Относительная плотность выражает плотность материала по отношению к плотности воды (это величина безразмерная).
Строительные материалы по своей структуре пористые. Исключение составляют металлы, мономинералы, стекло. Пористость материалов обычно колеблется в довольно широких пределах – от 0 до 98 %. Для кровельных материалов важное значение имеет не абсолютная величина пористости, а соотношение открытых и закрытых пор. Открытые поры сообщаются с окружающей средой и между собой и при обычных условиях могут заполняться водой. Открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглащение материала и ухудшают его морозостойкость, что неприемлемо для кровельных материалов.
Пористый материал обычно содержит как открытые, так и закрытые поры, увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает его долговечность. Все свойства материала определяются его составом, строением и, главное, величиной и характером пористости.
Гидрофизические свойства
Гигроскопичность – свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из влажного воздуха. Этот процесс, называемый сорбцией, обратимый. Волокнистые материалы со значительной пористостью, например, теплоизоляционные и стеновые, обладают развитой внутренней поверхностью пор и поэтому высокой сорбционной способностью. У кровельных материалов, наоборот, сорбционная способность низкая из-за малой внутренней поверхности пор.
Водопоглащение – способность материала поглощать и удерживать воду. Водопоглащение характеризует в основном открытую пористость, так как вода не проходит в закрытые поры. Все кровельные материалы имеют незначительную величину водопоглащения. Водопоглащение ухудшает основные свойства кровельных материалов: увеличивает относительную плотность, материал набухает, его прочность и морозостойкость снижаются.
Степень снижения прочности материала при предельном его водонасыщении называется водостойкостью. Водостойкость численно характеризуется коэффициентом размягчения Кразм, который показывает степень снижения прочности в результате насыщения материала водой.
Водопроницаемость – способность материала пропускать воду под давлением. Степень водопроницаемости зависит от пористости материала, формы и размеров пор. Чем больше в материале замкнутых пор и пустот, тем меньше его водопроницаемость. Кровельные материалы должны иметь низкую водопроницаемость, они относятся к плотным материалам (их относительная плотность близка к единице). Стекло, сталь, полиэтилен, битум и др. практически водонепроницаемы.
Водонепроницаемость рулонных кровельных материалов определяется по времени, в течение которого образцы не пропускают воду при постоянном гидростатическом движении.
Влажность – это степень содержания влаги в материале. Влажность материала зависит от влажности окружающей среды, свойств и структуры самого материала. В кровельных материалах показатель влажности близок к нулю.
Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать требуемое число циклов попеременного замораживания и оттаивания. В зависимости от числа циклов, которые выдержал материал, устанавливается его марка по морозостойкости.
Благодаря высокой плотности и низкому водопоглощению кровельные материалы имеют высокую морозостойкость.
Теплотехнические свойства
Теплопроводность – это способность материала передавать теплоту через свою толщу при наличии раз нос ти температур по обе стороны материала. Тепло про водность зависит от вида материала, пористости, ха рак тера пор, его влажности и плотности, а также от сред ней температуры, при которой происхо дит пе ре – дача теплоты. Значение теплопроводности характеризуется коэффициентом теплопроводности. С увеличением влажности материала коэффициент теплопроводности резко возрастает, т. к. снижаются показатели теплоизоляционных свойств материала (рис. 12).
Рис. 12. Зависимость теплопроводности неорганических веществ от плотности: 1 – материалы, насыщенные водой; 2, 3 – воздушно-сухие материалы с разной влажностью; 4 – сухие материалы
На заметку
Так как кровельные материалы имеют высокую плотность и не применяются на границе разных температур, теплопроводимость у них значительная. При необходимости теплоизоляции в покрытиях крыш устраивают теплоизоляционные слои.
Огнестойкость – это способность материала выдерживать без разрушений одновременное действие высоких температур и воды. Пределом огнестойкости конструкции называют время (в часах) от начала огневого испытания до появления одного из следующих признаков разрушения: сквозных трещин, обрушения, повышение температуры на необогреваемой поверхности.
По огнестойкости строительные материалы, включая кровельные, делятся на три группы:
• несгораемые,
• трудносгораемые,
• сгораемые.
Несгораемые материалы под воздействием высоких температур или огня не тлеют и не обугливаются (например, черепица); трудносгораемые – с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но происходит это только при наличии огня (например, кровельная сталь); сгораемые материалы воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня (например, дерево, рубероид, стеклопластик).
Огнеупорность – способность материала противостоять длительному воздействию высоких температур без деформаций и не расплавляясь.
По степени огнеупорности материалы подразделяются на:
• огнеупорные (выдерживают действие температур более 1580 °C),
• тугоплавкие (выдерживают температуру 1360-1580 °C),
• легкоплавкие (выдерживают температуру до 1350 °C).
Теплостойкость и температуроустойчивость – это способность материала сохранять форму, не стекать и не сползать с поверхности конструкции под определенным уклоном и при определенной температуре. Эта температура зависит от структуры материала, его физико-механических свойств, вида и количества заполнителя. Это свойство очень важно для органических вяжущих веществ (битумы, дегти, пластмассы), которые при температуре выше температуры теплостойкости теряют свои вязкие свойства и перестают выполнять роль вяжущего. Например, теплостойкость битумной изоляции толщиной 4 мм составляет 70–90 °C, а битумно-латексной эмульсии толщиной 6 мм – 70 °C.
Температура размягчения характеризует только битумные и дегтевые вяжущие вещества. Это условный показатель, характеризующий изменение вязкости вяжущих веществ при повышении температуры. Так температура размягчения нефтяных строительных битумов 50–70 °C, нефтяных кровельных – 40–95 °C, дегтей высоких марок – 40–70 °C.
Температура вспышки – свойство масел и нефтепродуктов. Это температура, при которой пары нефтепродуктов, нагретых в открытом тигле, образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ним пламени. Температура вспышки нефтяных битумов, применяемых в качестве кровельных материалов, 240–300 °C в зависимости от битума. Минимальная температура самовоспламенения – 300 °C.
Линейный коэффициент температурного расширения (ЛКТР) характеризует свойство материала изменять размеры при нагревании. ТКЛР равен относительному удлинению материала при нагревании на один градус.
У каждого материала ЛКТР постоянен. Например, у дерева вдоль волокон – (3–5)×10, у полимеров – в 10–20 раз больше, у стали – (10–14)×10.
Внимание!
Во избежание растрескивания сооружения большой протяженности разрезают деформационными швами, назначаемыми с учетом термического расширения материалов. При устройстве мягких рулонных и мастичных кровельных покрытий, укладываемых по железобетонным плитам, учет ТКЛР имеет большое значение.
Механические свойства
Механические свойства – это способность сопротивляться всем видам внешних воздействий с приложением силы. По совокупности признаков различают прочность материалов при сжатии, изгибе, ударе, кручении, истирании, а также твердость, пластичность, упругость.
Прочность – это свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузки.
Материалы, находясь в сооружении, могут испытывать различные нагрузки. Характерными для кон струкций крыши являются сжатие, растяжение, изгиб, пластичность и упругость. Такие материалы, как: кровельная сталь, древесина, асбестоцемент – хорошо работают на сжатие, изгиб и растяжение, поэтому их используют в конструкциях, испытывающих эти нагрузки, а бетоны – хорошо работают на сжатие и в 5-10 раз хуже – на растяжение, изгиб, удар, поэтому их используют в конструкциях, работающих на сжатие.
Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности, измеряется в паскалях (Па) и представляется напряжением, соответствующим нагрузке, вызывающей разрушение образца материала.
Предел прочности при сжатии различных материалов колеблется в пределах от 0,5 до 1000 Мпа и более. Прочность зависит также от структуры, плотности, пористости, влажности и направления приложения нагрузки.
Упругость – это свойство материала восстанавливать свою форму и размеры после снятия нагрузки. Пределом упругости считают напряжение, при котором остаточные деформации впервые достигают минимальной величины, установленной техническими условиями на данный материал.