Тема 1.1 загальна характеристи видів і способів одержання будівельних матеріалів.
Питання.
Природні і штучні будівельні матеріали: деревина, гірські породи, метали, цементи, гіпс, вапно, розчин, бетон і залізобетон, скло і кераміка, азбестоцемент, бітум, дьоготь, азбестобетон, пластмаси – сировина для виробництва, структура і способи одержання
Надійність споруд і техніко-економічна ефективність будівництва в значній мірі залежить від правильного вибору матеріалів.
Будівельні матеріали розділяються на природні та штучні.
БУДІВЕЛЬНІ
МАТЕРІАЛИ
П
риродні
кам’яні матеріали одержують шляхом
механічної обробки гірських пород.
В гідромеліоративному будівництві застосовують у вигляді піску, пісчано-гравійних сумішей, бутового каменю, щебеня.
Дерев’яні будівельні матеріали – це деревина, яку застосовують для спорудження невеликих гребель, водовипусків, естакад, опалубки та риштування. Але використання деревини в гідромеліоративному будівництві обмежене тим, що вона у змінно-вологих умовах гниє, коробиться, розбухає і розтріскується.
Штучні будівельні матеріали – це ті, що виготовлені із природних за допомогою їх видалення або змішування, обпалювання і т.д.
Так, метали видобувають із руди, а потім шляхом змішування з різними добавками одержують сплави з характерними властивостями.
Цементи та гіпс належать до класу неорганічних в’яжучих речовин, які використовують для одержання штучних матеріалів – розчинів та бетонів.
Скло та кераміка належать до штучних матеріалів одержаних шляхом спікання або плавлення мінеральної сировини.
Азбестоцемент – це штучний кам’яний матеріал який складається з цементного каменя та волокон азбесту.
Пластмаси - це матеріали, зв’язуючим в яких є синтетичні полімери.
Їх позитивні особливості:
легкість;
висока механічна міцність;
стійкість у воді і різних агресивних середовищах;
зносостійкість.
Їх позитивні особливості дають можливість широкого застосування у всіх галузях будівництва.
Тема 1.2 фізичні і механічні властивості будівельних матеріалів.
Питання.
Властивості, яки визначає структуру будівельних матеріалів, середня і справжня густина, пористість.
Властивості, які забезпечують ізоляційну здатність і довговічність матеріалу : водопроникність, теплопровідність, вологість, водовбирання, водостійкість, гігроскопічність, морозостійкість.
Механічні властивості: міцність і границя міцності, пружність, пластичність і крихкість.
Деформація стиску, згину і розтягу.
Вплив хімічного складу і структури матеріалу на їх властивості
Надійність споруд і техніко-економічна ефективність будівництва в значній мірі залежить від правильного вибору матеріалів.
Однією з основних задач будівельного матеріаловедення є розробка шляхів управління властивостями і створення матеріалів з заданими якісними показниками.
Будівельні матеріали класифікують по ряду ознак:
по походженню;
по структурі;
по характерним властивостям;
по призначенню;
по способу виготовлення;
Якість будівельних матеріалів визначається сукупністю їх технічних властивостей.
Головними показниками оцінки якості матеріалів є:
показники надійності (безвідказність, ремонтоздатність, збереження);
показники призначення (склад, структура, транспортування);
При виготовленні будівельних матеріалів важливе значення мають такі колоїдно-хімічні процеси як:
набрякання;
розчин;
гелеутворення;
коагуляція;
пептизація;
адсорбція;
Гелі – це системи, які виникають під дією молекулярних сил зчеплення між колоїдними частками. Гелеутворення буває при твердінні цементу.
Під дією механічних зусиль гелі стають рідкими ( вібрація бетонних сумішей ).
Коагуляція – в колоїдних системах мимовільно протикають процеси злипання і збільшення часток.
Пептизація – процес зворотний коагуляції (виникає при введенні в бетонні суміші пластифікованих добавок).
Адсорбція – концентрування і поглинання речовин на поверхні розподілу фаз (поверхнево-активні речовини, гідрофобізація).
Властивості будівельних матеріалів класифікують по характеру їх відношення до різного впливу оточуючого середовища.
Відокремлюють властивості по відношенню матеріалів до хімічних, фізичних та механічних впливів.
Властивості матеріалів взаємопов’язані і обумовлені їх походженням, складом, структурою, способом одержання.
Для матеріалів, які застосовують в гідромеліоративному будівництві найбільш важливими є фізичні та механічні властивості, які характеризують:
стан матеріалів;
їх відношення до води і температури;
їх відношення до механічних впливів;
Щільність – характеризує масу речовини в одиниці об’єму.
Розпізнають: щільність речовини ρ і щільність матеріалу (з урахуванням пор та порожнин) ρ0.
Щільність пористих матеріалів називають об’ємною масою, а сипучих – об’ємною насипною масою.
Відношення щільності матеріалу ρ0 до щільності речовини ρ характеризує ступінь заповнення об’єму матеріалу твердою речовиною і називається відносною щільністю:
Пористість – показує ступінь заповнення об’єму матеріалу порами.
Вологість – кількість води, яка знаходиться в порах і на поверхні матеріалу відображена в відсотках по відношенню до його маси в сухому стані.
Гідрофільність або змочування водою матеріалу характеризується ступінню розтікання каплі води по його поверхні.
Гідрофобність – це водовідштовхувальні властивості.
Гігроскопічність – можливість матеріалу поглинати водяний пар з повітря в результаті адсорбції.
Кількість адсорбірованої води підвищується з підвищенням відносної вологості, зниженням температури і збільшенням тиску.
Водопоглинення – здібність матеріалу поглинати і утримувати воду.
Водостійкість – здібність матеріалу зберігати міцність при насиченні водою.
Показником водостійкості є коефіцієнт розм’якшення:
де: Rн.в. – міцність матеріалу насиченого водою;
Rc – міцність сухого матеріалу.
Коефіцієнт розм’якшення наближається до нуля для необпалених глиняних матеріалів і до одиниці – для металів, скла, полімерів.
Для водостійких матеріалів Кр =0,75-0,8.
Підвищується гідрофобізацією і за рахунок зниження пористості.
Морозостійкість – стійкість матеріалу, насиченого водою до перемінного замороження та відтавання.
Показником морозостійкості є число циклів заморожування та відтавання, яке витримують зразки при допустимому ступені руйнування.
Ступінь морозостійкості обумовлена опором матеріалу, високому тиску, який виникає в його порах при замерзанні води. Морозостійкість залежить від складу, пористості і структури пористого середовища. Вона знижується при зменшенні водостійкості і зростанням водопоглинення матеріалу.
Для зниження тиску льоду ефективно утворення в матеріалі замкнутих повітряних пор, які виконують роль амортизаторів.
Водонепроникливість – це здібність матеріалу не пропускати воду під тиском.
Практично водонепроникливими є матеріали, відносна щільність котрих наближається до одиниці (метали, скло, полімери).
Високу водонепроникливість мають матеріали з замкнутими порами.
Водонепоникливість матеріалу вимірюється трьома методами:
тиском води, який витримує зразок протягом заданого часу без з’явлення ознак фільтрації;
часом, необхідним для проходження заданого об’єму води при постійному тиску;
кількістю води, яка просочується протягом заданого часу при встановленому тиску.
В групу теплофізичних властивостей входять ті, що характеризують відношення матеріалів до зміни температури.
Теплоємкість – це здібність матеріалу поглинати теплоту при нагріванні на один градус.
Питома теплоємкість використовується при розрахунку теплостійкості огорожі, термічної тріщиностійкості матеріалу, необхідного підігріву матеріалу при зимовому бетонуванні.
Матеріали мають здібність як поглинати, так і передавати тепло. Це явище називається теплопровідністю.
Питома теплопровідність λ, характеризує кількість теплоти Q, яка проходить в одиницю часу через одиницю поверхні матеріалу при зміні температури на 1ºС.
Теплопровідність збільшується з підвищенням температури і вологості матеріалу. При підвищенні пористості вона знижується.
При дії на матеріал високих температур розглядаються:
теплостійкість;
термо- і огнестійкість;
вогнестійкість;
вогнетривкість;
Теплостійкість – властивість матеріалу утримувати експлуатаційні характеристики (міцність, пластичність, ударна в’язкість) при механічній і хімічній дії в умовах високої температури.
Жаростійкість – це здібність матеріалу витримувати тривале нагрівання до 1000ºС без змін експлуатаційних характеристик (керамічні і металеві матеріали, спеціальний бетон, ситали).
Термостійкість – здібність матеріалу витримувати без руйнування циклічні зміни температури.
Вогнестійкість – здібність матеріалу утримувати свої експлуатаційні властивості при дії вогню в умовах пожежі.
Вогнетривкість – це здібність матеріалу протистояти дії високих температур не плавлячись.
МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ:
міцність;
твердість;
стираємість;
ударна в’язкість;
Міцність – це опір матеріалів руйнуванню під дією зовнішніх навантажень.
В залежності від будови і умов випробування руйнування матеріалу може бути крихким або пластичним.
Максимальна напруга, під дією якої матеріал руйнується при зростанні навантаження називається межею міцності.
Міцність залежить від температури, характеру середовища і виду напруженого стану (стиснення, розтягування, зріз, кручення).
Міцність зменшується при збільшенні пористості матеріалу. Випробування міцності матеріалу у виробах і конструкціях проводять не руйнуючим способами:
механічним;
ультразвуковим;
Твердість – опір матеріалів руйнуванню або деформації в поверхневому шарі при місцевих силових діях.
Твердість можливо розглядати як міцність при вдавлюванні.
Деформаційні властивості характеризують здібність матеріалу змінювати форму і розміри без змін маси.
Пружність – властивість матеріалу повертати форму і об’єм після завершення дії деформуючих сил.
Найбільша напруга, при який практично не зв’язується остаточні деформації, називається межею пружності.
Пластичність – властивість матеріалу змінювати під дією зовнішніх сил, не руйнуючись, свою форму і розміри і зберігати пластичні деформації після дії навантаження.
Пластичні деформації виникають при напругах, які перевищують межу пружності.
Здібність до пластичних деформацій без помітного збільшення навантаження називається текучістю.
При певних умовах для ряду матеріалів (бетон, метал, кераміка) характерна повзучість – безперервне повільне підвищення деформацій при постійному навантаженні.
Здібність матеріалу руйнуватись без помітної пластичної деформації називається крихкістю, а опір розвитку пластичних деформацій – в’язкістю.