Właściwości materiałów budowlanych

fizyczne

mechaniczne

chemiczne

Właściwości fizyczne

• G

ę

sto

ść

(wła

ś

ciwa)

Jest to masa jednostki obj

ę

to

ś

ci materiału, bez uwzgl

ę

dniania

porów wewn

ą

trz materiału, a wi

ę

c w stanie zupełnej szczelno

ś

ci.

V

m

s

=

ρ

[g/cm

3

]

gdzie: m

s

- masa próbki suchej, V- objętość próbki materiału bez pór

Właściwości fizyczne

•

G

ę

sto

ść

obj

ę

to

ś

ciowa (pozorna)

Jest to masa jednostki obj

ę

to

ś

ci materiału wraz z zawartymi w niej

porami (otwartymi oraz zamkni

ę

tymi).

o

s

V

m

=

ρ

[g/cm

3

]

gdzie: m

s

– masa próbki suchej, V

o

– objętość próbki wraz z

porami wewnętrznymi

Właściwości fizyczne

0,03

1,10

Styropian

7,85

7,85

Stal budowlana

2,65

2,65

Szk

ł

o

1,15

1,15

Smo

ł

a

1,55-1,65

2,65

Piasek

0,45-0,95

1,55

Drewno

1,8-1,95

2,7

Ceramika czerwona

1,1-1,2

3,05-3,15

Cement

2,0-2,2

2,8

Beton

Gęstość objętościowa

ρ

o

[g/cm

3

]

Gęstość właściwa

ρ [g/cm

3

]

Materiał

Tab. Warto

ś

ci g

ę

sto

ś

ci wła

ś

ciwej i pozornej niektórych materiałów budowlanych

Właściwości fizyczne

• Szczelno

ść

Okre

ś

la, jak

ą

cz

ęść

całkowitej obj

ę

to

ś

ci badanego materiału

zajmuje masa materiału bez porów.

100

⋅

=

ρ

ρ

o

S

[%]

Właściwości fizyczne

• Porowato

ść

Okre

ś

la, jak

ą

cz

ęść

całkowitej obj

ę

to

ś

ci materiału stanowi

obj

ę

to

ść

porów (inaczej procentowa zawarto

ść

porów w

materiale).

[%]

;

100

⋅

−

=

ρ

ρ

ρ

o

P

lub

P=(1-S)x100; [%]

Porowato

ść

decyduje o innych cechach, jak:

wytrzymało

ść

na

ś

ciskanie, mrozoodporno

ść

, wła

ś

ciwo

ś

ci

izolacyjne.
Porowato

ść

materiałów budowlanych zawiera si

ę

od 0%

(szkło, stal) do 95% (wełna mineralna, pianka poliuretanowa).

Właściwości fizyczne

•Wilgotno

ść

Procentowa zawarto

ść

wody w materiale (w danej chwili) w jego

stanie naturalnym (drewno, skała naturalna) lub powstała pod
wpływem czynników atmosferycznych.

[%]

;

100

⋅

−

=

s

s

w

m

m

m

w

gdzie: m

w

- masa próbki wilgotnej, m

s

– masa próbki suchej

(wysuszonej do stałej masy)

Właściwości fizyczne

• Nasi

ą

kliwo

ść

Nasi

ą

kliwo

ść

to zdolno

ść

pochłaniania wody przez materiał przy

ci

ś

nieniu atmosferycznym oraz zdolno

ść

do jej utrzymywania.

Wyró

ż

nia si

ę

nasi

ą

kliwo

ść

wagow

ą

i obj

ę

to

ś

ciow

ą

.

Nasi

ą

kliwo

ść

wagowa (masowa) to stosunek masy wchłoni

ę

tej

wody do masy próbki materiału suchego.

[%]

;

100

⋅

−

=

s

s

n

w

m

m

m

n

gdzie:
m

n

- masa próbki nasyconej wodą,

m

s

– masa próbki suchej

Właściwości fizyczne

Nasi

ą

kliwo

ść

obj

ę

to

ś

ciowa

To stosunek obj

ę

to

ś

ci masy wody wchłoni

ę

tej do obj

ę

to

ś

ci próbki

materiału suchego

100

⋅

−

=

V

m

m

n

s

n

o

gdzie: m

n

- masa próbki nasyconej wodą, m

s

– masa próbki suchej,

V – objętość próbki suchej

Zale

ż

no

ść

mi

ę

dzy nasi

ą

kliwo

ś

ci

ą

obj

ę

to

ś

ciow

ą

i wagow

ą

:

o

w

o

n

n

ρ

⋅

=

Właściwości fizyczne

• Higroskopijno

ść

To zdolno

ść

szybkiego wchłaniania przez materiał pary wodnej z

otaczaj

ą

cego powietrza. Higroskopijno

ść

zale

ż

y od wilgotno

ś

ci

powietrza oraz od wła

ś

ciwo

ś

ci samego materiału.

Higroskopijno

ść

mo

ż

e by

ć

przyczyn

ą

zawilgocenia materiałów,

które znajduj

ą

si

ę

w pomieszczeniu i nie maj

ą

kontaktu z wod

ą

.

Do najbardziej higroskopijnych materiałów nale

ż

y chlorek wapnia,

a do najmniej – wyroby ceramiczne.

Właściwości fizyczne

• Kapilarno

ść

To zdolno

ść

podci

ą

gania w gór

ę

wody przez włoskowate kanaliki

materiału (kapilary) stykaj

ą

cego si

ę

z wod

ą

.

Najwi

ę

ksza kapilarno

ść

wyst

ę

puje w materiałach z otwartymi i

poł

ą

czonymi ze sob

ą

porami ( o

ś

rednicy poni

ż

ej 10

-7

m).

• Przesi

ą

kliwo

ść

To zawilgocenie materiału pod wpływem wody pod ci

ś

nieniem.

Wyra

ż

a si

ę

j

ą

ilo

ś

ci

ą

wody w gramach, która w ci

ą

gu godziny

przenika przez 1 cm

2

próbki materiału, przy stałym ci

ś

nieniu.

Przesi

ą

kliwo

ś

c jest wa

ż

n

ą

cech

ą

dla materiałów

hydroizolacyjnych i pokry

ć

dachowych (np.dachówki, papa, lepiki)

Właściwości fizyczne

• Mrozoodporno

ść

To zdolno

ść

materiału nasyconego wod

ą

do przeciwstawiania si

ę

zniszczeniu jego struktury pod wpływem wielokrotnych cykli
zamra

ż

ania i odmra

ż

ania. Podczas zamra

ż

ania woda w porach

materiału zwi

ę

ksza swoj

ą

obj

ę

to

ść

o około 10%, wywołuj

ą

c tym

samym napr

ęż

enia mog

ą

ce zniszczy

ć

struktur

ę

materiału.

Na odporno

ść

na cykliczne zamra

ż

anie

i odmra

ż

anie ma wpływ wielko

ść

porów,

czy pory s

ą

zamkni

ę

te czy otwarte, ich

poł

ą

czenie mi

ę

dzy sob

ą

oraz stopie

ń

nasycenia wod

ą

.

Właściwości fizyczne

Elementy drogowe takie jak: płytki chodnikowe, kostki brukowe,
kraw

ęż

niki drogowe, rabatki chodnikowe musz

ą

by

ć

odporne na

cykliczne zamra

ż

anie i odmra

ż

anie przy udziale soli

odladzaj

ą

cych.

W celu okre

ś

lenia ich odporno

ś

ci wykonuje si

ę

badanie

mrozoodporno

ś

ci, polegaj

ą

ce na zamra

ż

aniu w obecno

ś

ci 3 %

roztworu chlorku NaCl (PN-EN1338, PN-EN1339, PN-EN1340).

Właściwości fizyczne

• Skurcz

To zmiana obj

ę

to

ś

ci lub wymiarów liniowych materiału wilgotnego

przy wysychaniu (drewno, glina) i twardnieniu (beton, zaprawa).

W celu zminimalizowania skurczu przed wypalaniem wyrobów
ceramicznych nale

ż

y je wysuszy

ć

. Ponadto do masy ceramicznej

dodaje si

ę

ś

rodki schudzaj

ą

ce (piasek i łupki kwarcowe, gruz

ceglany mielony), które ograniczaj

ą

skurcz.

W przypadku betonów i zapraw (materiałów wykonanych z
cementu), w trakcie ich twardnienia nale

ż

y zachowa

ć

jak

najwi

ę

ksz

ą

ich wilgotno

ść

(piel

ę

gnacja). Nie nale

ż

y stosowa

ć

równie

ż

wi

ę

kszej ilo

ś

ci cementu ni

ż

500kg na 1m

3

betonu.

Właściwości fizyczne

• Przewodno

ść

cieplna

To przewodzenie przez materiał ciepła w wyniku ró

ż

nicy

temperatur na przeciwległych jego powierzchniach. Okre

ś

la j

ą

współczynnik

λ

, który jest ilo

ś

ci

ą

ciepła przechodz

ą

c

ą

przez

powierzchni

ę

1m

2

grubo

ś

ci 1m w ci

ą

gu 1 godziny przy ró

ż

nicy

temperatur obu powierzchni równej 1

o

K.

Właściwości fizyczne

• Palno

ść

To podatno

ść

materiału budowlanego na zapalanie si

ę

. Wyró

ż

nia

si

ę

:

-

niepalne:

(kamienie, ceramika, beton, metale). Materiały

niepalne pod wpływem działania wysokich temperatur nie
zapalaj

ą

si

ę

, nie

ż

arz

ą

i nie zw

ę

glaj

ą

. Niektóre ulegaj

ą

deformacjom (stal), lub ulegaj

ą

zniszczeniu (granit, marmur, gips,

wapie

ń

);

-

trudno palne:

zapalaj

ą

si

ę

z trudno

ś

ci

ą

,

ż

arz

ą

si

ę

i zw

ę

glaj

ą

, a

usuni

ę

cie ognia powoduje przerwanie procesu palenia (płyty

wiórowo – cementowe, pil

ś

niowe twarde);

-

palne:

łatwo zapalaj

ą

si

ę

płomieniem lub

ż

arz

ą

i proces ten trwa

tak

ż

e po usuni

ę

ciu

ź

ródła ognia.

Właściwości mechaniczne

• Wytrzymało

ść

na

ś

ciskanie

To maksymalne

napr

ęż

enia

ś

ciskaj

ą

ce wyst

ę

puj

ą

ce w chwili

zniszczenia materiału pod działaniem siły zewn

ę

trznej.

Miernikiem wytrzymało

ś

ci na

ś

ciskanie jest stosunek maksymalnej

siły

ś

ciskaj

ą

cej do pola powierzchni, na któr

ą

działa ta siła.

]

[

; MPa

P

F

R

c

c

c

=

gdzie: F

c

- siła

ś

ciskaj

ą

ca

P

c

- pole powierzchni

ś

ciskanej;

Właściwości mechaniczne

Na warto

ść

uzyskanej wytrzymało

ś

ci na

ś

ciskanie maj

ą

wpływ:

- kształt i wielko

ść

badanej próbki (tzw. efekt skali);

- stopie

ń

wilgotno

ś

ci badanego materiału (próbka mo

ż

e by

ć

w

stanie suchym, powietrzno – suchym, wilgotnym, nasyconym
wod

ą

);

- pr

ę

dko

ść

przyrostu napr

ęż

e

ń

w trakcie badania (dla betonu

pr

ę

dko

ść

ta powinna wynosi

ć

: 0,2 - 1,0 MPa/s;

- gładko

ść

powierzchni

ś

ciskanych;

- równoległo

ść

powierzchni

ś

ciskanych;

- prostopadło

ść

powierzchni bocznych próbki wzgl

ę

dem

powierzchni

ś

ciskanych.

Właściwości mechaniczne

• Wytrzymało

ść

na rozci

ą

ganie

To najwi

ę

ksze napr

ęż

enie, jakie wytrzymuje próbka materiału

podczas rozci

ą

gania. Miernikiem wytrzymało

ś

ci na rozci

ą

ganie

jest stosunek siły rozci

ą

gaj

ą

cej do pola powierzchni próbki

materiału przed przyło

ż

eniem siły.

]

[

; MPa

P

F

R

r

r

r

=

gdzie: F

r

– siła rozci

ą

gaj

ą

ca

P

r

– pole przekroju próbki materiału

przed przyło

ż

eniem siły;

Właściwości mechaniczne

• Wytrzymało

ść

na zginanie

To najwi

ę

ksze napr

ęż

enie, jakie wytrzymuje próbka materiału

podczas zginania do momentu jej złamania.

]

[

; MPa

W

M

R

zg

=

4

Pl

M

=

gdzie: M - moment zginaj

ą

cy; P – siła niszcz

ą

ca,

l – rozpi

ę

to

ść

belki mi

ę

dzy podporami

6

2

bh

W

=

gdzie: W- wska

ź

nik wytrzymało

ś

ci przekroju zginanego

belki; b – szeroko

ść

belki; h – wysoko

ść

belki

Właściwości mechaniczne

• Spr

ęż

ysto

ść

To zdolno

ść

materiału do przyj

ę

cia pocz

ą

tkowej postaci z

chwil

ą

usuni

ę

cia działaj

ą

cej siły zewn

ę

trznej, która spowodowała

odkształcenie materiału

.

• Pełzanie

To ci

ą

gły wzrost odkształce

ń

plastycznych (trwałych

odkształce

ń

) materiału bez zmiany warto

ś

ci działaj

ą

cej siły

zewn

ę

trznej.

• Krucho

ść

Jest to zjawisko nagłego zniszczenia materiału pod

wpływem działania sił, bez wyra

ź

nych oznak odkształce

ń

poprzedzaj

ą

cych ten proces.

Właściwości mechaniczne

•

Ś

cieralno

ść

Jest to podatno

ść

materiału do zmniejszania masy lub obj

ę

to

ś

ci

pod wpływem czynników

ś

cieraj

ą

cych. (tarcza Boehmego, aparat

Alpha dla drewna; aparat Stuttgart dla podłogowych wyrobów
sztucznych; b

ę

ben Los Angeles dla kruszyw do nawierzchni

drogowych).

Tarcza Böhmego: 1) badana
próbka w uchwycie, 2) pas

ś

cierania (posypany proszkiem

ś

ciernym),

3) tarcza obrotowa

Właściwości mechaniczne

• Twardo

ść

Jest to odporno

ść

materiału na odkształcenia trwałe przy

wciskaniu we

ń

innego twardego materiału. Metody: Brinnela,

Rockwella, Janki (twardo

ść

drewna), skala Mohsa.

• Udarno

ść

Jest to odporno

ść

materiału na uderzenia dynamiczne. Badanie

wykonuje si

ę

przez opuszczanie z wysoko

ś

ci metalowej kuli na

badany materiał lub przy u

ż

yciu aparatu Martena.