Все строительные материалы различаются по физическим и механическим свойствам.
К физическим свойствам относятся следующие:
– плотность;
– пористость;
– водопоглощение;
– влагоотдача;
– гигроскопичность;
– водопроницаемость;
– морозостойкость;
– теплопроводность;
– звукопоглощение;
– огнестойкость;
– огнеупорность и некоторые другие.
Плотность материала бывает средней и истинной. Средняя плотность определяется отношением массы тела (кирпича, камня и т. п.) ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты, и выражается в соотношении кг/м2.
Истинная плотность – это предел отношения массы к объему без учета имеющихся в нем пустот и пор.
У плотных материалов, например у стали и гранита, средняя плотность практически равна истинной, у пористых (кирпич и т. п.) она меньше.
Эта характеристика определяется количеством пор в объеме материала, которое исчисляется в процентах. Пористость влияет на такие свойства материала, как прочность, водопоглощение, теплопроводность, морозостойкость и др.
По величине пор материалы разделяют на мелкопористые, у которых размеры пор измеряются в сотых и тысячных долях миллиметра, и крупнопористые (с размерами пор от десятых долей миллиметра до 1–2 мм). Пористость строительных материалов колеблется в широком диапазоне. Так, например, у стекла и металла она нулевая, у кирпича пористость составляет 25–35 %, у мипоры – 98 %.
Это свойство характеризует способность материала терять находящуюся в его порах влагу. Влагоотдача исчисляется процентным количеством воды, которое теряет материал при относительной влажности окружающего воздуха 60 % и его температуре 20 °C.
Влагоотдача имеет большое значение для многих материалов и изделий, например стеновых панелей и блоков, которые в процессе возведения здания обычно имеют повышенную влажность, а в обычных условиях благодаря водоотдаче высыхают (вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала стен и влажностью окружающего воздуха, то есть пока материал не достигнет воздушно-сухого состояния).
Водопоглощение – это способность материала впитывать и удерживать в своих порах влагу.
По объему водопоглощение всегда меньше 100 %, а по массе может быть более 100 %, например у теплоизоляционных материалов. Насыщение материала водой ухудшает его основные свойства, увеличивает теплопроводность и среднюю плотность, уменьшает прочность.
Степень снижения прочности материала при предельном его водонасыщении называется водостойкостью и характеризуется коэффициентом размягчения.
Материалы с коэффициентом размягчения не менее 0,8 относят к водостойким. Их применяют в конструкциях, находящихся в воде, и в местах с повышенной влажностью.
Гигроскопичность – это свойство пористых материалов поглощать влагу из воздуха. Гигроскопичные материалы (древесина, теплоизоляционные материалы, кирпич полусухого прессования и др.) могут поглощать большое количество воды. При этом увеличивается их масса, снижается прочность, изменяются размеры.
Для некоторых материалов в условиях повышенной и даже нормальной влажности приходится применять защитные покрытия.
А такие материалы, как кирпич сухого прессования, можно использовать только в помещениях с пониженной влажностью воздуха.
Водопроницаемостью называется способность материала пропускать воду под давлением. Эта характеристика определяется количеством воды, прошедшей при постоянном давлении в течение 1 ч через материал площадью 1 м2 и толщиной 1 м.
К водонепроницаемым относятся особо плотные материалы (сталь, стекло, битум) и плотные материалы с замкнутыми порами (например, бетон специально подобранного состава).
Морозостойкость – это способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное замораживание и оттаивание без снижения прочности и массы, а также без появления трещин, расслаивания, крошения.
Для возведения фундаментов, стен, кровли и других частей здания, подвергающихся неоднократному замораживанию и оттаиванию, необходимо применять материалы повышенной морозостойкости. Плотные материалы, не имеющие пор, или материалы с незначительной открытой пористостью, с водопоглощением не более 0,5 % обладают высокой морозостойкостью.
Теплопроводность – свойство материала передавать теплоту при наличии разности температур снаружи и внутри строения. Эта характеристика зависит от ряда факторов: природы и строения материала, пористости, влажности, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Кристаллические и крупнопористые материалы, как правило, более теплопроводны, чем материалы аморфного и мелкопористого строения. Материалы, имеющие замкнутые поры, обладают меньшей теплопроводностью, чем материалы с сообщающимися порами. Теплопроводность однородного материала зависит от средней плотности: чем меньше плотность, тем меньше теплопроводность, и наоборот. Влажные материалы более теплопроводны, чем сухие, так как теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха. От данного показателя зависит толщина стен и перекрытий отапливаемых зданий.
Звукопоглощением называется способность материала ослаблять громкость звука при прохождении его через материал. Звукопоглощение зависит от структуры материала: сообщающиеся открытые поры поглощают звук лучше, чем замкнутые. Лучшими звукоизолирующими показателями обладают многослойные стены и перегородки с чередующимися слоями пористых и плотных материалов.
Огнестойкость – это способность материалов противостоять действию высоких температур. По степени огнестойкости материалы делят на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы (кирпич, бетон, сталь) под действием огня или высоких температур не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются, но могут сильно деформироваться. Трудносгораемые материалы (фибролит, асфальтовый бетон) тлеют и обугливаются, но после удаления источника огня эти процессы прекращаются. Сгораемые материалы (дерево, рубероид, пластмассы) воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть и после удаления источника огня.
Огнеупорность – свойство материала противостоять, не деформируясь, длительному воздействию высоких температур. По степени огнеупорности материалы делят на огнеупорные, выдерживающие действие температур до 1580 °C и выше (шамотный кирпич), тугоплавкие, выдерживающие действие температур 1350–1580 °C (тугоплавкий кирпич) и легкоплавкие, размягчающиеся или разрушающиеся при температуре ниже 1350 °C (керамический кирпич).
К механическим свойствам материала относят его прочность, упругость, пластичность, хрупкость, сопротивление удару и твердость.
Прочностью называется способность материала противостоять разрушению под воздействием внешних сил, вызывающих в нем внутреннее напряжение. Прочность материала характеризуется пределом прочности при 3 видах воздействия на него – сжатии, изгибе и растяжении.
Упругость – это способность материала, деформированнного под воздействием каких-либо нагрузок, принимать первоначальную форму и размеры. Наибольшее напряжение, при котором материал еще обладает упругостью, называется пределом упругости. К упругим материалам относят резину, сталь, древесину.
Хрупкость – свойство материала под действием внешних сил мгновенно разрушаться без заметной пластической деформации. К хрупким материалам относятся кирпич, природные камни, бетон, стекло и т. д.
Пластичность – свойство материала изменять под нагрузкой форму и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившиеся форму и размеры после удаления нагрузки. Это свойство противоположно упругости. К пластичным материалам относят битум, глиняное тесто и др.
Сопротивление удару – способность материала противостоять разрушению под действием ударных нагрузок. Плохо сопротивляются ударным нагрузкам хрупкие материалы.
Свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого материала называется твердостью. Ее определяют по глубине вдавливания в какой-либо материал стального шарика, конуса или пирамиды на основе полученного отпечатка.
Так поступают при определении твердости древесины, металлов, пластмасс (кроме пористых и бетона). Твердость каменных материалов определяют по десятибалльной шкале твердости.
Свойство материалов возвращаться к своей первоначальной форме после прекращения нагрузки или прилагаемых усилий называется гибкостью.
К химическим свойствам материалов относятся растворимость, химическая и биологическая стойкость, трещиностойкость.
Свойство материалов растворяться в жидких средах (воде, масле, скипидаре, бензине и др.) называется растворимостью.
Эта способность материалов может быть как положительной, так и отрицательной. Если синтетический материал разрушается под действием растворителя, он обладает отрицательной растворимостью. При изготовлении холодных мастик используется свойство битумов растворяться в бензине, в результате чего появляется возможность нанести мастику на основание тонким слоем. Это положительное свойство растворимости.