Наприклад, потрібно з'ясувати основні властивості і якості будматеріалів, як вони застосовуються в процесі будівництва, яка їхня вартість і чи легко їх дістати. Адже якщо щось не врахувати заздалегідь, то в подальшому це може досить сильно позначитися на самій будові. І тільки після цього можна приступити до створення проекту бажаного будови, а в подальшому - і до самого будівництва.
Елементи доступні у вигляді порожніх блоків, блоків, а також порожніх блоків з вставкою з полістиролу, вбудованої асиметрично. Більш товста стінка діє як функція накопичення. Раковини для масонства можуть використовуватися для їх кладки, а також для традиційного розчину, за винятком того, що він наноситься двома смужками, залишаючи порожній центр в центрі.
Такий вид матеріалу, як і конкуренція, також володіє хорошою проникністю для водяної пари, легким і легким в цегляній кладці, роблячи кладки швидко працювати, а також дуже легко маневрувати, наприклад, стільниковий бетон. Новітніми і останніми використовуваними будівельними матеріалами є блоки пінополістиролу. Вони являють собою великі елементи довжиною від 1 до 2 метрів і кутові форми, які розташовані як порожнисті блоки. Потім армування вливається в бетон і заливається. Ця технологія дозволяє швидко і незалежно підніматися по стінах, а завдяки широкому спектру елементів дає велику свободу в дизайні і будівництві.
Весь процес будівництва складається з загальнобудівельних, монтажних, ремонтних та оздоблювальних робіт. Тому всі ті матеріали та вироби з них, які застосовуються під час цих робіт, іменуються як будівельні матеріали. У сучасному суспільстві найчастіше будматеріали ділять наступні типи або види - це природні матеріали, штучні матеріали і готові вироби.
Основним недоліком цієї системи є висока герметичність стінки, яка запобігає потік водяної пари. У будинках, побудованих в цій технології, необхідно використовувати дуже хорошу вентиляцію і частоту вентиляції приміщень. Через наявність полістиролу безпосередньо всередині приміщення, вони представляють високий ризик пожежі у вигляді утворення токсичних газів. Незважаючи на свої недоліки, ці стіни мають гарні теплоізоляційними властивостями і забезпечують гладку поверхню, яку легко закінчити, але не забезпечують достатню звукоізоляцію.
Природні види будівельних матеріалів
До цього виду відносяться ті будматеріали, які були створені без втручання людини, так би мовити, мають природне походження. Більшість з них не вимагає промислової обробки, а якщо і вимагає, то вона мінімальна.
Природні матеріали дуже широко застосовуються в будівництві. До найбільш популярним представникам даної категорії можна віднести: грунт або земля, пісок, глина, камінь, різні гірські породи (мармур, граніт, бальзат), щебінь.
Всі вищезгадані матеріали характеризуються хорошими теплоізоляційними властивостями. Винятком є холодно-силікатні продукти і тверді бетонні блоки. Останні присвячені стін фундаменту. Однак силікати, такі як кераміка, характеризуються високою теплоємністю, що не має значення для комфортного використання приміщень. Багато людей налаштовують центральне опалення так, що піч буде працювати з вечора до ранку, а протягом дня, коли домовласники знаходяться далеко від дому, вони зберігають температуру.
Енергія споживається негайно для нагріву повітря в приміщеннях. Елементи з глінобетона і полістирольних вставок забезпечують значне прискорення і простоту роботи, а також їх власне виконання. Щоб повною мірою скористатися перевагами обраних нами матеріалів, важливо вибрати правильні сполучні і оздоблювальні матеріали. На ринку є так звані теплі міномети, які, на відміну від традиційного цементного розчину, не так добре нагрівають. Традиційний розчин між кращими керамічними блоками створює теплові мости і знижує параметри всієї стіни.
Також природними матеріалами є деревина, різні пиломатеріали, мох, пакля і багато іншого. У різних регіонах ціна на пісок будівельний, камінь, щебінь та інші матеріали варіюється в залежності від складності вироблення і доставки на будівельний майданчик.
Штучні види будівельних матеріалів
Однак всі вище перераховані матеріали для будівельної галузі цікаві ще тим, що це готову сировину для виробництва нових будматеріалів. Наприклад, щоб виготовити будь-який цегла, просто необхідно застосування глини і піску, а для цементу потрібен вапняк і гіпсовий камінь.
При обробці поверхні стін з повітропроникних матеріалів також застосовуйте дихаючий штукатурний розчин. Покриття стін цеглою або кулями з гіпсової штукатурки призведе до їх ущільнення і погіршення обміну водяної пари. Більш типовим в цьому випадку є традиційна цементно-вапняна штукатурка.
Різноманітність технологій і форм будівництва, різні умови довкілля, Нестача знань про взаємодію покриттів і мікроорганізмів унеможливлюють опис недвозначних і обов'язкових умов підвищеного ризику поверхневого шорсткості.
Але недостатньо просто змішати різну сировину в одну суміш, необхідна якась та маніпуляція з нею (сушка, плавка, випал і т.д.), в результаті чого змінюється її будова і хімічний склад. Тобто, такі будматеріали виходять штучно - в процесі переробки природних матеріалів, тому вони і називаються штучними.
Однак проблема корозії будівельних матеріалів відома вже давно. Динаміка корозії будівельних матеріалів залежить, зокрема, від багатьох факторів. їх фізико-хімічні властивості, структуру, якість і корозійну активність навколишнього середовища. Через різних умов на практиці надзвичайно складно визначити ступінь участі певних типів корозії в процесі руйнування матеріалів і конструкцій.
Пояснення механізму руйнування матеріального речовини, в тому числі будівельних матеріалів, вимагає, зокрема. знання процесу корозійних процесів. На практиці визначаються наступні корозійні впливу, що визначаються як сукупний ефект факторів, що відбуваються в конкретній корозійної середовищі.
Найзнаменитішими представниками цього виду будівельних матеріалів є скло, залізобетон, а також всі будівельні розчини та суміші (різні суміші з цементу, бетонні розчини, Шпаклівки, суміші та розчини для штукатурки). До штучним будматеріалів, в складі яких є деревина, відносяться фанера, натуральна пробка, ДВП.
Кліматичне нещастя, викликане екологічними факторами, пов'язаними з кліматом. Хімічний вплив, викликане агресивними рідинами, кислотними розчинами, лугами. Електрохімічне вплив через блукаючі струми. Биотическое вплив, викликане мікроорганізмами і цвілі.
Механічний стрес, викликаний зовнішнім стресом, втомою, стиранням, ударом. Концепція біодетербораціі, тобто біологічна корозія в будівництві, ми розуміємо різні форми руйнування елементів будівель, викликані дією живих організмів, біологічних шкідників. Це головним чином домашні гриби, цвілеві гриби, одноклітинні дріжджі, водорості і комахи - технічні шкідники деревини. Біологічна корозія створюється в тісному зв'язку з іншими корозійними факторами і, зокрема, з руйнівним ефектом всіх типів води і вологості, що призводить до умов, що сприяють розвитку живих організмів - біологічних шкідників.
Готові вироби - застосовуються в будівництві
Основна відмінність готових виробів від будівельних матеріалів природного і штучного походження в тому, що їх перед застосуванням не треба піддавати обробці - змішувати з водою, ущільнювати, розпилювати, тесати.
До найпоширеніших будматеріалів даного типу відносяться вироби з залізобетону, металеві конструкції, Різна сантехніка. Сюди ж входять різні вироби з пиломатеріалів і деревини. Будь-яка покрівля (рулонний, листова, металева, черепиця) також є готовим виробом.
Всі аспекти біологічного розкладання матеріалів і, отже, біологічна корозія, розглядаються за допомогою нейлобіологіі, тобто відділу біології, який охоплює вивчення біологічних явищ в матеріалах. Процеси, відповідальні за освіту корозії матеріалів і конструкцій, поділяються на кілька груп: хімічна асиміляція біодетермірованія є найбільш поширеною формою цього процесу і відбувається, коли матеріал деградує через його харчової цінності.
Хімічна дисперсійна біодетеркація відбувається, коли мікробні метаболіти ушкоджують матеріал, викликаючи корозію, пігментацію або секрецію токсичних метаболітів в матеріал. Приклади включають мікробну корозію металів, бетону, цегли, цегляної кладки і штукатурки і скла.
Загальні відомості
Щоб легше орієнтуватися в різноманітті будівельних матеріалів і виробів, їх класифікують за призначенням, виходячи з умов роботи матеріалів в спорудах, або за технологічною ознакою, враховуючи вид сировини, з якого отримують матеріал, і спосіб виготовлення.
За призначенням матеріали можна умовно розділити на дві групи: конструкційні та матеріали спеціального призначення.
Поверхневий зростання матеріалів живими організмами, відомий в літературі як «біологічне обростання», являє собою форму біодетермірованія, яка виникає, коли сама присутність тіла або секреції стає небажаним для матеріалу і його властивостей. Прикладом може бути завмирання фундаментів або цілих стін різноманітною групою організмів.
У деяких випадках ми можемо мати справу з іншим підрозділом, який класифікує ефекти, з якими ми стикаємося під час корозії при будівництві. Гігієнічні і санітарні ефекти, включаючи погіршення стану здоров'я людей і тварин. Щільно населені райони характеризуються підвищеною вологістю і неприємним запахом, а в повітрі виявлено мільйони суперечка, викликаних грибами. Це викликає нездужання, а у сприйнятливих людей - головні болі, сонливість і навіть респіраторні захворювання.
конструкційні матеріали , Що застосовуються головним чином для несучих конструкцій, розрізняють наступні:
1) природні кам'яні;
2) .вяжущіе;
3) штучні кам'яні, одержувані: а) омонолічіваніем за допомогою в'яжучих речовин (бетон, залізобетон, розчини); б) спіканням (керамічні матеріали); в) плавленням (скло і ситалли);
Технічні ефекти, в основному складаються в зниженні міцності компонентів і конструкцій, що може привести до їх повного руйнування. Естетичний ефект полягає в зниженні естетичних якостей уражених елементів, відступі оболонки і штукатурки, викликаних особливо пліснявими грибами.
Однак найбільш поширеною агресивним середовищем, в якій відбувається ця корозія, є атмосфера навколо нас. Корозійний вплив атмосфер на будівельні матеріали і об'єкти залежить від природних і антропогенних факторів, що визначаються кількістю і типом забруднюючих речовин, що надходять в атмосферне повітря в результаті діяльності людини. Агресивно активні компоненти атмосфери в природних умовах, коли в повітрі не присутні антропогенні домішки, наприклад, кисень, двоокис вуглецю, водяна пара.
4) метали (сталь, чавун, алюміній, сплави);
5) полімери;
6) деревні;
7) композиційні (азбестоцемент, бетонополімер, фибробетон, склопластик і ін.).
Будівельні матеріали спеціального призначення , Необхідні для захисту конструкцій від шкідливих впливів середовища або підвищення експлуатаційних властивостей і створення комфорту, такі:
Основним фактором, що впливає на хід корозійних процесів, є кількість водяної пари в повітрі. Особливо агресивною є атмосфера з постійною, високою вологістю, наприклад, в долинах річок, на берегах водойм або в болотах. У цьому середовищі практично всі деструктивні процеси відбуваються: фізичне, біологічне і хімічне. Присутність атмосферної води викликає утворення корозійних клітин, сприяє розвитку грибів, що викликають біологічну корозію, і забезпечує реакцію між будівельними матеріалами і агресивними сполуками в повітрі.
1) теплоізоляційні;
2) акустичні;
3) гідроізоляційні, покрівельні та герметизуючі;
4) оздоблювальні;
5) антикорозійні;
6) вогнетривкі;
7) матеріали для захисту від радіаційних впливів і ін.
Кожен матеріал має комплексом різноманітних властивостей, що визначають область його раціонального застосування і можливість поєднання з іншими матеріалами.
Конденсований водяна пара розчиняє хімічні сполуки, такі як діоксид сірки, двоокис азоту, пари аміаку, діоксид вуглецю, сполуки фтору, вуглеводні, вільний озон, утворюючи водні розчини на поверхнях будівельних матеріалів. В результаті дифузії водяної пари агресивні хімічні розчини глибоко проникають в пористі матеріали, викликаючи корозію всередині них. Корозія. Ці опади полегшують процес корозії, змочують поверхню матеріалу, застосовуючи до нього забруднюють повітря забруднюючі речовини і видаляючи продукти корозії.
Властивість - здатність матеріалу певним чином реагувати на окремий або найчастіше діючий в сукупності з іншими зовнішній або внутрішній фактор. Дія того або іншого чинника обумовлено як складом і будовою матеріалу, так і експлуатаційними умовами матеріалу в конструкції будівель і споруд.
У менш сприятливих умовах для мікроорганізмів вирішальними є їх поверхневі властивості, шорсткість, липкість і поглинання вологи. Зміни температури є важливим фактором, що впливає на корозію будівельних матеріалів і об'єктів. Явище чергується потепління і охолоджування стін будівлі викликає утворення теплових напружень, які викликають ослаблення структури матеріалів, що призводить до зменшення їх міцності. Результуючі напруги виникають на стінах будівель тріщин і тріщин, що в результаті призводить до корозійних пожеж.
Щоб будівля або споруда виконувала своє призначення і було довговічним, будівельники повинні чітко уявляти ті експлуатаційні умови, в яких буде працювати кожна виготовлена ними конструкція. Знаючи ці умови, можна встановити, які властивості повинен мати матеріал, призначений для виготовлення даної конструкції.
У зимовий час циклон замерзання і відтавання води, що міститься в порах і зазорах, також значно впливає на погіршення, тобто руйнування і корозію будівель. Водяна піна збільшує її обсяг, що призводить до розриву стінок пір. Корозійні процеси, викликані коливаннями температури, в значній мірі пов'язані з сонячним світлом.
Найважливішою превентивним заходом є профілактика, яка належним чином використовується для захисту будівель, повинна проходити в фазі. Дизайн - це вибір технічних рішень і матеріалів, які гарантують максимальний захист об'єкта від вогкості: просочують агенти повинні бути правильно вибрані для кожного елемента конструкції. Негайне видалення джерел і вплив вологих, дощових або грунтових вод: У разі відмови уникнете вогкість приміщень з внутрішнього вологістю, експлуатацією.
Головною вимогою до матеріалів, з яких виготовляються несучі конструкції, Є їх здатність добре чинити опір зміні форми і руйнування під дією навантажень, а також в ряді випадків низькі теплопровідність і звукопроникність (наприклад, для огороджувальних конструкцій). Основними вимогами до деяких матеріалів є: водонепроникність, низька електропровідність, стійкість до радіації і т. Д.
Але жоден матеріал в спорудженні не працює ізольовано від навколишнього середовища. Якщо він стикається з водою, то піддається дії води і містяться в ній речовин, якщо він знаходиться на повітрі - дії повітря і містяться в ньому водяної пари і газів, а на відкритому повітрі також і дії морозу, дощу, сонця, вітру, різких змін температури, вологості і т. п. Під впливом навколишнього середовища матеріали в спорудженні піддаються деформацій і знаходяться в напруженому стані.
Нерівномірний зволоження і висихання матеріалу призводить до появи в ньому внутрішніх напружень внаслідок відмінності в деформаціях сильно зволоженою і мало зволоженою частин матеріалу. Коливання температури також призводять до зміни відстаней між частинками і, отже, до зміни обсягу матеріалу. Якщо має місце нерівномірне зміна розмірів і обсягу, то в матеріалі з'являються внутрішні напруги, які можуть призвести до його поступового руйнування.
Щільність, пористість, міцність - це основні характеристики всіх будівельних матеріалів, службовці як для оцінки якості і особливостей застосування матеріалу, так і для різних техніко-економічних розрахунків. Деякі ж властивості є спеціальними і важливими при виборі матеріалу лише для деяких умов експлуатації (стійкість проти впливу солей, кислот, лугів, морозостійкість, теплопровідність і т. Д.).
Спеціальні технологічні властивості характеризують здатність матеріалу піддаватися обробці. Наприклад, для кам'яних матеріалів важливою є здатність шліфуватися і полироваться. Податливість до порівняно легкої формуємості глин і бетонних сумішей при виробництві будівельних виробів є важливою технологічною характеристикою.
Таким чином, при виборі і обгрунтуванні доцільності застосування будівельного матеріалу для певних умов його застосування потрібно враховувати різні його властивості.
По ряду ознак часто виділяють чотири основні групи технічних властивостей: фізичні, механічні, хімічні і технологічні.
Зв'язок складу, структури і властивостей
Властивості будматеріалів в більшій мірі пов'язані з особливостями їх будови і з властивостями тих речовин, з яких даний матеріал складається. У свою чергу, будова матеріалу залежить: для природних матеріалів - від їх походження і умов освіти, для іскусственних- від технології виробництва і обробки матеріалу. Тому будівельнику при вивченні курсу будівельних матеріалів необхідно перш за все засвоїти цей зв'язок. При цьому технологію і обробку матеріалів слід розглядати з точки зору впливу їх на будову і властивості одержуваного матеріалу.
Будівельний матеріал характеризується хімічним, мінеральним і фазовим складами. Залежно від хімічного складу всі будматеріали ділять на: органічні (деревні, бітум, пластмаси і т. П.), Мінеральні (бетон, цемент, цегла, природний камінь і т. п.) і метали (сталь, чавун, алюміній).
Кожна з цих груп має свої особливості. Так, все органічні матеріали горючі, а мінеральні - вогнестійкі; метали добре проводять електрику і теплоту. Хімічний склад дозволяє судити і про інших технічні характеристики (Биостойкости, прочпоста і т. Д.). Хімічний склад деяких матеріалів (неорганічні в'яжучі речовини, кам'яні матеріали) часто висловлюють кількістю містяться в них оксидів.
Оксиди, хімічно пов'язані між собою, утворюють мінерали, які характеризують мінеральний склад матеріалу. Знаючи мінерали і їх кількість в матеріалі, можна судити про властивості матеріалу. Наприклад, здатність неорганічних в'яжучих речовин тверднути і зберігати міцність у водному середовищі, обумовлена присутністю в них мінералів силікатів, алюмінатів, феритів кальцію, причому при великій їхній кількості прискорюється процес твердіння і підвищується міцність цементного каменю.
При характеристиці фазового складу матеріалу виділяють: тверді речовини, що утворюють стінки пір ( «каркас» матеріалу), і пори, заповнені повітрям і водою. Фазовий склад матеріалу і фазові переходи води в його порах впливають на всі властивості і поведінку матеріалу при експлуатації.
Не менший вплив на властивості матеріалу надають його макро- і мікроструктура і внутрішню будову речовин, що складають матеріал, на молекулярно-іонному рівні.
макроструктура матеріалу - будова, видима неозброєним оком або при невеликому збільшенні. мікроструктура матеріалу - будова, видиме під мікроскопом. Внутрішня будова вішаєте вивчають методами рентгеноструктурного аналізу, електронної мікроскопії та т. Д.
Багато в чому властивості матеріалу визначають кількість, розмір і характер пір. Наприклад, пористе скло (піноскло) на відміну від звичайного непрозоре і дуже легке.
Форма і розмір частинок твердої речовини також впливають на властивості матеріалу. Так, якщо з розплаву звичайного скла витягнути тонкі волокна, то вийде легка і м'яка скляна вата.
Залежно від форми і розміру часток і їх будови макроструктура твердих будівельних матеріалів може бути зернистою (рихлозерністой або конгломератной), ячеистой (мелкопористой), волокнистої і шаруватої.
Рихлозерністие матеріали складаються з окремих, не пов'язаних один з іншим зерен (пісок, гравій, порошкоподібні матеріали для містичний "теплоізоляції і засипок і ін.).
Конгломератное будова, коли зерна міцно з'єднані між собою, характерне для різних видів бетону, деяких видів природних і керамічних матеріалів та ін.
Ніздрювата (дрібнопориста) структура характеризується наявністю макро- і мікропор, властивих газо- і пінобетону, ніздрюватим пластмас, деяким керамічних матеріалів.
Волокнисті і шаруваті матеріали , У яких волокна (шари) розташовані паралельно одне одному, мають різні властивості вздовж і поперек волокон (шарів). Це явище називається анізотропією, а матеріали, що володіють такими властивостями, - анізотропними. Волокниста структура властива деревині, виробам з мінеральної вати, а шарувата - рулонних, листовим, плитних матеріалів із шаруватим наповнювачем (бумопласт, текстоліт і ін.).
По взаємному розташуванню атомів і молекул матеріали можуть бути кристалічними і аморфними. Неоднакове будова кристалічних і аморфних речовин визначає і відмінності в їх властивості. Аморфні речовини, володіючи нерозтраченої внутрішньою енергією кристалізації, хімічно активніші, ніж кристалічні такого ж складу (наприклад, аморфні форми кремнезему - пемзи, туфи, трепели, діатоміти і кристалічний кварц).
Істотна відмінність між аморфними і кристалічними речовинами полягає в тому, що кристалічні речовини при нагріванні мають певну температуру плавлення (при постійному тиску), а аморфні розм'якшуються і поступово переходять в рідкий стан.
Міцність аморфних речовин, як правило, нижче кристалічних, тому для отримання матеріалів підвищеної міцності спеціально проводять кристалізацію, наприклад стекол при отриманні стеклокристаллических матеріалів - ситаллов і Шлакоситалл.
Неоднакові властивості можуть спостерігатися у кристалічних матеріалів одного і того ж складу, якщо вони формуються в різних кристалічних формах, які називаються модифікаціями (явище поліморфізму). Наприклад, поліморфні перетворення кварцу супроводжуються зміною обсягу. Зміною властивостей матеріалу шляхом зміни кристалічної решітки користуються при термічній обробці металів (загартуванню або відпустці)
Стандартизація властивостей. марки матеріалів
Властивості матеріалів оцінюють кількісно, т. Е. По числовим показниками, що встановлюються шляхом випробувань за спеціальними методиками, передбаченим державними стандартами або технічними умовами.
У нашій країні діє державна система стандартизації (ГСС).Залежно від сфери дії стандарти поділяють на такі категорії: державні (ГОСТ); галузеві (ОСТ); республіканські (РСТ); стандарти підприємств і об'єднань (СТП). Поряд зі стандартами діють технічні умови (ТУ), що встановлюють комплекс вимог до конкретних типів, марок, артикулів продукції.
У державних стандартах на будівельні матеріали, які є обов'язковими для всіх відомств і підприємств, вказуються чітке визначення і класифікація різновидів даного матеріалу, спосіб виготовлення або походження, конкретні цифрові показники технічних властивостей і методи їх визначення, необхідні відомості про маркування, пакування, правила зберігання і транспортування .
Основні положення будівельного проектування, виробництва будівельних робіт і вимоги до будівельних матеріалів і виробів регламентуються Будівельними нормами і правилами (СНіП), обов'язковими для всіх організацій і підприємств. БНіП розроблені з урахуванням розвитку будівельної індустрії, впровадження передової техніки в будівництво, максимального використання в будівництві виробів і конструкцій заводського виготовлення.
Методичну основу стандартизації розмірів в проектуванні, виготовленні будівельних виробів і зведенні споруд становить модульна координація розмірів у будівництві (МКРС), що представляє собою сукупність правил координації розмірів елементів будівель і споруд, будівельних виробів і обладнання на базі основного модуля, рівного 100 мм (позначається 1 М ).
Застосування МКРС дозволяє уніфікувати і скоротити число типорозмірів будівельних виробів з різних матеріалів або відрізняються за конструкцією. У МКРС входять і похідні модулі, які отримують шляхом множення основного модуля на цілі або дробові коефіцієнти. При множенні на цілі коефіцієнти утворюються укрупнені модулі (від 2М до 60М), а при множенні на коефіцієнти менше одиниці - дробові модулі (від 1 / 2М до I / 100M).
У стандартах і Сніпах вимоги до властивостей матеріалів виражені у вигляді марок і класів на ці матеріали. Ознакою поділу на марки зазвичай є показник основного властивості матеріалу, обумовлений умовами експлуатації матеріалу в конструкціях і спорудах.
Розподіл на марки по міцності є основним для матеріалів і виробів, з яких виготовляють несучі конструкції. СНиП встановлює єдину шкалу марок за межі міцності при стисненні (МПа): 0,4; 0,7; 1,0; 1,5; 2,5; 3,5; 5; ...; 100. Для теплоізоляційних матеріалів провідною ознакою поділу на марки прийнята щільність (кг / м3): 10; 15; 25; ...; 600. Для ряду матеріалів передбачено маркування за показником морозостійкості - кількості циклів, яке має витримати матеріал без допустимих ознак руйнування: F10, F25 і т. Д.
Деякі матеріали та вироби (оздоблювальні матеріали, лісові матеріали та ін.) За наявністю зовнішніх дефектів ділять на сорти.Визначення показників технічних властивостей пов'язано з вимірюваннями, т. Е. З порівнянням з іншого, однорідної величиною, прийнятої за одиницю. Сукупність одиниць, утворена за певним принципом, називається системою одиниць. У нашій країні прийнята "Міжнародна система одиниць" (СІ). Поряд з СІ ще використовують і колишні системи - СГС і МКГСС
Фізичні властивості
Фізичний стан будівельних матеріалів досить повно характеризується середньою і істинною густиною і пористістю.
щільність матеріалу є необхідною характеристикою при розрахунку міцності споруди з урахуванням власної маси, для визначення способу і вартості перевезення матеріалу, для розрахунку складів і підйомно-транспортного устаткування. За величиною щільності побічно судять про деякі інші властивості матеріалу. Наприклад, для кам'яних матеріалів існує наближена залежність між щільністю і теплопровідністю, а для деревини та деяких кам'яних матеріалів (вапняків) - між міцністю і щільністю.
Більшість будівельних матеріалів мають пори, тому у них справжня щільність завжди більше середньої. Лише у щільних матеріалів (сталі, скла, бітуму та ін.) Істинна і середня щільність практично рівні, так як обсяг внутрішніх пір у них мізерно малий.
Експериментальний (прямий) метод визначення пористості заснований на заміщення порового простору в матеріалі зрідженим гелієм і описаний раніше.
Пори є осередки, які не заповнені структурним матеріалом. За величиною вони можуть бути від мільйонних часток міліметра до декількох міліметрів.
Більші пори, наприклад між зернами сипучих матеріалів, або порожнини, наявні, в деяких виробах (саман, панелі з залізобетону), називають постатями. Пори зазвичай заповнені повітрям або водою; в пустотах, особливо в широкосмугового, вода не може затримуватися і випливає.
пористість будматеріалів коливається в широких межах: від 0,2 ... 0,8% - у граніту і мармуру до 75 ... 85% у теплоізоляційного цегли і у пористого бетону і понад 90% -У пінопластів і мінеральної вати.
Від величини пористості і її характеру (розміру і форми пор, рівномірності розподілу пір за обсягом матеріалу, їх структури - сполучені пори або замкнуті) залежать найважливіші властивості матеріалу: щільність, міцність, довговічність, теплопровідність, водопоглинання, водонепроникність і ін. Наприклад, відкриті пори збільшують проникність і водопоглинання матеріалу і погіршують його морозостійкість. Однак в звукопоглинальних матеріалах відкриті пори бажані, так як вони поглинають звукову енергію. Збільшення закритою пористості за рахунок відкритої підвищує довговічність матеріалу і зменшує його теплопровідність.
Відомості про пористості матеріалу дозволяють визначати доцільні області його застосування.
Серед фізичних процесів найбільше значення в практиці мають впливу водної та парової середовища, теплові впливу, поширення звукових хвиль, електроструму, ядерних випромінювань і т. П. Ставлення матеріалу до статичного або циклічного впливу води або пари характеризується гідрофізичними властивостями (гігроскопічність, капілярне всмоктування, у -допоглощеніе, водостійкість, водопроникність, паропроникність, вологості деформації, морозостійкість).
гігроскопічність - здатність матеріалу поглинати і конденсувати водяну пару з повітря. Гігроскопічність викликається сорбцией, що представляє собою фізико-хімічний процес поглинання водяної пари з повітря як в результаті їх адсорбції на внутрішній поверхні матеріалу, так і капілярної конденсації. Капілярна конденсація можлива тільки в капілярах з малим радіусом (менше 10 ~ 7 м), так як різниця тисків насиченої водяної пари над увігнутою поверхнею меніска і плоскою поверхнею в капілярах з великим радіусом несуттєва.
Гігроскопічність залежить як від властивостей матеріалу - величини і характеру пористості, так і від умов зовнішнього середовища-температури і відносній вологості, а для сипучих матеріалів також від їх розчинності в воді і дисперсності і зниженням температури повітря. Цей процес має оборотний характер. Гігроскопічність характеризується величиною відношення маси поглиненої матеріалом вологи, при відносній вологості повітря 100% і температурі 20 ° С, до маси сухого матеріалу, вираженою у відсотках.
Капілярне всмоктування (підйом) води пористим матеріалом відбувається по капілярних порах, коли частина конструкції стикається з водою. наприклад, грунтові води можуть підніматися по капілярах і зволожувати нижню частину стіни будівлі. Капілярними називають пори з такими умовними радіусами, при яких їх капілярний потенціал (потенційна енергія поля капілярних сил, віднесених до одиниці маси рідини) значно більше потенціалу поля тяжкості.
Капілярне всмоктування характеризується висотою підняття рівня води в капілярах матеріалу, кількістю поглиненої води і інтенсивністю всмоктування.
Більш точно, враховуючи неправильну форму пір в матеріалі і їх змінюється поперечний переріз, висоту всмоктування води визначають експериментально за методом «мічених атомів» або по вимірюванню електропровідності матеріалу.
Для оперативного контролю вологості переважно сипучих матеріалів (наприклад, наповнювачів для бетону - піску, щебеню) застосовують діелькометричний і нейтронний методи. Діелькометричний метод вимірювання заснований на залежності між вологістю і діелектричної проникністю матеріалу. У нейтронном методі використовується зв'язок вологості і ступеня уповільнення швидких нейтронів, що проходять через матеріал.
При насиченні матеріалу водою істотно змінюються його властивості: збільшується щільність і теплопровідність, відбуваються деякі структурні зміни в матеріалі, що викликають появу в ньому внутрішніх напружень, що, як правило, призводить до зниження міцності матеріалу.
вологості деформації - зміна розмірів і обсягу матеріалу при зміні його вологості. Зменшення розмірів і обсягу матеріалу при його висиханні називають усадкою (усиханням), а збільшення розмірів і обсягу при зволоженні аж до повного насичення матеріалу водою - набуханням (розбуханням). Усадка виникає і збільшується в результаті зменшення товщини шарів води, що оточують частинки матеріалу, і дією внутрішніх капілярних сил, що прагнуть зблизити частинки матеріалу. Набухання пов'язано з тим, що полярні молекули води, проникаючи між частинками або волокнами, що складають матеріал, як би розклинюють їх, при цьому товщають гідратів оболонки навколо частинок зникають внутрішні меніски, а з ними і капілярні сили. Матеріали високопористого і волокнистої будови, здатні поглинати багато води, характеризуються великою усадкою (деревина поперек волокон 30 ... 100 мм / м; газобетон 1 ... 3 мм / м; цегла керамічна 0,03 ... 0,1 мм / м; важкий бетон 0,3 ... 0,7 мм / м; граніт 0,02 ... 0,06 мм / м).
Водостійкість - здатність матеріалу зберігати міцність при зволоженні.
Воздухостойкость - здатність матеріалу витримувати циклічні впливу зволоження і висушування без помітних деформацій і втрати механічної міцності.
Багаторазове гігроскопічна зволоження і висушування викликає в матеріалі знакозмінні напруги і з часом призводить до втрати ним несучої здатності.
Влагоотдача - властивість, що характеризує швидкість висихання матеріалу, при наявності відповідних умов в навколишньому середовищі (зниження вологості, нагрів, рух повітря). Влагоотдача зазвичай характеризується кількістю води, яке матеріал втрачає на добу при відносній вологості повітря 60% і температурі 20 ° С. У природних умовах внаслідок влагоотдачи, через деякий час після будівництва, встановлюється рівновага між вологістю будівельних конструкцій і навколишнім середовищем. Такий стан рівноваги називають повітряно-сухим (повітряно-вологим) станом.
водопроникність - здатність матеріалу пропускати воду під тиском. Характеристикою водопроникності служить кількість води, що минув протягом 1 с через 1 м 2 поверхні матеріалу при заданому тиску води. Для визначення водопроникності використовують різні пристрої, Що дозволяють створювати потрібне одностороннє тиск води на поверхню матеріалу. Методика визначення залежить від призначення і різновиди матеріалу. Водопроникний ність залежить від щільності і будови матеріалу. Чим більше в матеріалі пір і чим ці пори більші, тим більше його водопроникність.
При виборі будматеріалів для спеціальних цілей ( покрівельні матеріали, Бетони для гідротехнічних споруд, труби та ін.) Частіше оцінюють не водопроникність, а водонепроникність, яка характеризується періодом часу, після закінчення якого з'являються ознаки просочування води під певним тиском через зразок випробуваного матеріалу (покрівельні матеріали), або граничною величиною тиску води (Па) , при якому вода не проходить через зразок (наприклад, бетон).
Паропроникність і газопроникність - здатність матеріалу пропускати через свою товщу водяна пара або гази (повітря). Паропроникність характеризується коефіцієнтом паропроникності, чисельно рівною кількості водяної пари, що проникає через шар матеріалу товщиною 1 м, площею 1 м2 протягом 1 с, і різницею парціальних тисків пара в 133,3 Па. Аналогічним коефіцієнтом оцінюється і газопроникність (повітропроникність). Ці характеристики визначаються для комплексної оцінки фізичних властивостей будівельного матеріалу або при його спеціальне призначення. Матеріали для стін житлових будинків повинні мати певну проникністю (стіна повинна «дихати»), т. Е. Через зовнішні стіни відбувається природна вентиляція. Навпаки, стіни і покриття вологих приміщень необхідно захищати з внутрішньої сторони від проникнення в них водяної пари, особливо взимку, коли вміст пари усередині приміщення значно більше, ніж зовні, і пар, проникаючи в холодну зону огорожі, конденсується, різко підвищує вологість в цих місцях . У ряді випадків необхідна практично повна газонепроникність (ємності для зберігання газів і ін.).
морозостійкість - властивість матеріалу, насиченого водою, витримувати багатократне поперемінне заморожування і відтавання без значних ознак руйнування і зниження міцності. Від морозостійкості в основному залежить довговічність матеріалів, що застосовуються в зовнішніх зонах конструкцій різних будівель і споруд. Руйнування матеріалу при таких циклічних впливах пов'язано з появою в ньому напружень, викликаних як одностороннім тиском зростаючих кристалів льоду в порах матеріалу, так і всебічним гідростатичним тиском води, викликаним збільшенням обсягу при утворенні льоду приблизно на 9% "(щільність води дорівнює 1, а льоду - 0,917). при цьому тиск на стінки пір може досягати при деяких умовах сотень МПа.
Очевидно, що при повному заповненні всіх пор і капілярів пористого матеріалу водою руйнування може наступити навіть при одноразовому заморожуванні. Однак у багатьох пористих матеріалів вода не може заповнити весь обсяг доступних пір, тому що утворюється при замерзанні води лід має вільний простір для розширення. При насиченні пористого матеріалу у воді в основному заповнюються водою макрокапилляров, мікрокапіляри при цьому заповнюються водою частково і служать резервними порами, куди віджимається вода в процесі заморожування.
При роботі пористого матеріалу в атмосферних умовах (наземні конструкції) водою заповнюються в основному мікрокапіляри за рахунок сорбції водяної пари з навколишнього повітря; великі ж пори і макрокапилляров є резервними .. Отже, морозостійкість пористих матеріалів визначається величиною і характером пористості і умовами експлуатації виготовлених з них конструкцій. Вона тим вище, чим менше водопоглинання і більше міцність матеріалу при розтягуванні. З огляду на неоднорідність будови матеріалу і нерівномірність розподілу в ньому води, задовільну морозостійкість можна очікувати у пористих матеріалів, що мають об'ємне водопоглинання не більше 80% обсягу пір. Руйнування матеріалу настає тільки після багаторазового змінного заморожування і відтавання.
Морозостійкість характеризується числом циклів заморожування при -15, -17 ° С і відтавання у воді при температурі близько 20 ° С. Вибір температури заморожування не вище -15, -17 СС викликаний тим, що при більш високій температурі вода, що знаходиться в дрібних порах і капілярах, не може вся замерзнути. Число циклів (марка), які повинен витримувати матеріал, залежить від умов його майбутньої служби в спорудженні, кліматичних умов і вказується в Сніпах і ГОСТах на матеріали.
Матеріал витримав випробування, якщо після заданої кількості циклів заморожування і відтавання втрата маси зразків в результаті викришування та розшарування не перевищує 5%, а міцність знижується не більше ніж на 15% (для деяких матеріалів на 25%).
Для визначення морозостійкості іноді використовують прискорений метод, наприклад за допомогою сірчанокислого натрію. Кристалізація цієї солі з насичених парів при її висиханні в порах зразків відтворює механічна дія замерзлої води, але в більш сильному ступені, тому що утворюються кристали крупніше (значне збільшення обсягу). Один цикл таких випробувань прирівнюється 5 ... 10 і навіть 20 циклів прямих випробувань заморожуванням. З деяким наближенням про морозостійкості можна побічно судити за величиною коефіцієнта розм'якшення. Велике зниження міцності внаслідок розм'якшення матеріалу (більше 10%) вказує, що в матеріалі є глинисті або інші розмокають частки, що негативно позначається і на морозостійкості матеріалу.
Ставлення матеріалу до постійному або змінному тепловому впливу характеризується його теплопровідністю, теплоємністю, термічною стійкістю, вогнестійкість, вогнетривкість.
теплопровідність - властивість будматеріалу передавати теплоту через товщу від однієї поверхні до іншої. Теплопровідність К [Вт / (м- ° С)] характеризується кількістю теплоти (Дж), що проходить через матеріал товщиною 1 м, площею 1 м2 протягом 1 с, при різниці температур на протилежних поверхнях матеріалу 1 ° С.
Теплопровідність матеріалу залежить від його хімічного складу і структури, ступеня і характеру пористості, вологості і температури, при яких відбувається процес передачі теплоти. Матеріали шаруватого або волокнистої будови мають різну теплопровідність в залежності від напрямку потоку теплоти по відношенню до волокон. Наприклад, у деревини теплопровідність уздовж волокон в 2 рази більше, ніж поперек волокон.
Матеріал кристалічного будівлі більш теплопроводен, ніж матеріал того ж складу, але аморфного будови.
Значною мірою теплопровідність залежить від величини пористості, розміру і характеру пір. У пористих, матеріалів тепловий потік проходить через твердий «каркас» матеріалу і повітряні осередки. Теплопровідність повітря дуже низька - 0,023 Вт / (м- ° С), а речовини, з яких побудований твердий каркас матеріалу, мають значно більшу теплопровідність. Дрібнопористі матеріали і матеріали із замкнутими порами мають меншу теплопровідність, ніж великопористі матеріали і матеріали з сполученими порами. Це пов'язано з тим, що в великих і сполучених порах посилюється перенесення теплоти конвекцією, що і підвищує сумарну теплопровідність.
Зі збільшенням вологості матеріалу теплопровідність зростає, оскільки вода має теплопровідність в 25 разів більше, ніж повітря. Ще більшою мірою зростає теплопровідність сирого матеріалу з пониженням його температури, особливо при замерзанні води в порах, так як теплопровідність льоду дорівнює 2,3 Вт / (м- ° С), т. Е. В 4 рази більше, ніж у води.
Теплопровідність більшості будівельних матеріалів збільшується з підвищенням їх температури. Це необхідно знати при виборі матеріалів для теплової ізоляції теплопроводів, котельних установок і т. П.
Теплопровідність матеріалів враховується при теплотехнічних розрахунках товщини стін і перекриттів опалювальних будівель, а також при визначенні необхідної товщини теплової ізоляції гарячих поверхонь і холодильників.
Від термічного опору залежать товщина зовнішніх стін і витрата палива на опалення будівель. У табл. 1.2 наведені значення теплопровідності деяких будівельних матеріалів в повітряно-сухому стані ..
теплоємність - властивість матеріалу акумулювати теплоту при нагріванні. Матеріали з, високу теплоємність можуть виділяти більше теплоти при наступному охолодженні. Тому при використанні матеріалів з підвищеною теплоємністю для стін, підлоги, перегородок та інших частин приміщень температура в кімнатах може зберігатися стійкою тривалий час. Теплоємність оцінюють коефіцієнтом теплоємності (питомою теплоємністю), т. Е. Кількістю теплоти, необхідної для нагрівання 1 кг матеріалу на 1 ° С.
Будівельні матеріали мають коефіцієнт теплоємності менше, ніж у води, яка володіє найбільшою теплоємністю. Наприклад, коефіцієнт теплоємності лісових матеріалів 2,39 ... 2,72 кДж / (кг-° С), природних і штучних кам'яних матеріалів - 0,75 ... 0,92 кДж / (кг-° С), сталі - 0,48 кДж / (кг-° С). Тому з зволоженням матеріалів їх теплоємність зростає, але разом з тим зростає і теплопровідність.
Коефіцієнт теплоємності матеріалів використовують при розрахунках теплостійкості огороджувальних конструкцій (стін, перекриттів), підігріву матеріалу при зимових роботах (бетонних, кам'яних і т. Д.), А також при розрахунку печей. У деяких випадках доводиться розраховувати розміри печі, використовуючи питому об'ємну теплоємність, яка представляє собою кількість тепла, необхідного для нагрівання 1 м 3 матеріалу на 1 ° С.
термічна стійкість - здатність матеріалу витримувати чергування (цикли) різких теплових змін. Це властивість значною мірою залежить від однорідності матеріалу і коефіцієнта теплового розширення складових його речовин. Коефіцієнт лінійного температурного розширення характеризує подовження 1 м матеріалу при нагріванні його на 1 ° С, коефіцієнт об'ємного розширення характеризує збільшення обсягу 1 м 3 матеріалу при нагріванні його на 1 ° С.
Чим менше ці коефіцієнти і вище однорідність матеріалу, тим вище і його термічна стійкість, т. Е. Велика кількість циклів різких змін температури він може витримати. Так, кам'яні матеріали з мономінеральних гірських порід (Мармур) більш термостійкі, ніж породи, складені з декількох мінералів (наприклад, граніт). При жорсткому з'єднанні матеріалів з різними коефіцієнтами лінійного розширення в конструкціях можуть виникнути великі напруги і, як результат, - викривлення і розтріскування матеріалу. Щоб уникнути цього конструкції великої протяжності розрізають деформаційними швами.
вогнестійкість - властивість матеріалу протистояти дії високих температур і води в умовах пожежі без значної втрати несучої здатності. За ступенем вогнестійкості будівельні матеріали ділять на вогнетривкі, вогнестійкими і спаленні. Вогнетривкі матеріали в умовах високих температур не схильні до займання, тління або обвуглювання. При цьому деякі матеріали майже не деформуються (цегла, черепиця), інші можуть деформуватися, сильно (сталь) або розтріскуватися (граніт).
Тому сталеві конструкції часто потрібно захищати іншими, більш вогнестійкими матеріалами. Важкозгораємі матеріали під впливом високих температур ніяк не спалахують, тліють і обвуглюються, але тільки в присутності вогню. При видаленні вогню процеси горіння, тління і обвуглювання припиняються (фіброліт, асфальтовий бетон і ін.). Горіти, під впливом вогню або високої температури воспла змінюються і залишаються увімкненими або тліють і після видалення джерела вогню (деревина, повсть, бітуми, смоли і ін.).
вогнетривкість - властивість матеріалу витримувати тривалий вплив високої температури, що не деформуючись і не розплавляючись. Матеріали, витримую щі з температуру понад 1580 ° С, називаютогнеупорнимі, від 1;) Г\u003e 0 до1Г\u003e 80 ГС -тугоплавкімі, нижче 1350 ° С - легкоплавкими. Матеріали, які здатні тривалий час витримувати вплив температур до 1000 ° С без втрати або з незначною втратою міцності, відносять до жаростійким (жаростійкі бетон, цегла та ін.).
Q Радіаційна стійкість - властивість матеріалу зберігати свою структуру і фізико-механічні характеристики після впливу іонізуючих випромінювань. Рівні радіації навколо сучасних джерел іонізуючих випромінювань настільки великі, що може статися глибока зміна структури матеріалу (наприклад, відбувається аморфізація структури кристалічних мінералів, яка супроводжується об'ємними змінами і виникненням внутрішніх напружень).
Для порівняльної оцінки захисних властивостей матеріалу використовують «товщину шару половинного ослаблення», рівну товщині шару захисного матеріалу, Необхідної для ослаблення інтенсивності випромінювання в 2 рази.
Акустичні властивості-це властивості, пов'язані із взаємодією матеріалу і звуку. Звук (звукові хвилі) - це механічні коливання, що поширюються в твердих, рідких і газоподібних середовищах.
Будівельника цікавлять дві сторони взаємодії звуку і матеріалу: звукопроводность - здатність матеріалу проводити звук крізь свою товщу і звукопоглинання - здатність матеріалу поглинати і відбивати падаючий на нього звук.
Звукопроводность залежить від маси матеріалу і його будови. Якщо маса матеріалу велика, то енергії звукових хвиль не вистачає, щоб пройти крізь нього, так як для цього треба привести матеріал в коливання. Тому чим більше маса матеріалу, тим менше він проводить звук. Погано проводять звук пористі і волокнисті матеріали, так як звукова енергія поглинається і розсіюється розвиненою поверхнею матеріалу, переходячи при цьому в теплову енергію.
Звукопоглинання залежить від характеру поверхні і пористості матеріалу. Матеріали з гладкою поверхнею відображають значну частину падаючого на них звуку (ефект дзеркала), тому в приміщенні з гладкими стінами через багаторазового відбиття від них звуку созда- -ется постійний шум. Якщо ж поверхня матеріалу має відкриту пористість, то звукові коливання, входячи в пори, поглинаються матеріалом, а не відображаються. Так, м'які меблі, килими, спеціальні штукатурки і облицювання з дрібними відкритими порами хороші заглушають звук.
Механічні властивості будматеріалів
Механічні властивості відбивають здатність матеріалу чинити опір силовим, тепловим, усадочних або іншим внутрішнім напруженням без порушення усталеної структури.
Механічні властивості матеріалів детально вивчаються в курсі опору матеріалів. Нижче наведено лише загальні поняття про деформації і міцності "матеріалів, необхідні для комплексної оцінки властивостей матеріалів.
Зовнішні сили, що діють на матеріал, прагнуть деформувати його (змінити взаємне розташування складових частинок) і довести ці деформації до величини, при якій матеріал зруйнується. Після зняття навантаження матеріал, якщо він не був зруйнований, може відновлювати розміри і форму або залишатися в деформованому вигляді.
Деформації, що зникають при припиненні дії на матеріал чинників, що їх викликали, називають оборотними. Оборотні деформації називають пружними, якщо вони зникають миттєво після зняття факторів, що їх викликали, і еластичними, якщо вони, залишаючись повністю оборотними, спадають протягом більш-менш тривалого періоду часу. Необоротні (залишкові) або пластичні деформації накопичуються за період дії силових, теплових та інших факторів, під впливом яких вони виникли, і зберігаються після припинення дії цих факторів.
Усе види деформацій можуть мати місце у одного і того ж будівельного матеріалу, але при різних величинах навантажень, або бути у різних матеріалів при однаковій і тим більше різних навантаженнях. Характер і величина деформації залежать також від швидкості навантаження і температури матеріалу. Найчастіше з підвищенням швидкості навантаження (швидкості деформування) і зі зниженням температури матеріалу деформації за своїм характером наближаються до упругоплас-тическим.
Пластична деформація, повільно наростаюча без збільшення напруги, характеризує плинність матнала.
Пластична деформація, повільно наростаюча тривалий час (місяці і роки), при навантаженнях, менше тих, які здатні викликати залишкову деформацію за звичайні періоди спостережень, називається деформацією повзучості, а процес такого деформування - ползучестью або Кріпі. Повзучість необхідно враховувати при розрахунку і виготовленні будівельних конструкцій.
релаксація - властивість матеріалу мимовільно знижувати напруги за умови, що початкова її личина деформації зафіксована жорсткими зв'язками і залишається незмінною. При релаксації напружень може змінитися характер початкової деформації, наприклад з пружною поступово перейти в незворотну "(пластичну), при цьому зміни розмірів не відбувається. Таке зникнення напруги можливо за рахунок міжмолекулярних переміщень і переорієнтації внутрімолекулярної структури.
Час, протягом якого початкова величина напруги знижується в е -2,718 рази (е - основа натуральних логарифмів), називають періодом релаксації. Період релаксації змінюється від 1 (Н0 з у матеріалів рідкої консистенції до 2-Ю10 с (десятки років і більше) - у твердих матеріалів (чим менше, тим більше деформатівен матеріал).
пружність - властивість матеріалу приймати після зняття навантаження первинну форму і розміри. Кількісно пружність характеризують межею пружності, який умовно прирівнюють напрузі, при якому матеріал починає отримувати залишкові деформації дуже малої величини, що встановлюється в технічних умовах для даного матеріалу.
Вищевказані характеристики міцності в значній мірі є умовними:
1) вони не враховують фактора часу, т. Е. Тривалості дії напружень, що спотворює величину істинної міцності матеріалу;
2) розміри, форма, характер поверхні зразків матеріалу, швидкість навантаження, прікаливанія бори та інші вихідні дані в прийнятих методах умовні.
Межа міцності одного і того ж матеріалу може мати різну величину залежно від розміру зразка, його форми, швидкості прикладання навантаження і конструкції приладу, на якому випробовувалися зразки. Однак у більшості матеріалів, що застосовуються в будівництві, період релаксації досить великий у порівнянні з часом дії навантаження. Тому для визначення міцності цілком припустимі умовні методи, що одержали широке поширення в інженерній практиці. При цьому важливо строго дотримуватися всіх умов випробувань, встановлені для даного матеріалу у відповідних ГОСТах.
Поряд з описаними методами оцінки міцності будівельних матеріалів, при яких спеціально виготовлені зразки матеріалів або взяті з партії готові вироби доводять до руйнування, застосовують методи контролю міцності без руйнування. Цими методами можна випробовувати вироби і конструкції при їх виготовленні або після установки в будівлях і спорудах. Найбільшого поширення з неруйнівних методів випробувань отримали акустичні, зокрема імпульсний і резонансний.
Оцінка властивостей матеріалу або виробу при цьому проводиться за непрямими показниками - швидкості поширення ультразвуку, а також частоті власних коливань матеріалу і характеристиці їх загасання шляхом використання кореляційної зв'язку цих параметрів з міцністю або динамічним модулем пружності, яка виражається зазвичай таріровочнимі кривими або емпіричними формулами. Без визначення міцності можна також встановити ступінь однорідності матеріалу в конструкції за швидкістю поширення ультразвуку в різних її частинах. Однорідність міцності матеріалу - це найважливіше технічне і економічне вимога.
Межа міцності матеріалу (частіше при стисканні) характеризує його марку . Межа міцності будівельних матеріалів при стисненні коливається в широких пределах- 0,5 ... 1000 МПа і більше. У більшості матеріалів (крім деревини, сталі, полімерних матеріалів) межа міцності при розтягуванні і вигині значно нижче, ніж при стисканні. Так, кам'яні матеріали при розтягуванні витримують навантаження менше в 10 ... 15 разів і більше, ніж при стисканні, тому їх застосовують головним чином в конструкціях, які, працюють на стиск.
Для будівельних матеріалів, що працюють в спорудах, чинне напруга повинна бути менше величини межі його міцності. В результаті створюється запас міцності. Необхідність створення запасу міцності викликається рядом причин: неоднорідністю матеріалу, можливістю значної деформації ще до межі міцності і появи тріщин, втомою матеріалу при змінних навантаженнях, «старінням» матеріалу під впливом навколишнього середовища і т. Д. Запас міцності встановлюється нормативними вимогами в залежності від виду і якості матеріалу, довговічності і класу споруди.
Для оцінки прочностной ефективності матеріалу часто використовують коефіцієнт конструктивної якості (к. К. К.). Величина цього коефіцієнта визначається діленням межі міцності при стисненні на відносну щільність матеріалу. Найбільш ефективними є матеріали, що мають найменшу щільність і найбільш високу міцність.
При обгрунтуванні технічної доцільності застосування матеріалу для влаштування підлог промислових будівель, дорожніх і аеродромних покриттів, тротуарів і в інших випадках будівельної практики (наприклад, виборі способу обробки матеріалу) важливе значення мають спеціальні механічні властивості: Ударна в'язкість (ударна або динамічна міцність), твердість, стираність і зносостійкість.
Ударна в'язкість (ударна або динамічна міцність) - властивість матеріалу чинити опір ударним навантаженням. Випробування проводять на приладах - копрах. Характеристикою цієї властивості є робота, витрачена на руйнування стандартного зразка (Дж), віднесена до одиниці його обсягу (м 3) або площі (м 2). Ставлення динамічної міцності до статичної називають динамічним коефіцієнтом.
твердість - властивість матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого більш твердого матеріалу. Для визначення твердості матеріалів в залежності від їх виду і призначення існує ряд методів. Твердість кам'яних матеріалів однорідної будови визначають за шкалою Мооса, яка складена з 10 мінералів з умовним показником твердості від 1 до 10 (самий м'який тальк- 1, самий твердий алмаз 10). Показник твердості випробуваного матеріалу знаходиться між показниками твердості двох сусідніх мінералів, з яких один дряпає випробовуваний матеріал, а інший залишає риску на зразку матеріалу.
Твердість металу, бетону, пластмас визначають вдавленням у випробуваний зразок під певним навантаженням і протягом певного часу стандартного сталевої кульки. За характеристику твердості в цьому випадку приймають відношення навантаження до площі відбитка. Показники твердості, отримані різними способами, не можна порівнювати один з одним. Висока міцність матеріалу не завжди говорить про його твердості (наприклад, деревина по міцності при стисненні рівнозначна бетону, а її твердість значно менше, ніж у бетону). Для деяких матеріалів (наприклад, для металів) існує певний зв'язок між твердістю і міцністю, для інших матеріалів (однорідні кам'яні матеріали) - між твердістю і стираністю.
Стираність - властивість матеріалу чинити опір истирающим впливів. Одночасне вплив стирання і удару характеризує зносостійкість матеріалу. Обидва ці властивості визначають різними умовними методами: стираність - на спеціальних колах стирання, а знос - за допомогою обертових барабанів, куди разом з пробою матеріалу часто завантажують певну кількість металевих куль, що підсилюють ефект подрібнення. За характеристику стиранням приймають втрату маси або обсягу матеріалу, віднесених до 1 см 2 площі стирання, а за характеристику зносу - відносну втрату маси зразка в процентах від проби матеріалу.
Хімічні та технологічні властивості будматеріалів. Хімічні і фізико-хімічні властивості
Хімічні властивості характеризують здатність матеріалу вступати в хімічну взаємодію з речовинами зовнішнього середовища, в якій він знаходиться, або зберігати свій склад і структуру в умовах інертної навколишнього середовища. Останнє пов'язано з тим, що деякі матеріали за рахунок несталого рівноваги внутрішніх хімічних зв'язків схильні до мимовільним структурних змін ( «старіння»). Обидва явища можуть змінити початкові основні властивості матеріалу, іноді покращуючи (наприклад, взаємодія в'яжучих речовин з водою), а в більшості випадків погіршуючи показники властивостей, що призводить до зменшення терміну нормальної служби конструкцій або споруд (наприклад, руйнування бетонних конструкцій агресивними рідинами і газами, старіння пластмас).
Деякі з цих властивостей (розчинність, кристалізація) відомі студентам з курсу хімії, інші (твердіння, старіння, контракция, стійкість проти гниття, горючість, температура розм'якшення, швидкість затвердіння) будуть описані у відповідних розділах книги. Тут же обмежимося лише описом коротких відомостей про дисперсності, адгезії, реологічних властивостях і хімічної стійкості матеріалів.
дисперсність - характеристика розмірів твердих частинок і крапель рідини. Багато будівельні матеріали (гіпсові в'яжучі, цемент, глини, пігменти і т. П.) Знаходяться в тонкоподрібненому (дисперсном) стані і мають великий сумарною поверхнею частинок. Величина, що характеризує ступінь роздробленості матеріалу і розвиненості його поверхні, називається питомою поверхнею sye - поверхня одиниці об'єму (см2 / см3) або маси (див 2 / г) матеріалу.
Фізико-хімічні властивості поверхневого шару дисперсних частинок сильно відрізняються від свойстк цієї ж речовини «в масі». Причина цього в тому, що атоми (молекули) речовини, що знаходяться всередині матеріалу, врівноважені дією оточуючих атомів (молекул), в той час як атоми (молекули) на поверхні речовини знаходяться в нестійкому стані і мають особливий запасом енергії. Зі збільшенням питомої поверхні речовини зростає його хімічна активність (наприклад, цемент з питомою поверхнею 3000 ... 3500 см 2 / г через 1 добу твердіння пов'язує 10 ... 13% води, а з питомою поверхнею 4500 ... 5000 см 2 / г - близько 18%).
адгезія - властивість одного матеріалу прилипати до поверхні іншого. адгезія двох різних матеріалів залежить від природи матеріалу, форми і стану поверхні, умов контакту і т. д. Вона з'являється і розвивається в результаті складних поверхневих явищ, що виникають на кордоні розділу фаз, і характеризується міцністю зчеплення при відриві одного матеріалу від іншого. Важливе значення адгезійні властивості мають при отриманні композиційних матеріалів і виробів (бетонів різних видів, Клеєних виробів і конструкцій, оздоблювальних матеріалів).
Багато будівельні матеріали в процесі їх виготовлення і застосування проходять стадію пластично-в'язкого стану (гіпсове, цементне, глиняне тісто, свіжоприготовані розчинні і бетонні суміші, мастики, формовані матеріали з полімерів і т. Д.). За своїми фізичними властивостями пластично-в'язкі тіла займають проміжне положення між рідкими і твердими тілами. Так тісто можна розрізати ножем (що не можна зробити з рідиною), але разом з тим це ж тісто приймає форму судини, в який воно поміщено, т. Е. Поводиться, як рідина. Пластично-в'язкі суміші характеризують реологическими показниками - структурної міцністю, в'язкістю і тиксотропией.
структурна міцність - міцність внутрішніх зв'язків між частинками матеріалу. Її оцінюють граничним напруженням зсуву, відповідним напрузі в матеріалі, при якому він починає текти подібно рідини (від). Це відбувається тоді, коли в матеріалі порушуються внутрішні зв'язки між його частинками - руйнується його структура.
в'язкість - здатність матеріалу поглинати механічну енергію при деформації зразків. Коли пластично-в'язкий матеріал починає текти, напруги в матеріалі залежать вже від швидкості його деформації. Коефіцієнт пропорційності, що зв'язує швидкість деформації і необхідне для цього напруга, називають в'язкістю ц (Па-с).
Модель упругопластічни-в'язкого матеріалу можна уявити собі як систему послідовно з'єднаних елементів: пружини (характеризує пружні властивості матеріалу), вантажу, що лежить на площині (пластичні властивості), і поршня, що рухається в циліндрі з маслом (в'язкість). Якщо почати тягти за пружину зі зростаючою силою F, то спочатку розтягується пружина, а інші елементи залишаються в спокої (якщо силу прибрати, система повернеться до початкового стану). Коли сила F стане рівною силі тертя Fo, то вся система почне рухатися. При цьому, щоб збільшити швидкість руху, треба подолати зростаючий опір масла в поршні, т. Е. Збільшити силу F.
тиксотропія - здатність пластично-в'язких сумішей можна зупинити відновлювати свою структуру, зруйновану механічними діями. Фізична основа тиксотропії - руйнування структурних зв'язків усередині пластично-в'язкого матеріалу, при цьому матеріал втрачає структурну міцність і "Перетворюється в в'язку рідину, а після припинення механічного впливу матеріал знаходить структурну міцність. Явище тиксотропії використовують при віброущільненням бетонних і розчинних сумішей, при нанесенні містичних і фарбувальних складів шпателем або пензлем і т. д. викликати його руйнування (корозію). Ступінь руйнування залежить від багатьох чинників і насамперед від складу матеріалу його щільності. Корозійну стійкість оцінюють хімічним аналізом.
При невеликому модулі основності, коли в неорганічний матеріалі переважає кремнезем, спостерігається висока стійкість до кислот. Коли в складі неорганічного матеріалу переважають основні оксиди і модуль основності досить високий, то цей матеріал зазвичай нестійкий до кислот, але лугами не руйнується. Органічні матеріали (деревина, бітуми, пластмаси) при звичайних температурах щодо стійки до дії слабких кислот і лужного середовища. Однак значна частина будівельних матеріалів не володіє достатньою стійкістю до дії агресивного середовища і вимагає спеціального захисту від корозії.
Технологічні властивості будматеріалів
Технологічні властивості характеризують здатність матеріалу до сприйняття деяких технологічних операцій, що змінюють стан матеріалу, структуру його поверхні, які надають потрібну форму і розміри, і т. П. Такі технологічні властивості, як дробильність, распіліваемость, шліфуємость, гвоздімость і т. П., Мають важливе практичне значення, бо від них залежать якість і вартість готових виробів і конструкцій. Для оцінки технологічних властивостей деяких матеріалів розроблені числові показники і методи їх визначення (наприклад, дробильність кам'яних матеріалів, рухливість і легкоукладальність бетонних сумішей, покриваність барвистих складів і ін.). Для більшості ж матеріалів встановлено лише якісні характеристики технологічних властивостей.
