Шпаргалка по "Материаловедению"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Морозостойкость строительных материалов. Методика определения. Критерии морозостойкости. Марка морозостойкости. Влияние структуры материала на морозостойкость.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности. Основная причина разрушения материала под действием низких температур — расширение воды, заполняющей поры материала, при замерзании. Морозостойкость зависит главным образом от структуры материала: чем выше относительный объём пор, доступных для проникновения воды, тем ниже морозостойкость.

Низкая  морозостойкость- разрушение асфальтового покрытия тротуара — 5 лет эксплуатации

Наиболее  часто используется обозначение: «F»  с цифрами от 50 до 1000 (пример — F200), означающими количество циклов замерзания-оттаивания. См. также: Зоны морозостойкости.

Морозостойкость — один из важнейших показателей качества бетона, кирпича и других строительных материалов, обеспечение которых особенно важно для России в связи с ее географическим положением и климатическими условиями. Сотни тысяч конструкций из различных строительных материалов находятся на открытом воздухе, увлажняются при действии природных факторов, подвергаются многократному замораживанию и оттаиванию. Конструкции из неморозостойкого материала со временем теряют несущую способность, подвергаются поверхностному износу и получают различного рода повреждения.

Почему повсеместно встречаются  морозные повреждения деталей строений, почему крошатся и рассыпаются на второй или третий год бордюры  и асфальт на дорогах, бетонные ступени, балконные плиты, брусчатка тротуаров, кирпич и другие конструкции и  материалы? Причиной преждевременного разрушения изделий является их низкая морозостойкость или, говоря техническим  языком, несоответствие марки по морозостойкости  требованиям нормативных документов. Маркой по морозостойкости является количество циклов попеременного замораживания  и оттаивания насыщенных водой образцов без нарушений целостности и  изменения прочности. Кирпич и бетон  по-хорошему должны без видимых разрушений служить не менее 100 лет.

Изделия с недостаточной морозостойкостью появляются при нарушении изготовителем  регламента и технологии изготовления и отсутствии текущего контроля морозостойкости.

Например, для  бетона обеспеченной морозостойкости  решающими факторами кроме расхода  цемента являются: водоцементное  отношение, вид цемента, условия  твердения бетона, наличие воздухововлекающих добавок и др.

 

 

Морозостойкость строительных материалов: свойство насыщенного водой материала  выдерживать попеременное замораживание  и оттаивание. Количественно морозостойкость  оценивается маркой. За марку принимается  наибольшее число циклов попеременного  замораживания до −20 °C и оттаивания при температуре 12-20 °C, которое выдерживают  образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15 %; после  испытания образцы не должны иметь  видимых повреждений — трещин, выкрашивания (потери массы не более 5 %

 

 

 

6. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение. Теплопроводность строительных материалов, зависимость ее от различных факторов  (плотности, влажности, пористости).

 

Теплофизические свойства

1. Теплопроводность — свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой. Формула Некрасова связывает теплопроводность λ [Вт/(м·С)] с объемной массой материала, выраженной по отношению к воде: λ=1,16√(0,0196 + 0,22γ2)-0,16. При повышении температуры теплопроводность большинства материалов возрастает. R — термическое сопротивление, R = 1/λ.

Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному, что является следствием второго закона термодинамики

Виды  теплообмена

Всего существует три простых (элементарных) вида передачи тепла:

• Теплопроводность
• Конвекция явление переноса теплоты в жидкостях или газах, или сыпучих средах потоками вещества. Существует т. н. естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова. При некоторых условиях процесс перемешивания самоорганизуется в структуру отдельных вихрей и получается более или менее правильная решётка из конвекционных ячеек.

Тепловое излучение передача энергии от одних тел к другим в виде электромагнитных волн за счёт их тепловой энергии. Тепловое излучение в основном приходится на инфракрасный участок спектра, т.е на длины волн от 0,74 мкм до 1000 мкм. Отличительной особенностью лучистого теплообмена является то, что он может осуществляться между телами, находящимися не только в какой-либо среде, но и вакууме.

Примером теплового  излучения является свет от лампы накаливания.

Теплопроводность теплоизолирующих материалов зависит от их плотности  пористости, структуры и формы  пор, температуры, влажности, фазового состава влаги и других факторов. Для большинства строительных материалов, имеющих воздушные поры-пустоты, коэффициент теплопроводности находится  в прямой зависимости от их объемной массы. На практике удобно судить о  теплопроводности материала по его  плотности (рис. 9 и 10). Известна формула  В. П. Некрасова, связывающая теплопроводность с относительной плотностью каменного  материала d:

Х= 1,1б\/0,0196 + 0,22(12-0,16)

Закон изменения теплопроводности сухих строительных материалов в  зависимости от их температуры обычно близок к линейному (рис. 9, фрагмент Б). Увеличение количества мелких и  замкнутых пор всегда существенно  понижает теплопроводность материала. В крупных порах, а особенно в  сообщающихся между собой, возникают  конвективные потоки воздуха, снижающие  теплоизолирующий эффект пористости. По мере уменьшения общей плотности  материала количество крупных пор  обычно увеличивается, и теплопроводность уменьшается. Заметную роль играет не только общая пористость, но и форма, размер и ориентация пор, поскольку направление потока тепла и излучения внутри пор оказывает большое влияние на общую теплопроводность материала.

Влажностный режим в зданиях (сухой, нормальный, влажный и мокрый) в  условиях эксплуатации ограждающих  конструкций принимают в зависимости  от относительной влажности внутреннего  воздуха по таблице 9.

Влага, находящаяся в порах материала, меняет его теплопроводность. Во влажном  материале пустоты заполнены  водой, что увеличивает его теплопроводность, поскольку Я воды примерно в 20 раз  больше Я воздуха. При отрицательных  температурах теплопроводность влажных  строительных материалов определяется характером криогенных фазовых превращений  влаги и может быть выше или  ниже, чем в зоне положительных  температур. Это объясняется тем, что при отрицательной температуре  влага в межпоровом пространстве может не превращаться в лед, а  выпадать в виде инея, теплопроводность которого ниже чем у льда и воды. Когда влаги недостаточно для  заполнения крупных пор льдом, где  в первую очередь происходят криогенные фазовые превращения, теплопроводность материала снижается. Причем лед  сорбирует влагу из более мелких пор и тем самым как бы осушает  материал.

При большом влагосодержании материала  лед в его порах образует не вкрапления, а мостики холода, существенно  увеличивая теплопроводность материала. Зависимость теплопроводности некоторых  строительных материалов от их температуры  и влажности показана на рис. 11 и 12. При эксплуатации зданий передача тепла через ограждения происходит в нестационарных условиях и характеризуется  температуропроводностью материала  ограждающей конструкции. Характер зависимости температуропроводности теплоизоляционных строительных материалов от их температуры и влажности  аналогичен зависимости теплопроводности от этих параметров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Огнеупорность и огнестойкость различных строительных материалов. Влияние состава материала на огнеупорность и огнестойкость.

 

Огнеупорность — свойство материала  выдерживать длительное воздействие  высоких температур, не размягчаясь  и не деформируясь. Огнеупорными считают  материалы, выдерживающие температуру  более 1580 °С. Материалы, работающие в  температурном интервале 1350... 1580 °С, называют тугоплавкими, а при температуре  менее 1350 °С — легкоплавкими.Огнестойкость  — свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре. Основная характеристика строительных конструкций  в условиях пожара — степень огнестойкости, которая зависит от сгораемости  материала и предела огнестойкости  конструкции

Огнестойкость - способность материалов и изделий сохранять физико-механические свойства при воздействии огня и высоких температур (до 10000С)*, развивающихся в условиях пожара. У одних материалов (известняк, доломит, мрамор, органические материалы) воздействие огня вызывает химическое разложение, другие (алюминий) плавятся, третьи (сталь, гранит, мрамор) деформируются и разрушаются.

Огнестойкость конструкционных материалов характеризуется пределом

огнестойкости временем (ч) сопротивления  воздействию огня до потери прочности. Предел огнестойкости незащищенных стальных конструкций 0,5 ч. железобетонных 1- 2 ч, бетонных 2- 5 ч. Весьма высок предел огнестойкости у глиняного кирпича.

При оценке огнестойкости материалов следует учитывать совместное действие высокой температуры, воды и других жидкостей, применяемых для тушения  пожара, а также выделяющихся при  разложении в процессе сгорания из некоторых материалов химических веществ  и газов.

Строительные материалы подразделяются по степени огнестойкости на сгораемые, трудносгораемые и несгораемые.

Сгораемые материалы (древесные, битумные, дегтевые, большинство полимерных) под действием огня и высокой  температуры воспламеняются, горят  или тлеют, и процесс горения  продолжается после удаления источника  огня.

Трудносгораемые материалы (древесина, пропитанная огнезащитными составами, фибролит, высоконаполненные стеклопластики) под действием огня и высокой  температуры с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, процесс  горения происходит только при наличии  источника огня. Несгораемые материалы (естественные и искусственные неорганические материалы, металлы) в условиях пожара не воспламеняются, не тлеют, не обугливаются. При этом некоторые материалы  (глиняный кирпич, черепица, асбестоцементные материалы, большинство бетонов) практически не деформируются и не растрескиваются, другие - значительно деформируются (сталь) и даже разрушаются (гранит, мрамор, известняк).

Особую группу представляют огнезащищенные материалы, пониженная горючесть которых  достигается специальной обработкой (огнезащитой) поверхности материалов слоем несгораемого или трудносгораемого покрытия или введением в состав материала веществ (антипиренов), понижающих их горючесть.

Огнезащитные покрытия, наносимые на поверхность защищаемых материалов и элементов конструкций способом покраски, представляют собой многокомпонентные системы, состоящие из связующего (жидкое стекло, известь, фосфорброморганические полимеры, карбамидные и перхлорвиниловые смолы), наполнителя и пигмента и выполняющие одновременно функцию защитно-декоративной отделки.

Перспективно применение вспучивающихся составов, образующих при воздействии  огня закоксовавшийся пористый расплав, защищающий материал от дальнейшего  нагревания. Такие покрытия могут  защищать конструкции из дерева, металла  и армированных пластмасс. К этому  же способу защиты относятся несгораемые  облицовки (например, керамикой).

Огнезащитное действие антипиренов  основано на их химическом взаимодействии с защищаемыми материалами - древесиной, текстильными и некоторыми полимерными. При разложении некоторых антипиренов  под воздействием огня выделяются негорючие  газы. Для огнезащитной пропитки древесины  применяют смеси фосфорнокислого  и сернокислого аммония, буры и борной кислоты и др. В полимерные материалы (пенопласты, стеклопласты) при их производстве вводят вещества, содержащие хлор, бром, фосфор, замедляющие горение.

При проектировании несущих и ограждающих  конструкций зданий и сооружений различного назначения и выборе материалов для их отделки архитектор должен строго учитывать степень их огнестойкости  в соответствии с требованиями действующих  нормативных документов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Газо- и паропроницаемость. Капиллярная конденсация. Влияние структуры материала на газо- и паропроницаемость

 

Паропроницаемость и газопроницаемость — способность материала пропускать через свою толщу водяной пар или газы (воздух). Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропроницаемости, численно равным количеству водяного пара, проникающего через слой материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 с, и разностью парциальных давлений пара в 133,3 Па. Аналогичным коэффициентом оценивается и газопроницаемость (воздухопроницаемость). Эти характеристики определяются для комплексной оценки физических свойств строительного материала или при его специальном назначении. Материалы для стен жилых зданий должны обладать определенной проницаемостью (стена должна «дышать»), т. е. через наружные стены происходит естественная вентиляция. Наоборот, стены и покрытия влажных помещений необходимо защищать с внутренней стороны от проникновения в них водяного пара, особенно зимой, когда содержание пара внутри помещения значительно больше, чем снаружи, и пар, проникая в холодную зону ограждения, конденсируется, резко повышает влажность в этих местах. В ряде случаев необходима практически полная газонепроницаемость (емкости для хранения газов и др.).