книги из ГПНТБ / Кропотов В.Н. Строительные материалы учеб. для [архитектур.] вузов

Строительные материалы (кирпич, бетон и др.), воспринимающие в конструкциях изгибающие усилия, испытывают на изгиб на специаль­ но изготовленных образцах-балочках. Образцы помещают на две опо­ ры и нагружают сосредоточенным одним или двумя грузами до разру­ шения.

Предел прочности при изгибе определяют по формулам: при одном грузе и балке прямоугольного сечения

при двух равных грузах, расположенных симметрично относительно оси балки,

ПРОЧНОСТЬ ПРИ ИСТИРАНИИ И ИЗНОСЕ

Сопротивление истиранию зависит от.механической прочности, вяз­

Обычно на прочность при истирании испытывают материалы, кото­ рые при своей службе подвергаются различным истирающим воздей­ ствиям (ступени, брусчатка, дорожный бетон, плиты и плитки для пола, горные породы, предназначенные для щебня в дорожные покрытия).

Определяют истираемость материалов на приборах с вращающимся кругом.

Решающим фактором для получения характеристики сопротивле­ ния материала под воздействием истирающих усилий является устой­ чивость его при действии абразивного порошка (имеется в виду непо­ средственный контакт образца материала и движущейся поверхности).

20

Истираемость некоторых материалов в г/см2 указана ниже:

Рис. 9. Полочный барабан для определения прочности при износе:

/ — полка

нагрузку, а также предназначенных для пола, ступеней, покрытия до­ рог и т. п.

Для определения стойкости материала при износе (истирании) в виде щебня или гравия применяют полочный барабан (рис. 9). При ширине 50 см он имеет диаметр 70 см. Внутри барабана по всей ширине прива­

21

То

Величина к составляет: для кирпичной кладки — 0,02, бетона — 0,06, ст. 3—0,51, древесины — 0,6, дюралюминия — 1,6, древопласта — 2,5.

Наилучшим в конструктивном отношении является тот материал, который при наибольшей прочности имеет наименьший объемный вес.

УПРУГИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

Способность тела возвращаться к первоначальной форме после снятия нагрузок, вызвавших деформацию, называется упругостью.

Пределом упругости считается то напряжение, при котором оста­ точные деформации впервые достигают минимальной величины, уста­

при статических испытаниях при очень малых остаточных деформа­ циях, а пластичными — те материалы, которые при статических испы­ таниях до момента разрушения получают значительные остаточные деформации.

К хрупким материалам относят чугуны, каменные естественные материалы, бетон, кирпич, к пластичным — малоуглеродистые сталь, медь и ее сплавы.

Хрупкие материалы обычно гораздо лучше работают на сжатие, чем на растяжение. Они плохо сопротивляются ударам и очень чувст­ вительны к местным напряжениям. Пластичные материалы этих недо­ статков не имеют. Таким образом, пластичность является весьма важ­ ным и желательным качеством материала.

У д а р н о й п р о ч н о с т ь ю материала называется его спо­ собность сопротивляться разрушению при ударных нагрузках. Дина­ мическую прочность материала выражают предельной кинетической энергией ударяющего тела, еще не вызывающей разрушения материа­ ла. Ее чаще всего определяют ударными испытаниями на изгиб на маят­

22

чение при их механической обработке (дроблении, теске, распиловке, шлифовке и т . п.).

Для определения твердости существует несколько методов, которые применяют в зависимости от рода материала. Твердость каменных строительных материалов определяют, пользуясь шкалой Мооса, кото­ рая включает в себя десять специально подобранных минералов, рас­ положенных в таком порядке, что на каждом из них все последующие могут оставлять черту (табл. 3).

Показатель твердости испытываемого материала находится между показателями твердости двух соседних минералов, взятых из шкалы твердости Мооса. Например, если материал чертится апатитом, а сам чертит плавиковый шпат, то его твердость считается равной 4,5.

Твердость металлов чаще всего определяют вдавливанием в метал­ лический образец малодеформирующихся тел, изготовленных в виде шарика, конуса и т. д. В этом случае твердость металла характеризует его способность сопротивляться пластической деформации на поверх­ ности образца.

При определении твердости металлов методом Бринелля в поверх­ ности испытуемого металла вдавливают шарик определенного диа­ метра из сильно закаленной хромистой стали, в результате чего на поверхности металла образуется сферический отпечаток.

Твердость по Бринеллю представляет собой среднее напряжение,

23

Величина нагрузки оказывает влияние на число твердости, поэтому измерение ее производится при постоянной нагрузке P = X D 2 кГ, т. е. нагрузку выбирают в зависимости от диаметра шарика. Соотношение

Свойства цвета. Под цветом материала понимают определенное зри­ тельное ощущение, зависящее от спектрального состава светового по­ тока, отраженного поверхностью материала.

Цвет поддается количественной оценке. Любой цветовой оттенок может быть охарактеризован с помощью методов, которыми распола­

100% до нуля, характеризует степень разбавления спектрального цвета белым.

Обычно цвета окружающих нас предметов не имеют максимальной насыщенности.

Кроме этих двух показателей, для полной оценки освещенного объекта необходимо знать светлоту цвета. Светлота определяется коэф­ фициентом отражения р. Для белых поверхностей коэффициент отра­ жения близок к единице, а для черных он приближается к нулю.

Измерить количество цвета можно с помощью специальных при­ боров — колориметров — визуальных и фотоэлектрических.

Б л е с к проявляется в способности поверхности материала на­ правленно отражать световой поток. Как известно, строго направлен­ ное отражение и, следовательно, наибольший блеск наблюдается при освещении идеально гладких зеркальных поверхностей. В отличие от них шероховатые, матовые поверхности рассеивают отраженный свето­ вой поток не направленно, а диффузионно, равномерно во все стороны (рис. 10).

Зрительное восприятие блеска существенно зависит от характера

отраженного) света в общем отраженном световом потоке.

Для измерения блеска можно пользоваться фотоэлектрическим блескомером ФБ-2.

Текстура. Под названием текстуры подразумевается характер ри­ сунка поверхности материала. Зависит он от размеров, характера рас­ положения и цвета отдельных элементов, составляющих рисунок. Так, при изучении свойств каменных материалов под текстурой пони­ мают компактность или пористость камня.

Рисунок может образоваться вследствие неоднородности материала, когда частицы, слагающие рисунок, расположены без всякого порядка

24

Г Л А В А II

ЕСТЕСТВЕННЫЕ КАМЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1.ГОРНЫЕ ПОРОДЫ, ИХ ПРОИСХОЖДЕНИЕ

ИКЛАССИФИКАЦИЯ

Геофизические исследования позволяют разделить Землю от ее центра до поверхности на три основные геосферы: ядро Земли, про­ межуточная оболочка и земная кора. Толщина земной коры находится в пределах от 3 до 80 км.

Земная кора состоит из слоев различной плотности. Верхний слой земной коры на материках состоит из осадочных пород. Под ними на различной глубине залегает гранитный слой, включающий в себя гранит, гнейсы, базальты. Этот слой, составляющий 30—40 м, высту­ пает на поверхность Земли в склонах гор. Ниже гранитного слоя зале­ гает плотный слой, состоящий из сильно измененных, так называемых метаморфических пород.

Строение земной коры в океанах и особенно в местах больших глу­ бин отличается от коры материков. Гранитный слой здесь отсутствует. Подстилающей плотной породой в этом случае является базальт. Земная кора на материках, особенно в горных хребтах, имеет толщину до 80 км, а в наиболее глубоких местах океанов — 3—6 км.

В результате различных процессов, происходящих в глубоких слоях Земли, в различных местах земного шара наблюдается поднятие

иопускание земной коры. Наряду с вертикальными происходят также

игоризонтальные перемещения земли: сдвиги, смятие слоев и складки, надвиги.

Горные породы, входящие в состав земной коры, весьма разно­ образны как по своему происхождению, так и составу. Каждая горная порода представляет собой совокупность различных минералов, явля­ ющихся продуктом природных физико-химических процессов.

Земная кора в результате вулканических извержений на про­ тяжении многих миллионов лет претерпевала большие изменения, в ней происходили породообразующие геологические процессы, в резуль­ тате чего и возникли различные горные породы. В дальнейшем в зем-

26

ной коре под влиянием большого давления и высокой температуры, вы­

2.Фитогенные:

диатомиты

трепелы

2.ИЗВЕРЖЕННЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Об щ и е с в е д е н и я . Изверженные горные породы образо­ вались в результате вулканической деятельности Земли. При засты­ вании магмы (силикатного расплава) происходила ее кристаллизация как в различных слоях Земли, так и на ее поверхности. В тех случаях, когда магма остывала и кристаллизовалась на большой глубине от поверхности, в условиях высокой температуры и высокого давления образовались глубинные (интрузивные) горные породы. В тех же слу­ чаях, когда остывание магмы происходило ближе к поверхности Земли, при меньших давлениях и температурах, или на поверхности Земли, образовались излившиеся (эффузивные) горные породы. Схема образо­ вания изверженных пород представлена на рис. 11.

Магма, кристаллизуясь при различных условиях, создавала раз­ личные структуры горных пород: кристаллическую (зернистая (гранит­ ная) горная порода), микрозернистую и порфировую, стекловатую или полустекловатую.

27

Зернистые полнокристаллические породы образовались в усло­ виях медленного остывания магмы на глубине. К числу таких пород относятся гранит, диорит, сиенит, габбро, лабрадорит.

Порфировидные породы сформировались при более быстром затвер­ девании магмы на небольшой глубине. При этом часть минералов вы­ деляется в виде зерен или кристаллов большей величины, а остальная часть представляет собой застывшую мелкозернистую структуру.

Стекловидные породы образовались при быстром застывании магмы, причем минералы не успели кристаллизоваться. Для них характерны

Кварц встречается как бесцветный, так и с различными цветовыми оттенками: белый, розовый, зеленый. Существуют и такие красивые разновидности кварца, как горный хрусталь, аметист (лиловый), топаз (буровато-дымчатый), сапфир (синеватый) и др.

П о л е в ы е ш п а т ы — это кристаллические минералы, в состав которых входят окислы кремния и алюминия, и, кроме того, в зависи­ мости от вида полевого шпата в этот минерал входят калий, натрий или кальций.

Полевые шпаты обладают спайностью, т. е. способностью раскалы­ ваться при ударе на куски, имеющие прямой или косой угол.

Прямораскалывающиеся шпаты называют ортоклазами, а косораскалывающиеся — плагиоклазами. Ортоклазы в основном бывают светлорозовые, буровато-желтые и красновато-белые, а плагиоклазы — белые, серовато-белые с красноватыми, синеватыми и зеленоватыми оттенками.

Разновидностью плагиоклаза является минерал Лабрадор. Это — темная разновидность шпата, на плоскостях которой и особенно в зер-

28.

кальной (полированной) фактуре зерна имеют красивый переливча­ тый отсвет (ирризация) синевато-зеленых тонов.

Твердость полевых шпатов по шкале Мооса 6, прочность при сжа­ тии 1200—1700 кГ/см*.

Полевые шпаты являются основным минералом, входящим в состав гранита (до 60%), цвет которого определяется цветом полевого шпата.

Полевые шпаты подвергаются разрушению как под влиянием тем­ пературных колебаний, так и при действии воды, содержащей угле­ кислоту. Продуктом разрушения полевого шпата являются алюмоси­

тонкие упругие пластинки, т. е. она обладает совершенной спай­ ностью. По химическому составу слюды представляют собой сложные и разнообразные водные алюмосиликаты.

Наиболее распространенными разновидностями слюды являются мусковит и биотит. Мусковит — это прозрачная калиевая слюда, желтоватого, зеленоватого и сероватого цвета, хорошо сопротивляю­ щаяся выветриванию (в свое время она заменяла стекло). Биотит — магнезиально-железистая слюда черного или бурого цвета. Мусковит кислостоек и обладает электроизоляционными свойствами. Твердость его по Моосу составляет 2—3.

Биотит также кислотостоек, однако в концентрированной серной

ставу представляют собой железисто-магнезиальные соединения. Если этих минералов много содержится в составе гранита, то они придают ему темный цвет и большую вязкость, т. е. большее сопротивление удару.

Темноокрашенные минералы подразделяют на следующие группы: амфиболы, пироксены и оливин.

Из группы амфиболов более распространена среди изверженных пород роговая обманка. Встречается она в виде столбчатых кристаллов черного цвета с зеленоватым или коричневатым оттенком. Твердость роговой обманки по Моосу 5—6.

Минералы группы пироксенов, к которым относится авгит, весьма близки по химическому составу к амфиболам. Авгит также часто входит

В горных породах он может содержаться или в качестве составной части, или в виде массивов, почти целиком состоящих из этого мине-

29