835

Стандартизация свойств. Физические, механические, физико-химические свойства

Лекция

Производство и промышленные технологии

Стандартизация свойств. Марки материалов. Физическое состояние строительных материалов. Свойства материалов по отношению к различным физическим воздействиям. Способность материала поглощать водяные пары из воздуха. Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР).

Русский

2013-01-06

81.93 KB

13 чел.

Лекция 2. Стандартизация свойств. Физические, механические, физико-химические свойства СМ. Долговечность и надежность

2.1. Стандартизация свойств. Марки материалов

Свойства материалов оценивают количественно – по числовым показателям, устанавливаемым по специальным методикам, предусмотренным государственными стандартами и техническими условиями (ДСТУ, ТУ). Основные положения строительного проектирования, производства строительных работ и требования к строительным материалам и изделиям регламентируется державными будивельными нормами (ДБН), обязательными для всех организаций и предприятий.

В стандартах и ДБНах требования к свойствам материалов выражены в виде марок и классов этих материалов. Деление на марки обычно осуществляется по показателю основного свойства материала, зависящего от условий его эксплуатации в сооружении. Деление на марки по прочности является основным для материалов и изделий, из которых изготавливаются несущие конструкции. ДБН устанавливает единую шкалу марок (классов) по пределу прочности на сжатие (МПа) 0,4:0,7:1,0:1,5:2,5:5,0 – 100. Для теплоизоляционных материалов таким признаком является средняя плотность , для материалов гидротехнических сооружений – морозостойкость (количество циклов) и т.д.

2.2. Физические свойства

Физическое состояние строительных материалов достаточно полно характеризуется средней и истинной плотностью, пористостью.

2.2.1. Истинная плотность

Истинная плотность - плотность материала без пор и пустот (), определяемая как отношение массы материала к объему без учета пор, пустот и полостей:

,     (2.1)

где:

- масса порошка материала;

- объем порошка (материала).

Истинная плотность справочная величина (гранит – ; бетон ; керамический кирпич ).

2.2.2. Средняя плотность

Средняя плотность - плотность образца материала с порами и пустотами (в естественном состоянии). Единицы измерения те же, что и для истинной плотности:

,     (2.2)

где:

- масса материала;

- объем материала с порами и пустотами.

Средняя плотность некоторых материалов: гранит – ; тяжелый бетон ; керамический кирпич .

Средняя плотность материала – важная характеристика при расчете прочности сооружения с учетом собственного веса, для определения способа и стоимости перевозки материала, для расчета складов и подъемно-транспортных механизмов. По величине средней плотности косвенно судят о некоторых других свойствах материала.

2.2.3.Насыпная плотность

Насыпная плотность - плотность материала в насыпном состоянии. Единицы измерения те же, что и для истинной плотности:

,     (2.3)

где:

- масса насыпного объема материала;

- насыпной объем материала.

Насыпную плотность определяют для сыпучих материалов (песка, щебня, цемента и т.п.). В ее величине отражается не только влияние пор в каждом зерне, но и межзерновых пустот в рыхлонасыпном объеме материала.

  1.  Относительная плотность

В ряде случаев используют понятие относительная плотность - отношение средней плотности материала к плотности жидкости, как правило, воды при . Относительная плотность безразмерная величина:

.     (2.4)

  1.  Пористость

Пористость – относительная величина, показывающая, какая часть объема материала занята внутренними порами размером не более 1…3 мм. Единицы измерения: доли единицы, %:

    (2.5);

  (2.6).

С пористостью материала связаны такие физические показатели:

  1.  прочность,
  2.  водопоглощение,
  3.  морозостойкость,
  4.  теплопроводность и т.д.

Поры могут быть закрытыми (недоступными для заполнения водой) и открытыми.

Свойства материалов по отношению к различным физическим воздействиям.

2.2.6. Гигроскопичность

Гигроскопичность – это способность материала поглощать водяные пары из воздуха.

2.2.7. Капиллярное смачивание

Капиллярное смачивание пористых материалов происходит за счет поднятия уровня влаги в капиллярах, когда частицы материала (конструкции) находятся в воде (пример – грунтовые воды при отсутствии гидроизоляции приводит к замачиванию нижних частей здания). Капиллярное смачивание характеризуется высотой поднятия воды, объемом поглощенной воды и интенсивностью смачивания.

2.2.8. Водопоглощение.

Водопоглощение свойство материала поглощать и удерживать воду при непосредственном с ней соприкосновением, %:

;     (2.5)

,     (2.6)

где:

- плотность воды;

- масса образца соответственно в насыщенном водой и сухом состоянии, г.

2.2.10. Влажность

Влажность – отношение содержания воды в материале к массе сухого материала в естественных условиях, %:

,     (2.7)

где:

- масса водонасыщенного материала;

- масса сухого материала.

2.2.11. Водостойкость

Водостойкость – способность материала сохранять прочность при временном или постоянном увлажнении. Численной характеристикой водостойкости является коэффициент размягчения , который изменяется от нуля (материал полностью размокает) до единицы. При материал считают водостойким:

,     (2.8)

где:

- предел прочности при сжатии водо-насыщенного и сухого материала, соответственно.

2.2.12. Влагоотдача

Влагоотдача – это способность материала отдавать воду с изменением температуры и влажности окружающей среды. Эта способность характеризуется интенсивностью потери влаги за сутки при относительной влажности окружающей среды 60% и .

2.2.13. Водопроницаемость

Водопроницаемость – это способность материала пропускать сквозь себя воду при определенном гидростатическом давлении. Она характеризуется коэффициентом фильтрации , который определяется по закону Дарси:

,    (2.9)

где - скорость фильтрации, ;

- градиент напора (падение напора на единицу длины);

- объем воды, который просочился сквозь материал;

- толщина материала, м;

- площадь, м2;

- время, сек.;

- разница гидростатического давления.

2.2.14. Паропроницаемость

Паропроницаемость – это способность материала пропускать водяной пар при наличии разности давления возле поверхности раздела. Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропроницаемости , и он определяется:

.     (2.10)

В формуле (2.10) обозначения см. формулу (2.9). Для тяжелого бетона – 1,210-8; для керамического кирпича 2,2410-8.

2.2.14. Гидрофильность

Гидрофильность – способность материала связывать воду и смачиваться водой. Мерой смачиваемости является угол , который образуется каплей жидкости на твердой поверхности. Для гидрофильных материалов угол острый: .

2.2.15. Гидрофобность

Гидрофобность – это способность материала не смачиваться водой (отталкивать воду) . К гидрофобным матрериалам относятся парафин, жирные мастики, битум. Процесс придания поверхности гидрофильным материалам способности отталкивать воду (т.е. гидрофобности) называется гидрофобизацией и достигается обработкой ПАВ. Она способствует повышению водопроницаемости, водо- и морозосойкости.

2.2.16. Деформации набухания и усадки

Данные деформации – это способность материала изменять свой объем, происходящий при смене влажности, что может привести к структурным напряжениям в материале.

Свойства материала при насыщении водой увеличиваться в объеме называется набуханием (глина, древесина).

С уменьшением влажности (высыханием) некоторые материалы дают усадку, т.е. уменьшаются в объеме и размерах, что может вызвать появление трещин (кирпия-сырец, бетон).

Эту особенность необходимо учитывать, выбирая условия хранения и применения в строительстве таких материалов.

2.2.17. Морозостойкость

Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многоразовое попеременное замораживание и оттаивание без уменьшения прочности при сжатии и потерь массы в нормальных условиях.

Марка по морозостойкости характеризуется оптимальным числом циклов замораживания – оттаивания, которое выдерживает исследуемый материал. Например, кирпич керамический выпускают марок F15, F25, F35, F50 (цифры обозначают число циклов).

Наиболее морозостойкие материалы – плотные материалы с низким водопоглащением, однородные по структуре.

Коэффициент насыщения пор водой - отношение водопоглощения по объему к пористости. Позволяет оценить структуру материала. Изменяется от нуля (все поры замкнутые) до единицы (все поры открыты, т.е. ):

.     (2.11).

Морозостойкость – свойство материала, насыщенного водой, выдерживать многократное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и снижения прочности. Материал считают выдержавшим испытания, если потеря массы образцов составляет не более 5 %, а прочность снижается не более чем на 15 %. Косвенно характеризуется коэффициентом насыщения . При менее 0,8 материал морозостоек.

2.2.18. Теплопроводность

Теплопроводность – это способность материала передавать теплоту от одной поверхности к другой при наличии разницы температур на этих поверхностях. Характеризуется количеством теплоты (Дж), проходящей через материал толщиной 1 м площадью 1 м2 в течение 1 с при разности температур на противоположных поверхностях материала . Из всех природных и искусственных материалов воздух имеет наименьшую теплопроводность .

Значение зависит от степени пористости и характера пор, структуры, влажности, температуры, а также от вида материала. Наибольшее влияние на теплопроводность оказывает пористость.

Строительные материалы с мелкими и закрытыми порами меньше теплопроводны. Материалы с большими и соединенными между собой порами, характеризуются более высокой теплопроводностью (возникает движение воздуха, конвекция).

Для приблизительного определения теплопроводности для материалов минерального происхождения существует эмпирическая формула В.П. Некрасова:

,   (2.12)

где - - относительная плотность.

Теплопроводность учитывается при теплотехнических расчетах толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий. Она связана с термическим сопротивлением :

,      (2.13)

где  - термическое сопротивление однослойной ограждающей конструкции, ;

- толщина стенового материала, м.

От значения термического сопротивления зависят толщина наружных ограждающих конструкций и затраты на отопление здания.

Для гранита ; тяжелого бетона – 1,1…1,5; керамического кирпича 0,7…0,8.

2.2.19. Теплоемкость

Способность материала в момент нагревания аккумулировать (поглощать) теплоту. Она характеризуется удельной теплоемкостью – количеством теплоты, необходимой для нагревания единицы массы на :

,     (2.14)

где - - количество теплоты, необходимой для нагревания материала, Дж;

- масса материала, кг;

- соответственно конечная и начальная температура, .

Для жилых и отапливаемых зданий выбирают материал с небольшой, но более высокой, чем удельная, теплоемкостью .

Например, удельная теплоемкость каменных природных и искусственных материалов составляет 0,76…0,92 , сухой древесины 2,7…3,0. Поэтому древесные стены аккумулируют больше теплоты, чем каменные, а спустя некоторое время отдают ее в середину помещения.

2.2.20. Теплостойкость

Способность материала выдерживать нагревание до определенной температуры (ниже, чем температура плавления) без перехода в пластическое состояние. Так, например, битумы размягчаются при , стекло - .

Важно знать значение теплоемкости – оно необходимо для того, чтобы определить температурные режимы эксплуатации строительных материалов.

2.2.21. Термическая стойкость

Способность материала выдерживать попеременное нагревание и охлаждение (полный цикл) без разрушения.

Термическая стойкость – зависит от степени однородности материала, его природы и значения коэффициента температурного расширения. Причем, чем последний меньше, тем выше термическая стойкость материала.

Термически стойкие материалы – шамот, базальт, клинкер. Термически не стойкие – кварц, гранит, стекло.

2.2.22. Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР)

Характеризует удлинение материала при нагревании его на . Чем меньше КЛТР и выше однородность материала, тем выше его термическая стойкость. При жестком соединении материалов, с различным КЛТР, в конструкциях могут возникать большие напряжения и, как результат, – локальные деформации и разрушение. Во избежание этого конструкции большой протяженности разрезают деформационными швами.

2.2.23. Огнестойкость

Способность материала выдерживать воздействие высоких температур или огня и воды (во время пожаров), не разрушаясь. По степени огнестойкости строительные материалы делят на три группы:

  1. Не горючие – это материалы, которые под действием огня или высоких температур не горят, не тлеют и не обугливаются (минеральные ваты);
  2. Тяжело горючие – материалы, которые под действием огня или высоких температур слегка горят, тлеют и обугливаются, а когда отдаляется источник огня, эти процессы прекращаются (асфальтобетон);
  3. Горючие – материалы, которые под действием огня или высоких температур горят или тлеют. Это явление продолжается и тогда, когда устранен источник огня (древесина).

Граница огнестойкости характеризуется промежутком времени от начала горения до образования в конструкции предельного состояния (несущей способности, появление трещин).

2.2.24. Огнеупорность

Способность материала выдерживать длительное действие высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. Используется это при возведении печей, труб, котельных.

В зависимости от максимальных температур эксплуатации эти материалы делятся на:

  1. огнестойкие, выдерживающие (шамот);
  2. тугоплавкие, работающие в интервале ;
  3. легкоплавкие, их огневыносливость менее (керамический кирпич).

2.2.25. Жаростойкость

Способность материала выдерживать длительное нагревание до без потери или с частичной потерей прочности. К жаростойким материалам относят кирпич, жаростойкий бетон, сталь.

2.2.26. Акустические свойства

Свойства, связанные с взаимодействием материала и звука. Звукопроводность – способность материала проводить звук через свою толщу. Звукопоглощение – способность материала поглощать и отражать падающий на него звук.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9518. Психологічні теорії пам’яті 25 KB
  Психологічні теорії памяті Психологічні теорії підкреслюють роль обєкта або активність субєкта у формуванні процесів памяті. Асоціативний напрям в основу психічних утворень кладе звязок. Якщо певні психічні утворення ви...
9520. Критерии психики, как особенной формы отображения 24.5 KB
  Критерии психики , как особенной формы отображения Психическое отражение это отражение объективного мира в его связях и отношениях. Психическое отражение не является зеркальным, механически пассивным копированием мира (как зеркало или фотоаппарат), ...
9521. Интеллектуальная форма регуляции деятельности 26 KB
  Интеллектуальная форма регуляции деятельности Предпосылкой и основой развития интеллекта животных является манипулирование, причём прежде всего с биологически нейтральными объектами. В ходе манипулирования происходит наиболее глубокое ...
9522. Сравнительный анализ этологии, зоопсихологии, поведенческой экологии 23 KB
  Сравнительный анализ этологии, зоопсихологии, поведенческой экологии Этология. Проблемы: эволюция поведения и его функционированое значения. Методы: наблюдение. Зоопсихология. Проблемы: развитие и проксимальные механизмы поведения, восприятия. Метод...
9523. Подходы к рассмотрению развития психики в филогенезе 24 KB
  Подходы к рассмотрению развития психики в филогенезе В качестве объективного критерия психики А.Н.Леонтьев предложил рассматривать способность живых организмов реагировать на нейтральные биотические воздействия. Выделение стадий развития психики по ...
9524. Экологическая валидность в зоопсихологических исследованиях 25 KB
  Экологическая валидность в зоопсихологических исследованиях Термин, первоначально введенный Эгоном Брунсвиком для обозначения степени, в которой дистальные и проксимальные стимулы ковариируют. Он полагал, что главной операцией восприятия является на...
9525. Сообщество. Условия его существования 24.5 KB
  Сообщество. Условия его существования Сообщество - это стабильная группа особей, члены которой поддерживают интенсивную коммуникацию и находятся в некоторых постоянных отношениях друг с другом. Сообщества имеют разную структуру: Же...
9526. Ритуализация поведения 23.5 KB
  Ритуализация поведения Ритуализация представляет собой эволюционный процесс, в результате которого какая-либо форма поведения изменяется таким образом, что либо становится сигналом, используемым для общения, либо усиливает свою эффективность в качес...