CECHY FIZYKO-MECHANICZNE MATERIAA
ÓW
CECHY FIZYCZNE
1. G
STOŚĆ
Jest to stosunek masy próbki do jej objętości absolutnej (bez porów)
m
Å‚ = [Mg/m3], [g/cm3], [kg/m3]
v
gdzie: m  masa próbki w Mg, kg, g
v  objętość próbki w m3, cm3
2. G
STOŚĆ POZORNA
Jest to stosunek masy próbki do jej objętości łącznie z porami
m
Á = [Mg/m3] , [g/cm3], [kg/m3]
vo
gdzie: m  masa próbki w Mg, kg, g
vo - objętość próbki łącznie z porami, w m3, cm3
3. G
STOŚĆ NASYPOWA
Jest to stosunek masy próbki do jej objętości. Dotyczy ona materiałów ziarnistych  kruszyw.
Uwzględnia porowatość ziaren oraz przestrzeni międzyziarnowych.
4. SZCZELNOŚĆ
Określa ona jaka część całej objętości materiału przypada w procencie na samą masę
materiału.
Á
s = Å"100 [%]
Å‚
5. POROWATOŚĆ
Porowatość określa jaka część całej objętości w procencie przypada na pory.
p = (1  s) · 100 [%]
6. WILGOTNOŚĆ
Wilgotność jest to stan zawilgocenia materiału w chwili badania i określa się ją jako stosunek
masy wody zawartej w próbce do masy materiału suchego.
mw - ms
w = Å"100 [%]
ms
gdzie: mw  masa próbki wilgotnej w g
ms  masa próbki wysuszonej w g
1
7. ZAWILGOCENIE SORPCYJNE
Jest to zdolność do zawilgocenia materiału spowodowana wchłanianiem przez ten materiał
pary wodnej z powietrza w określonej temperaturze i przy określonej wilgotności powietrza.
Oblicza siÄ™ ze wzoru jak w p. 6.
8. HIGROSKOPIJNOŚĆ
Wilgotność higroskopijna jest to zawilgocenie spowodowane pochłonięciem przez materiał z
powietrza określonej ilości pary wodnej, w warunkach określonej temperatury powietrza i
wilgotności względnej powietrza równej 97ą3%. Oblicza się ją jak w p. 6.
9. NASI
KLIWOŚĆ
Jest to zdolność wchłaniania przez materiał wody przy ciśnieniu atmosferycznym. Zale\
y ona
od ilości porów i ich charakteru, tzn. obecności połączeń i mo\
liwości przenikania wody do
wnętrza materiału. Rozró\
nia się trzy rodzaje nasiąkliwości: masową, objętościową i
względną.
9.1. Nasiąkliwość masowa
Określa stosunek masy wody zawartej w nasiąkniętej próbce materiału do masy próbki w
stanie suchym. Nasiąkliwość masową oblicza się ze wzoru:
mn - ms
nm = Å"100 [%]
ms
gdzie: nm  nasiąkliwość masowa w %
mn  masa próbki wilgotnej (nasiąkniętej), g
ms  masa próbki wysuszonej, g
9.2. Nasiąkliwość objętościowa
Jest stosunkiem masy wody zawartej w nasiąkniętej próbce do objętości tej próbki.
Nasiąkliwość objętościową oblicza się ze wzoru:
mn - ms
nobj = Å"100 [%]
vs
gdzie: nobj  nasiąkliwość objętościowa, %
mn  masa próbki nasiąkniętej do stałej masy, g
ms  masa próbki suchej, g
vs  objętość próbki, cm3
9.3. Nasiąkliwość względna
Jest to stosunek nasiąkliwości objętościowej po gotowaniu do porowatości tego materiału.
Oblicza siÄ™ jÄ… ze wzoru:
nog
nwz =
p
gdzie: nwz  nasiąkliwość względna
nog  nasiąkliwość objętościowa po gotowaniu
p  porowatość obliczona jak w p. 5
2
10. STOPIEC
NASYCENIA
Wyra\
a stosunek nasiąkliwości objętościowej do nasiąkliwości objętościowej maksymalnej
(po gotowaniu). Oblicza siÄ™ jÄ… ze wzoru:
no
k =
no max
gdzie: k  stopień nasycenia
no  nasiąkliwość objętościowa
no max  nasiąkliwość objętościowa maksymalna lub po gotowaniu
11. PRZESI
KLIWOŚĆ
Przesiąkliwość materiału jest to jego zdolność do przepuszczania wody, która przenikając
przez ten materiał znajduje się pod określonym ciśnieniem. Miarą przesiąkliwości jest
objętość wody przechodzącej przez jednostkę powierzchni materiału w ciągu jednostki czasu.
Dla niektórych materiałów przesiąkliwość określa się jedynie opisowo (dachówki, papy).
Przesiąkliwość oblicza się ze wzoru:
m3
p = [m/s]
m2 Å" s
12. KAPILARNE PODCI
GANIE WODY
Jest to zdolność wznoszenia się wody w kapilarach materiału w wyniku działania sił
kapilarnych. Miarą własności kapilarnych danego materiału jest wysokość kapilarnego
podciągania wody, podawana w [m] w czasie lub masa wody wnikająca w próbkę przez znaną
powierzchnię tej próbki w określonym czasie.
13. WSPÓA
CZYNNIK ROZMI
KANIA
Współczynnik rozmiękania k charakteryzuje przydatność materiału do stosowania go w
warunkach zwiększonego zawilgocenia. Materiały, których współczynnik k jest mniejszy od
0,8 nie mogą być stosowane w miejscach nara\
onych na stałe zawilgocenie. Współczynnik
ten oblicza siÄ™ ze wzoru:
Rn
k =
Rs
gdzie: Rn  wytrzymałość materiału nasyconego wodą
Rs  wytrzymałość materiału w stanie suchym
14. PAROPRZEPUSZCZALNOŚĆ
Paroprzepuszczalność materiału jest to jego zdolność do przepuszczania pary wodnej.
Zdolność tę charakteryzuje masa pary wodnej, która przenika przez jednostkę powierzchni i
grubości materiału w jednostce czasu i przy ró\
nicy ciśnień po obu stronach materiału równej
jednostce. Paroprzepuszczalność okreÅ›la współczynnik paroprzepuszczalnoÅ›ci ´ [g/(m·h·Pa)].
´
´
´
Wartość współczynnika zale\
y od temperatury materiału oraz jego zawilgocenia.
Paroprzepuszczalność materiałów powłokowych (izolacyjnych) określa się oporem
paroprzewodnoÅ›ci R [(m2·h·Pa)/g]. W tym przypadku nie uwzglÄ™dnia siÄ™ gruboÅ›ci materiaÅ‚u.
3
15. INFILTRACJA
Jest to zdolność materiału do przepuszczania powietrza. Współczynnik infiltracji określa
masa powietrza przenikającego przez jednostkę powierzchni i grubości materiału w jednostce
czasu i przy ró\
nicy ciśnień po obu stronach równej jednostce.
16. MROZOODPORNOŚĆ
Mrozoodporność materiału określa jego odporność na niszczące działanie zamarzającej w
porach materiału wody. Miarą mrozoodporności jest:
a) strata masy po pełnej ilości cykli badania w %
b) spadek wytrzymałości po badaniach
Rc2
= Wz
Rc1
c) zmiany w wyglądzie zewnętrznym, wystąpienie zmian, zniszczeń, spękań, złuszczeń.
Badanie mrozoodporności polega na wielokrotnym (ilość cykli przewidują odpowiednie
normy) zamra\
aniu nasyconego wodą materiału, a następnie rozmra\
aniu. Ilość cykli mo\
e
wynosić od kilku do kilkuset.
17. PRZEWODNICTWO CIEPLNE
Jest zdolnością materiału do przewodzenia ciepła od jednej powierzchni do drugiej. Zdolność
tę charakteryzuje współczynnik przewodzenia ciepła . Jest to ilość ciepła jaka przechodzi



przez powierzchnię 1 m2 ściany posiadającej 1 m grubości w ciągu 1 godziny i przy ró\
nicy
temperatur po obu stronach równej 1 K. Wymiar współczynnika  [w/(m·K)].
18. POJEMNOŚĆ CIEPLNA
Jest to zdolność materiału do pochłaniania i kumulowania ciepła w czasie ogrzewania. Ilość
ciepła Q potrzebna do ogrzewania materiału od temperatury t1 do temperatury t2 wyra\
a siÄ™
wzorem:
Q = m · c(t2  t1) [J]
gdzie: c  ciepÅ‚o wÅ‚aÅ›ciwe [J/kg · K]
m  masa próbki w kg
t1 i t2  temperatura w K
Pojemność cieplna posiada znaczenie przy ocenie właściwości izolacyjnych przegród
zewnętrznych (bezwładność termiczna przegrody jest cechą korzystną).
19. CIEPA
O WA
AÅšCIWE
Jest to ilość ciepła w J potrzebna do ogrzania 1 kg materiału o 1o. Wylicza się je ze wzoru:
Q
c = [J/kg·K]
m(t2 - t1)
gdzie: Q  ilość ciepła potrzebna do ogrzania materiału o 1o
m  masa materiału w kg
20. ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA
Rozszerzalność cieplna materiałów jest cechą polegającą na zmianie wymiarów (długości,
względnie objętości) pod wpływem zmian temperatury. Zdolność materiału do zmian
4
liniowych i zmian objętości określa współczynnik rozszerzalności liniowej ą i współczynnik
Ä…
Ä…
Ä…
rozszerzalnoÅ›ci objÄ™toÅ›ciowej ². Współczynnik rozszerzalnoÅ›ci liniowej Ä… jest to Å›redni
Ä…
Ä…
Ä…
przyrost długości przypadający na jednostkę pierwotnej długości lo i na 1 K ogrzania:
"l
Ä… =
lo Å" "t
gdzie: "l  przyrost długości próbki, mm lub cm
lo  pierwotna długość próbki, mm lub cm
"t  przyrost temperatury, K
stÄ…d: "l = Ä… · l · "t
Współczynnik rozszerzalności objętościowej jest to średni przyrost objętości przypadający na
jednostkę pierwotnej objętości i na 1o ogrzania
vt - v
² =
v Å" "t
gdzie: vt  objętość próbki przy ogrzaniu o "t
v  objętość próbki przed ogrzaniem
stÄ…d: vt = v (1 + ² · "t)
CECHY MECHANICZNE
Cechy mechaniczne charakteryzują odporność materiału na działanie sił powodujących
niszczenie ich struktury. Cechy te zale\
ą od budowy wewnętrznej materiału, jego
porowatości, stanu zawilgocenia, kierunku działania sił przy materiałach anizotropowych,
temperatury.
1. WYTRZYMAA
OŚĆ NA ŚCISKANIE
Jest to największe naprę\
enie, jakie wytrzymuje próbka materiału podczas zgniatania. Siła
działa prostopadle do powierzchni próbki. Wytrzymałość na ściskanie oblicza się ze wzoru:
Pc
Rc = [MPa]
A
gdzie: Pc  siła statyczna niszcząca, N
A  powierzchnia ściskana, m2
2. WYTRZYMAA
OŚĆ NA ROZCI
GANIA
Jest to największe naprę\
enie, jakie wytrzymuje próbka materiału podczas rozciągania.
Oblicza siÄ™ jÄ… ze wzoru:
Pr
Rr = [MPa]
A
gdzie: Pr  siła statyczna niszcząca (rozrywająca), N
A  pierwotny przekrój poprzeczny próbki, m2
5
3. WYTRZYMAA
OŚĆ NA ROZCI
GANIE PRZY ZGINANIU
Jest to naprÄ™\
enie określone stosunkiem momentu zginającego M do wskaz
nika
wytrzymałości przekroju W. Wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu oblicza się ze
wzoru:
M
Rg = [MPa]
W
gdzie: M  moment zginajÄ…cy, Nm
W  wskaz
nik wytrzymałości przekroju, m3
4. WYTRZYMAA
OŚĆ NA ŚCINANIE
Określa się ją stosunkiem siły ścinającej próbkę do jej przekroju:
Ps
Rs = [MPa]
A
5. TWARDOŚĆ
Twardość materiału jest to jego odporność na odkształcenia wywołane działaniem skupionego
nacisku. Ta właściwość materiału związana jest z budową wewnętrzną ciała i zale\
y od
rodzaju sił wią\
ących atomy, jony lub cząsteczki. Twardość, podobnie jak wytrzymałość,
zwiększa się ze wzrostem wielkości tych sił. Twardość materiałów bada się ró\
nymi
metodami, zale\
nie od ich rodzaju. Stosowane są tu następujące metody:
" skala Mohsa dla minerałów,
" wgniatanie kulki stalowej  drewno, metale, tworzywa sztuczne
" wgniatanie sto\
ka diamentowego  metale.
6. ŚCIERALNOŚĆ
Ścieralność materiału jest to jego podatność na ścieranie. Dla oceny ścieralności stosowane są
ró\
ne metody, zale\
nie od rodzaju materiału. Określana mo\
e być strata wysokości próbki lub
strata masy przy ścieraniu jednej płaskiej powierzchni, np. materiały posadzkowe lub
drogowe. W przypadku kruszyw określa się stratę masy przy ścieraniu ziaren na całej ich
powierzchni (bęben Dedala).
7. KRUCHOŚĆ
Kruchość polega na niszczeniu materiału pod działaniem sił zewnętrznych, bez wystąpienia
odkształceń plastycznych. Kruchość, podobnie jak plastyczność, zale\
y od temperatury i
sposobu obciÄ…\
enia. Materiały kruche z
le znoszÄ… obciÄ…\
enia rozciÄ…gajÄ…ce i obciÄ…\
enia
dynamiczne.
8. UDARNOŚĆ
Zdolność materiału do przejęcia nagłych uderzeń. Odporność na uderzenie.
To odporność na działanie trójosiowych naprę\
eń dynamicznych. Miarą udarności jest
wartość energii koniecznej do zniszczenia próbki obcią\
onej udarowo.
na podstawie:
Domin T.: Materiały budowlane. Podręcznik dla studentów wy\
szych szkół technicznych,
Politechnika Krakowska, Kraków, 1992.
6