Строительные материалы. Логические конспекты-схемы. Часть 1. Учебное пособие
.pdf
Воздухостойкость – способность выдерживать циклические увлажнения – высушивания без заметных деформаций и потери прочности
Вода |
< Rсж |
= Цикл |
> деформаций |
Воздух |
|
Важно для материалов цокольной части зданий, кровель, частей гидротехнических сооружений, работающих в зоне переменного уровня воды
Водонепроницаемость – способность не пропускать воду под давлением
Характеризуется маркой – величиной давления, при котором материал не пропускает воду через свою толщу: W2, W4, W6, W8, W10, W12…W20 (цифра – давление в кгс/см2)
Марки назначают для железобетонных напорных труб, бетона гидротехнических сооружений
Паро- и газопроницаемость – способность материалов пропускать через свою толщу водяной пар или воздух (газы) при разности давлений на противоположных поверхностях материала
Важно для:
–стеновых материалов жилых зданий, т.к. стены должны «дышать»;
–емкостей для хранения газов (стены газоубежищ должны быть газонепроницаемы);
–стеновых материалов влажных помещений (необходимо защищать с внутренней стороны от проникновения водяного пара)
Водостойкость – способность материала в той или иной степени сохранять прочность при увлажнении
Оценивается коэффициентом размягчения Краз = Rнас / Rсух
Краз → 0…1:
–глина – Краз = 0;
–гипсовые изделия – Краз = 0,4–0,6;
–гранит, бетон – Краз ≥ 0,8;
–стекло, битум, металл – Краз = 1
Краз ≥ 0,8 – материал водостоек
21
Морозостойкость (Мрз) – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и понижения прочности
Причины ↓ прочности и разрушения:
–↑ V воды при замерзании в порах примерно на 9 %;
–↑ Р на стенки пор растущих кристаллов льда;
–расшатывание структуры материала при попеременном увлажнении – замораживании
Мрз оценивается числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживает материал без существенного снижения прочности и потери массы
по ГОСТ 10060-95
Насыщение водой
24 (72 или 96 ч) –
предварительная
стадия
Замораживание на воздухе при t = = -(18 ± 2 ° С) ≥ 4 ч
Оттаивание в воде с t = 18 ± 2 ° С ≥ 4 ч
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предварительное |
|
Ускоренный – |
|
Косвенный – насы- |
||||||
насыщение |
|
насыщение |
|
щение в растворе |
||||||
и оттаивание в 5 %-м |
|
и оттаивание |
|
Na2SO4 |
||||||
растворе NaCl |
|
в 5 %-м растворе |
|
и высушивание при |
||||||
и замораживание |
|
NaCl |
|
t = 105 ± 5 ° С |
||||||
при t = – (18 ± 2 ° С) |
|
и замораживание |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
при -50 °C |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для бетона дорожных
1 цикл и аэродромных покрытий
С помощью специальных коэффициентов осуществляют пересчет к числу циклов по методу ГОСТ 10060-95
Мрз нормируют марками, определяемыми по ГОСТ 10060-95
Марка – число циклов попеременного замораживания и оттаивания, после которого материал:
сохраняет заданный уровень прочно-
сти Кмрз = Rмрз / Rнас:
–для большинства материалов должно быть Кмрз ≥ 0,85;
–для тяжелого бетона ≥ 0,95;
–для строительных растворов ≥ 0,75
нет заметных признаков разрушения (шелушения, трещин)
нормируют (не всегда) потерей массы ∆m ≤ 5 %
22
Марки по морозостойкости (цифра – число циклов):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тяжелый бетон |
|
|
|
кирпич керамический |
||||
F25, |
F35, |
F50, |
F100, |
F150, |
F200, |
F300, |
|
|
F25, F35, F50 |
|
F400, F500, F700, F1000 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Степень повреждения материала при замораживании зависит от степени его водонасыщения, т.е. связана со структурой и условиями эксплуатации
↓ П → ↑ Мрз
Wv < П → наличие замкнутых (резервных) пор
Наличие: капиллярных пор → ↓ Мрз изолированных пор → ↑ Мрз
В микропорах Ø < 0,1 мкм вода не замерзает даже при -70 ° С
Опасными являются сообщающиеся между собой поры Ø > 200 мкм
Технологические приемы повышения водо- и морозостойкости
Повышение плотности структуры ↓ Wm → ↑ водо- и морозостойкости
Введение в состав сырьевой смеси компонента, изменяющего фазовый состав материала, с появлением веществ с меньшей растворимостью (например, замена гипсового вяжущего на гипсоцементнопуццолановое)
Гидрофобизация – пропитка поверхности материала гидрофобизирующей жидкостью
Увеличение содержания в материале мелких замкнутых пор (например, воздухововлекающие добавки в бетонные смеси)
2.2. Механические свойства
Характеризуют способность сопротивляться воздействию внешних механических сил (нагрузок), вызывающих внутренние напряжения и деформации
23
Нагрузки
|
Статические |
|
|
|
Динамические |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Действуют постоянно, возникают от оборудования, конструкций, мебели, людей
На них рассчитывают здания и сооружения промышленного и гражданского строительства
Прикладываются внезапно, возникают от природных катастроф, аварий на предприятиях, взрывов и т.п.
На них рассчитывают мосты, тоннели, дорожные и аэродромные покрытия, прессовые цеха и т.д.
Сила
Материал
Деформированное состояние (изменение формы и размеров)
Деформационные свойства:
Разрушение (завершающая стадия силового воздействия)
Прочностные свойства при:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
упругость |
|
пластичность |
|
хрупкость |
|
сжатии |
|
|
растяжении |
|
изгибе |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2.2.1. Деформационные свойства |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
Деформация – |
изменение формы и размеров тела под действием внешних сил |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Деформация (ε) – |
отношение изменения линейного размера ∆l к первоначальному раз- |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
меру тела l: ε = ∆l / l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Материал
Снятие нагрузки
Упругость – способность восстанавливать после снятия нагрузки первоначальную форму и размеры (сталь)
Пластичность – способность при нагружении в значительных пределах из-
менять форму без образования трещин и сохранять эту форму после снятия нагрузки (глина)
Хрупкость – способность разрушаться мгновенно, без предварительных деформаций (природный камень, бетон, керамика, стекло и др.)
24
2.2.2. Прочностные свойства
Прочность – способность материала сопротивляться разрушениям под действием внутренних напряжений, возникающих под действием внешних нагрузок
Оценивается пределом прочности R – критическим напряжением, при котором наступает разрушение материала
Определяется испытанием до разрушения стандартных образцов или конструкций
Зависит от:
–формы и размеров образцов;
–условий испытания (скорости нагружения);
–состояния опорных поверхностей
Предел прочности при сжатии Rсж
R сж = Fраз / S (МПа, кгс/см2) 1 кгс/см2 = 0,1 МПа
F
Характер разрушения
смазка
F |
F |
Предел прочности при изгибе
F
|
|
|
b |
|
l/2 |
l/2 |
|
|
|
L |
|
для хрупких материалов |
|||
R |
|
раз |
2 |
|
|
(МПа, кгс/см ) |
|
изг |
|
|
|
|
F/2 |
F/2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
a |
b |
a |
|
|
L |
|
|
для пластичных материалов |
|||
Rизг = Fраз× l/(b× h2) |
(МПа, кгс/см2) |
||
25
Предел прочности при растяжении Rр
Rр = Fраз / S (МПа, кгс/см2)
Используют для характеристики стали, бетона, волокнистых материалов
|
Материалы |
Пластичные (металлы, древесина) |
Хрупкие (бетон, кирпич, природный камень) |
Rр ≈ Rизг > Rсж |
Rсж > Rизг > Rр |
Предел прочности (чаще Rсж) определяет класс по прочности В. Ранее такой характеристикой была марка Rсж28
Класс В – гарантированная величина Rсж с обеспеченностью 0,95
Марка М – средняя величина Rсж с обеспеченностью 0,5
В = Rсж28 (МПа) × 0,778 – при ν = 0,13
Бетоны делят на классы:
В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В50; В55; В60
В ряде действующих нормативов пока используют марку бетона: М35; М50;
М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500; М600
и выше через 100
Прочностную эффективность материалов оценивают коэффициентом конструктивного качества
ККК = Rсж/ρm , где Rсж – в МПа или кгс/см2, ρm – в г/см3 или кг/м3
Наиболее эффективны материалы с Rсж max и ρm min
КККразличных материалов
–кирпич керамический – 5,6 ( М100);
–бетон тяжелый – 17 ( В40);
–сталь 3 – 51;
–стекло оконное – 189;
–древесина сосны – 200;
–стеклопластик – 225
26
Неразрушающие методы определения прочности
Основаны на взаимосвязи прочности с какой-либо другой характеристикой материала, определяемой с помощью физических приборов или ударных инструментов:
–прочность → скорость распространения ультразвука в материале;
–прочность → диаметр отпечатка от удара специального молотка
Порядок выполнения работ:
– построение тарировочной кривой в координатах, напри-
мер, Vуз – Rсж;
– оценка прочности исследуемого материала без его разрушения по тарировочной кривой
2.2.3. Специальные механические свойства
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Истираемость |
|
|
|
3. Твердость |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Ударная прочность |
|
|
|
4. Износ |
||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
1. Истираемость И – способность сопротивляться истирающим воздействиям
Определяют для материалов: полов, дорожных покрытий, лестничных маршей
Испытывают: на круге истирания с установленным числом оборотов вращения при заданном давлении на образец, используя абразив – кварцевый песок
Выражают: потерей массы образца, отнесенной к площади истирания:
И = ∆m/S (г/см2, г/м2)
Истираемость И, г/см2:
–гранит – 0,05–0,07;
–плитка керамическая для пола – 0,08–0,1;
–поливинилхлоридный линолеум – 0,06
27
2. Ударная прочность – способность сопротивляться ударным нагрузкам
Определяют для материалов дорожных и аэродромных покрытий
Испытывают: образцы-цилиндры Ø = |
h = 25 см на приборе |
|||
копре, |
когда |
нормированный |
груз |
поднимается |
на определенную |
высоту и падает |
на образец, пока |
||
не разрушит его |
|
|
|
|
Выражают работой А (Дж), отнесенной к единице объема V или площади S образца:
Rуд = A/V (Дж/м3) или Rуд = A/S (Дж/м2)
3. Твердость – способность сопротивляться проникновению в материал другого, более твердого тела
Определяют для различных материалов по-разному
Природные каменные материалы – шкала твердости по Моосу (в баллах):
1 – ( тальк) … 10 – ( алмаз)
Последовательно царапают минералами из шкалы по поверхности исследуемого минерала. Твердость изучаемого образца – средняя между минералами, один из которых не оставляет черту, а другой царапает поверхность
Древесина, бетон, металлы: по Бринеллю
Ø
Число твердости – отношение нагрузки F при вдавливании в образец в течение определенного времени стального шарика к площади поверхности отпечатка S:
HB = F/S
4. Износ – способность сопротивляться одновременному воздействию истирающих и ударных нагрузок
Испытывают во вращающемся барабане со стальными шарами
Выражают потерей массы пробы материала в результате испытания в %
28
2.3. Химические свойства
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Химическая активность |
|
Химическая стойкость |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Важна в процессе производства мате- |
|
Важна с точки зрения долговечности мате- |
||||||||
риала |
|
риала |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кислотостойкость > при
> SiO2;
Кк = 0,9–0,98 (неорганические материалы)
Щелочестойкость > при > CaO и др. основных оксидов;
Кщ = 0,9–0,98 (неорганические материалы)
Солестойкость (накопление кристаллов соли в порах) ↑V → ↑ деформаций, ↓ прочности
2.4. Технологические свойства
Характеризуют способность материала подвергаться обработке (пластичность, вязкость, свариваемость, дробимость, шлифуемость и др.)
Имеют большое практическое значение, т.к. от них зависят качество и стоимость готовых изделий
Оцениваются:
для некоторых материалов – определенными числовыми показателями
Для большинства материалов – качественно
–дробимость каменных материалов;
–подвижность бетонных смесей;
–укрывистость красочных составов
29
Тема 3. СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Сырье – это исходные вещества или их смеси, которые перерабатывают в строительные материалы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Природное сырье |
|
Побочные продукты промышленности (отходы) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Неорганическое |
|
|
|
Органическое |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Руды |
|
|
Нерудные |
|
Углеводороды |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Древесина |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.1.Природное неорганическое сырье (нерудные полезные ископаемые)
1.Песок (кремнезем SiO2)
заполнитель в бетонах, растворах
|
|
сырье для получения стеклянных расплавов |
2. |
Глина (алюмосиликаты: SiO2, Al2O3) |
один из компонентов для получения ПЦ клинкера |
|
|
сырье для получения керамических изделий |
3. |
Гранит и др. изверженные породы |
щебень, песок – сырье для заполнителей бетона |
|
(силикаты и алюмосиликаты) |
и раствора |
4. |
Диабаз (силикаты и алюмосиликаты) |
щебень |
|
|
сырье для получения каменных расплавов |
5. |
Известняк (карбонат кальция CaCO3) |
один из сырьевых компонентов для получения ПЦ |
|
|
клинкера |
|
|
сырье для получения воздушной извести |
6. |
Мрамор (карбонат кальция СаСО3) |
декоративный щебень, песок |
|
|
сырье для декоративных бетонов и растворов |
7. |
Гипсовый камень (СаSО4.2Н2О) |
один из компонентов портландцемента (ПЦ) |
|
|
сырье для получения гипсовых вяжущих |
30
