Будівельні матеріали, іх властивості

     Звукопоглинальні матеріали забезпечують також потрібну тривалість реверберації - поступового згасання звуку в закритих об’ємах (приміщеннях). Тривалість реверберації залежно від інтер’єру приміщення й частоти коливань становить 0,2...2,0 с.

До відомих звукопоглинальних матеріалів належать мінераловатні та скловолокнисті плити, що мають відкриту пористість не менше ніж 75%.

Для підвищення                      Для підвищення звукопоглинання в області низьких частот збільшують товщину матеріалів, влаштовують прошарки повітря між матеріалами. Високе звукопоглинання в широкому діапазоні частот забезпечується також комбінацією перфорованого покриття з пористим матеріалом.

Електрофізичні властивості. Однією з основних електрофізичних властивостей матеріалів є електропровідність - здатність проводити електричний струм. Її вимірюють відношенням 
густини струму до напруженості електричного поля(питома електрична провідність). Цей показник для електропровідних матеріалів дорівнює 10⁴... 10⁶ Ом^-1см^-1 , напівпровідників-10^-10-10⁴ Ом^-1см^-1 ,ефект-

роізоляційних менш 10 Ом^-1см^-1 . Для провідників та напівпровідників характерна електронна провідність, для різних видів електроізоляторів (діелектриків) - переважно іонна. Іонна електропровідність зростає з підвищенням температури. Домішки, підвищуючи коефіцієнт дифузії, також сприяють збільшенню електропровідності матеріалів з іонною електропровідністю. Вплив пористості на електропровідність подібний до її впливу на теплопровідність. Незначна кількість ізольованих рівномірно розміщених пор зменшує електропровідність майже пропорційно зростанню пористості. Із збільшенням пористості її вплив на електропровідність зростає.

Характерні тверді електропровідні матеріали - метали та їхні сплави; електроізоляційні - кераміка, скло, слюда, азбест.

Властивістю, оберненою до електропровідності, є електричний опір. Він залежить від мінерального та хімічного складу, структури, вологості, тиску й температури. Наприклад, оксиди Si0₂, MgO, А1₂О₃ підвищують електричний опір, a Na₂0, Н₂0, Fe₂0₃, FeO - зменшують.

Характерним процесом для будь-якого матеріалу, що входить до групи діелектриків, є поляризація - обмежене зміщення зарядів або орієнтація дипольних молекул. Про явища, зумовлені поляризацією, можна судити за значенням діелектричної проникливості, а також за величиною кута діелектричних втрат, якщо поляризація діелектрика супроводжується розсіюванням енергії, що спричинює розігрів діелектрика.

Діелектрична проникність матеріалів показує у скільки разів напруженість електричного поля в електроізоляційному матеріалі менша за напруженість зовнішнього електричного поля. Найбільша діелектрична проникність (до 10⁴... 10⁵) характерна для сегнетоелектриків (титанат барію, нітрат натрію тощо), найменша (1...10) - для твердих діелектриків, які складаються з нейтральних молекул. Для твердих діелектриків значення дорівнює квадрату показника заломлення світла. До діелектриків з порівняно низькою діелектричною проникністю належать скло ряд полімерів . Діелектрична проникність матеріалів залежить переважно від температури й частоти прикладеної напруги.

Будь-який діелектрик може бути використаний при напругах, які не перевищують граничних значень, характерних для нього в певних умовах. При вищих напругах настає явище пробою діелектриків і повна витрата ним ізоляційних властивостей. Здатність матеріалів витримувати напругу (електрична міцність) характеризується величиною пробивної напруженості електричного поля.

Радіаційно-фізичні властивості. Різні матеріали неоднаковою мірою поглинають іонізаційні випромінювання. Теплові нейтрони ефективно поглинаються матеріалами, що містять атоми бору, кадмію, самарію, гафнію та ін. Для матеріалів, які поглинають випромінювання, часто використовують елементарний бор. нітрид або карбід бору, а також бористу сталь.

Для послаблення потоку швидких нейтронів у матеріалах використовують легкі елементи (водень, літій, берилій, бор, вуглець) разом з елементами, які ефективно поглинають теплові нейтрони.

Поглинання у - випромінювання підсилюється у щільних матеріалів. Тому для поглинання цього випромінювання використовують чавун, сталь, свинець, свинцеві стекла, а найчастіше звичайний бетон. Якщо потрібно зменшити товщину захисного шару, то застосовують особливо важкий бетон, густина якого становить 6000 кг/м³ і більше. Підвищення вмісту в бетоні легких елементів (водень, бор) дає змогу використовувати його одночасно для поглинання як у -, так і нейтронного випромінювання.

Радіаційна стійкість. Це стійкість матеріалів до дії іонізаційного випромінювання. Її слід враховувати при зведенні конструкцій та споруд атомних електростанцій, підприємств з виробництва ізотопів та ін. Серед усіх відомих експлуатаційних факторів, що діють на матеріали, опромінення є найсильнішим. Ступінь і глибина якісних змін матеріалів залежить від дози опромінення. Основними параметрами іонізаційного опромінення є щільність потоку частинок або квантів та їхня енергія.

    Іонізаційне випромінювання може зумовлюватися зарядженими частинками - електронами, протонами, мезонами, у - випромінюванням і нейтронами. У реальних умовах матеріали експлуатуються при комплексній дії випромінювання різних видів. Іонізація діє на структуру матеріалів, що призводить до розривання хімічних зв’язків та іонізації молекул, зміщення атомів у кристалічній границі та її деформації. При цьому за рахунок передачі матеріалу великої кількості енергії він може нагріватись, обпалюватись і переходити з кристалічного стану в аморфний.

Радіаційні дефекти структури матеріалів, що виникають, призводять до розвитку внутрішніх напруг, деформацій, тріщин і нарешті до повного руйнування. Змінюються також пружні характеристики, температурна деформативність, теплопровідність, густина та інші властивості матеріалу.

У табл. 3.3 наведено результати впливу опромінення на властивості деяких матеріалів.

Таблици 3.3. Радіаційна стійкість матеріалів

Матеріал	Інтегральний потік швидких нейтронів, нейт/(см~ • с)	Результат впливу Випромінювання
Германій	1014	Змінюються напівпровідникові властивості
Скло	10й	Забарвлюється
Метали	10'4...Ю19	Помітно зростає межа плинності
Вуглецева	1018...ІО19	Зменшується ударна в’язкість
сталь
Кераміка	І О20	Зменшується теплопровідність, густина. аморфізусться структура
Вуглецева	ІО20	Зменшується пластичність, подвоюєть
сталь	1020...Ю21	ся межа плинності, збіль-шується температура переходу від в’язкого руйнування до крихкого
Нержавіюча		Втричі зростає межа плинності
сталь
Сплави	1021	Зменшується пластичність без повного
алюмінію	1021	перетворення в крихкий стан
Нержавіюча		Те саме
сталь

 

Радіаційна стійкість матеріалів залежить від складу й структури їх. Наприклад, радіаційна стійкість гірських порід та інших кам’яних матеріалів зростає, якщо збільшується в їхньому складі аморфна фаза та зменшується розмір кристалів. Для бетонів і розчинів позитивне значення має збільшення об’єму цементного каменю, зменшення круп- ності заповнювача.

Підвищену радіаційну стійкість мають нержавіючі сталі, дисперсно зміцнені сплави, сплави хрому, цирконію, ванадію та ніобію.

Серед неметалевих матеріалів високу радіаційну стійкість мають бетони та інші неорганічні матеріали.

3 Корозійна стійкість

Корозія (від лат. corrosio - роз’їдання) - руйнування матеріалів під впливом агресивного середовища. За ступенем впливу на будівельні конструкції середовища поділяють на неагресивні (Н), слабкоагресив- ні (СЛ), середньоагресивні (СР) і сильноагресивні (СИ). В основу класифікації покладено відносне зниження міцності матеріалу в зоні корозії і зовнішнє проявлення ознак корозії в результаті експлуатації конструкцій протягом одного року (табл. 3.4).

Розрізняють газоподібні, рідкі й тверді агресивні середовища. Залежно від виду й концентрації газоповітряні середовища умовно поділяють на чотири групи: А. В, С, D (табл. 3.5). В міру зростання розчинності газів у воді, підвищення температури й вологості агресивність газоповітряних середовищ зростає. Наприклад, якщо за відносної вологості W < 60% середовище групи С відносно бетону й азбестоцементу є слабкоагресивним, то при W = 61...75% воно стає середньо-, а при W > 75% - сильноагресивним.

Таблиця 3.4. Ступінь впливу агресивного середовища

Показник корозії	Ступінь агресивності середовища
	Н	СЛ	СР	СИ
Зниження міцності, % Зовнішні ознаки	Немає Немає	< 5 Слабке поверхневе руйнування матеріалу	5...20 Пошкодження кутів або волосяні тріщини	>20 Яскраво виражене руйнування матеріалу

 

Під впливом кисню або озону розвивається окислювальна деструкція полімерів. Цьому сприяє також світло, вологість, дія теплоти.Зміни, які при цьому спостерігаються, називають старінням.

Ступінь агресивного впливу рідких середовищ визначається концентрацією агресивних речовин, температурою, напором або швидкістю руху рідини поблизу поверхні матеріалу. До агресивних речовин, розчинених у воді, можуть належати кислоти, їдкі луги, солі. Зокрема щодо цементних бетонів, то агресивний вплив води залежить головним чином від концентрації іонів водню pH, вмісту вільної вуглекислоти, магнезіальних солей та сульфатів.

 

   Таблиця 3.5. Класифікація газоповітряних агресивних середовищ

 

Г аз	Нормативна концентрація газу, мг/м3, у середовищі групи
	А	В	С	D
Діоксид вуглецю	до 2000	> 2000	-	-
Сірчистий ангідрид	до 0,5	О L/i О	10 ... 200	> 200
Фтористий водень	до 0,05	0.05...5	5...10	>10
Сірководень	до 0,01	0.01 ...5	5...100	>100
Оксид азоту	до 0,10	0.10...5	5...25	>25
Хлор	до 0,10	0J0...1	1...5	>5
Хлористий водень	до 0,05	0,05...5	5...10	>10

 

Агресивні властивості води визначаються ступенем її мінералізації. жорсткості, а також кислотності й лужності. Вода річок і озер має слабколужну реакцію. Загальний вміст солей у річкових водах не перевищує 0,3...0,5 г/л. Грунтові та підземні природні води містять підвищену кількість мінеральних солей та інших домішок. Морська (океанська) вода може містити до 35 мг/л солей, з них до 78% хлориду натрію, близько 11% сульфатів магнію, кальцію, калію.

В.М. Москвін стосовно матеріалів на основі цементного каменю, які експлуатуються у воді, виділив три основних види хімічної корозії: розчинення цементного каменю у воді; реакції обміну між компонентами цементного каменю і розчинними речовинами у воді; руйнування цементного каменю внаслідок кристалізації в його порах малорозчинних солей - продуктів взаємодії.

Корозійну стійкість мінеральних матеріалів визначають най- слабкіші компоненти, що входять до їхнього складу (як правило, цементувальні речовини).

Стійкість мінеральних матеріалів до лужних і кислих розчинів залежить від складу і структури їх. Неметалеві кислостійкі матеріали за хімічним складом подані переважно кислотними, лугостійкі - основними оксидами. Наприклад, силікатні матеріали (скло, кварц, азбест тощо), які містять головним чином оксид кремнію, стійкі до дії кислот, але здатні взаємодіяти з лугами, а цементний камінь, вапняк, мармур, до складу яких входить оксид кальцію. - лугостійкі, але легко руйнуються під дією кислот.