Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Киреева Ю.И. Лазаренко О.В. Строительные материалы. Часть 1 - файл 1.docx


Киреева Ю.И. Лазаренко О.В. Строительные материалы. Часть 1
скачать (1800.2 kb.)

Доступные файлы (1):

1.docx1801kb.17.11.2011 22:18скачать

содержание
Загрузка...

1.docx

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18
Реклама MarketGid:
Загрузка...
ГЛАВА 1.

^ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Контроль качества строительных материалов.

Стандартизация в строительстве

Каждый вид продукции обладает определенными свойствами, пред

ставляющими интерес для потребителей. Для строительных материалов - это прочность, плотность, теплопроводность, морозостойкость, стойкость по отношению к действию воды, агрессивных сред.

Сумма свойств, определяющих пригодность материала и изделия для использования по назначению, называется качеством. Например, для кровельных материалов оценка их качества проводится по сумме таких свойств, как водостойкость, водонепроницаемость, морозостойкость, тер

мостойкость, прочность на изгиб, атмосферостойкость.

Контроль качества материалов и изделий проводят по разработан

ным нормам, требованиям и правилам.

В зависимости от контролируемого производственного этапа разли

чают контроль входной, технологический и приемочный.

Входной контроль включает проверку соответствия поступающих материалов и изделий установленным требованиям. Например, на пред

приятиях сборного железобетона проверяют качество поступающих ис

ходных материалов: заполнителей и цемента для бетона, арматурной ста

ли, закладных деталей, отделочных и других материалов.

Технологический контроль состоит в проверке соответствия ус

тановленным требованиям температуры, давления, времени выдержива

ния, тщательности перемешивания и других показателей технологиче

ского процесса.

Приемочный контроль заключается в проверке соответствия гото

вых изделий требованиям стандартов или технических условий.

Все виды материалов и изделий выпускают по межгосударственным стандартам (ГОСТ), СТБ ЕН или стандартам Беларуси (СТБ). В настоящее время Госстроем Республики Беларусь разработано более 50 стандартов на строительные материалы.

Вся деятельность по стандартизации подчинена проблеме повыше

ния качества продукции, безопасности ее получения и эксплуатации. Ме

тоды испытаний также стандартизированы. Всего на продукцию отрасли имеется около 500 стандартов. Кроме этого в строительстве действуют «Строительные нормы и правила» (СНиП, СНБ), представляющие собой объединенные нормативные документы по проектированию, строительст

ву и строительным материалам. При проектировании, изготовлении строи

тельных изделий и возведении сооружений пользуются единой модуль

ной координацией размеров (МКР) на базе основного модуля, равного 100 мм (1 М). В практике строительства используют как укрупненные мо

дули (60 М), (12 М) - при проектировании, так и дробные (1/2 М, 1/10 М, 1/100 М) - при изготовлении строительных изделий.

^ 1.2. Классификация строительных материалов

Все строительные материалы и изделия классифицируют по на

значению, виду материла и способу получения:

  • по назначению: конструкционные, отделочные, гидроизоляци

  • онные, теплоизоляционные, акустические, антикоррозионные, герметизи

  • рующие;

  • по виду материала: природные каменные, лесные, полимерные, металлические, керамические, стеклянные, искусственные каменные и т.д.;

  • по способу получения: природные и искусственные.

Природные строительные материалы добывают в местах их естест

венного образования (горные породы), обычно в верхних слоях земной ко

ры, или роста (древесина). Их используют в строительстве, применяя пре

имущественно механическую переработку (дробление, распиловку). Со

став и свойства этих материалов в основном зависят от происхождения исходных пород и способа их обработки и переработки. Искусственные строительные материалы изготавливают из природного минерального и органического сырья (глины, песка, известняка, нефти, газа и т.д.), про

мышленных отходов (шлака, золы) с использованием специальной отрабо

танной технологии. Полученные искусственные материалы приобретают новые свойства, отличные от свойств исходного сырья.

^ 1.3. Состав и структура

Свойства любого материала можно регулировать в широких преде

лах путем изменения его состава и структуры.

Состав материала: химический, минералогический, фазовый (твер

дый, жидкий, газообразный) зависит в большей степени от сырья, которое было использовано и в меньшей - от технологии изготовления изделий.

Структуру материала изучают на микроуровне при помощи мик

роскопов и на макроуровне - визуально. В зависимости от состава микро

структура может быть нестабильной коагуляционной, оцениваемой по вязкости и пластичности (клей, лакокрасочные материалы, глиняное и це

ментное тесто), которая с течением времени переходит в более устойчи

вую - аморфную (стекло, шлаки), характеризующуюся однородностью и хаотичным расположением молекул, или самую стабильную - кристалли

ческую (металлы, природный и искусственный камень), представляющую собой кристаллическую решетку со строго определенным расположением атомов. Одним из основных показателей последних является прочность. Форма, размеры и расположение кристаллов оказывают большое влияние на свойства материалов. Мелкокристаллические - более однородны и стойки против внешних воздействий, крупнокристаллические (металлы) имеют большую прочность. Слоистое расположение кристаллов (сланцы) обеспечивает легкое раскалывание по плоскостям, что используют при получении отделочных плиточных материалов. Структуру искусственно полученных материалов можно целенаправленно регулировать в широком диапазоне в зависимости от задаваемых свойств и назначения изделий. Так при получении листовых стекол откорректированный состав, основой которого является кремнезем (SiO2), сначала приобретает коагуляционную структуру - при расплавлении, затем аморфную - при формовке и охлаж

дении изделий, которые характеризуются набором свойств, главные из ко

торых - оптические. Для повышения термомеханических показателей можно целенаправленно изменить структуру стекол на кристаллическую за счет ввода в сырье специальных добавок и дополнительной термообра

ботки изделий. Материал приобретает высокую термостойкость, проч

ность на удар и износ, химическую стойкость, но теряет прозрачность. Комплекс полученных свойств определяет назначение каждого изделия: для остекления окон - аморфное стекло, облицовки пола в цехах с агрес

сивными средами - кристаллическое.

Макроструктура материалов: плотная (стекло), искусственная ячеистая (пеносиликат), мелкопористая (кирпич), волокнистая (древе

сина), слоистая (пластики), рыхлозернистая (песок, щебень, гравий) за

висит от технологии получения материала и изделия. Так, например, имея одно и то же основное исходное сырье - глину и изменяя технологию, можно получить облицовочные плитки плотной структуры, стеновой мел

копористый кирпич и теплоизоляционный ячеистый - керамзит.

Состав и структура определяют свойства материалов, которые не остаются постоянными, а изменяются во времени в результате механиче

ских, физико-химических, иногда и биохимических воздействий среды, в которой эксплуатируется изделие или конструкция. Эти изменения могут протекать как медленно, например, при разрушении горных пород, так и относительно быстро - при вымывании из бетона растворимых веществ, действии ультрафиолетовых лучей на полимерные материалы, что приво

дит к изменению их цвета и повышению хрупкости. Следовательно, каж

дый материал должен обладать не только свойствами, позволяющими применять его по назначению, но и определенной стойкостью, обеспечи

вающей долговечную эксплуатацию отдельного изделия и всего сооруже

ния в целом.

^ 1.4. Физические свойства

Все свойства строительных материалов можно условно разделить на физические, химические, механические и технологические.

^ Физические свойства в свою очередь подразделяют на общие фи

зические, характеризующие структуру материала, гидрофизические, теп- лофизические и акустические.

^ К общефизическим свойствам относятся: истинная плотность, средняя плотность и пористость материала.

Истинная плотность (р) - масса единицы объема вещества в абсо

лютно плотном состоянии, без пор, пустот и трещин. Согласно СТБ 4.211-94

m

Р = _, (1)

v

где р - истинная плотность, кг/м3; т - масса, кг; v - объем, занимаемый

3

веществом, м .

Истинную плотность определяют при помощи стеклянной колбы точного объема - пикнометра с точностью до 0,01 г/см на тонко измель

ченной (до 0,2 мм) и предварительно высушенной до постоянной массы пробе. Истинная плотность большинства строительных материалов больше единицы (за единицу условно принимают плотность воды при t = 4 °С). Для каменных материалов плотность колеблется в пределах 2200 - 3300 кг/м ; органических материалов (дерево, битумы, пластмассы) - 900 - 1600, черных металлов (чугун, сталь) - 7250 - 7850 кг/м .

Средняя плотность (рср) - масса единицы объема материала (изде

лия) в естественном состоянии с пустотами и порами

m

Рср = -, (2)

v

где рр - средняя плотность, кг/м ; т - масса материала (изделия) в естест

венном состоянии, кг; v - объем материала (изделия), м3.

Если образец имеет правильную геометрическую форму, его объем определяют путем вычислений по измеренным геометрическим размерам; если же образец неправильной формы, - по объему вытесненной жидкости (закон Архимеда).

Для сыпучих материалов (песок, цемент, щебень, гравий) определя

ют насыпную плотность. Насыпная плотность (рн) - масса единицы объ

ема сыпучих материалов в свободном (без уплотнения) насыпном состоя

нии. Формула расчета и размерность показателя те же, что в (1) и (2). В единицу объема таких материалов входят не только зерна самого материа

ла, но и пустоты между ними. Количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпного материала, выраженное в процентах по отноше

нию ко всему занимаемому объему, называют пустотностью. Этот пока

затель важен для песка, щебня, керамзита при изготовлении бетона и бу

дет рассмотрен в гл. 5.

Средняя плотность природных и искусственных материалов колеб

лется в широких пределах - от 10 кг/м (полимерный воздухонаполненный

33

материал «мипора») до 2500 кг/м у тяжелого бетона и 7850 кг/м у стали. Данные средней плотности используют при подборе материала для изго

товления строительных конструкций, расчетах транспортных средств, подъемно-транспортного оборудования. При одинаковом вещественном составе средняя плотность характеризует прочностные свойства. Чем вы

ше средняя плотность, тем прочнее материал. Для пористых строительных материалов истинная плотность больше средней. Только для абсолютно плотных материалов (металлы, стекла, лаки, краски) показатели средней и истинной плотности численно равны. По величине истинной и средней плотности рассчитывают общую пористость (Пп) материала в % (ГОСТ 12730.1-78)







Пп =
100 (3)






Поры в материале могут иметь различную форму и размеры. Они могут быть открытыми, сообщающимися с окружающей средой, и замкну

тыми, заполненными воздухом. При погружении материала (изделия) в воду открытые поры полностью или частично, что зависит от размера пор, заполняются водой. В замкнутые поры вода проникнуть не может. Откры-

тую или капиллярную пористость (W0) определяют по водонасыщению материала под вакуумом или кипячением его в воде

(W) = -100, (4)

v

где т - масса образца в сухом состоянии, г; mj - масса образца в водона- сыщенном состоянии, г; v - объем образца, см .

Общая пористость различных по назначению материалов колеблется в широком интервале. Так, для тяжелого, прочного конструкционного бе

тона - 5 - 10 % , кирпича, который как стеновой материал должен обеспе

чить прочность, легкость стеновой конструкции и пониженную теплопро

водность, - 25 - 35 % , для эффективного теплоизоляционного материала пенопласта - 95 %. Большое влияние на свойства материалов оказывают не только величина пористости, но и размер пор, их характер. При увеличе

нии объема замкнутых пор и уменьшении их величины повышается моро

зостойкость материала и снижается теплопроводность. Наличие открытых крупных пор делает материал проницаемым для воды, неморозостойким, но в то же время он приобретает акустические свойства.

Гидрофизические свойства проявляют материалы и изделия при контакте с водой. Наиболее важные из них - гигроскопичность, водопо- глощение, водостойкость, водопроницаемость, морозостойкость, воз- духостойкость.

Гигроскопичность - свойство материала поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их на своей поверхности. Чем мельче поры, тем больше общая площадь поверхности (при условии равной общей пористо

сти и одинакового вещественного состава), следовательно, гигроскопич

ность выше. Этот процесс является обратимым и зависит от влажности воздуха. При снижении влажности часть гигроскопичной влаги испаряет

ся. В зависимости от вещественной природы материала гигроскопичность различна. Одни материалы притягивают к своей поверхности молекулы воды (острый угол смачивания) и называются гидрофильными - бетон, древесина, стекло, кирпич; другие, отталкивающие воду (тупой угол сма

чивания), - гидрофобными: битум, полимерные материалы. Характери

стикой гигроскопичности служит отношение массы влаги, поглощенной материалом из воздуха, к массе сухого материала, выраженное в %.

Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать воду. Характеризуется это свойство количеством воды, поглощенной вы

сушенным до постоянной массы материалом, полностью погруженным в воду, выраженным в % от массы (водопоглощение по массе) - WH (СТБ 4.2306-94) или в % от объема (водопоглощение по объему или открытая по

ристость) - Wо

Wm = ^. 100, (5)

m

Водопоглощение по объему рассчитывают по формуле (4). Этот пока

затель зависит от объема, природы пор (замкнутые, открытые) и степени гидрофильности материала. Так, водопоглощение гранита составляет 0,02 - 0,7 %, тяжелого бетона 2 - 4 %, кирпича 8 - 15 %. В результате насыщения водой свойства материалов значительно изменяются: увеличиваются сред

няя плотность и теплопроводность, объем изделий. Вследствие нарушения связей между частицами материала проникающими молекулами воды прочность его снижается. Отношение предела прочности при сжатии ма

териала, насыщенного водой, Re к пределу прочности при сжатии в сухом состоянии Rc называется коэффициентом размягчения Кразм

К = —

разм r . (6)

с

Этот коэффициент характеризует водостойкость материалов. Для глины, гипса он равен нулю, металла, стекла - единице. Материалы с Кразм > 0,8 водостойки, с Кразм< 0,8 - не водостойки и применять их в конструк

циях, испытывающих постоянное действие воды (фундаменты при нали

чии грунтовых вод, дамбы, плотины), согласно ГОСТу запрещено.

Влагоотдача - способность материала отдавать влагу при снижении влажности воздуха. Скорость влагоотдачи зависит от разности влажности образца и окружающей среды. Чем она выше, тем интенсивнее идет вы

сушивание изделия. Крупнопористый гидрофобный материал отдает воду быстрее, чем мелкопористый гидрофильный. В естественных условиях влагоотдачу строительных материалов характеризуют интенсивностью потери влаги при относительной влажности воздуха 60 % и Т = 20 °С.

Водопроницаемость - свойство материала пропускать воду под дав

лением. Водопроницаемость оценивают по коэффициенту фильтрации Кф (см/с). Особенно важно это свойство при строительстве гидротехнических сооружений (дамбы, плотины, молы, мосты), резервуаров, возведении стен подвалов при наличии грунтовых вод. Коэффициент фильтрации непо

средственно связан обратной зависимостью с водонепроницаемостью ма

териала, по которой ему присуждают марку. Чем ниже Кф, тем выше марка по водонепроницаемости. Водонепроницаемость (например, бетона) ха

рактеризуется маркой W2, W4...W12, обозначающей одностороннее гидро

статическое давление в атмосферах, при котором образец не пропускает воду в условиях стандартных испытаний. Испытания проводят на специ

альной установке.

Морозостойкость - способность материала сохранять свою проч

ность при многократном попеременном замораживании в водонасыщенном состоянии и оттаивании в воде. Для материалов, эксплуатируемых в усло

виях знакопеременных температур наружного воздуха, морозостойкость является одним из важнейших свойств, обеспечивающих их долговечность (дорожные покрытия, бордюрные камни, стеновые материалы). Разрушение материалов при их замораживании в водонасыщенном состоянии связано с образованием в порах льда, объем которого примерно на 9 % больше объе

ма замерзшей воды. Поэтому если все поры в материале будут заполнены водой, то разрушение должно было бы произойти после первого цикла за

мораживания. Способность материала противостоять морозному разруше

нию обусловлена, в первую очередь, присутствием в его структуре опреде

ленного объема замкнутых пор, в которые и отжимается часть воды под действием давления растущих кристаллов льда. Таким образом, главными факторами, определяющими морозостойкость материала, являются показа

тели структуры, от которых зависят степень насыщения водой и интенсив

ность образования льда в порах.

В строительстве морозостойкость материала количественно оцени

вают маркой F (СТБ 4.206-94), т.е. числом циклов попеременного замора

живания и оттаивания, которые выдерживают образцы материала без сни

жения прочности на 5- 25 % и массы на 3 - 5 % в зависимости от назначе

ния материала.

Установлены следующие марки по морозостойкости: тяжелый бетон F50 - F500, легкий бетон F25 - F500, кирпич, стеновые керамические кам

ни F15 - F100.

Воздухостойкость - способность материала длительно выдерживать многократное увлажнение и высушивание без деформаций и потери меха

нической прочности. Природные и искусственные хрупкие каменные ма

териалы (бетон, керамика), сжимающиеся при высыхании и расширяю

щиеся при увлажнении, разрушаются вследствие возникновения растяги

вающих напряжений. В подобных условиях работают дорожные покрытия, надводные части гидротехнических сооружений.

^ К основным теплофизическим свойствам, оценивающим отноше

ние материала к тепловым воздействиям, относятся теплопроводность, теплоемкость, термостойкость, жаростойкость, огнеупорность, огне

стойкость.

Теплопроводность - способность материала пропускать тепловой поток при условии разных температур поверхности изделия. Степень теп

лопроводности материалов характеризует коэффициент, который равен количеству тепла, проходящего через стену из испытуемого материала толщиной 1 м площадью 1 м за 1 ч при разности температур противопо

ложных поверхностей стены 1 К. Коэффициент теплопроводности изме

ряют в Вт/(м-К) - СТБ 4.206-94

Q-s

Л = (7)

A(t1 -t2) - T ' ^

где Q - количество тепла, Дж; S - толщина материала, м; А - площадь се

чения, перпендикулярного направлению теплового потока, м ; (tj - t2) - разность температур, К; Т - продолжительность прохождения тепла, ч.

Теплопроводность материала зависит от вещественного состава, строения и характера пористости, температуры и влажности материала. Особенности структуры оказывают значительное влияние на теплопровод

ность. Например, если материал имеет волокнистое строение, то тепло вдоль волокон передается быстрее, чем поперек. Так, теплопроводность древесины вдоль волокон равна 0,30, а поперек - 0,15 Вт/(м-К). Мелкопо

ристые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые; материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами. Это объясняется тем, что в крупных и сооб

щающихся порах возникает движение воздуха, облегчающее перенос теп

ла. Наличие воды в порах материала повышает его теплопроводность, так как вода имеет коэффициент 0,50 Вт/(м-К), а воздух - 0,02 Вт/( м-К). При замерзании влажных материалов коэффициент теплопроводности еще бо

лее повышается, потому что коэффициент теплопроводности льда равен 2, т.е. в 100 раз больше, чем у воздуха.

Теплоемкость - свойство материала поглощать при нагревании оп

ределенное количество тепла. При охлаждении материалы выделяют теп

ло, причем тем больше, чем выше их теплоемкость. Коэффициент тепло

емкости равен количеству тепла (Дж), необходимого для нагревания 1 кг материала на 1 К

с = Q , (8)

m(tx -12)

где Q - количество тепла, кДж; т - масса материала, кг; (tj - t2) - разность температур, К.

Теплоемкость неорганических строительных материалов (бетон, кирпич, природные каменные материалы) изменяется в пределах 0,75 - 0,92 кДж/(кг-К), древесины - 2,7 кДж/(кг-К), вода имеет наибольшую теп

лоемкость - 4 кДж/(кг-К). Поэтому с повышением влажности материалов их теплоемкость возрастает. Этот показатель имеет большое значение при проверке теплоотдачи стен и перекрытий, расчете подогрева материалов для зимних работ. Если строительный материал состоит из нескольких со

ставных частей (например, бетон или строительный раствор), то коэффи

циент теплоемкости такого материала рассчитывают по формуле теплоем

кости смеси

с = Pi ' ci + Р2 •с2 +...Pn • Cn Pi + Р 2 + ... Pn '

где p - весовые части составляющих материалов; С - коэффициенты их теплоемкости.

Термостойкость - способность материала выдерживать без разру

шений определенное количество резких колебаний температуры. Едини

цей измерения этого свойства является количество теплосмен, определяе

мое для многих теплоизоляционных и огнеупорных материалов.

Жаростойкость - способность материала выдерживать температуру эксплуатации до 1000 °С без нарушения сплошности и потери прочности.

Огнеупорность - способность материала выдерживать длительное воздействие высоких температур без деформаций и разрушения. По степе

ни огнеупорности материалы подразделяют на огнеупорные, работающие без снижения свойств при температуре свыше 1580 °С, тугоплавкие - 1580 - 1350 °С и легкоплавкие - ниже 1350 °С. К этим материалам специально

го назначения относятся шамотные (обожженная глина), динасовые (со

стоящие в основном из оксида кремния) и высокоглиноземистые (содер

жащие преимущественно оксид алюминия), которые применяют в виде мелкоштучных кирпичей для внутренней футеровки промышленных теп

ловых агрегатов (доменные, сталеплавильные, стекловаренные печи, авто

клавы и т. д.).

Огнестойкость - свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определенного времени. Ко всем материалам, ис

пользуемым в строительстве, и особенно к тем, из которых выполняют не

сущие конструкции: стены, колонны, перекрытия, - предъявляют требова

ния по огнестойкости, которые зависят от категории здания и сооружения по пожаробезопасности, определяемой СниПом, СНБ. Для оценки огне

стойкости введен показатель возгораемости, основанный на трех признаках предельного состояния: потере несущей способности (снижение прочности и увеличение деформаций), теплоизолирующих свойств и сплошности. Предел огнестойкости конструкций и материалов характеризуется време

нем (ч) с начала теплового воздействия и до появления одного из признаков предельного состояния.

По возгораемости строительные материалы подразделяют на несго

раемые, трудносгораемые и сгораемые.

К несгораемым относят бетон, кирпич, сталь, природные каменные материалы.

Трудносгораемые - материалы, которые под действием огня или высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются (фибролит, состоящий из древесных стружек и цементного камня, асфаль

тобетон, некоторые полимерные материалы).

Сгораемые - материалы, которые при контакте с огнем загораются и горят открытым пламенем даже в случае ликвидации источника огня (древесина, битум, полимерные материалы).

При действии звука на материал проявляются его акустические свойства. По назначению акустические материалы делят на четыре груп

пы: звукопоглощающие, звукоизолирующие, виброизолирующие и вибропоглощающие.

Звукопоглощающие материалы предназначены для поглощения шумового звука. Основной акустической характеристикой является вели

чина коэффициента звукопоглощения, равная отношению количества по

глощенной материалом звуковой энергии к общему количеству падающей на поверхность материала в единицу времени. Звукопоглощающими мате

риалами называют те, у которых коэффициент звукопоглощения больше 0,2. Эти материалы обладают открытой пористостью или имеют шерохо

ватую, рельефную поверхность, поглощающую звук.

Звукоизолирующие материалы применяют для ослабления ударно

го звука, передающегося через строительные конструкции здания из одно

го помещения в другое. Оценку эффективности звукоизоляционных мате

риалов проводят по двум основным показателям: динамическому модулю упругости и относительной сжимаемости (%) под нагрузкой.

Виброизолирующие и вибропоглощающие материалы предназна

чены для устранения передачи вибрации от машин и механизмов на строительные конструкции зданий.

^ 1.5. Химические свойства

Химические свойства характеризуют способность материала к хими

ческим взаимодействиям с другими веществами. Возможность химических и физико-химических процессов определяется наличием у строительных материалов таких свойств, как химическая активность, растворимость, способность к кристаллизации и адгезии.

Химическая активность может быть положительной, если процесс взаимодействия приводит к упрочнению структуры (образование цементно

го, гипсового камня), и отрицательной, если протекающие реакции вызыва

ют разрушение материала (коррозионное действие кислот, щелочей, солей).

Химическая или коррозионная стойкость - это свойство материа

лов противостоять разрушающему действию жидких и газообразных аг

рессивных сред. Химическую стойкость оценивают специальным коэффи

циентом, который рассчитывают по отношению прочности (массы) мате

риала после коррозионных испытаний (в случае кислот и щелочей образцы в течение двух часов кипятят соответственно в концентрированном рас

творе кислоты или щелочи) к прочности (массе) до испытаний. При коэф

фициенте 0,90 - 0,95 материал признается химически стойким по отноше

нию к исследуемой среде. Органические материалы - древесина, битумы, пластмассы - при обычных температурах относительно стойки к действию кислот и щелочей слабой и средней концентрации. Свойства неорганиче

ских материалов зависят от их состава.

Действие солей приводит к накоплению кристаллических продуктов в порах материала, вызывающему рост деформаций и разрушение изделия.

^ 1.6. Механические свойства

Механические свойства характеризуют поведение материалов при действии нагрузок различного вида (растягивающей, сжимающей, изги

бающей и т.д.). В результате механических воздействий материал дефор

мируется. Если внешние усилия невелики, деформация является упругой, т.е. после снятия нагрузки материал возвращается к прежним размерам. Если нагрузка достигнет значительной величины, кроме упругих дефор

маций появляются пластические, приводящие к необратимому изменению формы. Наконец, при достижении некоторой предельной величины проис

ходит разрушение материала. В зависимости от того, как материалы ведут себя под нагрузкой, их подразделяют на пластичные (изменяют форму под нагрузкой без появления трещин и сохраняют изменившуюся форму после снятия нагрузки) и хрупкие. Пластичные - это, как правило, материалы однородные, состоящие из крупных, способных смещаться относительно друг друга молекул (органические вещества), или состоящие из кристал

лов с легко деформируемой кристаллической решеткой (металлы). Хруп

кие материалы (бетон, природный камень, кирпич) хорошо сопротивляют

ся сжатию и в 5 -50 раз хуже - растяжению, изгибу, удару (соответственно стекло - гранит).

Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности, под которым понимают напряжение, соответствующее нагруз

ке, вызывающей разрушение материала, к единице площади.

Предел прочности на сжатие или растяжение определяют по фор

муле (СТБ 4.206-94, ГОСТ 10180-90)

F 2

Rж = A, (МПа), (кгс/см2), (10)

где F - разрушающая нагрузка, Н (кгс); А - площадь поперечного сечения

22

образца до испытания, мм2 • (см2).

Определение предела прочности на сжатие строительных материа

лов проводят согласно ГОСТам путем испытания образцов кубов на меха

нических или гидравлических прессах. Прочность зависит от структуры материала, вещественного состава, влажности, направления и скорости приложения нагрузки.

Связь между пределом прочности на сжатие и величиной средней плотности используют для оценки эффективности материала в конструк

циях, вычисляя коэффициент конструктивного качества (ККК) по формуле

R

ККК = -сж. (11)

Р ср

Например, ККК для стали равен 0,5 - 1,0; древесины - 0,7; пласт

масс - 0,5 - 2,5; кирпича - 0,06 - 0,15.

Предел прочности на изгиб определяют по формулам: при одной сосредоточенной нагрузке и балки прямоугольного сечения

3Fl 2

Кзг , (МПа), (кгс/см2),

2ab

(12)

при двух равных нагрузках, расположенных симметрично оси балки

3F (l - h) 2

Кг = 7 2 , (МПа), (кгс/см2) (13)

ab

где F - разрушающая нагрузка, Н (кгс); l - пролет между опорами, мм (см); a и b - ширина и высота поперечного сечения балки, мм (см); h - расстояние между грузами, мм (см).

В расчете строительных материалов на прочность допускаемые на

пряжения должны составлять лишь часть их предела прочности. Созда

ваемый запас обусловлен неоднородностью строения большинства строи

тельных материалов, недостаточной надежностью полученных результа

тов при определении предела прочности, отсутствием учета многократно

го переменного действия нагрузки, старения материалов и т.д. Запас проч

ности и величину допускаемого напряжения определяют и устанавливают в соответствии с нормативными требованиями в зависимости от вида и на

значение материала, долговечности строящегося сооружения.

Твердость - способность материала сопротивляться проникновению в его поверхность другого более твердого тела правильной формы. Для определения твердости существуют несколько методов. Твердость камен

ных материалов, стекла оценивают с помощью минералов шкалы твердо

сти Мооса, состоящей из 10 минералов, расположенных по степени воз

растания их твердости (1 - тальк или мел, 10 - алмаз). Показатель твердо

сти испытуемого материала находится между показателями двух соседних минералов, из которых один чертит, а другой сам чертится этим минера

лом. Твердость металлов и пластмасс рассчитывают по диаметру отпечат

ка вдавливаемого стального шарика определенной массы и размера (метод Бринелля), по глубине погружения алмазного конуса под действием за

данной нагрузки (метод Роквелла) или площади отпечатка алмазной пира

миды (метод Виккерса). Твердость материалов определяет возможность их использования в конструкциях, подвергающихся истиранию и износу (по

лы, дорожные покрытия).

Истираемость характеризуется величиной потери первоначальной массы материала (г), отнесенной к единице площади (см ) истирания. Ис

тираемость определяют на специальных кругах или посредством воздейст

вия на поверхность материала воздушной или водной струи, несущей в се

бе зерна абразивных материалов (песок определенной крупности). Сопро

тивление истиранию определяют для материалов, предназначенных для полов, дорожных покрытий, лестничных ступеней. Некоторые материалы испытывают также на износ.

Сопротивление удару имеет большое значение для материалов, при

меняемых для покрытия полов в цехах промышленных предприятий. Предел прочности материала при ударе характеризуется количеством работы, затра

ченной на разрушение образца, отнесенной к единице объема. Испытание материалов проводят на специальном приборе-копре.

Износ - разрушение материала при совместном действии истираю

щей и ударной нагрузок. Для определения износостойкости образцы мате

риала испытывают в специальном вращающемся барабане с металличе

скими шарами. Прочность оценивают по потере массы образцов, выра

женной в процентах. Износу подвергаются покрытия дорог, аэродромов и полов промышленных предприятий. Совокупность свойств материалов должна обеспечивать их долговременную нормативную эксплуатацию в зданиях и сооружениях - долговечность.

^ 1.7. Технологические свойства

Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться тому или иному виду обработки. Так, например, к техноло

гическим свойствам древесины относятся: хорошая гвоздимость, легкость обработки различными инструментами. Технологические свойства неко

торых полимерных материалов включают способность обтачиваться, свер

литься, легко склеиваться, свариваться. Бетонные, растворные, глиняные, асфальтобетонные и другие смеси обладают пластичностью, вязкостью, которые обеспечивают заполнение определенного объема.

Пластично-вязкие материалы по своим физическим свойствам зани

мают промежуточное положение между жидкими и твердыми и при опре

деленных условиях могут как бы совмещать свойства твердого тела и жидкости. Известно, что глиняное или иное тесто можно разрезать ножом, чего нельзя сделать с жидкостью, но вместе с тем это же тесто под дейст

вием внешних сил может принимать форму сосуда, т.е. ведет себя как жидкость.

Пластичность - способность материала деформироваться без раз

рыва сплошности под влиянием внешнего механического воздействия и сохранять полученную форму, когда действие внешней силы прекращается.

Пластичность - это важное свойство, влияющее на технологию производст

ва бетонов, строительных растворов, керамических и других строительных материалов, а также на свойства готовых изделий. При высокой пластично

сти ускоряются и удешевляются операции смешивания и формования, по

вышается однородность готовых изделий, что благоприятно сказывается на их физических и механических свойствах, химической стойкости.

Вязкостью или внутренним трением называют сопротивление жидкости передвижению одного ее слоя относительно другого. Когда ка

кой-либо слой жидкости приводится в движение, то соседние с ним слои тоже вовлекаются в движение и оказывают ему сопротивление. Величина этого сопротивления зависит от вещественного состава и температуры. Для количественной характеристики вязкости служит коэффициент ди

намической вязкости, который измеряют в Па-с. Вязкостные свойства имеют большое значение при использовании органических вяжущих мате

риалов, синтетических и природных полимеров, клеев, масел, красочных составов. Вязкость этих материалов снижается при нагревании и резко по

вышается с понижением температуры.


Свойства строительных материалов
Свойства строительных материалов представлены в табл. 1.1.


Таблица 1.1

Физические

Механи

ческие

Химиче

ские

Техноло

гические

общефизи

ческие

гидрофи

зические

теплофизи- ческие

акустиче

ские


Плотность:

Гигроско-

Теплопро-

Звукопо-

Предел

Химическая

Пластич
истинная

пичность

водность

глощение

прочности

активность

ность

средняя

Водопог
Теплоем
Звукоизо
на сжатие,

Раствори-

Вязкость

насыпная

лощение

кость

ляция

растяже
мость

Влаго
Термо

ние, изгиб
Ковкость
отдача

стойкость

Пористость:

Воздухо-

Жаростой
Вибропог
Твердость

Кристал-

Гвозди-

общая

стоикость

кость

лощение
лизация

мость и т.д.

открытая

Морозо
Огнеупор
Виброизо
Истирае
Коррозион-
(капилляр
стойкость

ность

ляция

мость

ная стой-
ная)

замкнутая

кость: кислото- стойкость, щелоче-

Водопро-

ницае-

мость

Огнестой

кость
Сопротив

ление удару

Износ

стойкость,

солестой-

кость

















































































































































































































































































































1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18



Скачать файл (1800.2 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru