Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


Классификации, свойства и оценка качества строительных материалов. Взаимосвязь их свойств и областей применения




Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

 

Классификации:

1. Архитектурно-строительные классификации готовых к применению материалов и изделий по назначению.

1.1. Конструкционные материалы и изделия:

1.1.1.Материалы и изделия для несущих конструкций (камень, сталь, древесина);

1.1.2. Материалы и изделия для ограждающих конструкций

1.1.3.Тепло и звукоизоляционные конструкционные материалы (легкие, пористые);

1.1.4. Кровельные материалы (шифер, черепица, оцинкованное железо, мягкая черепица);

1.1.5.Гидро - и пароизоляционные материалы (разного вида обмазки);

1.1.6. Герметизирующие материалы и изделия;

1.1.7.Материалы и изделия для светопрозрачных ограждений (окон и дверей);

1.1.8.Материалы и изделия для инженерно технического оборудования зданий (система отопления, система кондиционирования, система света и т.п.);

1.1.9.Материалы и изделия специального назначения (жаростойкость и огнеупорность)

1.2. Конструкционно-отделочные материалы:

1.2.1.Материалы и изделия для лицевых слоёв ограждающих конструкций типа «сэндвич» (облицовка);

1.2.2.Материалы и изделия для ограждений, балконов и лоджий

1.2.3.Материалы и изделия для покрытия полов и лестниц (прочность, огнеупорность, эстетичность);



1.2.4.Материалы и изделия для сборно-разборных, мобильных и стационарных перегородок;

1.2.5.Материалы и изделия для подвесных потолков (лёгкость конструкции, стальные подвесы);

1.2.6.Материалы и изделия для стационарного оборудования и мебели (стекло, дерево, металл, пластик);

1.2.7.Материал для дорожных покрытий;

1.3. Отделочные материалы:

1.3.1.Для наружной отделки зданий и сооружений (краски для фасадных работ, полимерцементные покрытия, листовые материалы);

1.3.2.Внутренняя отделка (керамика, керамогранит, обои);

1.3.3.Защитные покрытия (антикоррозийные, морилки);

2. Классификация по происхождению. Материалы делятся на минеральные и органические. Кроме того, они делятся на естественные и искусственные.

3. Классификация искусственных материалов на основе формирования структуры, свойств и методов исследования (классификация по технологии) на:

3.1. Безобжиговые - затвердевание которых происходит при сравнительно невысоких температурах под влиянием химических и физико-химических превращений вяжущего вещества;

. Современные дозирующие устройства производят взвешивание по массе каждого твердого компонента бетонной смеси и взвешивание по объему жидкости. Все дозирующие устройства могут работать в автоматическом режиме, с высокой точностью взвешивания компонентов.

3.2 Обжиговые (затвердевание которых происходит при остывании жидких расплавов, выполняющих функцию вяжущего вещества);

Структурных классификаций по материалам множество, например классификация по макро и микро структурам, классификация на гомогенные и гетерогенные, классификация архитектурно-строительных требований, классификация по свойствам строительных материалов и изделий и другие.

Свойства бывают простые и сложные. Простое свойство – свойство, которое нельзя подразделить на другие (длина, масса и т.д.). Сложное свойство – свойство материала или изделия, которое может быть разделено на 2 и большее количество менее сложных и простых свойств (функциональность).

Интегральные качества – наиболее сложные свойства материала или изделия, определяемые совокупностью его качества и экономичности.

Комплексные свойства. К ним относятся долговечность, надёжность, совместимость, сопротивление коррозии и т.д.

4. С экологической позиции, строительные материалы, конструкции и изделия из этих материалов должны отвечать следующим требованиям:

4.1. Монотеплопроводимость (обеспечение достаточного термического сопротивления);

4.2. Иметь хорошую воздухопроницаемость и пористость;

4.3. Быть не гигроскопичными и малозвукопроводимыми;

4.4. Обеспечение прочности, огнестойкости, долговечности зданий и сооружений;

4.5. Не выделять летучие и пахучие вещества, способные прямо или косвенно влиять на здоровье человека;

4.6. Быть легко дезинфицируемыми;

4.7. Иметь окраску и фактуру соответствующую физиологическим и эстетическим требованиям человека;

5. Свойства строительных материалов и изделий по их природе классифицируются на 6 основных групп: физические, химические, физико-химические, механические, технологические и эксплуатационные и 2 добавочные группы: биологические и эстетические.

5.1. Физические свойствахарактеризуют физическое состояние материала и подразделяются на несколько подгрупп, гравитационные, тепловые, гидравлические, акустические, электрические, проявляющиеся при взаимодействии с рентгеновским, ядерным, ультрафиолетовым и другими излучениями.

Первая группа, характеризующая особенности физического состояния материала. К этой группе относятся:

5.1.1 Плотность - это масса материала в единице объема, кг/м3, г/см3, т/м3. Существуют несколько видов плотностей.

Истинная плотность масса материала в единице объема без пор и пустот.

Средняя плотность масса материала в естественном состоянии с порами и пустотами.

Насыпная плотность– это плотность сыпучих материалов в насыпном состоянии.

Относительная плотность - выражает отношение плотности материала к плотности стандартного вещества при определенных физических условиях. В качестве стандартного вещества удобно принять воду при 3,98оС, именно при этой температуре плотность воды равна 1 г/см3.

5.1.2 Пустотность (пористость) – это степень заполнения материала порами или пустотами.

П = (1 – ρо / ρ)•100 (1)

где ρо – средняя плотность материала, г/см3;

ρ – истинная плотность материала, г/см3;

Вторая группа, характеризующая способность материала проявлять свои свойства при взаимодействии с водной средой.

5.1.3 Водопоглощение – это способность материала впитывать и удерживать воду. Водопоглощение определяют по разности масс образца насыщенного водой и в абсолютно сухом состоянии.

Различают водопоглощение по массе, т.е. отношение массы поглощенной воды к массе сухого образца:

 

Wm = ((mв – mc) / mc)•100 (2)

 

где mв – масса образца в увлажненном состоянии, гр.

mc – масса образца в сухом состоянии, гр.

и водопоглощение по объему Wo:

 

Wo = ((mв – mc) / V)•100 (3)

 

где V – объем образца, см3

 

Wo = Wm • d (4)

 

Впитывание воды в поры происходит под влиянием капиллярных сил и сил смачивания. Для полного насыщения водой образец медленно опускают в воду или кипятят.

5.1.4 Водонасыщение – это увлажнение материала под давлением. Характеризуется коэффициентом насыщения:

 

Кн = Wo / П (5)

 

где Wo – водопоглощение по объему;

П – пористость;

Коэффициент насыщения характеризует степень заполнения пор в материале водой. По коэффициенту насыщения косвенно можно определить морозостойкость материала, если Кн < 0,8, то материал считается морозостойким.

5.1.5 Водопроницаемость– это способность материала пропускать воду под давлением. Характеризуется коэффициентом фильтрации

 

Кф = Vв•а / [S•(p1 – p2)•t] (6)

 

где Vв – количество воды, м3, проходящей через стенку площадью S =

1 м2, толщиной а = 1 м за время t = 1ч, при разности гидростатического давления на границах стенки p1 – p2 = 1 м водяного столба.

5.1.6 Водостойкость – это способность материала сохранять свои свойства при увлажнении. Водостойкость оценивают коэффициентом размягчения равного отношению предела прочности при сжатии насыщенного водой образца к пределу прочности при сжатии сухого образца:

 

Кразм = Rсж.нас. / Rсж.сух. (7)

 

где Rсж.нас – предел прочности при сжатии насыщенного водой образца, МПа

Rсж.сух – предел прочности при сжатии сухого образца, МПа

Если коэффициент размягчения меньше 0,8 материал не водостоек.

5.1.7 Водонепроницаемость – это способность материала препятствовать фильтрации воды под давлением. Степень водонепроницаемости повышается при уменьшении количества крупных пор и особенно сквозных.

5.1.8 Морозостойкость – это способность материала выдерживать требуемое количество циклов попеременного замораживания и оттаивания. При этом снижение прочности материала должно быть не более 15% и потеря по массе не более чем 5%.

Морозостойкость материала тем выше, чем меньше крупных открытых пор и чем больше прочность на растяжение.

Существуют следующие марки по морозостойкости F 10,15,25,50,100,150,200…500.

5.1.9 Влажностные деформации – пористые неорганические и органические материалы при изменении влажности изменяют свой объем и размеры.

Усадка (усушка) это уменьшение объема и размеров материала при его высыхании. Она выражается уменьшением толщины слоев воды, окружающих частицы материала, и действием внутренних капиллярных сил.

Третья группа, характеризующая способность материала проявлять свои свойства при взаимодействии с тепловой средой.

5.1.10 Теплопроводность – способность материала передавать тепло через толщу от более нагретой поверхности к менее нагретой.

Закон передачи тепла теплопроводностью впервые был сформулирован Фурье. Согласно этому Закону количество тепла Q (Дж) проходящее через стену прямопропорционально теплопроводности материала, градиенту температур (t1 – t2), площади стены (S) и времени Z, в течении которого проходит тепловой поток, обратно пропорционально толщине стены:

 

Q = λ (S•(t1 – t2)•Z) / a, (Дж) (8)

 

λ = (Q•а) / (S•(t1 – t2)• Z), Вт/ (м•оС) (9)

 

5.1.11 Теплоемкость– свойство материала поглощать тепло. Теплоемкость характеризуется коэффициентом удельной теплоемкости, т.е. количеством теплоты, поглощаемой 1 килограммом материала при его нагревании на 1 градус. Измеряется коэффициент удельной теплоемкости в Дж/кг•оС(К). Чем больше удельная теплоемкость материала, тем выше при всех прочих равных условиях теплоустойчивость здания. Для каменных материалов коэффициент удельной теплоемкости находится в пределах 0,75 – 0,92 кДж/кг•оС, для древесины (сосны) 2,3 – 2,7 кДж/кг•оС, для тяжелого бетона 0,8 – 0,9 кДж/кг•оС, для стали 0,48 кДж/кг•оС, воды 4,19 кДж/кг•оС.

5.1.12 Термическая стойкость– это способность материала не растрескиваться при резких и многократных изменениях температуры. Термическая стойкость тем выше, чем меньше коэффициент теплового расширения и чем однороднее материал.

5.1.13 Огнестойкость– это способность материала противостоять кратковременному действию высоких температур в условиях пожара (до 1000оС) при сохранении конструкцией несущей способности и устойчивости (бетон, железобетон, керамика, жароупорные стали).

5.1.14 Огнеупорность– способность материала противостоять, не расплавляясь действию высоких температур (свыше 1580оС) длительное время.

5.2. Химические свойства материалов характеризуют их способность сопротивляться действию химически агрессивной среды.

Кислотостойкость, щелочестойкость, растворимость, карбонизация, гидратация и др.

5.2.1 Кислотостойкость –способность материала сопротивляться воздействию кислот.

5.2.2 Щелочестойкость – способность материала сопротивляться воздействию щелочи.

5.2.3 Растворимость – способность материала растворяться в воде или растворах солей, кислот и щелочей. Растворимость характеризуется скоростью потери в массе образца к площади растворения:

Р = ((m1 – m2) / F)•100 (10)

где m1 – первоначальная масса образца, гр;

m2 – масса образца после процесса растворения, гр;

F – площадь растворения, см2;

5.2.4 Токсичность – это способность материала при химическом взаимодействии выделять токсичные вещества опасные для здоровья человека и животных.

5.2.5 Гидратация – это свойство материала присоединять воду в процессе химического взаимодействия. Дегидратация это обратный процесс.

5.2.6 Карбонизация – это способность материала присоединять углекислый газ в процессе химического взаимодействия. Процесс обратный карбонизации называется декарбонизация.

5.2.7 Атмосферостойкость – это свойство материала длительное время противостоять воздействию атмосферных факторов, воды, кислорода воздуха, сернистых и других газов, переменному увлажнению и высыханию, нагреванию и охлаждению.

5.2.8 Коррозионная стойкость – это способность материала противостоять процессу химического или электрохимического разрушения. Например, для защиты от коррозии металлов применяют анодное или катодное покрытия, плакирование и т.д.

5.2.9 Экзотермия – это свойство материала вступать в химическую реакцию с выделением тепла. Характерно для процесса гашения извести:

СаО + Н2О = Са•(ОН)2 + ↑ (11)

5.2.10 Эндотермия это свойство материала вступать в химическую реакцию с поглощением тепла.

5.2.11 Горючесть – это способность материала воспламеняться и подвергаться процессу горения.

5.2.12 Гнилостойкость – это способность материала противостоять процессу гниения. Так, например, для древесины процесс гниения связан с образованием спор и грибов.

5.3. Физико-химические свойства материалов - сорбция, адсорбция, хемосорбция, адгезия, когезия и др.

5.3.1 Адгезия – это свойство одного материала прилипать к поверхности другого материала. Она характеризуется прочностью сцепления при отрыве одного материала от другого.

5.3.2 Кристаллизация – способность строительного материала принимать кристаллическую структуру.

5.3.3 Гигроскопичность – это свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из воздуха.

5.3.4 Сорбция – это процесс поглощения одного вещества (сорбтива) другим веществом (сорбентом), независимо от механизма поглощения.

В зависимости от механизма сорбции различают адсорбцию, абсорбцию и хемосорбцию.

- адсорбция, это изменение концентрации вещества на границе раздела фаз. Этот процесс проходит на любых межфазовых поверхностях, и адсорбироваться могут любые вещества. Адсорбция уменьшается с повышением температуры.

- абсорбция, это процесс поглощения одного вещества другим во всем объеме сорбента. Например, растворение газов в жидкостях.

- хемосорбция, это процесс поглощения одного вещества другим сопровождающийся химическими реакциями. Типичный пример хемосорбции поглощение металлом кислорода или влаги с образованием оксидов и гидрооксидов.

5.4. Механические свойства. Это способность материалов сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних сил, прочность при сжатии, растяжении, ударе, изгибе и т.д. Твёрдость, упругость, хрупкость, пластичность, истираемость, деформативность и др.

5.4.1 Прочность – способность материалов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям, возникающим под влиянием механических, тепловых и других воздействий.

Существует предельное состояние материала по прочности, которое называется предел прочности. В зависимости от прилагаемой нагрузки и условий приложения существует предел прочности на сжатие, на растяжение, на изгиб, на кручение, на скалывание. Предел прочности соответствует максимальному напряжению в момент разрушения материала. Прочность обусловлена силами сцепления, т.е. это результат взаимодействия частиц материала на атомно-молекулярном уровне. Эти силы зависят от физической природы материала и его физико-химической организации структуры, т.е. от химико-минералогического состава.

Например:

1. Сталь прочнее мрамора или гранита, что является следствием различия в химическом составе.

2. Алмаз прочнее графита или угля, что является следствием только разной компоновки кристаллической решетки.

Значительно снижают прочность, поры и микродефекты, которые являются концентраторами напряжения.

Существует две группы методов определения прочности материалов.

Первая группа – разрушающие методы определения прочности материалов. Методика определения прочности материалов по первой группе предусматривает изготовление образцов правильной геометрической формы из материала, в частности кубиков, призм, цилиндров стандартных размеров, и доведения их до разрушения на силовых установках (прессах). В результате определяется разрушающее усилие, с помощью которого определяется прочность материала. Формула определения прочности на сжатие следующая:

Rсж = Fраз / Sобр (12)

 

где Fраз - разрушающее усилие, в кг (Н);

Sобр – площадь образца, см2(мм2);

Предел прочности на сжатие определяется на кубах размером 15х15х15 см, 10х10х10см, 20х20х20 см; призмах 10х10х40 см, 15х15х60 см; цилиндрах.

Предел прочности на изгиб определяется на балочках размером 4х4х16см, 2х2х30см и т.д., призмах.

Rи = (3P•l) / 2b•h2 (13)

 

где Р – разрушающее усилие, кН(кг),

l – расстояние между опорами, см,

b, h – сечение образца балочки, см,

Предел прочности на разрыв определяется на призмах, цилиндрах.

Предел прочности на кручение определяется на призмах и цилиндрах.

5.4.2 Твердость – это способность материала сопротивляться проникновению в него другого материала. Твердость определяется твердомером (по Роквеллу, Бринелю).

В поверхность тела вдавливается специальный образец пирамида (шарики или призмы в основном из металла (стали)). Затем по величине отпечатков судят о твердости. Твердость хрупких материалов определяют по условной десятибалльной шкале. В качестве эталона принята твердость следующих десяти минералов:

1. Тальк; 2. Гипс, 3. Кальцит, 4. Флюрит, 5. Акатит, 6. Ортоклаз, 7. Кварц, 8. Топаз, 9. Корунд, 10. Алмаз.

Твердость имеет большее значение для технологии материалов, которые применяются в конструкциях с сильно сосредоточенными нагрузками.

5.4.3 Истираемость – это постепенное разрушение поверхностного

слоя материала за счет сил трения материала о поверхность движущегося тела.

Физическая сущность истирания состоит в отрыве более прочных частиц из общей массы материала. Как и прочность, истирание зависит от величины кристаллов между собой.

Истираемость определяют по величине потерь массы образца, отнесенной к единице площади соприкосновения образца с кругом истирания, после 1000 оборотов круга:

 

И = (m – m1) / F, г/см2 (14)

 

Истираемость имеет большое значение для полов, лестниц, бункеров и т.п.

5.4.4 Упругость – свойство материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после снятия напряжения.

Значение «упругости» для строительных материалов заключается в том, что в прочностных расчетах учитывают не саму прочность, т.е. не то напряжение, при котором материал разрушается, а предел упругости, т.е. то напряжение, при котором начинается сильно проявляться необратимые пластические деформации.

5.4.5 Пластичность – способность материала необратимо изменять форму и размеры под нагрузкой без появления трещин. Физическая природа пластичности связана с дислокациями. К пластичным материалам относятся битумы, дерево, мягкие классы сталей, мастики и др.

5.4.6 Деформационные свойства строительных материалов:

5.4.6.1 Ползучесть - это рост деформаций материала при неизменной нагрузке. Ползучесть имеет двоякое назначение и проявляется по-разному. Ползучесть полезна, в тех случаях, когда необходимо перераспределить напряжения так, чтобы более прочная составляющая воспринимала большую нагрузку.

5.4.6.2 Релаксация – уменьшение напряжений при неизменной нагрузке.

Время релаксации – это время, за которое напряжения изменяются в «l» раз по сравнению с первоначальным.

 

σt = σo • e – t / λ, где λ= η / Е (15)

 

где λ – постоянная релаксации (безразмерная величина);

t - время релаксации, с

σo – начальное напряжение, МПа;

σt - напряжение через время t, МПа;

η – вязкость, МПа;

Е – модуль упругости, МПа.

5.4.6.3 Вязкость - свойство материалов, в т.ч. и твердых оказывать сопротивление перемещению одной его части относительно другой.

Существует понятие динамической вязкости, или коэффициент внутреннего трения, который характеризуется силой F возникающей на 1 м2 сдвигающихся слоев материала, при градиенте скорости сдвига εv равном единице:

η = F / εv, Па•с (16)

 

Кинематическая вязкость – это динамическая вязкость, отнесенная к истинной плотности материала:

 

υ = η / ρ (17)

где η – динамическая вязкость, (кг/м2)•с;

ρ – плотность материала, кг / м3

Вязкость определяется по скорости истечения жидкости, по глубине погружения конуса или шарика, по усилию необходимому для вращения цилиндра и т.д.

5.5. Технологические свойства материалов – дробимость, свариваемость, гвоздимость, формуемость, шлифуемость, полируемость и др.

5.5.1 Свариваемость – свойство строительных материалов образовывать сплошной однородный шов при сварке. К свариваемым материалам относятся сталь, полиэтилен, линолеум и т.д.

5.5.2 Ковкость - способность материала проявлять упругопластические свойства и принимать заданные геометрические размеры при ударных нагрузках.

5.5.3 Гвоздимость – это свойство материала, характеризующее примерно равное сопротивление вдавливанию в материал и выдергиванию из него посторонних предметов. Гвоздимость характерна для дерева, гипсовых перегородок, арболита, ксилолита и т.д.

5.5.4 Водопотребность – это количество воды потребляемое материалом. Характерно для растворных и бетонных смесей.

5.5.5 Спекаемость – это способность строительного материала при воздействии высоких температур превращаться в камневидный материал однородной структуры.

5.5.6 Плавление – способность строительного материала при воздействии высокой температуры проявлять жидкотекучее состояние.

5.5.7 Дробимость – способность материала распадаться на куски при приложении ударных нагрузок.

5.5.8 Формуемость – способность материала заполнять форму и растекаться, сохраняя при этом монолитность и однородность.

5.5.9 Расслаиваемость – это свойство материала перераспределять твердые частицы по объему всего строительного материала. Расслоение может возникать в процессе уплотнения и транспортировки, в основном бетонных и растворных смесей.

5.5.10 Шлишуемость – способность строительного материала подвергаться шлифованию.

5.5.11 Полируемость – способность материала подвергаться процессу полирования.

5.6. Эксплуатационные свойства материалов – долговечность, надежность, ремонтопригодность, безотказность и др.

5.6.1 Долговечность – свойство материала сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами на ремонт. Долговечность строительных материалов измеряют обычно сроком службы без потери эксплуатационных качеств в конкретных климатических условиях и в режиме эксплуатации.

5.6.2 Надежность – представляет собой общее свойство, характеризующее проявление всех остальных свойств материала в процессе эксплуатации. Надежность складывается из долговечности, безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости.

5.6.3 Безотказность – это свойство материала сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации в течение некоторого времени без вынужденных перерывов на ремонт.

5.6.4 Ремонтопригодность – свойство изделия, характеризующее его приспособленность к восстановлению исправности и сохранению заданной технической характеристики в результате предупреждения, выявления, и устранения отказов.

5.6.5 Сохраняемость – свойство изделия сохранять обусловленные эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного технической документацией.

5.7. Биологические свойства характеризуют стойкость материалов и изделий к органике.

5.8. Эстетические свойства материалов (архитектурно-художественные) объединяют 2 группы свойств. Первая характеризует эстетичность материалов и изделий, а вторая характеризует эстетичность сочетаний с другими материалами и изделиями и с окружающей средой.

 

Контрольные вопросы:

 

1. Какова взаимосвязь строительных материалов, конструкции и архитектурной формы?

2. Как классифицируются архитектурно-строительные материалы по структуре?

3. Как классифицируются архитектурно-строительные материалы по происхождению?

4. Как классифицируются архитектурно-строительные материалы по назначению?

5. Каким требованиям должны отвечать строительные материалы, конструкции и изделия с экологической точки зрения?

6. Что означает интегральные и комплексные свойства архитектурно-строительных материалов?

7. Что называется физическими свойствами архитектурно-строительных материалов?

8. Какие свойства входят в группу физических свойств?

9. Что называется химическими свойствами архитектурно-строительных материалов?

10. Какие свойства входят в группу химических свойств?

11. Что называется физико-химическими свойствами архитектурно-строительных материалов?

12. Какие свойства входят в группу физико-химических свойств?

13. Что называется механическими свойствами архитектурно-строительных материалов?

14. Какие свойства входят в группу механических свойств?

15. Что называется механическими свойствами архитектурно-строительных материалов?

16. Что называется технологическими и эксплуатационными свойствами архитектурно-строительных материалов?

 




Читайте также:
Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ...
Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (883)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.053 сек.)
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7