Физические свойства материалов - раздел Образование, КРАТКИЙ КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ Удельные И Структурные Характеристики – Это И...
Удельные и структурные характеристики – это истинная, средняя и насыпная плотность материала, а также различные виды пористости.
Истинная плотность r (г/см3) – масса т единицы объема Vа материала в абсолютно плотном состоянии без пор и пустот:
.
Средняя плотность rо (кг/м3) – масса т единицы объема Vо материала в естественном состоянии вместе с порами и пустотами:
.
Истинная плотность в отличие от средней плотности является достаточно постоянной характеристикой, которая не может быть изменена, как средняя плотность материала, до изменения его химического состава или молекулярной структуры. Большинство строительных материалов имеют поры, поэтому у них истинная плотность всегда больше средней. Лишь у плотных материалов (стали, стекла, битума) истинная и средняя плотность равны, так как объемы пор очень малы.
Часто среднюю плотность материала относят к плотности воды, при
4 °С равной 1 г/см3, и тогда определяемая плотность становится безразмерной величиной, которую называют относительной плотностью.
Насыпная плотность rн (кг/м3) – отношение массы материала в насыпном состоянии к его объему. Насыпную плотность определяют для сыпучих материалов (песка, щебня, цемента и т. п.). В ее значении отражается влияние не только пор в каждом зерне, но и межзерновых пустот в рыхлонасыпанном объеме материала.
Значения средней и насыпной плотности материалов являются необходимыми характеристиками при расчете прочности сооружения с учетом собственной массы, для определения объемов, способа и стоимости перевозки материалов и т. д.
Во многом свойства материала определяют количество, размер и характер пор. Пористость – относительная величина (обычно в процентах), показывающая, какая часть объема материала занята внутренними порами или пустотами (пустотность). Поры представляют собой ячейки, не заполненные твердым веществом (по величине до нескольких миллиметров). Более крупные поры, например, между зернами сыпучих материалов, или полости, имеющиеся в некоторых изделиях (пустотелый кирпич, панели из железобетона), называют пустотами.
Различают общую, открытую и закрытую пористость. Общая пористость вычисляется по формуле
.
Открытая пористость По определяется по водопоглощению (см. ниже). Закрытая пористость Пз равна разности П и По.
Общая пористость колеблется в широких пределах: от 0,2-0,8 % – у гранита и мрамора, до 75-85 % – у теплоизоляционного кирпича и ячеистого бетона и свыше 90 % – у пенопластов и минеральной ваты.
Гидрофизические свойства – это свойства строительных материалов по отношению к действию воды (гигроскопичность, влажность, водопоглощение, влажностные деформации, водопроницаемость, водостойкость, а также морозостойкость – при одновременном действии воды и мороза).
Гигроскопичностью называют 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 (%),
,
и водопоглощение по объему Во (%),
,
где mнас – масса образца, насыщенного водой, г; mсух – масса сухого образца, г; Vо – объем образца, см3; rв – плотность воды, 1 г/см3.
Водопоглощение по массе изменяется в широких пределах, например, для гранита оно равно 0,02-0,7 %, тяжелого бетона – 2-4 %, кирпича –
8-15 %, для теплоизоляционного материала может быть более 100 %. Водопоглощение по объему характеризует в основном открытую пористость материала. Зная водопоглощение по массе Вм и плотность ρо, можно рассчитать водопоглощение по объему:
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 м2 площади в течение 1 ч при постоянном давлении.
Водонепроницаемость – способность материала не пропускать воду, и она связана с коэффициентом фильтрации обратной зависимостью. Для бетона водонепроницаемость характеризуется марками W 2, W 4, … W 20, обозначающими избыточное давление (0,2; 0,4; …2,0 МПа), при котором образец не пропускает воду при стандартном испытании (метод «мокрого пятна»). Водонепроницаемость повышается при уплотнении материала и уменьшении капиллярных пор.
Водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения Кр, который вычисляется по формуле
,
где Rнас – предел прочности на сжатие в насыщенном водой состоянии, МПа; Rсух – предел прочности на сжатие в сухом состоянии, МПа.
К неводостойким материалам относят материалы с Кр менее 0,6, к ограниченно водостойким – материалы с Кр не ниже 0,6, а к водостойким – материалы с Кр не ниже 0,7 (0,8 – для гидротехнических сооружений и фундаментов).
Морозостойкость – способность материала выдерживать многократное и попеременное замораживание и оттаивание в насыщенном водой состоянии. Разрушение материала при его замораживании в насыщенном водой состоянии связано с образованием в порах льда, объем которого примерно на 9 % больше объема воды. Морозостойкость количественно оценивается маркой по морозостойкости. За марку по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы материала без видимых признаков разрушения и определенного снижения прочности и потери массы. Установлены марки по морозостойкости: тяжелого бетона – F 25- F 1000, керамического и силикатного кирпича – F 15- F 50 и т.д.
Теплофизические свойства характеризуют отношение материала к действию тепла.
Теплопроводность – способность материала передавать тепло от тела с большей температурой к менее теплому. Характеризуется коэффициентом теплопроводности l (Вт/(м × °С), который равен
,
где Q – количество тепла, Дж; d – толщина материала, м; А – площадь сечения, м2; (t1 _ t2) – разность температур, °С; Т – продолжительность прохождения тепла, с.
Теплопроводность зависит от структуры материала, его влажности и температуры. Существует эмпирическая формула Некрасова для определения теплопроводности материала по его средней плотности
,
где d – относительная плотность материала (плотность материала по отношению к плотности воды – 1 г/см3), безразмерная величина.
Теплопроводность зависит от влажности материала, так как вода обладает большей теплопроводностью (в 25 раз) по сравнению с теплопроводностью воздуха.
Термическое сопротивление R, (м2 × °С)/Вт, конструкции толщиной d равно
.
Теплоемкость определяется количеством теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг данного материала, чтобы повысить его температуру на 1 °С. С повышением влажности материалов их теплоемкость возрастает, так как вода имеет теплоемкость 4,19 кДж/(кг × °С).
Огнеупорность – способность материала выдерживать длительное влияние высоких температур под нагрузкой.
Огнестойкость – способность материала выдерживать кратковременное воздействие открытого огня. Различают материалы: несгораемые, т.е. которые не горят и не поддерживают горение (бетон, металл, керамика); трудносгораемые, т.е. которые при воздействии огня горят (тлеют), а при удалении огня прекращают горение (асфальтобетон, пропитанная антипиренами древесина); сгораемые (древесина, полимерные материалы).
Все темы данного раздела:
Тверь 2005
УДК 691: 519.6.502 (075)
ББК 30.3я7 + 38.3я7
Белов В.В., Петропавловская В.Б.Краткий курс материаловедения и технологии конст
Структура строительных материалов
Под структурой или строением материалов как физических тел понимают пространственное расположение частиц разной степени дисперсности и других структурных элементов с совокупностью устойчивых
Основные свойства материалов
Чтобы правильно выбрать материал, спроектировать и построить сооружение, надо хорошо знать свойства применяемых материалов. Выделяют основные свойства, важные для всех строительных материалов.
Механические свойства строительных материалов
Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям под влиянием силовых, тепловых, усадочных или других воздействий.
Механически
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Основным природным сырьем для производства строительных материалов являются горные породы. Их используют для изготовления керамики, стекла, металла, неорганических вяжущих веществ.
Горные породы как сырьевая база производства строительных материалов
Горные породы – это значительные по объему скопления минералов в земной коре, образовавшиеся в результате физико-химических процессов.
Минералы – это вещества, являющиеся про
Магматические горные породы
Они могут быть: а) глубинными (интрузивными); б) излившимися (эффузивными). Глубинные – это породы, образовавшиеся при застывании магмы на разной глубине в земной коре. Излившиеся пор
Осадочные горные породы
Осадочные породы в зависимости от условий их образования делят на три подгруппы: а) обломочные породы или механические осадки – рыхлые (гравий, глины, пески), оставшиеся на месте разрушения пород
Метаморфические горные породы
Метаморфизмом называют преобразование горных пород, происходящее в недрах земной коры под влиянием высоких температур и давлений. В этих условиях может происходить кристаллизация минералов
Техногенные вторичные ресурсы
По данным ЮНЕСКО, в мире ежегодно извлекают из недр более 120 млрд. т руд, горючих ископаемых, другого сырья (20 т сырья на каждого жителя планеты). По масштабам извлекаемого и перерабатываем
ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Природные каменные материалы и изделия получают путем механической обработки горных пород, т.е. дробления, раскалывания, распиловки, отески, шлифовки (щебень, плиты и т.д.). Сырьем для получ
Виды и свойства природных каменных материалов
Грубообработанные каменные изделия.Бутовый камень (бут) – куски камня неправильной формы, размером не более 50 см по наибольшему измерению. Бутовый камень может быть рваный
Предохранение каменных материалов от разрушения
Основные причины разрушения природных каменных материалов в сооружениях: замерзание воды в порах и трещинах, вызывающее внутренние напряжения; частое изменение температуры и влажности, вызывающе
Керамические материалы и изделия
Керамическими (от греческого «керамос» – глина) называют искусственные каменные материалы и изделия, получаемые высокотемпературным обжигом глин с минеральными добавками.
Кл
Минеральных вяжущих
Минеральные (неорганические) вяжущие вещества представляют собой искусственные тонкоизмельченные порошки, способные при смешивании с водой (в отдельных случаях с растворами некоторых солей) обра
Гипсовые и ангидритовые вяжущие вещества
Гипсовые вяжущие– это порошкообразные материалы, состоящие из полуводного гипса (CaSO4 · 0,5H2O) и получаемые тепловой обработкой при температуре в преде
Воздушная строительная известь
Строительной воздушной известью называют вяжущее, состоящее в основном из активных оксидов кальция и магния и получаемое обжигом при температуре 900-1200 ° С кальциево-магниевых карбонатных горн
Портландцемент
Общая характеристика и вещественный состав портландцемента.Портландцемент был изобретен в 1824 году англичанином Джозефом Аспдиным и параллельно с ним русским промышленником Егором
Разновидности портландцемента
Разновидности ПЦ получают за счет частичного изменения минерального состава клинкера, введения активных минеральных добавок до 20 %, а также небольшого количества органических добавок (ПАВ). Эти ме
Многокомпонентные цементы с минеральными добавками и шлаковые цементы
Активными минеральными (гидравлическими) добавкаминазывают природные или искусственные вещества, которые при смешивании в тонкоизмельченном состоянии с воздушной известью и водой о
Цементы на основе клинкеров специального состава
Наиболее радикального изменения свойств цементов в нужную сторону добиваются путем получения клинкеров на основе другой, нежели у портландцемента, системы оксидов. К таким цементам в частности отно
Материалы для изготовления бетонов
Вяжущее вещество.Для изготовления обычного бетона наиболее широко применяют минеральные вяжущие вещества, прежде всего портландцемент и его разновидности. Цемент и вода являются ак
Бетонная смесь
Бетонная смесь представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из частичек вяжущего и новообразований, которые возникают при взаимодействии вяжущего с водой, зерен заполнителя, воды
Структура и свойства тяжелого бетона
Структура тяжелого бетона. Структуру бетона изучают на различных уровнях. Макроструктуру наблюдают невооруженным глазом или при небольшом увеличении. В качестве структурных
Подбор состава тяжелого бетона
От правильности проектирования состава тяжелого бетона зависят его плотность и прочность, которые, в свою очередь, во многом определяют такие важные свойства, как морозостойкость, водонепроницаемос
Специальные виды тяжелых бетонов
Высокопрочный модифицированный бетон. Отличается высокой прочностью на сжатие (60-80 МПа и выше), высокой плотностью, практически нулевым водопоглощением. Этот бетон получают на ос
Легкие и особо легкие бетоны
В современном строительстве наибольшее значение приобрело комплексное решение двух взаимосвязанных проблем: повышение теплозащитных свойств ограждающих конструкций и уменьшение материалоемкости стр
Железобетон
Железобетон – это композиционный материал, в котором бетон (матрица) и стальная арматура образуют единую систему. Бетон имеет высокую прочность на сжатие, но низкую прочность на растяжение и
Свойства растворов
Под удобоукладываемостью растворной смеси понимают ее способность укладываться на основание тонким однородным слоем. Удобоукладываемость характеризуется подвижностью, которая определяется ка
Сухие строительные смеси
Сухие строительные смеси (ССС) – это тщательно перемешанные композиции рационального состава, в которые в сухом виде входят вяжущие вещества, фракционированные заполнители, тонкодисперсные минер
СИЛИКАТНЫЕ ИЗДЕЛИЯ АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ
К силикатным изделиям автоклавного твердения относят материалы, получаемые из сырьевой смеси известково-кремнеземистого вяжущего и минеральных заполнителей путем гидротермального синтеза гидроси
Основные виды и марки сталей, применяемых в строительстве
В строительстве в основном применяют углеродистые стали обыкновенного качества, качественные конструкционные углеродистые стали и низколегированные конструкционные стали.
Углеродистые с
Основные виды металлических изделий для строительства
В строительстве применяют основные виды металлоизделий:
- сортамент прокатного металла и металлических изделий: а) сортовая сталь (круглая, квадратная, полосовая); б) листовая сталь
Защита металлов от коррозии
Различают химическую и электрохимическую коррозию металлов. Химическая коррозия происходит в результате окислительного или восстановительного процессов, протекающих под действием внешней сре
Свойства древесины
Свойства древесины подразделяются на физические и механические. Важное значение имеют также наличие в древесине тех или иных пороков и ее стойкость к загниванию.
Физические свойств
Лесоматериалы и изделия из древесины
Лесоматериалыполучают механической обработкой древесины. Они подразделяются на круглые лесоматериалы, пиломатериалы, фрезерованные и строганые материалы, вторичные продукты: опилки
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ
Конструкционные материалы на основе органических вяжущих веществ, как и предыдущие их группы на основе неорганических вяжущих, являются безобжиговыми композитами. К ним относятся асфа
Битумные и дегтевые вяжущие
Битумы(от санскритского «гвитумен», т.е. смола) – органические вещества черного или темно-бурого цвета, состоящие из смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических
Асфальтовые бетоны и растворы
Асфальтобетон (асфальтобетонная смесь) – важнейший дорожно-строительный материал, получаемый в результате уплотнения при оптимальной температуре рационально рассчитанной и приготовленной смеси,
Полимерные материалы и изделия
Полимерныминазывают материалы, в состав которых в качестве основного компонента входят высокомолекулярные органические вяжущие вещества (полимеры).
Благодаря способности в процессе
Модификация строительных материалов полимерами
Одним из эффективных направлений улучшения свойств традиционных материалов – бетона, дерева, естественного камня, битума и пр. – считается обработка их полимерами. Модификацию строительных матери
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ И КРОВЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Гидроизоляционными и кровельными называют строительные материалы, которые должны обладать водонепроницаемостью, а также соответствовать определенным эксплуатационным требованиям по прочности, д
Кровельные и гидроизоляционные материалы на основе битумов и дегтей
Рулонными называются гидроизоляционные материалы или изделия, отгружаемые на строительные объекты или для выполнения ремонтных строительных работ в виде полотна определенной длины,
Кровельные и гидроизоляционные материалы на основе полимеров
Гидроизоляционные пленочные (рулонные) материалы изготовляют экструзией, механическим или пневматическим вытягиванием из поливинилхлорида, полиэтилена, пропилена, ацетилцеллюлозы,
Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия
Минераловатные изделия. Минеральная вата – волокнистый бесформенный материал, состоящий из тонких стекловидных волокон диаметром 5-15 мкм, которые получают из расплава легк
Органические теплоизоляционные материалы и изделия
Материалы на основе органического сырья природного происхождения. Фибролит – плитный материал из древесной шерсти и неорганического вяжущего вещества. Древесную шерсть (стр
Звукопоглощающие материалы
Особенности структуры и свойств.Звукопоглощающие материалы и изделия предназначаются для снижения уровня звукового давления в помещениях жилых, производственных и общественных зда
Звукоизоляционные материалы
Звукоизоляционные, или, как их часто еще называют, прокладочные, материалы применяют для звукоизоляции от ударного шума в многослойных конструкциях перекрытий и перегородок и частично для поглоще
Лакокрасочные материалы
Лакокрасочными материалами называют вязкожидкие составы, наносимые на поверхность конструкции тонким слоем, который через определенное время отвердевает и образует пленку, прочно сцепляющуюся с
Материалы на основе древесины и продуктов ее переработки
Древесина относится к традиционным материалам, издавна используемым при отделке помещений и устройстве покрытий полов. Она долгое время будет удерживать и, может быть, улучшать свои позиции даже на
Отделочные каменные материалы
Природный камень применяется в основном для наружной отделки монументальных и общественных зданий. Для этой цели используют плиты и блоки из гранита, диорита, сиенита, лабрадорита, андезит
Отделочные материалы из керамики, стекла, металла
Из керамики наиболее распространены облицовочные кирпич, блоки, плитки, получаемые из цветных природных глин белого, красного и кремового цветов, а также с добавками пигментов (серых, черны
Отделочные материалы на основе полимеров
Материалы для отделки стен и потолков.К ним относятся декоративные пленки, рулоны для облицовки стен, потолков, встроенной мебели; набранные рейки, профили, плинтусы, раскладки
Общие принципы получения строительных материалов
При изготовлении строительных материалов и изделий сырье подвергают комплексу механических, химических, физико-химических, тепловых и других воздействий. В результате реализации и определенной пос
Основы технологии бетона и железобетона
Технология бетона предполагает следующие основные операции: подготовка исходных компонентов, их дозирование и приготовление бетонной смеси, укладка смеси и ее уплотнение (формование изделий)
Железобетонных конструкций
Железобетонные конструкции подразделяют на сборные и монолитные. Первые изготовляют на заводах или полигонах и монтируют на строительной площадке. Монолитные железобетонные конструкции бетонируют н
Решение задач по основным свойствам материалов
Знание основных свойств строительных материалов дает возможность рационально использовать их, а также производить инженерно-техни-ческие расчеты в строительстве. Так, например, по известным значени
Решение задач по свойствам неорганических вяжущих веществ
Современное строительное производство располагает большой номенклатурой вяжущих веществ с широким диапазоном их свойств. При применении таких широко распространенных вяжущих, как по
Решение задач по свойствам тяжелого бетона
Свойства бетонов определяются качеством составляющих их компонентов и количественным соотношением между ними. Поэтому чрезвычайно важно иметь практические навыки как в оценке качества составляющих
Расчет предварительного состава тяжелого бетона
Расчет предварительного состава тяжелого бетона производят на основе зависимости прочности бетона от активности цемента, цементно-водного фактора и качества заполнителей, а также зависимости подвиж
Корректирование состава бетона по пробному замесу
После корректирования удобоукладываемости бетонной смеси на пробном замесе определяют фактические расходы сырьевых материалов на пробный замес.
Таблица П.5. Оптимальные зна
Определение полевого (производственного) состава бетона
Полевой состав бетона рассчитывают с учетом влажности заполнителей по формулам:
Цп = Цф ;
Определение расходов материалов на замес бетоносмесителя
Расходы материалов на замес бетоносмесителя рассчитывают по формулам:
;
Исходные данные для расчета
Рассчитать состав тяжелого бетона с классом (маркой) по прочности на сжатие В _20_ (М ____). Удобоукладываемость бетонной смеси по подвижности (жесткости) составляет ОК
Количество материалов и характеристики бетонной смеси в пробном замесе
Количество материалов на объем пробного замеса, кг
Цемент Цз (Цзф )
Вода Вз (Взф )
Песок Пз (Пзф )
Щебень Щз
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ………...……..................................
2.1. Горные породы как сырьевая база производства
строительных материалов …………………………...........
Виктория Борисовна Петропавловская
КРАТКИЙ КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ТЕХНЕОЛОГИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
Учебное пособие
Издание второе
Редактор
Новости и инфо для студентов