2.4.1. Фізичні властивості будівельних матеріалів
Істинна густина (або просто густина) ρ – це маса одиниці об’єму матеріалу в абсолютно щільному стані, тобто без пор, тріщин або пустот, властиві матеріалу в його природному стані.
Істинна густина, г/см3, визначається по формулі ρ = m/ Vа,
де m – маса матеріалу, г; Vа - об'єм матеріалу в абсолютно щільному стані, см³.
Істинна густина дозволяє судити, легким чи важким є речовина, з якої складається матеріал.
Істинна густина граніту – 2,9 г/см³, деревини – 1,6 г/см³, деяких полімерів – 1,0 г/см³. Так, як більшість будівельних матеріалів мають пори та пустоти, то істинна густина має допоміжне значення для оцінки їх властивостей.
Основною задачею у визначенні істинної густини є вимірювання об'єму матеріалу в абсолютно щільному стані. Для цього використовується прилад - об'ємомір – прилад Ле Шательє (рис. 2.8), або мірний циліндр. Прилад заповнюють водою або іншою рідиною, яка не буде вступати у хімічну реакцію з матеріалом. Матеріал подрібнюють, зважують і засипають в прилад, по об'єму витісненої рідини визначають об'єм всипаного матеріалу.
Рис.2.8. Прилад Ле Шательє для визначення істинної густини
Середня густина ρm - характеризує масу одиниці об'єму матеріалу в природному стані (разом з порами та пустотами). Розраховується шляхом ділення маси зразка на його об'єм:
ρm= m/ V,
де m – маса матеріалу, г; V - об'єм матеріалу в природному стані, см³.
Середня густина будівельних матеріалів вимірюється в діапазоні від 10-20 (пінополістирол) до 2500 кг/м³ (кам'яні матеріали) і більше.
На середню густину впливають:
■ пористість матеріалу – середня густина рівна істинній густині, якщо пористість рівна нулю, а при підвищенні пористості середня густина знижується;
■ вологість матеріалу (чим більше води є в матеріалі, тим вище його середня густина), тому середню густину визначають при визначеному значенні вологості.
Об’єм матеріалу вимірюється в залежності від форми зразка або виробу. Наприклад, якщо матеріал має форму паралелепіпеду, то вимірявши довжину його сторін, можна розрахувати об’єм зразка (рис. 2.9).
Рис. 2.9. Визначення об’єму зразка правильної геометричної форми
По величині середньої густини можна говорити про різні властивості матеріалу: теплопровідність, міцність, водопоглинання.
Пористість П – ступінь заповнення об’єму матеріалу порами, її обчислюють за формулою
П = Vпор/Vпр·100%,
де Vпор – об'єм пор у матеріалі, см³; Vпр – об’єм зразка матеріалу в природному стані, см³.
Пористість можна обчислити виходячи із середньої та істинної густини за наступною формулою:
П= (1-ρm/ρ)100%,
або
П=(ρ- ρm)/ ρ∙100%.
Пористість у будівельних матеріалах змінюється у широкому діапазоні, наприклад:
■ скло – П=0%;
■ граніт – П=0,2-0,8 %;
■ теплоізоляційні штукатурки – П=65-75%.
Пористість ділиться на відкриту і закриту (рис. 2.10).
Рис. 2.10. Відкрита (а) і закрита (б) пористість будівельних матеріалів
Відкриті пори сполучаються з навколишнім середовищем і можуть сполучатися між собою. Вони заповнюються водою при зануренні в неї. У звукопоглинаючих матеріалах спеціально створюється відкрита пористість для кращого поглинання звуку.
Крім поняття «пористість» існує ще поняття «пустотність». Пустоти правильної форми створюють в процесі виготовлення виробів (рис. 2.11).
Рис. 2.11. Пустоти (перфорація) в плитах
Пустотність – це ступінь заповнення об’єму виробу пустотами.
Для зернистих сипучих матеріалів, які не мають постійної форми, характеристиками є густина зерна, насипна густина і міжзернова пустотність.
Густина зерна ρз - маса одиниці об’єму зерна в природному стані, тобто це середня густина відповідно до зерна.
Насипна густина ρн, кг/м³, характеризує масу одиниці об’єму зернистого матеріалу (піску, щебеню, гравію) у розсипчасто насипаному стані. У її величині відображається вплив не тільки міжзернових пустот у розсипчасто насипаному об’ємі матеріалу, але і пор у кожному зерні:
Ρн= m/ Vн.
Визначення насипної густини матеріалу може виконуватися за допомогою спеціального приладу (рис.2.12). Прилад складається з лійки 1, металевого мірного циліндра 4. Лійка являє собою зрізаний конус, який переходить донизу в трубку.
Рис. 2.12. Прилад для визначення насипної густини матеріалів:
а – зовнішній вигляд; б – пристрій: 1 – лійка ЛОВ; 2 – трубка; 3 – засувка; 4 – мірний циліндр
У лійку при закритій засувці насипають близько 2 кг досліджуваного матеріалу, під трубку встановлюють попередньо зважений мірний циліндр відомого об’єму V (наприклад, 1000 см³), відкривають засувку і заповнюють матеріалом з надлишком підставлений мірний циліндр. Потім засувку закривають і обережно металевою чи дерев'яною лінійкою зрізають надлишок матеріалу врівень з краями циліндру. Після цього посудину з матеріалом зважують і, відрахувавши з отриманого результату масу посудини, знаходять масу матеріалу.
Сухі гіпсові суміші мають насипну густину близько 1100 кг/м³, цементні – 1700 кг/м³.
Міжзернова пустотність – ступінь заповнення об’єму розсипчасто насипаного матеріалу між зерновими пустотами:
П=[(ρз- ρн)/ ρз]∙100%.
Міжзернова пустотність залежить від наявності у матеріалі зерен різного розміру і співвідношення між ними. Якщо всі зерна одного розміру, то пустотність максимальна. Тому для піску висуваються вимоги до гранулометричного складу.
Для тонкодисперсних матеріалів, отриманих тонким помелом, важливою характеристикою є ступінь подрібнення – тонкість помелу, яка визначається шляхом просіювання проби через стандартне сито.
Тонкість помелу – ступінь подрібнення матеріалу, яка характеризується величиною залишку на ситі, %.
Наприклад, для цементу використовують сито №009 або №008, стандартним ситом для гіпсу є сито №02.
Номер сита показує розмір отворів у світлі, мм.
Наприклад, у ситі №008 – це 0,08 мм, на 1 см² такого сита знаходиться 6400 отворів, а у ситі №02 (0,02) – 900 отворів на 1 см².