ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ
ВОПРОСЫ
«МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»
- Классификация строительных материалов. Макроструктура, микроструктура, внутреннее строение. Состав и свойства строительных материалов.
В процессе
строительства, эксплуатации и ремонта зданий и сооружений строительные изделия
и конструкции из которых они возводятся
подвергаются различным физико-механическим,
физическим и технологическим воздействиям.
От инженера-строителя требуется со знанием дела правильно
выбрать материал, изделия или конструкцию
которая обладает достаточной стойкостью,
надёжностью и долговечностью для конкретных
условий.
Строительные
материалы и изделия, в соответствии
с теорией ИСК, делятся на:[1]
- Природные (естественные) — без изменения состава и внутреннего строения:
- неорганические (каменные материалы и изделия);
- органические (древесные материалы, солома, костра, камыш, лузга, шерсть, коллаген).
- Искусственные:
- Безобжиговые (твердение при нормальных условиях) и автоклавные (твердение при температуре 175—200 °C и давлении водяного пара 0,9-1,6 МПа):
- неорганические (клинкерные и клинкеросодержащие цементы, гипсовые, магнезиальные и др.);
- органические (битумные и дектевые вяжущие вещества, эмульсии, пасты);
- полимерные (термопластичные и термореактивные);
- комплексные:
- смешанные (смешения нескольких видов минеральных веществ);
- компаундированные (смеси и сплавы органических материалов);
- комбинированные (объединение минерального с органическим или полимерным).
- Обжиговые — твердение из огненных расплавов:
- шлаковые (по химической основности шлака);
- керамические (по характеру и разновидности глины и др. компонентов);
- стекломассовых (по показателю щелочности шихты);
- каменное литье (по виду горной породы);
- комплексное (по виду соединяемых компонентов, например: шлакокерамические, стеклошлаковые).
По применению
классифицируются на две основные категории.
К первой категории относят —
конструкционные: кирпич, бетон, цемент, лесоматериалы и др. Их применяют
при возведении различных элементов зданий
(стен, перекрытий, покрытий, полов). Ко
второй категории — специального назначения:
гидроизоляционные, теплоизоляционные,
акустические, отделочные и др.
Не меньшее влияние на свойства
материала оказывают его макро-
и микроструктура и внутреннее строение
веществ, составляющих материал, на молекулярно-ионном
уровне.
Макроструктура материала — строение,
видимое невооруженным глазом или при
небольшом увеличении. Микроструктура материала
— строение, видимое под микроскопом.
Внутреннее строение вешаете изучают
методами рентгеноструктурного анализа,
электронной микроскопии и т. д.
Состав. Для прогнозирования
свойств строительных материалов прежде
всего необходимо знать их химический,
минеральный состав и структуру.
Химический состав строительных
материалов позволяет судить о прочности,
огнестойкости, биостойкости и других
свойствах материалов. Химический состав
неорганических вяжущих материалов (гипса,
извести, цемента и др.) и естественных
каменных материалов, как правило, выражают
содержанием (в %) в них оксидов. Основные
и кислотные оксиды химически связаны
и образуют минералы, которые характеризуют
многие свойства материала.
Минеральный состав показывает, какие
минералы и в каком количестве содержатся
в природном каменном материале или минеральном
вяжущем. Например, известняк состоит
из одного минерала - кальцита, а гранит
— из нескольких минералов.
Фазовый состав и фазовые переходы
воды, находящиейся в порах материала,
влияют на его свойства. В материале выделяют
твердые вещества, образующие стенки пор,
т. е. "каркас", и поры, наполненные
воздухом или водой. Изменение содержания
воды и ее состояния меняет свойства материала.
Так, вода, замерзая в порах материала
и увеличиваясь в объеме, вызывает в материале
внутренние напряжения, которые могут
привести к его разрушению.
Свойство — характеристика
материала, проявляющаяся в процессе его
обработки, применении или эксплуатации
Свойства строительных
материалов и изделий классифицируют
на четыре основные группы: физические,
механические, химические, технологические
и др.
К химическим относят
способность материалов сопротивляться
действию химически агрессивной
среды, вызывающие в них обменные
реакции приводящие к разрушению
материалов, изменению своих первоначальных
свойств: растворимость, коррозионная
стойкость, стойкость против гниения,
твердение.
Физические свойства:
средняя, насыпная, истинная и относительная
плотность; пористость,
влажность, влагоотдача, теплопроводность.
Механические свойства:
пределы прочности при сжатии,
растяжении, изгибе, сдвиге, упругость,
пластичность, жёсткость, твёрдость.
Технологические свойства:
удобоукладываемость, теплоустойчивость,
плавление, скорость затвердевания
и высыхания.
- Стандартизация, унификация и индустриализация в области строительных материалов.
Стандартизация - это
мероприятия связанные с установлением
и применением правил с целью
упорядочения деятельности в определенной
области на пользу и при участии
всех заинтересованных сторон и, в частности,
для достижения всеобщей оптимальной
экономии при соблюдении условий
эксплуатации и требований безопасности.
Стандартизация применяется для
установления единиц измерений, терминов
и обозначений, требований к продукции
и производственным процессам, требований,
обеспечивающих безопасность людей
и сохранность материальных ценностей.
Стандарт - это документ,
результат конкретной работы по стандартизации,
выполненной на основе достижений науки,
техники и практического опыта,
а также принятый и утвержденный
компетентной организацией. Основными
задачами стандартизации являются:
- установление требований к качеству готовой продукции на основе комплексной стандартизации качественных характеристик данной продукции, а также сырья, материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий, необходимых для ее изготовления с высокими показателями качества и эффективной эксплуатации;
- определение единой системы показателей качества продукции, методов и средств ее испытания и контроля, а также необходимого уровня надежности и долговечности в зависимости от назначения изделий и условий их эксплуатации;
- установление норм, требований и методов в области проектирования и производства продукции с целью обеспечения оптимального качества и исключения нерационального многообразия видов, марок и типоразмеров продукции, расширение и улучшение ассортимента, повышение качества товаров широкого потребления;
- развитие унификации и агрегирования промышленной и строительной продукции, оборудования и приборов как важнейшего условия специализации производства, комплексной механизации и автоматизации производственных процессов.
Стандартизация, как правило, должна
сопровождаться максимальной унификацией.
Унификация — рациональное сокращение
числа общих параметров зданий и
сооружений, типоразмеров конструкций,
деталей и оборудования. Унификация
обеспечивает приведение к единообразию
и сокращение числа основных объемно-планировочных
размеров здания (высот этажей, пролетов
перекрытий, размеров оконных и дверных
проемов и пр.) и, следовательно, к
единообразию размеров и форм конструктивных
элементов заводского изготовления.
- Унификация позволяет при массовом серийном изготовлении однотипных изделий и деталей снизить их стоимость и упростить монтаж. Обеспечивается также взаимозаменяемость элементов частей зданий, т. е. создается возможность замены одного элемента другим без изменения принятых по проекту размеров частей здания. Достигается возможность при использовании одного и того же проекта применять в зависимости от местных условий различные варианты конструктивных решений.
. Цель И. с. — повышение
производительности труда, замена ручного
труда машинным, ускорение темпов строительства
и ввода в действие объектов, снижение
их стоимости и повышение качества. И.
с. — главное направление научно-технического
прогресса в строительстве. Повышение
уровня И. с. основано на широком применении
сборных крупноразмерных элементов с
высокой степенью заводской готовности,
при котором строительное производство
превращается в механизированный, поточный
процесс сборки и монтажа зданий и сооружений
из конструкций и деталей, изготовленных
на заводах.
- Истинная, средняя и насыпная плотности. Пористость и пустотность строительных материалов. Расчетные формулы, методика определения и влияние этих показателей на другие свойства строительных материалов.
- Истинная плотность ρ — масса единицы объёма материала в абсолютно плотном состоянии. ρ =m/Va, где Va объём в плотном состоянии. [ρ] = г/см³; кг/м³; т/м³. Например, гранит, стекло и другие силикаты практически абсолютно плотные материалы. Определение истинной плотности: предварительно высушенную пробу измельчают в порошок, объём определяют в пикнометре (он равен объёму вытесненной жидкости).
- Средняя плотность ρm=m/Ve — масса единицы объёма в естественном состоянии. Средняя плотность зависит от температуры и влажности: ρm=ρв/(1+W), где W — относительная влажность, а ρв — плотность во влажном состоянии.
- Насыпная плотность (для сыпучих материалов) — масса единицы объёма рыхло насыпанных зернистых или волокнистых материалов.
- Пористость П — степень заполнения объёма материала порами. П=Vп/Ve, где Vп — объём пор, Ve — объём материала. Пористость бывает открытая и закрытая.
Открытая
пористость По — поры сообщаются с
окружающей средой и между собой,
заполняются водой при обычных
условиях насыщения (погружении в ванну
с водой). Открытые поры увеличивают
проницаемость и водопоглощение
материала, снижают морозостойкость.
Закрытая
пористость Пз=П-По. Увеличение закрытой
пористости повышает долговечность
материала, снижает звукопоглощение.
Пористый
материал содержит и открытые, и
закрытые поры
От
пористости материалов зависят средняя
плотность, водопоглощение, прочность,
теплопроводность, морозостойкость
и другие свойства.
Сыпучие и рыхлые материалы (песок, молотый
мел, цемент, шлак) кроме пор имеют пустоты.
Пустоты — это заполненное воздухом пространство
между частицами материала, находящегося
в насыпном состоянии.
Пустотность — отношение суммарного объема
пустот в рыхлом материале ко всему объему,
занимаемому этим материалом. Для численного
выражения пустотности необходимо знать
плотность и насыпную плотность материала
- Влажность, водопоглощение, водонепроницаемость строительных материалов. Расчетные формулы, методика определения и влияние этих показателей на другие свойства строительных материалов.
Гидрофизические свойства
- Водопоглощение пористых материалов определяют по стандартной методике, выдерживая образцы в воде при температуре 20±2 °C. При этом вода не проникает в закрытые поры, то есть водопоглощение характеризует только открытую пористость. При извлечении образцов из ванны вода частично вытекает из крупных пор, поэтому водопоглощение всегда меньше пористости. Водопоглощение по объёму Wo
(%) — степень заполнения объёма материала водой: Wo=(mв-mc)/Ve*100, где mв — масса образца материала, насыщенного водой; mc — масса образца в сухом состоянии. Водопоглощение по массе Wм (%) определяют по отношению к массе сухого материала Wм=(mв-mc)/mc*100. Wo=Wм*γ, γ — объемная масса сухого материала, выраженная по отношению к плотности воды (безразмерная величина). Водопоглощение используют для оценки структуры материала с помощью коэффициента насыщения: kн = Wo/П. Он может меняться от 0 (все поры в материале замкнутые) до 1
(все поры открытые). Уменьшение kн говорит о повышении морозостойкости.
- Водопроницаемость — это свойство материала пропускать воду под давлением. Коэффициент фильтрации kф (м/ч — размерность скорости) характеризует водопроницаемость: kф=Vв*а/[S(p1-p2)t], где kф=Vв — количество воды, м³, проходящей через стенку площадью S
= 1 м², толщиной а = 1 м за время t =
1ч при разности гидростатического давления на границах стенки p1 — p2
= 1 м вод. ст.
- Водонепроницаемость материала характеризуется маркой W2; W4; W8; W10;
W12, обозначающей одностороннее гидростатическое давление в кгс/см², при котором бетонный образец-цилиндр не пропускает воду в условиях стандартного испытания. Чем ниже kф, тем выше марка по водонепроницаемости.
- Водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения kp = Rв/Rс, где Rв — прочность материала насыщенного водой, а Rс — прочность сухого материала. kp меняется от 0 (размокающие глины) до 1
(металлы). Если kp меньше 0,8, то такой материал не используют в строительных конструкциях, находящихся в воде.
- Влажностные деформации. Пористые материалы при изменении влажности меняют свой объём и размеры. Усадка — уменьшение размеров материала при его высыхании. Набухание происходит при насыщении материала водой.