1-20. Основные признаки классификации стройматериалов:
Единой классификации не существует, есть несколько классификаций по разным признакам, часто бывает, что один и тот же материал можно отнести к разным группам.Строительные материалы классифицируются 1.по назначению,2.по происхождению, виду и природе используемого сырья, 3.по технологическим признакам
По происхождению: 1.природные (древесина, камень), 2.искусственные, полученные путём переработки природных материалов (стекло, цемент)
По виду исходного сырья: 1.из древесины, 2.природные каменные материалы, 3.материалы и изделия из керамики, 4.из стекла, 5.на основе волокнистых веществ, бумаги, полимеров, 6.минеральные вяжущие – порошкообразные материалы, образующие при смешивании с водой пластичное тело, со временем приобретающее камневидное состояние цемента, 7.на основе минеральных вяжущих веществ (бетоны, строительные растворы), 8.на основе металлов, 9.органические вяжущие вещества и материалы на их основе (мастики, бетоны, растворы), 10.полимерные изделия и материалы (на основе синтетических полимеров), 11.искусственные необжиговые каменные материалы (силикатный кирпич)
По составу: 1.минеральные, 2.органические, 3.комбинированные
По назначению: Конструкционные материалы-воспринимают и передают нагрузки (фундамент, каркас зданий, ограждающие конструкции-стены, перегородки): а)природные каменные материалы и изделия; б)искусственные каменные материалы: обжиговые (керамика, стекло) и безобжиговые на основе вяжущих веществ (бетон, железобетон, строительные растворы); в) металлы (сталь, чугун, алюминий, сплавы); г)полимеры; д)древесные материалы.Строительные материалы специального назначения, необходимые для защиты конструкций от вредных воздействий среды, а также для повышения эксплуатационных свойств и создания комфорта: а)теплоизоляционные -основное назначение -свести к минимуму перенос теплоты через ограждающие конструкции и тем самым обеспечить необходимый тепловой режим помещения при минимальных затратах энергии. б)акустические -звукопоглащающие и звукоизоляционные, снижают уровень «шумового загрязнения» помещения. в)гидроизоляционные и кровельные – для создания водонепроницаемых слоев на кровлях, подземных сооружениях и др. конструкциях, требующих защиты от воздействия воды или водяных паров. г)герметизирующие-для заделки стыков в сборных конструкциях. д)отделочные; для придания соотв. эстетического вида. е)антикоррозийные, огнеупорные кислотостойкие и др.
По степени готовности: 1. строительные материалы (древесина, металлы, цемент, бетон, кирпич, песок, строительные растворы для каменных кладок и различных штукатурок, лакокрасочные материалы, природные камни) и строительные изделия- готовые изделия и элементы, монтируемые и закрепляемые на месте работы (сборные железобетонные панели и конструкции, оконные и дверные блоки).
По условиям твердения: 1.материалы, отвердевание которых происходит при обычных, сравнительно невысоких температурах, 2.отвердевание которых происходит при повышенной температуре и давлении водяного пара, 3.отвердевание которых происходит при остывании (огненно-жидкие расплавы)
Определение состава строительных материалов
Состав – это качественная и количественная характеристика веществ, составляющих сырьевые материалы или готовое изделие.Различают несколько видов составов: 1.вещественный или элементный, 2.химический, 3.минералогический, 4.фазовый, 5.гранулометрический, 6.зерновой, 7.фракционный.
Элементный-совокупность химических элементов, составляющих вещество
Химический-выражается по-разному. Например, у неорганических материалов (цемент, известь, глина) состав оценивается количеством содержащихся в них оксидов, у металлов и сплавов – массовой долей элементов, битумов
Минералогический - совокупность природных или искусственных химических соединений (минералов)
Фазовый - совокупность гомогенных частей системы, однородных по свойствам и физическому строению
Гранулометрический-сочетание в сыпучей смеси зерен либо гранул различных размеров и формы
Зерновой-состав, содержащий зерна, практически, любых размеров и образующий непрерывную гранулометрию. Термин чаще всего используют при определении состава сыпучей смеси.
Фракционный-состав смеси, в котором зерна, близкие по размерам образуют фракции или прерывистую гранулометрию. Термин обычно используют при назначении, выборе или расчете состава смеси.
Структура материала изучается на 3 уровнях: макроструктура, микроструктура, внутреннее строение
Макроструктура – структура, наблюдаемая невооруженным глазом или под небольшим увеличением.
Виды: 1.конгломератная-частицы разной крупности (бетон, керамогранит), 2.ячеистая (газобетон, пенопласт), 3.волокнистая (древесина, асбест), 4.слоистая (фанера), 5.рыхлозернистая (песок, щебень, цемент)
Оптимальная макроструктура характеризуется равномерным распределением частиц по объёму, отсутствием или малым содержанием дефектов структуры. Если хотя бы одно из ранее изложенных условий не выполняется, то это неоптимальная макроструктура
Рациональная-оптимальные структуры, при которых конгломерат в полной мере соответствует заданным показателям качества в реальных условиях производства.Важным фактором является то, при каких условиях получается рациональная структура.
При одинаковой технологии можно получить неограниченное количество неоптимальных структур, гораздо меньше оптимальных и 1-2 рациональных структур.
Микроструктура–структура, наблюдаемая под большим увеличением; оценка производится по строению. Обуславливается структурой исходных минералов, микропористостью, микродефектами, формирующимися за счет воды и газов, присутствующих в исходных веществах в момент структурообразования. Оценка микроструктуры производится по строению (кристаллическое и аморфное строение), при этом можно достаточно четко говорит об активности материалов. Вещества с кристаллическим строениеманизотропны, в разных направлениях имеют разные свойства, определённую температуру плавления, более прочные, с аморфным строением химически более активны, характеризуются изотропностью-равномерностью свойств во всех направлениях, при нагревании размягчаются, переходя в жидкое состояние, имеют определённую геометрическую форму.
Внутренняя структура материала изучается на молекулярно-ионном уровне с использованием физико-химических методов анализа (электронная микроскопия, термографический анализ, рентгенофазовый анализ). Ионная связь образуется в кристаллах материалов (гипс). В относительно сложных структурах образуется дополнительно и молекулярная связь в кристаллах тех веществ, у которых связи ковалентные. Которые состоят из целых молекул имеют силы межмолекулярного взаимодействия.
Волокнистые материалы состоят из силикатных цепей, связанных между собой ионами, которые расположены между цепями. Пластинчатые материалы-плоские сетки, сложные силикатные структуры, объемные кристаллические решетки похожие на неорганические полимеры. Коагуляционные структуры – в образовании участвуют сравнительно слабые силы биомолекулярного взаимодействия. Конденсационные структуры возникают при непосредственном взаимодействии частиц под влиянием химических соединений в соответствии с валентностью атомов. Композитные структуры- смешанные, могут содержать в себе свойства различных связей и решеток.
Частый случай – дефекты структур, которые отрицательно влияют на качество и стабильность материалов (в виде примесей, микротрещин, закрытых и открытых пор)
Полиморфизм (аллотропия) Полиморфизм - это исключительное явление, присущее только твёрдому агрегатному состоянию вещества, в частности, веществам кристаллической структуры. Суть этого явления заключается в том, что под влиянием тех или иных процессов некоторые вещества способны изменять свою кристаллическую форму при сохранении химической природы, т.е. химического состава и молекулярного строения. Это явление наблюдается как у элементов (например, углерода, серы, кремния, железа и т.д.), так и у соединений (например, льда, кремнезёма, рутила, углекислого кальция и т.д.). С физической точки зрения превращение кристаллического вещества из одной формы в другую обуславливается внутренней перегруппировкой молекул, которая ведёт к изменению его кристаллической структуры и свойств. Так как перемещение молекул в твёрдом теле возможно только при условии сообщения им некоторой подвижности, то процесс перехода вещества из одной модификации в другую осуществляется под действием двух факторов: давления и температуры. Из этого следует, что каждая модификация существует при строго определенных условиях (параметрах), и совместное их существование одновременно невозможно, кроме как в точке пересечения кривых упругости их паров и температур, т. е. в точке превращения.
Полиморфные превращения, которые происходят при изменении температуры, но при постоянном давлении, делятся на две большие группы: энантиотропные (обратимые) и монотропные (необратимые) (от греч. энантиос – противоположный, тропос – изменение).
При энантиотропном превращении точка перехода из одной модификации в другую лежит ниже температуры плавления вещества, т. е. существует температура, (при определенном давлении), при которой обе модификации находятся как бы в равновесии. Это превращение обратимо (двустороннее): ниже температуры перехода устойчива одна модификация, выше – другая.
Например, известны две модификации серы: ромбическая и моноклинная. Точка перехода одной модификации в другую соответствует T = 95, 6 оC, т. е. охлаждение приводит к ромбической структуре, нагревание – к моноклинной.
Для кварца SiO2 также известны две модификации: низкотемпературная (α-кварц) и высокотемпературная (β-кварц). Переход одной модификации в другую происходит легко при Т=573 оC с изменением симметрии. Известны и более многочисленные системы полиморфов. Так, например, существует три модификации TiO2 - рутил, брукит, анатаз. В трех полиморфных модификациях находится в природе вещество состава Al2O3 * SiO2 – это кианит, андалузит, силлиманит.
Минералы с четко выраженной точкой полиморфного перехода могут служить температурными индикаторами – геологическими термометрами.
При монотропном превращении точка перехода из одной модификации в другую лежит выше температуры плавления данного вещества. Эти переходы не обратимы, точнее, обратный переход может осуществиться лишь через разрушение структуры – через жидкое или газообразное состояние. Например, одна из модификаций Ca[CO3] – арагонит – при нагревании до температуры выше 400 оC при нормальном давлении переходит в кальцит. Однако охлаждение последнего к образованию арагонита не приводит. Также, из двух известных модификаций углерода – графита и алмаза, связанных монотропным переходом, не устойчив алмаз, который при повышенных температурах переходит в графит. Однако подобны превращения практически настолько замедленны, что при обычных P, T – условиях существуют обе модификации. По структурному признаку выделяют несколько типов полиморфных превращений. Наблюдаются превращения, в которых не затронута первая координационная сфера. Например, при переходе от ромбической модификации серы к моноклинной.
Другой тип полиморфизма предполагает изменение первой координационной сферы. К этому типу относятся такие переходы, как графит – алмаз.
Свойства материалов
Для грамотного выбора материалов в процессе проектирования и строительстав зданий и сооружений необходимо знать свойства используемых материалов. Свойство - это способность материала определенным образом реагировать на воздействие отдельных или совокупных, внешних или внутренних факторов. Классификациясвойств В зависимости от вида работы материала в конструкциях и его взаимодействия с окружающей средой различают:
физические свойства (собственнофизические, гидрофизические, теплофизические, акустические, электрические, механические свойства (деформативные и прочностные);
химические свойства;
физико-химические свойства;
технологические свойства.
Свойства материала всегда оценивают принятыми числовыми показателями. КАЧЕСТВО – совокупность свойств материала, обуславливающих его способность удовлетворять определённым требованиям в соответствии с его назначением.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Истинная плотность ρ (г/см3) – масса в единице объема материала в абсолютно плотном состоянии, то есть без пор и пустот Средняя плотность ρ0 (кг/м3) – масса в единице объема материала в естественном состоянии, то есть вместе с порами и пустотами Насыпная плотность ρн (кг/м3) – отношение массы материала в рыхло-сыпучем состоянии к его объёму. Пористость – степень заполнения объема материала порами. Различают общую, открытую и закрытую пористость. Открытая пористость По - количество открытых пор в объеме материала (определяется по водопоглощению) Закрытая пористость Пз - количество закрытых пор в объеме материала
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Химические свойства - свойства материалов, которые показывают их способность реагировать или не реагировать с веществами, находящимися в окружающей среде. Химические свойства сосредоточены в понятии химическая стойкость - способность материала сопротивляться воздействию агрессивных факторов. В качестве агрессивной среды выступают:
смесь газов (воздух или другие газы)
вода (грунтовая, морская и др.)
Химическая стойкость зависит от:
состава и структуры строительного материала
от состава и концентрации агрессивного вещества
Для оценки химической стойкости минеральных веществ принято использовать Модуль основности - модуль, показывающий соотношение щелочных и кислотных оксидов в составе материала. Если модуль основности равен 1, то материал считается нейтральным, Если модуль основности больше 1, то материал - щелочной (портландцемент, известь) Если модуль основности меньше 1, то материал - кислый (керамический кирпич) Для определения модуля основности определяют химических состав испытуемого материала по содержанию главных оксидов: СаО, MgO, SiO2, Al2O3, Fe2O3.
ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА - это свойства строительных материалов по отношению к действию воды Гигроскопичность - свойство пористого материала поглощать водяной пар из воздуха. Влажность характеризует относительное содержание воды в материале в процентах. Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней. Величина водопоглощения зависит от структуры материала и, прежде всего от открытой (капиллярной) пористости. Различают Водопоглощение по массе Вм (%) – отношение массы поглощённой материалом воды mв к массе материала в абсолютно сухом состоянии m Объёмное водопоглащение Во (%) – отношение объёма поглощённой материалом воды mв/ρв к его объёму в водонасыщенном состоянии V2: Влажностные деформации - это усадка и набухание. Усадка, (усушка) - уменьшение объема и размеров материала при его высыхании. Оно вызывается уменьшением толщины слоев воды, окружающих частицы материала, и действием капиллярных сил, стремящихся их сблизить.Набухание (разбухание) - увеличение объема и размеров материала при его увлажнении. Оно происходит вследствие расклинивающего действия воды и уменьшения капиллярных сил. Водопроницаемость - способность материала пропускать воду через свою толщу. Характеризуется величиной коэффициента фильтрации Кф (м2/ч), который определяется количеством воды, прошедшим через 1 м2площади в течение 1 ч при постоянном давлении. Водонепроницаемость - способность материала не пропускать воду, и она связана с коэффициентом фильтрации обратной зависимостью. Водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения Kр Морозостойкость - способность материала выдерживать многократное и попеременное замораживание и оттаивание в насыщенном водой состоянии.
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА характеризуют отношение материала к действию тепла. Теплопроводность - способность материала передавать тепло от тела большей температурой к менее теплому. Термическое сопротивление R, (м2 оС)/Вт, конструкции толщиной δ равно Теплоемкость определяется количеством теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг данного материала, чтобы повысить его температуру 1 оС. Огнеупорность - способность материала выдерживать длительное влияние высоких температур под нагрузкой. Огнестойкость - способность материала выдерживать кратковременное воздействие открытого огня
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА характеризуют способность материала сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям под влиянием силовых, тепловых, усадочных или других воздействий. Механические свойства разделяют на: -деформативные (упругость, пластичность и другие) и
-прочностные (пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, скалывании; ударная прочность или сопротивление удару; сопротивление истиранию). Упругость - свойство материала принимать после снятия нагрузки первоначальную форму и размеры. Модуль упругости (модуль Юнга) характеризует меру жесткости материала, т.е. его способность сопротивляться упругому изменению формы и размеров при приложении к нему внешних сил Пластичность – свойство материала при нагружении в значительных пределах изменять размеры и форму без образования трещин и разрывов и сохранять эту форму после снятия нагрузки. Хрупкость - свойство материала под действием нагрузки разрушаться без заметной пластической деформации.
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА Изготовленное изделие, деталь или конструкция должны удовлетворять требованиям эксплуатации, то есть обладать надежностью. Показатели надежности и долговечности характеризуют степень выполнения изделием своих функций в течение заданного срока службы или до наступления предельного состояния. Строительные изделия подразделяют на восстанавливаемые (можно отремонтировать или заменить) и невосстанавливаемые (закладные детали, связи стеновых панелей). Важные технические состояния – исправность, неисправность и работоспособность. Исправные объекты – объекты полностью соответствуют всем требованиям научной и технической документации, работоспособные объекты соответствуют только тем, которые обеспечивают нормальное выполнение основных функций. Исправность объекта обязательно включает в себя работоспособность. Предельное состояние – дальнейшее применение объекта недопустимо вследствие физического износа или нецелесообразно из-за морального износа. Переход изделий из исправного состояния в неисправное происходит в результате дефектов, под которым понимают отдельное несоответствие продукции установленным требованиям.
Явные дефекты (трещины, отбитости, неровности, непараллельности), для выявления которых в нормативной документации предусмотрены соответствующие правила, методы и средства обнаружения и контроля. Скрытые дефекты (инородные включения, раковины, непровары) чаще выявляются после того, как изделие попадает к потребителю. Критический дефект, когда применять продукцию невозможно или недопустимо. Значительный дефект, который существенно влияет на надежность и долговечность продукции, но не является критическим. Малозначительный дефект, когда отклонение признака или параметра существенно не влияет на использование продукции по назначению и на ее долговечность. Разделение дефектов производится для правильного выбора вида контроля качества продукции (сплошного или выборочного). Неустранимый дефект, ликвидация которого технически невозможна или экономически нецелесообразна. По мере усовершенствования технологии и снижения затрат на исправление брака неустранимые дефекты могут перейти в устранимые дефекты. Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени (для материалов и изделий) или некоторой наработки (для оборудования): – наработка до отказа, соответствует времени от начала эксплуатации до первого отказа. Данное понятие применительно только для единичного изделия; – средняя наработка до отказа – математическое ожидание (среднее значение) наработки до первого отказа; – вероятность безотказной работы означает, что в пределах заданной наработки отказа объекта не возникнет; – интенсивность отказов – вероятность безотказной работы в конкретный момент времени; – отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния. Внезапный отказ – отказ, произошедший в результате резкого скачкообразного изменения параметров (поломка, отслаивание). Постепенный отказ – отказ, произошедший вследствие медленного изменения параметров (износ, деформации материалов). Долговечность (работоспособное состояние, работоспособность) – состояние объекта, при котором его параметры находятся в установленных допусках. Долговечность заключается в способности объекта не достигать предельного состояния в течение некоторого времени или наработки при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Показатели долговечности: – технический ресурс, отражающий наработку единичного объекта от начала эксплуатации до перехода в критическое состояние (применение невозможно); – средний ресурс – математическое ожидание технического ресурса; – cрок эксплуатации – срок до перехода изделия в предельное состояние (применение недопустимо); – средний срок службы – математическое ожидание срока эксплуатации. Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния в результате предупреждения, выявления и устранения отказов. Только для восстанавливаемых изделий: – среднее время восстановления работоспособного состояния; – вероятность восстановления, т.е. вероятность того, что время восстановления работоспособности не превышает заданного. Сохраняемость – свойство объекта сохранять работоспособность (безотказность, долговечность и ремонтопригодность) при хранении и транспортировании или в перерывах между использования по назначению: – время хранения до возникновения неисправности (время сохранения гидрофобности для гидрофобного цемента); – время транспортировки до возникновения неисправности (время сохранения удобоукладываемости для бетонной смеси).
ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА Разрушение – ослабление взаимосвязи между частицами при нарушении сплошности структуры. Пластичность - свойство деформируемого твердого тела сохранять остаточные деформации после снятия приложенной к нему нагрузки.
а)
Трансляционное
скольжение
по плоскостям. Одни слои атомов кристалла
скользят по другим слоям, причем они
перемещаются на дискретную величину,
равную целому числу межатомных
расстояний.
В промежутках между полосами скольжения деформация не происходит. Твердое тело не изменяет своего кристаллического строения во время пластической деформации и расположение атомов в элементарных ячейках сохраняется. Плоскостями скольжения является кристаллографические плоскости с наиболее плотной упаковкой атомов.
Это наиболее характерный вид деформации при обработке давлением.
б) Двойникование (поворот одной части кристалла в положение симметричное другой его части) Плоскостью симметрии является плоскость двойникования
Двойникование чаще возникает при пластической деформации кристаллов с объемно-центрированной и гексагональной решеткой, причем с повышением скорости деформации и понижением температуры склонность к двойникованию возрастает.
Двойникование может возникать не только в результате действия внешних сил, но и в результате отжига пластически деформированного тела. Это характерно для металлов с гранецентрированной кубической решеткой (медь, латунь). Двойникованием можно достичь незначительной степени деформации.
Упругость— это свойство твёрдых материалов возвращаться в изначальную форму при упругой деформации. Твёрдые предметы будут деформироваться после приложенной на них силы. Если убрать силу, то упругий материал восстановит начальную форму и размер.
Физические причины для упругого поведения могут быть совершенно различными для разных материалов. В металлах атомная решётка меняет размер и форму при приложении силы (добавлении энергии в систему). Когда сила убирается, решётка возвращается обратно в прежнее энергетическое состояние. Для резины и других полимеров упругость вызывается растяжением полимерной цепочки
Абсолютная упругость — это идеализация реального мира, и даже при небольших деформациях мало материалов остаются совершенно упругими. В инженерном деле упругость материалов измеряется двумя типами параметров материала:
Модуль упругости показывает механическое напряжение (количество силы на единицу площади), которое необходимо приложить для достижения определённого уровня деформации. Модуль измеряется в паскалях (Па) или фунтах силы на кв. дюйм (psi или lbf/in2). Высокий модуль обычно показывает, что материал труднее деформировать.
Предел упругости — максимальное напряжение, вне которого материал больше не ведёт себя как упругий, а будет иметь место деформация материала. После снятия напряжения материал эластично вернётся в постоянно деформированную форму вместо оригинальной.
Чтобы описать относительную упругость двух материалов, должны рассматриваться и модуль, и предел упругости. У резины, как правило, низкий модуль, и она обычно сильно растягивается (у неё высокий предел упругости), и поэтому проявляет большую эластичность, чем металлы в ежедневном применении. Если взять два резиновых материала с одним и тем же пределом упругости, то тот, у кого более низкий модуль, будет казаться более эластичным.
МОДУЛЬ ЮНГА или модуль продольной деформации Е показывает критическое напряжение х, которое может выдержать структура материала при максимальной её деформации е до разрушения, имеет размерность напряжения (МПа) и является основной характеристикой прочности материала. Е = КОЭФФИЦИЕНТ ПУАССОНА (коэффициент поперечной деформации) – показывает зависимость между продольными и поперечными деформациями элемента, характеризует упругие свойства материала. Обозначается строчными греческими буквами V и является безразмерной величиной. Определяется отношением относительных поперечных и продольных деформаций бруса (элемента): V =
Ползучесть материалов – непрерывная пластич. деформация материалов под воздействием постоянной механической нагрузки или напряжений.
Ползучесть материалов экспериментально изучают прежде всего при простых напряженных состояниях: одноосных растяжении, сжатии, а также чистом сдвиге. Условия проведения таких экспериментов определены ГОСТами. Ползучесть при сложных напряженных состояниях изучают обычно на тонкостенных трубчатых образцах. Релаксация – способность материалов к самопроизвольному снижению напряжений при постоянном воздействии внешних сил. Релаксация — многоступенчатый процесс, так как не все физические параметры системы (распределение частиц по координатам и импульсам, температура, давление, концентрация в малых объёмах и во всей системе и другие) стремятся к равновесию с одинаковой скоростью. Обычно сначала устанавливается равновесие по какому-либо параметру (частичное равновесие), что также называется релаксацией. Все процессы релаксации являются неравновесными процессами, при которых в системе происходит диссипация энергии, то есть производится энтропия (в замкнутой системе энтропия неубывает). В различных системах релаксация имеет свои особенности, зависящие от характера взаимодействия между частицами системы; поэтому процессы релаксации весьма многообразны. Время установления равновесия (частичного или полного) в системе называется временем релаксации.
Процесс
установления равновесия в газах определяется
длиной свободного пробега частиц 
и
временем свободного пробега 
(среднее
расстояние и среднее время между двумя
последовательными столкновениями
молекул). Отношение 
имеет
порядок величины скорости частиц.
Величины
и
очень
малы по сравнению с макроскопическими
масштабами длины и времени. С другой
стороны, для газов время свободного
пробега значительно больше времени
столкновения 
.
Только при этом условии релаксация определяется
лишь парными столкновениями молекул.
Текучесть
– свойство пластичных металлов и тел
при постоянном увеличении давления
уступать действию сдвигающих сил и
течь подобно вязким жидкостям.
Величина текучести обратна величине вязкости. Обозначения текучести: или F=
Явления можно наблюдать методом Треска. Пластичный материал, например, свинец, помещается в закалённый стальной цилиндр, в дне которого сделано отверстие. С другого конца в цилиндр вдвигается стальной поршень. При сильном давлении на поршень металл вытекает из отверстия в виде струи, и если края отверстия острые, то наблюдается сжатие струи, как при истечении жидкостей.
Теоретическая прочность – критическое напряжение, которое необходимо квазистатически (медленно) приложить к идеальному телу, чтобы вызвать его необратимую диссоциацию.
Теоретическая прочность при разрушении путем отрыва связана с величиной энергии образования двух новых поверхностей и по своей физической природе выражаетсопротивление материала абсолютно хрупкому разрушению. Следовательно, теоретическую прочность твердого тела можно определить как максимальное напряжение, необходимое для разъединения образца на две части одновременно по всему его поперечному сечению. Зная энергию образования двух новых поверхностей, расчетным путем можно определить прочность на отрыв при растяжении твердого тела. Такой расчет дает минимальные значения теоретической прочности, равные приблизительно 0,1 модуля упругости при растяжении. За максимальное значение принимают величину, равную 0,5 модуля упругости.
Хрупкое разрушение характеризуется тем, что оно не сопряжено с заметной пластической макродеформацией и, как правило, наблюдается при воздействии средних напряжений, не превыщающих предел текучести.
Хрупкое разрушение происходит в отсутствие заметных деформаций путем быстрого распространения трещины. Направление развития трещины почти строго перпендикулярно направлению приложения нагрузки, а поверхность разрыва в этом случае получается сравнительно гладкой. Характер поверхности разрыва, образующийся при хрупком разрушении, весьма специфичен именно для этого вида разрушения. При этом какие‐либо заметные следы пластических деформаций отсутствуют. Так, например, при разрушении образцов из некоторых сталей вблизи центра сечения, по которому произошел разрыв, заметна серия V‐образных меток, которые направлены к месту зарождения трещины. Лишь при хрупком разрушении на поверхности разрыва образуются гребни, которые расходятся от места зарождения трещины подобно вееру. Довольно часто оба этих типа отметин бывает сложно обнаружить невооруженным глазом. При разрушении очень жестких мелкозернистых металлов вообще отсутствует сколько‐нибудь различимая картина излома. Поверхности разрушения аморфных материалов, таких как керамические стекла, выглядят блестящими и гладкими. Для большинства хрупких кристаллических материалов распространение трещины происходит путем последовательного и повторяющегося разрыва атомных связей вдоль определенных кристаллографических плоскостей. Такой процесс называется расщеплением («cleavage»). О разрушении такого типа говорят как о трансзернистом (или транскристаллитном), поскольку в этом случае трещина проходит через зерна. На макроскопическом уровне поверхность разрушения может иметь зернистую или фасеточную текстуру. При разрушении некоторых сплавов трещина походит по границам зерен. Такой тип разрушения называют межзернистым. Разрушение описанного типа может происходить как следствие процессов, приводящих к ослаблению или устранению хрупкости в областях между зернами.
Стандартизация – мероприятия, связанные с установлением и применением правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон.
Стандартизация направлена на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного применения в отношении реально существующих или потенциальных задач.
За реализацию норм стандартизации отвечают органы стандартизации, наделенные законным правом руководить разработкой и утверждать нормативные документы и другие правила, придавая им статус стандартов.
В области промышленности стандартизация ведет к снижению себестоимости продукции, поскольку:
позволяет экономить время и средства за счет применения уже разработанных типовых ситуаций и объектов;
повышает надежность изделия или результатов расчетов, поскольку применяемые технические решения уже неоднократно проверены на практике;
упрощает ремонт и обслуживание изделий, так как стандартные узлы и детали — взаимозаменяемые (при условии, что сборка осуществлялась без пригоночных операций).
Стандартизация может быть малоэффективной в случаях, когда основной целью разработки изделия является достижение очень высоких функциональных характеристик, которые возможны при значениях основныхпараметров, не соответствующих стандартным.
Стандарт – документ, результат конкретной работы по стандартизации, выполненной на основе достижений. Предварительный стандарт — это временный документ, который принимается органом по стандартизации и доводится до широкого круга потенциальных потребителей, а также тех, кто может его применить. Информация, полученная в процессе использования предварительного стандарта, и отзывы об этом документе служат базой для решения вопроса о целесообразности принятия стандарта.
Стандарты бывают международными, региональными, национальными, административно-территориальными. Они принимаются соответственно международными, региональными, национальными, территориальными органами по стандартизации. Все эти категории стандартов предназначены для широкого круга потребителей. По существующим нормам стандартизации стандарты периодически пересматриваются для внесения изменений, чтобы их требования соответствовали уровню научно-технического прогресса, или, согласно терминологии ИСО/МЭК, стандарты должны представлять собой "признанные технические правила". Нормативный документ, в том числе и стандарт, считается признанным техническим правилом, если он разработан в сотрудничестве с заинтересованными сторонами путем консультаций и на основе консенсуса.
Указанные выше категории стандартов называют общедоступными. Другие же категории стандартов, такие, как фирменные или отраслевые, не являясь таковыми, могут, однако, использоваться и в нескольких странах согласно существующим там правовым нормам.
СП – свод общегосударственных нормативных документов по проектированию , строительству и строительным материалам, обязательный для всех организаций и предприятий. Стандарты ИСО – документы общего характера, обозначающие добровольную, основанную на международном консенсусе систему.
Международные стандарты ИСО гарантируют, что продукты и услуги являются безопасными, надежными и качественными. Для бизнеса они являются стратегическими инструментами снижения расходов путем минимизации отходов и ошибок и увеличения производительности. Они помогают компаниям получить доступ к новым рынкам, обеспечивают равные условия для развивающихся стран и способствуют свободной и справедливой международной торговле.
21-28. Природными каменными материалами называются материалы и изделия, получаемые механической обработкой (дроблением, раскалыванием, распиливанием и т. п.) горных пород.
Природные каменные материалы очень прочны, долговечны, огнестойки, обладают прекрасными декоративными свойствами. В наше время природные плотные каменные материалы, как правило, уже не используются для несущих и ограждающих конструкций, т.к. эти материалы трудоемки в обработке, обладают большой массой и высокой теплопроводностью. Но из–за положительных эксплуатационных и эстетических качеств продолжают широко применяться для облицовочных работ, устройства полов, дорожных покрытий и пр. Пористые природные материалы применяются в конструкциях стен жилых и общественных зданий в виде стеновых камней и блоков. Грубообработанные каменные материалы и соответствующие горные породы широко используются в качестве заполнителей для бетонов, изготовления других искусственных каменных изделий на минеральных и органических вяжущих.
Классификация природных каменных материалов
По виду и степени обработки различают 1) грубообработанные материалы (бутовый камень, щебень, гравий, песок) и 2) профилированные изделия (изделия и профилированные детали из природного камня; штучный камень и блоки правильной формы; плиты для наружной и внутренней облицовки зданий, полов; изделия для дорожного строительства и т.п.).
По способу изготовления природные каменные материалы и изделия можно разделить: на 1) пиленые, полученные абразивной обработкой (стеновые камни и блоки, облицовочные плиты и плиты для пола), и 2) колотые, полученные ударной обработкой (бортовые камни, камни тесаные, брусчатка, шашка для мощения и др.).
По способу получения подразделяют на рваный камень(бут.)-добывают взрывным способом; грубоколотый камень-раскалыванием без обработки; дробленый-дроблением(щебень, искусств.песок);сортированный камень(булыжник,гравий)
По форме делят на камни неправильной формы(щебень,гравий) и штучные изделия, имеющие правильную форму.
Природные каменные материалы классифицируются также по физико–техническим и эксплуатационным свойствам.
По плотности природные камни делятся на легкие и тяжелые. Легкие камни плотностью не более 1,8 г/ссм3 имеют пористое строение (вулканический туф, пемза, известняк–ракушечник) и поэтому применяются преимущественно в виде штучного камня и блоков для стен зданий и щебня для легких бетонов. Тяжелые камни плотностью более 1,8 г/см3 (из гранита, сиенита, диорита и т.п.) служат облицовкой и используются в виде плит пола, материалов и изделий для гидротехнического и дорожного строительства.
Также природные каменные материалы маркируются по по пределу прочности при сжатии, по морозостойкости, по водостойкости, по твердости, истираемости, износу, огнестойкости, стойкости к химическому воздействию внешней среды и т.п.
Щебень – остроугольные куски камня размером 5–150 мм. Получают его дроблением бутового камня и крупного гравия. Для обеспечения нужного зернового состава щебня процесс дробления осуществляют в несколько стадий. Встречается и природный щебень, называемый дресвой.
Гравий состоит из окатанных (округлых) зерен тех же размеров, что и у щебня. Его получают просеиванием рыхлых осадочных пород.
Песок состоит из зерен различных минералов (кварца, полевого шпата, слюды и др.) с размерами 0,14мм.
Стекло-вещ-во и мат-л, 1 из самых древних и, благодаря разнообразию своих св-в, универсальный в практике ч-ка. Структурно-аморфно,изотропно. Все виды стекол при формировании преобраз-ся в агрегатном состоянии от чрезвычайной вязкости жидкого до так называемого стеклообразного в процессе остывания со скоростью, достаточной для предотвращ. Кристаллизации расплавов, получ-х плавлением сырья . tварки 300-2500ºC
Физические свойства стекла
Плотноссть около 2500 кг/м.Зависит от хим. состава. Модуль Юнга(упругости) зависит от хим состава от 48000 до 120000МПа. Прочность на сжатие от 500 до 2000МПа Уоконного стекла 1000МПа. Твердость зависит от примесей.По шкале Мооса 5-7(между апатитом и кварцем) Температура плавления Стекло- термопластичный мат-л, нет четкой t плавления. Переходит в жидкое постепенно. Хрупкость Хаар-ся ударной вязкостью. Теплопроводность низкая (0,0017-0,032 кал/см*с*град
Улучшение св-в стекла- чтобы расширить сферу применения стекла, его подвергают закалке, создают многослойные коспозиты и упрочняют методом низкотемпературной ионообменной диффузии.Армирование ослабляет стекло.
Вилы стекол:
Кварцевое стекло- из него делают хим. Лабораторную посуду. Термостойкое.Стоимость высокая – применяется редко.
Натриево-силикатные стекла- Введение соды, значит низкая t плавления.Более дешевое. Раствор-ся в воде.
Известковые стекла-Натриево-силикатные с добавлением извести. 90% производимого стекла.
Свинцовые стекла- медь с кремнеземом. Распрастранено хорошо. 1 из лучших изоляторов в радиоприемниках и тел. Трубках
Боросиликатное стекло – Приобретают термостойкость. Повышается хим. стойкость.
Виды изделий из стекла:
Плоское стекло- в течение и сразу после мировой войны были разработаны новые и полностью непрерывные методы изготовления как оконного, так и зеркального.
Стеновые стеклоблоки- Плохо пропускают свет, но довольно теплые и прочные.
Стекловолокно- в форме нитей изготавливаются D<1мкм. Термостойко и негорючее. Не поглощает влаги, не гниет, не подвержено хим. Разложению. Атмосферно-, кислотно-,масло- т коррозийностойко, не проводит электричества. Из него стекловата-хороший изолятор.
Пеностекло- по структуре похоже на хлеб и может распиливаться на куски нужного размера. Не тонет в воде, яв-ся жестким, не горит и не выделяет запахов. Отличный изолятор.
Ситаллы- получают путем введения в расплав. Стекол массу спец. Состава катализаторов кристаллизации. Из такого расплава формируют изделии, затем их охлаждают, в результате чего расплавленная масса превращается в стекло. При послед. тепловой обработке происходит полная или частичная кристаллизация стекла.Отсюда ситалл.
Керамическими (от греческого «керамос» – глина) называют искуственные каменные материалы и изделия, получаемые высокотемпературным обжигом глин с минеральными добавками.
Виды изделий из легкоплавких глин:
Кирпич глиняный обыкновенный изгот-т из глин с отощающими добавками или без них.Грани: постель-рабочая грань, ложок и тычок.
Изделия: рядовые и лицевые(гладкая рельефная поверхность).
Кирпич: полнотелый или пустотелый.
Марки по прочности( М25-М300) По морозостойкости( F25, F35, F50, F75,F100)
По показателю сред. плотность изделия на классы: 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 2,0.
По теплотехническим хар-м изделия в зависимости от класса сред плотности на группы
Распространены одинарные и утолщенные кирпичи. Применяют при кладке внутр и наруж стен, столбов и др частей зданий и сооружений.
Легкоплавкие Г. плавятся при темпре 1 200°С и ниже (обыкновенная, так наз. кирпичная глина, — при темпре 800°С); содержат значительный процент песка и др. примесей. Легкоплавкие Г. идут на строительный кирпич, гончарную черепицу, гончарные изделия, облицовочные плитки и пр.; используются, как строительный материал на глинобитные и саманные стены, для изоляции подполий зданий от проникновения грунтовой воды, при гидротехнических работах и пр.
Виды изделий из тугоплавких глин:
Плитку керамическую фасадную применяют для облицовки фасадов.
Плитка для полов. Легко поддается ремонту.(1)Гладкая, 2)шероховатая, 3)тесненная ; 1)одноцветная 2) многоцветная)
Плитка интерьерная для облицовки внутри помещений с высокой влажностью.
Строительный (керамический) кирпич – это строительный материал, предназначенный для возведения несущих стеновых конструкций и межкомнатных перегородок.
Керамический кирпич получают путем формовки, прессования и обжига легкоплавких глиняных масс. Обжиг сырья производится при температуре 900 – 1 100 С, после чего материал приобретает прочность камня и низкое влагопоглощение и полностью готов к решению любых архитектурно-строительных задач.
По размерам керамический кирпич подразделяется на три основные группы:
Одинарный кирпич — 250 х 120 х 65 мм;
Полуторный кирпич — 250 х 120 х 88 мм;
Двойной кирпич — 250 х 120 х 140 мм.
Прочность - 100 – 300 кг/кв.см. Прочность материала регламентируется его маркой и зависит от плотности и технологии изготовления. Самыми востребованными материалами считаются М 150 и М 200. Объемный вес: кирпич полнотелый - 1 600 – 1 900 кг/куб.м; кирпич пустотелый - 1 100 – 1 450 кг/куб.м. Удельный вес материала зависит от объема внутренних пустот кирпича. С увеличением объема полостей уменьшается теплопроводность материала и увеличивается экономичность.Теплопроводность - 0,6 – 0,7 Вт/м Град для полнотелых кирпичей; 0,3 – 0,5 Вт/м Град для пустотелого материала. Керамический кирпич обладает довольно низкой теплопроводностью, что позволяет возводить энергоэффективные сооружения.Морозостойкость - циклы 50 – 100 F . Керамический кирпич прекрасно переносит перепады температур и при правильном формировании кладки и постоянном внутреннем обогреве может прослужить 100 и более лет.Усадка - 0,03 – 0,1 мм/м. Этот показатель у кирпичной кладки очень незначителен и поэтому здания, возведенные из керамического кирпича, редко трескаются.Водопоглощение - 6 - 14 % . Высокое влагопоглощение отрицательно влияет на качество строительных материалов. Керамический кирпич обладает довольно низким влагопоглощением и поэтому имеет высокие прочностные характеристики во всех условиях эксплуатации.Паропроницаемость – 0,14 – 0,17 Мг/(м*ч*Па). Этот показатель является достаточным для создания в помещении комфортной влажности.Огнестойкость – 10 часов. Это очень высокий показатель, позволяющий кирпичной кладке долгое время сопротивляться действию высоких температур, и поэтому материал считается практически негорючим.Стоимость: 6 – 8 руб./шт. - полнотелый кирпич, 7 – 9 руб./шт. - пустотелый кирпич. Стоимость материала практически не зависит от его конструктивных особенностей. Стоимость лицевого кирпича составляет 18 – 25 руб./ шт.Звукоизоляция – хорошая. Звукоизоляционные характеристики керамического кирпича отвечают требованиям СНиП 23-03-2003Максимальная этажность строения - не ограничена. Прочностные характеристики материала позволяют возводить сооружения большой этажности.
Достоинства: Кирпич отличается высокой прочностью, а его небольшие размеры позволяют возводить самые сложные архитектурные формы и реализовывать необычные решения. Привлекательный внешний вид отделочного кирпича дает возможность не применять дополнительного декорирования при оформлении внешних поверхностей стены. В отличие от бетонных плит кирпич обладает большей теплоемкостью, поэтому в помещении тепло зимой и прохладно летом.Недостаток: При недостаточном отоплении в зимний период кирпичный дом охлаждается, для его последующего нагрева необходимо затратить довольно продолжительное время.
Органические вяжущие материалы- вещ-ва органического происхождения, которые обладают способностью под воздействием физ или хим процессов переходить из пластичного состояния в твердое или малопластичное.
Битумные матрериалы. Битумы- при комнатной t вязкопластичные или твердые вещ-ва черные или темно-коричневые.Сложная смесь молекулярных углеводородов и их не металлических производных.Искусственные битумы- получают при переработке нефти, в результате отгонки из ее состава газов,бензина, керосина, дизельного топлива.Природный битум- твердое вещ-во или вязкие жидкости , состоящие из смеси углеводородовю В виде асфальтовых пород: песка, пористого известняка.Асфальтовые породы-горные породы,пропитанные битумом. Битум извлекают из них нагревом.Асфальтиты-породы, состоящие из тверд природного битума и др органических вещ-в, нерастворимых в сероуглероде.
Дёгтевые материалы. Дёготь- продукт сухой перегонки твердых видов топлива, представляющих собой вязкую темно-бурую жидкость с хар-ным «дегтярным» запахом. Пек – твердое или вязкое аморфное вещество черного цвета. Это остаточный продукт перегонки каменноугольных дегтей при температуре более 360°С.
В состав дегтевых вяжущих входят в основном непредельные углеводороды ароматического ряда – производные бензола и их соединения с кислородом, азотом и серой. Поэтому атмосферостойкость материалов на основе дегтевых вяжущих ниже по сравнению с битумными материалами (дегти стареют быстрее, чем нефтяные битумы). В то же время биостойкость дегтевых материалов выше, что объясняется высокой токсичностью содержащегося в дегтях фенола (карболовой кислоты).
Асфальтовые растворы- применяют при устройстве гидроизоляционных штукатурок и покрытый, тротуаров, полов.
Холодный асфальтовый р-р изготовляют из смеси нефтяных битумов( 5…10%) с добавкой р-ля, порошкообразного минерального наполнителя и чистого сухого песка, замешанного в спец растворомешалках с разогревом до 100-120С Горячий асфальтовый р-р без растворителя, а так то же самое, что и холодный.
Асфальтобетон-дрожный мат-л, из битумововяжущего порошка и заполнителя. Асфальтобетонные смеси: щебеночные, гравичный, песчаные. Холодные и горячие.Наиболее распространены горячие.
Величина остаточной пористости: 1. Высокоплотные с остаточной пористостью 1-2,5% 2.Плотные 2,5-5% 3.Пористые 5-10% 4.Высокопористые 10-18% Пористость ухудшает долговечность асфальтобетона в связи с ↑ водопоглащения, ↓ морозостойкости и хим стойкости.
Содержание в них щебня или гравия, а также песчаные горячие смеси в зависимости от вида песка: 1. Многощебенистые 2. Среднещебенистые 3. Малощебенистые 4. Песчаные смеси на песках …<=30% 5. Песчаные на природных песках или смесях природных песков с отсевами дробления при содерж. послед. <70% по массе.
Холодный асфальтобетон укладывают слоями на сухие или слегка влажные пов-ти с легкой укаткой катками. Изготавливают из смеси жидких битумов, растворителей, порошкообразного минерального наполнителя чистого щебня и песка путем смешивания и нагрева.
Деструкция асфальтобетона в процессе его эксплуатации и меры борьбы с ней. Все виды ей подвергаются в результате тепловых колебаний. Происходит расшатывание структуры и ↓ св-в материала. При – температуре битум становится хрупким.Старение происходит еще при ультрафиолетовых лучах. При вымерзании воды ↑ пористость, ↓ прочность покрытия. Комплексное воздействие тепла, холода, воды, ультр.фиол. ведет к деструкции асфальтобетона.
29) Гидроизоляционные и кровельные материалы на основе битумов и полимеров Один из важных вопросов в строительстве — защита зданий и сооружений от воздействия атмосферных осадков, окружающей влажной среды, напорных и безнапорных вод. Во всех этих случаях основную роль играют гидроизоляционные и кровельные материалы, которые предопределяют долговечность зданий и сооружений. Гидроизоляционные и кровельные материалы подразделяют на эмульсии, пасты, мастики. В зависимости от входящих в состав гидроизоляционных и кровельных материалов вяжущих веществ их подразделяют на битумные, полимерные, полимерно-битумные.
Гидроизоляционные материалы
Эмульсии — дисперсные системы, состоящие из двух не смешивающихся между собой жидкостей, одна из которых находится в другой в мелко раздробленном состоянии. Для приготовления эмульсии применяют слабые водные растворы поверхностно-активных веществ или тонкодисперсные твёрдые порошки — эмульгаторы, которые понижают поверхностное натяжение между битумом и водой, способствуя более мелкому его раздроблению. В качестве эмульгаторов используют олеиновую кислоту, концентраты сульфитно-спиртовой барды, асидол. Эмульсии используют в качестве грунтовок и покрытий, наносят в холодном состоянии на сухую или сырую поверхность послойно.
Пасты приготовляют из смеси эмульгированного битума и тонкомолотых минеральных порошков (негашёной или гашёной извести, высокопластичных или пластичных глин). Применяют их в качестве грунтовок и покрытий для внутренних слоёв гидроизоляционного ковра.
Сухие смеси строительные гидроизоляционные проникающего действия представляют собой смесь цемента и песка в сочетании с химическими производными.
Существуют полимерные мембраны, которые изготавливаются из двух типов термопластичных материалов: ПВХ (пластифицированный поливинилхлорид) и ТПО (термопластичные полиолефины).
ПВХ мембраны состоят из нескольких слоёв ПВХ пленки, армированных полиэстровой сеткой, что обеспечивает большую прочность на разрыв и отсутствие усадки материала. Появились полимерные мембраны 40 лет назад на Западе.
Специально для подземной гидроизоляции существует тоннельная ПВХ мембрана с ярко-жёлтым сигнальным слоем. Это неармированный материал, устойчивый к прорастанию корней и к воздействию микроорганизмов. Сигнальный слой позволяет очень легко обнаружить повреждения гидроизоляционного ковра при монтаже подземной гидроизоляции.
ТПО мембраны состоят из смеси каучука и полипропилена.
Кровельные материалы
Пергамин — беспокровный материал, получаемый путём пропитки кровельного картона мягкими нефтяными битумами. Применяют его как подкладочный материал.
Толь — получают путём пропитки кровельного картона каменноугольными или сланцевыми дегтёвыми материалами и последующей посыпки его одной или двух сторон минеральным порошком. Используют его при устройстве кровель.
Рубероид — наиболее применяемый материал в плоских кровлях и кровлях с малыми уклонами.
Волнистые битумные листы из картона.
К группе материалов изготовленных методом пропитки можно отнести также битумные черепицы, здесь уже много вариантов по цвету и типоразмерам.
Керамопласт Основой для производства данного продукта служит полимер со специальной добавкой, которая представляет собой природный ингредиент, с великолепными армирующими свойствами.
Кровельные и гидроизоляционные битумно-полимерные наплавляемые материалы (англ. Membrane roofing) представляют собой синтетическую (полиэстер) или стекловолокнистую (стеклоткань, стеклохолст) основу, на которую с двух сторон наносится битумно-полимерное вяжущее. Основа пропитана модифицированным битумом (англ. modified bitumen), который обладает повышенной устойчивостью к температурным и механическим деформациям. На плоских кровлях и при гидроизоляции фундаментов укладка таких материалов производится на подготовленное основание с помощью пропановой горелки методом наплавления. Такое покрытие обладает 100 % герметичностью.
Металлический профнастил-рекомендуемый порядок установки профилированных листов проката:
Крыша сделанная при строительстве из листов профнастила, а также любых других кровельных покрытий металла Поверхности, эта ситуация организацию жилья, мансардных помещений, также включает в себя применение подкровельной гидроизоляции, которая защищает теплоизоляционный материал слива конденсата.
30) Полимерные материалы представляют природные или синтетические высокомолекулярные органические соединения, состоящие из огромного количества атомов. Строение молекул полимеров может иметь линейный или объёмный характер. Полимеры, молекулы которых имеют линейное строение, обладают термопластичностью — размягчаясь при нагревании они вновь затвердевают при охлаждении. Размягчение и отвердевание можно проводить многократно. Многократное нагревание с последующим охлаждением не вносит существенных изменений в свойства материала (полиэтилен, полистирол). Полимеры, имеющие объёмное строение молекул, обладают термореактивностью — они не могут многократно обратимо расплавляться и затвердевать. При первом нагревании они становятся пластичным и принимают заданную форму, переходя в неплавкое и нерастворимое состояние (фенопласты).
По упругим свойствам полимеры подразделяют на: ● пластики (жёсткие) ● эластики (эластичные).
Полимерные материалы содержат три группы веществ:
связующие
пластификаторы
наполнители.
Связующими веществами служат синтетические смолы. В качестве пластификаторов вводят глицерин, камфору и др. вещества, которые повышают эластичность и пластичность полимеров, облегчая их переработку. Наполнители (порошковые, волокнистые) придают полимерным изделиям большую механическую прочность, предотвращают усадку. Кроме этого, в состав вводят пигменты, стабилизаторы, ускорители твердения и др. вещества.
При изготовлении полимерных строительных материалов, изделий и конструкций наибольшее применение находят полиэтилен (плёнки, трубы), полистирол (плиты, лаки), полихлорвинил (линолеум), полиметилметакрилат (органическое стекло).
Благодаря хорошим механическим свойствам, эластичности, электроизоляционным качествам, способности принимать любую форму в процессе переработки полимерные материалы нашли широкое применение во всех областях строительства и в нашей повседневной жизни.
Структура и свойства полимеров
Под структурой полимеров понимают взаимное расположение в пространстве макромолекул, образующих полимер.
Структура полимера зависит от величины, формы, строения макромолекул и характера взаимодействия между ними и обусловливает важнейшие свойства полимера.
В зависимости от строения макромолекул различают линейные, разветвленные (или привитые) и пространственные полимеры.
Линейные полимеры - это соединения, макромолекулы которых представляют собой длинные цепи, молекулы которых химически инертны по отношению друг к другу и связаны между собой лишь силами Ван-дер-Ваальса. Не следует думать, что термин "линейные" обозначает прямолинейное расположение молекул относительно друг-друга, наоборот, для них более характерна зубчатая или спиральная конфигурация, что придает таким полимерам механическую прочность.
При нагревании вязкость таких полимеров уменьшается и они способны обратимо переходить сначала в высокоэластическое, а затем и в вязкотекучее состояния.
Разветвленные (привитые) полимеры образованы цепями с боковыми ответвлениями (число ответвлений и их длина различны). Разветвленные полимеры более прочны, чем линейные. Контролируемое разветвление цепей служит одним из основных промышленных методов модификации свойств термопластичных полимеров.
Линейные и разветвленные полимеры размягчаются (плавятся) при нагревании и вновь затвердевают при охлаждении. Такое свойство полимеров называется термопластичностью, а сами полимеры - термопластичными, или термопластами. Термопластичные полимеры можно не только плавить, но и растворять, так как связи Ван-дер-Ваальса легко рвутся под действием реагентов. К термопластам относятся поливинилхлорид, полиэтилен, полистирол и др.
Наконец, если молекулы полимера содержат реакционно-способные группы, то при нагревании они соединяются множеством прочных поперечных связей, полимер оказывается сшитым, т. е. приобретает пространственную структуру.
Таким образом, нагрев вызывает реакции, резко и необратимо изменяющие свойства материала, который приобретает прочность и высокую вязкость, становится нерастворимым и неплавким при повторном нагревании, вследствие большой реакционной способности молекул, проявляющейся при повышении температуры. Такие полимеры называют термореактивными, или реактопластами. К этой группе относятся карбамидные, фенолоформальдегидные, эпоксидные и другие полимеры.
Полимеры сочетают свойства газов (по упругости), жидкостей (по тепловому расширению, сжимаемости, текучести) и твердых тел (по способности сопротивляться деформации).
Линейные полимеры являются достаточно гибкими и несвязными для того, чтобы сформировать плотно упакованные упорядоченные структуры, называемые кристаллическими областями.
Полимеры с разветвленной цепью - намного жестче и, вследствие этого, не могут сформировать такие области. Такие материалы называются аморфными.
Полимеры кристаллической структуры характеризуются упорядоченностью расположения макромолекул, плотностью их упаковки, а полимеры аморфной структуры - беспорядочным взаимным расположением макромолекул.
Однако не существует в чистом виде кристаллических или аморфных полимеров. Структура полимера может лишь тяготеть к тому или иному типу (в зависимости от количества кристаллических областей).
Степень кристалличности может изменяться от 0 до 100% и зависит от времени и температуры переработки.
Различие в строении аморфных и кристаллических полимеров сказывается на их свойствах.
Полимеры кристаллической структуры обладают повышенной теплостойкостью, высокой прочностью, жесткостью и плотностью, низкой эластичностью и способностью к деформациям, низким поверхностным трением и повышенной хемостойкостью и высокой усадкой.
К кристаллическим полимерам относятся полиэтилен, полипропилен, полиамиды и большинство термопластических полиэфиров, а так же каучук.
Полимеры аморфной структуры обладают одинаковыми физико-механическими свойствами во всех направлениях и характеризуются низкой усадкой при литье, прозрачностью (как правило), средней хемостойкостью и износостойкостью и высоким поверхностным трением.
Большинство распространенных в промышленности полимеров - полистирол, поливинилхлорид, поликарбонат, АБС-пластик, САН, полиметилметакрилат, поливинилацетат и др. - аморфные.
Молекулярная масса - важнейшая характеристика свойств полимеров, которая определяет их механические свойства: прочность на разрыв, эластичность, жесткость и т. д. С увеличением молекулярной массы повышаются температура плавления и вязкость растворов, уменьшается растворимость, увеличиваются эластичность и прочность полимеров, а иногда повышается их жесткость.