краска. Учебник рекомендовано

• Название: Учебник рекомендовано
• Анкор: краска
• Дата: 28.03.2022
• Размер: 2.01 Mb.
• Имя файла: v.a-smirnov-materialovedenie-otdelochnye_raboty.docx
• Тип: Учебник; #421063
• страница: 2 из 38

Pm

Р

llOO; K_m=^-100. ¹ Р

Усредненные значения плотности и пористости некоторых стро­ительных материалов приведены в табл. 1.1.

Гидрофизические свойства. Отношение материала к действию водяного пара, содержащегося в воздухе, и воды характеризуют ги­дрофизические свойства: гидрофильность, гидрофббнОсть, гигро­скопичность, влагоотдача, водопоглощение, влажностные дефор­мации, влагостойкость, водостойкость, паропроницаемость, водо­непроницаемость, морозостойкость.

Материалы в зависимости От поведения воды на их поверхности подразделяются на смачиваемые (гидрофильные) й несмачиваемые (гидрофобные). Гидрофильность или гидрофобность материала обу­словлена химической природой веществ, складывающих «каркас», в частности строением молекул и их способностью связывать моле­кулы воды, вступая в электростатическое взаимодействие.

Капля воды, попавшая на гидрофильную поверхность, растека­ется по ней, так как сила взаимодействия молекул вещества с моле­кулами воды больше межмолекулярных связей в воде. Гидрофиль-

Таблица 1.1. Плотность и пористость материалов . (усредненные значения)
Материал	Р, г/см3	Рт, Г./СМ3	■■ п, %
Сталь	7,85	7,85	0
Стекло оконное	2,65	2,65	0
Стеклопластик	2,0	2,0	0
Гранит	. 2,7 -	2,67	1,5
Бетон тяжелый	2,6	2,4	10
Кирпич керамический полнотелый .	2,65	’ !>7	35
Древесина (сосна)	1,54	0,5 ;	65
Древесно-волокнистая плита	1,5	0,23	85
Пенополистирол	1,05 !	0,03	97

иость свойственна материалам с полярным строением молекул (глина, древесина, металлы).

Гидрофобные материалы водой не смачиваются: вода не расте­кается по поверхности, а собирается в виде капель. Сила взаимо­действия молекул вещества с молекулами воды меньше, чем между молекулами воды. Гидрофобны многие органические соединения, имеющие неполярные молекулы или большие неполярные участки в молекулах. Примеры гидрофобных веществ: битум, парафин, не­которые пластмассы, кремнийорганические соединения.

Мелкоцористые и порошкообразные материалы с гидрофиль­ной поверхностью обладают повышенной гигроскопичностью (способностью поглощать и конденсировать водяные пары из воз­духа). Поглощение влаги происходит вследствие адсорбции моле­кул волы поверхностью твердой фазы и конденсацией влаги в тон­ких капиллярах материала или местах контакта частиц порошка.

Гигроскопичность оценивают гигроскопической влажностью, определяемой после выдержки образца до установления постоян­ной массы при температуре 20 °С и относительной влажности воз­духа 100 %. В условиях эксплуатации гигроскопическая влажность зависит от химической природы материала, степени развитости его внутренней поверхности и условий окружающей среды: темпе­ратуры и относительной влажности воздуха. При понижении тем­пературы и повышении влажности воздуха содержание влаги в ма­териале возрастает.

Для снижения гигроскопичности поверхность материала по­крывают гидрофобными веществами. Например, для обработки штукатурных покрытий на фасадах зданий используют гидрофоби- зующие кремнийорганические жидкости.

Процесс поглощения влаги обратим: при соответствующих внешних условиях (пониженная влажность и повышенная темпе­ратура воздуха, его движение) материал начинает отдавать влагу. Это свойство называют влагоотдачей и количественно характери­зуют массой воды, испарившейся из стандартного образца в тече­ние суток при температуре воздуха 20 °С и относительной влажно­сти 60%.

В естественных условиях после строительства влагоотдача про­исходит длительное время с уменьшающейся интенсивностью до установления равновесия между влажностью материала и влажно­стью окружающей среды. Такое состояние материала называется поздушно-сухим. Для материалов с развитой внутренней поверх­ностью влажность в воздушно-сухом состоянии достаточно велика: древесины — 15... 18 %, стеновых каменных материалов — 5... 7 %.

В ряде случаев влагоотдачу необходимо регулировать: ускорять (например, путем сушки оштукатуренных известковым раствором стен) или замедлять (например, укрывая пленкой или влажными опилками твердеющий цементный бетон).

Водопоглощение — свойство пористого материала поглощать и удерживать в себе воду. Заполнение пор водой обусловлено Капил­лярным всасыванием й возможно Как при полном погружении мате­риала в воду, так и при Частичном —‘ сподъемом воды по образцу.

Водопоглощение оценивают максимальным количеством воды (пй массе или объему), которое может впитать абсолютно сухой ма­териал при стандартных условиях насыщения. Водопоглощение выражают отношением к массе сухого материала (водопоглощение по массе W,,,) или отношением к объему в естественном состоянии (водопоглощение по объему W_b),%:

W_m= 100(т_п -т_е)/ш_с; W_n - 100 (m_H - ш,)/(р,,._iGV_t.),

где ш_н — масса насыщенного водой материала, г; т_с — масса сухого материала, г; р,,._!0 — плотность воды, равная 1 г/см³.

Из приведенных формул видно, что

WJWm - ш_с/р_Н2оП - р_ш/р_Н2о, Wo - WJL..

Водопоглощение зависит от пористости материала и ее характе­ра; оно может изменяться в широких пределах (от долей процента — у гранита, до 8...20% — у керамического кирпича и до 100 % й бо­лее — у пористых теплоизоляционных материалов).

Водопоглощение по объему — это степень заполнения объема материала водой, оно характеризует открытую пористость и не мо­жет быть больше общей пористости. Например, при пористости легкого бетона 40...50% водопоглощение по об'ьему составляет

20. 
    . 25 %. ;
    

ВодопоглОщенйе по объему позволяет определить коэффициент насыщения пор водой К_н по формуле

./у K.-WJU. "

Этот коэффициент характеризует содержание в материале от­крытых и замкнутых пор И может изменяться от нуля, если все поры замкнутые, До единицы, если все поры открытые И водопоглощение равно пористости. Коэффициент насыщения дает возможность ориентировочно прогнозировать морозостойкость каменных мате­риалов.

Изменение содержания влаги в материале сопровождается из­менением размеров и объема, т. е. влажностными деформация-

лш. При увлажнении материал набухает, при высыхании его раз­меры уменьшаются, т.е. происходит усадка.

Деформации связаны с особенностями поведения воды в тонких слоях, формирующихся В мельчайших капиллярах и микротрещи- иах материала и на поверхности частиц или волокнах твердого ве­щества. Испарение (поглощение) воды из крупных пор практиче­ски не влияет на размеры и объем материала. Чем выше пористость и мельче поры, тем больше усадка (набухание) строительных мате­риалов;'



относительные деформации при изменении влажности от макси­
мально возможных величин до 0 %, мм/м:

Гранит 0,02. ..0,06

Строительный раствор...... 0,50... 1,00

Ячеистый бетон...;........ ..:.... 1,00...3,00-

Древесина (поперек волокон

в радиальном направлении) 30,00 ... 60,00

Чередование гигроскопического увлажнения и высыхания, ха­рактерное для материалов наружных отделочных покрытий, сопро­вождается деформациями набухания и усадки и соответствующи­ми знакопеременными внутренними напряжениями. Свойство ма­териала сопротивляться разрушению при действии воды в услови­ях попеременного увлажнения и высушивания называется влаго­стойкостью (иногда воздухостойкостыо).

Высокой влагостойкостью обладают:

• 
  керамические материалы;
  
• 
  многие полимерные материалы;
  
• 
  большинство природных камней.
  

Влагостойкость строительных растворов зависит от вида вяжу­щего: у гипсовых й известковых растворов она невысока.

Водостойкость — способность материала сохранять прочность В насыщенном водой состоянии. Коэффициент водостойкости К_в рассчитывается по формуле

К_н — R_tt/R_c,

где R_bvlR_c — предел прочности материала соответственно в водона- СЫщеНном и сухом состояниях соответственно, МПа.

Коэффициент водостойкости изменяется от нуля (размокающие материалы, например необожженная глина) до единицы (абсолют­но плотные, не поглощающие воду материалы). К водостойким при­нято относить материалы, имеющие К_ъ > 0,8. Эти материалы (гра-

нит, мрамор, цементный строительный раствор и др.) можно При­менять для конструкций и покрытий, контактирующих с водой, без специальных мер но их защите от увлажнения. -

Паро- и газопроницаемость —свойство материала пропускать водяной пар или газы (воздух) через свою толщину при перепаде давления. Перенос газообразной среды происходит в пористых ма­териалах через поры, не заполненные влагой. Абсолютно плотные материалы (стекло, полимеры, металлы) непроницаемы для газов. Паро- и газопроницаемость зависят в основном от пористости ма­териала и характеризуются соответствующими коэффициентами, которые определяются стандартными испытаниями.

Так, паропроницаемость стенового керамического кирпича с по­ристостью около 30% в 2,2 раза ниже, чем у теплоизоляционного тренельного кирпича с пористостью 58 %. В то же время она на 20 % выше, чем у керамзитобетона с той же пористостью, у которого мельче поры и больше закрытая пористость.

Паро- и газопроницаемость резко уменьшаются при увлажне­нии: водонасыщенный материал практически не пропускает газо­образные вещества.

Требования к паро- и газопроницаемости материалов для от­делкистен различны и зависят от назначения помещения. В жи­лых и общественных зданиях необходима достаточно высокая паро- и газопроницаемость для обеспечения естественной венти­ляции помещения и создания условий, комфортных для человека, В производственных зданиях с высокой влажностью воздуха в по­мещениях (текстильные фабрики, прачечные, бани), чтобы предот­вратить морозное разрушение стен из-за чрезмерного увлажнения, их необходимо с внутренней стороны отделывать паронепроницае­мыми материалами (поливинилхлоридной пленкой, масляными красками).

Водонепроницаемость — свойство ма териала не пропускать че­рез свою толщину воду под давлением. Водонепроницаемость зави­сит от пористости, размера и характера пор и оценивается по-разному с учетом специфики условий эксплуатации конкретного материала:

• 
  для рулонных и мастичных кровельных и гидроизоляци­онных материалов — временем, по прошествии которого вода под заданным давлением начнет просачиваться че­рез образец;
  
• 
  для гидроизоляционных строительных растворов и бето­нов— односторонним гидростатическим давлением, при котором вода в стандартных условиях еще не проходит через образец цилиндрической формы.
  

Водонепроницаемыми можно считать плотные материалы (ме­таллы, битум, полимеры) и материалы с мелкими замкнутыми пора­ми (пенопласты). Высокая водонепроницаемость у тонкодисперсных глин, издавна применявшихся для гидроизоляционных обмазок.

Морозостойкость — способность насыщенного водой матери­ала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание. Для наружных конструкций и покрытий, работающих в условиях со­вместного действия воды и отрицательных температур, морозо­стойкость материала является определяющим фактором долговеч­ности.

Морозостойкость пористых материалов зависит от характера пористости и прочности на растяжение. Она тем выше, чем больше в материале замкнутых пор. Практика показывает, что материалы являются морозостойкими, если коэффициент насыщения пор во­дой не превышает 0,7.

Морозостойкость оценивается маркой F — наибольшим числом циклов замораживания при температуре -15...-20 °С и оттаивания в воде комнатной температуры, которое образцы выдерживают с допускаемым по стандарту на данный материал снижением массы или первоначальной прочности. Например, для строительных рас- ^! творов предельная потеря массы составляет 5 %, а снижение проч­ности на сжатие— 25%.

Разрушение насыщенного водой материала при замораживании обусловлено возникновением внутренних растягивающих напря­жений, так как вода при переходе в лед увеличивается в объеме бо­лее чем на 9 %. При полном заполнении пор водой разрушение мо­жет наступить при однократном замораживании. Обычно это не происходит из-за имеющихся в материале замкнутых пор, которые являются резервным пространством для расширяющейся системы «вода + лед». Однократное замораживание приводит к образова­нию разрывов (микротрещин) в стенках пор, оказавшихся в наи­более жестких условиях. При оттаивании материал дополнительно насыщается водой. Такие циклически повторяющиеся воздействия > постепенно разрушают материал.

Теплофизические свойства. Отношение материала к постоян- ■ ному или переменному тепловому воздействию характеризуют те- 5 плопроводносгью, теплоемкостью, тепловым расширением, по- Ь жарной опасностью и огнестойкостью.

Щ. Теплопроводность — способность материала проводить тепло-

'iy сквозь свою толщу при перепаде температур на противополож- ■ ’ пых поверхностях ограждения. Теплопроводность X характеризу- .. • отся количеством теплоты, Дж, передаваемой через 1 м² поверх по-







стй материала толщиной 1м за 1 с при разности температур 1 °С. Размерность X— Вт/(м • К) или Вт/(м • °С).

Теплопроводность материала зависит:

• 
  от химического состава И строения твердого вещества;
  
• 
  степени и характера пористости;
  
• 
  влажности и температуры, при которой происходит те- плоперенос.
  

У материалов волокнистого и слоистого строения теплопрово­дность различна в зависимости от направления теплового потока: вдоль или поперек волокон (слоев).

Органические вещества имеют, как правило, меньшую теплопро­водность, чем минеральные. Вещество в Кристаллическом состоянии лучше проводит теплоту, чем в аморфном при том же химическом составе. Но в любом случае теплопроводность твердого вещества во много раз выше, чем сухого воздуха, равная 0,023 Вт/(м • °С).

Тепловой поток в пористом материале распространяется через твердый «каркас» и воздушные ячейки. Следовательно, чем боль­ше пористость, тем Ниже теплопроводность. Присутствие круп­ных и Сообщающихся пор повышает суммарную теплопровод­ность, так как в них дополнительно происходит конвективный пе­ренос ■теплоты.

Теплопроводность резко возрастает при увлажнении материала вследствие того, что X воды в 25 раз выше, чем возДуха. Замерзание воды в порах еще ухудшает теплозащитные свойства ограждения, так как теплопроводность льда равна 2,3 Вт/(м • °С), т. е. в четыре раза больше, чем воды. Теплопроводность большинства строитель­ных материалов (кроме металлов, магнезитовых огнеупоров) уве­личивается с повышением температуры.

Материалы с теплопроводностью при 20 “Сне более 0,175 Вт/(м • “С) относятся; к теплоизоляционным. Эти материалы имеют высокую пористость. Поры имеют вид мелких замкнутых ячеек или тонких воздушных слоев, разделяющих волокна. «Каркас» сложен аморф­ными веществами. Теплоизоляционные материалы применяют для тепловой изоляции стен и перекрытий зданий, теплопроводов, кот­лов, печей и холодильников.

Теплоемкость — способность Материала поглощать теплоту при нагревании; характеризуется удельной теплоемкостью С, равной ко­личеству теплоты, Дж, Необходимой для нагревания 1 кг материала на 1 “С. Удельную теплоемкость принято выражать в кДж/(кг • °С).

Теплоемкость материала зависит от химической природы и влажности. ЗДельная теплоемкость древесины различных пород со­ставляет от 2,4 до 2,7 кДж/(кг • °С), природных и искусственных ка-

менных материалов —^ от 0,75 до 0,95 кДж/(кг • °С), металлов (сталь, чугун) — от 0,4 до 0,5 кДж/(кг- °С). У воды теплоемкость наиболь­шая — С=4,2 кДж/ (кг • °С), поэтому при увлажнении материала те­плоемкость возрастает.

Теплоемкость строительных материалов учитывают при тепло­технических расчетах, например при определении затрат топлива и энергии на нагрев материалов и конструкций при выполнении работ в зимнее время.

Тепловое расширение — свойство материала деформироваться при изменении температуры: расширяться — при нагревании, сжи­маться — при охлаждении. Характеризуется температурным коэф­фициентом линейного расширения (ТКЛР), равным относительной деформации материала в рассматриваемом направлении при изме­нении температуры на 1 °С.

Тепловое расширение связано с химической природой материа­ла и зависит от энергии связи между структурными элементами твердого вещества. Значения ТКЛР для стали и материалов из камня малы и достаточно близки между собой, для древесины и особенно пластмасс — существенно выше. Волокнистые и слоистые матери­алы по-разному деформируются вдоль и поперек волокон (слоев) .

Вследствие теплового расширения деформации материала в на­ружных конструкциях при сезонных изменениях температуры до­стигают значительных значений. Например, при повышении темпе­ратуры от -20 до +30 °С относительная деформация цементного рас­твора составляет 0,6. ..0,8 мм/м. Во избежание растрескивания в со­оружениях большой протяженности устраивают температурные швы.

Для материалов, состоящих из разнородных компонентов, и конструкций, объединяющих несколько материалов, необходимо учитывать совместимость температурных деформаций составля­ющих. При существенно различающихся ТКЛР изменения темпе­ратуры могут вызвать большие внутренние напряжения и как ре­зультат — коробление и растрескивание материала.

Строительные материалы и конструкции при возгорании в по­мещении могут, с одной стороны, способствовать вознщщовению опасных проявлений пожара (высокой температуры, пламени, дыма и т. п.) и его развитию, а с другой стороны, ограничивать рас­пространение огня и сохранять несущий каркас здания до ликвида­ции пожара. Поведение материалов и конструкций в условиях по­жара характеризуется пожарной опасностью и огнестойкостью.

Пожарная опасность — комплекс свойств, которые способ­ствуют возникновению и развитию Пожара. Набор пожарно­технических характеристик различен для негорючих и горючих ма­териалов и учитывает их назначение. Негорючие материалы не об­ладают пожарной опасностью. Для горючих отделочных материа­лов пожарная опасность характеризуется: степенью горючести; воспламеняемостью; дымообразующей способностью; токсично­стью продуктов горения.

Материалы для покрытия полов испытывают на распростране­ние пламени по поверхности.

По степени горючести материалы подразделяются на четыре группы:

• 
  Г1 — слабо горючие;
  
• 
  Г2 — умеренно горючие;
  
• 
  ГЗ — нормально горючие;
  
• 
  Г4 — сильно горючие.
  

Степень горючести устанавливают испытанием материала в ка­мере сжигания под действием пламени газовой горелки. Стандарт­ная интенсивность воздействия обеспечивается регулированием расхода газа. Образец должен иметь длину 100 см и ширину 19 см; толщина — реальная толщина материала, но не более 7 см. Продол­жительность действия открытого пламени вдоль образца — 10 мин. В ходе испытания определяют степень повреждения образца по массе и длине, продолжительность самостоятельного горения и (или) тления после выключения горелки и температуру дымовых га­зов. К повреждениям образца относятся выгорание и обугливание материала.

Для понижения горючести древесину пропитывают специаль­ными веществами — антипиренами, которые разлагаются при нагревании и выделяют негорючие газы. В этом случае после уда­ления огня горение и тление прекращаются. Антипирены вводят и в состав полимерных материалов (самозатухающий пено­пласт).

Показатели пожарной опасности учитывают при выборе мате­риалов для внутренней отделки помещений, особенно на путях эва­куации при пожаре: общих коридоров, холлов, фойе, лестничных клеток, вестибюлей.

Огнестойкость — это свойство материала в конструкции сопро­тивляться действию пожара и ограничивать распространение его опасных факторов. Характеризуется пределом огнестойкости — вре­менем, мин, от начала теплового воздействия в условиях стандартных испытаний до наступления предельного состояния, зависящего от на­значения конструкции. Предельным состоянием считают:

• 
  обрушение или чрезмерные деформации конструкции (потеря несущей способности);
  
• 
  образование сквозных трещин или отверстий, через кото­рые могут проникать пламя: й дым (потеря целостности);
  
• 
  слишком большой нагрев необогреваемой поверхности, что может вызвать самопроизвольное воспламенение горючих материалов (потеря теплоизолирующей способности).
  

В огнестойких конструкциях должны использоваться негорю­чие материалы (бетон, сталь, керамический кирпич). Однако необ­ходимо учитывать, что при пожаре температура может достигать 1 000 °С и некоторые негорючие материалы (гранит) растрескива­ются, другие (сталь) — сильно деформируются, у третьих (известняк, мрамор) — начинается химическое разложение. Для повышения ог­нестойкости конструкций из подобных материалов на их поверх­ность следует наносить огнезащитные вспучивающиеся составы.

Акустические свойства. Акустические свойства характеризуют взаимодействие материала со звуком, т. е. слышимыми звуковыми волнами. Звуковые волны подразделяются на воздушные и удар­ные. Воздушный звук появляется, распространяется в воздухе и действует на ограждение. При этом поток звуковой энергии ча­стично отражается поверхностью^ частично поглощается матери­алом, остальная энергия проходит сквозь ограждение.

Звукопоглощение — способность материала поглощать звуко­вую энергию. Характеризуется коэффициентом звукопоглощения, равным отношению поглощенной звуковой энергий к энергии, падающей на поверхность материала в единицу времени.

Звукопоглощение зависит от степени и характера пористости материала и состояния его поверхности. Коэффициент звукопогло­щения тем выше, чем больше пористость и больше доля пор, сооб­щающихся между собой и выходящих на поверхность материала. Для повышения звукопоглощающей способности материалы до­полнительно перфорируют (устраивают сквозные отверстия) или делают лицевую поверхность рельефной.

Материалы, имеющие коэффициент звукопоглощения на сред­них частотах больше 0,2, относятся к звукопоглощающим и исполь­зуются для борьбы с воздушным шумом.

Звукопроводность — свойство материала передавать звуковые Колебания через свою толщу. Звукопроводность материала влияет (Id Звукоизолирующую Способность ограждения.

Для эффективного снижения уровня воздушного шума ограж­дение должно иметь достаточную массу. Если масса велика, то энер­гии звука не хватает, чтобы пройти сквозь ограждение, так как для

этого необходимо привести частицы материала в колебательное движение.

Ударный звук возникает и распространяется в материале при ударных, вибрационных и иных механических воздействиях непо­средственно на конструкцию. Наибольшей проницаемостью удар­ного звука обладают плотные материалы с высокой упругостью. Низкая звукопроводность у пористых малоупругих материалов во­локнистого, ячеистого и губчатого строения, так как звуковая энер­гия поглощается и рассеивается развитой внутренней поверхно­стью материала, переходя в тепловую. В наибольшей степени за­щищают от распространения ударного шума многослойные ограж­дения с чередующимися слоями плотных и пористых (звукоизоля­ционных) материалов.