли                                 (1.8.)

     где: Пу – пустотность, доли или % ;

                                                                    ;                                                      (1.9.)

Vн – насыпной объем материала, см3;

V – объем материала, см3 ;

Vпуст – объем пустот в насыпном объеме материала, см3.

            Пустотность используют при определении расхода щебня (гравия) в бетонах.

Морозостойкость – свойство материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и снижения прочности. Разрушение материала при таких циклических воздействиях связано с появлением в нем  напряжений, вызванных как односторонним давлением растущих кристаллов льда в порах материала, так и всесторонним давлением воды, вызванным увеличением объема при образовании льда примерно на 9 % /плотность воды равна 1, а льда – 0,917/. При этом давление на стенки пор может достигать при некоторых условиях сотен МПа. Очевидно, что при полном заполнении всех пор и капилляров пористого материала вдой разрушение может наступить даже при однократном замораживании.

Материал считают выдержившим испытание, если после заданного количества циклов замораживания и оттаивания

                                                            Кмрз=Rмрз/Rо≥0,85                                                         (1.10.)

где   Кмрз – коэффициент морозостойкости,

        Rмрз, Rо – соответственно предел прочности после и до замораживания, МПа.

            Водопоглощение – свойство материала впитывать и удерживать воду. Водопоглощение пористых материалов (кирпича, бетона, древесины и др.) определяют по стандартной методике, выдерживая образцы в воде с температурой 20 +20С и количественно оценивают как отношение массы поглощенной воды к массе сухого материала Вм, % или к объему сухого материала ВV, %

                                                               ,                                               (1.11.)

                                                                ,                                           (1.12.)

где Вv – водопоглощение по объему; Вм – водопоглощение по массе, % ;

       mс, mв – соответственно масса сухого и водонасыщенного материала, г;

       V – объем воздушно-сухого материала, см3;

       r - плотность воды (1 г/см3).

Соотношение между объемным и массовым водопоглощением:

                                            d ;   Bv = d х Вм                                     (1.13.)

                Водопоглощение по объему (объемное водопоглощение) численно равно открытой пористости: |Вv| = |Пот|   Вычислив водопоглощение по объему можно определить закрытую пористость:

                                                               Пзак = По – Пот = По – Вv                                                            (1.14.)

                Открытые поры материала сообщаются с окружающей средой и могут сообщаться между собой, поэтому они заполняются водой при обычных условиях насыщения. Они увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость и коррозионную стойкость. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает долговечность материала. Однако в звукопоглощающих материалах и изделиях умышленно создается открытая пористость и перфорация, необходимые для поглощения звуковой энергии. Водопоглощение по массе высокопористых материалов может быть больше пористости, но по объему оно никогда не может превышать пористость.

            Для оценки структуры материала используют коэффициент насыщения пор водой Кн, равный отношению водопоглощения по объему к пористости

                                                                                                                                          (1.15.)

            Коэффициент насыщения может изменяться от 0 (все поры в материале замкнуты) до 1 (все поры открыты). Чем ниже Кн , тем выше доля закрытых (замкнутых) пор, тем выше водостойкость материала.

            Коэффициент размягчения (Кр) – отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой Rв к прочности при сжатии сухого материала Rс

                                                                                                                  ,                                                                  (1.16.)

где Rв и Rc – предел прочности при сжатии соответственно водонасыщенного и сухого образца, МПа

            Коэффициент размягчения характеризует водостойкость материала, он изменяется от 0 до 1. Материалы, у которых Rр › 0,8 относятся к водостойким.

            Водопроницаемость – способность материала пропускать воду под давлением, она характеризуется коэффициентом фильтрации Кф.

            Кф – количество воды в м3, прошедшее в течение 1 часа через 1м2 площади испытуемого материала при постоянном заданном давлении 1Н на 1м2

                                                                                                                      (1.17.)

где, Кф = VВ – количество воды, прошедший через материал, м3;

       F – площадь = 1м2;

       а – толщина = 1м;

       t – время = 1 ч; (р1-р2) – разность гидростатического давления на границах = 1м вод. Ст = 1 Н

            Водонепроницаемость – способность материала не пропускать через себя воду. Водонепроницаемость материала определяется на специальных приборах и численно характеризуется количеством воды, прошедшим за единицу времени через единицу площади испытуемого образца определенной толщины при постоянном заданном давлении.

            Влажностные деформации – свойства некоторых материалов (древесина, бетон, глины и др.) изменять свой объем и размеры при изменении влажности.