Во время эксплуатации отделочных материалов на них воздействует масса всевозможных факторов, одним из которых является вода (как в виде жидкости, так и в виде водяного пара). Следовательно, гидрофизические свойства строительных материалов должны быть хорошо известны при отделке помещений, в противном же случае возможны весьма неприятные последствия.
Все строительные материалы можно разделить на две большие группы: в первую относятся те, которые смачиваются водой (гидрофильные), во вторую те, которые водой не смачиваются (их называют гидрофобными). В качестве примера гидрофильных строительных материалов можно привести керамику или минеральную штукатурку, а в группу с гидрофобными входит большинство полимеров. Определяется тип материала очень просто – по капле воды: в том случае, если мы будем иметь дело с гидрофильным веществом, угол, образованный стороной капли и поверхностью материала, будет больше 90°, а если вещество гидрофобное, угол окажется меньше 90°.
Рассмотрим некоторые гидрофизические свойства строительных материалов более подробно и начнём мы с гигроскопичности – способности гидрофильных пористых материалов поглощать частицы воды из воздуха, наполненного её парами. Гигроскопичность строительных материалов можно охарактеризовать количеством влаги, поглощённой из воздуха – этот параметр называют сорбционной или гигроскопичной влажностью и его можно определить по нижеприведённой формуле:
Характеризующая гигроскопичность формула расшифровывается следующим образом:
mвл – это масса материала во влажном состоянии, г.
mсух – масса материала в сухом состоянии, г.
Сорбционная влажность становится выше, если в помещении увеличивается влажность воздуха и понижается его температура.
Гигроскопичность строительных материалов бывает различной – к примеру, у гипса она довольно высокая: это вещество способно хорошо поглощать избыточную влагу в воздухе, а затем при её недостатке в окружающей среде отдавать обратно, регулируя таким образом влажностной режим. В большинстве же случаев гигроскопичность строительных материалов негативно сказывается на их свойствах (скажем, древесина разбухает, а некоторые виды обоев теряют свой внешний вид).
Если пористый материал своей поверхностью касается воды, то имеет место, так называемое капиллярное всасывание.
Способность строительного материала впитывать в себя влагу посредством капиллярного всасывания и впоследствии её в себе удерживать принято называть водопоглощением. Зависит водопоглощение от того, насколько много пор содержится в материале, а также от их размера и вида.
Различают водопоглощение по массе и водопоглощение по объёму. Объёмное водопоглощение характеризует степень заполнения объёма исследуемого материала водой и рассчитывается с помощью нижеприведённой формулы:
которая расшифровывается следующим образом: mнас является массой насыщенного влагой образца материала (г), mсух – массой сухого образца материала (г), Ve – объём, который имеет образец материала в естественном состоянии (см3). Объёмное водопоглощение достигает максимум 100% и позволяет оценить лишь открытую пористость исследуемого образца материала (вода не может проникнуть в закрытые поры).
Водопоглощение по массе рассчитывается согласно следующей формуле:
Водопоглощение по массе может превышать 100%.
Гидрофизические свойства строительных материалов включают в себя также влагоотдачу –способность материала отдавать при определённых условиях влагу, заполняющую его поры, в окружающую его среду. Чтобы определить влагоотдачу материала, необходимо узнать, сколько жидкости (в %) испарится из образца за 24 часа при относительной влажности воздуха в 60% и его температуре в 20°С. Масса воды, которая испарилась за сутки при данных условиях, определяется вычетом из массы образца до начала опыта массы этого же образца после окончания опыта.
В том случае, если строительный материал насыщается водой, происходит его разбухание, а если он высыхает и становится меньше в размерах, то этот процесс называется усадкой (либо усушкой). Если пористый отделочный материал долгое время периодически сначала увлажняется, потом высыхает, он разрушается, покрывается трещинами и становится непригодным для дальнейшей эксплуатации. Впрочем, существует ряд материалов, которые хорошо выдерживают постоянные изменения своей влажности – в данном случае речь идёт о воздухостойких материалах.
Некоторые строительные материалы способны пропускать через себя пары воды либо воздух (происходит это тогда, когда с двух сторон материала создаётся разное давление). Коэффициент газопроницаемости (либо паропроницаемости) характеризуется количеством воздуха (либо водяного пара), который проходит сквозь метровый слой материала с площадью 1 м2 в течение 60 минут при разности давлений равной 10 Па.
Описывая гидрофизические свойства строительных материалов, стоит сказать, что параметр паропроницаемости является очень важным при отделке жилых помещений. Дело в том, что стена должна в определённой степени «дышать» (т.е. пропускать через себя частицы пара) – за счёт такой естественной вентиляции в доме устанавливается наиболее благоприятный для человека микроклимат.
Далее поговорим о таком свойстве, как водостойкость строительных материалов.
Водостойкость строительных материалов – это их способность выполнять свои функции даже при увлажнении. Для того, чтобы определить противоположный водостойкости параметр, рассчитывают коэффициент размягчения, представляющий собой отношение предела прочности при сжатии насыщенного влагой материала к пределу прочности сухого материала.
Обязательно стоит принимать во внимание водостойкость строительных материалов, если конструкции из них планируется эксплуатировать во влажной среде, ибо пористый, хорошо набирающий в себя воду материал, всегда становится менее прочным.
Коэффициент размягчения строительных материалов может варьироваться в промежутке от 0 до 1. Высокая водостойкость строительных материалов характеризуется коэффициентом размягчения равным 0,8 и более. К слову, абсолютно водостойким материалом является стекло (коэффициент размягчения равен 1), а совсем неводостойкими – глины (коэффициент размягчения равен 0).
Если строительный материал не только насыщается водой, но ещё при этом и замораживается, его разрушение происходит быстрее. Способность материала во влажном состоянии выдерживать без снижения его эксплуатационных характеристик периодическое замораживание и оттаивание называется морозостойкостью. Чем больше открытых пор у материала, тем сильнее данный материал реагирует на мороз.
Методы определения морозостойкости для разных видов материалов различны, однако один из них мы всё же приведём (метод по ГОСТ 10060.0-95). Согласно этому методу сначала производится насыщение образцов материала водой (24 , 72 или 96 ч), затем происходит замораживание данных образцов на воздухе (температура (-18 ± 2)°С, минимум 4 часа) и их оттаивание в воде (температура (18 ± 2)°С, не менее 4 часов). Насыщение материала водой является предварительной стадией, а замораживание и оттаивание представляют собой один цикл.
Марка по морозостойкости (F) – это число таких циклов, после которого материал остаётся почти таким же прочным, как и до испытаний (95% для тяжёлого бетона, 85% для большей части других материалов, 75% для строительных растворов), на нём не видно следов разрушений, а его масса не изменяется.
