Фізичні властивості твердих речовин.

Фізичні властивості характеризують фізичний стан матеріалів, тобто його щільність і структуру, а також визначають їх відношення до різноманітних фізичних факторів середовища, враховуючи, що фізичні впливи не змінюють електронну будову складників матеріалу - його атомів, іонів та молекул.

Найбільш важливими властивостями цієї групи є: середня, істинна та насипна щільність, пористість, вологість, водопоглинання, водопроникність, газо - і паропроникність, теплопровідність, теплоємність і колір матеріалів. Основними структурними характеристиками матеріалів, які визначають їхні технічні властивості є щільність і пористість. Порами умовно називаються повітряні осередки в самій речовині, з якої складається матеріал, а пустотами - повітряні порожнини між окремими частками матеріалу.

Виходячи з цього поняття середньої щільності (або просто щільності) визначається як фізична величина, яка дорівнює відношенню маси матеріалу до всього об'єму, який він займає, включаючи наявні в ньому порожнечі і пори в природному вигляді:

Де: r_o - середня щільність, г/см³;

m - маса зразка матеріалу, г;

Vo - об'єм зразка матеріалу в см³ в природному вигляді.

Істинна щільність визначається масою не всього видимого об'єму зразка матеріалу, а об'єму тільки твердої його частини без урахування пор і порожнин:

Таким чином, істинна щільність - це щільність самої речовини, з якої складається матеріал в абсолютно щільному стані. У щільних без пористих матеріалів, таких як алюміній, сталь або скло істинна щільність практично рівна середній. Істинна щільність речовин - є їх фізичною константою, яку не можна регулювати як величину середньої щільності.

Пористість - це ступінь заповнення об'єму матеріалу порами:

Пористість можна також розрахувати, виходячи з значень середньої і істинної щільності матеріалу:

Величина пористості як і розміри пор в матеріалах змінюютьcя в достатньо широких межах: від 0,2 % у граніту і інших щільних гірських породах до 85 % в комірковому бетоні.

Від величини пористості, розміру і форми пор, їх характеру (замкнуті або відкриті) залежить багато важливих властивостей матеріалів: щільність, міцність, морозостійкість, корозійна стійкість, водонепроникність, теплопровідність тощо. Для будівельних матеріалів, які часто використовуються у вигляді пухких зернистих, порошкоподібних або волокнистих матеріалів, наприклад у цементу, вапна, піску, гравію, щебеню, шлаку і скловати практичне значення має так звана насипна щільність.

Насипна щільність - маса одиниці об'єму пухких насипних матеріалів. Насипна щільність враховує порожнини, що утворюються в об'ємі насипаного (шматків або волокон) матеріалу. Крім того, структуру всіх капілярно-пористих тіл можна охарактеризувати загальною пористістю (П₀); інтегральною або відкритою пористістю (П_и), що визначається відношенням сумарного об'єму всіх пор, що зв‘язані між собою і з поверхнею матеріалу, до об'єму матеріалу, а також, закритою пористістю (П_з).

де: m_сух - маса зразка в сухому стані;

m_нас - маса зразка в насиченому водою стані;

V_o - об'єм сухого зразка;

- щільність води.

Ряд фізичних властивостей матеріалів, що характеризують їх ставлення до води, називають гідрофізичними.

Вологість (водопоглинання) матеріалу () - це відношення кількості вологи, що міститься в ньому, до маси матеріалу в абсолютно сухому стані:

де, m_сух - маса сухого зразка, г;

m_вол - маса вологого зразка, г;

Водопоглинання може розраховуватися і по відношенню до об'єму матеріалу, виражаючи завдяки цьому ступінь заповнення цього матеріалу водою.

Слід мати на увазі, що зі збільшенням вологості знижується міцність та морозостійкість матеріалів і виробів, та підвищується середня щільність і теплопровідність, що необхідно враховувати при їх використанні. Для зменшення водопоглинання штучних матеріалів необхідно прагнути отримувати замкнуті дрібні пори, рівномірно розподілені по об'єму матеріалу.

З поняттям водопоглинання тісно зв'язане поняття водопроникності. Водопроникність - спроможність матеріалу фільтрувати через себе воду під дією одностороннього тиску. Чисельним показником водопроникності є коефіцієнт фільтрації (К_ф), рівний кількості води, що профільтрувалась через тіло матеріалу площею 1 м² за 1 секунду при заданому тиску води, або марка водопроникності (v), що означає величину одностороннього гідростатичного тиску, при якому зразок - циліндр не пропускає воду в умовах стандартного іспиту. Між К _ф і v існує тісний зв'язок. Так, для бетону марки по водопроникності відповідають К _ф= 0.1 м/с, і v = 0.04 м/с, К _ф= 0.015 м/с і v =0.005 м/с.

Однім з показників фізичної взаємодії води з капілярно-пористими матеріалами є - капілярне всмоктування. Воно має місце, наприклад, в тому випадку, якщо частина конструкції знаходиться в контакті з вологим ґрунтом, і призводить до підйому води по капілярам у вище розташовані шари матеріалу, зволожуючи їх.

Спроможність поглинати водяні пари з повітря характеризує гігроскопічність матеріалів і їх адсорбційні властивості.

Говорячи про повітропроникність, слід мати на увазі, що матеріали стінових конструкцій повинні в певній мірі характеризуватися цією властивістю для того, щоб забезпечити через зовнішні стіни житлових будинків природну вентиляцію.

Створення газонепроникних конструкцій необхідно при зберіганні газів в ємностях і в спорудах, в яких не допускається проникнення шкідливих газів або зараженого повітря.

До гідрофізичних явищ відносяться, також, вологісні деформації матеріалів, пов'язані з їх набуханням і усадкою. При насичуванні матеріалів водою відбувається їх набухання, а при висушуванні - усадка. Багаторазове поперемінне зволоження і висушування матеріалів є небезпечним, оскільки призводить до накопичування в них залишкових деформацій, появі тріщин і зниженню міцності.

Висновок. В залежності від термодинамічних умов більшість речовин у природі знаходяться в 4-х агрегатних станах: твердому, рідкому, газоподібному та плазмовому.

Дата добавления: 2015-08-18