Объемный вес — это вес единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. вместе с порами и пустотами. Определяют объемный вес по той же формуле, что и удельный вес, но вместо абсолютного объема берут объем в естественном состоянии.

Для рыхлых материалов (песка, щебня, гравия) определяется насыпной объемный вес. При этом в объем материала включают и пустоты между частицами.

При определении объемного веса необходимо учитывать влажность материала, т. е. количество воды, находящейся в порах частиц и в пустотах между частицами.

От величины объемного веса зависят прочность, теплопроводность и другие свойства строительных материалов.

Знать величину объемного веса необходимо также при определении потребности в транспортных средствах для перевозки материалов.

Водопоглощение — это способность материалов впитывать и удерживать в своих порах воду. Величина водопоглощения зависит от количества пор в материале и от их строения: при открытых порах водопоглощение больше, чем при замкнутых.

Водопоглощение строительных материалов колеблется в значительных пределах: для плотного бетона оно составляет 2—3%, для плотных каменных пород (гранит) — 0,5—0,7% от собственного веса. Поглощенная материалом вода увеличивает его объемный вес и, как следствие, теплопроводность. Прочность материалов при этом, как правило, снижается. Например, при насыщении водой обожженного кирпича его прочность уменьшается на 20—25%.

Водостойкость — это способность материалов выдерживать многократное насыщение и высушивание без существенного снижения прочности.

Водопроницаемость — это свойство материала пропускать воду под давлением. Степень водопроницаемости бетона играет большую роль при строительстве гидротехнических сооружений, резервуаров, водопроводных и канализационных сетей и др.

Теплопроводность — это способность материала передавать тепло от одной своей поверхности к другой при наличии разности температур на этих поверхностях. Теплопроводность материалов имеет большое значение при создании теплоизоляционных элементов зданий и сооружений (наружных стен, чердачных перекрытий, полов первых этажей и т. п.), а также при строительстве теплоограждающих устройств.

Степень теплопроводности определяется коэффициентом теплопроводности, который равен количеству тепла в ккал, проходящего в течение 1 ч через стенку из данного материала площадью 1 м2 и толщиной 1 м при разности температур на противоположных поверхностях в 1°С. Коэффициент теплопроводности выражается в ккал/м • ч • град.

Теплопроводность зависит от объемного веса материала: чем меньше объемный вес материала, тем меньше его теплопроводность. Материал с малым объемным весом имеет большое количество пор, заполненных воздухом, а воздух, особенно в состоянии покоя, оказывает большое сопротивление прохождению тепла.

При увлажнении материала его теплопроводность повышается, так как вода — хороший проводник тепла.

Величина коэффициента теплопроводности строительных материалов колеблется в значительных пределах (например, для минеральной ваты — 0,05, а для железобетона — 0,8— 1,35 ккал/м • ч • град).

Теплоемкостью называется свойство материала поглощать определенное количество тепла при нагревании, а при остывании возвращать это тепло окружающей среде.

Теплоемкость материалов характеризуется удельной теплоемкостью, т. е. количеством тепла (ккал), необходимым для нагревания 1 кг данного материала на 1 °С.

Теплоемкость материалов необходимо учитывать при подготовке составляющих бетона, при тепловой обработке изделий и т. п., так как величина теплоемкости определяет необходимое количество тепла, а следовательно, и топлива.

Величина удельной теплоемкости для строительных материалов колеблется в незначительных пределах и в среднем составляет 0,2 ккал/кг • град. Наибольшую удельную теплоемкость имеет вода — 1 ккал/кг • град.

Морозостойкость — это способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без разрушения и значительного снижения прочности (обычно не более чем на 25%).

Вода, заполняющая поры материала, при охлаждении замерзает и увеличивается в объеме (примерно на 10%), в связи с чем на стенках пор создается давление, которое и может привести к разрушению материала. Поэтому чем больше водопоглощение материалов, тем меньше их морозостойкость. Наиболее морозостойки материалы, водопоглощение которых близко к нулю.

При определении морозостойкости материалов определяют количество циклов замораживания и оттаивания, которые может

выдержать материал без снижения его прочности в указанных выше пределах.

Огнестойкостью называют способность строительных материалов не гореть и не давать под воздействием огня и воды (при пожаре) значительных деформаций. К огнестойким материалам относятся, например, бетон, кирпич. Материалы, которые, хотя и не горят при пожаре, но сильно деформируются, называются полуогнестойкими. Таковы, например, гранит, который растрескивается при пожаре, сталь, которая уже при температуре 600 °С сильно деформируется, что может привести к полному разрушению железобетонной конструкции, и др.

Механические свойства.

Прочность — это способность материала сопротивляться разрушению под действием внешней нагрузки. Прочность характеризуется напряжением (нагрузкой в кг, приходящейся на единицу площади поперечного сечения, обычно см2), при котором материал разрушается. Такое напряжение принято называть пределом прочности.

Материалы, применяемые для изготовления сборного железобетона, могут испытывать в конструкциях различные виды напряжения.

В представленной на рис. 1 схеме показаны подкрановые балки, опирающиеся на консоли колонн. Балки нагружены силами Р (например, часть веса крана), под действием которых они испытывают изгибающие напряжения (их верхний пояс сжат, а нижний растянут). Заштрихованные сечения балок испытывают напряжение среза, колонны — сжимающие напряжения. В консолях колонн действуют изгибающие напряжения (их верхние пояса растянуты, нижние сжаты), в заштрихованном сечении консоли — напряжения среза. Консоли колонн испытывают также и напряжения кручения, так как под действием сил Р балки прогибаются, пытаясь повернуть при этом и опорную поверхность консолей.

Рис. 1. Виды напряжений, испытываемых железобетонными конструкциями в эксплуатации:
1 — колонна, 2 — консоль, 3 — подкрановые балки, 4 — сечение балки, 5 — сечение консоли

В качестве примера рассмотрим, как определяется предел прочности цемента при сжатии и изгибе по ГОСТ 310—60.

Рис. 2. Схема расположения образца на опорных валиках при испытаниях на изгиб

Для проведения испытаний изготовляют три образца-балочки размером 40X40X160 мм из цементно-песчаного раствора (одна весовая часть цемента и три весовых части песка) при определенном количестве воды. Балочки изготовляют в специальных формах, закрепляемых на лабораторной виброплощадке.

Рис. 3. Рычажный механизм для испытания образцов на изгиб:
1 — стойка, 2 — система рычагов, 3 — ведерко, загружаемое дробью при испытаниях, 4 — испытываемый образец

Формы с образцами после изготовления снимают с виброплощадки и хранят в ванне с гидравлическим затвором в течение 24 ч. Затем образцы осторожно освобождают от опалубки и укладывают в бассейн с водой в горизонтальном положении таким образом, чтобы они не соприкасались друг с другом и были покрыты водой. Объем воды должен быть в четыре раза больше объема образцов. Воду следует менять через каждые 14 дней. По истечении заданного срока хранения (3, 7 или 28 суток) образцы вынимают из воды, вытирают насухо и не более чем через 10 мин испытывают.

Для определения предела прочности при изгибе образцы устанавливают на опоры изгибающего устройства, как показано на рис. 3. Испытания могут быть проведены на рычажном механизме.

Образцы устанавливают на два подвижных опорных ролика, связанных с системой рычагов. Верхний ролик жестко связан со станиной механизма. При загружении ведерка дробью верхний ролик неподвижен, а два нижних через систему рычагов поднимаются вверх и нагружают образец. Точность отсчета разрушающей нагрузки должна быть не меньше 0,5 кГ, а скорость нарастания нагрузки 5±0,05 кГ/сек.

Для балочки размером 40Х40Х 160 мм при расстоянии между опорами 100 мм предел прочности при изгибе будет составлять 0,23Р кГ/см2.

Предел прочности при изгибе вычисляют как среднее арифметическое из двух наибольших результатов испытания трех образцов. Предел прочности при сжатии определяют на полученных шести половинках после испытания трех балочек на изгиб.

Каждую половинку балочки помещают между пластинами с размером опорной поверхности 40X62,5 мм таким образом, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к продольным стенкам формы, находились на плоскостях пластинок, а упоры пластинок плотно прилегали к торцовой стенке образца. Образец вместе с пластинами подвергается сжатию на прессе. Скорость увеличения нагрузки должна составлять 20 ±5 кГ/см2, или 0,5 Т/сек.

При размерах пластины 62,5X40 мм предел прочности при сжатии будет равен 0,04 Р кГ/см2.

Предел прочности при сжатии определяют как среднее арифметическое из четырех наибольших результатов испытания шести образцов.

Предел прочности при сжатии, вычисленный после 28-суточного твердения балочки, определяет марку цемента. Чем выше марка, тем качественнее цемент и приготовленный на нем бетон. Отечественная промышленность выпускает цементы марок от 200 до 600.

При определении пределов прочности других материалов при сжатии и изгибе меняются только способ приготовления образцов и их размеры. Предел прочности материалов при .растяжении определяют на специальных разрывных машинах.

Твердость — это способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого материала.

Упругостью называется способность материала деформироваться под нагрузкой и принимать первоначальные размеры и форму после ее снятия. К строительным материалам, обладающим высокой упругостью, относятся сталь и древесина.

Пластичность — это способность материалов изменять свою форму и размеры под действием нагрузки и сохранять эту измененную форму после снятия нагрузки. При этом в материале не должны образовываться трещины и разрывы.

Пластичность широко используется при производстве строительных материалов (формование, прессование, штампование и т. д.).