Визначення основних властивостей будівельних

Матеріалознавство

Методичні вказівки до виконання лабораторних та індивідуальних робіт

 

для студентів напряму підготовки 6.060102 «Архітектура»

 

 

Київ 2012

УДК

ББК

 

 

Укладачі: К.К. Пушкарьова, доктор технічних наук, професор

М.О. Кочевих, кандидат технічних наук, доцент,

О.А. Гончар, кандидат технічних наук, доцент

 

 

Рецензент: В.Б. Барановський, кандидат технічних наук, доцент

 

Відповідальний за випуск: К.К. Пушкарьова, завідувач кафедри будівельних матеріалів, доктор технічних наук, професор

 

Затверджено на засіданні кафедри будівельних матеріалів,

протокол №3 від 10 вересня 2012 р.

 

Матеріалознавство: Методичні вказівки до виконання лабораторних та індивідуальних робіт /Уклад.: К.К. Пушкарьова, М.О. Кочевих, О.А. Гончар. – К.: КНУБА, 2012. - 40с.

 

 

Наведено методики виконання лабораторних робіт для визначення властивостей та оцінки якості будівельних матеріалів та виробів, а також детального вивчення номенклатури будівельних матеріалів різного призначення, їх технічних та декоративних властивостей. Представлено зміст графічної частини робіт та перелік тем індивідуальних завдань і надано рекомендації щодо їх виконання.

 

Призначено для студентів напряму підготовки 6.060102 «Архітектура» спеціальностей 7.120101 “Архітектура будівель і споруд”, 7.120102 “Містобудування”, 7.120103 “Дизайн архітектурного середовища”

 

 

Загальні положення

 

Метою виконання лабораторних робіт та індивідуальних завдань є ознайомлення студентів з сучасними методами визначення основних властивостей будівельних матеріалів та поглиблення теоретичних знань з номенклатури, особливостей отримання і застосування сучасних й традиційних будівельних матеріалів різного призначення (конструкційних, оздоблювальних, теплоізоляційних, гідроізоляційних, покрівельних, акустичних). Складовою частиною лабораторних занять є виконання графічних робіт, що сприяє більш детальному ознайомленню студентів з натурними зразками оздоблювальних будівельних матеріалів, їх декоративними властивостями, особливостями використання в інтер’єрі та екстер’єрі будівель і споруд різного призначення за допомогою навчальної літератури, Інтернет-джерел.

Навчальним планом з дисципліни “Матеріалознавство” передбачено проведення 7 лабораторних занять (по 4 години кожне заняття, всього - 28 годин), до складу яких входить й графічна частина та 6 індивідуальних занять під контролем викладача (12 годин). Результати виконання лабораторних робіт наводяться у вигляді протоколів в окремому зошиті. Індивідуальні заняття під контролем викладача передбачають виконання індивідуальних завдань за двома темами за вибором викладача (перелік тем наведено в розділі ІІ).

Графічна частина лабораторних робіт передбачає підготовку альбому за такими темами:

1.Природні кам’яні матеріали

2.Керамічні матеріали та вироби

3.Матеріали та вироби з мінеральних розплавів

4.Матеріали та вироби на основі мінеральних в’яжучих (бетони, будівельні розчини)

5.Полімерні матеріали та вироби

6.Матеріали та вироби на основі деревини

До складу кожного розділу входить 3 аркуша формату А4. На 1-ому аркуші студенти виконують малюнки трьох будівельних матеріалів або виробів (за вибором викладача), на 2-ому – наводять їхні властивості у формі таблиці, на 3-ому - надають приклад використання одного з наведених матеріалів в інтер’єрі або екстер’єрі сучасної будівлі або історичної пам’ятки (на основі різних джерел інформації, включаючи Інтернет (з посиланням на джерело інформації)). У формі таблиці наводять ефективність використання обраного матеріалу з урахуванням технічних (середня густина, міцність, хімічна стійкість, теплопровідність, вогнестійкість та ін.), екологічних (токсичність, радіоактивність), економічних (вартість) та декоративних властивостей (колір, текстура, фактура та ін.) матеріалу або виробу.

Графічний матеріал з кожної теми повинен мати підписи: один загальний - тема роботи - у верхній частині аркуша та окремі підписи зображених матеріалів. Техніка виконання графічних робіт може бути різноманітною і передбачає використання кольорових олівців, масляних, акварельних фарб, гуаші, темпери тощо.

По завершенню робіт альбом здається на перевірку викладачеві для отримання допуску до екзамену. Зразок оформлення титульної сторінки альбому наведено у додатку (1).

 

І. ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ

Лабораторна робота № 1

ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ БУДІВЕЛЬНИХ

МАТЕРІАЛІВ (4 год)

Доцільне застосування будівельних матеріалів можливе за умови знання їхніх властивостей. Властивості будівельних матеріалів зумовлені хімічним, мінералогічним або фазовим складом, а також мікро- та макроструктурою.

За сукупністю ознак властивості будівельних матеріалів поділяють на фізичні, фізико-механічні, експлуатаційні (спеціальні) та естетичні.

Оцінку якості будівельних матеріалів здійснюють порівнюючи певні їх властивості з вимогами до цього матеріалу залежно від особливостей його використання. Вибір матеріалів відповідної якості і вартості для будівництва кожного об’єкта є одним з основних елементів будівельного проектування.

Метою роботи є ознайомлення з методиками визначення основних властивостей будівельних матеріалів і виробів для оцінки їх якості та галузей раціонального використання.

Визначення густини

Більшість будівельних матеріалів поряд з твердою речовиною містить пори, заповнені повітрям, густина якого значно нижча, ніж густина твердої речовини. Для будівельних матеріалів і виробів найчастіше визначають істинну і середню густину.

Визначення водопоглинання

Водопоглинання – це властивість матеріалу вбирати й утримувати воду. Визначають водопоглинання за масою та за об’ємом (у відсотках), як відношення маси або об’єму поглинутої зразком матеріалу води відповідно до маси сухого зразка або його об’єму у природному стані.

Для визначення водопоглинання зразок матеріалу висушують до постійної маси, знаходять його розміри (для зразків правильної геометричної форми), зважують, обчислюють об’єм, занурюють у посудину з водою і витримують у воді до повного насичення нею (поки приріст маси не стане менше 0,1% від початкової маси). Тривалість водонасичення для різних матеріалів встановлюється відповідними нормативними документами.

Насичений водою зразок виймають із води і зважують. Масу води, яка витекла на шальку ваг, включають у масу зразка, насиченого водою.

Водопоглинання зразка (Wi) у відсотках обчислюють за формулами:

за масою: %, (1.6)

за об’ємом: %, (1.7)

де m_в - маса зразка, насиченого водою, г;

m_с - маса зразка, висушеного до постійної маси, г;

V - об’єм зразка у природному стані, см³;

- густина води, яка приймається рівною 1 г/см³.

Визначення теплопровідності

Теплопровідність – це здатність матеріалу передавати теплоту від однієї поверхні до іншої за наявності різниці температур на цих поверхнях. Вона характеризується коефіцієнтом теплопровідності λ і вимірюється у Вт/(м·К).

Коефіцієнт теплопровідності – кількість теплоти, що передається через зразок матеріалу завтовшки 1 м, площею 1 м² за 1 секунду при різниці температур на протилежних сторонах зразка в один градус.

Коефіцієнт теплопровідності може бути орієнтовно визначений за емпіричною формулою проф. В.П.Некрасова для матеріалів мінерального походження з природною вологістю до 7%:

λ= , (1.8)

де d - відносна густина матеріалу (див. формулу 1.4).

Визначення міцності

Міцність – це здатність матеріалу чинити опір руйнуванню від внутрішніх напружень, що виникають під дією різних зовнішніх навантажень. В процесі експлуатації будівель і споруд конструкції в них зазнають різних напружень – стиску, згину, розтягу, кручень, сколювань тощо.

Міцність оцінюють границею міцностіR, яка дорівнює максимальному напруженню від дії навантаження, що виникає в матеріалі в момент його руйнування і вимірюється в мегапаскалях (МПа).

Методи визначення міцності

Границю міцності при стиску визначають випробуванням на гідравлічних, механічних або гідромеханічних пресах (фото1.4) зразків, форма, розмір і кількість яких є стандартними для відповідних матеріалів. З цією метою використовують зразки правильної геометричної форми (куби, циліндри, призми).

Границю міцності при стиску R_ст, МПа (кгс/см²), обчислюють за формулою:

, (1.9)

де P - руйнівне навантаження (сила), МН (кгс);

F - площа поперечного перерізу зразка до випробування, м² (см²).

Руйнівну силу визначають безпосередньо на силовимірювачі преса. Площу поперечного перерізу зразка F, см², визначають за результатами вимірювання лінійних розмірів зразків, яке проводять перед випробуванням.

Рис 1.4. Прес для визначення міцності

Для визначення міцності при стиску мінеральних в’яжучих речовин (портландцементу, гіпсових в’яжучих тощо) використовують половинки стандартно виготовлених зразків-балочок розмірами 4x4x16 см, що залишаються після випробування міцності при згині. При випробуванні таких зразків застосовують спеціальні металеві пластинки площею 25 см^2 (рис 1.5).

 

Рис. 1.5. Розташування зразка (половинки балочки) при визначенні міцності при стиску: 1, 3- нижня та верхня плита пресу, 2 – металеві пластинки, 4 – зразок матеріалу

 

Для порівняльної оцінки ефективності різних матеріалів використовують коефіцієнт конструктивної якості К_к.я., МПа, який характеризується відношенням границі міцності при стиску (або розтягу) до відносної густини і розраховується за формулою:

, (1.10)

де R_ст - границя міцності при стиску, МПа;

d - відносна густина матеріалу (безрозмірна величина, див. формулу 1.4).

Найбільш ефективними є матеріали, які є легкими та міцними. Наприклад, усереднені значення К_к.я., МПа, становлять: для цегли – 11, важкого бетону – 21, сталі – 52, сосни – 95, СВАМ (скловолокнистий анізотропний матеріал) - різновиду склопластику - 225.

Границю міцності при згині визначають за допомогою пресів або універсальних випробувальних машин типу “МИИ-100” (фото 1.6). Для цього використовують зразки матеріалів у вигляді призм квадратного або прямокутного перерізу з розмірами, встановленими відповідними стандартами, а також натурні зразки (цегла, черепиця тощо), розташовуючи їх на двох опорах.

Визначаючи міцність при згині стандартних зразків-балочок розмірами 4x4x16 см на універсальних машинах типу “МИИ-100” границю міцності R_зг фіксують за показником лічильника у кгс/см², а потім перераховують отримане значення у МПа.

 

Рис.1.6. Випробувальна машина “МИИ-100” для визначення границі міцності при згині

Визначення водостійкості

Водостійкість – це здатність матеріалу зберігати фізико-механічні властивості у насиченому водою стані.

Показником водостійкості є коефіцієнт розм’якшення (або водостійкості), який обчислюють за формулою

, (1.9)

де R_н - міцність матеріалу у водонасиченому стані, МПа;

R_с - міцність матеріалу у сухому стані, МПа.

Коефіцієнт розм’якшення є безрозмірною величиною. Водостійкими вважаються матеріали з коефіцієнтом розм’якшення не менше ніж 0,8.

Визначення істинної густини

а) твердого матеріалу з використанням приладу Ле-Шательє (зробити рисунок основного приладу)

Прилади:____________________ Матеріал _______________________

Маса: m₁ - маса приладу з рідиною без матеріалу, г; ______

m₂ - маса приладу з рідиною та з досліджуваним матеріалом, г.______

Об’єм матеріалу V, см³ _____________________

Істинна густина , г/см³ _____________________

б) рідкого матеріалу (зробити рисунок приладу)

Прилади: ___________________

Матеріал:__________________________

Істинна густина , г/см³ ________________

Висновок: потрібно порівняти отримані дані з даними, наведеними у довідниках

Визначення водопоглинання

Прилади:______________________ Матеріал:_______________________

Форма зразка___________________________________________________

Розміри зразка, см______________________________________________

Об’єм зразка V, см ³______________________________________________

Маса сухого зразка m_с, г ____________________

Маса водонасиченого зразка m_в, г ____________________

Густина води , г/см³ ____________________

Водопоглинання: за масою , % ______________________

за об’ємом , % _____________________

Висновок: потрібно порівняти отримані дані з даними, наведеними у довідниках

 

Визначення границі міцності

а) при стиску (навести схему випробування) для: Прилади: __________________ Матеріал:__________________ Форма зразка ______________

зразка-куба,

зразка-балочки.

Розміри поперечного перерізу, см ___________________

Площа поперечного перерізу F, см² ___________________

Руйнівна сила P, кгс ___________________

Границя міцності при стиску:

y метричній системі одиниць , кгс/см²

у системі СІ, Мпа __________________________

б) при згині (навести схему випробування)

Прилади:____________________ Матеріал:_______________________

Форма зразка __________________________

Розміри зразка, см _________________________

Границя міцності при згині:

у метричній системі одиниць, кгс/см² _______________

у системі СІ, МПа ________________

Висновок: потрібно порівняти отримані дані з даними, наведеними у довідниках, та визначити марку досліджуваного матеріалу за міцністю.

 

Визначення водостійкості

Прилади: ___________________ Матеріал:_______________________

Границя міцності при стиску:

водонасиченого матеріалу R_н, МПа__________________________

сухого матеріалу R_с, МПа ___________________________

Коефіцієнт розм’якшення =

Висновок: потрібно навести значення коефіцієнта розм’якшення та визначити водостійкість матеріалу

 

 

7. Характеристика декоративних властивостей оздоблювальних будівельних виробів (за вибором викладача) у формі таблиці 1.2.

 

Таблиця 1.2

Лабораторна робота №2

Графічна частина

Зробити малюнки (1-й аркуш) та навести властивості (у вигляді таблиці 2.5) трьох гірських порід (за вибором викладача) (2-й аркуш). Приклад використання однієї з заданих гірських порід в інтер’єрі або екстер’єрі та ефективність її використання (у вигляді табл. 2.6) має бути наведено на 3-ому аркуші.

Таблиця 2.5

Лабораторна робота №3

керамічні будівельні матеріали (4 год)

Метою роботи є вивчення різновидів керамічних матеріалів та виробів, їх властивостей, особливостей отримання та застосування, а також ознайомлення зі способами їх декорування.

Керамічними називають матеріали й вироби, які одержують формуванням, сушінням і подальшим випалюванням глинистої сировини з різними добавками або без них.

Головними критеріями класифікації будівельних керамічних матеріалів є показник водопоглинання черепка (матеріалу після випалювання), а також призначення керамічних виробів й спосіб їх формування.

За показником водопоглинання, а відповідно й пористості черепка, керамічні матеріали поділяють на дві групи: пористі (з водопоглинанням більше 5% за масою) та щільні.

За призначенням керамічні матеріали та вироби поділяють на такі види: стінові (цегла, порожнисті камені); покрівельні (черепиця); елементи перекриттів; вироби для облицювання фасадів (лицьові цегла і камені, плитки фасадні; килимово-мозаїчні плитки; архітектурно-художні деталі); вироби для внутрішнього облицювання (глазуровані плитки і фасонні деталі до них – карнизи, кутники, пояски); заповнювачі для бетонів (керамзит і його різновиди, аглопорит); теплоізоляційні вироби (ніздрювата кераміка); вироби для підлог і дорожніх покриттів (плитки для підлог, дорожня (клінкерна) цегла); санітарно-технічні вироби (умивальники, унітази, ванни, труби); кислототривкі вироби; вогнетривкі вироби.

За способом формування керамічні матеріали поділяють на матеріали, одержані пластичним формуванням, напівсухим пресуванням або шлікерним способом.

Будівельну кераміку залежно від технології, тобто складу глинистих мас, режимів випалювання та прийомів декорування, і, відповідно, типу отриманого матеріалу поділяють на теракоту, майоліку, клінкер, фаянс, фарфор.

За видом декорування керамічні матеріали та вироби поділяють на: глазуровані і неглазуровані (ангобовані); однокольорові, багатокольорові і з малюнком; з гладкою поверхнею та рельєфні.

Інформацію, отриману при опрацюванні підручника “Матеріалознавство” (2012р.), конспекту лекцій, нормативної та іншої спеціальної літератури, заносять до таблиці 3.1. При вивченні зразків слід звернути увагу на їх декоративне оздоблення.

Вивчені зразки використовують при виконанні графічної частини роботи.

Різновиди обраних керамічних матеріалів та виробів залежно від галузі їх застосування (2-3 групи за вибором викладача) слід навести в табл. 3.2., а види та технологію декорування керамічних виробів, а також особливості їх використання – в табл. 3.3.

Таблиця 3.1.

Графічна частина

Зробити малюнки (1-й аркуш) та навести властивості трьох керамічних виробів різних груп за галузями використання (за вибором викладача) (у вигляді таблиці 3.4) (2-й аркуш). Приклад використання одного з заданих керамічних виробів в інтер’єрі або екстер’єрі та ефективність його застосування (у вигляді табл. 3.5) має бути наведено на 3-ому аркуші.

Таблиця 3.4

Лабораторна робота №4

Матеріали та вироби з мінеральних розплавів (4 год)

 

Метою роботи є вивчення різновидів скляних матеріалів, їх властивостей, особливостей отримання та застосування, а також ознайомлення зі способами їх декорування.

Матеріали цієї групи отримують шляхом швидкого охолодження силікатних розплавів. Характерною особливістю мінеральних розплавів є їх здатність при охолодженні переходити в склоподібний стан (аморфний різновид твердого стану), причому цей перехід є зворотним.

Головними критеріями класифікації будівельних матеріалів та виробів із мінеральних розплавів є вид сировини, її хімічний склад, характер макро-, мікроструктури, а також спосіб формування та призначення матеріалів і виробів.

Залежно від здатності розплавів до кристалізації матеріали за характером мікроструктури поділяють на скляні або аморфні (віконне та вітринне скло), склокристалічні з вмістом кристалічної фази до 30% (марбліт, смальта, скляна крихта) та склокристалічні з вмістом кристалічної фази більше 30% (будівельний ситал, шлакоситал, неопар’є).

За характером макроструктури матеріали на основі мінеральних розплавів поділяють на щільні (скло віконне, марбліт), пористо-волокнисті (вироби з мінеральної вати) та ніздрювато-пористі (газо- та піноскло).

За оптичними властивостями скло поділяють на світлопрозоре і непрозоре (глушене).

За технологією формування розрізняють скло, отримане витягуванням, прокатуванням, литтям, пресуванням, а також флоат-способом.

За призначенням вироби зі скла класифікують як конструкційні (звичайне листове, вітринне, безпечне), конструкційно-теплоізоляційні (склоблок, склопакет, склопрофіліт), теплоізоляційні та акустичні (скловата, мінераловатні вироби, ніздрювате скло), архітектурно-декоративні (вітраж, візерункове скло, дверні полотна з кольорового скла), в тому числі облицювальні (плитки з марбліту, скляна мозаїка, смальта) та спеціальні (увіольове, теплопоглинальне, термостійке, ситал).

Інформацію, отриману при опрацюванні підручників, конспекту лекцій, нормативної та іншої спеціальної літератури, заносять до таблиці 4.1. Вивчені зразки використовують при виконанні графічної частини роботи.

Різновиди обраних скляних матеріалів та виробів залежно від галузі їх застосування (2 групи за вибором викладача) слід навести в табл. 4.2, а види та технологію декорування скляних виробів, а також особливості їх використання – до табл. 4.3.

Таблиця 4.1.

Графічна частина

Зробити малюнки (1-й аркуш) та навести властивості (у вигляді таблиці 4.4) трьох виробів на основі мінеральних розплавів різних груп за галузями використання (за вибором викладача) (2-й аркуш). Приклад використання одного з заданих скляних виробів в інтер’єрі або екстер’єрі та ефективність його застосування (у вигляді табл. 4.5) має бути наведено на 3-ому аркуші.

Навести різновиди вітражів, мозаїки, склоблоків, декоративних стекол (одну групу за вибором викладача), особливості отримання та використання у вигляді табл.4.6 та приклади їхнього використання в проектах з посиланням на джерело інформації.

Таблиця 4.4

Лабораторна робота №5

визначення властивостей неорганічних в¢яжучих речовин та матеріалів і виробів на їхній основі (4 год)

 

Метою роботи є ознайомлення з методиками визначення технічних характеристик неорганічних в’яжучих речовин (гіпсових в’яжучих та портландцементу) та вивчення різновидів матеріалів і виробів на їхній основі, їх властивостей, особливостей отримання та застосування.

 

Порядок виконання роботи

У чисту чашу для замішування, попередньо протерту вологою тканиною, вливають воду у кількості 50…70 % від маси гіпсу. Потім у воду протягом 2…5 с всипають 300 г гіпсової в’яжучої речовини. Суміш перемішують ручною мішалкою протягом 30 с, починаючи відлік часу від початку висипання гіпсової в’яжучої речовини у воду. Після закінчення перемішування циліндр, встановлений у центрі скла, заповнюють гіпсовим тістом, залишки якого зрізують лінійкою. Циліндр і скло попередньо протирають вологою тканиною. Через 45 с від початку засипання гіпсової в’яжучої речовини у воду, або через 15 с після закінчення перемішування, циліндр швидко піднімають вертикально на висоту 15…20 см і відводять у бік.

Рис.5. 1. Віскозиметр Суттарда

Діаметр розпливу гіпсового тіста вимірюють безпосередньо після підняття циліндра у двох перпендикулярних напрямках з похибкою не більше 5 мм і обчислюють середнє арифметичне значення. Діаметр тіста нормальної густоти або тіста стандартної консистенції становить 180±5 мм. Якщо діаметр розпливу тіста не відповідає нормі, випробування повторюють спочатку зі зміненою кількістю води.

Результати досліду заносять до таблиці 5.1.

Таблиця 5.1

Порядок виконання роботи

У чашу для змішування наливають певну кількість води, що відповідає нормальній густоті 200 г гіпсу, потім всипають 200 г гіпсу. Суміш перемішують лопаткою протягом 30 с. Отриману суміш наливають у попередньо змащене мастилом кільце приладу. Надлишок суміші зрізають і вирівнюють поверхню ножем. Кільце ставлять під голку приладу Віка, приводять її у дотик з поверхнею тіста в центральній частині кільця і визначають строки тужавлення гіпсу, опускаючи голку через кожні 30 с так, щоб кожного разу вона занурювалась в нове місце. Після кожного занурювання голку витирають вологою тканиною.

Рис. 5.2. Прилад віка з голкою

Час від початку замішування гіпсового тіста до моменту, коли голка приладу Віка при опусканні вперше не торкнеться дна кільця, вважається початком тужавлення, а час від початку замішування до моменту, коли голка приладу Віка при опусканні вперше зануриться у гіпсове тісто не глибше ніж на 1,0 мм – кінцем тужавлення. Час початку і кінця тужавлення виражають у хвилинах, починаючи відлік з моменту замішування гіпсу з водою.

Результати досліду заносять до таблиці 5.2.

Таблиця 5.2

Порядок виконання роботи

Для виготовлення зразків беруть 900г гіпсової в’яжучої речовини і протягом 5…20 с засипають у чашу з водою, кількість якої відповідає нормальній густоті тіста, перемішують протягом 60 с. Одержану однорідну суміш негайно розливають у металеві форми, попередньо змащені спеціальним мастилом. Наповнюють всі форми одночасно, розливаючи суміш у форми. Після наповнення форм поверхню зразків вирівнюють металевим ножем.

Рис. 5.3. Стандартна металева форма для балочок

Через 15±5 хвилин після кінця тужавіння зразки виймають з форми, маркують і зберігають у приміщенні 1,5 години, після чого випробовують спочатку на згин (прилад МИИ-100), а потім половинки балочок випробують на стиск (гідравлічний прес). Міцність зразків, виготовлених з гіпсового тіста стандартної консистенції, визначають через 2 год після замішування гіпсової в’яжучої речовини водою. Одержані після випробувань на згин шість половинок балочок зараз же випробовують на стиск.

Границю міцності при стиску обчислюють як середнє арифметичне результатів чотирьох випробувань, відкидаючи найбільше та найменше значення. Результати досліду заносять до таблиці 5.3.

Таблиця 5.3

Графічна частина

Навести приклади використання трьох матеріалів і виробів в інтер’єрі або екстер’єрі (за вибором викладача)та особливості їхнього застосування (у вигляді табл. 5.8).

Таблиця 5.8.

Лабораторна робота №6

Полімерні будівельні матеріали (4 год)

Метою роботи є вивчення різновидів полімерних матеріалів та виробів, їх властивостей, особливостей отримання та застосування, а також ознайомлення зі способами їх декорування.

Полімерними речовинами називають високомолекулярні сполуки, які складаються з елементарних (мономірних) ланок, об’єднаних у макромолекули різної будови. Головними критеріями класифікації полімерних речовин є хімічна природа, походження, спосіб синтезу та тверднення, склад основного ланцюга макромолекул та характер їхньої будови, здатність до пластичних деформацій при циклічній дії температурного фактора.

За хімічною природою полімерні речовини поділяють на органічні та неорганічні. У складі неорганічних високомолекулярних сполук (полімерів) атоми карбону відсутні, а в органічних – макромолекули складаються переважно з цих атомів.

За походженням розрізняють полімерні матеріали природні (біополімери, наприклад, білки, нуклеїнові кислоти) та штучні. До природних полімерів відносять складові деревини (лігнін та целюлозу), а також бавовну, вовну, шкіру, каучук тощо. Штучні полімерні матеріали отримують синтезом із простих низькомолекулярних речовин – мономерів. До штучних відносять поліетилен, поліпропілен, фенолформальдегідні смоли.

За характером просторової структури полімерні матеріали поділяють на лінійні, розгалужені та просторові. Структурні елементи можуть розташовуватись у макромолекулі у вигляді відкритого ланцюга або побудованої в лінію послідовності мономерів (лінійні полімери, наприклад, каучук природний), ланцюга з розгалуженням (розгалужені, наприклад, амінопектин), тривимірної сітки (зшиті просторові полімери, наприклад, отверджені епоксидні смоли).

За способом синтезу та тверднення органічні штучні полімерні речовини поділяють на полімеризаційні та поліконденсаційні.

При реакції полімеризації процес сполучення молекул мономеру відбувається без зміни його хімічного складу і виділення побічних речовин. Прикладами таких полімерів є полівінілхлорид, полістирол, поліетилен, поліакрилати, синтетичний каучук.

При реакції поліконденсації утворюються високомолекулярні сполуки з виділенням побічних продуктів реакції, хімічний склад таких полімерів відрізняється від вихідних речовин. Прикладами є поліефіри, поліуретани, а також фенолоальдегідні, карбамідні, епоксидні, кремнійорганічні полімери.

За здатністю до пластичних деформацій при дії температурного фактора органічні полімери поділяють на термопластичні та термореактивні.

Термопластичні полімери (поліетилен, полістирол)як полімеризаційного, так і поліконденсаційного типу, при підвищенні температури здатні до пластичних деформацій: при нагріванні вони розм'якшуються і переходять у в'язкопружний стан, а при охолодженні - твердіють, зберігаючи задану форму. Такі перетворення можуть повторюватися неодноразово. Термореактивні полімери також обох типів (фенолформальдегідні, карбамідні та інші полімери) здатні розм’якшуватись при підвищенні температури, але після охолодження вони не можуть зворотно змінювати свої властивості. Це пояснюється об’єднанням лінійних молекул у просторові сітки. З цієї ж причини термореактивні полімери здебільшого є більш теплостійкими, ніж термопластичні. Незворотні зміни в структурі термореактивних полімерів можуть бути викликані не тільки дією температурного фактора, але й хімічного реагенту (розчинника), ультрафіолетового або γ-випромінювання.

Полімерними матеріалами, або пластичними масами, називають матеріали, які містять у своєму складі високомолекулярні органічні речовини й на певній стадії виробництва набирають пластичності, яка повністю або частково втрачається після затвердіння полімеру.

Розрізняють пластичні маси прості, що складаються лише з полімерної речовини, і складні, до складу яких, крім полімеру, входять: наповнювачі, пластифікатори, стабілізатори, барвники та інші добавки для надання спеціальних властивостей.

Будівельні матеріали та вироби на основі полімерних органічних речовин класифікують за видом основного полімеру, який входить до їхнього складу, за методом виробництва та галуззю застосування в будівництві.

Залежно від фізичного стану при нормальній температурі та інших властивостей пластмаси поділяють на жорсткі (модуль пружності Е >1ГПа) (фенопласти, амінопласти, гліфталеві), напівжорсткі ( 1 ≥Е >0,4ГПа) (поліпропілен, поліаміди), м'які (Е =0,02...0,4 ГПа) (полівінілацетат, поліетилен) та еластичні (Е <0,02 ГПа) (каучуки, поліізобутилен).

Залежно від кількості введеного наповнювача розрізняють пластмаси ненаповнені (частіше всього до них відносять плівки), наповнені – містять до 70% наповнювача (рулонні, плиткові та ін.), високонаповнені – містять наповнювача більше 70% від маси полімеру.

За структурою пластмаси бувають щільні, ніздрюваті, крупнопористі, волокнисті, шаруваті; за фактурою поверхні – гладкі, рифлені, тиснені; за кольором – одно- та багатокольорові.

Виготовлення полімерних матеріалів та виробів передбачає підготовку сировинних компонентів, їх дозування, змішування, формування й стабілізацію. Вироби формують вальцюванням (каландруванням), екструзією, пресуванням, литтям під тиском, термоформуванням, зварюванням, склеюванням тощо. Ніздрюваті теплоізоляційні матеріали виготовляють спінюванням та пороутворенням.

При вивченні натурних зразків полімерних матеріалів слід звернути увагу на їх декоративне оздоблення. Інформацію, отриману при опрацюванні підручника “Матеріалознавство”, конспекту лекцій, нормативної та іншої спеціальної літератури, заносять до таблиці 6.1.

Вивчені зразки використовують при виконанні графічної частини роботи.

Таблиця 6.1.

Графічна частина

Зробити малюнки (1-й аркуш) та навести властивості (у вигляді таблиці 6.3) трьох виробів (за вибором викладача) на основі полімерних речовин різних груп за галузями використання (2-й аркуш). Приклад використання одного з заданих матеріалів чи виробів в інтер’єрі або екстер’єрі та ефективність його застосування (у вигляді табл. 6.3) має бути наведено на 3-ому аркуші.

Таблиця 6.3.

Лабораторна робота №7

Будівельні матеріали та вироби на основі деревини (4 год)

Метою роботи є вивчення різновидів матеріалів і виробів на основі деревини, їх властивостей, особливостей отримання та застосування, а також ознайомлення зі способами їх декорування.

Фізичні властивості деревини. Вологість значною мірою зумовлює якість деревини. Розрізняють гігроскопічну вологість, зв'язану в стінках клітин, та капілярну, яка заповнює порожнини клітин і міжклітинний простір. При висиханні деревина спочатку втрачає вільну (капілярну) вологу, а далі починає виділяти гігроскопічну. Вологість деревини, що дорівнює 12%, умовно вважається стандартною.

Істинна густина деревини майже однакова для різних порід і становить 1,53...1,55 г/см³. Середня густина деревини залежить від виду породи, вологості та пористості й може бути в межах 450...900 кг/м³.

Усихання, розбухання, короблення деревини відбуваються зі зміною вологості.

Теплопровідність деревини залежить від породи, напряму волокон і вологості. Так, при вологості 15% теплопровідність уздовж волокон у дуба дорівнює 0,45 Вт/(м×К), у сосни – 0,35 Вт/(м×К), впоперек волокон відповідно 0,22 і 0,17 Вт/(м×К). Теплоємність сухої деревини різних порід знаходиться в межах 1,26...1,42 Дж/(г×К), при збільшенні вологості теплоємність зростає.

Стійкість деревини до дії агресивних середовищ досить висока. Слаболужні розчини майже не руйнують деревину; у кислому середовищі руйнування починається при рН<2. У морській воді деревина зберігається гірше ніж у прісній.

Механічні властивості деревини. Міцність деревини характеризується здатністю чинити опір зовнішнім механічним впливам і залежить від породи, середньої густини, вологості, наявності вад тощо.

Міцність при стиску деревини визначають уздовж та впоперек волокон на зразках-призмах перерізом 20х20 мм і завдовжки 30 мм. Міцність деревини на стиск уздовж волокон у 4...6 разів більша за її міцність впоперек волокон.

Міцність при розтягу деревини вздовж волокон у 2...3 рази більша за міцність при стиску й у 20...30 разів вища за міцність при розтягу впоперек волокон. Для окремих порід границя міцності при розтягу досягає 100...200 МПа.