Właściwości materiałów budowlanych
fizyczne
mechaniczne
chemiczne
Właściwości materiałów budowlanych
fizyczne
mechaniczne
chemiczne
Właściwości fizyczne
• G
ę
sto
ść
(wła
ś
ciwa)
Jest to masa jednostki obj
ę
to
ś
ci materiału, bez uwzgl
ę
dniania
porów wewn
ą
trz materiału, a wi
ę
c w stanie zupełnej szczelno
ś
ci.
V
m
s
=
ρ
[g/cm
3
]
gdzie: m
s
- masa próbki suchej, V- objętość próbki materiału bez pór
Właściwości fizyczne
•
G
ę
sto
ść
obj
ę
to
ś
ciowa (pozorna)
Jest to masa jednostki obj
ę
to
ś
ci materiału wraz z zawartymi w niej
porami (otwartymi oraz zamkni
ę
tymi).
o
s
V
m
=
ρ
[g/cm
3
]
gdzie: m
s
– masa próbki suchej, V
o
– objętość próbki wraz z
porami wewnętrznymi
Właściwości fizyczne
0,03
1,10
Styropian
7,85
7,85
Stal budowlana
2,65
2,65
Szk
ł
o
1,15
1,15
Smo
ł
a
1,55-1,65
2,65
Piasek
0,45-0,95
1,55
Drewno
1,8-1,95
2,7
Ceramika czerwona
1,1-1,2
3,05-3,15
Cement
2,0-2,2
2,8
Beton
Gęstość objętościowa
ρ
o
[g/cm
3
]
Gęstość właściwa
ρ [g/cm
3
]
Materiał
Tab. Warto
ś
ci g
ę
sto
ś
ci wła
ś
ciwej i pozornej niektórych materiałów budowlanych
Właściwości fizyczne
• Szczelno
ść
Okre
ś
la, jak
ą
cz
ęść
całkowitej obj
ę
to
ś
ci badanego materiału
zajmuje masa materiału bez porów.
100
⋅
=
ρ
ρ
o
S
[%]
Właściwości fizyczne
• Porowato
ść
Okre
ś
la, jak
ą
cz
ęść
całkowitej obj
ę
to
ś
ci materiału stanowi
obj
ę
to
ść
porów (inaczej procentowa zawarto
ść
porów w
materiale).
[%]
;
100
⋅
−
=
ρ
ρ
ρ
o
P
lub
P=(1-S)x100; [%]
Porowato
ść
decyduje o innych cechach, jak:
wytrzymało
ść
na
ś
ciskanie, mrozoodporno
ść
, wła
ś
ciwo
ś
ci
izolacyjne.
Porowato
ść
materiałów budowlanych zawiera si
ę
od 0%
(szkło, stal) do 95% (wełna mineralna, pianka poliuretanowa).
Właściwości fizyczne
•Wilgotno
ść
Procentowa zawarto
ść
wody w materiale (w danej chwili) w jego
stanie naturalnym (drewno, skała naturalna) lub powstała pod
wpływem czynników atmosferycznych.
[%]
;
100
⋅
−
=
s
s
w
m
m
m
w
gdzie: m
w
- masa próbki wilgotnej, m
s
– masa próbki suchej
(wysuszonej do stałej masy)
Właściwości fizyczne
• Nasi
ą
kliwo
ść
Nasi
ą
kliwo
ść
to zdolno
ść
pochłaniania wody przez materiał przy
ci
ś
nieniu atmosferycznym oraz zdolno
ść
do jej utrzymywania.
Wyró
Ŝ
nia si
ę
nasi
ą
kliwo
ść
wagow
ą
i obj
ę
to
ś
ciow
ą
.
Nasi
ą
kliwo
ść
wagowa (masowa) to stosunek masy wchłoni
ę
tej
wody do masy próbki materiału suchego.
[%]
;
100
⋅
−
=
s
s
n
w
m
m
m
n
gdzie:
m
n
- masa próbki nasyconej wodą,
m
s
– masa próbki suchej
Właściwości fizyczne
Nasi
ą
kliwo
ść
obj
ę
to
ś
ciowa
To stosunek obj
ę
to
ś
ci masy wody wchłoni
ę
tej do obj
ę
to
ś
ci próbki
materiału suchego
100
⋅
−
=
V
m
m
n
s
n
o
gdzie: m
n
- masa próbki nasyconej wodą, m
s
– masa próbki suchej,
V – objętość próbki suchej
Zale
Ŝ
no
ść
mi
ę
dzy nasi
ą
kliwo
ś
ci
ą
obj
ę
to
ś
ciow
ą
i wagow
ą
:
o
w
o
n
n
ρ
⋅
=
Właściwości fizyczne
• Higroskopijno
ść
To zdolno
ść
szybkiego wchłaniania przez materiał pary wodnej z
otaczaj
ą
cego powietrza. Higroskopijno
ść
zale
Ŝ
y od wilgotno
ś
ci
powietrza oraz od wła
ś
ciwo
ś
ci samego materiału.
Higroskopijno
ść
mo
Ŝ
e by
ć
przyczyn
ą
zawilgocenia materiałów,
które znajduj
ą
si
ę
w pomieszczeniu i nie maj
ą
kontaktu z wod
ą
.
Do najbardziej higroskopijnych materiałów nale
Ŝ
y chlorek wapnia,
a do najmniej – wyroby ceramiczne.
Właściwości fizyczne
• Kapilarno
ść
To zdolno
ść
podci
ą
gania w gór
ę
wody przez włoskowate kanaliki
materiału (kapilary) stykaj
ą
cego si
ę
z wod
ą
.
Najwi
ę
ksza kapilarno
ść
wyst
ę
puje w materiałach z otwartymi i
poł
ą
czonymi ze sob
ą
porami ( o
ś
rednicy poni
Ŝ
ej 10
-7
m).
• Przesi
ą
kliwo
ść
To zawilgocenie materiału pod wpływem wody pod ci
ś
nieniem.
Wyra
Ŝ
a si
ę
j
ą
ilo
ś
ci
ą
wody w gramach, która w ci
ą
gu godziny
przenika przez 1 cm
2
próbki materiału, przy stałym ci
ś
nieniu.
Przesi
ą
kliwo
ś
c jest wa
Ŝ
n
ą
cech
ą
dla materiałów
hydroizolacyjnych i pokry
ć
dachowych (np.dachówki, papa, lepiki)
Właściwości fizyczne
• Mrozoodporno
ść
To zdolno
ść
materiału nasyconego wod
ą
do przeciwstawiania si
ę
zniszczeniu jego struktury pod wpływem wielokrotnych cykli
zamra
Ŝ
ania i odmra
Ŝ
ania. Podczas zamra
Ŝ
ania woda w porach
materiału zwi
ę
ksza swoj
ą
obj
ę
to
ść
o około 10%, wywołuj
ą
c tym
samym napr
ęŜ
enia mog
ą
ce zniszczy
ć
struktur
ę
materiału.
Na odporno
ść
na cykliczne zamra
Ŝ
anie
i odmra
Ŝ
anie ma wpływ wielko
ść
porów,
czy pory s
ą
zamkni
ę
te czy otwarte, ich
poł
ą
czenie mi
ę
dzy sob
ą
oraz stopie
ń
nasycenia wod
ą
.
Właściwości fizyczne
Elementy drogowe takie jak: płytki chodnikowe, kostki brukowe,
kraw
ęŜ
niki drogowe, rabatki chodnikowe musz
ą
by
ć
odporne na
cykliczne zamra
Ŝ
anie i odmra
Ŝ
anie przy udziale soli
odladzaj
ą
cych.
W celu okre
ś
lenia ich odporno
ś
ci wykonuje si
ę
badanie
mrozoodporno
ś
ci, polegaj
ą
ce na zamra
Ŝ
aniu w obecno
ś
ci 3 %
roztworu chlorku NaCl (PN-EN1338, PN-EN1339, PN-EN1340).
Właściwości fizyczne
• Skurcz
To zmiana obj
ę
to
ś
ci lub wymiarów liniowych materiału wilgotnego
przy wysychaniu (drewno, glina) i twardnieniu (beton, zaprawa).
W celu zminimalizowania skurczu przed wypalaniem wyrobów
ceramicznych nale
Ŝ
y je wysuszy
ć
. Ponadto do masy ceramicznej
dodaje si
ę
ś
rodki schudzaj
ą
ce (piasek i łupki kwarcowe, gruz
ceglany mielony), które ograniczaj
ą
skurcz.
W przypadku betonów i zapraw (materiałów wykonanych z
cementu), w trakcie ich twardnienia nale
Ŝ
y zachowa
ć
jak
najwi
ę
ksz
ą
ich wilgotno
ść
(piel
ę
gnacja). Nie nale
Ŝ
y stosowa
ć
równie
Ŝ
wi
ę
kszej ilo
ś
ci cementu ni
Ŝ
500kg na 1m
3
betonu.
Właściwości fizyczne
• Przewodno
ść
cieplna
To przewodzenie przez materiał ciepła w wyniku ró
Ŝ
nicy
temperatur na przeciwległych jego powierzchniach. Okre
ś
la j
ą
współczynnik
λ
, który jest ilo
ś
ci
ą
ciepła przechodz
ą
c
ą
przez
powierzchni
ę
1m
2
grubo
ś
ci 1m w ci
ą
gu 1 godziny przy ró
Ŝ
nicy
temperatur obu powierzchni równej 1
o
K.
Właściwości fizyczne
• Palno
ść
To podatno
ść
materiału budowlanego na zapalanie si
ę
. Wyró
Ŝ
nia
si
ę
:
-
niepalne:
(kamienie, ceramika, beton, metale). Materiały
niepalne pod wpływem działania wysokich temperatur nie
zapalaj
ą
si
ę
, nie
Ŝ
arz
ą
i nie zw
ę
glaj
ą
. Niektóre ulegaj
ą
deformacjom (stal), lub ulegaj
ą
zniszczeniu (granit, marmur, gips,
wapie
ń
);
-
trudno palne:
zapalaj
ą
si
ę
z trudno
ś
ci
ą
,
Ŝ
arz
ą
si
ę
i zw
ę
glaj
ą
, a
usuni
ę
cie ognia powoduje przerwanie procesu palenia (płyty
wiórowo – cementowe, pil
ś
niowe twarde);
-
palne:
łatwo zapalaj
ą
si
ę
płomieniem lub
Ŝ
arz
ą
i proces ten trwa
tak
Ŝ
e po usuni
ę
ciu
ź
ródła ognia.
Właściwości mechaniczne
• Wytrzymało
ść
na
ś
ciskanie
To maksymalne
napr
ęŜ
enia
ś
ciskaj
ą
ce wyst
ę
puj
ą
ce w chwili
zniszczenia materiału pod działaniem siły zewn
ę
trznej.
Miernikiem wytrzymało
ś
ci na
ś
ciskanie jest stosunek maksymalnej
siły
ś
ciskaj
ą
cej do pola powierzchni, na któr
ą
działa ta siła.
]
[
; MPa
P
F
R
c
c
c
=
gdzie: F
c
- siła
ś
ciskaj
ą
ca
P
c
- pole powierzchni
ś
ciskanej;
Właściwości mechaniczne
Na warto
ść
uzyskanej wytrzymało
ś
ci na
ś
ciskanie maj
ą
wpływ:
- kształt i wielko
ść
badanej próbki (tzw. efekt skali);
- stopie
ń
wilgotno
ś
ci badanego materiału (próbka mo
Ŝ
e by
ć
w
stanie suchym, powietrzno – suchym, wilgotnym, nasyconym
wod
ą
);
- pr
ę
dko
ść
przyrostu napr
ęŜ
e
ń
w trakcie badania (dla betonu
pr
ę
dko
ść
ta powinna wynosi
ć
: 0,2 - 1,0 MPa/s;
- gładko
ść
powierzchni
ś
ciskanych;
- równoległo
ść
powierzchni
ś
ciskanych;
- prostopadło
ść
powierzchni bocznych próbki wzgl
ę
dem
powierzchni
ś
ciskanych.
Właściwości mechaniczne
• Wytrzymało
ść
na rozci
ą
ganie
To najwi
ę
ksze napr
ęŜ
enie, jakie wytrzymuje próbka materiału
podczas rozci
ą
gania. Miernikiem wytrzymało
ś
ci na rozci
ą
ganie
jest stosunek siły rozci
ą
gaj
ą
cej do pola powierzchni próbki
materiału przed przyło
Ŝ
eniem siły.
]
[
; MPa
P
F
R
r
r
r
=
gdzie: F
r
– siła rozci
ą
gaj
ą
ca
P
r
– pole przekroju próbki materiału
przed przyło
Ŝ
eniem siły;
Właściwości mechaniczne
• Wytrzymało
ść
na zginanie
To najwi
ę
ksze napr
ęŜ
enie, jakie wytrzymuje próbka materiału
podczas zginania do momentu jej złamania.
]
[
; MPa
W
M
R
zg
=
4
Pl
M
=
gdzie: M - moment zginaj
ą
cy; P – siła niszcz
ą
ca,
l – rozpi
ę
to
ść
belki mi
ę
dzy podporami
6
2
bh
W
=
gdzie: W- wska
ź
nik wytrzymało
ś
ci przekroju zginanego
belki; b – szeroko
ść
belki; h – wysoko
ść
belki
Właściwości mechaniczne
• Spr
ęŜ
ysto
ść
To zdolno
ść
materiału do przyj
ę
cia pocz
ą
tkowej postaci z
chwil
ą
usuni
ę
cia działaj
ą
cej siły zewn
ę
trznej, która spowodowała
odkształcenie materiału
.
• Pełzanie
To ci
ą
gły wzrost odkształce
ń
plastycznych (trwałych
odkształce
ń
) materiału bez zmiany warto
ś
ci działaj
ą
cej siły
zewn
ę
trznej.
• Krucho
ść
Jest to zjawisko nagłego zniszczenia materiału pod
wpływem działania sił, bez wyra
ź
nych oznak odkształce
ń
poprzedzaj
ą
cych ten proces.
Właściwości mechaniczne
•
Ś
cieralno
ść
Jest to podatno
ść
materiału do zmniejszania masy lub obj
ę
to
ś
ci
pod wpływem czynników
ś
cieraj
ą
cych. (tarcza Boehmego, aparat
Alpha dla drewna; aparat Stuttgart dla podłogowych wyrobów
sztucznych; b
ę
ben Los Angeles dla kruszyw do nawierzchni
drogowych).
Tarcza Böhmego: 1) badana
próbka w uchwycie, 2) pas
ś
cierania (posypany proszkiem
ś
ciernym),
3) tarcza obrotowa
Właściwości mechaniczne
• Twardo
ść
Jest to odporno
ść
materiału na odkształcenia trwałe przy
wciskaniu we
ń
innego twardego materiału. Metody: Brinnela,
Rockwella, Janki (twardo
ść
drewna), skala Mohsa.
• Udarno
ść
Jest to odporno
ść
materiału na uderzenia dynamiczne. Badanie
wykonuje si
ę
przez opuszczanie z wysoko
ś
ci metalowej kuli na
badany materiał lub przy u
Ŝ
yciu aparatu Martena.