 |
Свойства строит матер. Взаимосвязь состава, структуры, параметров состояния и свойств материалов.
|
|
|
|
Строительные материалы. Классификация. Состав и структура строит матер.
Строительные материалы, природные и искусственные материалы и изделия, используемые при строительстве и ремонте зданий и сооружений.
Классифицируются строит матер по различным признакам: по назначению, по технологическим признакам.
По назначению делятся на группы:
1.Конструкционная группа-воспринимает и передает нагрузку.
2.Теплоизоляционная-изолирует помещение
3.Акустическая
4.Гидроизоляционные и кровельные
5.Герметизирующие
6.Отделочные
7.Специального назначения(огнеупорные, кислотостойкие).
В основу классификации по технологическим признакам положены вид сырья из которого получают материал и способ изготовления.
По способу изготовления различают материалы получаемые:
1.спеканием (керамзит, цемент)
2.плавление (стекло, металлы)
3.омоноличивание (бетонные растворы)
4.механическая обработка природного сырья.
Состав
Химический состав строительных материалов позволяет судить о прочности, огнестойкости, биостойкости и других свойствах материалов.
Минеральный состав показывает какие минералы и в каком количестве содержатся в природном каменном материале или минеральном вяжущем.
Фазовый состав характеризует количество твердого вещества образующего стенки пор и пор заполненных воздухом и водой.
Структура характеризует внутреннее строение материала.
По методам изучения различают:
Макроструктуру-строение видимое невооруженным глазом
Микроструктуру- строение видимое в микроскоп
Ультрамикроструктура-внутреннее строение вещества, изучаемое методами электронной микроскопии.
Макроструктура подразделяется на: конгломератную, ячеистую, мелкопористую, волокнистую, слоистую и рыхло-зернистую.
|
|
|
Конгломераты это различного вида бетоны, керамические и другие материалы.
Ячеистая структура отличается наличием макропор(газо- и пенобетон и др.)
Мелкопористая характерна для керамических материалов, получаемых в результате выгорания введенных органических добавок. Волокнистая (слои, волокна расположены параллельно друг другу) присуща древесине, изделиям из мин. ваты и т д). слоистая характерна для рулонных, листовых и плитных материалов. Рыхло-зернистая свойственна заполнителям для бетонов и др.
Микроструктура может быть кристаллической и амфотерной. Кристаллическая форма более устойчива, аморфная менее устойчива и может перейти в кристаллическую.
Внутренняя структура материала определяет его механическую прочность, твердость, теплопроводность и другие свойства.
Свойства строит матер. Взаимосвязь состава, структуры, параметров состояния и свойств материалов.
Свойство — характеристика материала, проявляющаяся в процессе его обработки, применении или эксплуатации.
2.Свойства строительных материалов. Взаимосвязь состава, структуры, параметров состояния и
свойств материалов
Физические свойства материала характеризуют его строение или отношение к физическим процессам
окружающей среды. Масса, истинная и средняя плотность, пористость, водопоглащение, водостойкость,
гигроскопичность, влажность, водоотдача, водопроницаемость, воздухо, паро и газопроницаемость,
морозостойкость, теплопроводность, теплоемкость, огнестойкость, огнеупорность.
1. масса-совокупность атомов, молекул и ионов, содержащихся в данном теле,
2. истинная плотность-масса единицы объема вещества в абсолютно плотном состоянии, без учета пор и
пустот
3. средняя плотность- масса единицы объема материала в естественном состоянии с учетом пор и пустот
|
|
|
4. пористость-степень заполнения его объема порами
5. гигроскопичность -способность материалов поглощать влагу из воздуха
6. влажность определяется содержанием влаги, отнесенной к массе материала в сухом состоянии
7. водопоглащение- способность материала впитывать воду и удерживать ее
8. влагоотдача- свойство отдавать влагу окружающему воздуху, характеризуемое количеством воды
теряемой материалом в сутки при относительной влажности воздуха 60%и температуре 20
9 водостойкость- способность материала сохранять свою прочность после насыщения водой
10 водопроницаемость- свойство пропускать воду под давлением
11 морозостойкость- свойство насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное
замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.
12 теплопроводность-свойство материала передавать через толщу теплоту при наличии разности
температур на поверхностях, ограничивающих материал
12 теплоемкость-свойство поглощать при нагревании определенное количество теплоты и выделять ее
при охлаждении
13 огнестойкость-способность материала противостоять действию высоких температур и воды в
условиях пожара
14 огнеупорность- свойство выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не Расплавляясь.
3. Механические свойства. Характеризуют способность материала сопротивляться разрушающему или деформирующему воздействию внешних сил. К механич свойствам относят:
Прочность- свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих в результате действия внешних нагрузок.
Прочность характеризуется пределом прочности (при сжатии, изгибе или растяжении). Пределом прочности называют напряжение, соответствующее максимальной разрушающей нагрузке.
Вычисляют по формуле: 
P-разрушающая нагрузка,Н
F-площадь поперечного сечения образца, мм2.
Предел прочности при изгибе определяют:
Rизг=3Pl/2bh2 (При одном сосредоточенном грузе)
Rизг=P(l-a)/bh2(при двух грузах)
Р-разрушающая нагрузка, Н
l- пролет между опорами, мм
а- расстояние между грузами, мм
b и h –ширина и высота поперечного сечения балки, мм
Упругость-свойство материала деформироваться под нагрузкой и принимать после снятия нагрузки первоначальную форму и размеры. Наибольшее напряжение, при котором материал обладает упругостью, называется пределом упругости.(резина, сталь, древесина)
|
|
|
Пластичностью называется свойство материала изменять под нагрузкой форму и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившуюся форму и размеры после удаления нагрузки. Пр(свинец, глиняное тесто, нагретый битум).
Хрупкостью называют свойство материала мгновенно разрушаться под действием внешних сил без предварительной деформации(стекло, чугун, бетон)
Сопротивлением удару называют свойство материала сопротивляться разрушению под действием ударных нагрузок.
Твердостью называют свойство материалов сопротивляться проникновению в него другого, более твердого материала.
Истираемостью называют свойство материала изменяться в объеме и весе под воздействием истирающих усилий. Это свойство определяет возможность применения материала для устройства полов, ступеней, лестниц, тротуаров и т д.
4.Гидрофизические свойства.
Свойства связанные с воздействием на материал воды.
Влажность это количество воды, содержащейся в порах материала и на их поверхности.
Водопоглащение- это способность материала впитывать и удерживать в себе воду. Величина водопоглощения определяется разностью массы образца в насыщенном водой и абсолютно сухом состоянии.
Объемное водопоглащение характеризует степень заполнения объема материала водой.
Отношение между водопоглощением по массе и объему численно равно средней плотности материала:
m1-масса образца насыщенного водой
m-масса сухого образца
V-объем образца в естественном состоянии
Гигроскопичность- способность материалов поглощать влагу из воздуха. Гигроскопичность зависит от химического состава материала и характера его пористости.
Водостойкость-способность материала сохранять свою прочность после насыщения водой. Она характеризуется коэффициентом размягчения, который определяется как отношение предела прочности(при сжатии) материала в насыщенном водой состоянии к переделу прочности в сухом состоянии: Kразм=Rнас/Rсух.
|
|
|
Морозостойкость-свойство насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.
Если образцы после замораживания не имеют следов разрушения то степень морозостойкости устанавливают определением коэффициента морозостойкости по формуле:
Кмрз=Rмрз/Rнас
Где Rмрз-предел прочности при сжатии материала после испытания на морозостойкость, Мпа
Rнас-предел прочности при сжатии насыщенного водой материала.
Влагоотдача-свойство материала отдавать влагу окружающему воздуху, характеризуемое количеством воды, теряемой материалом в сутки при относительной влажности окружающего воздуха 60 % и температуре 20 градусов. Вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала стен и влажностью окружающего воздуха.
Водонипроницаемость – свойство материала пропускать воду под давлением. величина водонипроницаемости характеризуется количеством воды, прошедшей в течение 1 час через 1 см2 площади испытуемого материала при постоянном давлении.
5.Теплофизические свойства.
Теплопроводность- свойство материала передавать через толщу теплоту при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал.
На теплопроводность влияет величина пористости, размер и характер пор. Мелкопористые материалы менее теплопроводны чем крупнопористые. Влажные материалы более теплопроводны чем сухие. Потому что теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха.
Знать необходимо при расчете толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий, при определении тепловой изоляции горячих поверхностей(трубопроводов).
Теплоемкость- свойство материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты и выделять ее при охлаждении.
Учитывают при расчетах теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, подогрева составляющих бетона при зимних работах.
Огнестойкость-способность материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара.
Бывают материалы несгораемые-под действием огня или высокой температуры не воспламеняются, не обугливаются, не тлеют(кирпич, бетон, сталь).
Трудносгораемые-с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются(асфальтовый бетон, фибролит(древесно-цементный материал)).
Сгораемые- воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня(дерево, войлок, толь, рубероид).
|
|
|
Огнеупорность-свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры не расплавляясь и не деформируясь.
Огнеупорные способны выдерживать температуры свыше 1580 С. Применяют их для внутренней облицовки промышленных печей(шамотный кирпич).
Тугоплавкие от 1350-1580 (гжельский кирпич для кладки печей).
Легкоплавкие –размягчаются при температуре ниже 1350 С(обыкновенный глиняный кирпич).
Термическое сопротивление-тепловое сопротивление, способность тела препятствовать распространению теплового движения молекул.
(
σ-толщина стены
λ-удельная теплопроводность
6. деформационные свойства.
Упругость- свойство материала деформироваться под нагрузкой и принимать после снятия нагрузки первоначальную форму и размеры.
Наибольшее напряжение при котором материал еще обладает упругостью называется предел упругости(резина, сталь, древесина).
Пластичность-свойство материала изменять под нагрузкой форму и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившуюся форму и размеры после удаления нагрузки(свинец, нагретый битум, глиняное тесто).
Хрупкость- свойство материала мгновенно разрушаться под действием внешних сил без предварительной деформации(природные камни, стекло, чугун, бетон).
Текучесть, свойство тел пластически или вязко деформироваться под действием напряжений.
Ползучесть материалов (последействие) — изменение с течением времени деформации твёрдого тела под воздействием постоянной нагрузки или механического напряжения.
ВЯЗКОСТЬ — материала (в твердом состоянии) — способность материала поглощать механическую энергию (работу) при деформировании образцов.
Явления медленного уменьшения напряжений в образце при неизменной начальной деформации называется релаксацией.
Реология-учение о текучести материалов.
7. Классификация, свойства и добыча каменных материалов.
Каменные материалы-строительные материалы, получаемые в результате механич. обработки горных пород
По происхождению горные породы разделяют на три группы: изверженные или магматические(первичные), осадочные (вторичные) и метаморфические.
Магматические образовались в результате остывания огненно-жидкой массы-магмы, которая разрывала земную кору и разливалась на ее поверхности или остывала в земной коре, не достигнув ее поверхности. В зависимости от условий остывания бывают:
Глубинные(граниты, сиениты, диориты и тд.) образованные в результате медленного остывания магмы в толще земной коры под значительным давлением верхних слоев.
Излившиеся(базальты, андезиты, диабазы и тд) образовались при быстром остывании магмы на поверхности земли.
Осадочные образовались в результате разрушения(выветривания) изверженных и других горных пород под воздействием внешних условий или в результате осаждения веществ из какой либо среды. По характеру образования делят на обломочные, глинистые и органогенные.
Обломочные-грубые продукты механического разрушения изверженных и других горных пород под действием резкой смены температуры, воздействием воды и ветра(пески, конгломераты и тд)
Глинистые породы-дисперсные продукты глубокого химического преобразования силикатных минералов материнских пород, перешедших в новые минеральные виды.
Химические осадки-хемогенные горные породы, образовавшиеся при осаждении из водных растворов минеральных веществ с последующим их уплотнением и цементацией(доломит, магнезит и тд)
Органогенные породы-образовались в результате отложения остатков живых и растительных организмов, скелеты и панцири которых содержали минеральные вещества(известняки, мел и тд).
Метаморфические- образовались в толще земной коры в результате видоизменения осадочных горных пород под воздействием высокой температуры, давления и других факторов.
Среди свойств природных каменных материалов обычно выделяют плотность, предел прочности при сжатии, морозостойкость.
По плотности каменные материалы разделяют на тяжелые(более 1800 кг/м3) и легкие (менее 1800 кг/м3)
По пределу прочности на сжатие установлены следующие марки:
Для тяжелых каменных материалов-от 10 до 100 Мпа, а для легких- от 1 до 20 Мпа.
По степени морозостойкости в циклах замораживания (Мрз) установлены марки от 10 до 500.
К каменным материалам предназначенным для дорожных покрытий, полов промышленных зданий, предъявляют дополнительные требования(высокую стойкость к истиранию, износу и др). Для природного камня из которого изготавливают облицовочные плиты, большое значение имеет внешний вид, текстура, цвет.
Добыча.
Способы добычи горных пород зависит от условий их залегания, прочности и твердости, формы и размеров изделий.
Когда горные породы залегают неглубоко
или выходят на поверхность земли, добыча их ведется открытым способом в карьерах.
Если залегают глубоко то добывают подземным способом в каменоломнях или шахтах.
Плотные горные породы предназначенные для щебня или бутового камня разрабатывают взрывным способом. Однако для получения плит и блоков взрывной способ не применяют так как могут образоваться трещины. Отдельные блоки выпиливают или выламывают из массива камнерезными и врубовыми машинами и специальным инструментом.
Легкообрабатываемые горные породы(туф, известняк-ракушечник) добывают механизированным способом при помощи камнерезных машин, режущим элементом которых является горизонтальные и вертикальные дисковые плиты со вставными резцами.
Рыхлые горные породы (песок, гравий, глину) добывают открытым способом, применяя экскаваторы и другие машины.
8.Горные породы и материалы.
В изверженных горных породах в зависимости от условий образования выделяют две главные группы магматических пород-глубинные(интрузивные) и излившиеся(эффузивные).
Глубинные горные породы характеризуются высокой плотностью, морозостойкостью и малым водопоглощением. Основные виды-гранит, сиениты, габбро, лабрадориты.
Граниты состоят из кварца, полевого шпата и слюды. Характеризуются высокой морозостойкостью и малым водопоглощением, большим сопротивлением выветриванию, хорошо обтесываются, шлифуются и полируются, отличаются хрупкостью и невысокой огнестойкостью. Применяются для облицовки зданий и сооружений, из них изготавливают бортовые камни, ступени и другие изделия.
Предел прочности 100-250 Мпа.
Сиениты отличаются от гранита отсутствием кварца. По сравнению с гранитами они несколько мягче, лучше полируются и более вязки. Применение то же что и гранитов.
Предел прочности-120-150 Мпа.
Диориты состоят из полевого шпата и роговой обманки. Характеризуются высокой вязкостью, хорошей сопротивляемостью удару и истиранию, а так же стойкостью против выветривания. Хорошо поддаются полировке. Применяют для дорожных покрытий и облицовок.
Предел прочности- 150-300 Мпа.
Габбро -самая прочная и стойкая магматическая горная порода, состоит из полевого шпата и минералов(авгита и оливина). Предел прочности при сжатии-200-350 Мпа. Габбро имеет высокие вязкость и стойкость против выветривания. Изделия из габбро применяют в дорожном строительстве.
Лабрадориты -разновидность габбро. Особенно ценны те лабрадориты которые при полировке дают декоративные поверхности с переливами синего, зеленого, золотистого и других цветов. Применяют в качестве облицовочного декоративного камня.
Излившимися магматическими горными породами являются: диабазы, порфиры, базальт.
Диабазы -древние излившиеся породы(аналог габбро).
Предел прочности 250 до 400 Мпа.
Обработка затруднена ввиду их вязкости.
Область использования-архитектурно-строительные изделия для наружной облицовки зданий, камни бортовые и брусчатка, для получения щебня. Обладают высокой кислотостойкостью.
Порфиры -характеризуются порфировой структурой т.е наличием «вкрапленников» в основной мелкозернистой массе.
Предел прочности при сжатии -120-220 Мпа. Применяются в дорожном строительстве и для изготовления облицовочных плит.
Базальты-по хим. составу аналоги габбро. Являются твердыми и одновременно хрупкими, трудно обрабатываемыми породами. Предел прочности достигает 500 Мпа.
Базальты являются хорошими кислотоупорными материалами и высоко ценятся как сырье для каменного литья. Литой камень базальтин используется для получения отделочных изделий, труб, химической аппаратуры, отличающихся высокой прочностью и долговечностью.
Осадочные горные породы залегают в верхних слоях земной коры
К ним относятся:
Валунный камень -обломки магматических горных пород размером более 100 мм. Валуны размером до 25 см применяются для дорожных работ без дополнительной обработки. Более крупные используются для получения каменного материала(щебня) путем раскалывания и дробления.
Гравий -рыхлое скопление окатанных обломков исходных горных пород размером от 70 до 5 мм. Применяется для изготовления железобетонных изделий, в дорожном строительстве.
Песок -рыхлая зернистая порода, образовавшаяся в результате естественного разрушения горных пород. Различают пески-кварцевые,полевошпатные,известняковые и др. Наиболее прочными являются кварцевые. Применяют для приготовления строительных растворов, асфальтобетонов, для устройства дренажей. Является сырьем для производства силикатных изделий, керамики, стекла и тд.
|
|
|
