К физическим свойствам строительных материалов относят: Физические свойства строительных материалов — Свойства стройматериалов

Глава 1. Основные свойства строительных материалов

§ 1. 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 и химические.

Физические свойства материала характеризуют его строение или отношение к физическим процессам окру­жающей среды. К физическим свойствам относят массу, истинную и среднюю плотность, пористость, водопоглощение, водоотдачу, влажность, гигроскопичность, водо­проницаемость, морозостойкость, воздухо-, паро- и газо­проницаемость, теплопроводность и теплоемкость, огне­стойкость и огнеупорность.

Масса— совокупность материальных частиц (атомов, молекул, ионов), содержащихся в данном теле

Истинная плотность— отношение массы к объему материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор и пустот.

Однако большинство строительных материалов име­ет поры, поэтому у них средняя плотность всегда меньше истинной плотности. Лишь у плотных материалов (стали, стекла, битума и некоторых других) истинная и средняя плотности практически равны, так как объем внутренних пор у них весьма мал.

Средняя плотность— физическая величина, определя­емая отношением массы образца материала ко всему за­нимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты. Среднюю плотность рт(кг/м3, г/см3) вычис­ляют по формуле:

где т — 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.

Для сыпучих материалов (цемент, песок, щебень, гра­вий и др.) определяют насыпную плотность. В объем та­ких материалов включают не только поры в самом материале, но и пустоты между зернами или кусками мате­риала.

Пористостью материаланазывают степень заполне­ния его объема порами. Пористость П дополняет плот­ность до 1 или до 100 % и определяется по формулам:

П=1- рm

или П =(1 — рm./р) 100%.

Пористость различных строительных материалов ко­леблется в значительных пределах и составляет для кир­пича 25 — 35 %, тяжелого бетона 5 — 10, газобетона 55 -85, пенопласта 95 %, пористость стекла и металла равна нулю.

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. Величина водопоглощения опреде­ляется разностью массы образца в насыщенном водой и абсолютно сухом состояниях. Коэффициент размягчения для разных материалов колеблется от 0 (необожженные глиняные материалы) до 1 (стекло, сталь, битум). Материалы с коэффициен­том размягчения не менее 0,8 относят к водостойким. Их разрешается использовать в строительных конструк­циях, находящихся в воде и в местах с повышенной влажностью.

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.

Гигроскопичностьюназывают свойство пористых ма­териалов поглощать определенное количество воды при повышении влажности окружающего воздуха. Древесина и некоторые теплоизоляционные материалы вследствие гигроскопичности могут поглощать большое количество воды, при этом увеличивается их масса, снижается проч­ность, изменяются размеры. В таких случаях для дере­вянных и ряда других конструкций приходится применять защитные покрытия.

Водопроницаемость— свойство материала пропускать воду под давлением. Величина водопроницаемости ха­рактеризуется количеством воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 см

2площади испытуемого материала при по­стоянном давлении. К водонепроницаемым материалам относятся особо плотные материалы (сталь, стекло, би­тум) и плотные материалы с замкнутыми порами (на­пример, бетон специально подобранного состава).

Морозостойкость— свойство насыщенного водой ма­териала выдерживать многократное попеременное за­мораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.

Разрушение материала наступает только после многократного попеременного замораживания и оттаивания.

Морозостойкость имеет большое зна­чение для стеновых материалов, систематически подвер гающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, а также для материалов, применяемых в фундаментах и кровельных покрытиях.

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.

Воздухопроницаемость материалов следует учитывать при применении их в наружных стенах и покрытиях зданий, а газопроницаемость — при применении их в конст­рукциях специальных сооружений (например, газголь­дерах).

Теплопроводность— свойство материала передавать через толщу теплоту при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал.

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.

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, трудносгораемые 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. Трудносгораемые материалы под действием огня с трудновоспла-меняются, 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.

Огнеупорностьюназывают 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). Легкоплавкие материалы раз­мягчаются при температуре ниже 1350 °С (обыкновенный глиняный кирпич),

Основные свойства строительных материалов

Водостойкость строительного материала – это способность материала сохранять свою проектную прочность при насыщении водой. Степень снижения прочности строительного материала под действием воды называется коэффициентом размягчения. Материалы, имеющие коэффициент выше 0,8 считаются водостойкими и могут применяться в воде или в местах с повышенной влажностью. Водостойкость строительных материалов – очень важный показатель именно для тех материалов, которые используются в воде или во влажных условиях. Некоторые материалы при насыщении водой могут увеличивать свои показатели по прочности, это обусловлено, прежде всего, химическим взаимодействием компонентов. Например, при насыщении водой цемент может превратиться в цементный камень. Водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения kp = Rв/Rс, где Rв — прочность материала насыщенного водой, а Rс — прочность сухого материала. Меняется kp от 0 (размокающие глины) до 1 (металлы). 

Водопоглощение строительного материала – это способность материала впитывать и удерживать влагу. Измеряется водопоглощение отношением объема или массы впитанной влаги к объему или массе строительного материала:wm = (m2-m1)/m1*100%,wv = m2-m1/V*100%Где
m2 — масса материала в насыщенном водой состоянии, кг; 
m1 — масса материала в сухом состоянии, кг;
V — объем материала в естественном состоянии, м3.Существует масса примеров, когда влаги в материале больше чем самого материала. Это происходит в том случае, когда удельный вес материала меньше плотности воды.Практически всегда избыточное водопоглощение приводит к избыточному наличию воды в стройматериале, что ведет к изменению очень важных качеств строительного материала, таких как прочность и теплопроводность. 

Влагоотдача строительного материала – это способность материала отдавать влагу, находящуюся в порах. Так, например, штукатурные растворы, отдавая лишнюю влагу, существенно изменяют свои показатели по прочности, стеновые пенобетонные блоки впитывают влагу из растворов, а потом отдают ее в атмосферу. Чем выше влажность воздуха и меньше температура, тем хуже происходит влагоотдача. Измеряется влагоотдача в процентах влаги, отдаваемой стройматериалом при среднестатистической относительной влажности воздуха 60% и температуре +20 °С. 

Тестирование: «Общие сведения о строительных материалах»

Тест: «Общие сведения о строительных материалах»

Вариант 1

1. Что такое отделочные материалы?

а) материалы, применяемые для отделки помещения;

б) строительные материалы для строительства зданий;

в) строительные материалы для строительства сооружений;

г) материалы с высокими механическими свойствами;

2. Какое свойство определяет способность материала терять находящуюся в его порах влагу?

а) влагоотдача;

б) влажность;

в) водопоглощение;

г) водопроницаемость.

3. Какое свойство определяет способность материала сохранять прочность при насыщении его водой?

а) влажность;

б) водопроницаемость;

в) водостойкость;

г) гигроскопичность.

4. К механическим свойствам относятся:

а) плотность

б) прочность

в) твердость

г) влажность

д) износостойкость

е) коррозионностойкость

ж) химическая активность

з) морозостойкость

5. Содержание влаги в материале в данный момент времени это

а) влажность

б) водопроницаемость

в) водостойкость

г) гигроскопичность

6. На какие группы по степени огнестойкости делят материалы?

а) несгораемые, трудносгораемые и сгораемые;

б) огнестойкие, неогнестойкие;

в) несгораемые, сгораемые;

г) несгораемые, трудносгораемые.

7. Какое свойство определяет способность материала в определенных условиях и пределах воспринимать нагрузки или другие воздействия, вызывающие в нем внутренние напряжения, без разрушения?

а) твёрдость;

б) прочность;

в) хрупкость;

г) пластичность.

8. К химическим свойствам относятся:

а) плотность

б) прочность

в) твердость

г) влажность

д)износостойкость

е) коррозионностойкость

ж) химическая активность

з) морозостойкость

9. Твердость определяют:

а) по шкале твердости

б) испытанием образцов на прессах

в) испытанием образцов на разрывных машинах

г) на специальных приборах по методу Бринелля

10. К физическим свойствам относятся :

а) плотность

б) прочность

в) твердость

г) влажность

д) износостойкость

е) коррозионностойкость

ж) химическая активность

з) морозостойкость

11. Морозостойкость — это свойство материала

а)в водонасыщенном состоянии, выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и снижения прочности

б) выдерживать многократное замораживание и оттаивание в сухом состоянии без значительных разрушений и снижения прочности

в) выдерживать многократное замораживание и оттаивание в водонасыщенном состоянии

г) выдерживать многократное замораживание и оттаивание до разрушения

12. Разрушение материала под действием микроорганизмов — это?

а) биокоррозия;

б) макрокоррозия;

в) микрокоррозия;

г) миникоррозия.

13. — это степень заполнения объема материала порами, содержание пор в материале.
а) насыпная плотность
б) пористость
в) водопоглощение
г) объем

14. Способность материалов противостоять воздействию на него сил трения?

а)износосткойкость

б)пористость

в)твердость

г)коррозия

15. Способность материала поглощать водяной пар из воздуха – это:

а) гигроскопичность;

б) влажность;

в) водопоглащение.

16. Какие свойства характеризуют способность материала вступать в реакцию с различными веществами?

а) механические;

б) химические;

в) физические;

г) технологические.

17. Какое свойство определяет способность материала поглощать при нагревании и отдавать при охлаждении определённое количество теплоты?

а) теплостойкость;

б) теплообмен;

в) теплопроводность;

г) теплоёмкость.

18. Какое свойство определяет способность материала противостоять, не деформируясь, длительному воздействию высоких температур?

а) огнеупорность;

б) огнестойкость;

в) пожароопасность;

г) огнеопасность.

19. Какое свойство определяет способность материалов сопротивляться проникновению в них других материалов?

а) хрупкость;

б) прочность;

в) пластичность;

г) твердость.

20. Какое свойство определяет способность материала после деформирования под воздействием каких-либо нагрузок принимать после снятия их первоначальную форму и размеры?

а) твёрдость;

б) прочность;

в) упругость;

г) пластичность.

21. Свойство материала проводить через свою толщину звук?

а) звукопроводность;

б) прочность;

в) звукопоглощение;

г) пластичность.

22. Свойство материалов выдерживать без разрушения воздействие высоких температур, пламени и воды в условиях пожара?

а) огнеупорность;

б) огнестойкость;

в) пожароопасность;

г) огнеопасность

23. Свойство материала передавать через свою толщину тепловой поток возникающий в следствии разности температур на противоположных поверхностях?

а) теплопроводность;

б) теплостойкость;

в) теплообмен;

г) теплоёмкость.

24. Свойство материалов противостоять звуку?

а) звукопроводность;

б) прочность;

в) звукопоглощение;

г) пластичность.

25.Разрушение твердых тел, которое вызывается химическими и электрохимическими процессами, протекающими в них при взаимодействии с внешней средой?

а) биокоррозия;

б) коррозия;

в) микрокоррозия;

г) миникоррозия

Тест: «Общие сведения о строительных материалах»

Вариант 2

1. Какое свойство определяет способность материала после деформирования под воздействием каких-либо нагрузок принимать после снятия их первоначальную форму и размеры?

а) твёрдость;

б) прочность;

в) упругость;

г) пластичность.

2. Свойство материала проводить через свою толщину звук?

а) звукопроводность;

б) прочность;

в) звукопоглощение;

г) пластичность.

3. Свойство материалов выдерживать без разрушения воздействие высоких температур, пламени и воды в условиях пожара?

а) огнеупорность;

б) огнестойкость;

в) пожароопасность;

г) огнеопасность

4. Свойство материала передавать через свою толщину тепловой поток возникающий в следствии разности температур на противоположных поверхностях?

а) теплопроводность;

б) теплостойкость;

в) теплообмен;

г) теплоёмкость.

5. Свойство материалов противостоять звуку?

а) звукопроводность;

б) прочность;

в) звукопоглощение;

г) пластичность.

6.Разрушение твердых тел, которое вызывается химическими и электрохимическими процессами, протекающими в них при взаимодействии с внешней средой?

а) биокоррозия;

б) коррозия;

в) микрокоррозия;

г) миникоррозия

7. Что такое отделочные материалы?

а) материалы, применяемые для отделки помещения;

б) строительные материалы для строительства зданий;

в) строительные материалы для строительства сооружений;

г) материалы с высокими механическими свойствами;

8. Какое свойство определяет способность материала терять находящуюся в его порах влагу?

а) влагоотдача;

б) влажность;

в) водопоглощение;

г) водопроницаемость.

9. Какое свойство определяет способность материала сохранять прочность при насыщении его водой?

а) влажность;

б) водопроницаемость;

в) водостойкость;

г) гигроскопичность.

10. К механическим свойствам относятся:

а) плотность

б) прочность

в) твердость

г) влажность

д) износостойкость

е) коррозионностойкость

ж) химическая активность

з) морозостойкость

11. Содержание влаги в материале в данный момент времени это

а) влажность

б) водопроницаемость

в) водостойкость

г) гигроскопичность

12. На какие группы по степени огнестойкости делят материалы?

а) несгораемые, трудносгораемые и сгораемые;

б) огнестойкие, неогнестойкие;

в) несгораемые, сгораемые;

г) несгораемые, трудносгораемые.

13. Какое свойство определяет способность материала в определенных условиях и пределах воспринимать нагрузки или другие воздействия, вызывающие в нем внутренние напряжения, без разрушения?

а) твёрдость;

б) прочность;

в) хрупкость;

г) пластичность.

14. К химическим свойствам относятся:

а) плотность

б) прочность

в) твердость

г) влажность

д)износостойкость

е) коррозионностойкость

ж) химическая активность

з) морозостойкость

15. Твердость определяют:

а) по шкале твердости

б) испытанием образцов на прессах

в) испытанием образцов на разрывных машинах

г) на специальных приборах по методу Бринелля

16. К физическим свойствам относятся :

а) плотность

б) прочность

в) твердость

г) влажность

д) износостойкость

е) коррозионностойкость

ж) химическая активность

з) морозостойкость

17. Морозостойкость — это свойство материала

а)в водонасыщенном состоянии, выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и снижения прочности

б) выдерживать многократное замораживание и оттаивание в сухом состоянии без значительных разрушений и снижения прочности

в) выдерживать многократное замораживание и оттаивание в водонасыщенном состоянии

г) выдерживать многократное замораживание и оттаивание до разрушения

18. Разрушение материала под действием микроорганизмов — это?

а) биокоррозия;

б) макрокоррозия;

в) микрокоррозия;

г) миникоррозия.

19. — это степень заполнения объема материала порами, содержание пор в материале.
а) насыпная плотность
б) пористость
в) водопоглощение
г) объем

20. Способность материалов противостоять воздействию на него сил трения?

а)износосткойкость

б)пористость

в)твердость

г)коррозия

21. Способность материала поглощать водяной пар из воздуха – это:

а) гигроскопичность;

б) влажность;

в) водопоглащение.

22. Какие свойства характеризуют способность материала вступать в реакцию с различными веществами?

а) механические;

б) химические;

в) физические;

г) технологические.

23. Какое свойство определяет способность материала поглощать при нагревании и отдавать при охлаждении определённое количество теплоты?

а) теплостойкость;

б) теплообмен;

в) теплопроводность;

г) теплоёмкость.

24. Какое свойство определяет способность материала противостоять, не деформируясь, длительному воздействию высоких температур?

а) огнеупорность;

б) огнестойкость;

в) пожароопасность;

г) огнеопасность.

25. Какое свойство определяет способность материалов сопротивляться проникновению в них других материалов?

а) хрупкость;

б) прочность;

в) пластичность;

г) твердость.

Ответы:

Вариант№1.

Вариант№2.

1

а

1

в

2

в

2

а

3

в

3

б

4

б,в,д

4

а

5

а

5

в

6

а

6

б

7

б

7

а

8

е,ж

8

а

9

а,г

9

в

10

а,г,з

10

б,в,д

11

а

11

а

12

а

12

а

13

б

13

б

14

а

14

е,ж

15

а

15

а,г

16

б

16

а,г,з

17

г

17

а

18

а

18

а

19

г

19

б

20

в

20

а

21

а

21

а

22

б

22

б

23

а

23

г

24

в

24

а

25

б

25

г

Физические свойства строительных материалов | Новости в строительстве

Физические свойства строительных материалов изучают с целью решения практического вопроса, где и как их применить, чтобы получить наибольший технико-экономический эффект.
К физическим свойствам относятся весовые характеристики материала, его плотность, проницаемость для жидкостей, газов, тепла, радиоактивных излучений, а также способность материала сопротивляться агрессивному действию внешней эксплуатационной среды. Последнее характеризует стойкость материала, обусловливающую в конечном итоге сохранность строительных конструкций.

Читай далее на http://stroivagon.ru основные свойства строительных материалов

Под истинной плотностью (кг/м³) понимают массу единицы объема абсолютно плотного материала: ρ= m1/V1, где  m1-масса материала, кг;  V1-объем материала в плотном состоянии, м³ .

Значения истинной плотности некоторых строительных материалов приведены в таблицу-1.

Таблица-1. Истинная плотность некоторых строительных материалов

 

 

 

 

Под средней плотностью (среднюю плотность также во многих источниках называют просто плотностью) ρ0=m1/V1,где m1-масса материала,кг; V1-объем материала,м³. Средняя плотность одного и того же вида материала может быть разной в зависимости от пористости и пустотности.

Сыпучие материалы ( песок, щебень, цемент и другие) характеризуются насыпной плотностью -отношением массы зернистых и порошкообразных материалов ко всему занимаемому ими объему, включая и пространство между частицами.От плотности материала в значительной мере зависят его технические свойства, например прочность, теплопроводность. Этими данными пользуются при определении толщины ограждающих конструкций отапливаемых зданий, размера строительных конструкций, расчетах транспортных средств, подъемно-транспортного оборудования и др.

Значения средней плотности строительных материалов находятся в широких пределах( смотри таблицу-2).

Таблица-2. Средняя плотность некоторых строительных материалов

 

 

 

 

 

Плотность зависит от пористости и влажности материала. С увеличением влажности плотность материала увеличивается. Показатель плотности является характерным и для оценки экономичности.

Пористостью (%) материала называют степень заполнения его объема порами: П=(1-ρ0/ρ)100,

где ρ0-объемная плотность материала, кг/м³; ρ-плотность абсолютно плотного материала, кг/м³. Поры -это мелкие ячейки в материале, заполненные воздухом или водой. Поры бывают открытые или закрытые, крупные или мелкие.Мелкие поры заполненные воздухом, придают строительным материалам теплоизоляционные свойства. По величине пористости можно приближенно судить о других важных свойствах материала: плотности, прочности,водопоглощении, долговечности и др.

Для конструкций от которых требуется высокая прочность или водонепроницаемость применяют плотные материалы а для стен зданий -материалы со значительной пористостью, обладающие хорошими теплоизоляционными свойствами. Открытая пористость равна отношению суммарного объема всех пор, насыщающихся водой, к общему объему материала: П0=[(m2-m1)/V]·1/ρ h3O

где m1, m2-масса образца в сухом и насыщенном водой состоянии. Открытые поры сообщаются с окружающей средой и могут сообщаться между собой, они заполняются водой при погружении в ванну с водой.В материале имеются обычно открытые и закрытые поры. В звукопоглощающих материалах специально создаются открытая пористость и перфорация для большего поглощения звуковой энергии.

Закрытая пористость по размерам и распределению пор характеризуется :а) интегральной кривой распределения объема пор по их радиусам в единице объема( смотри рисунок-1) и б) дифференциальной кривой распределения объема пор по их радиусам ( смотри рисунок-2,а).Пористость , полученная с помощью ртутного порометра, позволяет определить размер и объем пор каждой величины и оценить их форму.Ртуть не смачивает поры большинства строительных материалов и проникает в них при повышенном давлении, что следует из уравнения : Pd=-4σcosθ, где Р-прилагаемое давление,d-диаметр пор ; σ-поверхностное натяжение ртути; θ-краевой угол смачивания ртути и испытуемого материала.

Рисунок-1. Интегральные кривые распределения пор по радиусам ( пунктиром показана кривая гистерезиса)

 

 

 

 

 

 

 

Из уравнения видно, что при нулевом давлении несмачивающая жидкость не будет проникать в поры. На рисунке-2, б приведено соотношение между давлением и диаметром пор. На рисунке -1 показаны интегральные кривые распределения пор по их размерам для четырех различных материалов.По оси х отложены радиусы пор, а по оси y-объем пор данного размера ( он равен объему ртути проникшей в образец).

Кривая- 1 характерна для материалов с большим объемом крупных пустот ( более 10 мкм). Пунктиром показана кривая гистерезиса. Кривая- 2 получена для порошка с большим объемом пустот( 4…6 мкм) между зернами. Кривая -3 характерна для материала с мелкой пористостью, а кривая 4-для материала с однородной структурой и порами 0,02…0,04 мкм. Дифференциальная кривая распределения объема пор V по их размерам ( смотри рисунок-2,а)

Рисунок-2. а) Дифференциальная кривая распределения пор по радиусам. б)  График зависимости между давлением ртути ( в поромере) и размером пор.

 

 

 

 

 

 

 

 

dV/dr=fV(r), где dV/dr-тангенс угла наклона касательной к интегральной кривой. Площадь под дифференциальной кривой ( заштрихована на рисунке-2,а) равна суммарному объему пор в единице объема материала.Удельную поверхность порового пространства определяют используя средний условный радиус пор или адсорбционными методами ( по адсорбции водяного пара, азота или другого инертного газа).

Удельная поверхность ( см²/г) пропорциональна массе адсорбированного водяного пара ( газа), необходимой для покрытия мономолекулярным слоем всей внутренней поверхности пор ( в 1 г на 1 г сухого материала):

а= а1· Na ·m1/m2, где а1-поверхность, покрываемая одной адсорбированной молекулой, для молекулы воды а1=10,6·10 -16 см²;Na-число Авогадро, Na= 6,06·10 23 ;m1-масса и m2-молекулярная масса адсорбированного водяного пара ( газа). Свойства строительного материала определяются его составом, структурой и прежде всего значением и характером пористости.

Пустотность-количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпанного материала( песка. щебня и так далее) или имеющихся в некоторых изделиях, например в пустотелом кирпиче, панелях из железобетона. Пустотность песка и щебня составляет 35…45 %, пустотелого кирпича 15…50 %.

Гидрофизические свойства строительных материалов

Гигроскопичностью называют свойство капилярно-пористого материала поглощать водяной пар из влажного воздуха.Поглощение влаги из воздуха обусловлено полимолекулярной адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией. Этот физико-химический процесс называется сорбцией и является обратимым. Древесина, теплоизоляционные, стеновые и другие пористые материалы обладают развитой внутренней поверхностью пор и поэтому высокой сорбционной способностью.

Рисунок-3. Изотерма адсорбции ( при p>pa, круто поднимается вверх вследствие капилярной конденсации)

 

 

 

 

 

 

С повышением давления водяного пара (т. е. с увеличением относительной влажности воздуха при постоянной температуре) возрастает сорбционная влажность данного материала (рис. 3). Согласно эмпирическому уравнению Фрейндлиха количество адсорбированного газа a=ℜp 1/n ,где р-давление газа при достижении равновесия; ℜ и n-эмпирические параметры, постоянные для данных адсорбента и газа при определенной температуре.В логарифмических координатах это уравнение выражается отрезком прямой lga= lgℜ+ (1/n) lgp.
Кривая, выражающая зависимость количества адсорбируемого газа от давления, после насыщения внутренней поверхности пор стремится к прямой, параллельной оси абсцисс (точка а на рис. 3).
Дальнейшее увеличение гигроскопической влажности материала происходит вследствие капиллярной конденсации. В узких капиллярах материала, который хорошо смачивается водой (древесина, кирпич, бетон и т. п.), мениск всегда будет вогнутым и давление насыщенного пара под ним будет ниже, чем над плоской поверхностью. В результате пар, не достигший давления насыщения по отношению к плоской поверхности, может быть пересыщенным по отношению к жидкой фазе в тонких капиллярах и будет конденсироваться в них.

Вследствие процессов адсорбции и капиллярной конденсации водяного пара из атмосферы влажность пористых строительных материалов даже после их длительной выдержки в воздухе достаточно велика. Так, равновесная влажность воздушно-сухой древесины составляет 12 — 18%, стеновых материалов 5 — 7% но массе. Увлажнение сильно увеличивает теплопроводность теплоизоляции, поэтому стремятся предотвратить увлажнение, покрывая плиты утеплителя гидроизоляционной пленкой.

Капиллярное всасывание воды пористым материалом происходит, когда часть конструкции находится в воде. Так, грунтовые воды могут подниматься по капиллярам и увлажнять нижнюю часть стены здания. Чтобы не было сырости в помещении, устраивают гидроизоляционный слой, отделяющий фундаментную часть конструкции стены от ее надземной части.

Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия воды в материале, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания.

Высоту h поднятия жидкости в капилляре определяют по формуле Жюрена: h=2σ cosθ/(rρg), где σ-поверхностное натяжение; θ-краевой угол смачивания; r-радиус капиляра; ρ-плотность жидкости ; g-ускорение свободного падения.Поры в бетоне и других материалах имеют неправильную форму и изменяющееся поперечное сечение, поэтому приведенная формула годна лишь для качественного рассмотрения явления; высоту всасывания воды определяют, применяя метод «меченых атомов», либо по изменению электропроводности материала.

Объем воды, поглощенный материалом путем капиллярного всасывания за время t, в начальной стадии подчиняется параболическому закону: V²=Kt,где К-константа всасывания.Уменьшение интенсивности всасывания ( то есть значения К) отражает улучшение структуры материала ( например бетона) и повышение его морозостойкости.

Водопоглощение пористых материалов (бетона, кирпича и др.) определяют по стандартной методике, выдерживая образцы в воде. Температура используемой воды должна быть 20 ± 2°С. Водопоглощение, определяемое погружением образцов материала в воду, характеризует в основном открытую пористость, так как вода не проникает в закрытые поры. К тому же при извлечении образцов из ванны вода частично вытекает из крупных пор, поэтому водопоглощение обычно меньше пористости. Например, пористость легкого бетона может быть 50 — 60%, а его водопоглощение составляет 20 — 30% объема. Водопоглощение определяют по объему и массе.

Водопоглощение по объему W0 (%) — степень заполнения объема материала водой:

W0=((mb-mc)/Ve)100,

где mb-масса образца материала насыщенного водой, г; mc-масса образца в сухом состоянии, г; Ve-объем материала в естественном состоянии, м³.
Водопоглощение по массе Wm(%)определяют по отношению к массе сухого материала : Wm=((mb-mc)/mc)100;

Разделив по членно на W0/Wm, получим(%) W0=Wm ϒ, причем объемная масса сухого материала ϒ выражается по отношению к плотности воды ( безразмерная величина). Водопоглощение различных материалов колеблется в широких пределах: гранита — 0,02 — 0,7%, тяжелого плотного бетона — 2 — 4%, кирпича — 8 — 15%, пористых теплоизоляционных материалов — 100% и больше. Водопоглощение по массе высокопористых материалов может быть больше пористости, но водопоглощение по объему никогда не может превышать пористость.

Водопоглощение используют для оценки структуры материала, привлекая для этой цели коэффициент насыщения пор водой ℜн, равный отношению водопоглощения по объему к пористости: ℜн=W0/П. Коэффициент насыщения может изменяться от 0 ( все поры в материале замкнутые) до 1 ( все поры открытые), тогда W0=П.

Уменьшение ℜн (при той же пористости) свидетельствует о сокращении открытой пористости, что обычно проявляется в повышении морозостойкости.
Водопоглощение отрицательно влияет на основные свойства материала: увеличивается объемная масса, материал набухает, его теплопроводность возрастает, а прочность и морозостойкость понижаются.

Коэффициент размягчения ℜp — отношение прочности материала, насыщенного водой Rb, к прочности сухого материала Rc.

ℜp=Rb/Rc.

Коэффициент размягчения характеризует водостойкость материала, он изменяется от 0 (размокающие глины и др.) до 1 (металлы и др.). Природные и искусственные каменные материалы не применяют в строительных конструкциях, находящихся в воде, если их коэффициент размягчения меньше 0,8.

Водопроницаемость — это свойство материала пропускать воду под давлением.Коэффициент фильтрации ℜф (м/ч) характеризует водопроницаемость материала:   ℜф-Vb·a/[S(p1-p2)t], где ℜф=Vb-количество воды, м³, проходящей через стенку площадью S=1м², толщиной а=1м за время t=1ч при разности гидростатического давления на границах стенки р1-р2=1 м вод.ст. Коэффициент фильтрации имеет размерность скорости.

Водонепроницаемость материала (бетона) характеризуется маркой, обозначающей одностороннее гидростатическое давление (в кгс/см2), при котором бетонный образец-цилиндр не пропускает воду в условиях стандартного испытания. Между коэффициентом фильтрации и маркой по водонепроницаемости имеется определенное соотношение: чем ниже кф, тем выше марка по водонепроницаемости.

С водопроницаемостью борются в строительстве гидротехнических сооружений, резервуаров, коллекторов, при возведении стен подвалов. Стремятся применять достаточно плотные материалы с замкнутыми порами, устраивают гидроизоляционные слои, экраны.

Влагоотдача-способность материала отдавать влагу. Материалы, находясь на воздухе, сохраняют свою влажность только при условии определенной, так называемой равновесной относительной влажности воздуха. Если же последняя оказывается ниже этой равновесной влажности , то материал начинает отдавать влагу в окружающую среду( высушиваться).Скорость влагоотдачи зависит, во первых от разности между влажностью материала и относительной влажностью воздуха -чем она больше, тем интенсивнее происходит высушивание.

Во вторых, на влагоотдачу влияют свойства самого материала, характер его пористости, природа вещества.Материалы с крупными порами и гидрофобные  отдают легче влагу, чем гидрофильные и мелкопористые.В естественных условиях влагоотдача строительных материалов характеризуется интенсивностью потери влаги при относительной влажности воздуха 60% и температуре 20°С.

В воздухе в естественных условиях всегда содержится влага.Поэтому влажный материал высушивается при этих условиях не полностью, а только до влажности, называемой равновесной . Состояние материала при этом является воздушно-сухим. Древесина в комнатных условиях, где относительная влажность не превышает 60 %, имеет влажность 8…10 %, наружные стены зданий -4…6%. С изменением относительной влажности воздуха изменяется и влажность материалов ( если последние гидрофильные).

Воздухостойкость

Воздухостойкость -способность материала длительное время выдерживать многократное систематическое увлажнение и высушивание без значительных деформаций и потери механической прочности. Материалы ведут себя по разному по отношению к действию переменной влажности: разбухают при увлажнении, дают усадку при последующем высыхании, иногда возникает и коробление материала.

Систематическое увлажнение и высушивание вызывают знакопеременные напряжения в материале строительных конструкций и со временем приводят к потере ими несущей способности ( разрушению). Бетон в таких условиях склонен к разрушению, так как при высыхании цементный камень сжимается, а заполнитель практически  не реагирует.

В результате в цементном камне возникают растягивающие напряжения, он сжимается и отрывается от заполнителя. Древесина при изменении влажности подвергается знакопеременным деформациям. Повысить воздухостойкость материалов можно путем введения гидрофобных добавок, придающие материалу водоотталкивающие свойства.

Газо- и паропроницаемость. При возникновении у поверхностей ограждения разности давления газа происходит его перемещение через поры и трещины материала. Поскольку материал имеет макро- и микропоры, перенос газа может происходить одновременно вязкостным и молекулярным потоками, которые подчиняются соответственно законам Пуазейля и Кнудсена.

Использовании закона Дарси-Пуазейля при небольших перепадах давлений, когда можно пренебречь изменением плотности газа, приводит к упрощенной формуле для определения массы газа Vρ (плотностью ρ), прошедшего через стенку площадью S и толщиной а за время t, при разности давлений на гранях стенки Δp:

Vp=ℜгStΔp/a. Отсюда  можно определить коэффициент газопроницаемости [г/(м·ч·Па)].ℜг= аVp/StΔp.

При определении коэффициента газопроницаемости объем проходящего газа приводят к нормальным условиям.

Стеновой материал должен обладать определенной проницаемостью. Тогда стена будет «дышать», т. е. через наружные стены будет происходить естественная вентиляция, что особенно важно для жилых зданий, в которых отсутствует кондиционирование воздуха. Поэтому стены жилых зданий, больниц и т. п. не отделывают материалами, задерживающими водяной пар.

Наоборот, стены и покрытия влажных производственных помещений необходимо защищать с внутренней стороны от проникновения водяного пара. В зимнее время внутри теплых помещений (текстильных фабрик, коммунальных предприятий, коровников, свинарников и т. п.) в 1 м³ воздуха содержится водяного пара значительно больше, чем снаружи, поэтому пар стремится пройти через стену или покрытие.

Попадая в холодную часть ограждения, пар конденсируется, резко повышая влажность в этих местах. Создаются условия, способствующие быстрому разрушению материала (легкого бетона, кирпича) наружной ограждающей конструкции при действии мороза. Паронепроницаемые материалы должны располагаться с той стороны ограждения, с которой содержание водяного пара в воздухе больше.

В ряде случаев необходима практически полная газонепроницаемость; это относится к емкостям для хранения газов, а также к специальным сооружениям, внутреннее пространство которых должно быть защищено от проникновения зараженного воздуха (например, газоубежища). Паро- и газопроницаемость в большой степени зависят от структуры материала (объемной массы и пористости) (табл. 3).

Таблица- 3. Относительные значения паро- и газопроницаемости (за 1 принята проницаемость кирпича)

 

 

 

 

 

Влажностные деформации.

Пористые неорганические и органические материалы (бетоны, древесина и др.) при изменении влажности изменяют свой объем и размеры.

Усадкой (усушкой) называют уменьшение размеров материала при его высыхании. Она вызывается уменьшением толщины слоев воды, окружающих частицы материала, и действием внутренних капиллярных сил, стремящихся сблизить частицы материала.

Набухание (разбухание) происходит при насыщении материала водой. Полярные молекулы воды, проникая в промежутки между частицами или волокнами, слагающими материал, как бы расклинивают их, при этом утолщаются гидратные оболочки вокруг частиц, исчезают внутренние мениски, а с ними и капиллярные силы.

Чередование высыхания и увлажнения пористого материала, часто встречающееся на практике, сопровождается попеременными деформациями усадки и набухания. Такие многократные циклические воздействия нередко вызывают появление трещин, ускоряющих разрушение. В подобных условиях находится бетон в дорожных покрытиях, в наружных частях гидротехнических сооружений.

Высокопористые материалы (древесина, ячеистые бетоны), способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой:

Таблица-4. Значения усадки некоторых строительных материалов

 

 

 

 

 

Усадка возникает и увеличивается, когда из материала удаляется вода, находящаяся в гидратных оболочках частиц и в мелких порах. Испарение воды из крупных пор не ведет к сближению частиц материала и практически не вызывает объемных изменений.

Морозостойкость — свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности. Систематические наблюдения показали, что многие материалы в условиях попеременного насыщения водой и замораживания разрушаются постепенно.

Разрушение происходит прежде всего в связи с тем, что вода попадающая в поры материала увеличивается в объеме примерно до 9% при замерзании. Наибольшее расширение воды при переходе в лед наблюдается при температуре -4°С. Дальнейшее понижение температуры не вызывает увеличения объема льда. При заполнении пор водой и ее замерзании стенки пор начинают испытывать значительные напряжения и могут разрушаться.

Определение степени морозостойкости материала производят путем замораживания насыщенных водой образцов при температуре от -15 до -17°С и последующего их оттаивания. Такую низкую температуру опыта принимают по той причине, что вода в тонких капиллярах замерзает только при -10 °С. Морозостойкость материала зависит от плотности и степени насыщения водой их пор. Плотные материалы морозостойки.Из пористых материалов обладают морозостойкостью только такие, у которых имеются в основном закрытые поры или вода занимает менее 90% объема пор.

Материал считается морозостойким, если после установленного числа циклов замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии прочность его снизилась не более чем на 15 % , а потери в массе в результате выкрашивания не превышали 5%. Если образцы после замораживания не имеют следов разрушения, то степень морозостойкости устанавливают по коэффициенту морозостойкости: ℜf=Rf/Rb, где Rf-предел прочности при сжатии материала после испытания на морозостойкость, Па;Rb-предел прочности при сжатии водонасыщенного материала, Па; Для морозостойких материалов ℜf не должен быть менее 0,75.

Морозостойкость материала количественно оценивается маркой по морозостойкости. За марку материала по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15%; после испытания образцы не должны иметь видимых повреждений — трещин, выкрашивания (потери массы — не более 5%). От морозостойкости зависит долговечность строительных материалов в конструкциях, подвергающихся действию атмосферных факторов и воды.

Марка по морозостойкости устанавливается проектом с учетом вида конструкции, условий ее эксплуатации и климата. Климатические условия характеризуются среднемесячной температурой наиболее холодного месяца и числом циклов попеременного замораживания и оттаивания по данным многолетних метеорологических наблюдений. Марки по морозостойкости определяются по числу выдерживаемых циклов попеременного замораживания и оттаивания конкретного материала ( сепень морозостойкости), например марки -F 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и более.

Легкие бетоны, кирпич, керамические камни для наружных стен зданий обычно имеют морозостойкость Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35. Однако бетон, применяемый в строительстве мостов и дорог, должен иметь марку Мрз 50, Мрз 100 и Мрз 200, а гидротехнический бетон — до Мрз 500.

Рассмотрим причины разрушения пористого материала под влиянием совместного действия на него воды и мороза. Для примера возьмем материал, находящийся в ограждающей конструкции. Осенью наружная часть стены промерзает. В это время происходит миграция (перемещение) пара «от тепла к холоду», т. е. пар стремится наружу, поскольку его давление при отрицательной температуре ниже, чем при положительной.

Рисунок-4. Распределение температуры в наружной стене здания(а) и заполнение поры водой(б), выделенной вблизи фасадной грани

 

 

 

 

 

1-адсорбированная вода; 2-устье поры; 3- дождевая вода; 4- конденсат

Например, давление пара при +20°С составляет 2,33 кПа, а при — 10°С оно равно только 0,27 кПа. Стремясь выйти наружу, водяной пар попадает в зону низких температур и конденсируется в порах возле наружной грани стены. Таким образом, поры наружной промерзающей части стены оводняются (рис. 4), причем вода прибывает сюда как снаружи (дождь с ветром), так и изнутри (миграция водяного пара).

При наступлении даже небольших морозов (от — 5 до — 8°С) вода в крупных порах замерзает и при переходе в лед увеличивается в объеме на 9% (плотность льда 0,918). Если коэффициент насыщения водой хотя бы части пор приблизится к 1, то в стенках пор возникнут большие растягивающие напряжения. Разрушение начинается обычно в виде «шелушения» поверхности бетона, затем оно распространяется вглубь.

Воздействие на бетон попеременного замораживания и оттаивания подобно многократному воздействию повторной растягивающей нагрузки, вызывающей усталость материала.

Испытание морозостойкости материала в лаборатории проводят на образцах установленной формы и размеров (бетонные кубы, кирпич и т. п.). Перед испытанием образцы насыщают водой. После этого водонасыщенные образцы замораживают в холодильной камере при температуре от — 15 до — 20°С, чтобы замерзла вода в тонких порах. Извлеченные из холодильной камеры образцы оттаивают в воде с температурой 15 — 20°С, что обеспечивает водонасыщенное состояние образцов.

Существует также ускоренный метод испытания , по которому образцы погружают в насыщенный раствор сернокислого натрия и затем высушивают при температуре 100…110°С. Образующиеся при этом в порах камня кристаллы десятиводного сульфата ( со значительным увеличением объема ) давят на стенки пор еще сильнее, чем вода при замерзании. Такое испытание является особо жестким. Один цикл испытания в растворе сернокислого натрия приравнивается к 5…10  и даже 20 циклам прямых испытаний замораживанием.

Рисунок-5.Кривая изменения прочности бетона при попеременном замораживании и оттаивании

 

 

 

 

 

 

Для оценки морозостойкости все шире применяют физические методы контроля и прежде всего импульсный ультразвуковой метод.С его помощью можно проследить изменение прочности или модуля упругости бетона в процессе циклического замораживания (рис. 5) и определить марку бетона по морозостойкости в циклах замораживания и оттаивания, число которых соответствует допустимому снижению прочности (ΔR) или модуля упругости (ΔЕ).

Теплотехнические свойства строительных материалов

Теплопроводностью называют свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой. Это свойство является главным как для большой группы теплоизоляционных материалов, так и для материалов, применяемых для устройства наружных стен и покрытий зданий.

Рисунок-6. Зависимость теплопроводности неорганических материалов от объемной массы

 

 

 

 

 

 

 

1-сухие материалы; 2 и 3 -воздушно-сухие материалы с разной влажностью; 4-материалы, насыщенные водой.

Тепловой поток проходит через твердый «каркас» и воздушные ячейки пористого материала. Теплопроводность воздуха [λ = 0,023 Вт/ (м·°С)] меньше, чем у твердого вещества, из которого состоит «каркас» строительного материала. Поэтому увеличение пористости материала является основным способом уменьшения теплопроводности. Стремятся создавать в материале мелкие закрытые поры, чтобы снизить количество тепла, передаваемого конвекцией и излучением.

На практике удобно судить о теплопроводности по объемной массе материала (рис. 6). Известна формула В. П. Некрасова, связывающая теплопроводность λ[Вт/(м·°С)] с объемной массой каменного материала λ об, выраженной по отношению к воде: λ=1,16√(0,0196 + 0,22ϒ²об-0,16). Точное значение λ определяют для данного материала экспериментально.

Влага, попадающая в поры материала, увеличивает его теплопроводность, так как теплопроводность воды ( 0,58 Вт/ (м·°С) в 25 раз больше , чем теплопроводность воздуха.
Замерзание воды в порах с образованием льда еще более увеличивает λ , так как коэффициент теплопроводности инея равен 0,1, а льда — 2,3 Вт/(м·°С), т. е. в 4 раза больше, чем воды. При повышении температуры теплопроводность большинства материалов возрастает и лишь у немногих (металлов, магнезитовых огнеупоров) она уменьшается.

Теплоемкость

Теплоемкость характеризуется удельной теплоемкостью, с [Дж/( кг·°С)], которое определяется количеством тепла, которое необходимо сообщить 1 кг данного материала, чтобы повысить его температуру на 1°С.

с=Q/[m(t2-t1)], где Q-количество тепла, затраченное на нагревание материала от t1 до t2,Дж; m-масса материала, кг.

Теплоемкость неорганических строительных материалов (бетонов, кирпича, природных каменных материалов) изменяется в пределах от 0,75 до 0,92 кДж/(кг·°С). Теплоемкость сухих органических материалов (например, древесины) — около 0,7 кДж/(кг·°С), вода имеет наибольшую теплоемкость — 1 кДж/(кг·°С), поэтому с повышением влажности материалов их теплоемкость возрастает. Показатели теплоемкости разных материалов нужны для теплотехнических расчетов. Теплоемкость материала имеет важное значение в тех случаях когда необходимо учитывать аккумуляцию тепла, например при расчете теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, с целью сохранения температуры в помещении без резких колебаний при изменении теплового режима, при расчете подогрева материала для зимних бетонных работ, при расчете печей и других сооружений.

Огнеупорность — свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры (от 1580°С и выше), не размягчаясь и не деформируясь. Огнеупорные материалы применяют для внутренней футеровки промышленных печей.

Тугоплавкие материалы размягчаются при температуре выше 1350°С.

Огнестойкость — свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определенного времени. Она зависит от сгораемости материала, т. е. от его способности воспламеняться и гореть.

Несгораемые материалы — это бетон, кирпич, сталь и др. Однако необходимо учитывать, что некоторые несгораемые материалы при пожаре растрескиваются (гранит) или сильно деформируются (металлы) при температуре, начиная с 600°С. Поэтому конструкции из подобных материалов нередко приходится защищать более огнестойкими материалами.

Трудносгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры тлеют, но после прекращения действия огня их горение и тление прекращается (асфальтобетон, пропитанная антипиренами древесина, фибролит, некоторые пенопласта).

Сгораемые органические материалы, которые горят открытым пламенем, необходимо защищать от возгорания. Широко используют конструктивные меры, исключающие непосредственное воздействие огня на материал в условиях пожара. Применяют защитные вещества — антипирены.

Коэффициент линейного температурного расширения бетона и стали 10·10 -6°С -1, гранита — 10·10 -6°С -1, дерева — 20·10 -6°С -1. При сезонном изменении температуры окружающей среды и материала на 50°С относительная температурная деформация достигает 0,5- 10 -3 или 1 ·10 -3 , т. е. 0,5 — 1 мм/м. Во избежание растрескивания сооружения большой протяженности разрезают деформационными швами.

Огнестойкость — способность материала выдерживать действие высокой температуры без потери несущей способности (большого снижения прочности и значительных деформаций).
Это свойство важно при пожарах, а так как в процессе тушения пожаров применяют воду, то при оценке степени огнестойкости материала действие высокой температуры сочетают с действием воды.
Строительные материалы по огнестойкости делят на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы под воздействием высокой температуры или огня не тлеют и не обугливаются (природные и искусственные неорганические материалы, металлы). Однако одни из этих материалов под воздействием высокой температуры не растрескиваются и не деформируются, например керамический кирпич, а другие, в частности сталь, подвержены значительным деформациям. Поэтому стальные конструкции не могут быть отнесены к огнестойким. Трудносгораемые материалы под воздействием огня или высоких температур обугливаются, тлеют или с трудом воспламеняются, но продолжают гореть или тлеть только при наличии огня (древесина, пропитанная огнезащитными составами). Сгораемые материалы горят и тлеют под воздействием огня или высоких температур и продолжают гореть после устранения огня (все органические материалы, не подвергнутые пропитке огнезащитными составами).

Термическая стойкость материала характеризуется его способностью выдерживать определенное количество циклов резких тепловых изменений без разрушения. Термическая стойкость зависит от степени однородности материала, температурного коэффициента расширения составляющих его частей. Чем меньше коэффициент температурного расширения, тем выше термическая стойкость материала. К термически нестойким материалам можно отнести стекло, гранит.
Радиационная стойкость — свойство материала сохранять свою структуру и физико-механическиехарактеристики после воздействия ионизирующих излучений.Развитие атомной энер гетики и широкое использование источников ионизирующих из лучений в различных отраслях народного хозяйства вызывают необходимость оценки радиационной стойкости и защитных свойств материалов.

Уровни радиации вокруг современных ис точников ионизирующих излучений настолько велики, что может произойти глубокое изменение структуры материала. Поток радиоактивного излучения при встрече с конструкциями из данного материала может поглощаться в разной степени в зависимости от толщины ограждения, вида излучения и природы вещества защиты.

Для защиты от нейтронного потока применяют материалы, содержащие в большом количестве связанную воду; от у-излучений— материалы с большой плотностью (свинец, особо тяжелый бетон). Связанную воду содержат гидратированные бетоны, лимонитовая руда (водный оксид железа) и др. Уменьшить интенсивность проникания нейтронного излучения через бетон можно путем введения в него специальных добавок (бора, кадмия, лития).

Химическая стойкость— способность материала сопротив ляться воздействию кислот, щелочей, растворов солей и газов.
Наиболее часто подвергаются действию агрессивных жидкостей и газов санитарно-техническиесооружения, канализационные трубы, животноводческие помещения, гидротехнические соору жения (находящиеся в морской воде, имеющей большое коли чество растворенных солей).

Не способны сопротивляться дей ствию даже слабых кислот карбонатные природные каменные материалы — известняк, мрамор и доломит; не стоек к действию концентрированных растворов щелочей битум. Наиболее стойки ми материалами по отношению к действию кислот и щелочей являются керамические материалы и изделия, а также многие изделия на основе пластмасс.

Долговечность— способностьматериаласопротивлятьсяком плексному действию атмосферных и других факторов в усло виях эксплуатации. Такими факторами могут быть: изменение температуры и влажности, действие различных газов, находя щихся в воздухе, или растворов солей, находящихся в воде, совместное действие воды и мороза, солнечных лучей.

При этом потеря материалом механических свойств может происходить в результате нарушения сплошности структуры (образования тре щин), обменных реакций с веществами внешней среды, а также
в результате изменения состояний вещества (изменения кристал лической решетки, перекристаллизации, перехода из аморфного
в кристаллическое состояние). Процесс постепенного измене ния (ухудшения) свойств материалов в эксплуатационных ус ловиях иногда называют старением.
Долговечность и химическая стойкость материалов непосредственно связаны с величиной затрат на эксплуатацию зданий и сооружений. Повышение долговечности и химической стойкости строительных материалов является наиболее актуальной задачей в техническом и экономическом отношениях.

***** РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях! *****

Связь состава, структуры и свойств строительных материалов реферат по новому или неперечисленному предмету

Связь состава , структуры и свойств строительных материалов Строительные материалы—это природные и искусственные материалы и изделия, используемые при строительстве и ремонте зданий и сооружений. Различия в назначении и условиях эксплуатации зданий и сооружений определяют разнообразные требования к строительным материалам и их обширную номенклатуру, Физические свойства 0 0 1 FСтроительные материалы, применяемые при возведе нии зданий и сооружений, 0 0 1 F 0 0 1 Fхарактеризуются разнообраз ными свойствами, которые определяют качество матери алов и 0 0 1 Fобласти их применения. По ряду признаков основ ные свойства строительных материалов 0 0 1 Fмогут быть раз делены на физические, механические п химические. физические свойства материала характеризуют его строение или отношение к физическим 0 0 1 Fпроцессам окру жающей среды. физическим свойствам относят массу , истинную и среднюю плотность , пористость водопоглащение , водоотдачу , влажность , гигроскопичность , водопроницаемость , морозостойкость , воздухо-, паро -, газопроницаемость , теплопроводность и теплоемкость , огнестойкость и огнеупорность 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 0 0 1 F 0 0 1 Fпрост ранстве. Тела одинакового объема, состоящие из различ ных веществ, имеют 0 0 1 Fнеодинаковую массу. Для характе ристики различий в массе веществ, имеющих одинаковый 0 0 1 Fобъем, введено понятие плотности, последняя подразде ляется 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)» 0 0 1 Fзанимае мый 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 0 0 1 F строитель ных материалов Материал Плотность, кг/м3 истинная средняя Стали 7850—7900 7800—7850 Гранит 2700—2800 2600—2700 Известняк (плотный) 2400—2600 1800—2400 Песок 2500—2600 1450—1700 Цемент 3000—3100 900—1300 Керамический кирпич 2600—2700 1600—1900 Бетон тяжелый 2600—2900 1800—2500 Сосна 1500—1550 450—600 Поропласты 1000—1200 20—100 Средняя плотность 0 0 1 F—физическая величина, определя емая отношением массы образца 0 0 1 Fматериала ко всему за нимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты. Среднюю плотность F 0 7 2m(кг/м3, г/см3 0 0 1 F) вычис ляют 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 0 0 1 Fпористости материала. Искусственные материалы можно получать с необходи мой средней 0 0 1 Fплотностью, например, меняя пористость, по лучают бетон тяжелый со средней плотностью 1800— 2500 кг/м3 или легкий со средней плотностью 500— 1800 кг/м3. 0 0 1 FНа величину средней плотности влияет влажность ма териала: чем выше влажность, тем 0 0 1 Fбольше средняя плот ность. Среднюю плотность материалов необходимо знать для расчета их 0 0 1 Fпористости, теплопроводности, теплоем кости, прочности конструкций (с учетом собственной массы) и подсчета стоимости перевозок материалов. Пористостью 0 0 1 F материала называют степень заполне ния его объема порами. Пористость П 0 0 1 Fдополняет плот ность до 1 или до 100 % и определяется по формулам: 0 0 1 FПористость различных строительных материалов ко леблется в значительных пределах и 0 0 1 Fсоставляет для кир пича 25—35 %, тяжелого бетона 5—10, газобетона 55— 85 пенопласта 95 %, пористость стекла и металла равна нулю. Большое влияние на свойства материала 0 0 1 F 0 0 1 Fоказыва ет не только величина пористости, но и размер, и харак тер пор: мелкие (до 0,1 мм) или крупные (от 0,1 до 2мм), замкнутые или сообщающиеся. Мелкие замкнутые поры, равномерно распределенные по всему объему материала, придают материалу теплоизоляционные свойства. 0 0 1 FПлотность и пористость в значительной степени опре деляют такие свойства материалов, 0 0 1 Fкак водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, тепло проводность и др. Водопоглощение—способность материала впитывать воду и удерживать ее. Величина 0 0 1 Fводопоглощения опреде ляется разностью массы образца в насыщенном водой и абсолютно 0 0 1 Fсухом состояниях. Различают объемное водо поглощение Wv, когда указанная разность отнесена к объему образца, и массовое водопоглощение Wm, когда эта разность отнесена к массе сухого образца. Водопоглощение по объему и по массе выражают в процентах и вычисляют по формулам: где т1,—масса образца, насыщенного водой, г; т—масса сухого образца, г; V—объем образца в естественном состоянии, см3. Насыщение материалов водой отрицательно влияет на их основные свойства: увеличивает 0 0 1 Fсреднюю плот ность и теплопроводность, понижает прочность. 0 0 1 FСтепень снижения прочности материала при предель ном его водонасыщении, т. е. 0 0 1 Fсостоянии полного насы щения материала водой, называется водостойкостью и характеризуется значением коэффициента размягчения К разм •’ где Rнас — предел прочности при сжатии материала в насыщенном водой состоянии, МПа; Rсух—то же, сухого материала. Влажность 0 0 1 F материала определяется содержанием вла ги, отнесенным к массе материала в 0 0 1 Fсухом состоянии. Влажность материала зависит как от свойств самого ма териала (пористости, 0 0 1 F 0 0 1 Fгигроскопичности), так и от окру жающей его среды (влажность воздуха, наличие контак та с водой). Влагоотдача — свойство материала отдавать влагу окружающему воздуху, характеризуемое 0 0 1 F 0 0 1 Fколичеством во ды (в процентах по массе или объему стандартного об разца), 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 0 0 1 F 0 0 1 Fстеновых пане лей и блоков, мокрой штукатурки стен, которые в про цессе возведения здания обычно имеют повышенную влажность, а в обычных условиях благодаря влагоотдаче 0 0 1 Fвысыхают: вода испаряется до тех пор, пока не устано вится равновесие между влажностью материала стен и влажностью окружающего воздуха, т. е. пока материал не достигнет воздушно-сухого состояния. Гигроскопичностью 0 0 1 Fназывают свойство пористых ма териалов поглощать определенное количество воды при повышении влажности окружающего воздуха. Древесина и некоторые теплоизоляционные материалы вследствие гигроскопичности могут поглощать большое 0 0 1 Fколичество воды, при этом увеличивается их масса, снижается проч ность, изменяются 0 0 1 Fразмеры. В таких случаях для дере вянных и ряда других конструкций приходится применять защитные покрытия. Водопроницаемость—свойство материала пропускать воду под давлением. Величина 0 0 1 Fводопроницаемости ха рактеризуется количеством воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 см2 0 0 1 Fплощади испытуемого материала при по стоянном давлении. К водонепроницаемым 0 0 1 Fматериалам относятся особо плотные материалы (сталь, стекло, би тум) и плотные материалы 0 0 1 Fс замкнутыми порами (на пример, бетон специально подобранного состава). Морозостойкость— 0 0 1 Fсвойство насыщенного водой ма териала выдерживать многократное 0 0 1 Fпопеременное за мораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности. 0 0 1 FЗамерзание воды, заполняющей поры материала, со провождается увеличением ее объема устройства полов, ступеней, лестниц, троту-9ров и дорог. Истнраемость материалов определяют в лабораториях на специальных машинах — 0 0 1 F кругах исти рания. Износом 0 0 1 F называют разрушение ‘материала при сов местном действии истирания и удара. Упругость — свойство материала деформироваться под нагрузкой и принимать после 0 0 1 Fснятия нагрузки перво начальные форму и размеры. Наибольшее напряжение, при котором 0 0 1 Fматериал еще обладает упругостью, назы вается пределом упругости. Упругость является 0 0 1 F 0 0 1 Fположи тельным свойством строительных материалов. В качест ве 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 Показатель твёрдости Минерал Характеристика твёрдости 1 Тальк или мел Легко чертится ногтем 2 Каменная соль или гипс Ноготь оставляет черту 3 Кальцит или ангидрид Легко чертится стальным ножом 4 Плавиковый шпат 0 0 1 FЧертится стальным ножом под не большим давлением 5 Апатит Чертится стальным ножом при сильном нажатии стекло не чертит 6 Ортоклаз (полевой шпат) Слегка царапает стекло, стальной нож черты не оставляет 7 Кварц Легко чертит стекло, стальной нож черты не оставляет 8 Топаз 9 Корунд 1 0 Алмаз Химические свойства 0 0 1 FХимические свойства характеризуют способность ма териала 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— 0 0 1 Fспособность материалов про тивостоять разрушающему влиянию щелочей, кислот, растворенных в воде солей и газов. Коррозионная стойкость— 0 0 1 F свойство материалов со противляться коррозионному воздействию среды. Многие строительные материалы не обладают этими свойствами. Так, почти все цементы 0 0 1 F 0 0 1 Fплохо сопротивля ются действию кислот, битумы сравнительно быстро раз рушаются под действием концентрированных растворов щелочей, древесина не стойка к действию тех и 0 0 1 Fдругих. Лучше сопротивляются действию кислот и щелочей не которые виды природных 0 0 1 Fкаменных материалов (диабаз, андезит, базальт), плотная керамика, а также большин ство 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, 0 0 1 Fводопроницаемость, морозостойкость, прочность, тепло проводность . Задача № 17 Однослойная наружная стеновая панель из лёгкого бетона теплопроводностью 0,5 Вт/ м F 0 D 7F 0 B 0С , имеет толщину 28 см . Какую толщину может иметь равноценная в теплотехническом отношении наружная стена , выполненная из керамического кирпича . Теплопроводность кирпичной кладки 0,915 Вт/м F 0 D 7F 0 B 0С . 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— 0 0 1 F свойство материалов со противляться коррозионному воздействию среды. Многие строительные материалы не обладают этими свойствами. Так, почти все цементы 0 0 1 F 0 0 1 Fплохо сопротивля ются действию кислот, битумы сравнительно быстро раз рушаются под действием концентрированных растворов щелочей, древесина не стойка к действию тех и 0 0 1 Fдругих. Лучше сопротивляются действию кислот и щелочей не которые виды природных 0 0 1 Fкаменных материалов (диабаз, андезит, базальт), плотная керамика, а также большин ство материалов из пластмасс. Древесина 0 0 1 F . Стойкость древесины различных пород к действию аг рессивных сред (растворов солей, щелочей и кислот) неодинакова. Древесина хвойных пород характеризуется большей коррозионной стойкостью, чем древесина лиственных пород. При длительном 0 0 1 Fвоздействии кислот и ще лочей древесина медленно разрушается. Интенсивность разрушения зависит от концентрации растворов, например, слабощелочные растворы, почти не разрушают 0 0 1 F 0 0 1 Fдре весины, а действию слабых растворов минеральных кис лот она сопротивляется лучше, чем бетон. В морской воде древесина хуже сохраняется, чем в речной. Коррозией древесины можно считать её разрушение из-за гниения , полного разложения . Металлы 0 0 1 F. Коррозией называют разрушение металла под воздей ствием окружающей 0 0 1 Fсреды. В результате коррозии без возвратно теряется около 10—12 % ежегодного 0 0 1 Fпроиз водства черных металлов. Виды коррозии. 0 0 1 F В зависимости от механизма процес са разрушения металла коррозия может быть химической и электрохимической. Химическая 0 0 1 F коррозия возникает при действии па ме талл сухих газов или жидкостей 0 0 1 F 0 0 1 Fорганического проис хождения, которые не являются электролитами. Приме ром химической коррозии служит окисление металла при высоких температурах, в результате чего на его 0 0 1 Fповерх ности возникает продукт окисления—окалина. Данный вид коррозии встречается редко. 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 0 0 1 Fгальванический ток. В гальваничес кой паре любых двух металлов будет разрушаться тот металл, который стоит ниже в ряду электрохимических напряжений. Например, железо в ряду 0 0 1 Fнапряжений рас положено 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 0 0 1 Fналичия неоднородных структурных составляющих мо жет возникнуть микрокоррозия. 0 0 1 FРаспространяясь по гра ницам зерен металла, она вызывает межкристаллическую коррозию. На какие классы подразделяются породообразующие минералы ? Охарактеризуйте их. § 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, 0 0 1 F 0 0 1 Fпроч ностью, стойкостью, характером излома, блеском, цве том и др. Большинство породообразующих минералов имеет кристаллическую структуру и обладает 0 0 1 Fанизотропией свойств т.е. у анизотропных минералов физические свой ства неодинаковы по различным кристаллографическим направлениям. Строительные свойства горных пород 0 0 1 F 0 0 1 Fоп ределяются химическим составом породообразующих ми нералов и их основными физико- 0 0 1 Fмеханическими свойст вами, Наиболее распространенный в земной коре минерал кварц — кристаллический кремнезем Si02 в природе встречается в виде самостоятельной породы (кварцевого песка) и в составе многих горных пород. Кварц—один из самых прочных, твердых и стойких минералов. Он 0 0 1 F 0 0 1 Fне прозрачен, часто имеет молочно-белый цвет, характери зуется отсутствием спайности, т. е. под действием удара раскалывается не по определенным плоскостям, а дает раковистый излом 0 0 1 Fпроизвольной формы. Истинная плот ность его 2,65 г/см3, твердость 7 (по шкале твердости), предел прочности при сжатии превышает 1000 МПа. При обычной температуре кварц не реагирует с кислотами и щелочами. При 1710 °С кварц плавится, образуя после быстрого 0 0 1 Fохлаждения кварцевое стекло. При выветри вании магматических горных пород стойкие зерна 0 0 1 Fквар ца не разрушаются, а образуют кварцевый песок. Полевые шпаты— 0 0 1 Fдовольно распространенные мине ралы, участвующие в образовании многих горных пород, По химическому составу полевые шпаты представляют собой алюмосиликаты калия, натрия или кальция. Полевые шпаты характеризуются хорошо 0 0 1 F 0 0 1 Fвыраженной спай ностью по двум направлениям. Из разновидностей поле вых шпатов в природе различают: ортоклаз (прямораскалывающийся) К2О F 0 D 7 Al2O3 F 0 D 76SiO2 плагиоклаз • (косораскалывающийся) в виде альбита Na2O F 0 D 7 Al2O3 F 0 D 76SiO2 и анортита CaO Al2O3 F 0 D 72SiO2 . Цвет полевых шпатов от белого до темно-красного, истинная плотность 2.50—2,76 г/см3, твердость 6, предел прочности при сжатии от 120 до 170 МПа, температура плавления 1170— 0 0 1 F1550°С. Эти минералы обладают низ кой атмосфероустойчквостью и при выветривании 0 0 1 F 0 0 1 Fразру шаются с образованием минерала каолинита, являюще гося основной частью глинистых 0 0 1 F 0 0 1 Fосадочных гсфных по род. В чистом виде полевые шпаты применяют в ка честве плавней при 0 0 1 Fпроизводстве керамических материа лов. Слюды по химическому составу являются слоистыми водными алюмосиликатами. В природе 0 0 1 F 0 0 1 Fмного разновид ностей слюд, среди которых чаще всего встречаются био тит и мусковит. 0 0 1 FБиотит не прозрачен, темного, даже чер ного цвета с характерным металлическим блеском. 0 0 1 F 0 0 1 FМус ковит—прозрачная бесцветная слюда. Слюды имеют со вершенную спайность, расщепляясь на тонкие гибкие пластинки. Истинная плотность 2.8—3.2 г/см3, твердость 2—3. Большое содержание слюд придает горной породе слоистость, снижает ее прочность и 0 0 1 Fстойкость, затрудня ет полировку. Железисто-магнезиальные минералы имеют темную окраску и носят название 0 0 1 Fтемноокрашенных. Наиболее распространенными породообразующими минералами яв ляются 0 0 1 Fроговая обманка, авгит и оливин. Истинная плот ность их 3—3,6 г/см3, твердость 5,5—7,5. 0 0 1 FМинералы этой группы обладают высокими прочностью, ударной вязко стью и 0 0 1 Fатмосферостойкостью, эти же свойства они пере дают н содержащим их магматическим горным породам. Кальцит— 0 0 1 Fизвестковый шпат СаСОз—часто встреча ющийся минерал в осадочных горных 0 0 1 Fпородах. Он пред ставляет собой прозрачный или бесцветный минерал, но может быть окрашен за счет примесей. Блеск кальцита стеклянный, истинная плотность 2,6—2,8 г/см3, 0 0 1 Fтвердость 3. Кристаллы кальцита обладают совершенной спайно стью по трем направлениям. 0 0 1 F 0 0 1 FПри действии соляной кис лотой кальцит бурно «вскипает» с выделением углекис лого газа. 0 0 1 FПрисутствие кальцита в осадочных горных по родах делает их ценным сырьем для производства минеральных вяжущих веществ. Магнезит 0 0 1 F по химическому составу является карбона том магния MgCO3. В природе он менее распространен, чем кальцит. Магнезит белого цвета, часто с желтоватым оттенком, истинная плотность его 2,9—3 г/см3, твердость 3.5-4.5. Доломит встречается в природе в виде двойной соли СаСОз F 0 D 7МgСОз. Он имеет серовато- белый цвет, иногда с желтоватым, зеленоватым или красноватым оттенками; истинная плотность его 2,8—2,9 г/см3, твердость 3,5—4. Гипс 0 0 1 F по химическому составу представляет собой вод ную сернокислую соль кальция CaS04-2h30. Кристаллы гипса имеют пластинчатое, волокнистое или зернистое строение. Гипс 0 0 1 Fбелого цвета, но может быть за счет при месей окрашен в серый, желтый, красный и другие 0 0 1 Fцве та. Истинная плотность 2,3 г/см3 0 0 1 F, твердость 1,5—2, раст ворим в воде. При нагревании 0 0 1 Fдвуводный гипс способен выделять кристаллизационную воду, переходя в полувод ный или безводный гипс. Каолинит 0 0 1 F—водный силикат алюминия—самый рас пространенный минерал осадочных 0 0 1 Fгорных пород. Чистый каолинит белого цвета, однако, примеси придают ему раз личные оттенки: желтоватый, бурый, зеленоватый и др. Истинная плотность 2,5—2,6 г/см3, твердость 1. 0 0 1 FКаолинит наряду с другими минералами входит в состав глин, из вестняков, песчаников и других осадочных горных пород. Каолинит—ценное сырье для производства фарфоровых и фаянсовых изделий, а также огнеупорных материалов и изделий. 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 : В настоящее время из стекла изготовляют изделия широкой номенклатуры: пустотелые 0 0 1 Fстеклянные блоки, стеклопакеты, стеклянные трубы, дверные полотна, об лицовочные 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 294Х294Х98 мм. Плотность блоков 800 кг/м3, теплопроводность в среднем 0.46Вт/ /(м.°С), свеотопропускание 50—60% и светорассеивание около 25%. Блоки изготовляют бесцветными и 0 0 1 F 0 0 1 Fок рашенными в различные цвета; их применяют для за полнения наружных световых проемов, устройства светопрозрачных покрытий и перегородок. Стеклопакеты— строительное изделие из двух или более листов стекла, соединенных по 0 0 1 F 0 0 1 Fпериметру метал лической рамкой так, что между ними образуется зам кнутое пространство, заполненное сухим воздухом. Стеклопакеты изготовляют из листового стекла: обычного 0 0 1 Fоконного, закаленного, теплопоглощающего и др. Ис пользуют их для застекления зданий. 0 0 1 FОкна из стеклопакетов не запотевают и не замерзают. Звукопроницае мость окон уменьшается в 2—3 раза, снижается расход древесины на 1 м3 оконного блока примерно в 1,5—2 раза, улучшается внешний вид зданий. Стеклопрофилит (стекло профильное) представляет собой крупногабаритное строительное 0 0 1 Fизделие из стекла коробчатого, таврового, ребристого или другого профи ля (рис. 32). 0 0 1 FПолучают его методом непрерывного про ката из армированного и неармированного, бесцветного и окрашенного стекла. Применяют стеклопрофилит для вертикальных и 0 0 1 Fгоризонтальных светопрозрачных ог раждений, остекления фонарей и устройства 0 0 1 Fперегоро док промышленных и других зданий. Стеклянные трубы 0 0 1 F изготовляют способом вертикаль ного или горизонтального вытягивания и центробежным формованием. Их выпускают диаметром от 0,1—40 0 0 1 F(тон костенные) до 50—200 мм (толстостенные) и длиной 1,5—3 м. Они рассчитаны на температуру жидкости до 120 °С и давление 0,3 МПа. 0 0 1 FСтеклянные трубы широко применяют в пищевой, ме дицинской, химической и других 0 0 1 Fотраслях промышлен ности для удаления или транспортирования агрессивных жидкостей. 0 0 1 FТрубопроводы из стекла прозрачны, гигие ничны и имеют гладкую поверхность, что 0 0 1 F 0 0 1 Fуменьшает со противление перемещаемых в них жидкостей. Соединя ют стеклянные трубы 0 0 1 Fпри помощи соединительных и уп лотняющих устройств — муфт, резиновых манжет — с затяжкой металлическими поясами. Дверные полотна изготовляют из крупногабаритного листового стекла, подвергнутого 0 0 1 F 0 0 1 Fзакалке. Полотна име ют обработанные кромки и пазы для крепления метал лической 0 0 1 Fфурнитуры. Служат они для устройства на ружных и внутренних дверей в торговых помещениях, павильонах и т. п. Облицовочные стеклянные плитки по прочностным и эксплуатационным свойствам 0 0 1 Fпревосходят керамические. Выпускают плитки эмалированные, одна из поверхнос тей которых покрыта цветной или белой эмалью; коврово-мозаичные из непрозрачного (полуглушеного) стекла различных цветов (рис. 33) 0 0 1 F и плитки «марблит» из цвет ного глушеного стекла с полированной лицевой и риф. Стеклокристаллит — 0 0 1 F новый декоративно-облицовоч ный 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 0 0 1 F мм. Лицевая сторона плит полированная, может иметь различ ную 0 0 1 Fрасцветку или имитировать природные камни. Ис пользуют его для выполнения декоративных 0 0 1 Fпанно, об лицовки наружных и внутренних поверхностей стен, настилки полов в общественных зданиях. Основные теории твердения портландцемента Твердение портландцемента 0 0 1 F. При затворении порт ландцемента водой сначала образуется 0 0 1 Fпластичное клей кое цементное тесто, которое затем постепенно загустевает, переходя в камневидное состояние. Твердение и есть процесс превращения цементного теста в 0 0 1 Fцемент ный камень. 0 0 1 FОсновы теории твердения портландцемента разрабо таны А. А. Байковым и дополнены В. А. Киндом, В. Н. Юнгом, Ю. М. Буттом, П. А. Ребиндером, Н. А. Тороповым, А. Е. Шейкиным, А. В. Волженским и др. Согласно этой теории при твердении портландцемента различают три периода: растворение, коллоидация и кристаллизация. 0 0 1 FПри смешивании портландцемента с водой в началь ный период происходит растворение 0 0 1 Fклинкерных мине ралов с поверхности цементных зерен, взаимодействие минералов с водой и 0 0 1 Fобразование насыщенного по отно шению к клинкерным минералам раствора. По 0 0 1 Fдостиже нии насыщения растворение клинкерных минералов прекращается, но реакции между 0 0 1 F 0 0 1 Fними и водой продол жаются. Реакции присоединения воды к клинкерным ми нералам называют реакциями гидратации, а реакции разложения клинкерных минералов под действием воды на другие соединения—реакциями гидролиза. 0 0 1 FВо втором периоде в насыщенном растворе идут ре акции гидратации клинкерных 0 0 1 Fминералов в твердом со стоянии, т. е. происходит прямое присоединение воды к твердой фазе 0 0 1 Fвяжущего без предварительного его раст ворения. Продуктами этих реакций являются гидратные новообразования в коллоидном виде. Период коллоидации сопровождается повышением вязкости цементного теста, обусловливающим схватывание цемента. 0 0 1 FВ третьем периоде протекают процессы перекристал лизации мельчайших коллоидных 0 0 1 Fчастиц новообразова ний, т. е. растворение мельчайших частиц и образований крупных кристаллов. Кристаллизация сопровождается твердением цементного теста и ростом прочности 0 0 1 Fобразо вавшегося цементного камня. 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 5кг цемента и 5 л воды для получения теста массой 10 кг 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) F 0 D 7100%=16%

Основныe строительные материалы

в промышленном и гражданском строительстве: цемент, бетон, кирпич, камень, дерево, известь, песок, чёрные металлы, стекло, кровельные материалы, пластик и другие.

Источник производства строительных материалов
= природные ресурсы страны:

  • в природном состоянии (камень, песок, древесина)
  • в виде сырья, перерабатываемого на предприятиях промышленности строительных материалов (полистирол, керамзит).

Классификация строительных материалов

  • природные каменные материалы,
  • вяжущие материалы,
  • строительные растворы,
  • бетоны и бетонные изделия,
  • железобетонные изделия,
  • искусственные каменные материалы,
  • лесные материалы,
  • металлы,
  • синтетические материалы и т. д.

Свойства строительных материалов
Физико-механические свойства:

1. Параметры физического состояния материалов:

  • плотность
  • пористость материала
  • степень измельчения порошков

2. Свойства, определяющие
отношение материалов к различным физическим процессам:

  • гидрофизические (водопоглощение, влажность,   водопроницаемость, водостойкость, морозостойкость),
  • теплофизические (теплопроводность, теплоемкость, температурное расширение)

Строительные материалы и их свойства

В строительстве при возведении зданий и сооружений применяются различные строительные материалы и изделия из них. Основными строительными материалами в промышленном и гражданском строительстве являются цемент, бетон, кирпич, камень, дерево, известь, песок, чёрные металлы, стекло, кровельные материалы, пластик и другие.
Источником производства строительных материалов служат природные ресурсы страны, которые в качестве строительных материалов могут использоваться в природном состоянии (камень, песок, древесина) или в виде сырья, перерабатываемого на предприятиях промышленности строительных материалов (полистирол, керамзит).
При изучении строительных материалов их можно классифицировать на такие виды: природные каменные материалы, вяжущие материалы, строительные растворы, бетоны и бетонные изделия, железобетонные изделия, искусственные каменные материалы, лесные материалы, металлы, синтетические материалы и т. д.
Все строительные материалы имеют ряд общих свойств, но качественные показатели этих свойств различны.
Физико-механические свойства составляют, во-первых, параметры физического состояния материалов и, во-вторых, свойства, определяющие отношение материалов к различным физическим процессам. К первым относят плотность и пористость материала, степень измельчения порошков, ко вторым — гидрофизические свойства (водопоглощение, влажность, водопроницаемость, водостойкость, морозостойкость), теплофизические (теплопроводность, теплоемкость, температурное расширение) и некоторые другие. Технические требования на строительные материалы приведены в Строительных нормах и правилах (СниП).

Вопросы к теме:

  1. Какие основные строительные материалы вы знаете?
  2. Откуда происходят строительные материалы?
  3. Какие свойства материала определяют его физическогое состояние?
  4. Какие свойства материала определяют его отношение к различным физическим процессам?

 

Физические свойства строительных материалов

Физические свойства определяются параметрами физического состояния материалов под воздействием внешней среды и условий их работы (действие воды, высоких и низких температур и т. п.).

Истинная плотность — величина, определяемая отношением массы однородного материала т (кг) к занимаемому им объему в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор и пустот

Размерность истинной плотности — кг/м3 или г/см3. Истинная плотность каждого материала — постоянная физическая характеристика, которая не может быть изменена без изменения его химического состава или молекулярной структуры.

Средняя плотность — величина, определяемая отношением массы однородного материала т (кг) к занимаемому им объему в естественном состоянии Fe (м3)

Средняя плотность — важная физическая характеристика материала, изменяющаяся в зависимости от его структуры и влажности в широких пределах: от 5 (пористая пластмасса) до 7850 кг/м3 (сталь). Средняя плотность оказывает существенное влияние на механическую прочность, водопоглощение, теплопроводность и другие свойства материалов.

Пористость — степень заполнения объема материала порами. Пористость — величина относительная, выражается в процентах или долях объема материала.

Пористость материала характеризуют не только с количественной стороны, но и по характеру пор: замкнутые и открытые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2…5 мм). По характеру пор оценивают способность материала поглощать воду. Так, полистирольный пенопласт, пористость которого достигает 95 %, имеет замкнутые поры и практически не поглощает воду. В то же время керамический кирпич, имеющий пористость в три раза меньшую (т. е. около 30 %), благодаря открытому характеру пор (большинство пор представляют собой сообщающиеся капилляры) активно поглощает воду.

Насыпная плотность — величина, определяемая отношением массы материала т (Kr) K занимаемому им объему в рыхлом состоянии VH (м )

Величина Va включает в себя объем всех частиц сыпучего материала и объем пространств между частицами, называемых пустотами. Если для зернистого материала известны насыпная плотность рн и средняя плотность зерен рс, то можно рассчитать его пустотность а — относительную характеристику, выражаемую в долях единицы или в процентах

При воздействии статических или циклических тепловых факторов материал характеризуется теплофизическими свойствами. Они важны для теплоизоляционных и жаростойких материалов, материалов ограждающих конструкций и изделий, твердеющих при тепловой обработке. К ним относятся теплоемкость, теплопроводность, тепловое расширение, огнестойкость и огнеупорность.

Теплоемкость — свойство материала поглощать при нагревании и отдавать при охлаждении определенное количество теплоты. Теплоемкость — мера энергии, необходимой для повышения температуры материала.

Теплоемкость, отнесенную к единице массы, называют удельной теплоемкостью С и измеряют в Дж/(кг — °С). Удельная теплоемкость — это количество теплоты, необходимой для нагревания 1 кг материала на 1 °С. У органических материалов теплоемкость обычно выше, чем у неорганических, Дж/(кг °С): древесины — 2,38.. .2,72; стали — 0,46; воды — 4,187. Наибольшую теплоемкость имеет вода, поэтому с повышением влажности материалов их теплоемкость возрастает. Численные характеристики теплоемкости используют при расчете теплоустойчивости ограждающих конструкций. Кроме того, значения С надо знать для расчета затрат на топливо и энергию на обогрев материалов и конструкций при зимних работах

Теплопроводность — свойство материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на противоположных поверхностях Это свойство имеет важное значение для строительных материалов, применяемых при устройстве ограждающих конструкций (стен, покрытий и перекрытий), и материалов, предназначенных для тепловой изоляции. Теплопроводность материала зависит от его строения, химического состава, пористости и характера пор, а также влажности и температуры, при которой происходит передача теплоты.

Теплопроводность характеризуют коэффициентом теплопроводности, указывающим, какое количество теплоты в Дж способен пропустить материал через 1 м2 поверхности при толщине материала 1 м и разности температур на противоположных поверхностях 1 °С в течение 1 ч. Коэффициент теплопроводности, Вт/(м *°С), равен: для воздуха — 0,023; для воды — 0,59; для льда — 2,3; для керамического кирпича — 0,82. Воздушные поры в материале резко снижают его теплопроводность, а увлажнение водой сильно повышает ее, так как коэффициент теплопроводности воды в 25 раз выше, чем у воздуха.

С ростом температуры теплопроводность большинства строительных материалов увеличивается, что объясняется повышением кинетической энергии молекул, слагающих вещество материала.

Гидрофизические св-ва СМ

Водопоглощение материалов, зависящее от характера пористости, может изменяться в широких пределах. Значения WM составляют для гранита 0,02…0,7 %, тяжелого бетона — 2…4, кирпича 8…20, легких теплоизоляционных материалов с открытой пористостью — 100 % и более. Водопоглощение по объему WQ не превышает пористости, так как объем впитанной материалом воды не может быть больше объема пор.

Величины W0 и WM характеризуют предельный случай, когда материал более не в состоянии впитывать влагу. В реальных конструкциях материал может содержать некоторое количество влаги, полученной при кратковременном увлажнении капельножидкой водой либо в результате конденсации в порах водяных паров из воздуха. В этом случае состояние материала характеризуют влажностью.

Водостойкость — свойство материала сохранять прочность при насыщении его водой. Критерием водостойкости строительных материалов служит коэффициент размягчения — отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой, RB к прочности при сжатии сухого материала

Материалы, у которых коэффициент размягчения больше 0,75, называют водостойкими.

Водонепроницаемость — свойство материала сопротивляться проникновению в него воды под давлением. Это свойство особенно важно для бетона, воспринимающего напор воды (трубы, резервуары, плотины). Водонепроницаемость бетона оценивают маркой по W (W-2…W-8), обозначающей максимальное одностороннее гидростатическое давление, при котором стандартный образец не пропускает воду. Для гидроизоляционных материалов водонепроницаемость характеризуется временем, по истечении которого появляется просачивание воды под определенным давлением через образец материала (мастика, гидроизол).

Водонепроницаемость — свойство материала сопротивляться проникновению в него воды под давлением. Это свойство особенно важно для бетона, воспринимающего напор воды (трубы, резервуары, плотины). Водонепроницаемость бетона оценивают маркой по W (W-2…W-8), обозначающей максимальное одностороннее гидростатическое давление, при котором стандартный образец не пропускает воду. Для гидроизоляционных материалов водонепроницаемость характеризуется временем, по истечении которого появляется просачивание воды под определенным давлением через образец материала (мастика, гидроизол).

Морозостойкость — свойство материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения и значительного снижения прочности и массы. Морозостойкость — одно из основных свойств, характеризующих долговечность строительных материалов в конструкциях и сооружениях. Как известно, вода, находящаяся в порах материала, при переходе в лед увеличивается в объеме примерно на 9… 10 % и вызывает растягивающие напряжения. Ритмично чередующаяся кристаллизация льда в порах с последующим оттаиванием приводит к дополнительным внутренним напряжениям. Могут возникнуть микро- и макротрещины с возможным разрушением структуры и снижением прочности.

Для испытания на морозостойкость стандартные образцы материалов или целые мелкоштучные изделия (например, кирпич) вначале насыщают водой, а затем замораживают при температуре минус 15…20 °С. Затем образцы извлекают из морозильной камеры и оттаивают в воде комнатной температуры. Такое замораживание и оттаивание составляет один цикл. Марка по морозостойкости (F10, F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300 для каменных материалов) характеризуется числом циклов замораживания и оттаивания, которое выдержал материал, при допустимом снижении прочности или уменьшении массы образцов.

Высокой морозостойкостью обладают плотные материалы, которые имеют малую пористость и закрытые поры. Материалы пористые с открытыми порами и соответственно большим во до-поглощением часто оказываются неморозостойкими.

Свойства строительных материалов, используемых в строительстве, и их значение

🕑 Время чтения: 1 минута

Строительные материалы или строительные материалы являются основным требованием в этот современный век технологий. Есть много видов строительных материалов, используемых для различных строительных работ.

Свойства строительных материалов Чтобы материал можно было рассматривать как строительный, он должен обладать необходимыми инженерными свойствами, пригодными для строительных работ.Эти свойства строительных материалов определяют его качество и производительность, а также помогают принимать решения о применении этого материала. Такие свойства строительных материалов классифицируются следующим образом.
  • Физические свойства
  • Механические свойства
  • Химические свойства
  • Электрические характеристики
  • Магнитные свойства
  • Тепловые свойства

Физические свойства строительных материалов

Это свойства, необходимые для оценки качества и состояния материала без какой-либо внешней силы.Физические свойства инженерных материалов следующие.
  • Насыпная плотность
  • Пористость
  • Прочность
  • Плотность
  • Индекс плотности
  • Удельный вес
  • Огнестойкость
  • Морозостойкость
  • Атмосферостойкость
  • Устойчивость к растрескиванию
  • Водопоглощение
  • Водопроницаемость
  • Гигроскопичность
  • Коэффициент размягчения
  • Огнеупорность

Насыпная плотность строительных материалов

Объемная плотность — это отношение массы к объему материала в его естественном состоянии, включая пустоты и поры.Выражается в кг / м 3 . Объемная плотность влияет на механические свойства материалов, такие как прочность, теплопроводность и т. Д. Значения объемной плотности некоторых технических материалов приведены ниже.
Строительный материал Насыпная плотность (кг / м 3 )
Кирпич 1600–1800
Песок 1450–1650
Сталь 7850
Тяжелый бетон Легкий бетон 1800–2500 500–1800
Гранит 2500–2700

Пористость строительных материалов

Пористость дает объем материала, занятого порами.Это отношение объема пор к объему материала. Пористость влияет на многие свойства, такие как теплопроводность, прочность, насыпная плотность, долговечность и т. Д.

Прочность строительных материалов

Свойство материала противостоять комбинированному воздействию атмосферных и других факторов известно как долговечность материала. Если материал более прочный, то он пригодится дольше. Стоимость обслуживания материала зависит от долговечности.

Плотность строительных материалов

Плотность — это отношение массы материала к его объему в однородном состоянии.Практически все физические свойства материала зависят от его плотности. Ниже приведены значения плотности некоторых строительных материалов.
Материал Плотность (кг / м 3 )
Сталь 7800–7900
Кирпич 2500-2800
Гранит 2600–2900

Индекс плотности

Отношение объемной плотности материала к его плотности называется индексом плотности.Следовательно, он дает объем твердого вещества в материале. В природе полностью плотный материал недоступен, поэтому индекс плотности всегда меньше 1 для любого строительного материала.

Удельный вес строительных материалов

Удельный вес — это отношение массы данного вещества к массе воды при 4 o C для равных объемов. Удельный вес некоторых материалов указан ниже.
Материал Удельный вес
Сталь 7.82
Чугун 7,20
Алюминий 2,72

Огнестойкость строительных материалов

Способность противостоять огню, не изменяя своей формы и других свойств. Огнестойкость материала проверяется совместным воздействием воды и огня. Огнестойкие материалы должны обеспечивать большую безопасность в случае пожара.

Морозостойкость

Способность материала противостоять замораживанию или оттаиванию называется морозостойкостью.Это зависит от плотности и насыпной плотности материала. Более плотные материалы будут иметь большую морозостойкость. Влажные материалы обладают низкой морозостойкостью, при замерзании они теряют прочность и становятся хрупкими.

Устойчивость к атмосферным воздействиям

Свойство материала противостоять всем атмосферным воздействиям без потери прочности и формы. Выветривание влияет на долговечность материала. Например, коррозия железа возникает из-за атмосферных воздействий. Чтобы противостоять этому красочный слой предусмотрен.

Устойчивость к растрескиванию

Способность материала безотказно выдерживать определенное количество циклов резких колебаний температуры называется сопротивлением растрескиванию. Это зависит от коэффициента линейного расширения.

Водопоглощение

Способность материала поглощать и удерживать воду известна как водопоглощение. Выражается в% от веса сухого материала. Это зависит от размера, формы и количества пор материала.

Водопроницаемость

Способность материала пропускать воду через себя называется водопроницаемостью.Плотные материалы, такие как стекло, металл и т. Д., Называются непроницаемыми материалами, которые не могут пропускать воду через них.

Гигроскопичность

Гигроскопичность — это свойство материала поглощать водяной пар из воздуха. Это зависит от относительной влажности, пористости, температуры воздуха и т. Д.

Коэффициент размягчения

Коэффициент размягчения материала — это отношение прочности на сжатие насыщенного материала к его прочности на сжатие в сухом состоянии. Это влияет на прочность водопоглощающих материалов, таких как грунт.

Огнеупорность

Свойство материала, который не может плавиться или терять форму при длительных высоких температурах (1580 o C и более). Пример: огнеупорная глина — высокоогнеупорный материал.

Механические свойства строительных материалов

Механические свойства материалов выясняются путем приложения к ним внешних сил. Это очень важные свойства, которые отвечают за поведение материала при его работе. Механические свойства:
  • Прочность
  • Твердость
  • Эластичность
  • Пластичность
  • Хрупкость
  • Усталость
  • Ударная вязкость
  • Устойчивость к истиранию
  • Ползучесть

Прочность строительных материалов

Способность материала противостоять разрушению, вызванному действующими на него нагрузками, называется прочностью.Нагрузка может быть сжимающей, растягивающей или изгибающей. Он определяется делением предельной нагрузки, воспринимаемой материалом, на площадь его поперечного сечения. Прочность — важное свойство любых строительных материалов. Итак, чтобы обеспечить максимальную безопасность по прочности, для материалов предусмотрен коэффициент запаса прочности, который выбирается в зависимости от характера работ, качества материала, экономических условий и т. Д.

Твердость строительных материалов

Свойство материалов противостоять царапинам телом пастуха.Шкала MOHS используется для определения твердости материалов. Твердость наиболее важна при выборе конкретного заполнителя. Это также влияет на удобоукладываемость.

Упругость строительных материалов

Способность материала восстанавливать свою первоначальную форму и размер после снятия нагрузки называется эластичностью, а материал называется эластичным материалом. Идеально эластичные материалы подчиняются закону Гука, согласно которому напряжение прямо пропорционально деформации. Что дает модуль упругости как отношение единичного напряжения к единичной деформации.Чем выше значение модуля упругости, тем меньше деформации.

Пластичность

Когда к материалу прилагается нагрузка, если он подвергается остаточной деформации без трещин и сохраняет эту форму после снятия нагрузки, тогда говорят, что это пластичный материал, и это свойство называется пластичностью. Они придают устойчивость к изгибу, ударам и т. Д. Примеры: сталь, горячий битум и т. Д.

Хрупкость

Когда материал подвергается нагрузке, если он внезапно выходит из строя без какой-либо деформации, он называется хрупким материалом, и это свойство называется хрупкостью.Примеры: бетон, чугун и т. Д.

Усталость

Если материал подвергается повторяющимся нагрузкам, то разрушение происходит в некоторой точке, которая ниже точки разрушения, вызванной постоянными нагрузками. Такое поведение известно как утомляемость.

Прочность при ударе

Если материал подвергается внезапным нагрузкам и подвергается некоторой деформации, не вызывая разрыва, это называется его ударной вязкостью. Обозначает прочность материала.

Сопротивление истиранию

Потеря материала из-за трения частиц во время работы называется истиранием.Устойчивость материала к истиранию делает его прочным и обеспечивает долгий срок службы.

Ползучесть

Ползучесть деформация, вызванная постоянными нагрузками в течение длительного времени. Это зависит от времени и происходит очень медленно. В нормальных условиях это почти не заметно. Но в условиях высоких температур ползучесть происходит быстро.

Химические свойства строительных материалов

Свойства материалов против химического воздействия или химических комбинаций называются химическими свойствами. И они являются
  • Химическая стойкость
  • Коррозионная стойкость

Химическая стойкость строительных материалов

Способность строительных материалов противостоять воздействию химических веществ, таких как кислоты, соли и щелочи, известна как химическая стойкость.Подземные сооружения, сооружения у моря и т. Д. Следует возводить с высокой химической стойкостью.

Коррозионная стойкость

Образование ржавчины (оксида железа) в металлах при воздействии атмосферы называется коррозией. Итак, металлы должны быть устойчивыми к коррозии. Для повышения коррозионной стойкости необходимо принять соответствующие меры. В противном случае это приведет к повреждению всей конструкции.

Электрические свойства строительных материалов Свойства материала проводить или противостоять электричеству через них — это электрические свойства материала.Например, древесина имеет большое электрическое сопротивление, а нержавеющая сталь — хороший проводник электричества.

Магнитные свойства строительных материалов

Магнитные свойства материалов, такие как проницаемость, гистерезис и т. Д., Требуются в случае генераторов и т. Д., Железо является магнитным материалом, а алюминий — немагнитным материалом.

Тепловые свойства строительных материалов

  • Тепловая мощность
  • Теплопроводность
  • Удельное термическое сопротивление
  • Удельная теплоемкость

Теплоемкость строительных материалов

Теплоемкость — это свойство материала поглощать тепло, и это необходимо для правильной вентиляции.Это влияет на термостойкость стен. Он выражается в J / N o C и рассчитывается по формуле, приведенной ниже. Тепловая мощность, T = [H / (M (T 2 — T 1 ))] Где H = количество тепла, необходимое для повышения температуры с T 1 до T 2 T 1 = Начальная температура T 2 = Конечная температура M = Масса материала в N.

Теплопроводность

Количество тепла, передаваемого через единицу площади образца с единицей толщины в единицу времени, называется теплопроводностью.Измеряется в кельвинах. Это зависит от структуры материала, пористости, плотности и влажности. Высокопористые материалы, влажные материалы обладают большей теплопроводностью.

Термическое сопротивление

Это способность сопротивляться теплопроводности. И это величина, обратная теплопроводности. Когда его умножают на толщину материала, получается термическое сопротивление. Тепловое сопротивление грунта колеблется от 30 до 500 0 Кл-см / Вт.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для нагрева 1 Н материала на 1 o C.Удельная теплоемкость полезна, когда мы используем материал в высокотемпературных областях. Ниже приведены значения удельной теплоемкости некоторых конструкционных материалов.
Материал Удельная теплоемкость Дж / Н o C
Сталь 0,046 х 10 3
Дерево от 0,239 до 0,27 x 10 3
Камень от 0,075 до 0,09 X 10 3
Подробнее: Типы строительных материалов, используемых в строительстве, и их свойства

Физические свойства строительных материалов или строительных материалов

Строительные материалы используются в качестве основной части в строительной деятельности.В современном мире есть несколько строительных материалов, которые были созданы более экономичным способом. Прежде чем изобретать строительный материал, мы должны обратить внимание на его безопасные и экономичные аспекты. Прежде чем исследовать эти аспекты строительного материала, мы должны проверить его долгосрочные свойства. эти строительные материалы.

Сегодня мы собираемся изучить свойства строительных материалов. Свойства строительных материалов можно разделить на физические свойства и механические свойства.Сначала мы узнаем о физических свойствах.

Физические свойства строительных материалов

1. плотность

Как известно, это масса вещества, занятая на единицу объема. Её единица измерения — кг / м³.

Плотность некоторых распространенных строительных материалов указана ниже

Сталь = 7800

Кирпич = 2600

Гранит = 2800

Дерево = 1500

2. Насыпная плотность

Насыпная плотность — еще одно важное свойство строительных материалов.Насыпная плотность измеряется в естественном состоянии, поэтому на них влияют поры и пустоты.

Насыпная плотность — это масса, занимаемая единицей объема в ее естественном состоянии.

В большинстве случаев насыпная плотность меньше плотности. Однако плотность и насыпная плотность почти одинаковы. Насыпная плотность является наиболее важным свойством строительных материалов. Насыпная плотность различных строительных материалов указана ниже.

Сталь = 7800

Кирпич = 1700

Гранит = 2500

Дерево = 600

3.Удельный вес

Третье свойство строительных материалов, о котором мы собираемся поговорить, — это удельный вес. Удельный вес определяется как вес, занимаемый на единицу объема. Разница между удельным весом и плотностью состоит в том, что плотность, умноженная на ускорение свободного падения, дает удельный вес. свойство строительных материалов пригодится для выяснения веса конструкции.

Символ, используемый для обозначения удельного веса: «w»

Итак, мы можем определить удельный вес с помощью уравнения

w = ρ × g

ρ = плотность вещества в кг / м³

g = ускорение свободного падения в м / с²

4.Удельный вес

Удельный вес определяется как отношение плотности данного вещества к плотности воды при 4 ° C.Удельный вес является важным свойством строительного материала.

Удельный вес — безразмерная величина. Удельный вес обозначается символом «G».

G = плотность вещества / плотность воды

Плотность воды составляет 1 г / куб.см или 1 кН / м³. Чтобы узнать свойства жидкостей, проверьте здесь.

5.Поростной

Как мы знаем, не все вещества являются однородными.Каждый материал состоит из твердых частиц и пустот. Пористость — важный термин в геотехнической инженерии.

Пористость определяется как отношение объема пустот к объему твердых частиц.

Обозначение пористости — «n»

п = Vv / V

Vv = Объем пустот

V = Общий объем

6. Соотношение пустот

Коэффициент пустотности — еще одно важное свойство строительных материалов. Коэффициент пустотности — это отношение объема пустот к объему твердых частиц.

Коэффициент пустот обозначается символом «e»

e = Vv / VS

Прочие свойства строительных материалов

Атмосферостойкость

Индекс плотности

Проницаемость

Огнестойкость

Теплопроводность

Теплопроводность

Объясните свойства материалов, используемых при строительстве.

Свойства материалов, связанных с их использованием для строительства зданий, следующие:

1.Физические свойства: Некоторые из важных физических свойств:

а. Объемная плотность: это отношение массы к объему материала в его естественном состоянии, включая пустоты и поры. Выражается в кг / м3. Насыпная плотность влияет на механические свойства, такие как прочность, проводимость и т. Д.

г. Пористость: показывает объем материала, занятого порами. Это отношение объема пор к объему материала. Пористость влияет на многие свойства, такие как прочность теплопроводности, насыпная плотность, долговечность и т. Д.

г. Долговечность: свойство материала противостоять комбинированному воздействию атмосферных и других факторов известно как долговечность материала.

г. Плотность: определяется как отношение массы к единице объема.

e. Объемная плотность: определяется как отношение объемной плотности к ее плотности. Следовательно, он дает объем твердого вещества в материале. Всегда меньше 1.

ф. Удельный вес: он определяется как отношение массы данного вещества к массе воды при 40 ° C для равных объемов.

г. Огнестойкость

ч. Морозостойкость

и. Устойчивость к атмосферным воздействиям

Дж. Водопоглощение

2. Механические свойства: Механические свойства материалов выясняются путем приложения к ним внешних сил. Некоторые из важных физических свойств:

а. Прочность: Прочность — это способность материала противостоять разрушению под действием напряжений, вызванных нагрузками.

г. Твердость: твердость — это способность материала сопротивляться проникновению более твердым телом.Шкала Мооса используется для определения твердости материалов.

г. Эластичность: Эластичность — это способность материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия нагрузки.

г. Пластичность: когда к материалу прилагается нагрузка, он подвергается остаточной деформации без растрескивания.

e. Хрупкость

ф. Усталость

г. Ударная вязкость

ч. Истирание

и. Ползучесть

3. Химические свойства:

а.Химическая стойкость: способность строительного материала противостоять воздействию химических веществ, таких как кислоты, соли и щелочи.

г. Коррозионная стойкость: способность строительных материалов противостоять образованию коррозии в атмосфере называется коррозионной стойкостью.

Как оценить материалы — свойства, которые необходимо учитывать

Есть разница между механическими и физическими свойствами сплава.

  • Физические свойства — это вещи, которые можно измерить.Это такие вещи, как плотность, температура плавления, проводимость, коэффициент расширения и т. Д.
  • Механические свойства — это то, как металл ведет себя при приложении к нему различных сил. Сюда входят такие параметры, как прочность, пластичность, износостойкость и т. Д.

Механические и физические свойства материалов определяются их химическим составом и их внутренней структурой, например размером зерна или кристаллической структурой. Обработка может сильно повлиять на механические свойства из-за перестройки внутренней структуры.Процессы металлообработки или термическая обработка могут влиять на некоторые физические свойства, такие как плотность и электропроводность, но эти эффекты обычно незначительны.

Механические и физические свойства являются ключевым фактором, определяющим, какой сплав считается подходящим для данного применения, когда несколько сплавов удовлетворяют условиям эксплуатации. Практически в каждом случае инженер проектирует деталь так, чтобы она работала в заданном диапазоне свойств. Многие механические свойства взаимозависимы: высокие характеристики в одной категории могут сочетаться с более низкими характеристиками в другой.Например, более высокая прочность может быть достигнута за счет более низкой пластичности. Таким образом, широкое понимание среды, в которой работает продукт, приведет к выбору лучшего материала для применения.

Описание некоторых общих механических и физических свойств предоставит информацию, которую разработчики продукта могут учитывать при выборе материалов для данного применения.

  1. Электропроводность
  2. Коррозионная стойкость
  3. Плотность
  4. Пластичность / пластичность
  5. Эластичность / жесткость
  6. Вязкость разрушения
  7. Твердость
  8. Пластичность
  9. Прочность, усталость
  10. Прочность на разрыв
    0
  11. Прочность на сдвиг
  12. Прочность на сдвиг
  13. Прочность
  14. Износостойкость

Расширяя эти определения:

1.Электропроводность

Теплопроводность — это количество тепла, протекающего через материал. Он измеряется как один градус в единицу времени на единицу площади поперечного сечения на единицу длины. Материалы с низкой теплопроводностью могут использоваться в качестве изоляторов, а материалы с высокой теплопроводностью — в качестве теплоотвода. Металлы с высокой теплопроводностью могут быть кандидатами для использования в таких приложениях, как теплообменники или охлаждение. Материалы с низкой теплопроводностью могут использоваться в высокотемпературных приложениях, но часто для высокотемпературных компонентов требуется высокая теплопроводность, поэтому важно понимать окружающую среду.Электропроводность аналогична измерению количества электричества, которое передается через материал известного поперечного сечения и длины.

2. Коррозионная стойкость

Коррозионная стойкость описывает способность материала предотвращать естественное химическое или электрохимическое воздействие атмосферы, влаги или других агентов. Коррозия принимает различные формы, включая точечную коррозию, гальваническую реакцию, коррозию под напряжением, расслоение, межкристаллитную коррозию и другие (многие из которых будут обсуждаться в других выпусках информационных бюллетеней).Коррозионная стойкость может быть выражена как максимальная глубина в милах, до которой может проникнуть коррозия за один год; он основан на линейной экстраполяции проникновения, происходящего в течение срока службы данного теста или услуги. Некоторые материалы по своей природе устойчивы к коррозии, в то время как для других необходимо нанесение гальванического покрытия или покрытий. Многие металлы, принадлежащие к семействам, устойчивым к коррозии, не полностью защищены от нее и по-прежнему зависят от конкретных условий окружающей среды, в которых они работают.

3. Плотность

Плотность, часто выражаемая в фунтах на кубический дюйм, граммах на кубический сантиметр и т. Д., Описывает массу сплава на единицу объема. Плотность сплава определяет, сколько будет весить компонент определенного размера. Этот фактор важен в таких приложениях, как аэрокосмическая или автомобильная промышленность, где важен вес. Инженеры, которым нужны компоненты с меньшим весом, могут искать менее плотные сплавы, но при этом должны учитывать соотношение прочности и веса.Можно выбрать материал с более высокой плотностью, такой как сталь, например, если он обеспечивает более высокую прочность, чем материал с более низкой плотностью. Такую часть можно было бы сделать тоньше, чтобы меньше материала могло компенсировать более высокую плотность.

4. Пластичность / пластичность

Пластичность — это способность материала пластически деформироваться (то есть растягиваться) без разрушения и сохранять новую форму при снятии нагрузки. Думайте об этом как о способности растянуть данный металл в проволоку.Пластичность часто измеряется с помощью испытания на растяжение в виде процента удлинения или уменьшения площади поперечного сечения образца до разрушения. Испытание на растяжение также можно использовать для определения модуля Юнга или модуля упругости, важного отношения напряжение / деформация, используемого во многих расчетах конструкции. Склонность материала противостоять растрескиванию или разрушению под напряжением делает пластичные материалы подходящими для других процессов металлообработки, включая прокатку или волочение. Некоторые другие процессы, такие как холодная обработка, делают металл менее пластичным.

Пластичность, физическое свойство, описывает способность металла формироваться без разрушения. Давление или сжимающее напряжение используется для прессования или свертывания материала в более тонкие листы. Материал с высокой пластичностью сможет выдерживать более высокое давление без разрушения.

5. Эластичность, жесткость

Эластичность описывает тенденцию материала возвращаться к своему первоначальному размеру и форме после устранения деформирующей силы. В отличие от материалов, которые демонстрируют пластичность (где изменение формы необратимо), эластичный материал вернется к своей предыдущей конфигурации после снятия напряжения.

Жесткость металла часто измеряется модулем Юнга, который сравнивает соотношение между напряжением (приложенной силой) и деформацией (результирующей деформацией). Чем выше модуль упругости, а это означает, что большее напряжение приводит к пропорционально меньшей деформации, тем жестче материал. Стекло может быть примером жесткого материала с высоким модулем упругости, а резина — материалом, который демонстрирует низкую жесткость / низкий модуль упругости. Это важное соображение при проектировании для приложений, где требуется жесткость под нагрузкой.

6. Вязкость разрушения

Ударопрочность — это мера способности материала противостоять ударам. Эффект удара — столкновение, которое происходит в течение короткого периода времени — обычно больше, чем эффект более слабой силы, действующей в течение более длительного периода. Таким образом, следует учитывать ударопрочность, когда приложение включает повышенный риск удара. Некоторые металлы могут приемлемо работать при статической нагрузке, но разрушаться при динамических нагрузках или при столкновении.В лаборатории удар часто измеряется с помощью обычного теста Шарпи, когда взвешенный маятник ударяет по образцу напротив обработанного V-образного паза.

7. Твердость

Твердость определяется как способность материала сопротивляться постоянному вдавливанию (то есть пластической деформации). Как правило, чем тверже материал, тем лучше он сопротивляется износу или деформации. Термин твердость, таким образом, также относится к локальной поверхностной жесткости материала или его устойчивости к царапинам, истиранию или порезам.Твердость измеряется с помощью таких методов, как Бринелля, Роквелла и Виккерса, которые измеряют глубину и площадь углубления более твердым материалом, включая стальной шарик, алмаз или другой индентор.

8. Пластичность

Пластичность, обратная упругости, описывает тенденцию определенного твердого материала сохранять свою новую форму под действием сил формования. Это качество, которое позволяет материалам изгибаться или обрабатывать их, придавая им постоянную новую форму.В пределе текучести материалы переходят от упругих свойств к пластическим.

9. Прочность — усталость

Усталость может привести к разрушению под действием повторяющихся или изменяющихся напряжений (например, нагрузки или разгрузки), максимальное значение которых меньше прочности материала на разрыв. Более высокие нагрузки ускоряют время до отказа, и наоборот, поэтому существует связь между напряжением и циклами до отказа. Таким образом, предел выносливости относится к максимальному напряжению, которое металл может выдержать (переменная) за заданное количество циклов.И наоборот, показатель усталостной долговечности удерживает нагрузку фиксированной и измеряет, сколько циклов нагрузки может выдержать материал до разрушения. Усталостная прочность является важным фактором при проектировании компонентов, подверженных повторяющимся нагрузкам.

10. Прочность — сдвиг

Прочность на сдвиг учитывается в таких приложениях, как болты или балки, где важны как направление, так и величина напряжения. Сдвиг возникает, когда направленные силы заставляют внутреннюю структуру металла скользить по самой себе на гранулированном уровне.

11. Прочность — растяжение

Одним из наиболее распространенных показателей свойств металла является прочность на растяжение или предельная прочность. Прочность на растяжение — это величина нагрузки, которую секция металла может выдержать до того, как она сломается. При лабораторных испытаниях металл удлиняется, но возвращается к своей первоначальной форме через область упругой деформации. Когда он достигает точки остаточной или пластической деформации (измеряемой как предел текучести), он сохраняет удлиненную форму даже при снятии нагрузки.В точке растяжения нагрузка приводит к окончательному разрушению металла. Этот показатель помогает отличить хрупкие материалы от более пластичных. Предел прочности или прочности на растяжение измеряется в ньютонах на квадратный миллиметр (мегапаскали или МПа) или фунтах на квадратный дюйм.

12. Прочность — урожайность

Подобный по концепции и измерению пределу прочности на разрыв, предел текучести описывает точку, после которой материал под нагрузкой больше не возвращается в исходное положение или форму.Деформация переходит от упругой к пластической. Расчетные расчеты включают предел текучести, чтобы понять пределы размерной целостности под нагрузкой. Как и предел прочности на разрыв, предел текучести измеряется в ньютонах на квадратный миллиметр (мегапаскали или МПа) или фунтах на квадратный дюйм.

13. Прочность

Измеренная с помощью испытания на ударную вязкость по Шарпи, аналогичного испытанию на ударопрочность, ударная вязкость представляет собой способность материала поглощать удары без разрушения при заданной температуре.Поскольку ударопрочность часто ниже при низких температурах, материалы могут стать более хрупкими. Значения Шарпи обычно предписываются для ферросплавов, где возможны низкие температуры в применении (например, морские нефтяные платформы, нефтепроводы и т. Д.) Или где учитывается мгновенная нагрузка (например, баллистическая защита в военных или авиационных приложениях).

14. Износостойкость

Износостойкость — это мера способности материала противостоять трению двух материалов друг о друга.Это может принимать различные формы, включая адгезию, истирание, царапины, выдолбление, истирание и другие. Когда материалы имеют разную твердость, более мягкий металл может сначала проявлять эффекты, и управление этим может быть частью дизайна. Даже прокатка может вызвать истирание из-за присутствия посторонних материалов. Износостойкость может быть измерена как количество потерянной массы за определенное количество циклов истирания при данной нагрузке.

Рассмотрение этой информации о механических и физических свойствах может способствовать оптимальному выбору металла для конкретного применения.Из-за множества доступных материалов и возможности изменять свойства путем легирования, а часто и за счет усилий по термообработке, можно потратить время, чтобы проконсультироваться со специалистами в области металлургии, чтобы выбрать материал, который обеспечивает необходимые характеристики, сбалансированные с экономической эффективностью.

Свойства строительных материалов и их значение

В сегодняшнюю технологическую эпоху строительные материалы играют важную роль. Хотя строительство является их наиболее распространенным применением, ни одна инженерная область не обходится без этих материалов.Кроме того, промышленность строительных материалов вносит значительный вклад в нашу национальную экономику, поскольку ее продукция влияет как на скорость, так и на качество строительных работ.

В связи с широким спектром применения в зданиях и установках, а также разнообразными производственными процессами, строительные материалы должны отвечать широкому спектру требований, включая прочность при низких и высоких температурах, устойчивость к обычной и морской воде, кислотам и щелочам, и так далее.

Свойства строительных материалов используются для разделения их на отдельные группы.Свойства строительных материалов продиктованы их основным применением. Только глубокое понимание свойств материала позволяет сделать рациональный выбор материала для конкретных условий эксплуатации.

Строительные материалы обычно имеют два свойства:

  • Физические свойства
  • Химические свойства

Давайте рассмотрим свойства этих строительных материалов более подробно.

Физические свойства строительных материалов

Существует около 20 физических свойств строительных материалов, по которым может быть сделан выбор строительных материалов.

  • Плотность
  • Насыпная плотность
  • Индекс плотности
  • Удельный вес
  • Удельный вес
  • Абсолютный удельный вес
  • Кажущийся удельный вес
  • Пористость
  • Коэффициент пустотности

    0

    0 Водостойкость
  • Водостойкость
  • Водостойкость
  • Проницаемость
  • Морозостойкость
  • Теплопроводность
  • Тепловая Емкость
  • Огнестойкость
  • Огнеупорность
  • Химическая стойкость
  • Прочность

Плотность (ρ)

Масса единицы объема однородного материала называется плотностью.Обозначается цифрой

.

Где,

M = масса (г)
V = объем (см³)

На рисунке ниже показана плотность некоторых из наиболее распространенных строительных материалов, используемых в строительной отрасли.

Насыпная плотность (ρь)

Масса единицы объема материала в его естественном состоянии называется насыпной плотностью. Он рассчитывается по следующей формуле:

Где,

M = масса образца (кг)
V = объем образца в естественном состоянии (м³)

Насыпная плотность меньше плотности для большинства материалов, но эти параметры почти идентичны для жидкостей и материалов, таких как стекло и плотные каменные материалы.Объемная плотность оказывает большое влияние на такие свойства, как прочность и теплопроводность.

На изображении ниже показана насыпная плотность некоторых строительных материалов:

Индекс плотности (ρо)

Индекс плотности — это отношение объемной плотности к плотности. Он выражает степень, до которой объем материала заполнен твердым веществом. Поскольку в природе не существует абсолютно плотных тел, индекс плотности всегда меньше 1,0 почти для всех строительных материалов.

Удельный вес (γ)

Удельный вес, также известный как удельный вес, — это вес материала на единицу объема.

Где,

γ = удельный вес (кН / м³)
ρ = плотность материала (кг / м)
г = плотность (м / с²)

В гражданском строительстве удельный вес может использоваться для определения веса конструкции, выдерживающей определенные нагрузки, при сохранении целостности и в пределах ограничений по деформации. Он также используется как свойство жидкости в гидродинамике.

Удельный вес (Gs)

Удельный вес твердых частиц материала — это отношение веса данного объема твердых частиц к весу равного объема воды при температуре 4 ° C.

Абсолютный удельный вес (Ga)

Истинный или абсолютный удельный вес определяется путем исключения как проницаемых, так и непроницаемых пространств (пустот) при определении истинного объема твердых частиц. Абсолютный удельный вес не имеет практического применения.

Кажущийся удельный вес (Гм)

Кажущийся удельный вес или удельный вес рассчитывается с учетом как проницаемой, так и непроницаемой пустоты при расчете истинного объема твердых частиц. Это отношение массовой плотности мелкозернистого материала к массовой плотности воды.

Пористость (n)

Степень, в которой поры рассредоточены по объему вещества, называется пористостью. Он рассчитывается путем деления объема пор на объем образца.

Пористость — это, помимо прочего, хороший показатель объемной плотности, теплопроводности и долговечности материала.

Коэффициент пустот (д)

Коэффициент пустотности — это объем пустот, деленный на объем твердых частиц. Когда заполнитель заливается в контейнер любого типа, не все пространство внутри контейнера будет заполнено.

Термин «пустоты» относится к пустотам между частицами заполнителя. На процент пустот, как и на удельный вес, влияют компактность заполнителя и количество содержащейся в нем влаги.В большинстве случаев решения о недействительности выносятся в отношении материала, который был измерен без соблюдения требований.

Гигроскопичность

Способность материала собирать водяной пар из воздуха известна как гигроскопичность. На него влияют температура и относительная влажность воздуха, а также тип, количество и размер пор, а также состав вещества.

Водопоглощение

Водопоглощение означает способность материала поглощать и удерживать воду.Он представлен в процентах от веса или объема сухого материала.

Где,

M1 = масса насыщенного материала (г)
M = масса сухого материала (г)
V = объем материала (мм³)

Устойчивость к атмосферным воздействиям

Устойчивость к атмосферным воздействиям означает способность материала выдерживать чередование влажных и сухих условий в течение длительного периода времени без значительной деформации или потери механической прочности.

Также читайте: Керамика: свойства и классификация керамики
Также читайте: Древесина — классификация, типы, дефекты древесины

Водопроницаемость

Водопроницаемость означает способность материала пропускать воду под давлением.Стекло, сталь и битум водонепроницаемы.

Морозостойкость

Морозостойкость — это способность материала выдерживать многократное замораживание и оттаивание при одновременной потере значительной механической прочности. В этих условиях вода, удерживаемая в порах, при замораживании увеличивается в объеме до 9%. В результате стенки пор подвергаются значительному давлению и могут разрушиться.

Теплопроводность

Способность материала передавать тепло называется теплопроводностью.Тип материала, его структура, пористость, характер пор и средняя температура, при которой происходит теплообмен, — все это имеет значение. Поскольку воздух внутри пор способствует передаче тепла, материалы с большими порами обладают высокой теплопроводностью. У влажных материалов теплопроводность выше, чем у более сухих. Поскольку материалы, из которых изготовлены стены отапливаемых конструкций, обладают этим свойством, это является серьезным поводом для беспокойства. Это повлияет на жилую недвижимость.

Тепловая мощность

Теплоемкость — это способность материала поглощать тепло, измеряемая по его удельной теплоемкости.Теплоемкость важна при расчете термостойкости обогреваемых стен здания и нагрева материала, например, при заливке бетона зимой.

Огнестойкость

Способность материала выдерживать воздействие высоких температур без значительной деформации или потери прочности называется огнестойкостью. При длительном воздействии огня или высоких температур огнестойкие материалы с трудом обгорают, тлеют и воспламеняются, но горят или тлеют только в присутствии пламени.

Огнеупорность

Способность материала выдерживать непрерывное воздействие высоких температур без плавления и потери формы называется огнеупорностью. Огнеупорные материалы могут выдерживать температуры 1580 ° C и выше в течение продолжительных периодов времени. Легкоплавкие материалы могут выдерживать температуры ниже 1350 ° C, но тугоплавкие материалы могут выдерживать температуры в диапазоне от 1350 ° C до 1580 ° C.

Химическая стойкость

Как следует из названия, химическая стойкость описывает способность материала противостоять кислотам, щелочам, морской воде и газам.Природные каменные материалы, такие как известняк, мрамор и доломит, разлагаются даже слабыми кислотами, древесина устойчива к кислотам и щелочам, а битум распадается под воздействием щелочных растворов.

Прочность

Это относится к способности материала противостоять атмосферным и другим факторам.

Механические свойства строительных материалов

Прочность, сжатие, растяжение, изгиб, удар, твердость, пластичность, эластичность и сопротивление истиранию — все это важные механические свойства строительных материалов.

Прочность

Прочность — это способность материала выдерживать напряжения, вызванные нагрузками, наиболее типичными из которых являются сжатие, растяжение, изгиб и удар. Актуальность исследования множественной прочности подчеркивается тем фактом, что такие материалы, как камни и бетон, обладают высокой прочностью на сжатие, но низкой прочностью на растяжение, изгиб и ударную вязкость.

Твердость

Способность вещества сопротивляться проникновению более твердым телом называется твердостью.Шкала Мооса используется для определения твердости материала. Это список из десяти минералов, отсортированных в порядке возрастания твердости. Вдавливание стального шара используется для определения твердости металлов и полимеров.

Твердость по Моосу Минерал Химическая формула Абсолютная твердость
1 Тальк OH 3 9027 9027 Si9 2 1
2 Гипс CaSO 4 · 2H 2 O 2
3 Кальцит CaCO 3 900 4 Флюорит CaF 2 21
5 Апатит Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH , Cl , F ) 48
6 Ортоклаз полевой шпат KAlSi 3 O 8 72
7 Кварта z SiO 2 100
8 Топаз Al 2 SiO 4 (OH , F ) 2 200
Корунд Al 2 O 3 400
10 Алмаз C 1500
Таблица, показывающая эластичность по шкале Мооса

Под эластичностью понимается способность материала восстанавливать свою первоначальную форму и размеры при снятии нагрузки.Деформация твердых тел пропорциональна напряжению в пределах их упругости. Модуль упругости — это отношение единичного напряжения к единичной деформации. Его высокое значение указывает на материал с очень маленькими искажениями.

Пластичность

Когда материал нагружен, он может изменять форму без образования трещин, и он может сохранять эту форму после снятия нагрузки. Такое поведение вещества называется пластичностью. Сталь, медь и горячий битум — некоторые из примеров пластических материалов.

Как это:

Нравится Загрузка …

Типы строительных материалов, используемых в строительстве

Вот несколько советов о том, как сделать ваш онлайн-курс гладким.

В строительстве используется много типов строительных материалов, таких как бетон, сталь, дерево и каменная кладка. Каждый материал имеет разные свойства, такие как вес, прочность, долговечность и стоимость, что делает его подходящим для определенных типов применений. Выбор материалов для строительства основан на стоимости и эффективности противостояния нагрузкам и напряжениям, действующим на конструкцию.Как инженер-строитель, я работаю со своими клиентами, чтобы выбрать тип материалов, используемых в каждом проекте, в зависимости от размера и использования здания.

Производство строительных материалов — это хорошо организованная и стандартизированная отрасль, способная обеспечить надежную поставку высококачественных материалов для наших конструкций. Производство строительных материалов структурного класса подлежит процедурам контроля качества, которые включают проверки и испытания в соответствии с национальными стандартами. стандарты и научные методы испытаний.

В обязанности инженера-строителя входит подготовка спецификаций проекта, включая все строительные материалы, применимые стандарты и положения, которым необходимо соответствовать. Это важная часть любого проекта, чтобы указать качество и свойства материалов, которые будут использоваться.

Строительные материалы обычно можно разделить на две категории: природные строительные материалы, такие как камень и дерево, и искусственные строительные материалы, такие как бетон и сталь. Обе категории обычно требуют определенного уровня подготовки или обработки перед использованием в структурном применении.Ниже приведен список материалов, которые я чаще всего использовал в проектах по инженерному консалтингу.

Тип материала Прочность образца на сжатие как сила (Ньютон) на единицу площади (мм2)
Сталь 300 МПа *
Бетон 25 МПа *
Кладка 10 МПа *
Дерево Параллельно волокну 5 МПа *
Перпендикулярно волокну 3.5 МПа *

* МПа: мегапаскаль или Н / мм2

Бетон:

Бетон — это композитный материал, состоящий из смеси цемента, таких заполнителей, как песок и щебень, и воды. Свойства бетона зависят от соотношений, используемых при расчете смеси. Поэтому поставщики бетона обычно предоставляют свойства материала и результаты испытаний для каждого участка бетона.

Свежий бетон можно заливать в формовочные изделия любой формы и формы, и требуется время, чтобы затвердеть в подобный камню материал.Для достижения большей прочности бетону требуется до 7 дней, и ему потребуется особое внимание к отверждению, чтобы избежать растрескивания или снижения прочности. Бетон очень универсален, и я предпочитаю использовать его в тех областях, где требуется сочетание прочности и долговечности. Например, бетон является отличным материалом для строительства фундаментов, где вес конструкции соприкасается с землей. Это требует прочности, чтобы выдерживать нагрузку, а также прочности, чтобы выдерживать контакт с окружающей почвой.

Бетон очень прочен при воздействии сжимающих напряжений, однако он хрупкий и имеет ограниченную прочность на растяжение. В сочетании со стальной арматурой железобетон прочнее и больше подходит для самых разных конструкций, таких как высокие многоэтажные дома, мосты, дороги, туннели и многие другие.

Сталь:

Сталь

— один из самых прочных строительных материалов с отличной прочностью как на растяжение, так и на сжатие.Благодаря высокому удельному весу он идеален для каркаса высотных зданий и крупных промышленных объектов. Конструкционная сталь доступна в стандартных формах, таких как уголки, двутавровые балки и С-образные швеллеры. Эти формы могут быть сварены вместе или соединены с помощью высокопрочных болтов для создания конструкций, способных противостоять большим силам и деформациям.

Сталь

— относительно дорогой строительный материал, поэтому инженер-строитель должен выбрать экономичные размеры и формы в соответствии с фактическими нагрузками на здание, чтобы избежать чрезмерного проектирования.Из-за более высокой стоимости стали я часто получаю вопросы от наших клиентов, которые спрашивают, есть ли способ уменьшить вес и размер некоторых стальных элементов конструкции. Это можно сделать, если можно уменьшить нагрузки на элементы и / или ввести дополнительные вертикальные опоры. Монтаж стали занимает меньше времени по сравнению с бетоном и может быть установлен в любой среде.

Дерево:

Древесина использовалась в качестве строительного материала тысячи лет и при правильном уходе может прослужить сотни лет.Это легкодоступный и экономически выгодный природный ресурс с легким весом и высокими механическими свойствами. Он также обеспечивает хорошую изоляцию от холода, что делает его отличным строительным материалом для домов и жилых домов.

Деревянные заготовки, используемые в строительстве, строгаются и распиливаются на станках с определенными габаритными характеристиками. Габаритные пиломатериалы выпускаются в широко доступных сечениях, таких как 2 «x4», 2 «x6» и т. Д. Это обычно используется при строительстве стен и полов.Вы не поверите, но 2 дюйма на 4 дюйма на самом деле имеют ширину 1 ½ дюйма и высоту 3 ½ дюйма. Древесина больших размеров, называемая деревом или балками, обычно используется для создания каркасов больших конструкций, таких как мосты и многоэтажные здания. Инженерная древесина — это еще один тип древесины, используемый в строительстве, который состоит из различных видов древесины, склеенных вместе, чтобы сформировать композитный материал, подходящий для конкретных строительных применений. Примерами конструкционной древесины являются клееный брус (клееный брус), фанера и ДВП.

Из-за своего небольшого веса древесина не является самым подходящим строительным материалом для выдерживания больших нагрузок и не идеальна для длинных пролетов. Древесина редко используется для фундаментов и стен подвала, так как ее необходимо обрабатывать давлением из-за ее контакта с почвой / влагой, что может быть довольно дорогостоящим. В доме с деревянным каркасом фундамент и стены подвала обычно сооружаются из железобетона.

Кладка:

Строительство каменной кладки — это использование отдельных единиц для создания конструкций, которые обычно используют строительный раствор, чтобы связать единицы вместе.Самым распространенным материалом, который я использую при проектировании каменных конструкций, является бетонный блок, при необходимости с вертикальным армированием стали. Кладка прочна в сопротивлении нагрузкам / напряжениям сжатия, что делает ее идеальной для строительства несущих стен. Другие материалы для кладки включают кирпич, камень и стеклоблок. Кладка — очень прочный и огнестойкий материал, однако он может быть чувствительным к раствору и качеству изготовления.

В моем офисе возросло использование кирпичной кладки в качестве несущих стен при проектировании многоэтажных зданий.Структурная система обычно состоит из бетонных полов, опирающихся на комбинацию кирпичной кладки и железобетонных стен, в зависимости от количества этажей и величины нагрузки на стены. Кирпичные стены с окнами или проемами нуждаются в горизонтальных балках или перемычках, чтобы выдержать вес стены наверху через проем. Каменная кладка не так удобна для больших проемов в стенах, как бетонный или стальной каркас, но может быть экономичным выбором, если размеры каркаса и проема разумные, а длина сегментов стены не слишком короткая.

Несущие каменные стены можно складывать друг на друга для строительства многоэтажных зданий. Нагрузкой на кладку стены первого этажа является совокупность всего веса перекрытий над ней. Следовательно, стена нижнего этажа должна быть прочнее, чем стены верхнего этажа. Этого можно добиться путем армирования пустот в нижней кладке стен стальными стержнями и бетонным раствором. Чем больше стальных стержней, тем меньше расстояние между залитыми ядрами — это более прочная кладка стен. Если несущая кирпичная стена не простирается до фундамента из-за наличия необходимых отверстий, таких как проходы для парковки, требуются большие бетонные или стальные передаточные балки для поддержки стены над проемом.

Есть еще много того, что можно обсудить по теме строительных материалов, но, надеюсь, это даст вам хорошее понимание каждого из основных материалов и приложений, которые лучше всего подходят для каждого из них. Если у вас есть какие-либо вопросы по любому из этих материалов, не стесняйтесь оставлять их в разделе комментариев ниже.

Все еще хотите узнать больше об основах проектирования конструкций? Получите наше БЕСПЛАТНОЕ полное руководство по основам проектирования конструкций здесь.

Хотите больше? Присоединяйтесь к другим архитекторам, подрядчикам и инженерам в нашем всеобъемлющем онлайн-курсе уже сегодня!

Мостафа — профессиональный инженер, увлеченный проектированием конструкций. Он работает вместе с Ноа в Crosier Kilgour & Partners в качестве конструктора и менеджера проекта. Он получил степень бакалавра и магистра в области инженерии в Каире, Египет, и имеет докторскую степень в Университете Манитобы в Виннипеге, МБ, Канада, где он также преподает инженерное дело.Его исследования опубликованы во многих рецензируемых журналах и на международных конференциях. Мостафа имеет более чем 14-летний опыт работы в сфере инженерного консультирования и работал над крупными проектами с архитекторами, владельцами, подрядчиками, другими инженерами и профессионалами во многих странах, включая Канаду, Объединенные Арабские Эмираты, Египет и Саудовскую Аравию.

Последние сообщения Мостафы Эль-Моги (посмотреть все)

строительные материалы, строительные материалы, материалы, материалы, используемые в строительстве

Свойства инженерных материалов: общие, физические и механические

В этой статье мы обсудим: 1.Общие свойства технических материалов 2. Физические свойства технических материалов 3. Механические свойства.

Общие Свойства инженерных материалов:

Экономисты, которые в основном занимаются производством инженерных материалов, заинтересованы в поиске путей, с помощью которых инженерные материалы могут использоваться или применяться наиболее экономичным способом. Экономист должен обладать практическими знаниями свойств и процессов производства различных инженерных материалов.

Услуги такого экономиста могут оказаться чрезвычайно полезными при выборе инженерных материалов в конкретных условиях или при выборе линии производства инженерных материалов из доступного местного сырья.

Области применения конкретного конструкционного материала регулируются характеристиками и различными свойствами этого конструкционного материала.

Такие объекты недвижимости можно разделить на следующие категории:

(1) Химические свойства:

Химические свойства материала указывают на его склонность к соединению с другими веществами, его реакционную способность, растворимость и такие эффекты, как коррозия, химический состав, кислотность, щелочность и т. Д.Коррозия — одна из серьезных проблем, с которыми сталкиваются инженеры при выборе конструкционных материалов, вызванные химическими свойствами металла.

В металлах валентные электроны слабо связаны со своими атомами и могут быть легко удалены в ходе химических реакций. Таким образом, когда металлы подвергаются воздействию атмосферы и контактируют с газами, такими как кислород, хлор и т. Д., Происходят химические реакции. Когда железо вступает в реакцию с кислородом, образуется оксид железа красного цвета, которым покрывается металлическое железо.Это называется коррозией.

(2) Электрические свойства:

Эти свойства означают способность материала сопротивляться прохождению электрического тока, и они включают проводимость, электрическую прочность и удельное сопротивление.

(3) Магнитные свойства:

Изучение магнитных свойств материала, таких как проницаемость, гистерезис и коэрцитивная сила, требуется, когда он будет использоваться для генераторов, трансформаторов и т. Д.

(4) Механические свойства:

В эти свойства включены характеристики, определяющие поведение материала при приложении внешних сил. Некоторые из важных механических свойств: эластичность, твердость, пластичность, прочность и т. Д.

(5) Оптические свойства:

Когда материал будет использоваться для оптических работ, знание его оптических свойств, таких как цвет, светопропускание, показатель преломления, отражательная способность и т. Д.необходимо. Когда свет попадает на какой-либо материал, он взаимодействует с его атомами и вызывает различные типы эффектов. Свет может отражаться, преломляться, рассеиваться или поглощаться. Изучение света в материалах и то, как использовать это поведение для управления различными световыми эффектами, называется оптикой.

(6) Физические свойства:

Они необходимы для оценки состояния материала без воздействия на него какой-либо внешней силы и включают в себя объемную плотность, долговечность, пористость и т. Д.

(7) Тепловые свойства:

Знание тепловых свойств материала, таких как удельная теплоемкость, тепловое расширение и проводимость, помогает узнать реакцию материала на тепловые изменения. Таким образом, можно выбрать подходящие материалы, способные выдерживать колебания и высокие температуры.

(8) Технологические свойства:

Свойства металлов и сплавов, влияющие на их обработку или применение, называются технологическими свойствами.Литье, обрабатываемость, свариваемость и обрабатываемость являются одними из важных технологических свойств металлов и сплавов.

Из всех этих свойств физические и механические свойства особенно важны для инженера-строителя.

Физические свойства инженерных материалов:

Определены и объяснены следующие термины, связанные с физическими свойствами конструкционных материалов:

(1) Насыпная плотность

(2) Химическая стойкость

(3) Коэффициент размягчения

(4) Плотность

(5) Индекс плотности

(6) Прочность

(7) Огнестойкость

(8) Морозостойкость

(9) Гигроскопичность

(10) Пористость

(11) Огнеупорность

(12) Устойчивость к отслаиванию

(13) Удельная теплоемкость

(14) Тепловая мощность

(15) Теплопроводность

(16) Водопоглощение

(17) Водопроницаемость

(18) Атмосферостойкость.

(1) Насыпная плотность:

Термин объемная плотность используется для обозначения массы единицы объема материала в его естественном состоянии, то есть включая поры и пустоты. Его получают путем определения отношения массы образца к объему образца в его естественном состоянии.

Технические характеристики материала, такие как прочность, тепло, проводимость и т. Д., Во многом зависят от его насыпной плотности, и, следовательно, эксплуатационная эффективность материала будет зависеть от его насыпной плотности.

Для большинства материалов объемная плотность меньше их плотности, за исключением плотных материалов, жидкостей и материалов, полученных из расплавленных масс.

Таблица 1-1 показывает насыпную плотность некоторых важных строительных материалов.

(2) Химическая стойкость:

Способность материала противостоять воздействию кислот, щелочей, газов и солевых растворов известна как его химическая стойкость.

Это свойство тщательно исследуется при выборе материала для канализационных труб, гидротехнических сооружений, сантехники и т. Д.

(3) Коэффициент размягчения:

Отношение прочности на сжатие материала, насыщенного водой, к прочности на сжатие в сухом состоянии известно как коэффициент размягчения. На такие материалы, как стекло и металл, не влияет присутствие воды, и их коэффициент размягчения равен единице. С другой стороны, такие материалы, как глина, легко теряют свою прочность при замачивании в воде, и, следовательно, их коэффициент размягчения равен нулю.

Материалы с коэффициентом размягчения равным 0.8 или более называются водостойкими материалами. Рекомендуется избегать использования материалов с коэффициентом размягчения менее 0,8 в ситуациях, которые могут постоянно подвергаться воздействию влаги.

(4) Плотность:

Термин «плотность материала» определяется как масса единицы объема однородного материала. Его получают путем определения отношения массы материала к объему материала в однородном состоянии. На физические свойства материала большое влияние оказывает его плотность.

(5) Индекс плотности:

Отношение объемной плотности материала к его плотности известно как его индекс плотности и, таким образом, обозначает степень, до которой его объем заполнен твердым веществом.

Поскольку в природе практически нет плотных веществ, индекс плотности большинства строительных материалов меньше единицы.

(6) Прочность:

Свойство материала противостоять комбинированному воздействию атмосферных и других факторов известно как его долговечность.

Стоимость эксплуатации или обслуживания здания, естественно, будет зависеть от долговечности материалов, из которых оно построено.

(7) Огнестойкость:

Термин «огнестойкость» используется для обозначения способности материала противостоять действию высокой температуры без потери своей несущей способности, то есть без существенной потери прочности или деформации формы.

Это свойство материала имеет большое значение в случае пожара, и поскольку операция тушения пожара обычно сопровождается водой, это свойство материала проверяется совместным воздействием высокой температуры и воды.Материал должен быть достаточно огнестойким, чтобы обеспечить безопасность и стабильность в случае пожара.

(8) Морозостойкость:

Способность водонасыщенного материала противостоять многократному замерзанию и оттаиванию без значительного снижения механической прочности или видимых признаков разрушения известна как морозостойкость. Морозостойкость материала зависит от плотности материала и степени его водонасыщения.

В целом плотные материалы морозостойкие.Пористые материалы, поры которых закрыты или заполнены водой менее чем на 90% своего объема, морозостойки.

(9) Гигроскопичность:

Свойство материала поглощать водяной пар из воздуха известно как гигроскопичность и определяется природой вещества, количеством пор, температурой воздуха, относительной влажностью и т. Д. Водоудерживающие или гидрофильные вещества легко растворяются в воды.

(10) Пористость:

Термин пористость используется для обозначения степени, в которой объем материала заполнен порами.Он выражается как отношение объема пор к объему образца. Пористость материала указывает на его различные свойства, такие как прочность, объемная плотность, водопоглощение, теплопроводность, долговечность и т. Д., И, следовательно, он должен быть тщательно изучен и проанализирован.

(11) Огнеупорность:

Способность материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры без плавления или потери формы известна как его огнеупорность.

(12) Сопротивление отслаиванию:

Способность материала безотказно выдерживать определенное количество циклов резких колебаний температуры известна как его сопротивление растрескиванию и в основном зависит от коэффициентов линейного расширения его составляющих.

(13) Удельная теплоемкость:

Термин «удельная теплоемкость» определяется как количество тепла, выраженное в килокалориях, необходимое для нагрева 1 Н материала на 1 ° C. При учете аккумуляции тепла следует учитывать удельную теплоемкость материала.

Плавки стали, камня и дерева имеют следующие значения:

Сталь — 0,046 x 10 3 Дж / N ° C

Камень — от 0,075 до 0,09 x 10 3 Дж / N ° C

Дерево — 0.От 239 до 0,27 x 10 3 Дж / н ° C.

(14) Тепловая мощность:

Свойство материала поглощать тепло, известное как его теплоемкость, определяется по следующему уравнению —

T = H / M (T 2 — T 1 )

Где, T = Тепловая мощность в Дж / N ° C

H = количество тепла, необходимое для повышения температуры материала с T 1 до T 2 в Дж M = Масса материала в N

T 1 = Температура материала перед нагревом в ° C

T 2 = Температура материала после нагрева в ° C.

(15) Теплопроводность:

Теплопроводность материала — это количество тепла в килокалориях, которое пройдет через единицу площади материала с единицей толщины за единицу времени, когда разница температур на его поверхностях также равна единице. Единица теплопроводности — Дж на м · ч ° C, обычно обозначается буквой K. Теплопроводность материала зависит от его плотности, пористости, содержания влаги и температуры.

Термин термическое сопротивление материала используется для обозначения обратной величины его теплопроводности.Термическое сопротивление материала равно удельному тепловому сопротивлению, умноженному на его толщину.

(16) Водопоглощение:

Способность материала поглощать и удерживать воду известна как его водопоглощение. Сухой материал полностью погружают в воду, а затем определяют водопоглощение в процентах от веса или в процентах от объема сухого материала. В основном это зависит от объема, размера и формы пор, имеющихся в материале.

(17) Водопроницаемость:

Способность материала пропускать воду под давлением известна как его водопроницаемость и описывается как количество воды, которое пройдет через материал за один час при постоянном давлении, площадь поперечного сечения материала. образец размером 1 см.Плотные материалы, такие как стекло, сталь и т. Д., Водонепроницаемы или водонепроницаемы.

(18) Устойчивость к атмосферным воздействиям:

Термин «стойкость к атмосферным воздействиям» используется для выражения способности материала противостоять чередованию влажных и сухих условий без серьезного воздействия на его форму и механическую прочность. Таким образом, это указывает на поведение материалов в условиях изменяющейся влажности.

Механические свойства инженерных материалов:

Механические свойства материалов, такие как их жесткость, пластичность и прочность, имеют жизненно важное значение для определения их производства и возможных практических применений.

Строительные материалы демонстрируют широкий диапазон механических свойств, от твердости алмаза до пластичности чистой меди и удивительной эластичности резины. Точно так же многие материалы ведут себя совершенно по-разному, когда подвергаются разным нагрузкам. Например, чугун, цемент и кирпич намного прочнее при сжатии, тогда как дерево и сталь сильнее при растяжении.

Определены и объяснены следующие термины, связанные с общими механическими свойствами строительных материалов:

(1) Истирание

(2) Ползучесть

(3) Эластичность

(4) Усталость

(5) Твердость

(6) Ударная вязкость

(7) Пластичность и хрупкость

(8) Прочность

(9) Износ.

(5) Твердость

(1) Истирание:

Устойчивость материала к истиранию определяют путем деления разницы в весе образцов до и после истирания на площадь истирания.

(2) Ползучесть:

Во многих сферах применения строительные материалы должны выдерживать постоянные нагрузки в течение длительных периодов времени. В таких условиях материал может продолжать деформироваться до тех пор, пока его полезность серьезно не снизится.Такие зависящие от времени деформации конструкции могут стать большими и даже привести к окончательному разрушению без увеличения нагрузки. Если деформация продолжается даже при постоянной нагрузке, такая дополнительная деформация известна как ползучесть.

Большинство строительных материалов в определенной степени ползучесть при любых температурах. Однако технические металлы, такие как сталь, алюминий и медь, очень мало ползучести при комнатной температуре. Высокие температуры приводят к быстрой ползучести, которая часто сопровождается микроструктурными изменениями.Явление ползучести важно для полимеров при комнатной температуре, в сплавах алюминия при 100 ° C и в сталях при температуре выше 300 ° C.

(3) Эластичность:

Когда к материалу прилагается нагрузка, его форма и размер меняются. Термин «эластичность» используется для обозначения способности материала восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки.

Следует отметить разницу между следующими двумя терминами:

(i) Упругая деформация:

Деформация называется упругой, когда твердое тело деформируется при нагрузке, но возвращается в исходное положение при разгрузке.Изменение давления или приложение нагрузки приводит к упругой деформации. Термин идеальная деформация используется для обозначения деформации, которая происходит мгновенно при приложении силы и полностью исчезает при снятии силы.

Такие деформации подчиняются закону Гука, а упругая деформация металла прямо пропорциональна приложенной силе. Идеальная деформация происходит при сравнительно меньших усилиях деформации, что позволяет удерживать рабочие напряжения в пределах упругости.

(ii) Пластическая деформация:

Деформация называется пластической, если твердое тело полностью или частично сохраняет изменение формы после снятия нагрузки. Пластическая деформация наблюдается, когда напряжение превышает предел упругости, а ее скорость контролируется скоростью деформации, приложенным напряжением и температурой. Это может происходить под действием растягивающих, сжимающих и скручивающих напряжений. Это преднамеренно выполняется в таких процессах, как прокатка, ковка и т. Д., Чтобы производить полезные продукты.

(4) Усталость:

Когда материалы подвергаются повторяющимся или колеблющимся напряжениям, они разрушаются при напряжении, намного меньшем, чем то, которое требуется для разрушения при постоянных нагрузках.

Такое поведение называется утомляемостью и отличается тремя следующими признаками:

(i) Повышенная неопределенность в отношении прочности и срока службы;

(ii) потеря пластичности; и

(iii) Утрата прочности.

Причины усталостных отказов:

(i) Корродирующие среды, приводящие к снижению усталостной прочности;

(ii) точки концентрации напряжений;

(iii) дефекты поверхности, такие как следы механической обработки и неровности поверхности; и

(iv) Температура, усталостная прочность высокая при низких температурах и постепенно снижается с повышением температуры.

(5) Твердость:

Способность материала сопротивляться проникновению более твердого тела известна как его твердость.Это главный фактор при принятии решения об удобоукладываемости и использовании материала для полов и дорожных покрытий. Твердость не является фундаментальным свойством. Но это совокупный эффект сжимающих, упругих и пластических свойств в зависимости от способа проникновения, формы пенетратора и т. Д.

Твердость находится в довольно постоянной зависимости от прочности на разрыв данного материала. Поэтому его можно использовать в качестве практического неразрушающего контроля, чтобы получить приблизительное представление о прочности материала на разрыв и состоянии металла вблизи поверхности.

Твердость каменных материалов может быть определена с помощью шкалы твердости Мооса. Это список из десяти материалов, расположенных в порядке увеличения твердости. Твердость материала находится между твердостью двух материалов, то есть одного, который царапает, и другого, который царапается испытуемым материалом.

Таблица 1-2 показывает шкалу твердости Мооса.

(6) Ударная вязкость:

Ударная вязкость материала — это количество работы, необходимое для его разрушения на единицу его объема.Таким образом, это указывает на ударную вязкость материала, и материалы испытываются в машине для испытаний на удар, чтобы определить их ударную вязкость.

Ударная вязкость — это комплексная характеристика, учитывающая как ударную вязкость, так и прочность материала.

Зависит от следующих факторов:

(i) Если размеры образца увеличиваются, также увеличивается ударная вязкость.

(ii) Если резкость надреза увеличивается, ударная вязкость, необходимая для разрушения, уменьшается.

(iii) Угол надреза также улучшает ударную вязкость после определенных значений.

(iv) На ударную вязкость также в определенной степени влияет скорость удара.

(v) Температура испытуемого образца указывает на тип возможного разрушения, т.е. переход от пластичного, хрупкого или пластичного к хрупкому.

(7) Пластичность и хрупкость:

Термин пластичность материала определяется как его способность изменять свою форму под нагрузкой без растрескивания и сохранять свою форму после снятия нагрузки.

Материалы можно условно разделить на две группы: пластические материалы и хрупкие материалы. Сталь, медь, горячий битум и т. Д. Являются пластичными материалами. Хрупкие материалы внезапно разрушаются под давлением без заметной деформации, предшествующей разрушению. Каменные материалы, керамические материалы, стекло, чугун, бетон и некоторые другие материалы являются хрупкими и обладают плохой устойчивостью к изгибу, ударам и растяжению.

(8) Прочность:

Способность материала противостоять разрушению под действием напряжений, вызванных нагрузкой, известна как его прочность.Нагрузки, которым обычно подвергается материал, — это сжатие, растяжение и изгиб. Соответствующая прочность получается делением предельной нагрузки на площадь поперечного сечения образца.

Напряжения в строительных материалах не должны превышать определенный процент от их предела прочности. Таким образом, обеспечивается запас прочности, а термин «коэффициент безопасности» используется для обозначения отношения предельного напряжения к безопасному напряжению.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *