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

21693. Обучение контроллера: подход на основе прогнозируемой ошибки выхода 361.5 KB
  Шаг 1. read ; Шаг 2. {Обучение эмулятора} for := downto 0 do begin :=; ; end; Шаг 3. {Генерация управляющего входного сигнала} :=; или :=; :=; Шаг 4.
21694. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ 538.5 KB
  ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ В параллельной архитектуре нейронного управления нейронная сеть используется наравне с обычным ПИДрегулятором. Настройка выполняется таким образом чтобы выходной сигнал объекта управления как можно точнее соответствовал заданному опорному сигналу . Из этих примеров следует что даже если удастся разработать хорошую общую стратегию управления может возникнуть необходимость в её настройке с целью получения лучших практических результатов.
21695. ПРИЛОЖЕНИЯ НЕЙРОННОГО УПРАВЛЕНИЯ 453.5 KB
  Далее мы будем изучать примеры практического применения некоторых методов нейроуправления и не только нейроуправления для реальных систем. ПРИЛОЖЕНИЯ НЕЙРОННОГО УПРАВЛЕНИЯ В качестве реальной системы будем рассматривать систему управления температурой водяной ванны инвертированный маятник систему управления генератором в электрическом транспортном средстве и печь как многомерный объект управления со многими входами и выходами. Система управления температурой водяной ванны Система управления представляет собой регулятор температуры для...
21696. МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА 286 KB
  Вычисления соответствующие действиям нечёткого контроллера в системе управления температурой водяной ванны можно представить в виде следующего алгоритма: Шаг 1. Гн Омату рассматривает помимо нейросетевого и нечёткого управления ещё два способа управления водяной ванной. По результатам экспериментов из всех схем управления схема ПИД наиболее проста в реализации.
21697. Система стабилизации перевёрнутого маятника 668.5 KB
  Система стабилизации перевёрнутого маятника Перевёрнутый маятник представляет собой модель нестабильной системы управления сам маятник закреплён сверху на тележке которая может перемещаться вправо и влево в горизонтальной плоскости причём это перемещение является управляемым. Задача управления состоит в стабилизации маятника в вертикальном положении на возможно более продолжительное время. Цель управления состоит в том чтобы переместить тележку в позицию таким образом чтобы маятник оставался в вертикальном положении.
21698. Применение нейросетей для управления печью 145 KB
  В таких случаях целью управления является возможно более быстрое и плавное достижение требуемой температуры с последующим удерживанием её значения в заданных пределах. Система управления печью разработана японской фирмой Omron Inc. Структурная схема системы управления печью В состав системы управления входит модуль датчиков плата параллельного интерфейса вводавывода компьютер NEC PC9801F и исполнительное устройство.
21699. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕЛЛЕКТА 198.5 KB
  Более простое и пожалуй более понятное базовое определение интеллекта даёт доцент Днепропетровского национального университета Алексей Дубинский. Способность это мера интеллекта. Измеряется величиной интеллекта.
21700. ЦЕЛИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА 152.5 KB
  При этом все объекты делятся на порядки и объект более высокого порядка может управлять только объектом более низкого порядка т. Из теории объектов следует что все программы объекты одного порядка а значит не существует программы которая могла бы генерировать другие программы. Точнее три порядка и три подпорядка третьего порядка. Итак объекты 1го порядка это материальные носители данных.
21701. ТЕОРИЯ ОБЪЕКТОВ 431 KB
  его модификации отражающие некоторые значимые конструктивные отличия объектов одного порядка порядок. Из приведённого выше определения следует что Вселенная это объект Мира более низкого порядка. 2 Объект более высокого порядка полностью включает в себя все свойства объекта низшего порядка в том числе и в потенциальной форме. Следует заметить что свойства объекта низшего порядка могут быть полностью равны свойствам объекта высшего порядка и они при этом не сольются поскольку в результате наличия у объекта более высшего порядка...