Основные свойства строительных материалов.

Лекция 1.

Основные свойства строительных материалов.

Основные свойсва строительных материалов подразделяются на:

· физические

· гидрофизические

· механические

· теплофизические

· специальные.

Физические свойства.

Истинная плотность () — это масса материала в единице объема в абсолютно плотном состоянии [г/см^3].

Средняя плотность () — масса материала в единице объема в естественном состоянии [кг/м^3].

Насыпная средняя плотность () — это средняя плотность рыхлых сыпучих материалов, определяемая без вычита пустот между их частицами.

Пористость (П) — это отношение объема пор к общему объему материала: Она может быть безразмерной или в процентах.

Поры это ячейки в материале, заполненные воздухом или водой. Они бывают открытыми, сообщающимися с окружающей средой и замкнутыми, с ней не сообщающимися.

Общая пористость складывается из суммы открытой и замкнутой.

 

 

Гидрофизические свойства.

Водопоглощение (В) — это способность материалов впитывать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней.

Различают водопоглощение по массе и по объему.

.

где m2 — масса в водонасыщенном, m1 — в сухом состоянии, V — объём в естественном состоянии.

Водостойкость — способность материала сохранять свои физико-механические свойства (в том числе прочность при воздействии воды). Она характеризуется коэффициентом размягчения (). Коэффициент размягчения, который равен отношению пределов прочности при сжатии материалов в водонасыщенном и сухом состоянии:

Материал считается водостойким, если коэффициент размягчения больше или равен 0,8. Снижение прочности при увлажнении связанно с:

1) С наличием в некоторых материалах растворимых веществ (гипс CaSO₄ и пр.)

2) Из-за расклинивающего эффекта Ребиндера. Связанного с тем, что диполи воды, попадая в микротрещины материала расширяют их, что приводит к падению прочности.

Влажность — это весовое содержание воды в материале, выраженное в процентах.

Водопроницаемость — это способность материалов пропускать воду под давлением. Она характеризуется количеством воды, прошедшим за 1 час через 1 поверхности, при заданном давлении, определяемым стандартом для каждого материала.

Водонепроницаемость — это способность материала не пропускать воду под давлением. Плотные материалы и с замкнутой пористостью воду практически не пропускают, чем больше открытых пор в материале, тем более он проницаем для воды. За марку материала по водонипроницаемости (W) принимают одностороннее гидростатическое давление в мегапаскалях, при котором образцы - цилиндры из испытуемого материала еще не пропускают воду. Обычно марки . Спец. Материалы имеют марки достигающие 2.

Морозостойкость — это способность материаловвыдерживать попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и значительного снижения прочности. Разрушение связанно с тем, что при замерзании вода увеличивается примерно на 9% и образующийся лёд оказывает давление на стенки пор, постепенно их разрушая. Марка материала по морозостойкости — это число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдерживают водонасыщенные образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15% и потери массы более 5 процентов. Для всех материалов кроме бетона и кирпича марка по морозостойкости 10-300 циклов. Для бетона и кирпича обозначается буквой F 10-300. 1 цикл испытаний на морозостойкость представляет собой замораживание водонасыщенных образцов при -15 -17 градусов. В течении нескольких часов и последующее оттаивание при температуре выше +15 не менее 6 часов.

Механические свойства.

Прочность — способность материалов сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от внешних нагрузок.

На материал могут действовать нагрузки сжатия, растяжения, изгиба, кручения и среза.

На каждый из этих типов воздействий определяется предел прочности .

Предел прочности R – напряжение вызывающее разрушение материала.

Чаще всего строительные материалы испытывают нагрузки сжатия, изгиба и растяжения.

Предел прочности при сжатии — отношение разрушающей нагрузки к площади материала: Предел прочности при сжатии определяется на гидравлических прессах или в специальных машинах, типа МЦЦ-100.

Предел прочности при растяжении определяют для неск. Материалов, например: для арматурных стяжек на разрывных машинах или для битумов на дуктилометрах.

Твёрдость — свойство материалов сопротивляться проникновению в них более твердых материалов.

Для природных каменных материалов твёрдость определяется по шкале Мооса, сотсоящей из 10 минералов от талька до алмаза с твёрдостью 1-10.

Твёрдость металлов, бетона, кирпича определяется вдавливанием в их поверхность твёрдых тел — инденторов и определяют число твёрдости , как функцию обратно пропорциональную площади отпечатка А.

Для металлов используют 3 метода определения твёрдости:

1. По Брипелю определяют число твёрдости НВ, вдавливая стальной шарик.

2. По Ронвеллу определяют число твёрдости НR при вдавливании алмазного твёрдосплавного конуса с углом 120 градусов.

3. По Виккерсу определяют число твёрдости HV при вдавливании алмазной четырёхгранной пирамиды.

Истираемость (И) — характеризуется потерей массы, отнесённой к площади истирания: , где m1-масса образа до истирания, m2 — после истирания, А — площадь образца.

Пластичность — способность материала под влиянием внешних сил изменять свою форму и размеры, не разрушаясь. После прекращения воздействий первоначальная форма и размеры не восстанавливаются.

Упругость — свойство материала деформироваться под воздействием внешних сил и полностью восстанавливать свою форму и размеры после снятия внешних воздействий.

 

Лекция 2.

Теплопроводность — это способность материала передавать через свою толщину теплоту, возникающая вследствие разности температур на поверхностях, ограничивающих материал.

Теплопроводность важна для материалов.

Теплопроводность зависит от пористости и влажности материала. Чем больше открытых пор в материале, тем лучше он проводит тепло. Повышение доли замкнутых пор, заполненных воздухом приводит к снижению теплопроводности, то есть такие материалы обладают лучшими теплоизолирующими свойствами. Так называемые теплоизоляционные материалы — это материалы с большим числом замкнутых пор.

При увлажнении материала теплопроводность его повышается, так как поры, заполненные прежде воздухом с , заполняются водой . Если эта вода замерзнет, то вообще капец, т.к.

Теплоемкость — свойство материала поглощать тепло при нагревании. Оценивается удельной теплоемкостью C

Огнестойкость — способность материалов сопротивляться действию огня при пожаре в течение определенного времени. Оценивается сгораемостью материалов.

По сгораемости подразделяются наа 3 группы:

1. Несгораемые. Кирпич, асбест, металл, бетон.

2. Трудно сгораемые. Материал тлеет около источника огня, без источника тепла не горит. Некоторые пластмассы, материалы на основе битума и др.

3. Сгораемые. При удаления источника тепла продолжается самопроизвольное горение. Древесина, картон, бумага.

Огнеупорность — свойство материала длительно сопротивляться воздействию высокой температуры, не расплавляясь.

По огнеупорности подразделяются на 3 группы:

1. Огнеупорные материалы, выдерживающие температуры выше 1580 градусов

2. Тугоплавкие материалы, выдерживают от 1350 до 1580 градусов.

3. Легкоплавкие материалы, выдерживают менее 1350 градусов.

Специальные свойства.

Керамические материалы.

Керамическими называются материалы, получаемые из минерального сырья путем формования и обжига его при высоких температурах.

Карьерные работы.

Заключается в добыче глины карьерным способом, ее транспортировки и хранении.

Подготовка сырьевой смеси.

Заключается в очистке глины от посторонних включений и введении необходимых добавок и воды.

Формование

Для очистки глины используют механические методы (камневыделительные вальцы) или гидравлические методы (разводят глину, отфильтроввывают примеси через сито, глину обезвоживают, далее глину перемешивают с добавками и водой до однородного состояния в специальных глиномялках).
Задачей формования является придание формы и размеров будущего изделия.
Различают три способа формования:

1. Пластическое формование
Его производят на ленточных шнековых прессов из керамических масс с влажностью от 18 до 22%

2. Полусухое прессование.
Оно производится из керамических пресс-порошков с влажностью 8-10% под давлением от 15 до 40 МПа

3. Шликерный или метод литья.
Керамическая масса с влажностью 45-60% разливается на пористые керамические поддоны, впитывающие часть воды. Сверху покрываются глазурным слоем и нарезаются на изделия нужного размера (плитка).
Этим же методом формуют санитарно-технические изделия, используя гипсовые формы.

4. Сушка
Для того, чтобы изделие не потрескалось при обжиге, его сушат до остаточной влажности менее 5%.
Сушку производят в туннельных сушилках, где по принципу противотока движутся навстречу друг другу вагонетки с изделиями и горячий воздух. Температура сушки от 120 до 150 градусов. Время — от 16 до 36 часов. На современных заводах время сушки сокращается до 7 часов за счет использования инфракрасного излучения.

5. Обжиг.
Его производят в кольцевых печах от 1,5 до 3 суток или в более современных туннельных печах от 18 до 24 часов.
При обжиге керамическое изделие проходит различные температурные (подогрева, обжига и охлаждения) и необратимо приобретает камнеподобное состояние. Обжиг в рядовой керамике производят при температуре от 900 до 1000 градусов, более качественной керамики (фаянса и фарфора) — от 1100 до 1250 градусов.

 

Керамическая черепица

Керамическая черепица — самый долговечный и огнестойкий кровельный материал.

К недостаткам этой черепицы можно отнести её высокую хрупкость (не выдерживает большой снеговой нагрузки), большой вес и трудоёмкость устройства кровли.

Трубы керамические.

· Дренажные
Дренажные используют для отвода грунтовых вод. Они имеют водопоглощение по массе Вm до 15%.

· Канализационные.
У канализационных труб Вm<8% - для отвода сточных, бытовых и промышленных вод.

Снаружи и изнутри их покрывают кислотостойкими глазурями.

Достоинства: коррозионная стойкость

Недостатки: высокая хрупкость.

Кислотостойкая керамика.

В виде кирпича, плиток, труб и других изделий.

Используется для защиты химических аппаратов и строительных конструкций от воздействия кислот.

Огнеупорная керамика.

Используют для защиты строительных онструкций от высоих температур, также для кладки печей, труб и других тепловых агрегатов.

Огнеупорные кирпичи бывают:

-обычной прямоугольной формы

-клиновидной формы

-лекальные

Кроме того изготавливают: скорлупы и сегменты

Воздушные вяжущие.

1.Гипсовые вяжущие вещества.

Гипсовыми называют получаемые из минерального сырья, путем его обжига и помола и содержащие в основном сульфат кальция.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих являются горные породы (гипсовый камень CaSO₄*2H₂0) и ангидрит (CaSO₄), а также отходы промышленности (фосфогипс). В зависимости от температуры тепловой обработки, гипсовые вяжущие подразделяются на низкообжиговые и высокообжиговые.

1.1. Низкообжиговые гипсовые вяжущие.

Их получают термической обработкой гипсового камня при температуре от 110 до 180 градусов. При этом образуется так называемый полуводный гипс (CaSO₄ *0,5H₂0). Они обладают невысокой прочностью и водостойкостью. К достоинствам можно отнести хорошие тепло- и звукоизоляционные свойства, экологическую чистоту и способность регулировать влажность в помещении.

1.1.1.К ним относятся следующие разновидности:

1.1.1.1 Строительный гипс

Его получают тепловой обработкой гипсового камня в открытых варочных котлах или печах. При этом образуется %beta — модификация полуводного гипса с мелкими и плохо сформированными кристаллами, поэтому прочность строительного гипса невысока. Она выражается маркой строительного гипса Г, которая представляет собой предел прочности при сжатии (R_сж) половинок гипсовых балочек, размером 4х4х16 сантиметров. Строительный гипс выпускают трех марок: Г3, Г4 и Г5. Это означает, что прочность при сжатии = 3-5 МПа.

Время перехода гипсового теста в камнеподобное состояние называется сроками схватывания. Различают начало и конец схватывания. Начало схватывания — это время, за которое система, вяжущее-вод только начинает терять свою подвижность. Для строительного гипса не ранее 4 минут. Конец схватывания — это время, за которое системой вяжущее-вода подвижность теряется полностью, т.е. система превращается в камень. Для строительного гипса от 6 до 30 минут.

1.1.1.2. Высокопрочный гипс.

Его получают термической обработкой гипсового камня в автоклавах при повышенном давлении. Полуводный гипс образует крупные и правильно сформированные кристаллы — альфа-модификация полуводного гипса. Это приводит к тому, что прочность высокопрочного гипса гораздо выше, чем строительного.

1.1.1.3. Формовочный гипс.

По составу такой же, как и строительный гипс (бета-модификация), но содержит меньше примесей и более тонко размолот. Используется в керамической промышленности для изготовления форм.

1.1.2. Твердение низкообжиговых гипсовых вяжущих.

Происходит при их взаимодействии с водой. Половинка поды становится двойной нормальной водой. Твердение можно регулировать — замедлять и ускорять. Ускоряют твердение введением электролитов (CaCl, NaCl), или вводят частицы молотого гипсового камня, которые служат дополнительными центрами кристаллизации. Замедляют твердение гипса введением пленкообразующих веществ, затрудняющих доступ воды, например водный раствор столярного клея.

1.1.3. Применение.

Низкообжиговые гипсовые вяжущие используют для штукатурных строительных растворов, изготовления гипсовой плитки и лепнины. Кроме того, из них изготавливают композиционные материалы — гипсоволокнистые листы (ГВЛ) из гипса и распушенной на волокна бумаги и гипсокартон из гипса и плотного картона. Кроме того, изготовляют сухие смеси для отделки стен и потолков, а также клея и затирки гипса.

1.2. Высообжиговые гипсовые вяжущие

Их изготавливают обжигом гипсового камня при температуре 600-1000 градусов. Они обладают более высокой прочностью и водостойкостью в сравнении с низкообжиговыми, но очень медленно твердеют.

К высокообжиговым гипсам относятся:

а) ангидритовый цемент, его получают либо высокотемпературным обжигом гипсового камня, либо помолом горных пород ангидрита.

Это вяжущее крайне медленно твердеет и для ускорения процесса вводят от 3 до 5% извести CaO. Сроки схватывания: начало не ранее 30 минут, конец не позднее 24 часов. Rсж от 5 до 20 Мпа.

б) эстрих-гипс. Его получают обжигом гипсового камня при температуре 800-1000 градусов.

9Катализатор твердения CaO образуется в процессе обжига, т.е. Исключается технологическая операция его введения. В остальном эстрих-гипс имеет те же свойства и марки, что и ангидритовый цемент.

Применение: для штукатурных растворов, изготовления отделочного материала искусственного мрамора, а также для устройства бесшумных наливных полов.

{известковые, магнезиальные и вяжущие на основе жидкого стекла самостоятельно}

Портландцемент.

1824 год — английский каменщик Дж. Аспдин.

1823 год — русский инженер Егор Челиев.

Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, представляющее собой продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера, получаемого обжжигом до спекания сырьевой смеси надлежащего состава и содержащего преимущественно силикаты кальция.

(клинкер — продукт обжига)

Химический и минеральный состав портландцемента.

Химический состав.

Он отражает процентное содержание в цементе оксидов металлов и неметаллов. (оксида кальция 63-66%, оксид кремния 21-25%, оксид алюминия 4-8%, оксид железа 2-4%).

Так же есть оксид магния, натрия, оксид серы, фосфора и т.д.

В процессе обжига эти оксиды соединяются друг с другом, образуя минералы цемента.

Минеральный состав.

Он отражает процентное содержание в цементе основных минералов.

название	формула	Условное обозначение	Содержание в %
Трех - кальциевый силикат (алит)		C3S	45-60
Двух - кальциевый силикат (белит)		С2S	20-30
Трех - кальциевый алюминат (цилит)		C3A	4-12%
Четырёх - кальциевый алюмоферрит		C4AF	10-20%

Производство портландцемента.

Оно включает следующие стадии:

1. Подготовка сырьевой смеси
Сырьевые смеси для производства портланд цемента состоят на 75-78% из карбонатных пород (известняк, мел, ракушечник и т.д.) и на 22-25% из глин. Различают 2 осноынх способа производства портландцемента: сухой и мокрый. Эти способы отличаются друг от друга только в стадии подготовки сырьевой смеси. Выбор способа обусловлен влажностью и химической однородностью сырья.

1. Сухой способ.
Его используют при сухом и химически однородном сырье. Размолотые известняк и глину совместно промалывают в мельницах, получая так называемую муку с влажностью 1-2%

2. Мокрый способ.
Размолотые известняк и глину перемешивают вместе с водой, получая сырьевой шлам с лажностью 35-45%. Его складируют в шлам бассейнах, где при необходимости корректируют состав.
Сухой способ более экономичен по сравнению с мокрым.

2. Обжиг. Производится во вращающихся печах при максимальной температуре 1450ºС. 4 зоны:

· Зона испарения Т<200ºС, испаряется физически связанная вода.

· Зона подогрева Т=200-700ºС, испаряется химически связанная вода из глин.

· Зона декарбонизации Т=700-1100ºС. СaCO₃=CaO+CO₂.

· Зона экзотермических реакций Т=1100-1250ºС. В этой зоне образуется 3 минерала: C₃A, C₂S, C₄AF.

· Зона спекания Т=1250-1450ºС. При этой температуре образуется алит C₃S.

· Зона охлаждения Т<1450ºС.

 

60-230 м

 

 

факел

топливо сырье

 

d=2-7м

Продуктом обжига является клинкер в виде серо-зеленых гранул диаметром 10-40 мм

3. Помол
При помоле в клинкер вводят 3-5% гипса. Помол производят в многосекционных шаровых мельницах при действии мелющих тел (стальных шаров или цилиндров). Полученный портландцемент охлаждают 1-2 недели и поставляют потребителю в ж/д вагонах, автоцементовозах или бумажных мешках по 50 и менее кг.

Твердение портландцемента

Происходит при его взаимодействии с водой. При этом протекают химические реакции гидратации между минералами цемента и водой

1. Гидратация алита. 2(3CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2О+3Ca(OH)2. Алит является химически активным минералом и реагирует с водой достаточно быстро с образованием в ранние сроки твердения прочного гидросиликата кальция. Эта реакция сопровождается выделением большого количества тепла.

2. Гидратация белита. 2(2CaO·SiO2)+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2О+Ca(OH)2. Белит – самый химически неактивный минерал. Реакция гидратации протекает крайне медленно, но с образованием в поздние сроки твердения прочного гидросиликата кальция. При твердении белита выделяется незначительное количество тепла.

3. Твердение С3А. 3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O. С3А - самый химически активный минерал и реакция твердения протекает очень быстро, но в результате образуется малопрочное соединение – гидроалюминат кальция. Тепловыделение этого процесса – значительное. Если этой реакции дать осуществиться, она вызовет явление т.н. ложного схватывания цемента. Чтобы этого не случилось при помоле вводят гипс, который связывает С3А по реакции: 3CaO·Al3O3+3CaSO4·2H2O+25H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O. Образующийся гидросульфоалюминат кальция кристаллизуется в мягком цементном тесте и дополнительно его упрочняет.

4. Твердение С4AF. 4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃+10H₂O+2Ca(OH)₂= 3CaO·Al₂O₃·6H₂O+3CaO·Fe₂O₃·6H₂O. По тепловыделению и скорости твердения он находится между алитом и белитом и большого влияния на твердение цемента не оказывает.

 

Коррозия цементного камня

Цементный камень способен разрушаться при воздействии на него большого количества веществ. По классификации Москвина все виды разрушения цементного камня можно разделить на 3 группы:

1. Вымывание гидроксида кальция и разложения гидросиликатов – коррозия I вида. Она связана с вымыванием из цементного камня Ca(OH)2 при фильтрации воды. Чем чище вода, тем больше Ca(OH)2 она в себе растворяет. Поэтому наиболее опасны дистиллированные воды, конденсат, дождевые и некоторые речные воды и т.д. Когда в результате вымывания концентрация Ca(OH)2 станет меньше 1.1 г/л, начинают разлагаться гидросиликаты цементного камня, что приводит к резкому падению прочности и последующему разрушению цементного камня. Внешне вымывание Ca(OH)2 проявляется в виде белых подтеков на поверхности конструкции. Меры борьбы с коррозией I вида:

1. Ограничение содержания в цемента алита C3S до 50%.

2. Введение активных минеральных добавок, связывающих Ca(OH)2 в нерастворимые соединения.

3. Создание на поверхности конструкции пленки изнерастворимых солей кальция, например при карбонизации при карбонизации углекислым газом воздуха: Ca(OH)2+CO2=CaCO3+Н2О

2. Образование легкорастворимых солей вследствие протекания обменных реакций между гидроксидом кальция цементного камня и агрессивной средой – коррозия II вида. Она подразделяется на:

1. Кислотную. Кислоты могут попадать на конструкции, содержащие цементный камень следующим образом:

1. со сточными водами промышленных предприятий

2. при попадании т.н. кислотных дождей. В атмосфере крупных центров содержится много кислых газов (SO2, образующий сернистую и серную кислоты, Cl2 и HCl, оьразующий соляную кислоты)

3. на химических предприятиях вследствие технологических розливов кислот.
В цементном камне реагирует Ca(OH)2+2НСl=CaCl2+2H2O, Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O. В результате образуются либо легкорастворимые соли либо трудностворимые(), но легко удаляемые с поверхности механическим путем.
Ca(OH)2+СO2=CaCO3+H2O
CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2,который хорошо растворяется, что приводит к разрушению цементного камня

3.

Образование в порах цементного камня продуктов большего объема и растрескивание цементного камня изнутри – коррозия III вида.

3. При воздействии кислот, устройство барьерной изоляции из кислотостойких материалов (кислотостойкие кирпич и плитка, жидкое стекло и т.д.).

Коррозия 3 вида.

Возникает при взаимодействии гидроалюмината кальция с сульфат-ионами среды при концентрации последних более 250 мг/л. Сульфат-ионы содержатся в морских и некоторых грунтовых водах.

Образующийся гидросульфоалюминат кальция занимает объем в 1,8 больший, чем объем исходных веществ. Кристаллизуясь в порах цементного камня, он оказывает давление на стенки пор, что приводит к растрескиванию цементного камня изнутри.

Меры борьбы:

1. Ограничение в составе цемента до 7-8%
2. Применение сульфатостойкого портланд-цемента.

 

 

Быстротвердеющие цементы.

Быстротвердеющий цемент (БТЦ).

Характеризуется повышенной прочностью на сжатие в возрасте 3 суток ( =25-28 МПа). Это достигается повышением в минеральном составе доли быстротвердеющих минералов. . Его размалывают более тонко до удельной поверхности 3500-4000 .

Особо быстротвердеющий цемент (ОБТЦ).

Характеризуется повышенной прочностью на сжатие в возрасте 1 суток (). Еще больше доля быстротвердеющих минералов и размолот до 4000-4500

Сверхбыстротвердеющий цемент (СБТЦ)

Характеризуется повышенным набором прочности в возрасте 6 часов . По минеральному составу и тонкости помола аналогичен ОБТЦ, но содержит еще и ускоритель твердения ().

Быстротвердеющие цементы применяются в зимнее время, а также при ремонтно-восстановительных работах.

Декоративные цементы.

а) Белый портланд-цемент

Его получают из белых известняков и белых глин путем обжига на беззольном газовом топливе. По степени белизны белый цемент выпускают трех сортов — БЦ I (80%), БЦ II (72%) и БЦ III (68%). Степень белизны устанавливают, определяя коэффициент яркости (), сравнивая с белым эталоном (BaSO₄ или белое матовое стекло).

б) Цветные цементы.

Их получают совместным помолом белого клинкера с гипсом и 10-15% свето- и щелочестойких пигментов. Пигменты — это тонкие цветные порошки, природные или искуственные. Природные пигменты — охра (оранжево-коричневый), сурик (коричнево-красный), сажа (черный), умбра (коричневый). Искусственные — оксиды или соли металлов — оксиды хрома (желтый), сложные соли меди и никеля (зеленый), оксиды марганца (черный и голубой) и т.д.

Белые и цветные цементы используют для декоративных бетонов и строительных растворов.

Лекция 1.

Основные свойства строительных материалов.

Основные свойсва строительных материалов подразделяются на:

· физические

· гидрофизические

· механические

· теплофизические

· специальные.

Физические свойства.

Истинная плотность () — это масса материала в единице объема в абсолютно плотном состоянии [г/см^3].

Средняя плотность () — масса материала в единице объема в естественном состоянии [кг/м^3].

Насыпная средняя плотность () — это средняя плотность рыхлых сыпучих материалов, определяемая без вычита пустот между их частицами.

Пористость (П) — это отношение объема пор к общему объему материала: Она может быть безразмерной или в процентах.

Поры это ячейки в материале, заполненные воздухом или водой. Они бывают открытыми, сообщающимися с окружающей средой и замкнутыми, с ней не сообщающимися.

Общая пористость складывается из суммы открытой и замкнутой.

 

 

Гидрофизические свойства.

Водопоглощение (В) — это способность материалов впитывать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней.

Различают водопоглощение по массе и по объему.

.

где m2 — масса в водонасыщенном, m1 — в сухом состоянии, V — объём в естественном состоянии.

Водостойкость — способность материала сохранять свои физико-механические свойства (в том числе прочность при воздействии воды). Она характеризуется коэффициентом размягчения (). Коэффициент размягчения, который равен отношению пределов прочности при сжатии материалов в водонасыщенном и сухом состоянии:

Материал считается водостойким, если коэффициент размягчения больше или равен 0,8. Снижение прочности при увлажнении связанно с:

1) С наличием в некоторых материалах растворимых веществ (гипс CaSO₄ и пр.)

2) Из-за расклинивающего эффекта Ребиндера. Связанного с тем, что диполи воды, попадая в микротрещины материала расширяют их, что приводит к падению прочности.

Влажность — это весовое содержание воды в материале, выраженное в процентах.

Водопроницаемость — это способность материалов пропускать воду под давлением. Она характеризуется количеством воды, прошедшим за 1 час через 1 поверхности, при заданном давлении, определяемым стандартом для каждого материала.

Водонепроницаемость — это способность материала не пропускать воду под давлением. Плотные материалы и с замкнутой пористостью воду практически не пропускают, чем больше открытых пор в материале, тем более он проницаем для воды. За марку материала по водонипроницаемости (W) принимают одностороннее гидростатическое давление в мегапаскалях, при котором образцы - цилиндры из испытуемого материала еще не пропускают воду. Обычно марки . Спец. Материалы имеют марки достигающие 2.

Морозостойкость — это способность материаловвыдерживать попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и значительного снижения прочности. Разрушение связанно с тем, что при замерзании вода увеличивается примерно на 9% и образующийся лёд оказывает давление на стенки пор, постепенно их разрушая. Марка материала по морозостойкости — это число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдерживают водонасыщенные образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15% и потери массы более 5 процентов. Для всех материалов кроме бетона и кирпича марка по морозостойкости 10-300 циклов. Для бетона и кирпича обозначается буквой F 10-300. 1 цикл испытаний на морозостойкость представляет собой замораживание водонасыщенных образцов при -15 -17 градусов. В течении нескольких часов и последующее оттаивание при температуре выше +15 не менее 6 часов.

Механические свойства.

Прочность — способность материалов сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от внешних нагрузок.

На материал могут действовать нагрузки сжатия, растяжения, изгиба, кручения и среза.

На каждый из этих типов воздействий определяется предел прочности .

Предел прочности R – напряжение вызывающее разрушение материала.

Чаще всего строительные материалы испытывают нагрузки сжатия, изгиба и растяжения.

Предел прочности при сжатии — отношение разрушающей нагрузки к площади материала: Предел прочности при сжатии определяется на гидравлических прессах или в специальных машинах, типа МЦЦ-100.

Предел прочности при растяжении определяют для неск. Материалов, например: для арматурных стяжек на разрывных машинах или для битумов на дуктилометрах.

Твёрдость — свойство материалов сопротивляться проникновению в них более твердых материалов.

Для природных каменных материалов твёрдость определяется по шкале Мооса, сотсоящей из 10 минералов от талька до алмаза с твёрдостью 1-10.

Твёрдость металлов, бетона, кирпича определяется вдавливанием в их поверхность твёрдых тел — инденторов и определяют число твёрдости , как функцию обратно пропорциональную площади отпечатка А.

Для металлов используют 3 метода определения твёрдости:

1. По Брипелю определяют число твёрдости НВ, вдавливая стальной шарик.

2. По Ронвеллу определяют число твёрдости НR при вдавливании алмазного твёрдосплавного конуса с углом 120 градусов.

3. По Виккерсу определяют число твёрдости HV при вдавливании алмазной четырёхгранной пирамиды.

Истираемость (И) — характеризуется потерей массы, отнесённой к площади истирания: , где m1-масса образа до истирания, m2 — после истирания, А — площадь образца.

Пластичность — способность материала под влиянием внешних сил изменять свою форму и размеры, не разрушаясь. После прекращения воздействий первоначальная форма и размеры не восстанавливаются.

Упругость — свойство материала деформироваться под воздействием внешних сил и полностью восстанавливать свою форму и размеры после снятия внешних воздействий.

 

Лекция 2.

Теплопроводность — это способность материала передавать через свою толщину теплоту, возникающая вследствие разности температур на поверхностях, ограничивающих материал.

Теплопроводность важна для материалов.

Теплопроводность зависит от пористости и влажности материала. Чем больше открытых пор в материале, тем лучше он проводит тепло. Повышение доли замкнутых пор, заполненных воздухом приводит к снижению теплопроводности, то есть такие материалы обладают лучшими теплоизолирующими свойствами. Так называемые теплоизоляционные материалы — это материалы с большим числом замкнутых пор.