Свойства строительных материалов
Различают физические, механические и пожароопасные свойства строительных материалов. Важнейшими физическими свойствами являются плотность, пористость, теплопроводность, теплоемкость, тепловое расширение, термостойкость, газопроницаемость, химическая стойкость. Основным показателем механических свойств строительных материалов является прочность.
Плотностью называется физическая величина, получаемая делением массы на объем тела. Для тел с неоднородным строением (древесина, бетон) эту величину называют средней плотностью, а для материалов в виде кусков различных размеров (щебень, уголь) – насыпной плотностью. Плотность строительных материалов изменяется в широких пределах. Для каменных материалов она составляет 2200 – 3300 кг/м³. Органические материалы (древесина, битумы) имеют плотность от 400 до 1600 кг/ м³, сталь, чугун – от 7250 до 7850 кг/м³.
Пористость выражается отношением объема пор к общему объему материала. Пористость строительных материалов изменяется от нуля (сталь, стекло) до 85% (пенобетон и газобетон). Наличие пор, заполненных воздухом, делает строительные материалы легкими и малотеплопроводными. Однако пористые материалы менее прочны, чем плотные.
Теплопроводностью называется способность материала передавать тепло через толщу от одной своей поверхности к другой вследствие разности температур. Численно теплопроводность характеризуется коэффициентом теплопередачи. Коэффициент теплопередачи зависит от структуры материала, его температуры, влажности, плотности и однородности. Строительные материалы, имеющие коэффициент теплопередачи менее 0,15 Вт/(м² °С), называются теплоизоляционными. Их используют для тепловой изоляции зданий и сооружений. К теплоизоляционным материалам относятся асбест, минеральная вата, войлок и др. Самые большие значения коэффициента теплопередачи у металлов. Чем выше коэффициент теплопередачи у строительных конструкций, тем быстрее происходит их прогрев до опасных температур в условиях пожара.
Теплоемкость характеризует способность вещества поглощать тепло при нагревании. Количество тепла, которое необходимо затратить на нагревание единицы количества вещества на 1°С, называется удельной теплоемкостью и численно характеризуется коэффициентом теплоемкости. Для большинства строительных материалов коэффициент теплоемкости находится в пределах 0,7 - 2,8 кДж/(кг °С). При пожаре часть тепла, выделяющегося при горении, поглощается строительными конструкциями. При нагревании строительных конструкций их прочность уменьшается. Чем меньше коэффициент теплоемкости материала строительной конструкции, тем меньшее количество тепла потребуется для ее нагревания. Следовательно, материал с малым значением коэффициента теплоемкости быстрее прогревается до опасных температур в условиях пожара.
Тепловым расширением называется свойство строительных материалов изменять свои размеры при нагревании. Численным показателем теплового расширения является температурный коэффициент линейного (объемного) расширения, который показывает относительное изменение единицы длины (объема) тела при повышении его температуры на 1°С. Изменение линейных размеров строительных конструкций при нагревании в условиях пожара вызывает дополнительные напряжения, увеличение деформаций и разрушение.
Термостойкостью называется способность материалов сохранять свои свойства в условиях резких колебаний температуры (нагревание, охлаждение). Термостойкость строительных материалов зависит от природы, физико-химических свойств, характера и величины тепловых воздействий. Наибольшую термическую стойкость имеют керамические материалы и изделия. Меньшей термической стойкостью обладают материалы, изготовленные на основе минеральных вяжущих. Большинство полимерных материалов имеют низкую термостойкость.
Газопроницаемостью называется способность материала пропускать через свою толщу газ (воздух). Численным показателем газопроницаемости является коэффициент газопроницаемости. Он показывает количество газа, проходящее в течение 1 часа через стенку толщиной 1 м, площадью 1 м² при разности давлений 1 Па (0,1 кгс/см²). Коэффициент газопроницаемости зависит от плотности, пористости, влажности материала и изменяется в широких пределах. При пожаре через ограждающие строительные конструкции, изготовленные из материалов с большим коэффициентом газопроницаемости, продукты горения могут проникать в смежные помещения.
Химическая стойкость материала характеризуется способностью сопротивляться разрушающему действию агрессивной среды (кислот, щелочей, растворов солей). Большинство строительных материалов, кроме керамических и природных камней, не обладают стойкостью к действию кислот и щелочей.
Прочностью называется свойство материалов сопротивляться разрушению. Под действием внешних нагрузок, в результате теплового расширения или других факторов в материале возникают различные внутренние напряжения – сжатие, растяжение, изгиб, кручение, срез. Пока величина внутреннего напряжения не достигает предельного значения, материал не разрушается. Напряжение, при котором материал разрушается, называется пределом прочности. Предел прочности равен разрушающей силе, приходящейся на 1 см² площади поперченного сечения материала. Такие строительные материалы, как кирпич и бетон, хорошо сопротивляются сжатию, хуже – срезу и еще хуже – растяжению. Хорошими механическими свойствами обладает древесина. Однако древесина является горючим материалом, что ограничивает область ее применения.