Что такое пористость и плотность строительных материалов

5. Плотность и пористость. Влияние пористости на свойства строительных материалов.

3) Все свойства материала определяются его составом и строением и прежде всего величиной и характером пористости. Плотность зависит от пористости, т.е. плотность пористых материалов всегда меньше их истинной плотности. Пористый материал обычно содержит и открытые, и закрытые поры; увеличение закрытой пористости за счёт открытой повышает его долговечность. Однако в звукопоглощающих материалах и изделиях умышленно создаётся открытая пористость и перфорация, необходимые для поглощения звуковой энергии. С повышением пористости материала увеличивается гигроскопичность и водопоглощение. А водопоглощение отрицательно влияет на основные свойства материала, увеличивается плотность, материал набухает, его теплопроводность возрастает, а прочность и морозостойкость понижаются. Поэтому увеличение пористости материала является основным способом уменьшения теплопроводности. Высокопористые материалы (древесина, ячеистые бетоны), способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой.

Природные каменные материалы.

1. Классификация горных пород по условиям образования. Основные области применения нерудных материалов в строительстве.

Признаком, по которому принято классифицировать горные породы, является генетический признак, т.е. по условиям образования.

А. Изверженные или магматические или первичные горные породы – образовались в литосфере в результате охлаждения и отвердевания магмы.

1) Глубинные или интрузивные горные породы – образовались в глубине литосферы в результате медленного и равномерного охлаждения магмы под влиянием вышерасположенных земных слоёв. Характерны зернистокристалическая и полнокристаллическая структуры. Представители – гранит, диорит, габбро, перидотит, пироксенит.

2) Излившиеся или эффузивные горные породы.

а) Излившиеся плотные горные породы – образовались в верхних горизонтах литосферы при более быстром и менее равномерном охлаждении магмы. Характерна порфировая структура, в основной стекловидной массе породы распределены, так называемые, порфировые вкрапленники (крупные кристаллы). Представители – кварцевый и бескварцевые порфиры, базальт, трахит, диабаз, порфирит, андезит.

б) Излившиеся пористые горные породы – образовались в результате быстрого охлаждения магмы на поверхности литосферы. Такие условия охлаждения обуславливают стеклообразное пористое строение. Представители – вулканический пепел, стекло, вулканический туф, пемза, туфовая лава.

Б. Осадочные или вторичные горные породы – образовались из магматических горных пород в поверхностных слоях литосферы в результате разрушения последних из-за выветривания (чередования температур, чередования увлажнения и высушивания, воздействия ветра), химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности растений и животных.

1) Механические горные породы – являются продуктами механического разрушения каких-либо материнских пород и сложены преимущественно обломками устойчивых к выветриванию минералов и пород.

а) Рыхлые механические горные породы – образовались в результате накопления крупных обломков. Представители – песок, гравий, природный щебень, галька.

б) Сцементированные механические горные породы – образовались из рыхлых механических отложений в результате сцементирования последних «природными цементами» (известковые, кремнистые, глинистые, железные). Представители – песчаники, конгломераты, брекчии.

2) Химические горные породы – образовались в результате осаждения из концентрированных водных растворов. Представители – гипс, доломит, магнезит, некоторые виды известняков, известковый туф, ангидрит.

3) Органогенные отложения – образовались при непосредственном или косвенном участии организмов. Представители – известняки, мел, диатомит, трепел, опока.

В. Метаморфические или видоизменённые горные породы – образовались из-за значительного преобразования магматических пород, из-за изменившихся в литосфере физико-химических условий. Происходят глубокие изменения минерального состава, строения и свойств первоначальных пород. Основными факторами метаморфизма являются: высокие температуры, давления газов, воздействия расплавов, механические воздействия. Представители – гнейс, мрамор, кварцит, глинистые и кремнистые сланцы.

Основные области применения:

ПГС – возведение фундаментов и стен, декоративная и защитная облицовка строительных конструкций, настилка полов, изготовление элементов лестниц и ограждений.

Дорожное строительство – изготовление дорожных плит и камней + бордюрные камни. Изготовление элементов мостов, опор подземных сооружений, облицовок набережных, опоров мостов. Для защиты конструкций от воздействия кислот, щелочей, высоких температур.

2.3. СТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛА

Основные структурные характеристики материала, во многом определяющие его технические свойства,— это плотность и пористость. Плотность — физическая величина, определяемая массой вещества (или материала) в единице объема.

В зависимости от того, берется ли в расчет объем только самого вещества, из которого состоит материал, или весь объем материала с порами и пустотами, различают истинную и среднюю плотность.

Значения истинной плотности вещества зависят в основном от его химического состава, и у материалов с близким химическим составом о 11 и различаются незначительно.

У каменных материалов как природных (песок; гранит, известняк), так и искусственных (кирпич, бетон, стекло), состоящих в основном из оксидов кремния, алюминия и кальция, истинная плотность колеблется в пределах 2500. 3000 кг/м3.

Истинная плотность органических материалов, состоящих в основном из углерода, водорода и кислорода (битум, полимеры, масла), составляет 800. 1200 кг/м3. Относительно высокая истинная плотность у древесины — около 1500 кг/м3.

Большие различия в истинной плотности наблюдаются лишь у металлов (кг/м3): алюминий — 2700, сталь— 7850, свинец — 11 300. ^Плотность воды — 1000 кг/м3.

Средняя плотность материала рп1 (кг/м3) (далее мы будем называть ее просто плотностью) — физическая величина, определяемая отношением массы т (кг) материала ко всему занимаемому им объему VecT (м3), включая имеющиеся в нем поры и пустоты

Следовательно, плотность материала меняется в зависимости от его структуры. Поэтому искусственные материалы (бетоны, керамику и т. п.) можно получать с заданной (требуемой) плотностью. Например, меняя пористость бетона, можно получить как тяжелый бетон плотностью до 2500 кг/м3, так и особо легкий — плотностью менее 500 кг/м3.

Пористость материала характеризуют не только с количественной стороны, но и по характеру пор: замкнутые и открытые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2. 5 мм). Характер пор важен, например, при оценке способности материала поглощать воду. Так, полистирольный пенопласт, пористость которого достигает 98 %, имеет замкнутые поры и практически не поглощает воду. В то же время керамический кирпич, имеющий пористость в три раза меньшую (около 30 %), благодаря открытому характеру пор (большинство пор представляет собой сообщающиеся капилляры) активно поглощает воду.

Пористость является основной структурной характеристикой, определяющей такие свойства материала, как водопоглощение, теплопроводность, акустические свойства, морозостойкость, прочность и др.

Смотрите также:

Размерность истинной плотности — кг/м3 или г/см3. Истинная плотность каждого материала — постоянная
По физическому смыслу понятия пористость и пустотность аналогичны.

Насыпная плотность или плотность насыпи — это плотность свободно насыпанного твердого материала, включая поры в материалах и пространство между частицами. ПОРИСТОСТЬ.

Физическое состояние строительных материалов достаточно полно характеризуется средней и истинной плотностью и пористостью. Плотность материала является нужной.

Как кажущаяся, так иистинная пористость выражается в процентах.
Плотность, т. е. масса единицы объема материала изделий без пустот и пор, иобъемная масса, т. е. масса единицы.

Параметры состояния и структурные характеристики строительных материалов

Каждый строительный материал имеет параметры состояния в момент его осмотра или исследования.

Плотность (г/см³, кг/м³) – физическая величина, определяемая массой единицы объёма материала.

Любой материал состоит из твердого вещества и пор (за исключением абсолютно плотных материалов: например, металлов).

Рис. 1.1. Схематичное изображение структуры материала

Поэтому объем материала в естественном состоянии (V_е) складывается из объема вещества в абсолютно плотном состоянии (V_а) и объема пор (V_п):

Средняя плотность – это масса единицы объема материала в естественном состоянии (т.е. вместе с порами):

где: m – масса образца материала;

V_e – объем образца материала.

Средняя плотность является важнейшим параметром состояния, позволяющим судить об основных свойствах материалов – пористости, прочности, теплопроводности, гидрофизических свойствах и др.

Средняя плотность строительных материалов может меняться в широких пределах: от 20 кг/м 3 для самых легких пенопластов до 7850 кг/м 3 для стали. Один вид строительных материалов в зависимости от технологии получения, структуры и назначения имеет разную среднюю плотность.

Для определения средней плотности материалов необходимо знать массу образцов и их объем. Проще всего найти объем образцов правильной геометрической формы. Для образцов неправильной формы прибегают к способу объемомера (рис. 1.2) или гидростатического взвешивания (рис. 1.3).

В объемомер, представляющий собой металлический цилидрический сосуд, наливают воду до тех пор, пока она не начнет выливаться из носика. Затем в объемомер опускают образец материала, а объем вылившейся воды фиксириуют. Этот объем будет равен объему материала. Если материал пористый, тогда необходимо его предварительно водонасытить, либо покрыть парафином, сделав поправку на объем парафина при вычислении объема материала.

Рис. 1.2. Объемомер:

1 – объемомер; 2 – носик; 3 – образец; 4 – стакан для сбора воды, вытекающей из объемомера

Рис. 1.3. Весы для гидростатического взвешивания:

1 — сосуд с водой; 2 — подвес для образца; 3 — образец; 4 — весы; 5 – разновес

Объем образца при гидростатическом взвешивании определяют по формуле:

где: m – масса образца при взвешивании на воздухе;

m₁ – масса образца при взвешивании в воде;

– плотность воды.

Истинная плотность – это масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (т.е. без пор):

где: m – масса материала;

V_a – объем материала без пор.

Истинная плотность выражает плотность скелета материала. Это физическая константа, которая не может меняться без изменения химического состава или внутреннего строения материала. Для определения истинной плотности строительных материалов используют колбу Ле Шателье, показанную на рис. 1.4. Для этого необходимо получить материал без пор. Простейший способ – измельчить, получить материал в порошкообразном состоянии. При испытании необходимо использовать инертную по отношению к испытуемому материалу жидкость (воду, или при испытании минеральных вяжущих – керосин).

Рис. 1.4. Колба Ле Шателье для определения истинной плотности строительных материалов

Относительная плотность – отношение средней плотности материала к плотности воды при температуре 4ºС, равной 1 г/см³ или 1000 кг/м 3 :

Как самостоятельная характеристика относительная плотность не используется, но применяется в расчетах водопоглощения по объему, удельной прочности, коэффициента теплопроводности.

Насыпная плотность – масса единицы объема материала в насыпном состоянии. Определяется для сыпучих зернистых и волокнистых материалов (вяжущих, песка, щебня, минеральных волокон и т.п.).:

где: m – масса материала;

V_н – объем материала в рыхлонасыпанном состоянии.

При определении насыпной плотности используют мерные сосуды известного объема – от 1 л до 50 л в зависимости от вида материала и его крупности. Задача сводится к определению массы материала, насыпанного в сосуд известного объема.

Рис. 1.5. Общая схема определения насыпной плотности

Рис. 1.6. Воронка и мерный цилиндр для определения насыпной плотности цемента, песка и других материалов

Пористость – относительный объем пор в материале:

где: V_п – объем пор в материале;

V_е – объем материала в естественном состоянии.

Пористость является важнейшей структурной характеристикой материалов, определяющей основные свойства:

Строение пористого материала характеризуется общей, открытой и закрытой пористостью, распределением пор по их диаметрам и удельной поверхностью пор. Абсолютное большинство материалов имеют в своем объеме поры, поэтому у них истинная плотность всегда больше средней. Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 до 90…98 %.

Пористость строительного материала можно определить экспериментально при помощи поромера. Принцип действия поромеров основан на замещении порового в материале эталонной жидкостью.

Рис. 1.7. Автоматизированный эталонный поромер Porotech 3.1

Пористость строительного материала можно определить расчетным методом:

Поры могут быть открытыми и закрытыми.

Открытые поры сообщаются между собой и с окружающей средой, поэтому при погружении образцов материала в воду они насыщаются водой. Открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость.

Открытая пористость П_о – отношение суммарного объема всех пор, насыщающихся водой, к объему материала в естественном состоянии:

где: m_нас – масса материала в водонасыщенном состоянии;

m_сух – масса сухого материала.

Закрытая пористость П_з характеризует объем закрытых (замкнутых), не сообщающихся между собой и с окружающей средой пор:

Увеличение объема закрытых пор в материале способствует снижению его водопоглощения, повышению морозостойкости и долговечности материала, но ухудшаются звукопоглощающие свойства.

Среди замкнутых иногда выделяют условно замкнутые поры, которые насыщаются водой под давлением. В ряде случаев их специально создают, например, для повышения морозостойкости бетонов путем введения воздухововлекающих добавок.

Коэффициент плотности– степень заполнения объема материала абсолютно плотной фазой:

Истинная плотность, средняя плотность и пористость некоторых строительных материалов

Важным параметром состояния вяжущих, тонкодисперсных материалов является их удельная поверхность – суммарная площадь поверхности частиц материала в единице массы:

Рис. 1.8. Прибор Блейна для определения удельной поверхности

Данная характеристика определяет поверхность раздела фаз в гетерогенных системах и влияет на активность указанных материалов.

Влажность – это относительное содержание влаги в материале в момент испытания:

где: m_c – масса материала, высушенного до постоянной массы, г;

m_вл – масса влажного материала, г.

Все материалы имеют ту или иную влажность, которая зависит от температурно-влажностных условий окружающей среды, величины пористости, характера и размера пор материала (т.н. равновесная влажность). Влажность влияет на ряд свойств материалов (плотность, прочность, теплопроводность и др). Влажность – величина переменная, и фиксируется в момент испытания.

Для определения средней плотности материала во влажном состоянии можно пользоваться формулой:

где: w – влажность материала в долях единицы.

Студопедия рекомендует:

Совместный гидролиз 2х солей Если слить водные растворы 2х солей, одна из которых является солью слабого основания и сильной кислоты, а вторая наоборот солью.
Глобализация мировой экономики: сущность, основные направления, последствия Глобализацию можно назвать ведущей тенденцией в современной мировой экономике потому.
КОМПЛЕКСНЫЕ ЧИСЛА И ДЕЙСТВИЯ НАД НИМИ Содержание §1. КОМПЛЕКСНЫЕ ЧИСЛА И ДЕЙСТВИЯ НАД НИМИ §2 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ КОМПЛЕКСНЫХ ЧИСЕЛ РЯДЫ С.
Профессиональная этика Кодексы профессиональной этики: история и современность. &nbsp.
Объект и предмет исследования Объект исследования — это процесс или явление, порождающее проблемную ситуацию и избранное для изучения.

Источник https://studfile.net/preview/549307/page:3/

Источник http://www.bibliotekar.ru/5-0-stroymaterialy/11.htm

Источник https://studopedia.ru/22_40110_parametri-sostoyaniya-i-strukturnie-harakteristiki-stroitelnih-materialov.html