Телефоны в Москве: +7(495)220-56-68, +7(495)220-54-42
Адрес: Москва, Дмитровское шоссе, дом 157
Режим работы: понедельник-пятница - [10:00-18:00]
Суббота - Воскресенье выходной
Написать нам
Кровельные материалы
1.1. Стандартизация кровельных материалов
Требования к строительным материалам и изделиям содержатся в государственных стандартах (ГОСТ), например, ГОСТ 30547-97 «Материалы рулонные и гидроизоляционные. Общие технические условия», технических условиях (ТУ) и других нормативных документах. Требования по вопросам проектирования кровель и технологии кровельных работ изложены в главах СНиП П-26-76 «Кровли» и СНиП II 03.04.01-87 «Изоляционные и отделочные покрытия».
Стандарты — нормативно-технический документ, устанавливающий комплекс требований, норм и правил на продукцию массового применения, утвержденный в качестве обязательного для предприятий и организаций — изготовителей и потребителей указанной продукции.
Задача стандартизации в строительстве состоит в том, чтобы обеспечить выпуск и применение как можно большего количества унифицированной и взаимозаменяемой продукции и за счет сокращения номенклатуры изделий добиться экономии материальных и трудовых ресурсов как при изготовлении продукции, так и в строительном производстве. Путем жесткой регламентации нормативных требований стандартизация должна обеспечивать также высокое качество продукции, надежность и долговечность возводимых зданий и сооружений.
Строгое соблюдение правил и методов контроля, включая систему отбора и испытания пробных партий и образцов продукции, предусмотренную стандартами, существенно упрощает всю организацию контроля качества продукции и вместе с тем гарантирует соответствие ее норматив-ным требованиям.
Технические условия (ТУ) входят в общую государственную систему стандартизации. ТУ — нормативно-технический документ, регламентирующий качество продукции. Технические условия разрабатывают на уникальные виды продукции особой сложности, на отдельные виды продукции малой серии, а также на сырьё, материалы, приборы, аппараты, технологическую оснастку, специфические Для отдельных отраслей промышленности или имеющие внутриотраслевое применение. Многие технические условия в дальнейшем переводятся в государственные стандарты.
Материалы и изделия, не соответствующие утвержденным стандартам или техническим условиям (при отсутствии стандарта), запрещается применять при возведении зданий и сооружений.
1.2. Основные свойства кровельных материалов
Хорошее состояние и долговечность зданий, а также расходы на их содержание во многом зависят от качества кровли. Покрытие кровли подвержено суточным и сезонные колебаниям температуры, солнечной радиации, увлажнению и высыханью, замораживанию и оттаиванию. Разрушительное действие на кровлю отзывают некоторые газы и пылеватые частицы, находящиеся в воздухе, особенно в промышленных центрах. Поэтому кровельные материалы должны быть не только прочными, но и долговечными, атмосферо-, тепло- и водостойкими, водонепроницаемыми и т. д.
Для нормальной эксплуатации зданий и сохранения их долговечности большое значение имеет выбор вида кровель в зависимости от их уклонов, районов строительства и воздействий на кровли, качество кровельных материалов и выполнение работ по устройству кровель, соблюдение правил эксплуатации.
Чтобы рационально использовать строительные материалы, необходимо знать их свойства. Основные свойства материалов — физические, механические и химические.
Одни свойства (плотность, пористость, прочность) почти одинаково важны для всех материалов* Другие — только для части их и в определенных условиях службы. Например, морозостойкость важна только для тех материалов, на которые может действовать вода в условиях попеременного многократного замораживания и оттаивания. Теплостойкость — важнейшее свойство битумных рулонных и мастичных кровельных материалов.
Огнеупорность — важнейшее свойство материалов, подверженных воздействию высоких температур.
Показатели свойств строительных материалов определяют лабораторными испытаниями образцов, отобранных и испытанных и порядке, установленном государственными стандартами или техническими условиями.
Физические свойства характеризуют физическое состояние материала, а также его способность реагировать на внешние факторы, не влияющие на химический состав материала.
К физическим свойствам материалов относятся плотность, средняя плотность, пористость, водопроницаемость, водостойкость, водопоглощение, атмосферостойкость, морозостойкость, влажность, теплопроводность, теплоемкость, теплостойкость (температуроустойчивость), темпе-ратура размягчения, температура вспышки, температура стеклования, адгезия, газопроницаемость, паропроницаемость, усадка или удлинение, огнестойкость.
Плотностью называют отношение массы материала к его объему без пор и пустот. Плотность материала вычисляют в г/см3, кг/м3, т/м3 по формуле:
ρ_m=m/V
где т — постоянная масса материала, г (кг или т); V— объем, занимаемый материалом, без пор и пустот, см3 (м3).
Средней плотностью называют отношение массы материала к его объему в естественном состоянии, т. е. с порами и пустотами. Среднюю плотность ρ_m (г/см3, кг/м3, т/м3) вычисляют по формуле:
ρ_m=m/V_ест
где т — масса материала в сухом состоянии, г (кг или т); Vecm — объем материала в естественном состоянии, см3 (м3).
Так как при определении средней плотности материала объем берется с учетом пор и пустот, имеющихся в материале, то средняя плотность не является величиной постоянной, а изменяется в зависимости от пористости материала. Искусственные материалы можно получать с необходимой нам средней плотностью.
Среднюю плотность материалов необходимо знать для расчета их пористости, теплопроводности и теплоемкости, а также расчета прочности конструкций (с учетом собственной массы) и подсчета стоимости перевозок некоторых строительных материалов.
Большинство строительных материалов имеет поры, поэтому средняя плотность, как правило, меньше плотности.
Среднюю плотность каждого материала определяют при влажности, установленной стандартом.
Насыпную плотность определяют для сыпучих материалов (цемент, песок, гравий, щебень). В объем таких материалов включают не только поры в самом материале, но и пустоты между зернами или кусками материала.
Пористость — степень заполнения объема материала порами. Определяют ее как общий объем пор в единице объема материала по формуле:
П=(1-ρ_m/ρ)*100%
где П— пористость материала, %;рт — средняя плотность, г/см3; р —плотность, г/см3.
От степени пористости зависят прочность, теплопроводность, морозостойкость, водопоглощение и другие свойства материалов. Чем меньше пористость, тем больше прочность, морозостойкость, теплопроводность, но меньше водопроницаемость.
Водопроницаемость — способность материала пропускать через себя воду под давлением. Степень водопроницаемости зависит от пористости материала, формы и размеров пор. Чем больше в материале незамкнутых пор и пустот, тем больше его водопроницаемость.
Водопроницаемость характеризуется коэффициентом водопроницаемости Кв, который равен количеству воды, прошедшей в течение 1 ч через образец материала площадью 1 см2 при постоянном давлении и определенной толщине образца.
Водонепроницаемость рулонных кровельных материалов определяется по времени, в течение которого образцы не пропускают воду при постоянном гидростатическом давлении. Время испытаний устанавливается государственными стандартами по видам изделий.
Водостойкость — способность материала длительное время сохранять прочность при предельном водонасыщении. Водостойкость численно характеризуется коэффициентом размягчения, К_разм , определяемым по формуле:
К_разм=R_нас/R_сух
где Rнас — предел прочности материала в насыщенном водой состоянии; Rcyx — предел прочности сухого материала.
Величина коэффициента размягчения материалов колеблется от 0 до 1.
Материалы с коэффициентом размягчения не менее 0,8 относятся к водостойким. Их разрешается применять в строительных конструкциях, возводимых в воде и в местах с повышенной влажностью.
Водопоглощение — способность материала поглощать и удерживать в своих порах воду — характеризуется количеством воды, которое поглощает сухой материал при погружении и выдерживании в ней, отнесенным к массе сухого материала (водопоглощение по массе Wm или к объему материала в сухом состоянии (водопоглощение по объему Wo6).
Водопоглощение по массе показывает степень увеличения массы материала (за счет поглощенной воды), водопоглощение по объему — степень заполнения объема материала водой. Водопоглощение зависит от плотности материала и строения пор.
При высоком водопоглощении материала, как правило, снижаются его прочность и морозостойкость. Для уменьшения водопоглощения искусственных материалов при их изготовлении стремятся получить равномерно распределенные, мелкие замкнутые поры.
Водопоглощение выражают относительным числом или в процентах и вычисляют по формулам:
W_м=[(m_2-m_1)/m_1]100%
W_об=[(m_2-m_1)/V_есн*ρН_2 О]100%
где т1 — масса материала в сухом состоянии, г; т2 — масса материала в насыщенном водой состоянии, г; Vecm — объем материала в сухом состоянии, см3; р Н20 — плотность воды, г/см3.
Влажность, т. е. степень увлажнения материала, зависит от влажности окружающей среды, структуры и свойств самого материала. Для оценки влажности пользуются показателем влажности — отношением количества влаги, содержащейся в материале, к массе материала в абсолютно сухом состоянии.
Влажность материала W определяют в % по формуле:
W=[(m_2-m_1)/m_1]100%
где m_1 — масса сухого образца, г; т2 — масса влажного образца, г.
С увеличением влажности средняя плотность и теплопроводность строительных материалов повышаются, а прочность снижается.
Атмосферостойкость — способность материала длительное время сохранять свои первоначальные свойства и структуру после совместного воздействия погодных факторов (дождя, света, воздуха, облучения и колебаний температуры) — оценивается временными показателями (час, сутки, месяц, год) или в баллах по специальной шкале.
Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности. Причиной разрушения материала в этих условиях является вода, находящаяся в порах материала и при замерзании увеличивающаяся в объеме. На практике поры и капилляры материалов заполняются водой не полностью. Часть их служит резервными объемами, в которые отжимается вода в процессе замораживания. Поэтому полное разрушение материала наступает лишь после нескольких циклов замораживания и оттаивания при полном его водонасыщении.
Теплопроводность — способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на противоположных поверхностях.
Количественным показателем теплопроводности различных тел служит коэффициент теплопроводности.
Коэффициентом теплопроводности ? называется количество теплоты, проходящей за 1 ч через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 при разности температур на противоположных поверхностях образца 1^? C. Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/м • °С.
Коэффициент теплопроводности зависит от средней плотности и химико-минерального состава материала, его структуры, пористости и характера пор, влажности и средней температуры материала. Чем больше пористость (меньше средняя плотность), тем ниже теплопроводность ма-териала. С увеличением влажности материала коэффициент теплопроводности резко возрастает, т. е. снижаются показатели теплоизоляционных свойств материала. Поэтому все теплоизоляционные материалы следует хранить в помещении или под навесом, а в процессе монтажа теплоизо-ляционный слой защищать покровным слоем.
Теплопроводность ? вычисляют по формуле:
?=q*b/( tв –tн)
где q — плотность потока теплоты через образец, Вт/м2; b — толщина образца, м; te, tH — температура соответственно верхней и нижней поверхностей образца, °С .
Теплоемкость — количество теплоты, которое необходимо подвести к телу, чтобы повысить его температуру на ГС. Теплоемкость, отнесенная к единице массы, называется удельной теплоемкостью и измеряется в Дж/(кг*°С).
Теплостойкость (температуроустойчивость) — способность материала сохранять форму, не стекать и не сползать с поверхности конструкции под определенным уклоном и при определенной температуре. Она зависит, в основном, от физико-механических свойств и структуры материала, вида и количества наполнителя.
Мастики, обладающие меньшей теплостойкостью, имеют большую гибкость, а мастики с высокой теплостойкостью — меньшую.
Температуру размягчения (ГОСТ 11506—73) оценивают температурой среды, при которой вяжущее вещество (например, битум), залитое в кольцо заданных размеров, размягчается и под действием массы металлического шарика выдавливается из кольца и касается контрольного диска (основания) аппарата. Этот условный показатель характеризует изменение вязкости вяжущих веществ при повышении температуры.
Температура вспышки (ГОСТ 4333—48) — температура, при которой газообразные продукты, выделяющиеся из битума при нагревании, образуют с воздухом смесь, вспыхивающую на короткое время при поднесении к ней пламени. Температуру вспышки определяют на специальном приборе.
Температура стеклования — температура, при которой материал становится хрупким.
Существует единый метод определения температуры стеклования, заключающийся в фиксировании температуры, при которой появляются трещины в слое, например, битума, нанесенном на стальную пластинку, охлаждаемую с постоянной скоростью и подвергаемую периодическому изгибу.
Адгезия — сопротивление отрыву или сдвигу (в МПа) материала, нанесенного на изолируемую поверхность.
Газопроницаемость материала характеризуется количеством газа, проходящего через образец определенного размера при заданном давлении. Строительные материалы с большой пористостью обладают повышенной газопроницаемостью, хотя на степень газопроницаемости влияет не только суммарная величина пористости, но и размер и характер пор. Для устранения этого явления в ограждающих конструкциях устраивают газонепроницаемые слои.
Паропроницаемость — способность материалов пропускать водяные пары, содержащиеся в воздухе под действием разности их парциальных давлений на противоположных поверхностях слоя материала.
С повышением температуры парциальное давление водяных паров возрастает. Таким образом, водяные пары стремятся попасть в область меньшего давления, т. е. на сторону слоя материала с меньшей температурой. Этим объясняется увлажнение изоляции, применяемой для поверхностей с отрицательными температурами. Влага, проникая в слой изоляции с теплой стороны, увлажняет изоляцию, а при температуре ниже нуля замерзает. Это вызывает ухудшение свойств изоляции и ее разрушение.
Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропроницаемости, который определяется количеством водяных паров в граммах, проходящим в течение 1 ч через слой материала площадью 1 м2 и толщиной 1 м при разности давлений водяного пара на противоположных поверхностях 133,3 Па. Размерность этого коэффициента — кг/(м • ч • Па).
Усадка или удлинение — изменение линейных размеров материала под воздействием изменения температуры, влажности, солнечной радиации или в результате процессов, происходящих в материале (старение, вулканизация, полимеризация).
Огнестойкость — способность материала выдерживать без разрушения воздействие высоких температур (огня).
Огнестойкость определяется степенью возгораемости конструкций и материалов, применяемых для строительства здания. Строительные материалы и конструкции по возгораемости разделяют на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.
Несгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К ним относятся все искусственные и природные неорганические материалы, применяемые в строительстве (камень, металлы и др.).
Трудносгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются, тлеют или обугливаются и продолжают гореть или тлеть при наличии источника огня, а после удаления источника огня горение и тление прекращается (асфальтобетон, минераловатные плиты).
Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и тлеют. После удаления источника огня они продолжают гореть и тлеть. К этой группе относятся органические материалы, не отвечающие требованиям, предъявляемым к несгораемым или трудносгораемым материалам. Конструкции из сгораемых материалов можно сделать трудносгораемыми или несгораемыми, защитив их несгораемыми материалами.
Пределы огнестойкости конструкций определяются временем в часах от начала испытания конструкции на огнестойкость до возникновения сквозных трещин, повышения температуры на необогреваемой поверхности до 140—180° С или обрушения конструкции.
1. 2. 2. Механические свойства
К механическим свойствам материалов относится их способность сопротивляться разрушению или деформации (изменению формы и размеров под действием внешних нагрузок). Такими свойствами являются прочность, упругость, растяжимость, пластичность, хрупкость, твердость и др.
Прочность — способность материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил, вызывающих деформации и внутренние напряжения в материале.
Прочность характеризуется пределом прочности, т. е. наибольшим напряжением, соответствующим нагрузке, при которой материал разрушается. Чтобы рассчитать предел прочности при сжатии Rсж, МПа, или растяжении R_рас, надо разрушающую силу Рmax, Н, разделить на первоначальную площадь сечения образца F0 см2.
R_еж=P_max/F_0
Предел прочности при сжатии определяют в лабораториях на прессах, испытывая образцы материалов обычно в виде кубов, а иногда цилиндров, призм и половинок балочек.
Предел прочности при растяжении определяют на разрывных машинах, испытывая образцы в виде лопаточек или «восьмерок», а предел прочности при изгибе — на специальных установках, испытывая образцы-балочки.
Прочность конструкционных строительных материалов характеризуют маркой, которая, как правило, совпадает по значению с минимально попускаемым пределом прочности при сжатии. Для испытания на изгиб образцы укладывают на опоры. Нагрузку на образец передают непрерывно и равномерно со скоростью, обеспечивающей его разрушение не ранее чем через 20 с после начала испытания.
Предел прочности при изгибе образца σ_изг, МПа, вычисляют по формуле
σ_изг=3Рl/2bh^2
Где Р — наибольшая нагрузка, установленная при испытании образца, Н; l - расстояние между осями опор, м (см); b — ширина образца, м (см); h - высота образца посредине пролета, м (см).
Предел прочности при изгибе образцов в партии вычисляют с погрешностью до 0,1 МПа как среднее арифметическое результатов испытаний установленного количества образцов.
Упругость — способность материала изменять под действием нагрузки с кою форму без признаков разрушения и восстанавливать ее в большей или меньшей степени после удаления нагрузки. Восстановление формы в зависимости от действующей силы может быть полным или неполным. Пример очень упругого материала — резина.
Растяжимость оценивают максимальной длиной растяжения образца битума в сантиметрах, определяемой на приборе дуктилометре. Растяжимость вычисляют как среднее арифметическое трех определений, расхождение между которыми не должно превышать 10% среднего арифмети-ческого сравниваемых результатов.
Пластичность — способность материала пол действием нагрузки изменять без признаков разрушения свою форму и полностью сохранять эту измененную форму после снятия нагрузки. Высокой пластичностью отличается большинство растворных смесей. Пластичным материалом яв-ляется и легкоплавкий битум при положительной температуре.
Хрупкостью называется свойство материала разрушаться сразу под действием прилагаемых к нему усилий, не обнаруживая сколько-нибудь значительных деформаций. Хрупкому материалу в отличие от пластичного нельзя придать при прессовании желаемую форму, так как такой материал при ударной нагрузке дробится на части или рассыпается.
Твердость — способность материала сопротивляться прониканию в него другого, более твердого материала. Твердость металлов, древесины, бетона и пластмасс (кроме пористых) определяют по глубине вдавливания в образец стального шарика, конуса или пирамиды или по диаметру полу-ченного отпечатка.
Гибкость — способность материала после удаления деформирующих усилий приобретать свою первоначальную форму без появления трещин и изломов.
Под трещиностойкостью водоизоляционного слоя понимают его способность сохранять сплошность (однородность) при образовании и раскрытии трещин на поверхности основания. Трещиностойкость характеризуется коэффициентом трещиностойкости Кт — отношением ширины перекрываемой трещины в основании к толщине покрытия без нарушения сплошности и состояния покрытия над ней.
1.2.3. Химические свойства
К химическим свойствам материалов относятся химическая и биологическая стойкость, растворимость.
Химическая стойкость — способность материалов противостоять разрушающему действию кислот, щелочей, растворенных в воде солей и газов, органических растворителей (ацетона, бензина, масел и др.). Химическая стойкость характеризуется потерей массы материала при действии на него агрессивной среды в течение определенного времени.
Материалы, применяемые в строительстве, должны быть стойкими в основном к углекислому газу и сероводороду, так как эти газы могут содержаться в воздухе в больших количествах, особенно вблизи промышленных предприятий. Поэтому для окрашивания металлических кровель нельзя употреблять пигменты, в состав которых входят свинец или медь; такие пигменты вступают в реакцию с сероводородом и чернеют.
Биологическая стойкость — свойство материалов и изделий сопротивляться разрушающему действию грибков и бактерий.
Органические материалы или неорганические на органических связках под действием температурно-влажностных факторов могут разрушаться вследствие развития в них микроорганизмов, вызывающих гниение и разрушающих материалы в процессе эксплуатации.
Для придания кровельным материалам биологической стойкости в их состав при производстве вводят специальные химические вещества — антисептики. В процессе транспортирования и хранения материалы должны быть защищены от увлажнения.
Растворимость — способность материала растворяться в воде, масле, бензине, скипидаре и других жидкостях — растворителях.
Требования к строительным материалам и изделиям содержатся в государственных стандартах (ГОСТ), например, ГОСТ 30547-97 «Материалы рулонные и гидроизоляционные. Общие технические условия», технических условиях (ТУ) и других нормативных документах. Требования по вопросам проектирования кровель и технологии кровельных работ изложены в главах СНиП П-26-76 «Кровли» и СНиП II 03.04.01-87 «Изоляционные и отделочные покрытия».
Стандарты — нормативно-технический документ, устанавливающий комплекс требований, норм и правил на продукцию массового применения, утвержденный в качестве обязательного для предприятий и организаций — изготовителей и потребителей указанной продукции.
Задача стандартизации в строительстве состоит в том, чтобы обеспечить выпуск и применение как можно большего количества унифицированной и взаимозаменяемой продукции и за счет сокращения номенклатуры изделий добиться экономии материальных и трудовых ресурсов как при изготовлении продукции, так и в строительном производстве. Путем жесткой регламентации нормативных требований стандартизация должна обеспечивать также высокое качество продукции, надежность и долговечность возводимых зданий и сооружений.
Строгое соблюдение правил и методов контроля, включая систему отбора и испытания пробных партий и образцов продукции, предусмотренную стандартами, существенно упрощает всю организацию контроля качества продукции и вместе с тем гарантирует соответствие ее норматив-ным требованиям.
Технические условия (ТУ) входят в общую государственную систему стандартизации. ТУ — нормативно-технический документ, регламентирующий качество продукции. Технические условия разрабатывают на уникальные виды продукции особой сложности, на отдельные виды продукции малой серии, а также на сырьё, материалы, приборы, аппараты, технологическую оснастку, специфические Для отдельных отраслей промышленности или имеющие внутриотраслевое применение. Многие технические условия в дальнейшем переводятся в государственные стандарты.
Материалы и изделия, не соответствующие утвержденным стандартам или техническим условиям (при отсутствии стандарта), запрещается применять при возведении зданий и сооружений.
1.2. Основные свойства кровельных материалов
Хорошее состояние и долговечность зданий, а также расходы на их содержание во многом зависят от качества кровли. Покрытие кровли подвержено суточным и сезонные колебаниям температуры, солнечной радиации, увлажнению и высыханью, замораживанию и оттаиванию. Разрушительное действие на кровлю отзывают некоторые газы и пылеватые частицы, находящиеся в воздухе, особенно в промышленных центрах. Поэтому кровельные материалы должны быть не только прочными, но и долговечными, атмосферо-, тепло- и водостойкими, водонепроницаемыми и т. д.
Для нормальной эксплуатации зданий и сохранения их долговечности большое значение имеет выбор вида кровель в зависимости от их уклонов, районов строительства и воздействий на кровли, качество кровельных материалов и выполнение работ по устройству кровель, соблюдение правил эксплуатации.
Чтобы рационально использовать строительные материалы, необходимо знать их свойства. Основные свойства материалов — физические, механические и химические.
Одни свойства (плотность, пористость, прочность) почти одинаково важны для всех материалов* Другие — только для части их и в определенных условиях службы. Например, морозостойкость важна только для тех материалов, на которые может действовать вода в условиях попеременного многократного замораживания и оттаивания. Теплостойкость — важнейшее свойство битумных рулонных и мастичных кровельных материалов.
Огнеупорность — важнейшее свойство материалов, подверженных воздействию высоких температур.
Показатели свойств строительных материалов определяют лабораторными испытаниями образцов, отобранных и испытанных и порядке, установленном государственными стандартами или техническими условиями.
1.2.1. Физические свойства
Физические свойства характеризуют физическое состояние материала, а также его способность реагировать на внешние факторы, не влияющие на химический состав материала.
К физическим свойствам материалов относятся плотность, средняя плотность, пористость, водопроницаемость, водостойкость, водопоглощение, атмосферостойкость, морозостойкость, влажность, теплопроводность, теплоемкость, теплостойкость (температуроустойчивость), темпе-ратура размягчения, температура вспышки, температура стеклования, адгезия, газопроницаемость, паропроницаемость, усадка или удлинение, огнестойкость.
Плотностью называют отношение массы материала к его объему без пор и пустот. Плотность материала вычисляют в г/см3, кг/м3, т/м3 по формуле:
ρ_m=m/V
где т — постоянная масса материала, г (кг или т); V— объем, занимаемый материалом, без пор и пустот, см3 (м3).
Средней плотностью называют отношение массы материала к его объему в естественном состоянии, т. е. с порами и пустотами. Среднюю плотность ρ_m (г/см3, кг/м3, т/м3) вычисляют по формуле:
ρ_m=m/V_ест
где т — масса материала в сухом состоянии, г (кг или т); Vecm — объем материала в естественном состоянии, см3 (м3).
Так как при определении средней плотности материала объем берется с учетом пор и пустот, имеющихся в материале, то средняя плотность не является величиной постоянной, а изменяется в зависимости от пористости материала. Искусственные материалы можно получать с необходимой нам средней плотностью.
Среднюю плотность материалов необходимо знать для расчета их пористости, теплопроводности и теплоемкости, а также расчета прочности конструкций (с учетом собственной массы) и подсчета стоимости перевозок некоторых строительных материалов.
Большинство строительных материалов имеет поры, поэтому средняя плотность, как правило, меньше плотности.
Среднюю плотность каждого материала определяют при влажности, установленной стандартом.
Насыпную плотность определяют для сыпучих материалов (цемент, песок, гравий, щебень). В объем таких материалов включают не только поры в самом материале, но и пустоты между зернами или кусками материала.
Пористость — степень заполнения объема материала порами. Определяют ее как общий объем пор в единице объема материала по формуле:
П=(1-ρ_m/ρ)*100%
где П— пористость материала, %;рт — средняя плотность, г/см3; р —плотность, г/см3.
От степени пористости зависят прочность, теплопроводность, морозостойкость, водопоглощение и другие свойства материалов. Чем меньше пористость, тем больше прочность, морозостойкость, теплопроводность, но меньше водопроницаемость.
Водопроницаемость — способность материала пропускать через себя воду под давлением. Степень водопроницаемости зависит от пористости материала, формы и размеров пор. Чем больше в материале незамкнутых пор и пустот, тем больше его водопроницаемость.
Водопроницаемость характеризуется коэффициентом водопроницаемости Кв, который равен количеству воды, прошедшей в течение 1 ч через образец материала площадью 1 см2 при постоянном давлении и определенной толщине образца.
Водонепроницаемость рулонных кровельных материалов определяется по времени, в течение которого образцы не пропускают воду при постоянном гидростатическом давлении. Время испытаний устанавливается государственными стандартами по видам изделий.
Водостойкость — способность материала длительное время сохранять прочность при предельном водонасыщении. Водостойкость численно характеризуется коэффициентом размягчения, К_разм , определяемым по формуле:
К_разм=R_нас/R_сух
где Rнас — предел прочности материала в насыщенном водой состоянии; Rcyx — предел прочности сухого материала.
Величина коэффициента размягчения материалов колеблется от 0 до 1.
Материалы с коэффициентом размягчения не менее 0,8 относятся к водостойким. Их разрешается применять в строительных конструкциях, возводимых в воде и в местах с повышенной влажностью.
Водопоглощение — способность материала поглощать и удерживать в своих порах воду — характеризуется количеством воды, которое поглощает сухой материал при погружении и выдерживании в ней, отнесенным к массе сухого материала (водопоглощение по массе Wm или к объему материала в сухом состоянии (водопоглощение по объему Wo6).
Водопоглощение по массе показывает степень увеличения массы материала (за счет поглощенной воды), водопоглощение по объему — степень заполнения объема материала водой. Водопоглощение зависит от плотности материала и строения пор.
При высоком водопоглощении материала, как правило, снижаются его прочность и морозостойкость. Для уменьшения водопоглощения искусственных материалов при их изготовлении стремятся получить равномерно распределенные, мелкие замкнутые поры.
Водопоглощение выражают относительным числом или в процентах и вычисляют по формулам:
W_м=[(m_2-m_1)/m_1]100%
W_об=[(m_2-m_1)/V_есн*ρН_2 О]100%
где т1 — масса материала в сухом состоянии, г; т2 — масса материала в насыщенном водой состоянии, г; Vecm — объем материала в сухом состоянии, см3; р Н20 — плотность воды, г/см3.
Влажность, т. е. степень увлажнения материала, зависит от влажности окружающей среды, структуры и свойств самого материала. Для оценки влажности пользуются показателем влажности — отношением количества влаги, содержащейся в материале, к массе материала в абсолютно сухом состоянии.
Влажность материала W определяют в % по формуле:
W=[(m_2-m_1)/m_1]100%
где m_1 — масса сухого образца, г; т2 — масса влажного образца, г.
С увеличением влажности средняя плотность и теплопроводность строительных материалов повышаются, а прочность снижается.
Атмосферостойкость — способность материала длительное время сохранять свои первоначальные свойства и структуру после совместного воздействия погодных факторов (дождя, света, воздуха, облучения и колебаний температуры) — оценивается временными показателями (час, сутки, месяц, год) или в баллах по специальной шкале.
Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности. Причиной разрушения материала в этих условиях является вода, находящаяся в порах материала и при замерзании увеличивающаяся в объеме. На практике поры и капилляры материалов заполняются водой не полностью. Часть их служит резервными объемами, в которые отжимается вода в процессе замораживания. Поэтому полное разрушение материала наступает лишь после нескольких циклов замораживания и оттаивания при полном его водонасыщении.
Теплопроводность — способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на противоположных поверхностях.
Количественным показателем теплопроводности различных тел служит коэффициент теплопроводности.
Коэффициентом теплопроводности ? называется количество теплоты, проходящей за 1 ч через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 при разности температур на противоположных поверхностях образца 1^? C. Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/м • °С.
Коэффициент теплопроводности зависит от средней плотности и химико-минерального состава материала, его структуры, пористости и характера пор, влажности и средней температуры материала. Чем больше пористость (меньше средняя плотность), тем ниже теплопроводность ма-териала. С увеличением влажности материала коэффициент теплопроводности резко возрастает, т. е. снижаются показатели теплоизоляционных свойств материала. Поэтому все теплоизоляционные материалы следует хранить в помещении или под навесом, а в процессе монтажа теплоизо-ляционный слой защищать покровным слоем.
Теплопроводность ? вычисляют по формуле:
?=q*b/( tв –tн)
где q — плотность потока теплоты через образец, Вт/м2; b — толщина образца, м; te, tH — температура соответственно верхней и нижней поверхностей образца, °С .
Теплоемкость — количество теплоты, которое необходимо подвести к телу, чтобы повысить его температуру на ГС. Теплоемкость, отнесенная к единице массы, называется удельной теплоемкостью и измеряется в Дж/(кг*°С).
Теплостойкость (температуроустойчивость) — способность материала сохранять форму, не стекать и не сползать с поверхности конструкции под определенным уклоном и при определенной температуре. Она зависит, в основном, от физико-механических свойств и структуры материала, вида и количества наполнителя.
Мастики, обладающие меньшей теплостойкостью, имеют большую гибкость, а мастики с высокой теплостойкостью — меньшую.
Температуру размягчения (ГОСТ 11506—73) оценивают температурой среды, при которой вяжущее вещество (например, битум), залитое в кольцо заданных размеров, размягчается и под действием массы металлического шарика выдавливается из кольца и касается контрольного диска (основания) аппарата. Этот условный показатель характеризует изменение вязкости вяжущих веществ при повышении температуры.
Температура вспышки (ГОСТ 4333—48) — температура, при которой газообразные продукты, выделяющиеся из битума при нагревании, образуют с воздухом смесь, вспыхивающую на короткое время при поднесении к ней пламени. Температуру вспышки определяют на специальном приборе.
Температура стеклования — температура, при которой материал становится хрупким.
Существует единый метод определения температуры стеклования, заключающийся в фиксировании температуры, при которой появляются трещины в слое, например, битума, нанесенном на стальную пластинку, охлаждаемую с постоянной скоростью и подвергаемую периодическому изгибу.
Адгезия — сопротивление отрыву или сдвигу (в МПа) материала, нанесенного на изолируемую поверхность.
Газопроницаемость материала характеризуется количеством газа, проходящего через образец определенного размера при заданном давлении. Строительные материалы с большой пористостью обладают повышенной газопроницаемостью, хотя на степень газопроницаемости влияет не только суммарная величина пористости, но и размер и характер пор. Для устранения этого явления в ограждающих конструкциях устраивают газонепроницаемые слои.
Паропроницаемость — способность материалов пропускать водяные пары, содержащиеся в воздухе под действием разности их парциальных давлений на противоположных поверхностях слоя материала.
С повышением температуры парциальное давление водяных паров возрастает. Таким образом, водяные пары стремятся попасть в область меньшего давления, т. е. на сторону слоя материала с меньшей температурой. Этим объясняется увлажнение изоляции, применяемой для поверхностей с отрицательными температурами. Влага, проникая в слой изоляции с теплой стороны, увлажняет изоляцию, а при температуре ниже нуля замерзает. Это вызывает ухудшение свойств изоляции и ее разрушение.
Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропроницаемости, который определяется количеством водяных паров в граммах, проходящим в течение 1 ч через слой материала площадью 1 м2 и толщиной 1 м при разности давлений водяного пара на противоположных поверхностях 133,3 Па. Размерность этого коэффициента — кг/(м • ч • Па).
Усадка или удлинение — изменение линейных размеров материала под воздействием изменения температуры, влажности, солнечной радиации или в результате процессов, происходящих в материале (старение, вулканизация, полимеризация).
Огнестойкость — способность материала выдерживать без разрушения воздействие высоких температур (огня).
Огнестойкость определяется степенью возгораемости конструкций и материалов, применяемых для строительства здания. Строительные материалы и конструкции по возгораемости разделяют на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.
Несгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К ним относятся все искусственные и природные неорганические материалы, применяемые в строительстве (камень, металлы и др.).
Трудносгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются, тлеют или обугливаются и продолжают гореть или тлеть при наличии источника огня, а после удаления источника огня горение и тление прекращается (асфальтобетон, минераловатные плиты).
Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и тлеют. После удаления источника огня они продолжают гореть и тлеть. К этой группе относятся органические материалы, не отвечающие требованиям, предъявляемым к несгораемым или трудносгораемым материалам. Конструкции из сгораемых материалов можно сделать трудносгораемыми или несгораемыми, защитив их несгораемыми материалами.
Пределы огнестойкости конструкций определяются временем в часах от начала испытания конструкции на огнестойкость до возникновения сквозных трещин, повышения температуры на необогреваемой поверхности до 140—180° С или обрушения конструкции.
1. 2. 2. Механические свойства
К механическим свойствам материалов относится их способность сопротивляться разрушению или деформации (изменению формы и размеров под действием внешних нагрузок). Такими свойствами являются прочность, упругость, растяжимость, пластичность, хрупкость, твердость и др.
Прочность — способность материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил, вызывающих деформации и внутренние напряжения в материале.
Прочность характеризуется пределом прочности, т. е. наибольшим напряжением, соответствующим нагрузке, при которой материал разрушается. Чтобы рассчитать предел прочности при сжатии Rсж, МПа, или растяжении R_рас, надо разрушающую силу Рmax, Н, разделить на первоначальную площадь сечения образца F0 см2.
R_еж=P_max/F_0
Предел прочности при сжатии определяют в лабораториях на прессах, испытывая образцы материалов обычно в виде кубов, а иногда цилиндров, призм и половинок балочек.
Предел прочности при растяжении определяют на разрывных машинах, испытывая образцы в виде лопаточек или «восьмерок», а предел прочности при изгибе — на специальных установках, испытывая образцы-балочки.
Прочность конструкционных строительных материалов характеризуют маркой, которая, как правило, совпадает по значению с минимально попускаемым пределом прочности при сжатии. Для испытания на изгиб образцы укладывают на опоры. Нагрузку на образец передают непрерывно и равномерно со скоростью, обеспечивающей его разрушение не ранее чем через 20 с после начала испытания.
Предел прочности при изгибе образца σ_изг, МПа, вычисляют по формуле
σ_изг=3Рl/2bh^2
Где Р — наибольшая нагрузка, установленная при испытании образца, Н; l - расстояние между осями опор, м (см); b — ширина образца, м (см); h - высота образца посредине пролета, м (см).
Предел прочности при изгибе образцов в партии вычисляют с погрешностью до 0,1 МПа как среднее арифметическое результатов испытаний установленного количества образцов.
Упругость — способность материала изменять под действием нагрузки с кою форму без признаков разрушения и восстанавливать ее в большей или меньшей степени после удаления нагрузки. Восстановление формы в зависимости от действующей силы может быть полным или неполным. Пример очень упругого материала — резина.
Растяжимость оценивают максимальной длиной растяжения образца битума в сантиметрах, определяемой на приборе дуктилометре. Растяжимость вычисляют как среднее арифметическое трех определений, расхождение между которыми не должно превышать 10% среднего арифмети-ческого сравниваемых результатов.
Пластичность — способность материала пол действием нагрузки изменять без признаков разрушения свою форму и полностью сохранять эту измененную форму после снятия нагрузки. Высокой пластичностью отличается большинство растворных смесей. Пластичным материалом яв-ляется и легкоплавкий битум при положительной температуре.
Хрупкостью называется свойство материала разрушаться сразу под действием прилагаемых к нему усилий, не обнаруживая сколько-нибудь значительных деформаций. Хрупкому материалу в отличие от пластичного нельзя придать при прессовании желаемую форму, так как такой материал при ударной нагрузке дробится на части или рассыпается.
Твердость — способность материала сопротивляться прониканию в него другого, более твердого материала. Твердость металлов, древесины, бетона и пластмасс (кроме пористых) определяют по глубине вдавливания в образец стального шарика, конуса или пирамиды или по диаметру полу-ченного отпечатка.
Гибкость — способность материала после удаления деформирующих усилий приобретать свою первоначальную форму без появления трещин и изломов.
Под трещиностойкостью водоизоляционного слоя понимают его способность сохранять сплошность (однородность) при образовании и раскрытии трещин на поверхности основания. Трещиностойкость характеризуется коэффициентом трещиностойкости Кт — отношением ширины перекрываемой трещины в основании к толщине покрытия без нарушения сплошности и состояния покрытия над ней.
1.2.3. Химические свойства
К химическим свойствам материалов относятся химическая и биологическая стойкость, растворимость.
Химическая стойкость — способность материалов противостоять разрушающему действию кислот, щелочей, растворенных в воде солей и газов, органических растворителей (ацетона, бензина, масел и др.). Химическая стойкость характеризуется потерей массы материала при действии на него агрессивной среды в течение определенного времени.
Материалы, применяемые в строительстве, должны быть стойкими в основном к углекислому газу и сероводороду, так как эти газы могут содержаться в воздухе в больших количествах, особенно вблизи промышленных предприятий. Поэтому для окрашивания металлических кровель нельзя употреблять пигменты, в состав которых входят свинец или медь; такие пигменты вступают в реакцию с сероводородом и чернеют.
Биологическая стойкость — свойство материалов и изделий сопротивляться разрушающему действию грибков и бактерий.
Органические материалы или неорганические на органических связках под действием температурно-влажностных факторов могут разрушаться вследствие развития в них микроорганизмов, вызывающих гниение и разрушающих материалы в процессе эксплуатации.
Для придания кровельным материалам биологической стойкости в их состав при производстве вводят специальные химические вещества — антисептики. В процессе транспортирования и хранения материалы должны быть защищены от увлажнения.
Растворимость — способность материала растворяться в воде, масле, бензине, скипидаре и других жидкостях — растворителях.