Загальні технічні властивості будівельних матеріалів

Ананьївський Аграрно-Економічний  Технікум

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

На тему:

«Загальні технічні властивості будівельних матеріалів»

 

 

 

 

Роботу виконав

Студент 13 групи

Балабан Владислав

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

План:

 

1. Фізичні властивості;
2. Механічні властивості;
3. Хімічні властивості
4. Технологічні властивості.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для виконання функціонального  призначення у спорудах матеріали  повинні мати необхідні властивості. Під властивостями розуміють  здатність матеріалів певним чином  реагувати на вплив окремих або  сукупних зовнішніх чи внутрішніх факторів (механічних, фізичних, хімічних, біологічних та ін.). Тому, обираючи певний матеріал з урахуванням умов експлуатації та призначення об’єкта, треба правильно визначити його властивості й всебічно оцінити їх.

Для оцінки властивостей будівельних матеріалів їх піддають різним випробуванням у лабораторіях, використовуючи для цього спеціальні прилади, механізми й вимірювальну апаратуру. Порівнюючи одержані показники з відповідними величинами, встановленими нормативними документами (стандартами, технічними умовами, будівельними нормами), роблять висновок про технічну можливість, а враховуючи економічні показники, і економічну доцільність використання даного будівельного матеріалу в конкретних умовах.

Усі властивості будівельних матеріалів за сукупністю ознак поділяють на фізичні, механічні, хімічні й технологічні.

1.Фізичні властивості;

Фізичні властивості  характеризують особливості фізичного  стану матеріалу, а також його здатність реагувати на зовнішні фактори, що не впливають на хімічний склад матеріалу.

До фізичних властивостей матеріалів належать: істинна та середня  густина, пористість, вологість, водопоглинення, водопроникність, морозостійкість  та ін.

Істинна густина  ρ – це маса одиниці об’єму матеріалу в «абсолютно» щільному стані (без пор, пустот), найчастіше її визначають у г/см³ або кг/м³.

Істинну густину визначають за формулою:

ρ = m_с / V_а .

Середня густина ρ_о - це маса одиниці об’єму матеріалу в природному стані (разом з порами, пустотами), найчастіше її визначають у г/см³ або кг/м³. 
Для визначення середньої густини масу випробовуваного матеріалу знаходять зважуванням, а об’єм для зразків правильної геометричної форми – звичайним вимірюванням, неправильної форми – в об'ємомірі за об’ємом витісненої інертної рідини. Середню густину сипких матеріалів (цементу, вапна, піску, щебеню, гравію тощо) називають насипною густиною.

Насипна густина ρ_н – це відношення маси сипкого матеріалу до його об’єму, включаючи простір між пластинками.

Середня густина залежить від хімічного  й мінералогічного складів матеріалу, але більшою мірою – від розміру й кількості пор і пустот. З підвищенням вологості показник ρ_н збільшується. Середня густина має велике практичне значення для виконання різних розрахунків (обсягів транспортування, складування матеріалів, міцності конструкцій). Вона тісно пов’язана з іншими властивостями будівельних матеріалів, що дає змогу визначати доцільні галузі їхнього використання у будівництві.

У ряді випадків використовують поняття  відносної густини d, тобто відношення середньої густини матеріалу до густини стандартної речовини (наприклад, води, для якої ρ_в = 1000 кг/м³. Відносну величину використовують для визначення орієнтовної теплопровідності, коефіцієнта конструктивної якості.

Пористість П – це ступінь заповнення об’єму матеріалу порами. ЇЇ виражають у відсотках або в частках одиниці (коли загальний об’єм матеріалу приймають за одиницю). 
Пористість визначають за формулою:

П = (ρ - ρ_о )/ ρ.

З пористістю пов’язані  такі технічні властивості матеріалу, як міцність, водопоглинання, морозостійкість, теплопровідність тощо. Крім кількості пор у матеріалі, на його властивості істотно впливає характер пористості. Пори можуть бути закритими, тобто недоступними для заповнення водою, і відкритими.

Будівельні матеріали навіть із значною пористістю, але з невеликими або переважно закритими порами мають невелике водопоглинання і значну морозостійкість, тоді як матеріали з таким самим числовим показником пористості, але з відкритими порами не можуть застосовуватися у місцях з високою вологістю.

Пустотність характеризується наявністю порожнин (пустот) у будівельних виробах або між зернами в сипких матеріалах і визначається у відсотках від загального об’єму виробу або матеріалу. Пустотність можна обчислити за тими самими формулами, що й пористість.

Водопоглинання – властивість матеріалу вбирати й утримувати в собі воду. Щоб визначити водопоглинання, зразок матеріалу занурюють у воду й витримують до досягнення ним сталої маси. Повне водонасичення матеріалу досягається його кип’ятінням з наступним охолодженням у воді або під вакуумом.

Водопоглинання за масою визначають як відношення кількості поглинутої води до маси сухого матеріалу. Водопоглинання за об’ємом характеризується ступенем наповненості пор матеріалу водою  при насиченні, виражається відношенням об’єму поглинутої води до об’єму матеріалу в природному стані.

Морозостійкість – це здатність матеріалу витримувати у водонасиченому стані навперемінне заморожування і відтавання без суттєвих втрат міцності й маси.

Під дією від’ємних температур вода у крупних порах замерзає, перетворюючись на лід зі збільшенням об’єму приблизно на 9 %, що призводить до виникнення тиску на стінки пор, який становить близько 210 МПа при температурі – 20 ^оС. При цьому в матеріалі з’являються внутрішні напруження, які можуть спричинити його руйнування.

Щоб визначити морозостійкість, зразки матеріалу насичують водою, а  далі піддають навперемінному заморожуванню  при температурі – (18⁺_- 2) ^оС і відтаванню у воді з температурою (18⁺_- 2) ^оС до певного числа циклів, встановленого нормативними документами, або до початку руйнування зразка.

Марка за морозостійкістю F – це число циклів навперемінного заморожування та відтавання цілих виробів або зразків з матеріалів у насиченому водою стані при збереженні ними початкових фізичних та фізико-механічних властивостей у нормованих межах. Цикл випробування, умови якого регламентуються відповідними стандартами, складається з одного заморожування та відтавання зразків протягом визначеного часу.

Вогнестійкість – це здатність матеріалу витримувати дію високих температур або вогню й води (під час пожеж), не руйнуючись. За ступенем вогнестійкості будівельні матеріали поділяють на три групи: негорючі, важкогорючі й горючі.

Вогнетривкість – це властивість матеріалу протистояти, не розплавляючись, впливу високих температур. Вона характеризується температурою, під впливом якої зразок випробуваного матеріалу у вигляді зрізаної тригранної піраміди (піроскопа) розм’якшується і деформується так, що його вершина дотикається підставки.

2. Механічні властивості

Механічні властивості вказують на здатність матеріалу чинити опір руйнуванню або деформаціям (зміна  форми і розмірів) під дією зовнішніх  навантажень.

Такими властивостями є твердість, міцність, пружність, розтяжність, пластичність, крихкість. Будівельні матеріали в спорудах зазнають дії різних зовнішніх сил та інших факторів, які можуть призвести до появи тріщин, зміни початкової форми без зміни структури, зниження міцності та інших явищ, пов’язаних із фізико-механічними властивостями.

Міцність – це здатність матеріалу чинити опір руйнуванню від внутрішніх напружень, що виникають під дією різних зовнішніх навантажень. У процесі експлуатації будівель і споруд будівельні матеріали найчастіше зазнають напружень стиску, згину, розтягу, зрізу та удару.

Будівельні матеріалу  неоднаково сприймають різні навантаження. Це залежить від хімічного та мінералогічного  складів матеріалу, структури й  будови. Так, природні кам’яні матеріали, цегла і бетон добре працюють на стиск, але погано на розтяг і  згин. На розтяг вони витримують навантаження в 10…15 разів менші, ніж на стиск.

Міцність будівельних  матеріалів характеризується межею  міцності при стиску, згині тощо. Вона чисельно дорівнює напруженню в  матеріалі, яке відповідає навантаженню, що призвело до руйнування зразка і вимірюється в МПа.

Зразки будівельних  матеріалів випробовують на спеціальних  пресах до руйнування, а межу міцності при стиску, МПа, обчислюють за формулою

R_ст = P / F

Крім традиційних руйнівних  методів, для визначення міцності будівельних  матеріалів можна застосовувати також неруйнівні методи, наприклад, ультразвуковий.

Водостійкість – це здатність матеріалу зберігати фізико-механічні властивості у насиченому водою стані, характеризується коефіцієнтом розм’якшення К_р. Цей показник визначається відношенням міцності насиченого водою матеріалу до його міцності в сухому стані.

Випробування на згин виконують за схемою балки, встановленої на двох опорах при зосередженому  навантаженні, прикладеному симетрично відносно осі балки, до її руйнування. Межа міцності на згині, МПа, якщо навантаження зосереджене й прикладене в центрі

R = 3P / 2bh²

Під час експлуатації в спорудах допускаються напруження, значно нижчі за межу міцності Z.

Для порівняльної оцінки ефективності різних матеріалів використовують коефіцієнт конструктивної якості, МПА, який характеризується відношенням межі міцності при стиску або розтягу до відносної густини.

Твердість – це здатність матеріалу чинити опір місцевим деформаціям, які виникають тоді, коли в нього проникають інші, твердіші тіла.

Твердість металів, бетону, деревини та деяких інших матеріалів визначають, вдавлюючи у зразки з  певним зусиллям кульку або наконечник (конус, піраміду). Ступінь твердості  встановлюють за розміром відбитка. Число  твердості за Брінеллем (НВ) визначають відношенням прикладеного навантаження Р до площі поверхні відбитка F і обчислюють за формулою, МПа,

HB = P / F.

Ступінь твердості мінералів  гірських порід визначають за шкалою порівняльної твердості Мопса, яка  складається з десяти мінералів  – еталонів: тальк – 1; гіпс – 2; кальцит – 3; плавиковий шпат – 4; апатит – 5; ортоклаз – 6; кварц – 7; топаз – 8; корунд – 9; алмаз – 10.

Стиранність – це властивість матеріалу чинити опір впливу стиральних зусиль. Стиранність залежить від твердості матеріалу і характеризується зменшенням маси на одиницю площі поверхні зразка, що стирається, і визначається за формулою, кг/м²

И = (m₁ – m₂) / F

Показник стиранності  має вирішальне значення під час  вибору матеріалу для підлог, дорожніх покриттів тощо.

Ударна міцність – це здатність матеріалу протидіяти руйнуванню при короткочасному навантаженні ударного характеру. Природні й штучні кам’яні матеріали, які застосовуються для влаштування доріг, підлог, фундаментів під молоти, зазнають у процесі експлуатації ударних впливів.

Ударна міцність R_уд Дж/м³, характеризується роботою, затраченою на руйнування зразка матеріалу й віднесеною до одиниці об’єму матеріалу, і обчислюється за формулою

R_уд = nqh / V

Пружність – це здатність твердого тіла деформуватися під дією зовнішніх сил і самочинно відновлювати початкову форму та об’єм після припинення дії навантаження. Пружну деформацію, яка повністю зникає із зняттям зовнішніх сил, називають оборотною. Якщо форма тіла відновлюється частково, то мають місце залишкові деформації. Для деяких високоеластичних матеріалів, наприклад, каучуку, пружна деформація може перевищувати 100 % внаслідок розриву зв’язків випрямлених молекул, тобто об’єм матеріалу після зняття навантаження може бути більший за початковий.

Межа пружності  – це найбільше напруження, при якому залишкові деформації мають найменше (допустиме за нормами) значення, тобто матеріал практично зазнає оборотних пружних деформацій.

Модуль пружності Е, МПа, характеризує жорсткість матеріалу, тобто його здатність деформуватися  під дією зовнішніх сил.

Пластичність  – це властивість матеріалу змінювати без руйнування форму й розміри під впливом навантаження або внутрішніх напружень, стійко зберігаючи утворену форму і розміри після припинення цього впливу. Такі пластичні (залишкові) деформації називають необоротними.