Древесные строительные материалы

Керамические материалы и изделия

Общие сведения

19.

20.Свойства. Металлические материалы.

Эксплуатационно-технические свойства металлических материалов определяются их оригинальным строением. Под-черкнем, прежде всего, его простоту. В твердом состоянии атомы всех металлов и сплавов располагаются в строгом по-рядке, образуя в пространстве правильную кристаллическую решетку (рис. 72). Технические металлы и сплавы представляют собой поликристаллические тела, т.е. тела, состоящие из большого количества различно ориентированных крис-таллических зерен; поперечные размеры этих зерен 0,001— 0,1 мм. Для разрушения структуры металлического материала требуются значительные усилия. В результате прочностные характеристики металлических материалов, как правило, превышают аналогичные характеристики других материалов, например прочность стали в 10 раз и более выше, чем у искусственного камня — бетона, — структура которого отли-чается гораздо большей сложностью.
Средняя плотность металлических материалов сравни-тельно высока (например, стальных — около 7 860 кг/м3, что заметно превышает соответствующий показатель большинства других материалов).
Пористость, гигроскопичность, водопоглощение у ме-таллических материалов отсутствуют.
Характерные значения предела прочности стальных ма-териалов при сжатии, изгибе, растяжении 300—400 МПа, но могут достигать 1000 МПа и более. Материалы из алюминиевых сплавов при меньшей средней плотности (около 2 800 кг/м3) могут не уступать характерным прочностным показателям стальных (предел прочности до 670 МПа).
Высокая прочность металлических материалов часто по-зволяет им отличаться меньшими габаритами и массой по сравнению с другими аналогичного назначения.
Наряду с высокой прочностью к положительным свойствам металлических материалов (кроме чугуна) относится пластичность — способность выдерживать большие остаточные деформации без разрушения и при сохранении прочности. По этой причине металлические материалы незаменимы для многих современных конструкций. При этом учитывают. что напряжения в структуре рассматриваемых материалов распределяются неравномерно и концентрируются в местах переходов сечений, возможных дефектов металла и т.д. Вместе с тем металлические профили или листы всегда имеют на поверхности макро- или микродефекты (неровности, шероховатости), которые являются концентраторами напря-жений. Последние приводят к снижению конструктивной прочности металла. В металле, не способном к пластической деформации, состояние неравномерного напряжения сохра-няется, а в местах концентрации напряжений может возникнуть трешина, которая еще более усилит неравномерность распределения напряжений и ускорит разрушение. Поэтому для надежной и безопасной эксплуатации нагруженных конструкций необходимо, чтобы металл, наряду с высокой прочностью, всегда имел известный запас пластичности.
К основным видам испытаний металлических материалов при статических нагрузках относятся определения прочности при растяжении, твердости, вязкости разрушения (см. ниже).
При испытании на растяжение используют стандартные образцы с длиной, равной десяти диаметрам и площади по-перечного сечения, умноженной на 11,3 (образцы круглого, квадратного или прямоугольного сечения). Соответствующие разрывные машины позволяют автоматически записывать диаграмму растяжения. Предел упругости определяют напряжением, при котором остаточная деформация удлинения не превышает 0,05 %. Предел текучести (достигающий у стали 1000 МПа и более, у алюминиевых сплавов 600 МПа и более) характеризуется напряжением, при котором остаточная деформация не превышает 0,2 %.
Твердость определяют по величине пластической дефор-мации (отпечатка) при вдавливании под определенной нагрузкой стального шарика, алмазного конуса или пирамиды. В зависимости от вида упомянутых наконечников (инденто- ров) и критерия оценки различают твердость по Бринелю (для металлов с твердостью не более 4 500 МПа), Роквеллу и Виккерсу. Основная нагрузка при использовании стального шарика 900 Н (шкала В), алмазного конуса 500 Н (шкала А) и 1400 Н (шкала С).
Вязкость разрушения металла характеризует его трещи- ностойкость, которая уменьшается при коррозии и понижении температуры. Испытывают образцы — балочки с нарезом на изгиб, оценивая способность материала сопротивляться распространению трещины или аналогичного дефекта, имеющегося в металле.
Стойкость металлических материалов при динамических нагрузках определяют, испытывая их на ударный изгиб (образцы определенных размеров с нарезом — концентратором напряжения посередине) и на способность сопротивляться циклическом}- нагружению. Максимальное напрялсение, ко-торое может выдержать металл без разрушения за заданное количество циклов, называют пределом выносливости. Этот показатель заметно снижается при наличии концентраторов напряжения.
Наиболее универсальны с эксплуатационно-технической точки зрения материалы из стали, однако материалы из алю-миниевых сплавов имеют ряд преимуществ: значительно более высокая коррозионная стойкость в кислой среде — в этом случае коррозионный процесс развивается в 500 раз медленнее; более высокая технологичность; антнмапштность, отсутствие ценообразования при обработке; более высокая стойкость при низких отрицательных температурах.
Основной недостаток широко применяемых стальных и других металлических материалов — способность к коррозии.
По механизму реакции взаимодействия агрессивных ве-ществ с материалом выделяют два основных типа коррозии металлов: химическую и электрохимическую. Особо необхо-димо отметить биологическую коррозию, идущую под влия-нием продуктов жизнедеятельности бактерий и других мик-роорганизмов, и радиационную коррозию под воздействием радиоактивного излучения. Большинство металлов и сплавов неустойчивы в подобных средах.
Для защиты материалов от коррозии применяют защитные покрытия, электрохимическую защиту и замедлители коррозии (ингибиторы), изменяющие состав коррозионной среды.
В строительной практике для защиты конструкций чаще используют лакокрасочные и другие покрытия поверхности.
Отдельные металлы, например алюминий, сами предох-раняют себя от коррозии в некоторых средах в результате образовавшихся на их поверхности защитных пленок при взаимодействии со средой. При помощи защитных покрытий можно изолировать металл от агрессивной среды искусственным нанесением пленки на поверхность изделия или: изменяя химический состав поверхности, сделав металл устойчивым к агрессивной среде. Защитное покрытие должно быть сплошным, непроницаемым для агрессивной среды, иметь высокую прочность сцепления с металлом (адгезию), равномерно распределяться по всей поверхности и придавать изделию более высокие твердость, износостойкость и жаростойкость. Коэффициент теплового расширения пленки должен быть близок к коэффициенту расширения металла. Обычно покрытия совмещают защитные и отделочные функции.
Эстетические характеристики металлических материалов оригинальны и регулируются в широких пределах, причем в ряде случаев цветовая палитра обогащается в процессе эксплуатации. Так, медь и ее сплавы, окисляясь кислородом воздуха, покрываются защитной пленкой — патиной, которая с течением времени приобретает множество цветовых оттенков. Сам процесс коррозии металла в начальной стадии может использоваться для получения своеобразного стального оттенка. После окисления и приобретения красно-коричневого цвета металл покрывают прозрачным защитным лаком.
Цвет стали можно изменять после механической (шли-фование или полирование) и термической (при температуре 200—300 °С) обработки поверхности. На ней образуется оранжевая или синеватая пленка, которая одновременно за-щищает металл от коррозии. Известны способы изготовления стали золотистого и розового цвета, электролитические процессы окрашивания нержавеющей стали в оранжевый, красный, голубой, синий и зеленый цвета.
Часто металлические материалы не нуждаются в отделке поверхности с эстетической точки зрения. Черный цвет чугуна, темно-серый стали, золотистый и зеленовато-коричне- вый бронзы и меди, серебристо-белый алюминия, как правило, отвечают эстетическим требованиям. Но лакокрасочные и металлические (анодирование — анодное оксидирование и др.) покрытия не только меняют цвет лицевой поверхности, но и защищают металл от коррозии.
Фактура лицевой поверхности металлов может быть ре-льефной, шероховатой, гладкой, матовой или блестящей.

Свойства природных каменных материалов определяются, в первую очередь, свойствами той горной породы, из которой их получают. Качество горной породы зависит от происхождения (генезиса), минералогического состава, строения (структуры), сложения (текстуры) и степени выветривания. Обширное разнообразие структур и текстур горных пород вызывает такое же разнообразие — Строительно-технических свойств каменных материалов. Изучение этих свойств имеет важное значение при оценке горной породы как сырья для получения каменных материалов, а также и для определения качества самих каменных материалов и степени их пригодности для строительства. Качество горных пород и каменных материалов из них, применяемых в дорожном и мостовом строительстве, определяется путем изучения : физических свойств горной породы, к которым относятся плотность, объемная насыпная масса, пористость, влажность, водонасы щаемость, морозостойкость, цементирующая способность, теплопроводность, звукопроводность и пр.; механических свойств — прочности при сжатии, разрыве, дроблении, ударной нагрузке (вязкость), сопротивления истиранию, износу и др.; соответствия формы, размеров и качества обработки каменных материалов (щебня, шашки, брусчатки, бортового и бутового камня) заданным стандартами или инструкциями. Свойства каменных материалов определяются в лабораториях по образцам средней пробы, а также по результатам наблюдения за поведением материала на опытных участках. Изучая методы испытания каменных материалов и их результаты, всегда следует иметь в виду, что они до некоторой степени условны и не всегда могут правильно указать о возможном поведении материала в деле. Для объективного изучения свойств материалов требуется точное выполнение испытаний, накопление большого количества данных по испытаниям, изучение и анализ этих данных и, наконец, сличение их с уже известной практикой поведения материала в деле. Несовершенство методов определения свойств материалов, неряшливость в определениях и разрозненность показателей приводят к ошибочным выводам о качестве материала. Умение точно определять свойства материалов особенно важно при использовании для строительства местных, малоизвестных каменных материалов. Оборудование для испытаний в лабораториях при строительствах, условия и последовательность испытаний должны строго отвечать требованиям соответствующих ГОСТ и инструкций. Для любых лабораторных испытаний очень ценными являются данные предварительных теологических, визуальных определений образцов породы на месте, непосредственно в полевых условиях. По правилам геологии, при помощи простых приспособлений и реактивов (бинокулярной или простой лупы, линейки с миллиметровым делением, ножа, стальной иглы, кислот, паяльной трубки) можно зачастую определить минералы, слагающие породу, ее структуру и текстуру, что изучается в курсе геологии. Среднюю пробу отбирают из месторождения горной породы или от партии поставляемого каменного материала, и она должна характеризовать среднее качество всего месторождения или партии. Порядок и метод отбора средних проб обычно указывается в соответствующих ГОСТ или инструкциях. А) Физические свойства. Согласно единой Международной системе единиц (СИ), старые понятия удельный вес, объемный вес, объемный насыпной вес заменены для более точного обозначения понятиями соответственно плотность, объемная масса и насыпная масса. Единицей измерения этих величин в системе СИ является килограмм на кубический метр (кг/м3). В качестве дольных и кратных единиц измерения в технике применяют грамм на кубический сантиметр (г/см3), тонна на кубический метр (т/м3). Плотность (удельный вес) исходной горной породы определяется как отношение покоящейся массы минерального вещества без пор и пустот к ее объему. Для определения плотности образец горной породы измельчают и просеивают через сито с отверстием 0,15 мм, затем высушивают. При определении плотности с помощью пикнометра из высушенного порошка отвешивают два образца массой по 10 г каждый (т) для параллельного испытания. Каждый образец высыпают в сухой пикнометр, заливают до половины объема пикнометра водой и кипятят 15—20 мин. Затем охлаждают, доливают водой до метки и взвешивают (т2). После этого взвешивают этот же пикнометр наполненный чистой водой до метки (т1). Плотность вычисляют по формуле При определении плотности в объемомере из высушенного порошка отвешивают образец массой 80 г (m1). Затем в объеомер, наполненный до нижней черты обезвоженным керосином, всыпают порошок до тех пор, пока уровень керосина не поднимется до верхней черты, т. е. на 20 мл (V). Остаток образца взвешивают (m2)и вычисляют плотность по формуле     р = (m2-m1) / V Плотность большинства каменных материалов находится в пределах 2,7—2,9 г/см3, причем в изверженных породах она выше, чем в осадочных, например: плотность базальта, диабаза, габбро, диорита доходит до 3,2 г/см3.   Б) Объемная масса. Объемная масса (объемный вес) —это масса единицы объема высушенного камня с порами в природном состоянии. Выражается объемная масса в граммах на кубический сантиметр (г/см3), или в килограммах на кубический метр и вычисляется до формуле р0=m / V Массу образца т определяют простым взвешиванием, а объем V — несколькими способами. При правильной геометрической форме образца с ровными поверхностями объем определяют прямым обмером. Наиболее точно объем определяется гидростатическим взвешиванием по массе вытесненной воды. Объемная масса горной породы численно всегда меньше плотности, так как масса данного материала в природном состоянии (с порами) занимает больший объем, чем такая же масса без пор. Например, объемная масса гранита примерно равна 2,6 г/см3, а плотность его 2,7 г/см3; объемная масса артикского туфа 0,75—1,4 г/см3, а его плотность — 2,7—2,8 т/см3. Объемная масса каменного материала зависит от пористости и от минералогического состава, потому что различные минералы имеют различную плотность. Знание объемной массы материала необходимо для расчетов при проектировании и строительстве сооружении. В дорожно-мостовом строительстве широко используются рыхлые, сыпучие материалы (щебень, гравий, песок, различные вяжущие) . При подборе бетонных смесей, при складировании, транспортировании необходимо знать массу свеженасыпанных материалов. Масса этих материалов будет меньше объемной массы отдельных зерен и кусков каменного материала за счет пустот между отдельными зернами, заполненными воздухом. Поэтому введено еще одно понятие — насыпная масса. Насыпная масса (объемный насыпной вес)—это масса сыпучего материала в единице объема вместе с пустотами. Выражается насыпная масса в килограммах на кубический метр (кг/м3) или в тоннах на кубический метр (т/м3) и вычисляется по формуле   рн=m / V   Массу m определяют взвешиванием, объем V определяют в сосуде (ящике), свободно заполненном сыпучим материалом. Насыпная масса — величина непостоянная, изменяющаяся от многих факторов (степени уплотнения, влажности, формы зерен и др.). Свободно высыпанный щебень имеет меньшую насыпную массу, чем уплотненный. Песок сухой и слегка увлажненный имеют разные насыпные массы. В данных случаях на насыпную массу оказывает влияние пустотность сыпучего материала. Чем выше пустотность, тем меньше насыпная масса. Пористость и пустотность — это свойство каменного материала - иметь между отдельными частицами (зернами, кристаллами, минералами) промежутки — поры, не заполненные данным веществом. В порах сухого материала находится воздух или газ, масса которого по сравнению с массой материала незначительна. Порами называют мелкие ячейки в породе (до 2 мм), а промежутки между зернами сыпучего материала или поры в материале размером более 2 мм называют пустотами (пустотностью). Поры бывают открытыми (сообщающимися) и закрытыми. Вся пористость называется истинной или общей. Таким образом, судить о пористости каменного материала можно как о степени заполнения его массы воздухом, т. е. порами. Количественно пористость определяется объемом пор в единице объема массы материала. Истинная пористость рассчитывается по формуле   Vпор= (р - р0)*100 / р где р —плотность, г/см3; р0 —объемная масса, г/см3; Vпор —пористость, %, Пористость и пустотность оказывают большое влияние на такие свойства каменного материала, как масса, водопоглощаемость, теплопроводность, звукопроводность, морозостойкость, прочность. Каменный материал с незначительной пористостью (до 5%) более тяжелый, прочный, менее водопоглощающий и более морозостойкий. В дорожном строительстве чаще всего применяют именно такой материал. В) Водопоглощение. Водопоглощение — способность породы поглощать воду при длительном выдерживании в воде, при нормальном атмосферном давлении и температуре 18—20° С. Для определения водопоглощения берут три — шесть образцов кубовидной формы с длиной ребра около 6 см, высушивают до постоянной массы при температуре 105—110° С, охлаждают и взвешивают (т). Затем образцы погружают в воду на 48 ч так, чтобы слои воды был на 2 см выше образцов. Через 48 ч образцы вынимают, вытирают влажной мягкой тканью и сразу каждый отдельно взвешивают (m1). Водопоглощение вычисляют в процентах по массе Wm или" по объему Wоб по следующим формулам: W=(m1-m)*100/m или Wоб=(m1-m)*100/V где V— объем образца в сухом состоянии, см3. В зависимости от водопоглощения (в процентах по массе) каменные материалы подразделяются: с очень большим водологлощением — более 8; с большим водопоглощением — от 3 до 8; со средним водопоглощением — от 1,5 до 3,0; с малым водопоглощением — менее 1,5. Водопоглощение различных каменных материалов колеблется в больших пределах, например, водопоглощение гранита составляет около 0,5%, а артикского туфа — 30—34% по массе. Водопоглощение позволяет судить о пористости камня, о его морозостойкости, теплопроводности. Обычно водопоглощение материала меньше пористости, так как вода не проникает в замкнутые поры, а в крупных порах ае удерживается. У крупнопористых материалов водопоглощение значительно меньше пористости (пустотности), например пористость известняка-ракушечника составляет от 40 до 65%, а водопоглощение — только 20—30% по объему. Каменные материалы с водопоглощением менее 0,5% считаются морозостойкими и не подвергаются испытаниям на морозостойкость. Водопо-глощенне отрицательно влияет также и на прочность камня, о чем будет сказано ниже. Водоотдача или влагоотдача — это свойство, характеризующее скорость удаления из камня воды (высыхание), когда упругость паров воды в камне выше их упругости во внешней среде. Водоотдача у разных каменных материалов различна и зависит от их структуры и условий внешней среды. Свойство это определяется в лаборатории путем высушивания водонасыщенных образцов до получения постоянной массы. Показателем водоотдачи является время в часах, потребовавшееся для высушивания образца до постоянной массы. Г) Морозостойкость. Морозостойкость — способность горной породы в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание. При замерзании вода увеличивается в. объеме примерно на 10% и образующийся лед давит на стенки материала, понижает его прочность, а со временем и разрушает. В дорожном покрытии каменный материал оказывается в особенно тяжелых условиях. Осенью он почти всегда полностью насыщается водой, а зимой и. весной попеременно замерзает и оттаивает. В то же время материал испытывает огромные нагрузки от проходящих по дороге автомобилей. Все породы с водопоглощением свыше 0,5% подвергаются испытанию на морозостойкость. Это испытание проводят на образцах кубической формы размером 5x5x5 см или формы цилиндров с высотой и диаметром 5 см. Испытание заключается в попеременном замораживании и оттаивании водонасыщенных образцов при температурах минус 20° и плюс 20°. Количество циклов замораживания и оттаивания принимается до 200 и более в зависимости от класса сооружения и условий работы каменного материала в сооружении. Порода считается выд 2015-12-08 460 Обсуждений (0) Древесные строительные материалы 0.00 из 5.00 0 оценок Скачать документ 12345678910Следующая ⇒ Обсуждение в статье: Древесные строительные материалы Обсуждений еще не было, будьте первым... ↓↓↓ Имя * Email (необязательно) Комментарий * Отправить сообщение Популярное: Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Почему агроценоз не является устойчивой экосистемой Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Почему молоко имеет высокую усвояемость? ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (460)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы