| |||||
МЕНЮ
| Связь состава, структуры и свойств строительных материаловСвязь состава, структуры и свойств строительных материалов Связь состава , структуры и свойств строительных материалов Физические свойства Строительные материалы, применяемые при возведении зданий и сооружений, характеризуются разнообразными свойствами, которые определяют качество материалов и области их применения. По ряду признаков основные свойства строительных материалов могут быть разделены на физические, механические п химические.
физические свойства материала характеризуют его строение или отношение к
физическим процессам окружающей среды. физическим свойствам относят массу Масса —совокупность материальных частиц (атомов, молекул, ионов), содержащихся в данном теле. Масса обладает определенным объемом, т. е. занимает часть пространства. Она постоянна для данного вещества и не зависит от скорости его движения и положения в пространстве. Тела одинакового объема, состоящие из различных веществ, имеют неодинаковую массу. Для характеристики различий в массе веществ, имеющих одинаковый объем, введено понятие плотности, последняя подразделяется на истинную и среднюю. Истинная плотность — отношение массы к объему материала в абсолютно плотном состоянии, т. с. без пор и пустот. Чтобы определить истинную плотность р (кг/м3, г/см3), необходимо массу материала (образца) т (кг, г) разделить на абсолютный объем Va (м3,см3)» занимаемый самим материалом (без пор): Зачастую истинную плотность материала относят к истинной плотности воды при 4° С, которая равна 1 г/см3, тогда определяемая истинная плотность становится как бы безразмерной величиной. Таблица 1. Истинная и средняя плотность некоторых строительных материалов Средняя плотность—физическая величина, определяемая отношением массы образца материала ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты. Среднюю плотность (m(кг/м3, г/см3) вычисляют по формуле: где m—масса материала в естественном состоянии, кг или г; V— объем материала в естественном состоянии, м3 или см3. Средняя плотность не является величиной постоянной и изменяется в зависимости от пористости материала. Искусственные материалы можно получать с необходимой средней плотностью, например, меняя пористость, получают бетон тяжелый со средней плотностью 1800— 2500 кг/м3 или легкий со средней плотностью 500— 1800 кг/м3. На величину средней плотности влияет влажность материала: чем выше влажность, тем больше средняя плотность. Среднюю плотность материалов необходимо знать для расчета их пористости, теплопроводности, теплоемкости, прочности конструкций (с учетом собственной массы) и подсчета стоимости перевозок материалов. Пористость различных строительных материалов колеблется в значительных
пределах и составляет для кирпича 25—35 %, тяжелого бетона 5—10, газобетона Плотность и пористость в значительной степени определяют такие свойства материалов, как водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность и др. Водопоглощение—способность материала впитывать воду и удерживать ее. где Rнас — предел прочности при сжатии материала в насыщенном водой состоянии, МПа; Rсух—то же, сухого материала. Влажность материала определяется содержанием влаги, отнесенным к массе материала в сухом состоянии. Влажность материала зависит как от свойств самого материала (пористости, гигроскопичности), так и от окружающей его среды (влажность воздуха, наличие контакта с водой). Влагоотдача — свойство материала отдавать влагу окружающему воздуху, характеризуемое количеством воды (в процентах по массе или объему стандартного образца), теряемой материалом в сутки при относительной влажности окружающего воздуха 60 % и температуре 20'С. Величина влагоотдачи имеет большое значение для многих материалов и
изделий, например стеновых панелей и блоков, мокрой штукатурки стен,
которые в процессе возведения здания обычно имеют повышенную влажность, а в
обычных условиях благодаря влагоотдаче высыхают: вода испаряется до тех
пор, пока не установится равновесие между влажностью материала стен и
влажностью окружающего воздуха, т. е. пока материал не достигнет воздушно-
сухого состояния. Водопроницаемость—свойство материала пропускать воду под давлением. Морозостойкость—свойство насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности. Замерзание воды, заполняющей поры материала, сопровождается увеличением ее объема примерно на 9%. в результате чего возникает давление на стенки пор, приводящее к разрушению материала. Однако во многих пористых материалах вода не может заполнить более 90 % объема доступных пор, поэтому образующийся при замерзании воды лед имеет свободное пространство для расширения. Разрушение материала наступает только после многократного попеременного замораживания и оттаивания. Паро- и газопроницаемость — свойство материала пропускать через свою
толщу под давлением водяной пар или газы (воздух). Все пористые материалы
при наличии незамкнутых пор способны пропускать пар или газ. Знать теплопроводность материала необходимо при теплотехническом расчете толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при определении требуемой толщины тепловой изоляции горячих поверхностей, например трубопроводов, заводских печей и т. д. Теплоемкость—свойство материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты и выделять ее при охлаждении, Показателем теплоемкости служит удельная теплоемкость, равная количеству теплоты (Дж), необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 °С. Удельная теплоемкость, кДж(кг-°С), искусственных каменных материалов 0,75—0,92, древесины — 2,4—2,7, стали — 0,48, воды—4.187. Теплоемкость материалов учитывают при расчетах теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, подогрева составляющих бетона и раствора для зимних работ, а также при расчете печей. Огнестойкость— способность материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара. По степени огнестойкости строительные материалы делят на несгораемые, трудно сгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы под действием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К этим материалам относят природные каменные материалы, кирпич, бетон, сталь. Трудно сгораемые материалы под действием огня с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются. Примером таких материалов могут служить древесно-цементный материал фибролит и асфальтовый бетон. Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня. К этим материалам в первую очередь следует отнести дерево, войлок, толь и рубероид, Огнеупорностью называют свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не расплавляясь и не деформируясь. По степени огнеупорности материалы делят на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие . Огнеупорные материалы способны выдерживать продолжительное воздействие температуры свыше 1580°С. Их применяют для внутренней облицовки промышленных печей (шамотный кирпич). Тугоплавкие материалы выдерживают температуру от 1350 до 1580°С (гжельский кирпич для кладки печей). Теплопроводность — свойство материала передавать через толщу теплоту при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Теплопроводность материала зависит от многих факторов: природы материала, его строения, пористости, влажности, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Материал кристаллического строения обычно более теплопроводен, чем материал аморфного строения. Если материал имеет слоистое или волокнистое строение, то теплопроводность его зависит от направления потока теплоты по отношению к волокнам, например, теплопроводность древесины вдоль волокон в 2 раза больше, чем поперек волокон. На теплопроводность материала в значительной мере влияют величина пористости, размер и характер пор. Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые, даже если их пористость одинакова. Механические свойства Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться разрушающему или деформирующему воздействию внешних сил. К механическим свойствам относят прочность, упругость, пластичность, хрупкость, сопротивление удару, твердость, истираемость, износ. Прочность—свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних нагрузок. Под воздействием различных нагрузок материалы в зданиях и сооружениях испытывают различные внутренние напряжения (сжатие, растяжение, изгиб, срез и др.). Прочность является основным свойством большинства строительных материалов, от ее значения зависит величина нагрузки, которую может воспринимать данный элемент при заданном сечении. Строительные материалы в зависимости от происхождения и структуры по- разному противостоят различным напряжениям. Так, материалы минерального происхождения (природные камни, кирпич, бетон и др.) хорошо сопротивляются сжатию, значительно хуже срезу и еще хуже растяжению, поэтому их используют главным образом в конструкциях, работающих на сжатие. Другие строительные материалы (металл, древесина) хорошо работают на сжатие, изгиб и растяжение, поэтому их с успехом применяют в различных конструкциях (балки, фермы и т.п.). работающих на изгиб.
Хрупкость — свойство материала мгновенно разрушаться под действием внешних сил без предварительной деформации. К хрупким материалам относят природные камни, керамические материалы, стекло, чугун, бетон и т. п. Сопротивлением удару называют свойство материала сопротивляться
разрушению под действием ударных нагрузок. В процессе эксплуатации зданий и
сооружений материалы в некоторых конструкциях подвергаются динамическим Твердость —свойство материала сопротивляться прониканию в него другого материала, более твердого. Это свойство имеет большое значение для материалов, используемых в полах и дорожных покрытиях. Кроме того, твердость материала влияет на трудоемкость его обработки. Существует несколько способов определения твердости материалов. Твердость древесины, бетона определяют, вдавливая в образцы стальной шарик. О величине твердости судят по глубине вдавливания шарика или по диаметру полученного отпечатка. Твердость природных каменных материалов определяют по шкале твердости (метод Мооса), в которой десять специально подобранных минералов расположены в такой последовательности, когда следующий по порядку минерал оставляет черту (царапину), на предыдущем, а сам им не прочерчивается (табл. 3). Например, если испытуемый материал чертится апатитом, а сам оставляет черту (царапину) на плавиковом шпате, то его твердость соответствует 4,5. Истираемость — свойство материала изменяться в объеме и массе под воздействием истирающих усилий. От истираемости зависит возможность применения материала для устройства полов, ступеней, лестниц, троту-9ров и дорог. Истнраемость материалов определяют в лабораториях на специальных машинах — кругах истирания. Износом называют разрушение 'материала при совместном действии истирания и удара. Упругость — свойство материала деформироваться под нагрузкой и принимать после снятия нагрузки первоначальные форму и размеры. Наибольшее напряжение, при котором материал еще обладает упругостью, называется пределом упругости. Упругость является положительным свойством строительных материалов. В качестве примера упругих материалов можно назвать резину, сталь, древесину. Пластичность—способность материала изменять под нагрузкой форму и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившиеся форму и размеры после удаления нагрузки. Это свойство противоположно упругости. Примером пластичного материала служат свинец, глиняное тесто, нагретый битум. Таблица 3. Шкала твердости минералов Химические свойства Химические свойства характеризуют способность материала к химическим превращениям под воздействием веществ, с которыми он находится в соприкосновении. Химические свойства материала весьма разнообразны, основные из них—химическая и коррозионная стойкость. Химическая стойкость—способность материалов противостоять разрушающему влиянию щелочей, кислот, растворенных в воде солей и газов. Коррозионная стойкость— свойство материалов сопротивляться коррозионному воздействию среды. Многие строительные материалы не обладают этими свойствами. Так, почти все цементы плохо сопротивляются действию кислот, битумы сравнительно быстро разрушаются под действием концентрированных растворов щелочей, древесина не стойка к действию тех и других. Лучше сопротивляются действию кислот и щелочей некоторые виды природных каменных материалов (диабаз, андезит, базальт), плотная керамика, а также большинство материалов из пластмасс. Вывод : на основе описанных выше связи свойств , состава, и структуры строительных материалов можно понять что связь самая непосредственная , например : Пористые материалы – структура пористая (поры замкнутые иле нет ) , водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность . Задача № 17 Однослойная наружная стеновая панель из лёгкого бетона теплопроводностью Решение Ответ : толщина стены из кирпичной кладки будет не менее 50,96 см Что такое коррозия строительных материалов ? Приведите примеры коррозии строительных материалов . Ответ мотивируйте Коррозионная стойкость— свойство материалов сопротивляться коррозионному воздействию среды. Многие строительные материалы не обладают этими свойствами. Так, почти все цементы плохо сопротивляются действию кислот, битумы сравнительно быстро разрушаются под действием концентрированных растворов щелочей, древесина не стойка к действию тех и других. Лучше сопротивляются действию кислот и щелочей некоторые виды природных каменных материалов (диабаз, андезит, базальт), плотная керамика, а также большинство материалов из пластмасс. Древесина . Стойкость древесины различных пород к действию агрессивных сред (растворов солей, щелочей и кислот) неодинакова. Древесина хвойных пород характеризуется большей коррозионной стойкостью, чем древесина лиственных пород. При длительном воздействии кислот и щелочей древесина медленно разрушается. Интенсивность разрушения зависит от концентрации растворов, например, слабощелочные растворы, почти не разрушают древесины, а действию слабых растворов минеральных кислот она сопротивляется лучше, чем бетон. В морской воде древесина хуже сохраняется, чем в речной. Металлы . Коррозией называют разрушение металла под воздействием окружающей среды. В результате коррозии безвозвратно теряется около 10—12 % ежегодного производства черных металлов. Виды коррозии. В зависимости от механизма процесса разрушения металла коррозия может быть химической и электрохимической. Химическая коррозия возникает при действии па металл сухих газов или
жидкостей органического происхождения, которые не являются электролитами. Электрохимическая коррозия образуется в результате Бездействия на металл электролитов (растворов кислот, щелочей и солей). Ионы металла переходят в раствор, при этом металл постепенно разрушается. Этот вид коррозии может также возникать при контакте двух разнородных металлов в присутствии электролита, когда между этими металлами проходит гальванический ток. В гальванической паре любых двух металлов будет разрушаться тот металл, который стоит ниже в ряду электрохимических напряжений. Например, железо в ряду напряжений расположено выше цинка, по ниже меди, следовательно, при контакте железа с цинком будет разрушаться цинк, а при контакте железа с медью—железо. В металлах, из-за наличия неоднородных структурных составляющих может возникнуть микрокоррозия. Распространяясь по границам зерен металла, она вызывает межкристаллическую коррозию. На какие классы подразделяются породообразующие минералы ? § 11. Породообразующие минералы В природе насчитывается более 2000 минералов, но в образовании горных
пород участвует лишь около 50, носят они название породообразующих. Каждый
минерал характеризуется определенными химическим составом и физическими
свойствами: плотностью, твердостью, прочностью, стойкостью, характером
излома, блеском, цветом и др. Полевые шпаты—довольно распространенные минералы, участвующие в
образовании многих горных пород, По химическому составу полевые шпаты
представляют собой алюмосиликаты калия, натрия или кальция. Полевые шпаты
характеризуются хорошо выраженной спайностью по двум направлениям. Из
разновидностей полевых шпатов в природе различают: ортоклаз Слюды по химическому составу являются слоистыми водными алюмосиликатами. Задача № 50 Определить полные остатки на ситах , построить графики зернового состава и
дать оценку состава щебня , если частные остатки на стандартных ситах ,
выраженные в % , соответственно равны : Решение Какие изделия относятся к эффективной керамике ? Чем определяется их эффективность ? Для уменьшения массы и толщины наружных стен взамен обычного кирпича широко применяют эффективные керамические материалы, которые характеризуются меньшей плотностью, более низкой теплопроводностью, чем обычный кирпич, но обладают достаточной прочностью. По теплотехническим свойствам и плотности кирпич и камни в высушенном до
постоянной массы состоянии подразделяют на эффективные, улучшающие
теплотехнические свойства стен зданий и позволяющие уменьшить их толщину по
сравнению с толщиной стен из обыкновенного кирпича (кирпич плотностью не
более 1400 кг/м3 и камни плотностью не более 1450 кг/м3) и условно
эффективные, улучшающие теплотехнические свойства ограждающих конструкций К эффективным стеновым керамическим материалам относят пустотелые
керамические кирпич и камни (рис. 19). Они имеют форму прямоугольного
параллелепипеда с ровными гранями на лицевых поверхностям Пустоты в кирпиче
и камнях должны располагаться перпендикулярно или параллельно постели и
могут быть сквозными или несквозными. Диаметр цилиндрических сквозных
пустот не более 16 мм, ширина щелевидных пустот не более 12 мм. Толщина
наружных стенок кирпича и камней должна быть не менее 12 мм. Водопоглощение
пустотелых изделий не менее 6%. По прочности кирпич и камни подразделяют на
марки: 300, 250, 200, 175, 150, 125. 100, 75 (см. табл. 6), а по
морозостойкости—на марки: Пустотелый кирпич применяют для кладки наружных и внутренних стен зданий и для заполнения стен каркасных зданий. Не разрешается использовать этот кирпич для кладки стен зданий бань, прачечных и т. п. Из пустотелых камней возводят несущие стены и перегородки, стены каркасных зданий, изготовляют кирпичные панели. Применяя пустотелые керамические камни, удается снизить толщину и массу стен, снизить трудоемкость кладки и ее стоимость. К эффективным керамическим материалам относят также сплошные и пустотелые кирпичи и камни, которые изготовляют из смеси глины и диатомитов или трепелов путем пластического или полусухого формования и последующего обжига. Плотность их от 700 до 1500 кг/м3. Кирпич и камни выпускают пяти марок: 200, 150, 125, 100 п 75. Применяют их для кладки наружных и внутренних стен зданий и сооружений. Задача № 70 Сколько получится штук кирпича полнотелого одинарного из 8м3 глины при следующих данных : средняя плотность черепка кирпича 1700кг/м3 , средняя плотность сырой глины 1640 кг/м3, влажность глины 16% ? Потери при прокаливании во время обжига сырья в печи составляют 9%от массы сухой глины. Решение Находим массу влажной глины : твл.гл.=1640(8=13120кг Масса глины после обжига : тгл=(13120/1,16)/1,09=10376,5кг Объём 1000 шт кирпича : Масса этого кирпича : т1000=1700(1,95=3315кг Находим количество кирпича : шт=(10376,5/3315)(1000=3130 штук кирпича Ответ : из 8м3 сырой глины плотностью 1640 кг/м3, можно получить 3130 штук кирпича , плотностью1700кг/м3 Виды стеклянных материалов и изделий Основные сведения о стекле Стеклом называют твердый, аморфный, прозрачный в той или иной области оптического диапазона (в зависимости от состава) материал, получаемый из переохлажденных жидких минеральных расплавов, содержащих стеклообразующие компоненты (оксиды кремния, бора, алюминия и др.) и оксиды металлов (лития, калия, магния, свинца и т. д.). Листовое стекло Стекольная промышленность нашей страны выпускает несколько разновидностей листового стекла: обычное оконное, витринное, армированное, узорчатое, теплопоглощающее и др. В строительстве наиболее широко применяют неполированное бесцветное листовое оконное стекло. Его выпускают в виде листов толщиной 2—6 мм и размером от 400Х400 до 1600Х2200 мм, которые имеют светопропускание 85—90%. Витринное стекло в виде крупноразмерных полированных и неполированных полотен толщиной 6—10 мм служит для остекления магазинов, ресторанов, кинотеатров, выставочных залов, вокзалов и т. п. Армированное стекло изготовляют методом горизонтального проката с запрессовкой в расплавленную стекломассу металлической сетки. Оно обладает повышенной огнестойкостью и безопасностью. Его применяют для остекления фонарей верхнего света, перегородок и устройства ограждений балконов. Узорчатое стекло получают прокатом бесцветной или цветной расплавленной стекломассы награвированных валках. Эта разновидность листового стекла характеризуется декоративностью и светорассеивающей способностью. Его используют в качестве элемента архитектурного оформления , а также для остекления оконных проемов, перегородок и дверей в тех случаях, когда требуется отсутствие сквозной видимости или рассеянный свет. Теплопоглощающее стекло содержит в своем составе добавки, обеспечивающие
преимущественное поглощение инфракрасных лучей солнечного спектра. Его
применяют для уменьшения солнечной радиации. Изделия из стекла В настоящее время из стекла изготовляют изделия широкой номенклатуры: пустотелые стеклянные блоки, стеклопакеты, стеклянные трубы, дверные полотна, облицовочные плитки и др. Пустотелые стеклянные блоки получают путем сваривания двух отпрессованных из стекломассы половинок. Рисунок на лицевой стороне блока сообщает ему светорассеивающую способность. Стеклянные блоки квадратной или прямоугольной формы имеют размеры до Стеклопрофилит (стекло профильное) представляет собой крупногабаритное
строительное изделие из стекла коробчатого, таврового, ребристого или
другого профиля (рис. 32). Получают его методом непрерывного проката из
армированного и неармированного, бесцветного и окрашенного стекла. Стеклянные трубы изготовляют способом вертикального или горизонтального
вытягивания и центробежным формованием. Их выпускают диаметром от 0,1—40 Стеклянные трубы широко применяют в пищевой, медицинской, химической и других отраслях промышленности для удаления или транспортирования агрессивных жидкостей. Трубопроводы из стекла прозрачны, гигиеничны и имеют гладкую поверхность, что уменьшает сопротивление перемещаемых в них жидкостей. Соединяют стеклянные трубы при помощи соединительных и уплотняющих устройств — муфт, резиновых манжет — с затяжкой металлическими поясами. Дверные полотна изготовляют из крупногабаритного листового стекла, подвергнутого закалке. Полотна имеют обработанные кромки и пазы для крепления металлической фурнитуры. Служат они для устройства наружных и внутренних дверей в торговых помещениях, павильонах и т. п. Облицовочные стеклянные плитки по прочностным и эксплуатационным
свойствам превосходят керамические. Выпускают плитки эмалированные, одна из
поверхностей которых покрыта цветной или белой эмалью; коврово-мозаичные из
непрозрачного (полуглушеного) стекла различных цветов (рис. 33) и плитки Стеклокристаллит — новый декоративно-облицовочный материал,
изготовляемый методом кристаллизации с одновременным процессом огневой
полировки лицевой поверхности стеклокристаллического гранулированного
материала с последующей его термообработкой. Стекло-1/ исталлит выпускают в
виде плит размером 600Х400, 400Х300 и 300Х200 мм и толщиной от 25 до 12 мм. Основные теории твердения портландцемента Твердение портландцемента. При затворении портландцемента водой сначала
образуется пластичное клейкое цементное тесто, которое затем постепенно
загустевает, переходя в камневидное состояние. Твердение и есть процесс
превращения цементного теста в цементный камень. Задача № 100 Сколько цемента и воды потребуется для получения 10 кг цементного теста , имеющего среднюю плотность 1550 кг/м3, если истинная плотность портландцемента 3100 кг/м3 . Найти пористость цементного камня и водоцементное отношение . Решение Содержание воды при затворении портландцемента было 30% , а количество
химически связанной воды равно 20% от массы цемента . Значит потребуется Состав цементного теста (по массе ) Ц/В = 1/0,30 . Абсолютный объём , занимаемый цементным тестом Vцт=1000/3100+0,30=0,62м3 Абсолютный объём , занимаемый цементным камнем Vц.к.=1000/3100+0,20=0,52м3 Относительная плотность цементного камня Vц.к/ Vцт=0,52/0,62=0,84 Пористость цементного камня П=(1-0,84)(100%=16% ----------------------- [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] –??/?????†???????????"????[pic] [pic] |
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|