Строительные материалы лекция 2

1. Свойства строительных материалов

2. 1. Общие сведения и классификация свойств строительных материалов.

Физические
Физикохимические
Структурнофизические
Гидрофизические
Теплофизические
истинная плотность
водопоглощение
теплопроводность
дисперсность
вязкость
Механические
физикомеханическ
ие
деформативные
Прочность при
сжатии
упругость
средняя плотность
водопроницаемость
теплоемкость
пластичность
минеральной
массы
прочность при
изгибе
пластичность
насыпная плотность
водостойкость
термостойкость
когезия
прочность при
растяжении
хрупкость
коэффициент
уплотнения
морозостойкость
огнестойкость
адгезия
прочность при
скалывании
ползучесть
пористость
влажность
температурные
деформации
способность к
твердению
твердость
усталость
пустотность
гигроскопичность
температуропрово
дность
способность к
эмульгировани
ю
истираемость
релаксация
капиллярное
всасывание
теплоусвоение
сопротивление
удару
влагоотдача
теплостойкость
сопротивление
износу
гидрофобность
жаростойкость
гидрофильность
влажностные
деформации

3. Свойства строительных материалов

Химические
Технологические
Эксплуатационные
Специальные
коррозия
гвоздимость
безотказность
декоративность
кислотостойкость
шлифовальность
ремонтоспособность
акустические
щелочестойкость
полируемость
сохраняемость
звукопоглощение
токсичность
технологичность
гигиеничность
звукопроницаемость
формуемость
транспортабельность
звукоизоляция
слеживаемость
старение
электропроводность
абразивность
биостойкость
прозрачность
обрабатываемость
атмосферостойкость
радиационная
непроницаемость
распиливаемость
воздухостойкость
долговечность и надежность

4. 2. Физические свойства строительных материалов.

Физические свойства строительных материалов характеризуются
параметрами состояния материала или отношением их к действию на них
физических факторов (воды, температуры, электрического тока и др.).
Структурно-физические
Истинная плотность ( и) – масса единицы объема сухого материала в
абсолютно плотном состоянии, т.е. без пор, пустот, трещин.
Истинная плотность определяется в лабораторных условиях с помощью
пикнометра, объемометра Ле-Шателье и вычисляется по формуле:
и = m / Vа
(2.1),
где m – масса порошка, засыпанного в прибор, г; Va – объем этого порошка
в абсолютно плотном состоянии, см3.
Истинная плотность измеряется в кг/м3; г/см3 или кг/дм3.
Изменяется истинная плотность в широких пределах: от 900
(полипропилен) до 7850 кг/м3 (сталь).
Истинная плотность зависит от химического и фазового состояния
материала Применяется для расчета пористости материала, состава
бетона и др.

5. Физические свойства строительных материалов (структурно-физические)

Средняя плотность ( ср) – масса единицы объема материала в
естественном состоянии, т. е. вместе с порами, пустотами.
Определяют по формуле:
ср = m / Vn,
(2.2)
где m – масса образца, кг (г); Vn – объем образца в природном
состоянии, м3 (см3).
Средняя плотность измеряется кг/м3, г/см3, т/м3, кг/дм3 .
Vа
Vпор
плотная часть
поры
Vп
Vn = Va + Vпор

6. Физические свойства строительных материалов (гидрофизические)

Водопоглощение – способность материала при нормальных условиях
(давлении и температуре) поглощать воду и удерживать ее в своих порах
без контакта с водой.
Водопоглощение по массе (Вm) и по объему (Вv).
Водопоглощение, %, вычисляют по формулам:
Вm = [ (m1 – m2) / m2 ] 100
Bm = [ (m1 – m2) / Vс ] 100
(2.9)
(2.10)
где m1, m2 – масса материала соответственно в водонасыщенном и
абсолютно сухом состоянии, г (кг); Vc – объем материала в сухому
состоянии, см3 (м3).
Водопоглощение зависит от природы материала и его структуры.
Водопоглощение по объему характеризует открытую пористость и всегда
меньше 100%. Водопоглощение по массе может быть больше 100% для
пористых материалов. Для металлов, стекла, фарфора водопоглощение по
массе равно нулю, для гранита 0,02 – 0,7%, для плотного бетона 2–5% ,
керамического кирпича 8 – 20%, для теплоизоляционных материалов 6080%.

7. Физические свойства строительных материалов (гидрофизические)

Водопоглощение можно характеризовать
коэффициентом насыщения пор водой
(коэффициент водопоглощения)
Кн = Bv / П
(2.11)
где Bv – водопоглощение по объему ,%; П –
пористость, %.
Коэффициент насыщения изменяется от нуля
(все поры в материале закрытые) до 1 (все поры
открытые).Фактически строительные материалы
имеют коэффициент больше нуля. При
уменьшении Кн открытая пористость
уменьшается, а морозостойкость увеличивается.
.

8. Физические свойства строительных материалов (гидрофизические)

Водопроницаемость – способность материала пропускать воду
под давлением сквозь свою толщину. Характеризуется
количеством воды , которая проходит за 1 час сквозь 1 м2
поверхности материала при постоянном (заданном) давлении. Эта
характеристика называется коэффициентом фильтрации и
вычисляется по формуле:
Кф = Vв / S (P1 –P2) x t
(2.13)
где Vв – объем воды, м3; –толщина материала, м; P1 – P2 –
разница гидростатического давления ( 1 м вод. ст); S – площадь
испытываемого образца, м2; t – мин, час.
Водопроницаемость – одна из главных эксплуатационных
характеристик кровельных, гидроизоляционных материалов.
Водонепроницаемость – определяется предельным давлением
при котором вода не проникает сквозь материал. В зависимости от
величины давления устанавливают марки – для бетонов по
водонепроницаемости W 0,2; W 0,4; W 0,6;W 0,8 (МПа).

9. Физические свойства строительных материалов (гидрофизические)

Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой
состоянии выдерживать попеременное замораживание и
оттаивание и сохранять физико-механические свойства.
Морозостойкость материалов зависит от их плотности, пористости
и водостойкости. Плотные материалы более морозостойкие чем
пористые.
Морозостойкость материала оценивают маркой по
морозостойкости: F15 ,F25, F50 и т.д. Марка характеризует число
циклов замораживания и оттаивания, которые выдерживает
материал без потери прочности при сжатии больше 15%,
уменьшения массы не более 5% и не изменяют внешний вид.
Вода в порах при отрицательных температурах превращается в
лед, увеличивается в объеме на 9% (плотность льда 918 кг/м3).
Возникает давление на стенки пор, которое при t = -20 С равно 210
МПа. В материале появляются внутренние напряжения, которые
приводят к разрушению, особенно если поры открытые.
NB
Морозостойкость материала зависит от его пористости и
водопоглощения

10. Физические свойства строительных материалов (теплофизические)

Теплопроводность – способность материала передавать теплоту
от одной поверхности к другой при наличии разницы температур на
этих поверхностях. Показателем теплопроводности - коэффициент
теплопроводности , Вт / (м К). Коэффициент теплопроводности
вычисляют по формуле:
=q /ΔТ
(2.14)
где q - поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2 , толщина материала, м; ΔТ – разница температур, К.
Теплопроводность твердого вещества зависит от его химического
состава и молекулярного строения. Теплопроводность воздуха –
0,024 Вт /(м К). Поэтому, чем больше пор, тем ниже
теплопроводность. Теплопроводность воды – 0,58 Вт /(м К), льда –
2,3 Вт /(м К), поэтому влага увеличивает теплопроводность.
NB
Так как средняя плотность материала, так же как и
теплопроводность, обратно пропорциональна пористости, то
она может служить косвенной характеристикой
теплопроводности материала и использоваться в качестве
марки материала по теплопроводности.

11. 3. Физико-химические свойства строительных материалов.

Дисперсность – характеризуется степенью измельчения
твердого материала и оценивается удельной
поверхностью. Удельная поверхность выражается
отношением суммарной поверхности всех частиц в
единице массы, м2/кг. Например: цемент – 350-500 м2/кг
Активность химических процессов выше, чем больше их
суммарная поверхность
Дисперсные системы с радиусом частиц 0,1-1,0 мкм в
жидкости находятся во взвешенном состоянии и оседают
на дно – это суспензия (глиняная). Системы с радиусом
частиц 0,0001-0,01 мкм называют коллоидными –
оседание частиц не происходит.

12. 4. Механические свойства.

Механические свойства характеризуют способность
материалов сопротивляться действию механических сил.
Физико-механические
Прочность при сжатии – способность материала
сопротивляться действию сжимающих нагрузок, которые
вызывают в материале внутренние напряжения. Основная
характеристика - предел прочности при сжатии,
вычисляется по формуле:
Rсж = Fр/ S
(2.17)
где Fp – разрушающая нагрузка (сила ), которая
определяется на специальных (гидравлических) прессах, Н
(кгс);
S – площадь поперечного сечения образца до испытаний, м2
(см2).
Граница прочности при сжатии определяется для
строительных материалов в МПа (Н/мм2) или кгс / см2 ( 1
МПа ~ 10 кгс / см2 ).

13. Механические свойства (физико-механические)

Механические свойства (физико-
механические)
На результаты определения влияет форма и размеры образца,
состояние их опорных поверхностей, скорость нагрузки образца,
состав материала (химический, минералогический) пористость,
влажность и др.
Схема разрушения хрупких материалов
при сжатии куба опорными гранями
Схема разрушения хрупких материалов
при сжатии куба со смазанными
опорными гранями
В зависимости от прочности при сжатии строительные материалы
делят на марки. В нормативных документах марки приведены в МПа
(Н/мм2) или в кгс/см2. Например, марки цементов 30 (300), 40 (400), 50
(500), 55 (550) и 60 (600) МПа (кгс/см2).

14. Механические свойства (физико-механические)

Механические свойства (физико-
механические)
Чем выше марка материала, тем выше качество
конструкционного материала. Связь определяют
коэффициентом конструкционного качества (ККК)
по формуле:
ККК = Rсж / о
(2.18)
где Rсж – предел прочности при сжатии, МПа;
о – относительная плотность материала.
Например, ККК тяжелого бетона - 16,6 МПа,
древесины – 200 МПа, стали – 51 МПа, кирпича –
5,56 МПа.

15. Примеры гидравлического пресса

16. Механические свойства (физико-механические)

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него
другого более твердого материала. От твердости зависит граница использования
материала.
Определяют твердость несколькими способами:
вдавливанием под определенной нагрузкой шарика из закаленной стали или
алмазного конуса. По диаметру отпечатка рассчитывают число твердости НВ (по
Бринеллю) или НR (по Роквеллу).
по шкале Мооса, представленной 10 минералами, из которых каждый
последующий своим острым концом царапает все предыдущие в порядке
возрастания:
1.
Тальк Mg3[Si4O10][OH2] – легко царапается ногтем
2.
Гипс CaSo4 · 2H2O – царапается ногтем
3.
Кальцит CaCO3 – легко царапается стальным ножом
4.
Флюорит (плавиковый шпат) CaF2 – царапается стальным ножом под
небольшим нажимом
5.
Апатит Ca5[PO4]3F – царапается стальным ножом под сильным нажимом
легко царапают стекло, применяют в качестве абразивных материалов
6.
Ортоклаз K[AlSi3O8]
7.
Кварц SiO2
легко царапают стекло, применяют в
8.
Топаз Al2[Si4O][F,OH]2
качестве абразивных материалов
9.
Корунд Al2O3
10.
Алмаз C

17. 5.Химические свойства

Химические свойства характеризуются способностью материалов
сопротивляться действию кислот, щелочей, растворенных в воде газов
и солей.
Коррозия – разрушение твердых тел, которое вызывается
химическими и электрохимическими процессами, протекающими в них
при взаимодействии с внешней средой. Основными агрессивными
агентами, вызывающие коррозию: пресная и соленая вода, газы,
минерализованные воды, растворы кислот, щелочей, расплавленные
материалы, живые организмы и др.
Особый вид коррозии – биокоррозия – разрушение материалов
под действием живых организмов, например, грибков, микробов.
Биокоррозия – это не только гниение органических материалов
(древесина), но и разрушение бетона и металла продуктами
жизнедеятельности поселившихся в них микроорганизмах.
NB
Коррозия строительных материалов опасна не столько
химическими изменениями в материале, сколько изменениями
физико-механических характеристик материалов

18. Химические свойства

Кислотостойкость – способность материала сопротивляться
действию растворов кислот или их смесей. К кислотостойким относят:
углеродные стали, чугун, кварцит, гранит, базальт, диабаз, силикатное
стекло. Кислотостойкость керамических труб - более 92%, а
шлакоситалов – до 99%.
Щелочестойкость – способность материалов сопротивляться
действию водных растворов щелочей. К щелочестойким относят:
специальные хромоникелевые сплавы, известняки, бетоны на основе
портландцемента, глиноземистого цемента и др.
Кислотостойкость (щелочестойкость) в миллиграммах на квадратный
сантиметр означает максимально допустимую потерю изделия по
массе (в мг) на 1 см2 его поверхности при испытаниях, условия которых
указаны в каждом отдельном случае.
Кислотостойкость (щелочестойкость), выраженная в процентах,
означает отношение массы измельченного изделия после обработки
его кислотой (щелочью) к массе этого же изделия до обработки
кислотой (щелочью).
Токсичность – способность материала в процессе изготовления и
эксплуатации при определенных условиях выделять вредные для
здоровья человека вещества. Особенно к ним относят: полимерные
материалы, дегти, битумы, краски, лака и др.

19. 6. Технологические свойства.

Технологические свойства характеризуют способность материалов к
восприятию некоторых технологических операций, изменяющих состояние
материала, структуру его поверхности, придающих нужную форму и
размеры и т.п.
Технологичность – свойство материалов перерабатываться различными
технологическими методами, вследствие чего практически полностью
сохраняется его структура и свойства исходного материала. К числу
технологических материалов можно отнести, например, полимерные
материалы, древесину и др.
Гвоздимость – способность материала удерживать гвозди, шурупы при
определенных условиях выдергивания. Эта характеристика важна для
стеновых материалов.
Дробимость характеризует способность материалов дробиться
вследствие механического действия ударных или сжимающих нагрузок.
При этом образуется материал в виде щебня или песка. Дробление можно
осуществлять, используя действие электрического шока, термического
удара, пневмовзрыва и др. Для некоторых материалов (щебень)
определяется марка дробимости.
Полируемость – способность материала принимать обработку
абразивными материалами, образуя гладкую блестящую поверхность
(мрамор, гранит, кварцит).
Формуемость – способность материала принимать заданную форму при
разных воздействиях (прессования, вибрирования, проката и др.).
Слеживаемость – характерна для зернистых, особенно порошкообразных
материалов, которые во время длительного хранения могут грудковаться,
уплотняться.

20. 7. Эксплуатационные свойства.

Долговечность – способность материала служить долгое время в
конкретных климатических и производственных условиях в
установленном режиме эксплуатации без потери эксплуатационных
качеств. Долговечность характеризует свойство материала с
необходимыми перерывами на ремонт сохранять рабочую способность
до граничного состояния. Например для ж/б изделий установлены 3
степени долговечности: 1 – не менее 100 лет, 2 – не менее 50 лет, 3 – не
менее 20 лет.
Надежность представляет собой обобщающее свойство,
характеризующее определение всех свойств материала в процессе
эксплуатации.
Безотказность – умение материала сохранять работоспособность при
определенных условиях и режимах работы на протяжении
определенного времени без принудительных перерывов на ремонт.
Ремонтоспособность – свойство материала воспринимать ремонт и
наладки в следствии которых обновляется и сохраняется его техническая
характеристика (качество изделия). Показателями ремонтоспособности
являются: среднее время, трудоемкость и стоимость ремонта.
Сохранность – способность материала сохранять обусловленные
эксплуатационные способности на протяжении и после времени
складирования и транспортирования, установленных техническими
документами. Оценивают периодом сохранения и транспортирования до
появления неисправности.