1. Классификация строительных материалов и изделий

Обширная номенклатура м-лов, их разнообразие по технологиям получения затрудняет их изучение, поэтому для удобства их классифицируют по различным признакам.

Наиболее удобным классиф. признаком является классификация по технологии получения м-лов. В основу этой кл-ции положены вид сырья, их к-го изготовляются м-лы, и технологические приёмы, обеспечивающие их получение. Т. о., классиф. группа объединяет м-лы с общими свойствами. Согласно этой кл-ции м-лы делятся на:

1)Природные каменные м-лы. Их получают из горн. пород и м-лов вулканического, осадочного, метаморф. происхождения, используют в виде штучных изделий, сырья для получения др. м-лов или отдельных компонентов др. м-лов.

2)Минеральные вяжущие вещества. М-лы этой группы явл-ся продуктами обжига прир. сырья или иск. подобранной сырьевой смеси с последующим измельчением в порошок (гипс, известь).

3)Керамические м-лы и изделия – получают из глины путём формовки и обжига.

4)Бетоны и изделия из них. Вкл. бетоны на неорганич. основе, ЖБИ, ЖБК.

5)Строительные растворы. Разновидность бетона без крупного заполнителя, дополнит. классифицируется по назначению.

6)Иск. каменные, необжиговые м-лы. Изделия на основе неорганич. вяж-х автоклавной технологии (силикат, бетон и кирпич, грунтобетоны, асбестоцементные изделия).

7)М-лы из стекла и др. расплавов. Стекло и каменное литьё.

8)М-лы и изделия из древесины.

9)Органич. вяжущие вещества, м-лы на их основе. Битумные и дёгтевые вяжущие, рулонные, кровельные, гидроизоляционные, асфальто-бетонные.

10)Металлы и изделия из них. Чёрные и цветные металлы и их сплавы.

11)м-лы и изделия из пластмасс. В их составе имеются полимеры.

12)Теплоизоляционные и аккум. м-лы. Плёнообразующие м-лы, применяемые для защиты от коррозии др. м-лов и их отделки.

2. Физические свойства

Физическое состояние СМ достаточно полно характериз-ся плотностью, ср. плотностью, насыпной плотностью (для сыпучих м-лов), пористостью. Эти параметры принято называть параметрами состояний.

Плотность (ист. плотность) – масса вещ-ва м-ла в единице абс. объёма.

Определяют плотность по стандартной методике, где предусматривается измельчение пробы высушенного м-ла в порошок, проходящий сквозь сетку с отверстиями 0,25 мм.

Абс. объём определяют с помощью пикнометра (объёмометра) по объёму вытесненной порошком жидкости.

Ср. плотность - масса в ед. объёма в ест. состоянии, включая пустоты и поры.

[кг/м³]

Ср. насыпная плотность:

[кг/м³, т/м³]

Ср. плотность большинства СМ меньше их плотности, за исключением очень плотных м-лов, не имеющих пор (стекло, металл), где или .

хар-т многие спец. свойства м-ла (теплозащитные, прочностные, морозостойкость), а также необходима при определении подъёмно-транспортных средств, веса зданий и сооружений. сильно зависит от влажности. Для различных м-лов колеблется в широких пределах, от 10 до 10000 кг/м³.

Относит. плотность хар-т собой степень заполнения объёма м-ла в-вом.

d=1 у плотных м-лов без пор и d<1 у пористых м-лов

Плотность м-ла в отнош. пл-ти воды при 4ºС - безразмерная величина.

Пористость - является дополнением к плотности до единицы объёма.

Поры представляют собой ячейки, не заполненные структ. м-лом. По величине они м. б. от нескольких ангстрем ( ) до нескольких см. По содержанию в м-ле кол-во пор может быть от 0 до 98%. От величины пористости, её размеров и формы, равномерности распространения по объёму, структуры пор - зависят практически все эксплуатационные свойства м-лов. Поэтому все сведения о пористости позволяют более надёжно выбрать м-л для той или иной среды эксплуатации. Различают следующие виды пористости: общая, интегральная (открытая), закрытая, дифференциальная.

Важной характеристикой пористости является средний радиус капилляров (λ) и к-т однородности пор (α).

Характеристики порового пространства определяются различными методами. Наиболее распространены методы ртутной порометрии, основанные на определении величины давления, при котором ртуть заполняет поры м-ла. Чем выше давление. тем в более мелкие поры закачивается ртуть. Размеры пор вычисляют по формуле:

,

где Р - давление ртути, d - диаметр поры, σ - поверхностное напряжение ртути, θ - угол смачивания ртутью тв. пов-ти.

Другой способ определения размера пор - по кинетике водонасыщения.

3. Свойства м-лов по отношению к действиям, воды, Влажность - хар-т кол-во воды, к-рое содержится в порах образца м-ла и адсорбировано на его поверхности и удаляется при высушивании м-ла при темп. ≤105˚С.

где m¹ - масса высушенного образца, m² - масса образца до сушки.

Гигроскопичность - спос-ть м-ла поглощать и конденсировать водяные пары воздуха. Эта способность обусловлена молекулярной адсорбцией и капиллярной конденсацией. Этот процесс носит название сорбция и является обратимым.

Капиллярная конденсация возможна в очень малых капиллярах радиусом менее 1000Å. 1Å=10^-8см

Макс. гигроскопич. увлажнение хар-ся величиной отношения массы поглощённой влаги при относит. влажности 100% и t=20ºС к массе сухого м-ла (в %). В связи с обратимостью процессов различают равновесную влажность, комнатно-сухую, воздушно-сухую.

Водопоглощение - спос-ть м-ла поглощать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней.

Различают водопоглощение:

по массе

по объёму

где m₂ - масса насыщенного образца, m₁ - масса сухого образца, V - объём образца, ρ^о - плотность образца.

Важным показателем для прогнозирования морозостойкости м-ла явл-ся коэф-т насыщения, характеризующий собой степень заполнения пор водой:

Кнас.

где П - общая пористость.

При Кнас.=1 все поры насыщены водой, м-л не морозостойкий. Для морозостойких м-лов Кнас. не может составлять более 0,8.

Коэф-т размягчения м-лов хар-ет водостойкость, т. е. спос-ть м-лов сопротивляться снижению прочностных свойств при увлажнении.

Кразм.=

Водопроницаемость и паропроницаемость - спос-ть м-ла пропускать воду под давлением. Хар-ся коэф-том фильтрации

Кф.= м/г

где Vв - объём воды, проходящей через стенку толщиной а=1м площадью S=1м², Р₂ - Р₁ = 1 ат., t=1 ч.

Водонепроницаемость - обратная величина водопроницаемости. М-лы хар-ся маркой по водонепроницаемости, обозначающей собой одностороннее гидростатическое давление (Па), при кот-м стандартные образцы при испытании начинают фильтровать через себя воду.

В2, В4, …, В18

W2, W4, …W18

Паро- и газопроницаемость - спос-ть м-ла пропускать через свою толщу водяной пар или газы. Оценивается аналогичными коэф-тами.

Влажностные деформации. При изменении влажности м-лы изменяют свои размеры и объём.

Усадка (усушка) - уменьшение размеров и объёма м-ла при высыхании вследствие сближения частиц за счёт капиллярных сил.

Деформация набухания - увеличение объёма вследствие увеличения водных оболочек вокруг частиц м-ла.

Частая смена деформаций усадки и набухания ведёт к расшатыванию структуры и потере прочности.

4.Свойства по отношению к теплу

Теплопроводность - спос-ть м-ла передавать тепло через толщу от одной поверхности к другой. Характеризуется коэф-м теплопроводности:

Вт/м˚С,

где Q - кол-во тепла, проходящего через стенку м-ла толщиной а=1 м и площадью S=1м², за время z=1ч., при разности температур t₁ - t₂ = 1˚C.

К-т теплопроводности - важнейшая х-ка м-лов, используемых в ограждающих конструкциях.

Теплоёмкость - спос-ть м-ла поглощать при нагревании тепло. Оценивается к-том теплоёмкости или удельной теплоёмкостью = кол-ву тепла, к-е необходимо для нагревания 1 кг м-ла на 1˚С. Удельная теплоёмкость используется при расчётах теплоустойчивости ограждающих конструкций.

5. Механические свойства

Механические свойства - способность м-ла сопротивляться разрушению и деформированию, под воздействием внешних сил. Внешние силы, действующие на м-л, стремятся его деформировать, т. е. изменить взаимосрасположение атомов, из к-х состоит м-л, и довести эти изменения до величины, при которой м-л разрушается.

Деформативность - св-во м-ла изменять размеры под действием приложенной нагрузки или внутренних напряжений, без разрушения.

После снятия внешней нагрузки м-лы могут восстанавливать размеры и форму или оставаться в деформированном виде. Первые деформации называются упругими, вторые - пластическими (необратимыми).

Разновидностью обратимой деформации явл-ся эластическая деформация. исчезающая в течение длительного времени.

Упругость - св-во м-ла самопроизвольно восстанавливать первонач. форму и размеры после прекращения действия внешней силы.

Пластичность - св-во изменять форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь и не восстанавливаясь после прекращения действия внеш. сил.

В условиях сложного загружения конструкции в м-ле одновременно присутствуют как упругие, так и пластические деформации, т. к. большинству м-лов присущи и те, и др. виды деформаций, т. е. м-л хар-ся как упруго-пластичный.

Упруго-пластичные м-лы в зависимости от условий огут проявлять себя как упругие или как пластические. например, битум при отрицательных температурах - упругое тело, при положительных - пластическое.

Основной х-кой деформативных св-в м-лов явл-ся модуль упругости (модуль Юнга).

М-лы делят на хрупкие и пластичные (вязкие), в зависимости от хар-ра разрушения м-лов под действием возрастающей статич. нагрузки.

Деление это условно (пример битума), однако при обычных условиях испытаний одни м-лы разушаются хрупко, не проявляя видимых деформаций, а другие - пластично, претерпевая значительные пластические деформации.

Поэтому хрупкость определяется как свойство м-ла разрушаться внезапно без видимых пластических деформаций.

Пластичность (вязкость) - способность м-ла под воздействием возрастающих нагрузок деформироваться, изменять свою форму и объём, а затем разрушаться.

Механические свойства того или иного м-ла хар-ся диаграммой растяжения или сжатия.

Диаграмма - график зависимости между растягивающей силой Р и удлинением.

Наиболее наглядно механические свойства отражает диаграмма деформаций, т. е. график зависимости между напряжением и относит. деформацией.

Ползучесть - способность м-ла необратимо деформироваться под длит. воздействием постоянной, сравнительно небольшой статич. нагрузки.

Ползучесть связана с нарастанием пластич. деформаций в рез-те структурной перестройки атомов и молекул, вызывающей «течение» м-ла. Ползучесть должна учитываться при расчёте допустимых нагрузок, действующих в процессе эксплуатации. Ползучесть связана также с релаксацией.

Релаксация - св-во м-ла самопроизвольно снижать напряжение, при условии. что нач. величина деф-ции зафиксирована жёсткими связями и остаётся неизменной.

При релаксации напряжений может изменяться хар-р нач. деф-ций: упругие могут перейти в пластические без изменения размеров.

Время, в течение к-го напряжение в м-ле уменьшается в 2,72 раза, называется периодом релаксации.

Для разных м-лов период релаксации изменяется от 10^-10 с (для жидких м-лов) до нескольких лет (у твёрд. м-лов).

Период релаксации хар-ет деформ. свойства м-ла: чем меньше его знач-е, тем выше деформативность.

Прочность - способность м-ла сопротивляться, не разрушаясь, внутренним напряжениям, возникающим под действием внешних нагрузок и др. факторов.

Прочность явл-ся основным стр. свойством, т. к. все м-лы испытывают воздействие, вызывающее напряж. состояние (сжатие, изгиб, растяжение, срез). Выбор м-ла, расчёт сечения конструкции зависят от его прочностных показателей. Оценивается прочность м-лов пределом прочности.

Предел прочности соответствует макс. напряжению, возникающему в м-ле к моменту его разрушения.

Предел прочности при сжатии и растяжении определяют формулой:

[МПа (кгс/см²)],

где Р - разрушающая нагрузка, F - площадь.

1МПа = 9,81 кгс/см² ≈10 кгс/см²

Практически Rсж. определяют нагружением стандартных образцов до разрушения на спец. прессах. Рез-ты испытаний зависят от формы образца (куб, цилиндр, призма), размеров образца и условий испытаний (скорость приложения нагрузки).

Особые механические свойства

Твёрдость - способность сопротивляться проникновению в этот м-л других более твёрдых тел.

Для пластич. м-лов твёрдость измеряют методами Бринеля, Рокуэлла, Виккерса.

Метод Бринеля Метод Рокуэлла Метод Виккерса

Для хрупких м-лов твёрдость определяют по шкале Мооса, к-рая представляет собой 10 специально полобранных минералов, расположенных по мере нарастания твёрдости: тальк, гипс, кальцит, плавиковый шпат, апатит, полевой шпат, кварц, топаз, корунд, алмаз.

Истираемость - спос-ть м-ла сопротивляться внешн. нагрузкам, прилагаемым к нему по касательным.

Испытывают на спец. кругах истирания и опр-т по ф-ле:

где m¹ - масса м-ла до истирания, m² - масса м-ла после истирания, F - площадь истирания.

Износ - складывается из ударной вязкости и истираемости.

Ударная вязкость = работе, к-рую надо затратить на образование новой поверхности раздела.

6.