Гидрофизические свойства строительных материалов

Гигроскопичностью называется способность материала погло­щать влагу из влажного воздуха. При увели­чении относительной влажности воздуха и снижении его температуры, а также при уменьшении размера пор в материале гигроскопичность повышается. Равновесная влаж­ность воздушно-сухой древесины составляет 12…18 %, стеновых материалов 5…7 % по массе.

Капиллярное всасывание воды материалом проис­ходит, когда часть конструкции находится в воде. Так, грунтовые воды могут подниматься по капиллярам и увлажнять нижнюю часть стены здания. Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия воды в материале и определяется по формуле:

h = 2 σ соs θ / (r ρ g), (5)

где σ - поверхностное натяжение; θ - краевой угол смачивания; r - радиус капилляра; ρ - плотность жидкости; g - ускорение свобод­ного падения.

Чтобы не допустить сырости в помещении, уст­раивают гидроизоляционный слой, отделяющий фундаментную часть стены от ее наземной части.

Водопоглощение - это способность материала впитывать и удерживать в порах воду. Водопоглощение характеризует максимальную степень увлажнения материала, т.е. такое состояние, при котором все открытые поры заполнены водой. Различают водопоглощение по массе (В_т)и объему (В_v).

, (6) , (7)

где m _воды - масса поглощенной материалом воды; m _мат. - масса сухого материала; V _воды - объем поглощенной материалом воды; V _мат. - объем материала.

Водопоглощение материала по объему и массе связаны между собой следующей зависимостью:

В_v = B_m ·ρ_m (8)

Водопоглощение различных материалов колеблется в широ­ких пределах: гранита - 0,02… 0,7 %, тяжелого бетона – 3…5 %. кирпича – 8…15 %, пористых теплоизоляционных материалов - 100 % и более.

Влажность – это степень увлажнения материала в естественном состоянии.

Абсолютную влажность вычисляют по формуле:

(9)

где m _воды - масса воды в материале; m _мат. - масса сухого материала.

Абсолютная влажность, в зависимости от окружающих условий, может меняться в пределах от 0 до В_m.

Увлажнение отрицательно влияет на основные свойства материала: увеличивается его плотность, теп­лопроводность, материал набухает, а прочность и морозостойкость по­нижаются.

Водопроницаемость - это свойство материала пропускать воду под давлением.

Водопроницаемость не допускают при строительстве гидро­технических сооружений, резервуаров, коллекторов, стен подва­лов зданий. Стремятся применять достаточно плотные материалы с замкнутыми порами, устраивают гидроизоляционные слои, эк­раны.

Газо - и паропроницаемость характеризуют способность материала пропускать газ - или пар под давлением.

Стеновой материал должен обладать определенной прони­цаемостью, чтобы наружная стена "дышала", т.е. через нее осуществлялась бы естественная вентиляция, что особенно важно для жилых зданий, в которых отсутствует кондициониро­вание воздуха. Стены и покрытия влажных производственных помеще­ний необходимо защищать от проникнове­ния водяного пара, иначе при его конденсации резко повышается влажность, особенно в холодный период.

Паронепроницаемые материалы должны располагаться с той стороны ограждения, где содержание водяного пара в воз­духе больше.

Влажностные деформации. Пористые материалы (бетоны, древесина и др.) при изменении влажности изменяют свой объем и размеры.

Усадка - уменьшение размеров материа­ла при его высыхании.

Усадка возникает, когда из материала удаля­ется вода, расположенная в мелких порах (табл. 2). Испарение воды из крупных пор не вызывает объемных измене­ний.

Вид материала	Усадка, мм/м
Древесина (поперек волокон)	30…100
Ячеистый бетон	1…3
Строительный раствор	0,5…1
Кирпич	0,03…0,1
Тяжелый бетон	0,3…0,7
Гранит	0,02…0,06

Набухани е - увеличение размеров материа­ла при его увлажнении.

Чередование высыхания и ув­лажнения пористого материала, часто встречающееся на практике, сопровождается поперемен­ными де­формациями. Такие многократные циклические воздействия нередко вызывают трещины, ускоряю­щие разрушение. В подобных условиях находится бетон в дорож­ных покрытиях, в наружных частях гидротехнических сооруже­ний.

Водостойкость - способность материала сохранять прочностные свойства при увлажнении.

Водостойкость ма­териала характеризуется коэффициентом размягчения.

(10)

где R_нас - прочность мате­риала, насыщенного водой; R_сух - прочность сухого материала.

Коэффициент размягчения изменяется от 0 (размокающие глины и др.) до 1 (ме­таллы и др.). Каменные материалы не применяют в строительных конструкциях, находящихся в воде, если их коэффициент размягчения меньше 0,8.

Морозостойкость - способность насыщенного водой материала выдерживать определенное количество циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Разрушение по­ристого материала происходит под влиянием совме­стного действия на него воды и мороза. Например, осенью наруж­ная часть стены про­мерзает. В это время происходит перемещение пара "от тепла к холоду". Пар стремится наружу, поскольку его давление при отрица­тельной температуре ниже, чем при положительной. По­падая в зону низких температур водяной пар, конденсируется в порах возле наружной грани стены. В эту же зону поступает влага внешних осадков. Таким образом, поры наружной промер­зающей части стены обводняются. При наступлении даже небольших морозов (от -5 до -8°С) вода в крупных порах замерзает и при переходе в лед увеличи­вается в объеме на 9 %. Если коэффициент насыщения водой хотя бы части пор приблизится к 1, то в стенках пор возникнут значительные растягивающие напряжения. Разрушение начинается в виде "шелушения" поверхности бетона, затем оно распространяется вглубь.

Морозостойкость материала оценивается маркой. За марку по морозо­стойкости принимают наибольшее число циклов попе­ременного замо­ражива­ния (при температуре -15°С) и оттаивания (при температуре +15°С), ко­торое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие бо­лее 15 % и видимых повреж­дений.

От морозостойкости зависит долговечность строительных материа­лов в конст­рукциях, подвергающихся действию атмосферных факторов и воды.

Легкие бетоны, кирпич, для наружных стен зданий обычно имеют морозостойкость 15, 25, 35. Бетон, применяемый в строительстве мостов и дорог, должен иметь марку 50, 100, 200, а гидротехнический бетон - 500.