Пористость строительных материалов: 2. Пористость материалов. Определение пористости. Влияние пористости на свойства материалов.

Содержание

Строительные материалы. Основные понятия

ЧАСТЬ 1.

Физико-механические и механические свойства строительных материалов.


Механические свойства строительных материалов

В строительстве при возведении зданий и сооружений применяются различные строительные материалы и изделия из них. Основными строительными материалами в промышленном и гражданском строительстве являются цемент, бетон, кирпич, камень, дерево, известь, песок, черные металлы, стекло, кровельные материалы, пластик и другие.

В настоящее время строительная индустрия развивается в направлении создания теплосберегающих строительных материалов. Наиболее перспективными энергосберегающими материалами считаются ячеистые бетоны и бетоны на легких заполнителях.

Материалы, которые не требуют дальних перевозок, добываются или вырабатываются вблизи района строительства, называются местными строительными материалами. К таким материалам обычно относятся песок, гравий, щебень, известь и т. д.

Источником производства строительных материалов служат природные ресурсы страны, которые в качестве строительных материалов могут использоваться в природном состоянии (камень, песок, древесина) или в виде сырья, перерабатываемого на предприятиях промышленности строительных материалов (полистирол, керамзит).

При изучении строительных материалов их можно классифицировать на такие виды: природные каменные материалы, вяжущие материалы, строительные растворы, бетоны и бетонные изделия, железобетонные изделия, искусственные каменные материалы, лесные материалы, металлы, синтетические материалы и т. д.

Все строительные материалы имеют ряд общих свойств, но качественные показатели этих свойств различны.

Физико-механические и механические свойства строительных материалов

Данную группу свойств составляют, во-первых, параметры физического состояния материалов и, во-вторых, свойства, определяющие отношение материалов к различным физическим процессам. К первым относят плотность и пористость материала, степень измельчения порошков, ко вторым — гидрофизические свойства (водопоглощение, влажность, водопроницаемость, водостойкость, морозостойкость), теплофизические (теплопроводность, теплоемкость, температурное расширение) и некоторые другие. Технические требования на строительные материалы приведены в Строительных нормах и правилах (СНиП).

Истинной плотностью, puназывается масса единицы объема материала, взятого в плотном состоянии. Для определения удельного веса необходимо вес сухого материала разделить на объем, занимаемый его веществом, не считая пор. Вычисляется она по формуле:

p

u=m/Va

где m — масса материала, Va — объем материала в плотном состоянии.

Истинная плотность каждого материала — постоянная физическая характеристика, которая не может быть изменена без изменения его химического состава или молекулярной структуры.

Истинная плотность гранита 2,9 г/см3, стали — 7,85 г/см3, древесины — в среднем 1,6 г/см3. Так как большинство строительных материалов являются пористыми, то истинная плотность имеет для их оценки вспомогательное значение. Чаще пользуются другой характеристикой — средней плотностью.

Средней плотностью,

pc называется масса единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. вместе с порами и содержащейся в них влагой. Средняя плотность пористого материала, как правило,  меньше истинной. Отдельные материалы, такие как сталь, стекло, битум, а также жидкие, имеют практически одинаковые истинную и среднюю плотности. Среднюю плотность вычисляют по формуле:

Средняя плотность ячеистого бетона (пенобетона) находится в пределах от 300 кг/м3 до 1200 кг/м3 (ГОСТ 25485 — 89), а полистиролбетона от 150 кг/м3 до 600 кг/м3 (ГОСТ Р 51263 — 99). Изделия (блоки) из этих строительных материалов легки в обращении (штабелировании, транспортировке, кладке).

p

c=m/Ve

где m — масса материала, Ve — объем материала.

Среднюю плотность сыпучих материалов — щебня, гравия, песка, цемента и др. — называют насыпной плотностью. В объем входят поры непосредственно в материале и пустоты между зернами.

Эту характеристику необходимо знать при расчетах прочности конструкций с учетом их собственного веса, а также для выбора транспортных средств при перевозках строительных материалов.

Относительная плотность, d — отношение средней плотности материала к плотности стандартного вещества. За стандартное вещество принята вода при температуре 4

оС, имеющая плотность 1000 кг/м3.

Пористостью, П называется отношение объема пор к общему объему материала. Пористость вычисляется по формуле

Современные энергосберегающие строительные материалы обладают высокими показателями пористости (до 95%) и, соответственно, низкой теплопроводностью. Это связано с тем, что воздух имеет наименьшую теплопроводность.

П=(1 — p

c/pu)*100

где pc, pu — средняя и истинная плотности материала.

Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах, начиная от 0 (сталь, стекло) до 95% (пенобетон).

Для сыпучих материалов определяется пустотность (межзерновая пористость). Истинная, средняя плотности и пористость материалов — взаимосвязанные величины. От них зависят прочность, теплопроводность, морозостойкость и другие свойства материалов. Примерные значения их для наиболее распространенных материалов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Наименование
Плотность, кг/м3Пористость, %Теплопроводность,
Вт / (м * оС)
истиннаясредняя
Гранит
2700
2500 7,4 2,8
Вулканический туф 2700 1400 52 0,5
Керамический кирпич        
— обыкновенный
2650
1800 32 0,8
— пустотелый 2650 1300 51 0,55
Тяжелый бетон 2600 2400 10 1,16
Пенобетон
2600
700 85 0,18
Полистиролбетон 2100 400 91 0,1
Сосна 1530 500 67 0,17
Пенополистирол 1050
40
96 0,03

Водопоглощением материала называется его способность впитывать и удерживать в своих порах воду. Оно определяется как разность весов образца материала в насыщенном водой и сухом состояниях и выражается в процентах от веса сухого материала (водопоглощение по массе) или от объема образца (водопоглащение по объему).

Водопоглощение определяют по следующим формулам:

Ячеистые бетоны (пенобетон, газобетон), как и бетоны на легких заполнителях (полистиролбетон, керамзитобетон) обладают невысокими показателями водопоглощения 6 — 8 %.

W

M=(mв— mc)/mc   и   Wo=(mв— mc)/V

где mв — масса образца, насыщенного водой, mc — масса образца, высушенного до постоянной массы, V — объем образца.

Между водопоглощением по массе и объему существует следующая зависимость:

W

o=WM*pc

Водопоглощение всегда меньше пористости, так как поры не полностью заполняются водой.

В результате насыщения материала водой его свойства существенно изменяются: уменьшается прочность, увеличивается теплопроводность, средняя плотность и т. п.

Влажность

материала W определяется содержанием воды в материале в данный момент, поэтому процент влажности ниже, чем полное водопоглощение. Она определяется отношением воды, содержащейся в материале в момент взятия пробы для испытания, к массе сухого материала. Влажность вычисляется по формуле:

W=(m

вл— mc)/mc*100 

где, mвл, mс— масса влажного и сухого материала.

Водопроницаемостью называется способность материала пропускать воду под давлением. Водопроницаемость материала зависит от его пористости и характера пор. С водопроницаемостью сталкиваются при возведении гидротехнических сооружений, резервуаров для воды.

Обратной характеристикой водопроницаемости является водонепроницаемость — способность материала не пропускать воду под давлением. Очень плотные материалы (сталь, битум, стекло) водонепроницаемы.

Морозостойкостью называется способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения прочности.

Разрушение происходит из-за того, что объем воды при переходе в лед увеличивается на 9%. Давление льда на стенки пор вызывает растягивающие усилия в материале.

Морозостойкость материалов зависит от их плотности и степени заполнения водой.

Образцы испытываемого материала, в зависимости от назначения, должны выдержать от 15 до 50 и более циклов замораживания и оттаивания. При этом испытание считается выдержанным, если на образцах нет видимых повреждений, потеря в весе не превышает 5%, а снижение прочности не превосходит 25%.

Морозостойкость имеет большое значение для стеновых материалов, которые подвергаются попеременному воздействию положительной и отрицательной температуры, и измеряется в циклах замораживания и оттаивания.

Теплопроводностью называется способность материала проводить тепло. Теплопередача происходит в результате перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал.

Чем больше пористость и меньше средняя плотность, тем ниже коэффициент теплопроводности. Такой материал имеет большее термическое сопротивление, что очень существенно для наружных ограждающих конструкций (стен и покрытий). Материалы с малым коэффициентом теплопроводности называются теплоизоляционными материалами (минеральная вата, полистирол, пенобетон, полистиролбетон и др.) Они применяются для утепления стен и покрытий. Наиболее теплопроводными материалами являются металлы.

Значительно возрастает теплопроводность материалов с увлажнением. Это объясняется тем, что коэффициент теплопроводности воды составляет 0,58 Вт/(м*оС), а воздуха 0,023 Вт/(м*оС), т.е. превышает его в 25 раз. Коэффициенты теплопроводности отдельных материалов приведены в таблице 1.

Огнестойкостью называется способность материалов сохранять свою прочность под действием высоких температур. Сопротивление воспламенению определяется степенью возгораемости. По степени возгораемости строительные материалы делятся на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Полистиролбетон относится к слабогорючим материалам и имеет группу горючести Г1. Ячеистые бетоны не горючие материалы.

Несгораемые материалы не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К ним относятся каменные материалы (бетон, кирпич, гранит) и металлы.

Трудносгораемые воспламеняются с большим трудом, тлеют или обугливаются только при наличии источника огня, например фибролитовые плиты, гипсовые изделия с органическим заполнением в виде камыша или опилок, войлок, смоченный в глиняном растворе, и т. п. При удалении источника огня эти процессы прекращаются.

Сгораемые материалы способны воспламеняться и гореть или тлеть после удаления огня. Такие свойства имеют все незащищенные органические материалы (лесоматериалы, камыш, битумные материалы, войлок и другие).

Огнеупорностью называют свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не расплавляясь и не размягчаясь. По степени огнеупорности материалы подразделяют на следующие группы: огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. Огнеупорные выдерживают температуру 1580оС и выше, тугоплавкие — 1350 — 1580оС, легкоплавкие — менее 1350оС. Огнеупорные материалы используются при сооружении промышленных печей, для обмуровки котлов и тепловых трубопроводов (огнеупорный кирпич, жаростойкий бетон и т. п.).

Механические свойства строительных материалов

К основным механическим свойствам материалов относят прочность, упругость, пластичность, релаксацию, хрупкость, твердость, истираемость и др.

Прочностью называется свойство материала сопротивляться разрушению и деформации от внутренних напряжений под действием внешних сил или других факторов (неравномерная осадка, нагревание и т.д.). Прочность материала характеризуют пределом прочности или напряжением при разрушении образца. При сжатии это напряжение определяется делением разрушающей силы на первоначальную площадь образца.

Различают пределы прочности материалов при сжатии, растяжении, изгибе, срезе и пр. Они определяются испытанием стандартных образцов на испытательных машинах.

Современные энергосберегающие конструкционные материалы, как правило, обладают достаточной прочностью на сжатие для возведения жилых помещений. Так, например, полистиролбетон плотностью 600 кг/м3 соответствует классу прочности В2. Ячеистый бетон плотностью 700 кг/м3 соответствует классу В2,5.

Важнейшим свойством бетона является прочность. Лучше всего он сопротивляется сжатию. Поэтому конструкции проектируют таким образом, чтобы бетон воспринимал сжимающие нагрузки. И только в отдельных конструкциях учитывается прочность на растяжение или на растяжение при изгибе.

Прочность при сжатии. Прочность бетона при сжатии характеризуется классом или маркой (которые определяют чаще всего в возрасте 28 суток). В зависимости от времени нагружения конструкций прочность бетона может назначаться и в другом возрасте, например 3; 7; 60; 90; 180 суток.

В целях экономии цемента, полученные значения предела прочности не должны превышать предел прочности, соответствующей классу или марке, более чем на 15%. Класс представляет собой гарантированную прочность бетона в МПа с обеспеченностью 0,95 и имеет следующие значения: Bb1 — Bb60, с шагом значений 0,5. Маркой называется нормируемое значение средней прочности бетона в кгс/см2 (МПа*10).

При проектировании конструкции чаще всего назначают класс бетона, в отдельных случаях — марку. Соотношения классов и марок для тяжелого бетона по прочности на сжатие приведены в таблице 2.

Таблица 2.
КлассBb, МПаМаркаКлассBb, МПаМарка
Bb3,5 4,5 Mb50 Bb30 39,2 Mb400
Bb5 6,5 Mb75 Bb35 45,7 Mb450
Bb7,5 9,8 Mb100 Bb40 52,4 Mb500
Bb10 13 Mb150 Bb45 58,9 Mb600
Bb12,5 16,5 Mb150 Bb50 65,4 Mb700
Bb15 19,6 Mb200 Bb55 72 Mb700
Bb20 26,2 Mb250 Bb60 78,6 Mb800
Bb25 32,7 Mb300      

На прочность бетона влияет ряд факторов: активность цемента, содержание цемента, отношение воды к цементу по массе (В/Ц), качество заполнителей, качество перемешивания и степень уплотнения, возраст и условия твердения бетона, повторное вибрирование.

Истираемость — способность материалов разрушаться под действием истирающих усилий.  Эта характеристика учитывается при назначении материалов для пола, лестничных ступеней и площадок дорог.

перейти к второй части

Авторы статей «Строительная Лоция» сотрудники МП «ТЕХПРИБОР»
Векслер М.В.
Липилин А.Б.

С использованием материалов

Основы строительного дела.
Е.В. Платонов, Б.Ф. Драченко
ГОССТРОЙИЗДАТ УССР, Киев 1963.

Физические свойства строительных материалов

Физические свойства материала характеризуются особенностью его физического состояния или отношением к различным физическим процессам. К основным физическим свойствам относятся: плотность, пористость, водопоглощение, влажность, гигроскопичность, влагоотдача, водопроницаемость, теплопроводность, теплоемкость, огнестойкость, огнеупорность, паропроницаемость и газопроницаемость, звукопроницаемость.

Средняя плотность pм (г/см3; кг/м3; т/м3) — физическая величина, определяемая отношением массы тела или вещества в естественном состоянии ко всему занимаемому ими объему включая имеющиеся в них пустоты и поры:

где m — масса сухого материала, г, кг, т; V — объем материала по внешним размерам образца или объем вытесненной им жидкости, см3, м3, л.

Истинная плотность p — предел отношения массы тела или вещества к его объему без учета в нем пустот или пор, г/ см3:

где m — масса материала, г, кг; Va — объем, занимаемый материалом или веществом без пор и пустот, см3;

Насыпная плотность — отношение массы зернистых материалов или материалов в виде порошка ко всему занимаемому ими объему, включая и пространство между ними.

Пористость материала — степень заполнения объема материала порами. По значению пористость дополняет среднюю плотность до единицы или до 100 %:

Водопоглощение — это способность материала впитывать и удерживать в себе воду. Определяют водопоглощение путем насыщения водой образца, предварительно высушенного до постоянной массы. Количество поглощенной образцом воды, отнесенное к его массе в сухом состоянии, называют водопоглощением по массе, а отнесенное к его объему — водопоглощением по объему. Водопоглощение (%) вычисляют по формулам:


где m1 и m2 — масса материала соответственно в сухом и насыщенном водой состоянии, кг.

Разделив почленно эти выражения, получим зависимость

На значение водопоглощения влияет как степень пористости материалов, так и строение пор (замкнутые, открытые, крупные). Значение водопоглощения по объему всегда меньше 100 %. Водопоглощение по массе может быть выше 100 %.

Водостойкость — способность материала сохранять прочность при водонасыщении. Водостойкость численно характеризуется значением коэффициента размягчения:

где Rнac и Rcyx — предел прочности при сжатии соответственно водонасыщенного и сухого образцов; Кразм = 0 … 1.

Строительные материалы вследствие неодинаковых плотности, структуры и состава характеризуются различной водостойкостью. Для таких материалов, как стекло, фарфор, сталь, Кразм = 1, а гипсовые при насыщении водой могут полностью разрушиться. Материалы с Кразм ≥ 0,75 относятся к водостойким.

Гигроскопичность — способность строительных материалов поглощать водяные пары из окружающего воздуха. Степень водопоглощения зависит от температуры и влажности воздуха, вида, количества и размера пор, а также от природы вещества.

Поглощение водяных паров из воздуха вызывается также адсорбцией, обусловленной большой внутренней поверхностью пористого материала. При уменьшении влажности и повышении температуры воздуха этот процесс носит обратимый характер. Повышенная гигроскопичность некоторых пористых материалов ухудшает их физико-механические свойства. Поэтому материалы с повышенной гигроскопичностью не рекомендуется применять в ограждающих конструкциях зданий и сооружений.

Водопроницаемость — способность материалов пропускать воду под давлением. Водопроницаемость характеризуется количеством воды, проходящей в течение 1 ч под постоянным давлением через 1 см испытуемого материала. Особо плотные материалы (стекло, сталь, полиэтилен и др.), а также достаточно плотные (например, специальный бетон) практически водонепроницаемы, большинство же композиционных материалов водопроницаемы. Это свойство существенно важно для материалов, из которых изготовляют конструкции гидротехнических сооружений, резервуаров, труб, коллекторов и других конструкций, подвергающихся гидростатическим воздействиям.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное и попеременное замораживание и оттаивание без выраженных признаков разрушения и потери прочности. При этом последовательному замораживанию, оттаиванию и осмотру подвергают образцы столько раз, сколько указано в технических требованиях, предъявляемых к данному материалу. Морозостойкими считают такие образцы материала, которые после установленных для них циклов замораживания и оттаивания не имеют выкрашиваний, трещин, расслаивания и не теряют по массе более 5 %. После заданного числа циклов попеременного замораживания и оттаивания определяют прочность материала при сжатии и вычисляют коэффициент морозостойкости:

где Rмрз — прочность образцов при сжатии после заданного числа n циклов замораживания и оттаивания, МПа; Rнас — прочность водонасыщенных образцов при сжатии до замораживания, МПа.

Допустимая потеря прочности после испытания на морозостойкость устанавливается ГОСТ на данный материал. Материал считается морозостойким, если Кмрз ≥ 0,75.

Плотность строительных материалов.

Сайт строителя

Плотность строительных материалов.

Плотность строительных материалов. Плотность может быть истинной, средней, насыпной, относительной.

Истинная плотностью строительных материалов.
Под истинной плотностью строительных материалов. (кг/м куб.) понимают массу единицы объема абсолютно плотного материала без трещин, пор и пустот.

Истинная плотность для основных строительных материалов следующая:

  • сталь, чугун 7800…7900 кг/м3;
  • портландцемент 2900…3100 кг/м3;
  • гранит 2700…2800 кг/м3;
  • песок кварцевый 2600…2700 кг/м3;
  • кирпич керамический 2500…2800 кг/м3;
  • стекло 2500…3000 кг/м3;
  • известняк 2400…2600 кг/м3;
  • древесина 1500…1600 кг/м3.
Средняя плотность строительных материалов
Это масса единицы объема материла или изделия в естественном состоянии, то есть с пустотами и порами. Средняя плотность одного и того же материала может быть разной в зависимости от пористости и пустотности. Сыпучие материалы (цемент, щебень, песок и др.) характеризуются насыпной плотностью -отношением массы зернистых и порошкообразных материалов в свободном без уплотнения насыпном состоянии ко всему занимаемому ими объему, включая пространство между частицами.

От плотности строительного материала в значительной степени зависят его прочность, теплопроводность и другие свойства. Этими данными пользуются при определении толщины ограждающих конструкций отапливаемых зданий, размера строительных конструкций, расчетах транспортных средств и др. Значения средней плотности строительных материалов находятся в широких пределах.

Средняя плотность для некоторых строительных материалов следующая:
  • сталь — 7800…7850 кг/м3;
  • гранит — 2600…2800 кг/м3;
  • бетон тяжелый — 1800…2500 кг/м3;
  • кирпич керамический — 1600…1800 кг/м3;
  • песок -1450…1650 кг/м3;
  • вода — 1000 кг/м3;
  • бетон легкий — 500…1800 кг/м3;
  • керамзит -300…900 кг/м3;
  • сосна — 500…600 кг/м3;
  • минеральная вата — 200…400 кг/м3;
  • поропласты -20…100 кг/м3.

Плотность материала зависит от его пористости и влажности. С увеличением влажности плотность материала увеличивается.

Относительная плотность строительных материалов
Это степень заполнения веществом объема материала. Относительную плотность выражают отвлеченным числом или в процентах.

Пористость строительного материала характеризует объем, занимаемый в нем порами — мелкими ячейками, заполненными воздухом. Мелкие поры, заполненные воздухом, придают строительным материалам теплоизоляционные свойства. По величине пористости можно судить о примерной прочности, плотности, водопоглощении, долговечности и др. Для конструкций, от которых требуется высокая прочность или водонепроницаемость, используют плотные материалы, для стен зданий используют материалы со значительной пористостью. Такие материалы обладают хорошими теплоизоляционными и звукопоглощающими свойствами.

Для рыхлых материалов при расчетах учитывают насыпную объемную массу. Пористость и относительная плотность в значительной степени определяют эксплуатационные качества материалов (прочность, водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность). Значение показателя пористости строительных материалов колеблется от О (стекло, сталь) до 90 % (минеральная вата).

Пустотность строительного материала представляет собой количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпного материала. Выражается в процентах по отношению ко всему занимаемому объему. Этот показатель важен для керамзита, песка, щебня при изготовлении бетона. В некоторых строительных материалах (кирпич, панели) имеются полости, также образующие пустоты. Пустотность пустотелого кирпича составляет от 15 до 50 %, песка и щебня — 35…45 %.

Свойства строительных материалов.

Какие материалы плотные или пористые обладают. Пористость материалов. Определение пористости. Влияние пористости на свойства материалов. Пористость строительных материалов

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ: ФИЗИЧЕСКИЕ, МЕХАНИЧЕСКИЕ, ХИМИЧЕСКИЕ

Физические свойства

Эти свойства характеризуют его строение или отношение к физическим процессам окружающей среды. К ним относят массу, истинную и среднюю плотность, пористость, водопоглощение и водоотдачу, влажность, гигроскопичность, водопроницаемость, морозостойкость, воздухо-, газо- и паропроницаемость, теплопроводность и теплоемкость, огнестойкость и огнеупорность.

Картон состоит из волоконной сети. Из-за производственного процесса больше волокон выровнены параллельно направлению машины. Таким образом, физические свойства коробки являются направленными и поэтому различны в продольном и поперечном направлениях. Картон жестче в продольном направлении и сильнее, чем в поперечном направлении. Напротив, удлинение меньше в продольном направлении, чем в поперечном направлении. Эти различия в направлениях оказывают большое влияние на многие приложения. Они влияют не только на защитные функции, но и на свойства печати, такие как контроль регистрации, завиток и плоскостность, канавки и морщины.

Масса — это совокупность материальных частиц (атомов, молекул, ионов), содержащихся в данном теле. Масса обладает определенным объемом, т.е. занимает часть пространства. Она постоянна для данного вещества и не зависит от скорости его движения и положения в пространстве. Тела одинакового объема, состоящие из различных веществ, имеют неодинаковую массу. Для характеристики различий в массе веществ, имеющих одинаковый объем, введено понятие плотности. Последняя подразделяется на истинную и среднюю.

Истинная плотность — отношение массы к объему материала в абсолютно плотном состоянии, т.е. без пор и пустот. Чтобы определить истинную плотность r (кг/м 3 , г/см 3), необходимо массу материала (образца) m (кг, г) разделить на абсолютный объем V (м 3 , см 3), занимаемый самим материалом (без пор):

Зачастую истинную плотность материала относят к истинной плотности воды при 4 о С, которая равна 1г/см 3 , тогда определяемая истинная плотность становится как бы безразмерной величиной.

Однако большинство материалов имеют поры, поэтому у них средняя плотность всегда ниже истинной плотности:

Лишь у плотных материалов (стали, стекла, битума и некоторых других) истинная и средняя плотности равны, т.к. объем внутренних пор у них весьма мал.

Средняя плотность — это физическая величина, определяемая отношением массы образца материала ко всему, занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты. Среднюю плотность r (кг/м 3 , г/см 3) вычисляют по формуле:

где m — масса материала в естественном состоянии; V — объем материала в естественном состоянии.

Средняя плотность не является величиной постоянной — она изменяется в зависимости от пористости материала. Например, искусственные материалы можно получит с различной пористостью (тяжелый бетон имеет плотность до 2900 кг/м 3 , а легкий — до 1800 кг/м 3). На плотность оказывает влияние влажность материала.

Для сыпучих материалов важной характеристикой является насыпная плотность — сюда включается не только пористость самого материала, но и пустоты между зернами или кусками материала.

Пористость материала — это степень заполнения его порами. Пористость дополняет плотность до 1 или до 100%. Пористость различных материалов:

· стекло, металл 0%;

· тяжелый бетон 5 — 10%;

· кирпич 25 — 35%;

· газобетон 55 — 85%;

· пенопласт 95%,

т.е. она колеблется в значительных пределах.

На свойства материала оказывают влияние также величина пор и их характер (мелкие или крупные, замкнутые или сообщающиеся).

Плотность и пористость прямо влияют на такие характеристики материалов как водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность и др.

Водопоглощение — способность материала впитывать воду и удерживать ее. Величина водопоглощения определяется разностью массы образца в насыщенном водой и в абсолютно сухом состоянии. Различают объемное водопоглощение, когда разность относят к объему образца и массовое водопоглощение — при отнесении разности к массе сухого образца. Массовое водопоглощение для некоторых материалов:

· гранит 0,5 — 0,8%

· тяжелый бетон 2 — 3%

· керамический кирпич 8 — 20%

· пористые теплоизоляционные материалы, например, торфоплиты >100%.

Насыщение материалов водой отрицательно влияет на их основные свойства: увеличивает плотность и теплопроводность, снижает прочность.

Влажность — содержание влаги, отнесенное к массе материала в сухом состоянии. Влажность материала зависит как от свойств впитывать влагу самого материала, так и от среды, в которой находится материал.

Влагоотдача — свойство материала отдавать влагу окружающей атмосфере. Определяется по количеству воды (в процентах по массе или объему стандартного образца), теряемой материалом в сутки при влажности окружающего воздуха 60% и температуре 20 0 С. Вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала и влажностью окружающего воздуха.

Гигроскопичность — свойство материалов поглощать определенное количество воды при повышении влажности окружающего воздуха. Это свойство характерно, например, для древесины — чтобы избежать этого, применяют защитные покрытия.

Водопроницаемость — свойство материала пропускать воду под давлением. Характеризуется количеством воды, прошедшей в 1 час через 1 см 2 площади испытуемого материала при постоянном давлении. Водонепроницаемыми являются особо плотные материалы (сталь, стекло, битум) и плотные материалы с замкнутыми порами (например, бетон специально подобранного состава).

Морозостойкость — свойство насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.

Вода, замерзая, увеличивается в объеме на 9%, при этом, если она заполнила полностью поры — лед разрушит стенки пор, но обычно поры заполняются не полностью, поэтому разрушение может произойти при многократном замораживании и размораживании.

Плотные материалы, не имеющие пор, или материалы с незначительной открытой пористостью, водопоглощение которых не превышает 0,5%, обладают высокой морозостойкостью. Морозостойкость имеет большое значение для стеновых, фундаментных и кровельных материалов, систематически подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию.

Материалы на морозостойкость испытывают в морозильных камерах. Насыщенные водой образцы охлаждают до температуры — 15-17 0 С и, после чего, их оттаивают при температуре +20 0 С. Материал считается морозостойким если после заданного числа циклов потеря в массе образцов в результате выкрашивания и расслоения не превышает 5%, а прочность снижается не более чем на 25%. По числу выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания (степени морозостойкости) материалы подразделяют на марки М мрз 10, 15 ,25 , 35, 50, 100, 150, 200 и более.

Если образцы в процессе испытаний не имеют следов разрушения, то степень морозостойкости устанавливается определением коэффициента морозостойкости:

К мрз = R мрз / R нас,

где R мрз — предел прочности при сжатии материала после испытания на морозостойкость, МПа; R нас — предел прочности при сжатии насыщенного водой материала, МПа. Для морозостойких материалов К мрз должен быть не менее 0,75.

Паро- и газопроницаемость — свойство материала пропускать через свою толщу под давлением водяной пар или газы, в том числе воздух. Все пористые материалы при наличии незамкнутых пор способны пропускать пар или газ.

Паро- и газопроницаемость характеризуется коэффициентом, который определяется количеством пара или газа в литрах, проходящего через слой материала толщиной 1м и площадью в 1 м 2 в течение одного часа при разности парциальных давлений на противоположных стенках 133,3 Па.

Теплопроводность — свойство материала передавать через толщу теплоту при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. теплопроводность материала оценивается количеством теплоты, проходящей через стену из испытываемого материала толщиной 1 м, площадью 1 м 2 за 1 час при разности температур противоположных поверхностей стены 1 0 С. Теплопроводность измеряется в Вт/(м·К).

Теплопроводность материала зависит от многих факторов: природы материала, его строения, пористости, влажности, от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Материал кристаллического строения обычно более теплопроводен, чем материал аморфного строения. Если материал имеет слоистое или волокнистое строение, то теплопроводность его зависти от направления потока теплоты по отношению к волокнам, например, теплопроводность древесины вдоль волокон в два раза больше, чем поперек волокон.

Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые, даже если их пористость одинакова. Материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами.

Теплопроводность однородного материала зависит от величины его средней плотности. Так, с уменьшением плотности материала теплопроводность уменьшается и наоборот.

На теплопроводность материала значительное влияние оказывает его влажность: влажные материалы более теплопроводны, чем сухие, так как теплопроводность воды в 25 раз больше теплопроводности воздуха.

При повышении температуры теплопроводность увеличивается.

Теплоемкость — свойство материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты и выделять ее при охлаждении. Показателем теплоемкости служит удельная теплоемкость, равная количеству теплоты (Дж), необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 0 С.

Удельная теплоемкость, КДж/(кг· 0 С):

· искусственные каменные материалы 0,75 — 0,92;

· древесина 2,4 — 2,7;

· сталь 0,48;

· вода 4,187.

Теплоемкость учитывается при расчетах теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при расчете печей.

Огнестойкость — способность материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара. По степени огнестойкости материалы делят на: несгораемые, трудно сгораемые и сгораемые.

Несгораемые материалы под действием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (сталь, бетон, кирпич).

Трудно сгораемые материалы под действием огня с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются (древесно-цементный материал фибролит, асфальтовый бетон, некоторые виды полимерных материалов).

Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня (дерево, войлок, толь, рубероид).

Огнеупорность — свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не расплавляясь и не деформируясь. По степени огнеупорности материалы делят на огнеупорные (длительное время выдерживают температуру свыше 1580 0 С), тугоплавкие (1350 — 1580 0 С) и легкоплавкие, размягчающиеся при температуре ниже 1350 0 С (к ним относят и обыкновенный глиняный кирпич).

Основные свойства строительных материалов.

Основные свойства

 строительных материалов.

 

Применяя тот или иной материал в строительстве, нужно знать его физико-механические свойства и учитывать те условия, в которых этот материал будет работать в строительной конструкции.

Основные свойства строительных материалов можно разделить на несколько групп.

К первой группе свойств относят физические свойства материалов : удельный вес, объёмный вес, плотность и пористость. От них в большой степени зависят другие важные  в строительном отношении свойства строительных материалов.

Вторую группу составляют свойства, характеризующие отношение строительного материала к действию воды и связанному с нею действию мороза : водопоглощение, влажность и отдача влаги, гигроскопичность, водопроницаемость, водо- и морозостойкость.

К третьей группе относятся механические свойства материалов : прочность, твёрдость, истираемость и др.

В четвёртую группу объединены свойства, характеризующие отношение материалов к действию тепла : теплопроводность, теплоёмкость, огнестойкость и огнеупорность. Помимо основных, различают ещё специальные свойства, присущие лишь отдельным видам строительных материалов.

Способность некоторых материалов сопротивляться разрушающему действию кислот, щелочей, солей и газов носит общее название химической (или коррозионной) стойкости.

Особую группу составляют так называемые технологические свойства, которые характеризуют способность материала подвергаться механической обработке. Например, древесина является материалом, легко поддающимся обработке. Строителю приходится считаться с этим свойством при выборе того или иного материала.

 

Физические и химические свойства

строительных материалов.

 

Удельным весом называется вес материала в единице объёма в плотном состоянии ( без пор ).

Объёмным весом называется вес единицы объёма материала в естественном состоянии ( вместе с порами ).

Объёмный вес рыхлых материалов ( песка, щебня ), определяемый без вычета пустот между их частицами, называют насыпным весом.

Плотностью материала называется степень заполнения его объёма твёрдым веществом, из которого материал состоит.

Пористостью называется отношение объёма пор к общему объёму материала.

По величине воздушных пор материалы разделяют на мелкопористые (поры имеют размеры в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупнопористые (размеры пор от десятых долей миллиметра до 1 — 2 мм).

Более крупные поры в изделиях или полости между кусками рыхло насыпанного сыпучего материала ( песок, щебень, гравий ) называют пустотами.

Пористость строительных материалов колеблется в очень широких пределах — от 0 ( сталь. стекло ) до 90 % ( плиты из минеральной ваты ).

Материал с высокой пустотностью и пористостью часто бывает наиболее лучшим теплоизоляционным материалом.

Водопоглощением называется степень заполнения объёма материала водой.

Отношение прочности насыщенного водой материала к прочности его в сухом состоянии называется коэффициентом размягчения материала. Этот коэффициент является весьма важным показателем, так как он характеризует водостойкость материала, который в условиях работы в сооружении может подвергаться действию воды.

Коэффициент размягчения колеблется в пределах от нуля ( у глинянных необожжённых изделий до единицы ( у материалов, не изменяющих своей прочности от действия воды, — стекла, стали, битумов ).

Каменные материалы ( природные и искусственные ) нельзя применять в сырых местах, если коэффициент их размягчения меньше 0,8. Материалы с коэффициентом размягчения больше 0,8 называют водостойкими.

Влагоотдачей называется свойство материала отдавать воду при изменении условий в окружающей среде. Влагоотдачу выражают посредством скорости высыхания материалов — количеством воды ( а процентах от веса или объёма стандартного образца материала ), теряемым в сутки при относительной влажности окружающего воздуха 60 % и температуре 20 градусов.

Влажность материала — весовое содержание воды в материале строительных конструкций ( значительно ниже, чем их полное водопоглощение ).

Водопроницаемостью называется способность материала пропускать воду под давлением.

Морозостойкостью называется способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное переменное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения прочности.

Плотные материалы без пор или с незначительной пористостью, поглощающие весьма мало воды, морозостойки.

Чтобы материал обладал морозостойкостью, коэффициент размягчения его должен быть не ниже 0,9.

Газопроницаемостью называется способность материала пропускать через свою толщу газ ( воздух ).

Газопроницаемость стен и других элементов сооружений можно значительно уменьшить, покрывая их масляными красками или битумными составами, а также производя их оштукатуривание.

Примеры : воздухопроницаемость кирпича —  0,35, цементно-песчанной штукатурки — 0,02, рубероида — 0,01.

Теплопроводностью называется способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разновидности температур на поверхностях, ограничивающих материал.

Степень теплопроводности очень важно знать для материалов. используемых при устройстве так называемых ограждающих конструкций зданий ( т.е. наружных стен, верхних перекрытий, полов в нижнем этаже ) и в особенности для теплоизоляционных материалов, назначение которых — способствовать сохранению тепла в помещениях и тепловых установках.

Коэффициент теплопроводности равен количеству тепла, в килокалориях, проходящего через стену толщиной 1 м, площадью 1 кв.м. за 1 час при разности температур на двух противоположных поверхностях стен в 1 град.

Теплопроводность материала зависит от степени его пористости, характера пор, вида материала, влажности, объёмного веса и средней температуры. при которой присходит передача тепла.

У пористых материалов тепловой поток проходит через их массу и через поры, наполненные воздухом. Теплопроводность воздуха очень низка ( 0,02 ), вследствие чего он оказывает большое термическое сопротивление прохождению теплового потока. Коэффициент теплопроводности сухих пористых материалов является промежуточной величиной между коэффициентами теплопроводности их вещества и воздуха. Чем больше пористость ( т.е. чем меньше объёмный вес материала ), тем меньше коэффициент теплопроводности.

Величина пор материала также оказывает влияние на коэффициент его теплопроводности. Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые. Материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами. Это объясняется тем, что при крупных и сообщающихся порах в них возникает движение воздуха, сопровождающееся переносом тепла ( конвекция ) и повышением суммарного коэффициента теплопроводности.

В таблице 1 приведены коэффициенты теплопроводности теплоизоляционных материалов и для сравнения — коэффициенты теплопроводности некоторых других строительных материалов.

 

Таблица 1.

Материалы

Объёмный вес,

 кг/куб.м.

Коэффициент теплопроводности, ккал/м.час.град

Минеральная вата

200 - 400

0,05 — 0,08

Торфяные плиты

300

0,08

Древесноволокнистые плиты

300

0,07

Пробковые плиты

150

0,04

Поропласты

20

0,03

Асбозурит

400 - 800

0,08 — 0,20

Газостекло

250 - 300

0,05 — 0,07

Совелит

350 - 500

0,08 — 0,10

Гранит

2600

2,5

Кирпич

1800

0,7

Бетон

2000 — 2400

1,10 — 1,30

 

Теплоёмкостью называют свойство материала поглощать определённое количество тепла при нагревании.

Коэффициент теплоёмкости представляет собой количество тепла в килокалориях, необходимое для нагревания 1 кг. данного материала на 1 градус.

Природные и искусственные каменные материалы имеют коэффициент теплоёмкости в пределах от 0,18 до 0,22, лесные материалы — от 0,57 до 0,65. У металлов коэффициент теплоёмкости относительно не высок, например, у стали он равен 0,11.

Теплоёмкость материалов имеет значение в строительстве при проверке теплоустойчивости стен и перекрытий и расчёте подогрева материалов для зимних бетонных и каменных работ, а также при расчёте печей.

Под теплоустойчивостью стен и перекрытий понимают их способность сохранять на внутренней поверхности более или менее постоянную температуру, несмотря на колебания теплового потока вследствие неравномерной работы отопления. Суточные колебания температуры в жилых зданиях не должны превышать 6 градусов.

При топке печей у поверхностей стен или перекрытий, обращённых внутрь здания, создаётся запас тепла, вследствие чего внутри помещений температура значительно не повышается. По окончании топки запас тепла, накопленный в стенах и перекрытиях, расходуется на подогрев воздуха, чем и выравнивается в помещениях температура воздуха.

Для стен и перекрытий жилых и отапливаемых зданий желательно применять материалы с возможно более низким коэффициентом теплопроводности и возможно более высоким коэффициентом теплоёмкости. Такими свойствами обладают, в частности, лесные материалы, которые широко применяют для стен и перекрытий отапливаемых зданий.

Удельная теплоёмкость каменных материалов ( камень, кирпич, бетон, шлак, стекло и др. ) находится в пределах 0,18 — 0,22. Лесные и другие органические материалы имеют значительно большие коэффициенты теплоёмкости, например:

 

шевелин………………………………………..

0,45

 

древесина сосны и ели……………………

0,65

 

древесина дуба………………………………

0,57

 

рубероид……………………………………….

0,36

 

камышит……………………………………….

0,36

 

торфяные плиты…………………………….

0,50.

 

Огнестойкостью называется способность материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур и воды ( при пожарах ). По огнестойкости строительные материалы делят на три группы : несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Огнеупорностью называют свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не расплавляясь.

При устройстве различных отопительных установок ( печей, труб, при обмуровке котлов и пр.) используются строительные материалы, которые могут не только выдерживать действие высоких температур, но и нести определённую нагрузку при постоянной высокой температуре.

Такие материалы делят на три группы : огнеупорные, выдерживающие действие температур от 1580 градусов и выше ( шамот, динас и др.) ; тугоплавкие, выдерживающие действие температур выше 1350 до 1580 градусов ( гжельский кирпич ) ; легкоплавкие — с огнеупорностью ниже 1350 градусов (например, обыкновенный глиняный кирпич).

Химической стойкостью называется способность материалов сопротивляться действию кислот, щелочей, солей, растворённых в воде, и газов.

Большая часть строительных материалов не обладает стойкостью к действию кислот и щелочей. Весьма нестойко в этом отношении, например, дерево. Битумы отличаются нестойкостью к действию  концентрированных растворов щелочей, а многие природные каменные материалы — к действию кислот (например, известняки, мраморы, доломиты и др.). Многие вяжущие материалы также плохо противостоят действию кислот.

Высокой сопротивляемостью действию щелочей и кислот обладают керамические материалы с очень плотным черепком ( например, облицовочные плитки, плитки для полов, канализационные трубы ), специальный кирпич для устройства канализационных коллекторов, материалы на основе пластмасс (трубы, плёнки) и др.

Долговечность является весьма важным свойством строительных материалов. Под долговечностью понимают способность материалов сопротивляться всей сумме атмосферных воздействий в эксплуатационных условиях ( изменение температур, влажности, влияние кислорода и других газов, находящихся в воздухе ).

Процесс естественного изменения свойств материалов под действием атмосферных факторов называется старением материалов. Например, керамические материалы и естественные каменные материалы относятся к долговечным материалам, а древесина — в условиях повышенной влажности — к быстростареющим.

 

Механические свойства.

 

Прочность —  свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузки или других факторов.

Прочность строительных материалов характеризуется так называемым пределом прочности при сжатии или пределом прочности при растяжении.

Пределом прочности называют напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разрушение образца материала.

Твёрдостью называется способность материала сопротивляться проникновению в него постороннего более твёрдого тела. Это свойство материала не всегда соответствует их прочности. Материалы с разными пределами прочности при сжатии могут обладать примерно одинаковой твёрдостью.

Шкала твёрдости минералов.

Таблица 2

Показатель твёрдости.

Минерал

1

Тальк или мел

2

Каменная соль или гипс

3

Кальцит или ангидрит

4

Плавиковый шпат

5

Апатит

6

Ортоклаз

7

Кварц

8

Топаз

9

Корунд

10

Алмаз

 

Истираемостью называют способность материала уменьшаться в весе и объёме под действием истирающих усилий.

Сопротивлением удару называется способность материала сопротивляться ударным воздействиям.

Упругостью называется свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму и объём после прекращения действия внешних сил, под воздействием которых форма материалов изменяется в той или иной мере. Первоначально форма может восстанавливаться полностью при малых нагрузках и частично при больших. В последнем случае в материале имеются остаточные деформации.

Деформацией называется изменение формы или объёма твёрдого тела.

Пределом упругости считают напряжение, при котором остаточные деформации впервые достигают некоторой малой величины, устанавливаемой техническими условиями на данный материал. Это наибольшее напряжение, по достижении которого материал практически получает только упругие деформации, т.е. исчезающие после снятия нагрузки.

Пластичностью называют способность материала под влиянием действующих на него усилий изменять свои размеры и форму без образования трещин и сохранять их после снятия нагрузки.

Помимо материалов пластичных ( битумы, глиняное тесто и др. ) имеются материалы хрупкие, которые разрушаются сразу ( без предварительной деформации ), как только действующие на них усилия достигают величины разрушающих нагрузок.

 

Физические свойства

Навигация:
Главная → Все категории → Строительное материаловедение

Физические свойства Физические свойства

Строительные материалы обладают комплексом физических свойств, т. е. способностью реагировать на воздействие физических факторов — гравитационных, тепловых, водной среды, акустических, электрических, излучения (ядерного, рентгеновского и др.). Ниже рассмотрены некоторые свойства, методы и приборы для их оценки в числовых показателях.

Средняя плотность характеризует массу единицы объема материала в естественном состоянии (вместе с порами). Эта важная физическая характеристика определяется путем деления массы га образца на его объем vo и выражается ро = mho в г/см3, кг/м3 или кг/дм3. Для точного измерения объема удобнее принимать образцы правильной геометрической формы, хотя имеются несложные приемы измерения объема образцов и неправильной формы. При влажных образцах отмечается величина влажности, при которой определялась средняя плотность.

Среднюю плотность рыхлых материалов, например песка, щебня, гравия, называют насыпной плотностью. В ее величине отражается влияние не только пор в каждом зерне или куске, но и межзерновых пустот в рыхлом насыпанном объеме материала.

Истинная плотность — масса единицы объема однородного материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без учета пор, трещин или других полостей, присущих материалу в его обычном состоянии. Определяется как отношение массы т материала, выраженной вг или кг, к объему v его в абсолютно плотном состоянии: р = mlv. Размерность истинной плотности г/см3, кг/м3.

Величина р, как правило, больше ро, так как подавляющее количество материалов содержат поры, трещины, каверны.

Пористость — степень заполнения объема материала порами: определяют ее по формуле П = (в %).
Если требуется выяснить, являются ли поры замкнутыми или сквозными, как распределены они в объеме материала по своим размерам, какое имеется реальное соотношение пор разных диаметров, тогда производят дополнительные исследования с применением специальных методов: сорбционного, ртутной порометрии, капиллярного всасывания и др.

Величина пористости и размер пор в значительной мере влияют на прочность материала. При одном и том же веществе строительный материал тем слабее сопротивляется механическим силам, усилиям другого происхождения (тепловым, усадочным и др.), чем больше пор в его объеме. Для некоторых разновидностей материалов существуют ярко выраженные зависимости. Так, например, чем меньше средняя плотность (больше пористость), тем меньше прочность материала.о путем изменения структуры материала (вещества).

Известны многочисленные эмпирические формулы, полученные из опытных данных применительно к различным материалам, в той или иной мере воспроизводящие указанную выше зависимость R„ =f(Ti). Опытные данные показывают, что при увеличении пористости от нуля до 20 % прочность снижается почти линейно. Впрочем возможны и «аномалии», особенно среди обжиговых ИСК, когда прочность повышается с повышением пористости, например при обжиге шпинелидных огнеупоров.

От пористости зависят и другие качественные характеристики, например способность проводить теплоту и звук, поглощать воду. От пор отличаются полости в структуре, именуемые пустотами. Они значительно крупнее пор, отчетливо видны и расположены между зернами насыпного материала. В отличие от пор вода в пустотах, особенно в широкополостных, не задерживается.

На величину прочности влияют и размеры пор. Она возрастает с уменьшением размера пор. Мелкозернистые материалы и, следовательно,* мелкопористые, имеют повышенную прочность по сравнению с крупнозернистыми. При этом в меньшей мере снижают прочность закрытые поры, а не открытые, сквозные, обычно по своей форме остроконечные. Имеет значение и местоположение пор. В крупных зернах заполнителя они для прочности менее опасны по сравнению с порами в вяжущей, матричной части конгломерата или расположенными в пограничных зонах, нередко именуемыми как структурные поры материала. Прочность зависит также от прочности связующей фазы и межфазовой адгезии.

При воздействии статических или циклических тепловых факторов материал характеризуется теплопроводностью, теплоемкостью, температуроустойчивостью, огнестойкостью и другими теплофизи-ческими свойствами.

Теплопроводность — способность материала проводить через свою толщу тепловой поток, возникающий под влиянием разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Это свойство характеризуется теплопроводностью X, которая показывает количество теплоты, проходящее через плоскую стенку толщиной 1 м и площадью 1 м2 при перепаде температур на противоположных поверхностях в 1°С в течение 1 ч. Величина X’ имеет размерность Вт/(м-К) и может служить убедительной сравнительной характеристикой при оценке теплозащитных свойств различных изотропных материалов в одномерном температурном поле. Она зависит, главным образом, от пористости материала: содержащийся в порах воздух, особенно в замкнутых порах, является малотеплопроводной средой. Воздух при атмосферном давлении и температуре +20°С имеет теплопроводность X = 0,023 Вт/(м-К), а при температуре + Ю0°С — 0,0306 Вт/(м-К), при 1000°С — 0,0788 Вт/(м-К).

С повышением температуры теплопроводность большинства строительных материалов увеличивается, что объясняется повышением кинематической энергии молекул, слагающих вещество материала: Xt = ко (1 + fit), где Xt и А-о — теплопроводность соответственно при температурах t и 0°С; р — температурный коэффициент, который показывает величину приращения коэффициента теплопроводности материала при повышении температуры на 1°С; t — температура материала, °С. Эта формула справедлива только при температурах не выше t = 100°С; при более высоких значениях t величину h определяют опытным путем.

С увлажнением теплопроводность материала возрастает, так как теплопроводность воды при 20°С равна 0,590 Вт/(м-К), а при 100°С — 0,656 Вт/(м-К). Если в порах вода замерзает, то теплопроводность материала еще больше увеличивается, поскольку лед имеет X = 2,1, т. е. в 4 раза больше, чем вода. В справочной литературе приводятся значения X различных строительных материалов в сухом состоянии при 20°С; они используются при тепловых расчетах и для решения практических задач. В качестве примеров следует отметить, что гранит имеет теплопроводность 3,2—3,5, а кирпич керамический 0,80—0,85; бетон тяжелый — 1,0—1,5; минеральная вата, применяемая как утеплитель, — 0,06—0,09; мипора — 0,04— 0,05 Вт/(м-К) и т. д. Следует отметить, что упомянутые материалы являются гетерогенными системами и в их отношении удобнее для практики квалифицировать так называемую эффективную теплопроводность. Она слагается из процессов передачи теплоты через конденсированные (твердые) фазы, поры (газы) и границы пор с твердым веществом. Эффективная теплопроводность твердых тел равна сумме этих процессов, определяемых экспериментально.

Показатели теплопроводности и теплоемкости позволяют определять величину так называемого коэффициента теплоусвоения, характеризующего способность материала воспринимать теплоту при колебаниях температуры окружающей среды. В формулу для подсчета коэффициента теплоусвоения кроме упомянутых двух тепло-физических значений входят также величины средней плотности и периода колебания температуры.

Огнестойкость характеризует способность строительных материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур в течение сравнительно короткого промежутка времени (пожара). В зависимости от степени огнестойкости строительные материалы разделяют на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы в условиях высоких температур не подвержены воспламенению, тлению или обугливанию. При этом некоторые материалы почти не деформируются (кирпич, черепица), другие могут сильно деформироваться (сталь) или разрушаться, растрескиваться (природные камни, например, гранит), особенно при одновременном воздействии воды, применяемой при тушении пожаров. Трудносгораемые материалы под воздействием высоких температур тлеют и обугливаются, но при удалении огня Процессы горения, тления или обугливания полностью прекращаются. К таким материалам относятся фибролит, гидроизол, асфальтовый бетон и др. Сгораемые материалы воспламеняются и горят или тлеют под воздействием огня или высокой температуры, причем горение или тление продолжается также после удаления источника огня. Среди них — древесина, войлок, битумы, смолы и др.

Если источник высокой температуры (выше 1580°С) действует на материал в течение длительного периода времени (соприкосновение с печами, трубами, нагревательными котлами и т. п.), а материал сохраняет необходимые технические свойства и не размягчается, то его относят к огнеупорным. Огнеупорными являются шамот, динас, магнезитовый кирпич и другие материалы, применяемые для внутренней футеровки (облицовки) металлургических и промышленных печей.

Материалы, способные длительное время выдерживать воздействие высоких температур (до 1000°С) без потери или только с частичной потерей прочности, относят к жаростойким, например, жаростойкий бетон, керамический кирпич, огнеупорные материалы и др.

Температуростойкостъ или термостойкость — способность выдерживать чередование (циклы) резких тепловых изменений, нередко с переходом от высоких положительных к низким отрицательным температурам. Это свойство материала зависит от степени его однородности и способности каждого компонента к тепловым расширениям. Последняя характеризуется коэффициентом теплового расширения — линейным или объемным. Линейный коэффициент показывает удлинение 1 м материала при нагревании его на 1°С, а объемный характеризует увеличение объема 1 м3 материала при нагревании его на 1°С. Чем меньше эти коэффициенты и выше однородность материала, тем выше температуростойкостъ, большее количество циклов резких смен температуры материал может выдержать без нарушения сплошности. Для цементного бетона линейный коэффициент теплового расширения равен (10—14)-1(Н, для древесины вдоль волокон (3—5)-10“6, для стали (11—12)-Ю-6. Термическое расширение является упругим, и оно полностью обратимо. В основе возможного разрушения структуры лежат явления, под влиянием которых в материале возникают напряжения. Они возникают либо вследствие градиента температур, либо под влиянием изотропии теплового коэффициента линейного расширения. В обоих случаях возникновение и развитие напряжений связано с отсутствием условий для свободного изменения объема материала в элементах конструкции.

Отношение материала к статическим или циклическим воздействиям воды или пара характеризуется величинами водопоглощаемо-, сти, гигроскопичности, водопроницаемости, паропроницаемости, водостойкости. Эти важные физические свойства учитывают при работе материалов в условиях воздействия водно-паровой среды.

Водопоглощаемость — способность материала впитывать и удерживать воду. Процесс впитывания воды в поры называется во-допоглощением и в лабораторных условиях проходит при нормальном атмосферном давлении. Образец постепенно погружают в воду или полного водопоглощения достигают кипячением его в воде, если температура 100°С не влияет на состав и структуру-материала. Выдерживают образцы в воде в течение определенного срока или до постоянной массы.

Величина водопоглощаемости1 определяется по массе: В = {Мг —М\)ЛШМ\, %, или по объему: Во = (Mi – Mi)-100/v, где Mi — масса до водопоглощения; Mi — масса после водопоглощения; v — объем образца. Водопоглощаемость меньше пористости, так как не все поры заполняются водой и удерживают ее.
1 Нередко величину водопоглощаемости называют водопоглощением, хотя этот термин характеризует процесс поглощения воды материалом и не относится к свойству материала.

Сходная величина водонасыщаемости определяется после насыщения материала (образца) водой под давлением 0,2—0,3 МПа или 0,1 МПа при условии, что в порах был предварительно создан вакуум с помощью специального вакуум-насоса. Водонасыщаемость всегда больше водопоглощаемости, так как при принудительном пропитывании под давлением заполняются не только крупные, но и тонкие поры и капилляры, недоступные воде при обычном процессе водопоглощения.

Гигроскопичностью называется способность материала поглощать влагу из влажного воздуха или парогазовой смеси. Степень поглощения воды или паров, которые частично конденсируются в порах и капиллярах материала, зависит от относительной влажности и температуры воздуха, парциального давления смеси. С увеличением относительной влажности и со снижением температуры воздуха гигроскопичность повышается.

За характеристику гигроскопичности принята величина отношения массы поглощенной влаги при относительной влажности воздуха 100 % и температуре +20°С к массе сухого материала.

Влагоотдачей называют способность материала отдавать влагу в окружающую среду. Она измеряется количеством воды, которое материал теряет в сутки при относительной влажности воздуха 60 % и температуре +20°С. Влага, находящаяся в тонких порах и капиллярах, удерживается весьма прочно, особенно адсорбционно-пленоч-ная влага, что способствует ускоренному передвижению поглощаемой воды по сообщающимся порам в материале. Если между влажностью окружающей среды воздуха и влажностью материала устанавливается равновесие, то отсутствуют гигроскопичность и влагоотдача, а состояние принято именовать воздушно-сухим.

Водопроницаемость — способность материала пропускать через себя воду под давлением. Характеристикой водопроницаемости служит количество воды, прошедшее в течение 1 ч через 1 см2 поверхности материала при заданном давлении воды. Иногда она также характеризуется периодом времени, по истечении которого появляются первые признаки просачивания воды под определенным давлением через образец испытуемого материала. Давление воды устанавливается стандартом в зависимости от вида материала.

Паро- и газопроницаемость оценивается с помощью особых коэффициентов, сходных между собой. Они равны количеству водяного пара (или воздуха), которое проходит через слой материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 ч при разности давлений 10 Па.

Водостойкость — способность материала сохранять в той или иной мере свои прочностные свойства при увлажнении. Числовой характеристикой водостойкости служит отношение предела прочности при сжатии материала в насыщенном водой состоянии (RB) к пределу прочности при сжатии в сухом состоянии (Rcyx). Это отношение принято называть коэффициентом размягчения (А“Разм). К водостойким относятся строительные материалы, коэффициент размягчения которых больше 0,8, например гранит, бетон, асбестоцемент и др. Эти материалы можно применять в сырых местах без специальных мер по защите их от увлажнения. На стабильность структуры ичзойств материала заметное влияние оказывает попеременное увлажнение и просыхание. Некоторые материалы принято проверять на водостойкость путем циклического насыщения образцов водой и их высушивания.

В жестких условиях находится тот материал, который увлажняется при резких температурных перепадах. Вода, поглощенная материалом, особенно порами в поверхностном слое, замерзает при переходе через нулевую температуру с расширением на 8,5%. Ритмично чередующаяся кристаллизация льда в порах с последующим оттаиванием приводит к дополнительным внутренним напряжениям. Могут возникнуть микро- и макротрещины со снижением прочности, с возможным разрушением структуры. Способность материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное (циклическое) замораживание и оттаивание без значительных технических повреждений и ухудшения свойств, называется морозостойкостью: Установлены нормативные пределы допустимого снижения прочности или уменьшения массы образцов после испытания материала на морозостойкость при определенном количестве циклов замораживания и оттаивания. Некоторые материалы, например бетон, маркируют по морозостойкости в зависимости от количества циклов испытания, которые они выдерживают без видимых признаков разрушения. Обычно образцы, насыщенные водой, замораживают в специальных морозильных камерах при температуре -17°С, а оттаивание организуют в воде, имеющей комнатную температуру. Продолжительность одного цикла составляет одни сутки. Многие материалы выдерживают 200—300 и более циклов. Могут применяться и ускоренные методы испытания на морозостойкость. В частности, к ним относится испытание на сохранность в солевых растворах при чередующейся кристаллизации соли в порах материала. В отношении некоторых материалов, например природного камня, о морозостойкости судят по величине коэффициента размягчения. Принято считать, что если коэффициент размягчения не ниже 0,9, то данный материал обладает достаточной морозостойкостью.

К физическим свойствам относятся также звукопоглощаемость, поглощаемость ядерных излучений и рентгеновских лучей, электропроводность, светопроницаемость и др. С помощью испытания соответствующих образцов определяют числовые характеристики этих свойств материала и сравнивают с допустимыми по нормам.


Похожие статьи:
Строительные термины и определения

Навигация:
Главная → Все категории → Строительное материаловедение

Статьи по теме:

Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

Классификация и основные свойства строительных материалов

Категория: Выбор стройматериалов


Классификация и основные свойства строительных материалов

Чтобы легче разобраться в многообразии материалов, применяемых в строительстве, их классифицируют, т. е. разделяют на группы, обладающие одним общим признаком.

Чаще всего применяют классификацию по технологическому признаку. В основу такой классификации положены вид сырья, из которого изготовляют материалы, и производственная технология, обеспечивающая получение материала. Такая классификация принята и в настоящей главе.

Возможность использования материала в строительной конструкции в значительной степени определяется его свойствами. Различают свойства физические и химические.

Физические свойства характеризуют вещество и структуру материала, а также его способность реагировать на внешние воздействия, не вызывающие изменения химического состава и структуры материала.

Основными из них являются; плотность, объемная масса, относительная плотность, пористость, водопоглощение, морозо-и огнестойкость, а также свойства, которые характеризуют поведение материала при действии на него различных нагрузок; сопротивление материала сжатию, растяжению, изгибу.

Показатель пористости строительных материалов колеблется от 0 (стекло, сталь) до 90% (минеральная вата).

Для рыхлых материалов при расчетах учитывают насыпную объемную массу.

Пористость и объемная масса в значительной степени определяют эксплуатационные качества материалов (прочность, водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность).

Водопоглощение (W)—способность материала впитывать и удерживать воду. Водопоглощение характеризуется разностью между массой образца, насыщенного водой, и массой сухого образца.

Различают объемное водопоглощение W0б, когда указанная разность отнесена к объему образца, и массовое водопоглощение WM, когда эта разность отнесена к массе сухого образца.

Массовое водопоглощение различных материалов колеблется в широких пределах. Так, массовое водопоглощение обыкновенного кирпича составляет 8—20%, бетона — 2—3%, а тор-фоплит — 100% и больше.

Вода, попавшая в поры материала, увеличивает его объемную массу и теплопроводность (у торфа, например, возрастает и сам объем), уменьшает морозостойкость и прочность. Некоторые материалы, в частности затвердевшие глиняные растворы, в воде разрушаются.

Теплопроводность материала принято характеризовать коэффициентом теплопроводности. Этот коэффициент показывает количество теплоты в джоулях (килокалориях), проходящего за 1 ч через 1 м2 материала толщиной 1 м при разности температур на ее противоположных поверхностях в 1 К (1°С). Как правило, коэффициент теплопроводности выше для плотных материалов и ниже для пористых.

Влажность материала резко (до 10 раз) увеличивает его теплопроводность, что объясняется значительной теплопроводностью воды.

Когда влажные материалы замерзают, их теплопроводность возрастает еще значительнее.

Под морозостойкостью понимают способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения, т. е. без образования трещин, выкрашивания, расслаивания, без значительной потери прочности и массы.

Вода, находящаяся в порах материала, превратившись в лед, увеличивается в объеме примерно на 10%. При этом в материале возникают большие внутренние напряжения, приводящие к постепенному разрушению.

Морозостойкими являются плотные или с малым вс-допо-глощением (до 0,5%) материалы.

Морозостойкость характеризуется количеством циклов попеременного замораживания материала до температуры —15°С и оттаивания его в воде при температуре 20°С. Прочность материала в результате этого не должна понижаться более чем на 20%, а потеря массы — превышать 5%.

Огнестойкость — способность материала выдерживать не разрушаясь воздействие огня и воды в условиях пожара. По степени огнестойкости различают сгораемые, трудносгораемые и несгораемые материалы.

Сгораемыми называют материалы, которые под действием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня (например, древесина, толь, рубероид).

Трудносгораемые — это материалы, способные гореть, тлеть и обугливаться только при непосредственном действии на них источника огня или высокой температуры и прекращающие гореть после удаления этого источника (например, фибролит).

Несгораемыми считаются материалы, которые не воспламеняются под действием огня или высокой температуры, а только разрушаются. К ним относятся бетоны, строительные растворы, кирпич, керамические и стеклянные плитки.

Прочность — способность материала сопротивляться разрушению под влиянием внутренних напряжений, возникающих в результате действия на материал внешних нагрузок или других факторов.

В построенном здании почти все конструкции испытывают нагрузки (вес частей здания, оборудования, мебели и т. п.), вследствие чего в материалах конструкций возникают напряжения, противодействующие внешним силам.

Основные показатели, характеризующие прочность материала,— это сопротивление сжатию, растяжению, изгибу.

Прочность материала при сжатии и растяжении характеризуется его пределом прочности. Предел прочности, или временное сопротивление,— напряжение в материале образца, соответствующее нагрузке, при которой он разрушается.

Предел прочности различных материалов при сжатии и растяжении меняется в широких пределах. Для многих материалов предел прочности при сжатии резко отличается от предела прочности при растяжении.

Одинаково хорошо сопротивляются сжатию и растяжению такие материалы, как сталь, древесина. Плохо сопротивляются растяжению каменные материалы: природный камень, кирпич, бетон и т. д.

Примером работы конструкции при изгибе может служить мост, доска через канаву, а также балка, на которую опираются плиты перекрытия, стропила крыши.

Упражнение. Пользуясь данными таблицы 1, определите средние значения объемной массы и предела прочности материалов. По. стройте график зависимости между объемной массой и прочностью материала на сжатие.

Химические свойства материалов характеризуют способность их молекул превращаться в другие вещества путем соединения, разъединения или перегруппировки входящих в их состав атомов и изменения связей между атомами. Многие технологические процессы в строительстве основаны на способности ряда материалов к таким химическим реакциям, как растворимость, гидратация и гидролиз. Возможность использования материала часто определяется его коррозийной стойкостью.

Растворимость — способность вещества образовывать с другим веществом однородную систему.

Стойкость к коррозии — свойство материала сохранять свои качества в условиях агрессивной среды. Такой средой могут быть вода, газы, растворы солей, щелочей, кислот, органические растворители, а также биологические организмы (бактерии, водоросли и т. п.).

Материалы, употребляемые в строительстве, должны удовлетворять определенным требованиям, которые устанавливаются государственными стандартами (ГОСТами).

В строительстве соответствие поступающих материалов требованиям ГОСТа проверяют специальные лаборатории.



Выбор стройматериалов — Классификация и основные свойства строительных материалов

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓
  • Образование
  • Исследовать
  • Инновации
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Выпускников
  • О MIT
  • Подробнее ↓
    • Прием + помощь
    • Студенческая жизнь
    • Новости
    • Выпускников
    • О MIT
Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Увидеть больше результатов

Предложения или отзывы?

О прочности пористого материала: простые и уплотненные системы

  • [1]

    Nielsen, L.Фульсанг, «Прочность и жесткость пористых материалов». Journ. Являюсь. Cermaic Soc. 73 (1990) 2684–2689.

    Артикул Google Scholar

  • [2]

    То же , «Теория древесины как вязкоупругих материалов с трещинами», Приложение А в Борге Мэдсене, «Структурное поведение древесины» (Timber Engineering Ltd., Ванкувер, Британская Колумбия, Канада, 1992).

    Google Scholar

  • [3]

    Левин, В.М., «Определение эффективных модулей упругости композиционных материалов», Сов. Физ.-докл. 20 (1975), 147.

    MATH Google Scholar

  • [4]

    Будянски Б. и О’Коннелл Р. Дж. «Модули упругости твердого тела с трещинами», Int. J. Solids Struct. 12 (1976) 81–97.

    MATH Статья Google Scholar

  • [5]

    Нильсен, Л.Фульсанг, «Упругие свойства двухфазных материалов», Матем. Sc. и англ. 52 (1982) 39–62.

    Артикул Google Scholar

  • [6]

    То же , «Эластичность и демпфирование пористых и пропитанных материалов», Journ. Являюсь. Керамический Soc. 67 (1984) 93–98.

    Артикул Google Scholar

  • [7]

    То же , «Механика композитного материала, подверженного собственному напряжению — с особым упором на морозостойкость пористого хрупкого материала», Бюллетень SBI 96 (1993).Датский институт строительных исследований. Хёрсхольм, Дания.

    Google Scholar

  • [8]

    Фагерлунд, Г., «Взаимосвязь между пористостью и механическими свойствами материалов» (на шведском языке Samband mellan porositet och materials mekaniska egenskaper), Отдел строительных технологий, Технический университет Лунда, Швеция, Tech. отчет 26 (1972).

    Google Scholar

  • [9]

    Балшин, М.Ю.Ю. «Связь механических свойств порошковых металлов и их свойств с конечными свойствами пористых металлокерамических материалов», Докл. АН СССР . 67 (5) (1949).

    Google Scholar

  • [10]

    Hasselman, D.P.H., «Связь между эффектами пористости на прочность и на модуль упругости Юнга поликристаллических материалов», J. Am. Ceram. Soc. 46 (1963) 564–565.

    Артикул Google Scholar

  • [11]

    Рышкевич, Э., «Прочность на сжатие пористого спеченного оксида алюминия и диоксида циркония», Journ. Являюсь. Ceram. Soc. 36 , (1953) 65–68.

    Артикул Google Scholar

  • [12]

    Дакворт, У., «Обсуждение бумаги Рышкевича», J. Am. Ceram. Soc. 36 (1953) 68.(Рышкевич Э., «Прочность на сжатие пористого спеченного оксида алюминия и диоксида циркония», J. Am. Ceram. Soc. 36 (1953) 65–68.

    Артикул Google Scholar

  • [13]

    Нильсен, Л. Фульсанг, «О прочности пористых материалов — простых систем и уплотненных систем», Tech. отчет R26 (1997), 26 страниц, Dept. Struct. Англ. и материалы, техн. Univ. Дании.

  • [14]

    Beaudoin, J.Дж. И Фельдман, Р.Ф., «Исследование механических свойств автоклавированных кальций-силикатных систем», Cem. Concr. Res. 5 (1972) 103–118.

    Артикул Google Scholar

  • [15]

    Кобл Р.Л. и Кингери У.Д., «Влияние пористости на физические свойства спеченного оксида алюминия», J. Am. Ceram. Soc. 39 , (1956) 377–385.

    Артикул Google Scholar

  • [16]

    Рой, Д.М. и Гауда, Г. Р., «Оптимизация прочности цементных паст», Cem. и Concr. Res. 5 (1975) 153–162.

    Артикул Google Scholar

  • [17]

    Нильсен, Л. Фульсанг, «Развитие прочности затвердевшего цементного теста: исследование некоторых эмпирических уравнений», Mater. Struct. 26 (1993) 255–260.

    Артикул Google Scholar

  • [18]

    Рёсслер, Х.и Odler, I., «Исследования взаимосвязи между пористостью, структурой и прочностью гидратированного портландцементного теста — I: Влияние пористости», Cem. Concr. Res. 15 (1985). 320–330.

    Артикул Google Scholar

  • % PDF-1.7 % 1312 0 объект > эндобдж xref 1312 122 0000000016 00000 н. 0000004061 00000 н. 0000004383 00000 п. 0000004513 00000 н. 0000004593 00000 н. 0000004616 00000 н. 0000004693 00000 н. 0000004726 00000 н. 0000004813 00000 н. 0000005477 00000 н. 0000005647 00000 н. 0000005800 00000 н. 0000005957 00000 н. 0000006079 00000 п. 0000006201 00000 н. 0000006323 00000 п. 0000006445 00000 н. 0000006560 00000 н. 0000006678 00000 н. 0000006795 00000 н. 0000006912 00000 н. 0000007030 00000 н. 0000007148 00000 н. 0000007268 00000 н. 0000007424 00000 н. 0000007571 00000 н. 0000007708 00000 н. 0000007845 00000 н. 0000008225 00000 н. 0000008994 00000 н. 0000009344 00000 п. 0000009835 00000 н. 0000010011 00000 п. 0000010445 00000 п. 0000010505 00000 п. 0000010584 00000 п. 0000011153 00000 п. 0000011297 00000 п. 0000011852 00000 п. 0000012123 00000 п. 0000012455 00000 п. 0000013532 00000 п. 0000013726 00000 п. 0000014037 00000 п. 0000014266 00000 п. 0000014893 00000 п. 0000014987 00000 п. 0000016008 00000 п. 0000016416 00000 п. 0000016744 00000 п. 0000017771 00000 п. 0000018803 00000 п. 0000019894 00000 п. 0000020913 00000 п. 0000021050 00000 п. 0000021079 00000 п. 0000021600 00000 п. 0000021663 00000 п. 0000022775 00000 п. 0000023479 00000 п. 0000024193 00000 п. 0000029805 00000 п. 0000030078 00000 п. 0000034960 00000 п. 0000035060 00000 п. 0000038110 00000 п. 0000038181 00000 п. 0000042705 00000 п. 0000043061 00000 п. 0000044590 00000 п. 0000044839 00000 п. 0000044899 00000 н. 0000045536 00000 п. 0000045740 00000 п. 0000046026 00000 п. 0000046286 00000 п. 0000046337 00000 п. 0000046452 00000 п. 0000047038 00000 п. 0000053418 00000 п. 0000100342 00000 н. 0000134640 00000 н. 0000134717 00000 н. 0000134831 00000 н. 0000134892 00000 н. 0000135212 00000 н. 0000135322 00000 н. 0000135430 00000 н. 0000135562 00000 н. 0000135797 00000 н. 0000135907 00000 н. 0000136059 00000 н. 0000136323 00000 н. 0000136480 00000 н. 0000136594 00000 н. 0000136853 00000 н. 0000136977 00000 н. 0000137093 00000 п. 0000137227 00000 н. 0000137412 00000 н. 0000137540 00000 н. 0000137642 00000 н. 0000137805 00000 н. 0000137933 00000 н. 0000138035 00000 н. 0000138210 00000 н. 0000138338 00000 н. 0000138440 00000 н. 0000138584 00000 н. 0000138772 00000 н. 0000138932 00000 н. 0000139120 00000 н. 0000139280 00000 н. 0000139424 00000 н. 0000139612 00000 н. 0000139772 00000 н. 0000139898 00000 н. 0000140000 00000 н. 0000140144 00000 п. 0000140396 00000 н. 0000140584 00000 н. 0000002736 00000 н. трейлер ] / Назад 1516675 >> startxref 0 %% EOF 1433 0 объект > поток h ޔ TLSWm7ZD; e XXbWXLH% TpY-NɲD% i

    Info-500: Таблица свойств строительных материалов

    0262

    .5

    4 SD =

    = 98

    23

    9022 9022

    9022 9022

    = 10
    SD = 0

    9022

    Hardie Tilebacker
    Hardie Backerboard 500

    902 62

    13/32 «

    35

    0 12.62–14

    FS <20
    SD <400
    AP = 0,008

    0,3-1 6 — 3

    морфология 924 пористых строительных материалов по фотокаталитическому окислению загрязнителей воздуха

    % ПДФ-1.7 % 1 0 объект > / OCG [5 0 R] >> / OpenAction [6 0 R / FitH 804] / Контуры 7 0 R / PageLabels> / PageMode / UseOutlines / Страницы 9 0 R / SaveStreams> / Тип / Каталог >> эндобдж 12 0 объект > эндобдж 2 0 obj > / Шрифт> >> / Поля [] >> эндобдж 3 0 obj > транслировать application / pdfdoi: 10.1016 / j.apcatb.2018.01.029

  • Влияние морфологии и структуры пор пористых строительных материалов на фотокаталитическое окисление загрязнителей воздуха
  • Ф. Говен
  • В.Caprai
  • Q.L. Yu
  • H.J.H. Брауэрс
  • Фотокаталитическая эффективность
  • Оксид азота
  • Структура пор
  • Морфология
  • Моделирование CFD
  • Эльзевир
  • Прикладной катализ B: Окружающая среда, 227 (2018) 123-131. DOI: 10.1016 / j.apcatb.2018.01.029
  • Журнал Прикладной катализ B: Окружающая среда © 2018 Автор (ы).Опубликовано Elsevier BV0926-33732272018-07-055 июль 2018123-13112313110.1016 / j.apcatb.2018.01.029 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.01.02

    Материал

    Типичный соответствующий размер

    Паропроницаемость для воды
    1 дюйм)

    Водопоглощение 2

    R-Value

    Другие соответствующие свойства

    Комментарии

    Веб-ссылка для получения дополнительной информации

    Dry Cup

    Наружная обшивка

    Фанера (CDX)

    3/8 «

    0.75

    3,5

    na

    0,5

    FS = 76-200
    SD = 130

    При насыщении коэффициент
    10
    увеличение проницаемости
    — 14
    — 20,5 perms

    Дополнительная информация

    OSB

    3/8 «

    0,75

    2

    na

    FS = 148
    SD = 137

    При насыщении
    предельное
    увеличение проницаемости
    — 2,8
    — 3,4 перм.

    Дополнительная информация

    Древесно-волокнистая плита — пропитанная асфальтом

    7/16 «

    14,5

    15

    2,3 — 7%

    1,2

    FS> 75
    AP = 0,82

    Среди наиболее проницаемых

    внешних
    обшивки

    Дополнительная информация
    Дополнительная информация

    Структурная обшивка тонкого профиля

    .078 «- .137»

    0,5 — 0,6

    0,5 — 0,6

    na

    0,2 — 3,4

    R-value
    в зависимости от воздушного пространства
    ; эта оболочка
    представляет собой
    , по сути, внешнюю пароизоляцию

    Дополнительная информация

    Фольгированная изоляция PIR

    1 «

    0.01

    0,03

    0%

    7

    FS = 5
    SD = 165

    Комбинированный
    тепловой, паропроницаемость
    и горение

    необходимо использовать
    соответственно

    Дополнительная информация

    Жесткая изоляция XPS

    1 «

    1

    1

    0.10%

    5

    FS = 5
    SD = 165
    AP = 0

    Сравните / сравните
    влажность
    свойств с
    EPS,
    ВНИМАТЕЛЬНО

    Дополнительная информация

    XPS (без кожи)

    3/8 «

    0?

    0?

    1,5

    Polypro skin
    сгибает вентилятор
    но
    можно удалить, а
    сильно влияет на паропроницаемость

    Жесткая изоляция EPS (Тип II — 1.5 шт. / Фут)

    1 «

    3,5

    3%

    3,7

    FS = 20
    CD = 150-300

    Есть лоты
    различных марок
    и плотности —
    и, следовательно, вязкости

    EPS. Убедитесь, что
    вы указали как
    Type (они варьируются от
    от типа I — 1
    pcf до типа IX — 2
    pcf)

    Дополнительная информация

    Гипсокартон, облицованный стекломат (DensGlass ® )

    1/2 «

    23

    5%

    56

    FS = 0
    SD = 0

    Среди наиболее паропроницаемых

    внешних обшивок

    Дополнительная информация

    Облицовка стен

    31/2 «

    1,7 — 13,7

    0,1

    Свойства как
    переменные, как материал
    , но вода
    емкость хранения
    всегда очень
    высокий

    Дополнительная информация

    Традиционная штукатурка

    7/8 «

    3.8

    5,8

    0,1

    Свойства такие же, как и у материала
    ,
    , но
    почти всегда
    имеет относительно
    высокую паропроницаемость

    Модифицированная полимером штукатурка

    Паропроницаемость
    в зависимости от краски
    , как правило, паропроницаемость
    в зависимости от краски
    в
    диапазон 2-3 перми
    ; с эластомерной краской

    сильно варьируется.

    Деревянный сайдинг (необработанный)

    3/8 «

    » 35 пермс «

    0,5

    35 перм. Па
    давление воздуха
    разность
    между оболочкой
    и средой
    ;
    ширина трещины
    между рядами
    3/1000 дюйма
    ; и длина трещины
    составляет 18
    дюймов.Обратите внимание, что
    это значение составляет
    независимо от отделки
    или покрытия
    на древесине
    , если только обработка
    не закрывает
    ширины или
    не уменьшает длину
    пространства
    между
    рядами.

    Фиброцементный сайдинг (загрунтованы все поверхности)

    5/16 «

    1,5

    0
    CD = 5

    Сайдинг бывает
    различных отделок,
    включая текстуру
    и покрытия
    (заводская грунтовка).
    Изделие должно быть
    установлено поверх
    погодного барьера
    — BSC также
    рекомендует
    поверх полос обрешетки.

    Дополнительная информация

    Виниловый сайдинг внахлест

    н / д

    «70 перм.
    эквивалент пара
    проницаемость
    значение. На основе результатов обоих эмпирических испытаний
    (лабораторные
    и лабораторные условия
    ), значение
    получено
    при
    следующих условиях
    : разница
    давления воздуха 1 Па
    между оболочкой
    и окружающей средой
    ;
    ширина трещины
    между рядами
    из 2 листов бумаги
    ; и трещина
    длиной 18
    дюйма.

    Дополнительная информация

    Внутренние стеновые панели

    Стандартная бумажная облицовка

    1/2 «

    40

    FS = 15
    SD = 0

    Обе грани и сердцевина
    очень водопроницаемы
    паропроницаемы;
    бумажные грани
    очень восприимчивы к
    плесени и плесени
    .

    DensArmor Plus ™

    1/2 «

    12

    23

    Бумажная облицовка
    заменена стекловолокном
    облицовка
    для
    повышена устойчивость
    к влаге
    , плесени
    и плесени.

    Дополнительная информация

    Fiberock ®

    1/2 дюйма

    2

    2

    2.8

    FS = 0
    SD — 5

    Дополнительная информация

    1/2 «

    Плиточная подложка
    плита с верхом
    лицевое акриловое покрытие
    , действующее как
    водный барьер и
    гидроизоляционный барьер .

    Дополнительная информация

    Durock ®

    1/2 «

    Гипсокартон без бумажной облицовки: Fiberock Aqua-TOUGH ™

    1/2 «

    .5

    FS = 5
    SD = 0

    Рисунок дренажа
    тиснен на
    задней поверхности оболочки

    Дополнительная информация

    Изоляция заполнения полости

    Стекловолокно / минеральная вата (необработанный войлок)

    31/2 «

    120

    168

    11


    SD =

    Тепловые характеристики
    теплоизоляции
    полностью из войлока
    зависят от
    независимого воздушного
    уплотнения
    компонентов и
    деталей.

    Дополнительная информация

    Целлюлоза

    31/2 «

    75

    <15%

    1326

    SD <50

    В то время как воздухонепроницаемость
    изоляции
    целлюлозы
    составляет
    значительно на
    лучше, чем у некоторых других распространенных
    изоляционных материалов с заполнением полости

    , ее теплоизоляция

    по-прежнему
    зависит от
    независимого воздуха
    уплотнения
    компонентов и
    деталей.

    Дополнительная информация

    Icynene — модифицированный аэрозольный уретан

    31/2 «

    16

    0%

    В то время как все аэрозольные пены
    отлично подходят для герметизации воздуха
    , они
    различаются, часто в широких пределах, по плотности
    , значению R, пенообразователю
    ,
    водонепроницаемость,
    паропроницаемость
    .
    Эти последние два
    могут иметь наибольшее влияние на
    на то, как вы используете распыляемую пену
    в
    различных сборках здания
    .

    Дополнительная информация

    Полы

    Твердая древесина

    3/4 «

    9022

    Мягкая древесина

    3/4 «

    Глазурованная плитка

    3/8 «

    9022

    9022 900 IC ковер

    Органическое волокно Органическое волокно

    Линолеум

    2

    9022

    2

    9022

    Виниловая плитка

    по существу паронепроницаем
    — не рекомендуется

    с бетонными полами
    , особенно
    с высокими соотношениями w / c

    Виниловый лист

    1/32 «- 1/16»

    практически паронепроницаемы
    непроницаемы — не рекомендуется

    с бетонными полами
    , особенно
    с высокими соотношениями w / c

    Vapor


    Dry Cup

    Permeance

    (Perms)

    Воздухопроницаемость
    (л / с * м2 при 75 Па)

    90 035

    Лист Good Building Products

    No.15 войлок, пропитанный асфальтом

    6

    31

    0,4

    паропроницаемый
    при любой влажности

    ASTM D226

    № 30 асфальтонасыщенный войлок

    0.19

    должно соответствовать
    ASTM D226

    Tyvek ®

    8

    0,0045 (при давлении ветра 30 миль в час)

    HPR = 210 см
    FS = 5
    SD = 20

    Дополнительная информация

    Typar ®

    0.013 «

    14

    0,0023

    HPR = 165 см
    FS = 0
    SD = 15

    2

    2

    60-минутная кровельная бумага: Fortifiber Two-Ply Super Jumbo Tex

    two-ply

    11

    9006

    Дополнительная информация

    Полиэтилен

    .004-.006 (4-6 мил)

    0,06

    0,06

    0?

    FS = 5-35
    SD = 15-80

    пароизоляция
    подходит только для очень холодного климата

    MemBrain ™

    2 мил

    1

    12+

    FS = 75
    SD = 450

    хорошо подходит как
    граница давления паров
    для холода
    и смешанный климат

    Дополнительная информация

    Покрытия

    Грунтовка, замедляющая образование паров

    0.25 мм

    0,5

    лакокрасочная краска

    3,5-6,1

    ~ 17

    хотя
    опубликовал
    лабораторные данные
    (Кумаран 2002)
    обычно дает
    гипсокартон
    , окрашенный латексом краска имеет значение
    ~ 3 перм (сухой
    чашки), BSC имеет
    измеренных образцов
    с сухими
    чашками
    измерения
    примерно 8-10
    перм (см. Ueno
    et al.2007)

    Дополнительная информация

    Акриловая краска для экстерьера

    5,5

    Полуглянцевая винил-акриловая эмаль

    6,6

    6.6

    Масляная краска для наружных работ (3 слоя)

    Масляная краска
    (1 слой + грунтовка)

    различные грунтовки
    плюс 1 слой плоское масло
    краска по штукатурке

    эластичная краска

    существенная изменчивость
    в
    водяного пара
    проницаемость

    -04-23true10.1016/j.apcatb. 2018.01.029
  • elsevier.com
  • sciencedirect.com
  • 6.510.1016 / j.apcatb.2018.01.02
    -04-23truenoindex
  • elsevier.com
  • sciencedirect.com
  • VoRElsevier2018-02-16T03: 24: 03Z2018-02-16T03: 24: 03Z2018-02-16T03: 24: 03ZTruePhotocatalytic КПД; Оксид азота; Структура пор; Морфология; Моделирование CFD: b26f136c-d4e1-4299-b89d-07dfa8f3e94cuuid: 00399bc0-5300-4b7b-b229-24c8d5e4c584
  • http: // creativecommons.org / licenses / BY-NC-ND / 4.0 /
  • конечный поток эндобдж 4 0 obj > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 6 0 obj > / ExtGState> / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > транслировать Q конечный поток эндобдж 11 0 объект > транслировать q конечный поток эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > >> эндобдж 20 0 объект > / Граница [0 0 0] / Rect [322.242 723,798 369,978 731,792] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 21 0 объект > / Граница [0 0 0] / Rect [272,579 668,012 406,772 676,006] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 22 0 объект > / Граница [0 0 0] / Rect [37,587 730,091 37,587 742,053] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 23 0 объект / Rect [83,282 581,953 87,25 592,498] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 24 0 объект / Rect [171,779 357,676 176,258 365,613] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 25 0 объект / Rect [205.568 315,836 210,104 323,773] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 26 0 объект / Rect [258,69 273,997 263,168 281,934] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 27 0 объект / Rect [237,713 253,02 250,696 261,014] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 28 0 объект / Rect [40.989 221.669 45.468 229.663] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 29 0 объект / Rect [47.679 221.669 52.157 229.663] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 30 0 объект / Rect [141,449 200,75 145,928 208,687] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 31 0 объект / Rect [172.687 179,83 190,148 187,767] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 32 0 объект / Rect [59.924 148.422 68.882 156.416] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 33 0 объект / Rect [462,954 389,027 471,968 397,02] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 34 0 объект / Rect [474.179 389.027 483.137 397.02] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 35 0 объект / Rect [345.997 347.187 367.937 355.181] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 36 0 объект / Rect [398,381 305,348 402,86 313,342] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 37 0 объект / Rect [405.071 305.348 427.011 313.342] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 38 0 объект / Rect [459,439 263,509 481,379 271,502] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 39 0 объект / Rect [509,612 242,589 518,627 250,583] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 40 0 объект / Rect [520,838 242,589 529,795 250,583] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 41 0 объект / Rect [309,997 200,75 331,88 208,687] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 42 0 объект / Rect [323.603 169.342 332.561 177.335] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 43 0 объект / Rect [506.778 148,422 528,718 156,416] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 44 0 объект / Rect [416.126 127.502 425.083 135.496] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 45 0 объект / Rect [427.294 127.502 436.309 135.496] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 46 0 объект > / Граница [0 0 0] / Rect [37,587 72,737 169,568 79,143] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 47 0 объект > / Граница [0 0 0] / Rect [92,126 89,291 137,31 95,641] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 48 0 объект > / Граница [0 0 0] / Rect [212.864 748,324 393,58 759,864] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 49 0 объект > / Граница [0 0 0] / Rect [501,568 608,368 531,104 622,792] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 50 0 объект > транслировать HtVnH} Ẉ \ hnysiu] `], YUȒ + v% g $ 9″ @ BpCƌZ {𻽋o2rEs * Z`HrD + ʙ & mF1R8’c \ 8 ॕ% esꬵ | * 1}, n-KI ~ DCD0Ipr

    Приготовление пористых материалов с помощью Цемент на основе фосфата магния с высокой проницаемостью

    Цемент на основе фосфата магния с высокой проницаемостью и прочностью (MPC) с пористостью, средним размером пор и прочностью на сжатие варьировался от 63.От 2% до 74%, 138,7 мкм, мкм — 284,7 мкм, мкм и 2,3 МПа — 4,7 МПа, соответственно, были успешно получены путем сочетания метода физического вспенивания и метода химически увлеченного газа при комнатной температуре. Было исследовано влияние содержания буры, содержания химического пенообразователя, содержания порошка цинка и отношения W / S на пористость, распределение пор по размерам, прочность на сжатие и проницаемость MPC. Результаты показывают, что содержание химического пенообразователя имеет тенденцию иметь небольшое влияние на пористость и прочность на сжатие, а содержание цинкового порошка имеет наиболее значительное влияние на средний размер пор MPC.Распределение воздушных пор и связность ПДК в основном контролировались содержанием буры, соотношением W / S и содержанием химического пенообразователя. Порошок цинка играл разрушающую роль в порах, образованных ранним физическим вспениванием, и приводил к увеличению размера пор и большому количеству сквозных пор, что увеличивало проницаемость материалов.

    1. Введение

    Пеноматериал на основе цемента обладает высокой теплоемкостью, отличной огнестойкостью и низкой стоимостью и обычно используется в строительстве энергоэффективных материалов из-за его легкости и теплоизоляционных свойств [1, 2].Он также широко применяется в звукоизоляции [3, 4], материалах, поглощающих электромагнитные волны [5], и материалах предохранительных блоков [6]. В последние годы магниево-фосфатный цемент также был разработан для приготовления пористых материалов для получения пенобетона для монолитного строительства и высокотемпературной стойкости пористых материалов на основе цемента [7].

    Фосфатный цемент изготавливается путем реакции раствора на основе кислоты между двухвалентным или трехвалентным оксидом и кислым фосфатом или фосфорной кислотой [8–10].Фосфат, используемый в этой системе, представляет собой дигидрофосфат калия, дигидрофосфат натрия или дигидрофосфат аммония. В качестве оксидов металлов часто используются оксиды магния, алюминия, цинка и кальция, а оксид магния является наиболее распространенным оксидом для приготовления магниево-фосфатного цемента (MPC) [11]. В этой реакции в качестве предшественника керамики образовывался фосфатный гель, поскольку оксид металла растворялся с высвобождением катионов, прореагировавших с гидролитическими фосфат-ионами, и основной конечной фазой продукта гидратации является струвит, но многие другие фазы также существовали во время или после реакция гидратации, например дитмарит (NH 4 MgPO 4 · H 2 O), скертелит ((NH 4 ) 2 Mg (HPO 4 ) 2 · 4H 2 O ), ньюбериит (MgHPO 4 · 3H 2 O) и гидрат фосфата магния Mg 3 (PO 4 ) 2 · 4H 2 O [12, 13].Благодаря глубокому исследованию MPC, MPC привлек огромное внимание с тех пор, как был открыт в девятнадцатом веке [14, 15]. Благодаря ряду преимуществ, таких как быстрое схватывание, высокая ранняя прочность, высокая прочность сцепления, отличная биосовместимость и низкая усадка при высыхании, он широко используется в биомедицине, ремонте гражданского строительства и стабилизации ядерных или тяжелых металлов [16 –21]. Недавно о получении пористых ПДК сообщалось в некоторых исследованиях, таких как исследование Ли и Чена, которые подготовили ПДК нового типа с плотностью от 210 до 380 кг / м 3 и прочностью на сжатие от 1.От 0 до 2,8 МПа методом предварительного вспенивания [22]. Лю и др. также изготовлены MPC с максимальной прочностью на сжатие 0,30 ± 0,05 МПа и пористостью 83,75% путем физического вспенивания [23]. Ма и Чен [7] также получили новый пенобетон с характеристиками быстрого схватывания и высокой ранней прочности за счет использования бикарбоната натрия в качестве пенообразователя. Однако непроницаемость и низкая прочность являются доминирующими свойствами MPC, изготовленного с помощью упомянутого выше метода предварительного формования. В последнее время все большее внимание привлекает применение пористых материалов на основе цемента для опасных сточных вод, таких как тяжелые металлы и радиоактивные ядра [24, 25].В отличие от упомянутых выше применений, адсорбирующие материалы требуют хорошей проницаемости и высокой прочности для образования самонесущих систем, что обеспечивает хорошие эксплуатационные характеристики.

    В данном исследовании в качестве основного материала используется магниево-фосфатный цемент, а пористые материалы с высокой водопроницаемостью и прочностью будут приготовлены путем объединения метода физического вспенивания и метода химически увлеченного газа с использованием химического вспенивающего агента (CF) и цинка. порошок как составной пенообразователь.Кроме того, систематически исследовалось влияние содержания буры, содержания CF, содержания порошка цинка и отношения воды к твердому веществу (W / S) на распределение пор по размерам, связность и прочность на сжатие MPC.

    2. Материалы и эксперименты

    В данной работе сырьем для образования ПДК служила обожженная магнезия (MgO, Liaoning Xinrong Mining Co., Ltd., Китай), полученная прокаливанием карбоната магния при 1700 ° C, и аналитически чистый дигидрофосфат аммония (ADP, AR-grade, Jinshan Chemical Reagent Co., Ltd., Chengdu, China) и порошки кварца получали путем измельчения кварца в шаровой мельнице в течение 30 мин. Химический пенообразователь (CF, основной химический состав — додецилсульфат натрия, алкиламидобетаин и лимонная кислота), имеющий слабую кислотность, был приготовлен нашей лабораторией, который был объединен с цинковым порошком (Zn) для использования в качестве составного пенообразователя. Бура (Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O) и аналитически чистый моногидрат лимонной кислоты (CAM) были использованы в качестве замедлителя схватывания.По данным лазерного анализатора размера частиц, средний диаметр частиц порошков MgO, ADP и кварца составляет 29 мкм, мкм, 60 мкм, мкм и 20 мкм, мкм, соответственно. Формулы для изготовления MPC перечислены в таблице 1, где M / P, M / Q и Zn / CAM представляют собой массовое отношение MgO к ADP, MgO к кварцевому порошку и цинковому порошку к CAM, и значение равно 1, 0,5 и 1 соответственно. CF, цинковый порошок и САМ взвешивали по массе всех твердых порошков, а масса буры — MgO.Кроме того, вся вода, использованная в этой работе, была водопроводной водой из лаборатории.

    %

    Образец No. Бура (%) CF (%) Zn (%) W / S

    M I-1 4 1,5 1,5 1,5 0,16
    M I-2 7 1,5 1,0% 0.16
    M I-3 10 1,5 1,0% 0,16

    M II-1 1,0 1,0 1,0 7 0,16
    M II-2 7 1,5 1,0% 0,16
    M II-3 7 2,0 2,0

    M III-1 7 1.5 0,5% 0,16
    M III-2 7 1,5 1,0% 0,16
    M III-3 7 1,5 % 0,16

    M IV-1 7 1,5 1,0% 0,14
    M IV6 9022 1,5 1.0% 0,16
    M IV-3 7 1,5 1,0% 0,18

    Mg, включая сырье порошок, кварцевый порошок и бура смешивали в течение 1 мин в планетарном смесителе с вертикальной осью в соответствии с таблицей 1. Во-вторых, добавляли CF, CAM и воду и перемешивали в течение 1 мин, а затем с ними смешивали порошок цинка и быстро перемешивали в течение 90 с.В-третьих, суспензию после смешивания разливали в стальные формы размером 40 мм × 40 мм × 160 мм. Наконец, образцы MPC были извлечены из формы через 2 часа и отверждены в лаборатории при температуре 20 ± 2 ° C и относительной влажности 60 ± 5%. Следует отметить, что CF и CAM были заранее растворены в воде, а затем добавлены в смеситель. Образец для СЭМ готовят путем заливки суспензии в стальные формы с колоннами Φ50 мм × 150 мм, отверждают при температуре 20 ± 2 ° C и относительной влажности 60 ± 5% в течение 28 дней и разрезают по горизонтали на пять блоков для испытаний для анализ распределения пор по снимкам СЭМ.

    Перед испытанием пористости образцы необходимо высушить при температуре 60 ° C в течение 24 часов для получения постоянного веса. Пористость материала рассчитывалась с использованием кажущейся плотности высушенного материала и теоретической плотности (= объемная доля компонента и , = плотность компонента и ) [26].

    Прочность на сжатие 28 дней была применена универсальной испытательной машиной с микрокомпьютерным управлением (CMT5105, Shenzhen SANS Testing Machine Co., Ltd., Китай) со скоростью нагружения 2,4 кН в секунду согласно китайскому стандарту GB17671-1999, для каждого образца было взято шесть испытанных образцов, а прочность на сжатие — это среднее значение для шести образцов. Кристаллические фазы определяли с помощью дифракции рентгеновских лучей с использованием порошкового рентгеновского дифрактометра D / Max-RB (Rigaku, Япония) с использованием излучения CuK α , генерируемого при 60 мА и 35 кВ; скорость сканирования составляла 8 ° / мин от 3 до 80 °. Микроструктуру MPC наблюдали с помощью сканирующей электронной микроскопии (TM1000, Hitachi, Япония), а распределение размеров пор определяли путем анализа изображений SEM с использованием анализатора мягких изображений (Nano measurer, Китай).

    3. Результаты и обсуждение

    Пористость, средний размер пор и прочность на сжатие пористого MPC, изготовленного в соответствии с таблицей 1, были измерены, и результаты приведены в таблице 2. Из таблицы 2 видно, что пористость увеличилась. с 66% до 71,6%, прочность на сжатие снизилась с 4,7 МПа до 2,6 МПа, а средний размер пор варьировался от 138,7 мкм м до 160,01 мкм мкм при увеличении содержания буры с 4% (M I-1 ) до 10% (M I-3 ).Этот результат можно объяснить замедляющим действием буры, которое может замедлить время схватывания суспензии MPC. В результате у пузырьков воздуха есть достаточно времени, чтобы расшириться и мигрировать в суспензии. При увеличении содержания CF с 1,0% (M II-1 ) до 2,0% (M II-3 ) средний размер пор увеличился с 140,6 мкм мкм до 180,11 мкм мкм, но пористость прочность на сжатие оставалась на уровне 69% и 3,2 МПа соответственно. Поскольку содержание цинкового порошка и САМ увеличилось с 0.От 5% до 1,5%, пористость и средний размер пор увеличились с 65,2% до 74% и с 151,9 мкм, мкм до 284,7 мкм, мкм, соответственно, а прочность на сжатие снизилась с 4,6 МПа до 2,3 МПа. Эти результаты могут быть объяснены реакцией между порошком цинка и ионами водорода, которые совместно поставлялись ADP и CAM. Чем больше было добавлено порошка цинка и САМ, тем больше было пузырьков воздуха, что привело к более высокой пористости и более низкой прочности на сжатие. Кроме того, когда отношение W / S увеличилось с 0.14 до 0,18, прочность на сжатие снизилась с 4,3 МПа до 2,5 МПа из-за увеличения пористости и диаметра пор с 63,2% до 72% и с 141,8 мкм до мкм до 200,4 мкм мкм, соответственно. Более высокое соотношение W / S снижает консистенцию суспензии и сопротивление пенообразованию, что привело к образованию большого количества воздушных пор в образцах и полученной высокой пористости.

    139 2,6 ± 0,2

    Образец No. Пористость (%) Средний размер пор ( мкм м) Прочность на сжатие (МПа)

    M I-1 66 ± 2 4.7 ± 0,3
    M I-2 69 ± 3 160 ± 7 3,3 ± 0,2
    M I-3 71 ± 3 155 ± 6

    M II-1 70 ± 3 141 ± 7 3,2 ± 0,2
    M II-2 69262 69262 69 160 ± 6 3,3 ± 0,1
    M II-3 70 ± 3 180 ± 8 3.2 ± 0,2

    M III-1 65 ± 3 152 ± 6 4,6 ± 0,2
    M III-2 69 ± 3 160 ± 6 3,3 ± 0,2
    M III-3 74 ± 4 285 ± 12 2,3 ± 0,1

    M IV-1 63 ± 2 142 ± 7 4.3 ± 0,2
    M IV-2 69 ± 3 160 ± 7 3,3 ± 0,2
    M IV-3 72 ± 3 200 ± 10 200 ± 10 2,5 ± 0,1

    На рисунке 1 показано влияние содержания буры, содержания CF, содержания порошка цинка (или содержания CAM) и отношения W / S на распределение пор по размерам MPC. Как показано на Рисунке 1 (a), с увеличением содержания буры (B%) с 4%, 7% до 10% распределение пор стало шире, в пределах от 40 мкм мкм до 550 мкм мкм, от От 80 μ м до 1150 μ м и от 70 μ м до 1280 μ м соответственно.Кроме того, большинство пор равномерно находилось в диапазоне от 40 до 300 мкм м, а частота накопления превышала 70%. Когда содержание CF (CF%) увеличивалось с 1,0%, 1,5% до 2,0%, распределение воздушных пор по размерам изменялось примерно от 80 мкм мкм до 780 мкм мкм, от 80 мкм мкм до 950 мкм мкм. м, и от 90 мкм, м до 1280 мкм, м, соответственно, как показано на Рисунке 1 (b). Однако содержание CF мало влияет на более мелкие воздушные поры, размер которых варьируется от 0 до 150 мкм мкм.Из рисунка 1 (c) видно, что распределение воздушных пор по размеру варьировалось от 0 до 700 мкм м, от 50 мкм м до 1300 мкм м и от 100 мкм м до 1350 мкм. μ m, соответственно, при увеличении содержания цинкового порошка (Zn%) с 0,5%, 1,0% до 1,5%. Кроме того, можно обнаружить четкое различие в том, что имеется около 25% воздушных пор, распределение которых по размерам варьировалось от 300 мкм мкм до 1350 мкм мкм с 1,5% порошка цинка в образцах. Как видно на Рисунке 1 (d), по мере увеличения W / S с 0.14, от 0,16 до 0,18, распределение воздушных пор по размерам изменялось от 40 до 600 мкм, м, от 50 мкм, м до 1300 мкм, м и от 40 до 750 мкм, мкм, соответственно. Кроме того, размер распределения пор стал шире для образцов с отношением W / S 0,16 по сравнению с двумя другими отношениями.

    Анализируя данные в Таблице 2 и на Рисунке 1, можно увидеть определенную взаимосвязь между прочностью пористых материалов фосфатного цемента и пористостью, размером пор исходных материалов.Как правило, чем больше пористость, тем ниже прочность и чем больше средний размер пор, тем меньше прочность. Но если сравнить пористость и средний размер пор, то влияние пористости выше, чем влияние размера пор на прочность; для M II-1 , M II-2 и M II-3 пористость почти такая же, а средний размер пор увеличивается с 140 мкм мкм до 180 мкм мкм, но их прочность поддерживается на уровне около 3,2 МПа; для M II-1 и M IV-1 с почти одинаковым средним размером пор 140 мкм м пористость M II-1 и M IV-1 составляет 70.4% и 63,2%, прочность M II-1 и M IV-1 составляет 3,2 МПа и 4,3 МПа, и результаты показывают, что пористость оказывает огромное влияние на прочность. Конечно, пенообразователь тоже скажется на прочности. В этой статье цинковый порошок используется в качестве химического вспенивающего материала, и анализируется прочность различных цинковых порошков, таких как M III-1 , M III-2 и M III-3 в таблице 1. , а прочность снизилась с 4,6 МПа до 2,3 МПа с увеличением количества Zn.Это связано с увеличением количества цинкового порошка, увеличением пористости и среднего размера пор, а также с побочными эффектами цинка на процесс гидратации [27]. Следовательно, для прочности пористого материала фосфатного цемента эффекты многогранны, и влияние пористости играет ведущую роль, чем другие факторы.

    На рис. 2 показаны микрофотографии СЭМ ПДК, составленного с различным содержанием буры, содержанием CF, содержанием цинкового порошка и соотношением W / S. Как показано на рисунках 2 (a) –2 (c), размер воздушных пор и количество связанных пор, очевидно, увеличиваются, когда содержание буры увеличивается с 4%, 7% до 10%, а воздушные поры распределяются более равномерно. .Равномерность распределения пор и размер образцов немного увеличились по мере увеличения содержания CF с 1,0%, 1,5% до 2,0%, но образец, имеющий наиболее связанные макропоры, был образцом с содержанием пенообразователя 1,5%, как показано на Рисунки 2 (г) –2 (е). Как можно видеть на рисунках 2 (g) –2 (i), размер и связность воздушных пор значительно увеличиваются по мере увеличения содержания порошка цинка с 0,5 до 1,5 мас.%. Однако поры были распределены менее равномерно, поскольку в образцах использовалось более высокое содержание цинкового порошка.Как видно на рисунках 2 (j) –2 (l), размер и однородность пор, очевидно, увеличиваются при увеличении отношения W / S с 0,14 до 0,18. Как видно из рисунка 2, размер и однородность пор в основном контролировались содержанием буры, содержанием цинкового порошка и соотношением W / S, в то время как содержание CF в основном контролировало связность воздушных пор.


    Мы выбрали образец M III-2 для XRD-анализа, показанного на рисунке 3. Рисунок 3 показывает, что первичной фазой является SiO 2 , MgO и MgNH 4 · 6H 2 O, из пик SiO 2 является самым сильным, MgO — вторым, а MgNH 4 · 6H 2 O — самым слабым.Основная причина в том, что SiO 2 в основном действует как наполнитель и не участвует в процессе гидратации. Из-за большого количества инертного SiO 2 дифракционные пики резкие. Конечно, добавление кремнезема также дает больший эффект. С одной стороны, он может продлить время схватывания, что благоприятно сказывается на пенообразующем эффекте порошка Zn и образует больше пор, с другой стороны, диоксид кремния может также снизить теплоту гидратации. Уменьшение теплоты гидратации позволяет избежать выделения газообразного аммиака во время реакции, а также избежать разложения продуктов гидратации, которое приводит к потере прочности материалов [28].


    На рисунке 4 показана водопроницаемость MPC, полученного путем комбинирования методов физического вспенивания и химически увлеченного газа. Видно, что вода может быстро переходить с поверхности в нижележащие слои ПДК через многочисленные соединенные поровые каналы, существующие внутри. Как правило, на проницаемость в основном влияет размер пор и связность образцов. Пористые материалы, полученные с помощью технологии вспенивания композитов, имеют большое количество соединенных пор и большой размер пор, что позволяет сточным водам легко проходить через них при использовании в качестве адсорбирующих материалов.

    В этой бумаге в качестве пенообразователя в основном используется цинковый порошок. Предыдущее исследование также показало, что использование цинкового порошка могло бы сформировать лучшую структуру с закрытыми отверстиями, которая обсуждалась более подробно, а содержание цинкового порошка, соотношение воды и цемента и содержание буры влияют на образование и рост пены [ 29]. Химическая среда, используемая в этой бумаге, представляет собой слабокислотный пенообразователь, который должен уменьшить его влияние на суспензию фосфатно-магниевого цемента из-за кислой среды начальной гидратации и гарантировать, что его прочность не будет существенно снижена.На начальной стадии формования в процессе перемешивания образовывалось большое количество микропор из-за действия пенообразователя CF. В это время эффект вспенивания цинкового порошка не был очевиден. На статической стадии из-за кислой среды на начальной стадии реакции фосфатного цемента вместе с низкой вязкостью на ранней стадии гидратации кремнеземные наполнители продлевали время гидратационного твердения, и проявлялся эффект вспенивания цинка. Однако в это время цинковый порошок в основном располагается на стенке поры, сформированной на более ранней стадии.Следовательно, во время процесса вспенивания поры, сформированные на ранней стадии, были повреждены и увеличены, и в конструкции образовалось большое количество сквозных отверстий, так что водопроницаемость материала значительно увеличилась.

    4. Заключение

    В данной работе магниево-фосфатный цемент (MPC) с высокой проницаемостью и прочностью был успешно изготовлен путем сочетания метода физического вспенивания и метода химически увлеченного газа при комнатной температуре. Пористость, средний размер пор и прочность на сжатие MPC, приготовленного по разным формулам, варьировались от 63.От 2% до 74%, от 138,7 μ м до 284,7 μ м и от 2,3 МПа до 4,7 МПа соответственно. Содержание химического пенообразователя (ХП) мало влияет на пористость и прочность на сжатие образцов. На распределение пор по размерам в значительной степени влияет содержание порошка цинка и соотношение W / S. Прочность на сжатие зависит от содержания буры, порошка цинка и соотношения W / S. Кроме того, MPC с более высокой пористостью и большим диаметром пор показывает высокую проницаемость из-за массы сквозных пор, существующих в образцах.В результате пористый MPC имеет огромный потенциал для применения в фильтрации тяжелых металлов, радиоактивных отходов, выхлопных газов, а также может использоваться в качестве биологических каркасов в тканевой инженерии.

    Доступность данных

    Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Благодарности

    Авторы хотели бы поблагодарить за финансирование ключевого научно-исследовательского проекта провинции Сычуань (2018GZ0148) и Юго-Западного университета науки и технологий (13zxfk04 и 14tdfk01).

    Влияние структуры пор на влажностные параметры цементно-полимерных растворов, загрязненных нитчатыми грибами

    Реферат

    Минеральные строительные материалы — это пористые материалы. Объем соединенных пор — это активный объем пор или эффективный объем. Объем всех пор — это общий объем пор. Свойства отдельных пор различны. Их размеры и форма могут влиять на свойства материалов. Материалы модифицируются различными добавками для улучшения их свойств.Однако добавки или примеси могут вызвать коррозию. Хотя строительные материалы не являются пищей для микроорганизмов, они часто бывают заселены ими. В результате их присутствия и действия продуктов обмена происходит биоразрушение. Один из продуктов обмена веществ — вода. В данной работе мы исследовали, как измененная структура биоповреждений, вызванных плесневыми грибами, влияет на влажность цементно-полимерного раствора с добавкой полисилоксанового латекса.

    Образец цитирования: Stanaszek-Tomal E (2020) Влияние структуры пор на параметры влажности цементно-полимерных растворов, загрязненных нитчатыми грибами.PLoS ONE 15 (4): e0231347. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231347

    Редактор: Анвар Хитаб, Университет науки и технологий Мирпура, ПАКИСТАН

    Поступила: 10 декабря 2019 г .; Одобрена: 20 марта 2020 г .; Опубликовано: 9 апреля 2020 г.

    Авторские права: © 2020 Elżbieta Stanaszek-Tomal. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

    Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в рукописи и ее файлах с вспомогательной информацией.

    Финансирование: Автор (ы) не получил специального финансирования для этой работы.

    Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что конкурирующих интересов не существует.

    1. Введение

    Как технические, так и строительные материалы имеют большое количество пустот во внутренней структуре. Их относительный размер невелик по сравнению с размером самого материала.Эти пространства — поры. Они различаются по размеру и форме. Термин «поры» означает класс пустот, связанных с внешней поверхностью. С их помощью в материал проникают жидкости. Однако поры, соединенные с внешней поверхностью, обычно называют открытыми. Пустоты, не имеющие этой связи, называются закрытыми порами. Однако те, у которых нет такой связи, имеют закрытые поры. Связанные между собой поры образуют поровое пространство в материале, обычно заполненное жидкостью, воздухом, водой и т. Д.Оставшаяся неподвижная часть называется каркасом. Общий объем пор — это сумма объемов открытых и закрытых пор. В системе с открытыми порами можно провести различие между соединенными порами, которые обеспечивают поток жидкости (транспорт), и соединенными глухими порами. Течение жидкостей и газов возможно только в открытых порах. В таких порах течение жидкости может сопровождаться теплопередачей, фильтрацией, диффузией, сорбцией и химическими реакциями. Объем соединенных пор — это активный объем пор или эффективный объем.Объем всех пор называется общим объемом пор [1].

    В литературе имеется различное деление пор. Однако наиболее часто используется адсорбция. Согласно классификации размера пор, введенной Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC), выделяют три класса пор: микропоры шириной <2 нм, мезопоры шириной 2–50 нм и макропоры шириной > 50 нм. Однако границы между отдельными классами пор произвольны.Они были приняты на основе критериев адсорбции [2].

    Свойства отдельных пор различны. Таким образом, микропоры и мезопороз определяют размер внутренней поверхности. Они необходимы для процессов адсорбции. С другой стороны, макропоры составляют небольшую долю от общей площади внутренней поверхности. В сорбентах они становятся транспортными путями и открывают доступ к более мелким порам [3].

    Пористая структура влияет на свойства материалов. К ним относятся сорбционная емкость, механические, термические и электрические свойства.Как эти свойства зависят от соотношения открытых и закрытых пор или наоборот. Также важны форма пор, распределение их размеров и пространственное расположение в материале.

    Наиболее важными параметрами, характеризующими структуру пористых материалов, являются: плотность, объемная пористость, проницаемость, удельная поверхность.

    Действие коррозионных агентов может привести к увеличению влажности материала [4]. Особенно это касается химических и биологических агентов.Последние вызывают биологическую коррозию материалов, вызванную грибками и бактериями. Биологическая коррозия — это многоступенчатый и сложный процесс разрушения материалов. Биоразрушение — это общее снижение качества строительных материалов из-за биологических агентов. Биологические разрушения отмечены не только в канализационных системах, подводных трубопроводах, опорах мостов, нефте- и газопроводах и морских платформах [5, 6]. Но также и в зданиях и квартирах, где живут люди. В первой группе объектов причиной обычно является действие серобактерий Thiobacillus sp ., производящий биогенную серную кислоту. Напротив, вторая группа предметов в первую очередь подвержена воздействию плесневых (нитчатых) грибов. Конечно, в обоих случаях стоимость ремонта и обслуживания очень высока. Соответствующие условия, такие как оптимальная температура, повышенная относительная влажность, могут вызвать рост микроорганизмов на строительных материалах. Помимо них на развитие микроорганизмов могут влиять: высокая концентрация углекислого газа, хлорид-ионов и других солей, сульфатов и небольшое количество кислот.

    В результате образования плесневых грибов выделяются продукты обмена веществ. К ним относятся летучие продукты, органические кислоты, вода и другие химические соединения. Летучие соединения, такие как альдегиды, кетоны и спирты, создают запах плесени с высокой проницаемостью для окружающей среды [7]. Материал обычно становится влажным в результате выделения воды грибами в окружающую среду строительного материала. На их поверхности микроорганизмы образуют биопленку. Биопленка образована сложными многоклеточными структурами, в которых многочисленные микробные клетки окружены слоем слизи [8].Также в нем накапливается вода, что позволяет грибам выжить в неблагоприятных внешних условиях.

    У каждого микроорганизма есть свои требования к минимальному содержанию влаги в субстрате, которое будет способствовать росту и дальнейшему росту. Рост микроорганизмов и разрушение строительных материалов начинается с активности воды (aw) в материале около 0,7 [9]. Penicillium chrysogenum относится к группе умеренных ксерофилов, для которых минимальное содержание влаги составляет 0,78-0.81 и даже 0,85. Cladosporium herbarum относится к группе слабых ксерофилов, для которых минимальная влажность составляет от 0,85 до 0,88. Грибы делятся на три группы: первые, вторые и третичные колонизаторы с минимальной активностью воды. Это деление условное. Penicillium chrysogenum содержится в качестве первичного колонизатора с водной активностью, то есть с низкой влажностью воды ниже 0,8 и относительной влажностью воздуха ниже 80%, а Cladosporium herbarum относится к вторичным колонизаторам при 0.80–0,9 и относительная влажность воздуха 89–90% [10].

    Биоразложение — это особый вид биологической коррозии, вызывающий ухудшение характеристик строительных материалов в результате взаимодействия двух процессов биодеградации строительных материалов и микотоксического загрязнения окружающей среды [11]. В результате микробного метаболизма выделяется вода, которая проникает в строительные материалы и воздействует на них. Влажность строительных материалов зависит от температуры окружающей среды, типа материала и его структуры, т.е.грамм. структура пор и содержание гигроскопичных добавок. Различные строительные материалы могут поглощать разное количество воды [12]. Для цементного раствора массовая влажность находится в пределах 1,8 ÷ 5,6 [%], а содержание воды, выраженное в кг / м3, составляет от 36 до 112, для относительной влажности воздуха f = 70 ÷ 90%. В связи с тем, что раствор в состоянии гигроскопического равновесия характеризуется массовой влажностью 1,8–5,6 [%].

    Обычно впитываемость строительных материалов ниже пористости.Это связано с тем, что вода не может попасть внутрь закрытых пор, а в случае пор большого диаметра не заполняет их, а лишь увлажняет стенки. В случае микроорганизмов массовая влажность очень часто близка к абсорбционной способности. На долговечность материалов будет влиять распределение пор по размерам, что, в свою очередь, повлияет на скорость диффузии ионов. Влажность [11, 13], возможность отложения продуктов коррозии или разуплотнения структур в результате действия микроорганизмов явно влияют на распределение пор.В портландцементном бетоне портландцемент CEM I вымывается водой, создавая «каналы» для легкого доступа к воде и другим агрессивным растворам [14].

    Влага в виде водяного пара или жидкости возникает из-за атмосферных условий, но, прежде всего, из-за метаболической активности плесени. Это связано с воздействием на окружающую среду 1-2,5% масс. Все остальное производится микроорганизмами.

    Целью данной статьи является попытка определить, как пористость и распределение пор в цементно-полимерном растворе, т.е.е. цементный раствор, модифицированный 3% -ной добавкой полисилоксана, влияет на влажность, обусловленную деятельностью мицелиальных грибов.

    2. Материалы и методы

    2.1. Материалы

    Характеристики используемого цемента представлены в Таблице 1 .

    Испытательные элементы представляли собой балки 20x20x160 мм, изготовленные из стандартного строительного раствора CEM I, модифицированного 3% полисилоксанового латекса. Приготовленные образцы хранили под фольгой 24 часа. После извлечения из формы образцы выдерживались под фольгой в течение 2 дней, а затем при температуре + 20 ° C ± 2 ° C и относительной влажности 60% ± 5% (PN-EN 12190: 2000: Продукты и системы для защита и ремонт бетонных конструкций — Методы испытаний — Определение прочности на сжатие ремонтного раствора) [15].Затем образцы кондиционировали в лабораторных условиях в течение 28 дней.

    2.2. Агрессивная среда

    Наиболее распространенные плесневые грибы в объектах, инфицированных биологической коррозией, включают Cladosporium , Aspergillus , Penicillium , Alternaria , Fusarium , Mucor , Trichoderma [16,17]. Таким образом, для исследования были выбраны два типа: Cladosporium как доминирующий и Penicillium как общий.

    Среда для выращивания в виде модифицированного солодового экстракта Agar M-8927 (MEA) от компании Biochemika была использована для роста плесневых грибов. Среда состояла из МЭА, воды и глицерина в количестве 31,28, 1000, 2,35 грамма соответственно. Описанная выше среда была использована для выделения, обнаружения и определения мицелиальных грибов. Конечный pH среды составил 4,6 при 25 ° C [17].

    Чистые культуры грибов были импортированы из коллекции чистых микробных культур (LOCK) Института технологии ферментации и микробиологии в Лодзи.Были отобраны Penicillium chrysogenum (LOCK 0531, streina F00680) и Cladosporium herbarum (LOCK 0490, streina E123). Культуры грибов переносили в дистиллированную воду. Среду МЭА отверждали на чашках Петри. Грибки в виде суспензий инокулировали на среду культуральным методом. Всю систему инкубировали при 25 ° C и относительной влажности 95% в течение 5 дней. Затем чистым и стерильным тампоном тампон переносили на 10 мл дистиллированной воды (суспензия с числом спор 1 × 10 6 спор на мл).Эта суспензия использовалась для загрязнения ранее приготовленных образцов из испытуемого цементно-полимерного раствора. Загрязненные тестовые элементы помещали в биологическую климатическую камеру при температуре 25 ° C ± 1 ° C и относительной влажности 95% ± 1% [17].

    2.3. Время экспериментов

    Испытания проводились в течение 3, 6, 9 и 12 месяцев с момента заражения нитчатыми грибами. Для сравнения использовали эталонные образцы, т.е. материалы, не загрязненные нитчатыми грибами.

    2.4. Проверенные параметры

    2.4.1. Массовая влажность (μ
    M ).

    Определяется в соответствии со стандартом PN-85 / B-04500 [18] путем определения массы. Исследуемые материалы взвешивали, а затем сушили при 105 ° C до постоянного веса. Величина массовой влажности определялась по формуле: (1) где: m w — масса влажного образца [г], m s — масса сухого образца [г]

    2.4.2. Водопоглощение / впитываемость.

    Поглощение воды проводили в соответствии с ASTM (ASTM C 642) [19].Образцы сушили в сушильном шкафу при 105 ° C до постоянной массы. Затем их поместили в воду с температурой 25 ° C. Испытание длилось до тех пор, пока разница в массе между двумя измерениями с 24-часовыми интервалами не составила не менее 0,5%. Величина водопоглощения рассчитывается по формуле: (2) где: m n — масса образца водонасыщенного материала [г], m s — масса образца сухого материала [г]

    2.4.3. Капиллярный подъем воды.

    Балки помещают вертикально в сосуд с водой так, чтобы они были погружены на глубину 0 °.5 см. В качестве меры капиллярного подъема воды было принято увеличение веса в граммах. Уровень влажности в образцах определяли в граммах через 1, 3, 6 и 24 часа после погружения в воду.

    2.4.4. Степень влагопроницаемости.

    Степень влагопроницаемости выражается в процентах как отношение массовой влажности материала к влажности в состоянии полного насыщения. Степень влагопроницаемости указывает процент доступного объема пор для воды, заполненного водой во время испытания [20].

    2.4.4. Степень насыщения водой.

    Степень насыщения водой выражается в процентах и ​​означает отношение объемной абсорбирующей способности (водопоглощения) к пористости.

    2.4.5. Пористость.

    Пористость определяли с помощью ртутного порозиметра Quantachrome Poremaster Nova1000e. Этот метод позволяет определять пористость и распределение пор по размерам в диапазоне радиусов от 4 до 30000 нм. Испытание заключается в заполнении пор материала ртутью при увеличивающемся давлении.Процедура этого теста подробно описана в [21,22]. Из исследуемых материалов взяты два небольших образца диаметром 10 мм и длиной 10–15 мм. Каждый образец весил около 2 г. Затем образцы сушили в печи при 105–110 ° C в течение 24 часов. Следующим шагом было хранение образцов в эксикаторе до тестирования. Результаты испытаний представлены в виде графиков, показывающих зависимость между объемом пор и диаметром. Для этого используется программа Poromaster.Также был определен тест ртутной порометрии: Pc — общая пористость [%], V . — общий объем пор [см 3 / г], W — объемные доли доминирующих популяций пор, определенные из кривых размера пор. распределение населения.

    3. Результаты

    Результаты параметров влажности представлены в двух отдельных таблицах. Для Penicillium chrysogenum (аббревиатура P.ch.) в таблице 3 и для Cladosporium herbarum (аббревиатура C.ч.) в Таблица 4 . Результаты, представленные в таблицах, представляют собой среднее значение из шести измерений. Распределение результатов не должно превышать 0,1%. Частичные результаты по влажности и впитываемости были представлены в [23,24].

    На рис. 1 представлены результаты порометрии в виде кумулятивной кривой в виде графика распределения объема пор в строительном растворе CMPSi.

    Рис. 1. Кумулятивные кривые распределения объема пор в строительном растворе CMPSi в зависимости от их диаметров в исследованном диапазоне размеров пор для грибкового загрязнения: (а) Penicillium chrysogenum ; (б) Cladosporium herbarum [23].

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231347.g001

    Кривые, полученные при исследовании ртутного порозиметра (MIP), позволили определить диапазоны пор, которые были собраны в Таблице 5 . Эти поры в значительной степени участвовали в коррозии, вызванной действием мицелиальных грибов. Учитывая несоответствие классификации пор и их номенклатуры [4], можно предположить упрощенное деление. Анализ графиков показывает, что наиболее важными порами были три диапазона: менее 10, 10–100, 100–5000 нм.Поэтому было применено упрощенное деление пор по размеру. Тогда структура будет содержать поры геля <10 нм, поры, связанные с кристаллическими продуктами 10-100 нм, капиллярные поры 100-1000 нм и макропоры> 1 мкм [25].

    На рис. 2–6 представлены гистограммы, показывающие объем пор в строительном растворе CMPSi.

    Рис. 3.

    Гистограмма объема пор в строительном растворе CMPSi в зависимости от их диаметров в исследованном диапазоне размеров пор для загрязнения (а) Penicillium chrysogenum ; (b) Cladosporium herbarum , после 3 месяцев воздействия.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231347.g003

    Рис. 4.

    Гистограмма объема пор в растворе CMPSi в зависимости от их диаметров в исследованном диапазоне размеров пор для загрязнения (а) Penicillium chrysogenum ; (b) Cladosporium herbarum , после 6 месяцев воздействия.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231347.g004

    Рис. 5.

    Гистограмма объема пор в растворе CMPSi в зависимости от их диаметров в исследованном диапазоне размеров пор для загрязнения (а) Penicillium chrysogenum ; (b) Cladosporium herbarum после 9 месяцев воздействия.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231347.g005

    Рис. 6.

    Гистограмма объема пор в растворе CMPSi в зависимости от их диаметров в исследованном диапазоне размеров пор для загрязнения (а) Penicillium chrysogenum ; (b) Cladosporium herbarum после 12 месяцев воздействия.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231347.g006

    4. Обсуждение

    Действие плесневых грибов увеличивает влажность материала в течение всего периода воздействия этих сред.Однако для Penicillium и Cladosporium наблюдается небольшое снижение в течение 6 месяцев с начала эксперимента. Растворы, загрязненные Penicillium в течение 9 месяцев, показывают самую высокую массовую влажность. Через 12 месяцев материалы, загрязненные Cladosporium , показывают более высокое массовое содержание влаги. По отношению к стандартному раствору массовая влажность увеличивается более чем на 5% масс.

    Массовая абсорбируемость не превышает массовую влажность.В одном случае, то есть при заражении грибком вида Cladosporium , он остается на том же уровне через 6 месяцев и превышает для того же гриба через 3 месяца. Однако содержание примеси вызывает существенные изменения. Для гриба вида Cladosporium он увеличивается в течение всего периода эксперимента. Однако в случае растворов, загрязненных Penicillium , через 6 месяцев воздействия происходит временное уменьшение. Аналогичная ситуация произошла и с массовой влажностью.Сравнивая впитываемость загрязненных строительных смесей со стандартной, можно увидеть, что она увеличивается для обоих грибов примерно на 2 и более 2% масс. подходит для грибов Cladosporium и Penicillium .

    Увлажнение раствора может происходить постепенно, а также может изменяться с течением времени. Уровни влажности и содержание грибков не обязательно хорошо коррелируют со строительными материалами [26].

    Анализ капиллярного подъема воды показывает, что в течение всего экспериментального периода капиллярный подъем воды увеличивается и максимальное значение достигается через 12 месяцев.Это касается обоих видов грибов. Однако гораздо более высокие значения получены для рода Penicillium .

    Анализ внутренней структуры материала позволяет определить тип пор, их количество и общую пористость. Цементно-полимерный раствор, модифицированный полисилоксановым латексом, не полностью герметизировал конструкцию с 3% добавки. Примесь не останавливала развитие микроорганизмов.

    Практически все агрессивные среды привели к тому, что наиболее важные поры были двумя отсеками: 10–100, 100–5000 нм.В общем, это имело место для всех времен воздействия обоих видов грибов. Однако в случае стандартного строительного раствора количество пор 10-100 нм было меньше, а количество пор 100-5000 нм было больше. В случае загрязненных минометов в большинстве случаев соотношение было обратным. Однако было два случая, то есть C.h./6m и P.ch./9m, где он был похож на стандартный миномет. Пористость структуры на 3% -ную добавку составляла от 17 до 24%. Первичная пористость (эталонного материала) закрывается за счет коррозионного воздействия плесневых грибов.Герметизация произошла в первую очередь из-за наличия микроорганизмов и продуктов коррозии. Однако со временем он начинает увеличиваться. Структура снова начинает распечатываться. Для графического представления внутренней структуры на рис. 1 показаны дифференциальные и кумулятивные кривые распределения пор. Общий объем пор аналогичен пористости. Объем пор и доли объема доминирующих популяций пор показаны в Табл. 5 и на Рис. 2–6 (гистограммы).График гистограммы позволяет заменять дифференциальные кривые распределения порового объема. Объем пор уменьшился с 0,102 для стандартного раствора и уменьшился в течение следующих 6 месяцев до увеличения до того же значения через 9 месяцев. Однако через 12 месяцев он снова снижается. Это происходит в структуре раствора, загрязненного Penicillium chrysogenum . Кажется, что через 9 месяцев продукты коррозии растворяются или некоторые грибки отмирают. Состав растворов, загрязненных Cladosporium herbarum , ведет себя иначе.Объем пор увеличивается в течение 6 месяцев, но несколько уменьшается еще через 3 месяца. Затем, через 12 месяцев от начала воздействия, стоимость стандартного раствора увеличилась. В документ включены гистограммы, чтобы лучше проиллюстрировать поведение отдельных размеров пор строительных растворов, загрязненных плесенью.

    Анализируя влияние влаги на структуру, можно заметить, что когда гриб Penicillium chrysogenum загрязняет поры с уменьшением или увеличением их объема, наблюдается такое же поведение влаги и поглощения.Однако в случае гриба вида Cladosporium herbarum при увеличении влажности пор содержание влаги уменьшалось, и наоборот. И только через 12 месяцев оба значения увеличились.

    Таблицы 1 и 2 также включают два параметра, то есть степень водопроницаемости и степень водонасыщения. Первый из этих параметров характерен для влажности керамических стен. Была предпринята попытка адаптировать этот параметр к цементным растворам.Однако второй параметр — это степень водонасыщенности. Этот параметр зависит от объемной абсорбируемости и пористости образца. Это означает, что он зависит от количества воды в объеме материала и учитывает возможные изменения структуры пор. Он ведет себя обратно пропорционально пористости обоих видов грибов.

    Изменение степени влагопроницаемости ведет себя аналогично изменению водопоглощения в период воздействия микроорганизмов.Вероятно, это связано с тем, что массовая влажность и массовая абсорбируемость близки. Степень влагопроницаемости указывает процент пор, заполненных водой. Другими словами, он указывает процент доступного объема пор, заполненного водой во время испытания раствора. В случае заражения Cladosporium herbarum в течение 3 и 6 месяцев значение превышает 100%. Вероятно, это связано с наличием биопленки на поверхности. Это означает, что биопленка не была полностью удалена перед тестом на влажность и впитываемость.

    5. Заключение

    Биоразложение — это особый вид биологической коррозии, которая вызывает ухудшение характеристик строительных материалов в результате взаимодействия двух процессов биодеградации строительных материалов и микотоксического загрязнения окружающей среды. В результате микробного метаболизма выделяется вода, которая проникает в строительные материалы и воздействует на них. Влажность строительных материалов зависит от температуры окружающей среды, типа материала и его структуры, т.е.грамм. структура пор и содержание гигроскопичных добавок. Различные строительные материалы могут поглощать разное количество воды.

    Влага в виде водяного пара или жидкости возникает из-за атмосферных условий, но, прежде всего, из-за метаболической активности плесени. Это связано с воздействием на окружающую среду 1-2,5% масс. Все остальное производится микроорганизмами.

    Структура цементного раствора, модифицированного 3% полисилоксановым латексом, оказывает влияние на параметры влажности.Структура меняется в течение всего времени действия шредерных грибов. Также была предпринята попытка отрегулировать два новых параметра влажности, которые также сочетаются с пористостью и объемом пор. Они позволяют оценить влияние пористой структуры и ее влияние на различные свойства строительных материалов. Обе степени, влагопроницаемость и водонасыщенность все еще нуждаются в точной настройке, но они кажутся многообещающими параметрами для определения влияния влаги от микроорганизмов на структуру материалов, загрязненных ими.

    Присутствие микроорганизмов увеличивает количество воды в материалах, которые они оседают. Это существенно влияет на структуру материала. В случае цементно-полимерного раствора, где использовалась 3% -ная добавка полисилоксана, материал не был полностью герметизирован. Стоит провести исследования влияния большего количества добавки на загрязнение цементных и полимерных растворов формами. Также стоит изучить аспект влияния вышеупомянутого влияния на рост микроорганизмов.

    Ссылки

    1. 1. Аксиелруд Г.А .; Альтшулер М. А. Ручьи массы w ciałach porowatych ; Издательство: WNT, Warszawa, 1987.
    2. 2. McEnaney B .; Мэйс Т.Дж. Характеристика макропор в углероде , пористость в углероде : характеристика и применения ; Издатель: Эд Патрик Дж. У., Эдвард Арнольд, Лондон, 1995
    3. 3. Аманн Р. Идентификация микроорганизмов in situ путем гибридизации целых клеток с зондами нуклеиновых кислот, нацеленных на рРНК, Руководство по молекулярной микробной экологии ,; Издатель: Springer, Нидерланды, 1995
    4. 4.Ji-Dong G .; Ford T.E .; Berke N .; Митчелл Р. Биоразрушение бетона грибком Fusarium. International Biodeterioration & Biodegradation 1998, Volume 41, pp. 101–109.
    5. 5. Ли Х., Лин Х., Лин К. и Джи Т. Исследование механизма разложения сульфоалюминатного цементного морского песчаного бетона, разрушенного биологической серной кислотой. Строительные и строительные материалы , 2017, Том 157, 331–336
    6. 6. Трехо Д., Пол Д.Ф., Санчес М., Карлос Г., Вей С., Ли Л., Анализ и оценка разрушения бетона, опосредованного микробной биопленкой, 2008.
    7. 7. Жиска Б., Zagrożenia biologiczne w budynku ; Издательство: Аркадий, Варшава, 1999.
    8. 8. Monds R.D .; O´Tool G.A. Модель развития микробных биопленок: десять лет парадигмы для обзора. Trends Microbiology 2009, Volume 17, pp. 73–87.
    9. 9. Фланниган Б., Мори П., Бродбент К., Браун С.К., Фоллин Т., Келли К.М., Миллер Дж. Д., Натансон Т., Уолкиншоу Д.С., Уайт В.С., 1996. Руководство ISIAQ, рабочая группа I: Контроль проблем влажности, влияющих на биологическое качество воздуха в помещении. Международное общество качества воздуха и климата в помещениях, Эспоо, Финляндия
    10. 10. Пиотровска М .; Akowska Z. Wilgotność w budynku. Тынки 2011, Том 4, с.
    11. 11. Янинска, Б. O biodegradacji budynków poddanych termomodernizacji.XXI Конференция Naukowo-Techniczna «Awarie budowlane», Щецин-Мендзыздрое, 20–23 мая 2003 г.
    12. 12. Rymsza B. Biodeterioracja pleśniowa obiektów budowlanych ; Издательство: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Познань, 2003 г.
    13. 13. Кондратьева И.А .; Горбушина А.А .; Бойкова А.И. Биоразрушение строительных материалов, Физика и химия стекла 2006, Том 32, стр. 254–256.
    14. 14. Рафат С.; Хан М.И. Дополнительные цементные материалы ; Издательство: Springer, 2011.
    15. 15. PN-EN 12190: 2000: Продукты и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Методы испытаний. Определение прочности на сжатие ремонтного раствора.
    16. 16. Аккерман А.Д.Л .; van Elsas J.D .; de Bruijn F.J. Руководство по молекулярной микробной экологии ; Издатель: Kluwer Academic Publishers, Дордрехт, Нидерланды, 1996.
    17. 17. Станашек-Томаль Э.; Фиртак М., Влияние установки очистки сточных вод активным илом на распределение пор в растворах CEM I, Ochrona przed Korozją 2017, Volume 60, pp. 105–109.
    18. 18. PN-85 / B-04500, Zaprawy budowlane — Badania cech fizycznych i wytrzymałościowych, Polski Komitet Normalizacyjny, Warszawa 1985
    19. 19. ASTM C 642: Стандартный метод испытаний на плотность . Поглощение и пустоты в затвердевшем бетоне .Ежегодный сборник стандартов ASTM, Vol. 04.02. ASTM, West Conshohocken, PA, USA, 1997.
    20. 20. Мончиньски Б., Zawilgocenie muru a skuteczność iniekcyjnej przepony hydroizolacyjnej, Izolacje 2012, Volume 10, pp. 54–58.
    21. 21. Ракеш К .; Бхаттачарджи Б. Оценка проницаемости бетона с помощью ртутной порометрии. Исследование цемента и бетона 2004, Том 34, стр. 321–328.
    22. 22.Ракеш К .; Бхаттачарджи Б. Исследование некоторых факторов, влияющих на результаты использования метода МИП в конкретных исследованиях. Исследование цемента и бетона 2003, Том 33, стр. 417–424.
    23. 23. Fiertak M .; Stanaszek-Tomal E .; Козак А.В. Рост грибов и их влияние на биодеградацию цементно-полимерных композитов. Достижения в исследованиях цемента 2014, Том 27, стр. 340–351.
    24. 24. Станашек-Томаль Э., Korozja biologiczna kompozytów z matrycą Mineralną, Издательство: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Краков, (в печати).
    25. 25.

      Следующая запись

      Добавить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *