|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Основные физико-механические свойства строительных материалов
Для того, чтобы правильно, целесообразно и наиболее эффективно применить тот или иной строительный материал, необходимо знать его свойства. Наиболее важны для строительных материалов физические и механические свойства, их реакция по отношению к воде, температуре и различным механическим воздействиям.
Физические свойства. К ним относят: плотность, пористость, водопоглощение, влажность, гигроскопичность, водопроницаемость, теплопроводность, огнестойкость, огнеупорность, паро- и газопроницаемость, звукопоглощение.
Средняя плотность – физическая величина, определяемая отношением массы тела в естественном состоянии ко всему занимаемому им объему, включая пустоты и поры (г/см3): , (1) где т – масса сухого материала, г, кг, т; V – объем материала по внешним размерам образца или объем вытесненной жидкости, см3, м3, л. Истинная плотность – предел отношения массы тела или вещества к его объему без учета в нем пустот или пор, г/см3: , (2) где т - масса материала, г, кг; Va - объем, занимаемый материалом или веществом без пор и пустот, см3.
Для зернистых материалов, которые очень широко применяются в строительстве, определяется насыпная плотность - отношение массы зернистых материалов или материалов в виде порошка ко всему занимаемому ими объему, включая межпоровое пространство.
Пористость материала – степень заполнения объема материалом; по значению пористость дополняет среднюю плотность до единицы или до 100 % или , (3) где ρ - истинная плотность; ρ m - средняя плотность.
Водопоглощение - это способность материала впитывать и удерживать в себе воду; её определяют насыщением водой образца, предварительно высушенного до постоянной массы. Количество воды, поглощенной образцом, отнесенное к его массе в сухом состоянии, называют водопоглощением по массе, а отнесенное к его объему - водопоглощением по объему. Водопоглощение (%) вычисляют по формулам: (4) , (5) где т1 и т2 - масса материала, соответственно, в сухом и насыщенном водой состоянии, кг. После деления этих выражений почленно получим зависимость: . (6) Водопоглощение зависит от пористости, строения пор (замкнутые, открытые, крупные). Значение водопоглощения по объему всегда меньше 100 %, а по массе может быть более 100 %.
Водостойкость – способностьматериала сохранять прочность при водонасыщении. Численно водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения ,(7)
где и - предел прочности при сжатии соответственно водонасыщенного и сухого образцов;
Строительные материалы из-за неодинаковой плотности, структуры, состава характеризуются различной водостойкостью. Например, для таких материалов, как стекло, фарфор, сталь = 1, а гипсовые материалы при насыщении водой могут полностью разрушиться. К водостойким относятся материалы с . Гигроскопичность – способность строительных материалов поглощать водяные пары из окружающего воздуха. Степень гигроскопичности зависит от температуры и влажности воздуха, вида, количества и размера пор, а также от природы вещества. Гигроскопичность пористых материалов ухудшает их физико-механические свойства. В связи с этим материалы с высокой гигроскопичностью не рекомендуются для применения в ограждающих конструкциях зданий и сооружений. Морозостойкость – одно из важнейших свойств строительных материалов. Этот показатель свойств характеризует способность материала выдерживать в насыщенном водой состоянии многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и потери прочности. Морозостойкими считают материалы, которые после установленного для них количества циклов замораживания и оттаивания не имеют выкрашивания, трещин, расслаивания, разрушения углов и граней и теряют не более 5 % массы и не более 25% прочности. Показателем морозостойкости является коэффициент Кмрз., который определяется по формуле: , (8)
где R - прочность образцов при сжатии после заданного числа циклов замораживания и оттаивания, МПа; Rнас. - прочность водонасыщенных образцов при сжатии до замораживания, МПа. Звукопоглощение. Физический смысл процесса звукопоглощения заключается в превращении звуковой энергии в энергию тепла (процесс взаимодействия звуковых волн с частицами материала и воздухом, заключенным в объемах его пор). Основным показателем поглощающей способности материала является коэффициент звукопоглощения ()
(9)
где - энергия, поглощенная поверхностью ограждения; - энергия звука падающая. Звукопроницаемость характеризует звукоизолирующие свойства ограждения из любого материала и определяется коэффициентом звукопроницаемости:
, (10)
где и - звуковое давление соответственно в падающей и прошедшей звуковых волнах; Q - угол падения звуковой волны относительно нормали к поверхности ограждения. Механические свойства. К ним относятся: прочность, твердость, истираемость, деформативность. Прочностью материала называется его способность не разрушаясь сопротивляться воздействию внешних нагрузок. В строительных материалах, подвергаемых воздействию нагрузок, возникают различные напряжения - сжатия, растяжения, изгиба, кручения, среза. В зависимости от условий работы конструкций их испытывают на прочность при сжатии, растяжении, изгибе и т. д. Требования по прочности к строительным материалам изложены в соответствующих нормативных документах (СНиП, ГОСТ, ТУ и т. п.). Строительные материалы обладают разной прочностью и способностью сопротивления действию сил сжатия, растяжения и изгиба Подробно изучением прочности занимается наука «Сопротивление материалов», в данном курсе приведены лишь самые краткие сведения о прочности. Предел прочности (МПа) при сжатии или растяжении R равен разрушающей нагрузке РР, деленной на площадь поперечного сечения образца А:
. (11) Форма стандартных образцов, методика их изготовления и испытаний указываются в ГОСТах на соответствующие материалы. . Твердость – способность материалов сопротивляться проникновению в него другого, более твердого материала. Для некоторых материалов (например, природных каменных материалов) твердость определяют методом нанесения черты одним материалом на другом. Твердость каменных материалов определяют по шкале твердости Мооса, в которой 10 специально подобранных минералов расположены так, что на каждом предыдущем все последующие могут оставлять при царапании черту. Например, тальк и мел, имеющие показатель твердости 1, легко царапаются ногтем, но ни на одном другом минерале не оставляют царапин. Такие минералы, как кварц, топаз, корунд и алмаз с показателем твердости соответственно 7, 8, 9 и 10 легко царапают стекло, но на них не оставляет царапин стальной нож. Числовое значение твердости при испытании образца может оказаться между показателями двух соседних минералов, взятых по шкале твердости. Например, если испытуемый материал царапается топазом (8), но сам не царапает кварц (7), то его твердость принимают - 7,5.
Истираемость – свойство материала уменьшаться в объеме и массе под действием истирающих усилий. На истираемость испытывают материалы, применяемые для устройства полов, лестниц, каменных тротуаров и пр. (12)
где G1 и G2 - масса испытуемого образца до и после истирания, г; S - площадь истирания, см2. Значения истираемости (г/см2) некоторых материалов: гранита – 0,1... 0,5; керамических плит для полов – 0,25... 0,3; известняка – 0,3... 0,8.
Деформативност ь. В понятие деформативности материала (например, бетона) входят: - модуль упругости (деформативности); - полярность; - усадка; Перечисленные свойства строительных материалов изучаются в специальных дисциплинах, например, в курсе сопротивления материалов, теории упругости, и в настоящей работе не рассматриваются. Технологические свойства. Строительные материалы, применяемые для устройства ограждающих конструкций, должны быть не только прочными и долговечными, но и обладать хорошими технологическими свойствами, например, теплопроводностью, теплоемкостью, огнестойкостью, термической стойкостью, огнеупорностью.
Теплопроводность – способность материала передавать теплоту через свою толщу при наличии разности температур по обе стороны материала. Теплопроводность зависит от вида материала, пористости, характера пор, его влажности и плотности, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Значение теплопроводности характеризуется коэффициентом теплопроводности λ, Вт/(м°С):
λ , (13) где Q - количество проходящей теплоты, Дж; а - толщина слоя материала, м; А - площадь, через которую проходит тепловой поток, м2; (t1 - t2) - разность температур по обеим сторонам слоя материла, °C; Z - время прохождения теплового потока, ч. Теплоемкость – способность материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты. Она характеризуется коэффициентом теплоемкости С, Дж/(кг°С):
, (14) где Q - количество теплоты, затраченной на нагревание материала от t1 до t2, Дж; т - масса материала, кг; (t1 – t2) - разность температур до и после нагревания, °С.
Теплоемкость материалов учитывают при теплотехнических расчетах ограждающих конструкций, при расчете расхода тепла в различных тепловых установках (пропарочных камерах, автоклавах, обжиговых печах и т. п.). Огнестойкость – способность материала выдерживать без разрушения одновременное действие высокой температуры и воды (такая ситуация возникает во время тушения пожаров).
Пределом огнестойкости конструкции называется время (в часах) от начала огневого испытания до появления одного из следующих факторов: сквозных трещин, обрушения, повышения температуры на необогреваемой поверхности более чем на 140°С в среднем, или на 180°С в любой точке по сравнению с температурой до испытания. Для примера: предел огнестойкости кирпичной стены в один кирпич (25 см) равен 5,5 ч.; незащищенных стальных колонн - 0,25 ч. По огнестойкости строительные материалы делятся на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы (бетон, кирпич, асбестовые материалы) под действием высокой температуры или огня не тлеют и не обугливаются. Трудносгораемые материалы (например, арболит, фибролит, асфальтобетон) с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но происходит это только при наличии открытого источника огня. Сгораемые материалы (дерево, толь, пластмассы) воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня.
Огнеупорность – способность материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. По степени огнеупорности материалы подразделяются на огнеупорные – выдерживающие действие температур от 1580°С (например, шамотные изделия), тугоплавкие – выдерживающие температуру 1350-1580°С (например, гжельский кирпич), легкоплавкие – выдерживающие температуру ниже 1350°С (обыкновенный керамический кирпич и камни). Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.009 сек.) |