Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Харківська національна академія міського господарства
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2007
Тип роботи:
Конспект лекцій
Предмет:
Теплогазопостачання
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА
Конспект лекцій
до вивчення дисципліни «Будівельні матеріали» (для студентів рівня підготовки «Бакалавр» напрямів підготовки 6.060101 - «Будівництво» -«Теплогазопостачання та вентиляція» , «Водні ресурси» й «Очистка води та водовідведення»)
Харків – ХНАМГ -2007
Конспект до вивчення дисципліни «Будівельні матеріали» (для студентів рівня підготовки «Бакалавр» напрямів підготовки 6.0620101 - «Будівництво» -«Теплогазопостачання та вентиляція» , - «Водні ресурси» й «Очистка води та водовідведення»)Авт. Лапшин О.С.,Шаповал С.В.- Харків: ХНАМГ, 2007 –95 с.
Автори: к.т.н., доц. О.С. Лапшин, С.В. Шаповал
Рецензент: проф., д-р т. н. О.В.Кондращенко
Рекомендовано кафедрою технології будівельного виробництва та будівельних матеріалів, протокол № 6 від 18.01.07 р.
Зміст
Вступ………………………………………………………………………6
Лекція 1. Загальні технічні властивості будівельних матеріалів….......…………7
1.1. Фізичні властивості…………....……………………………………..7
1.2. Механічні властивості……..……………………………………….13
1.3. Хімічні властивості……………....…………………………………17
1.4. Технологічні властивості…………………………………………..17
Лекція 2. Природні кам’яні матеріали…………………...………………………..19
2.1. Характеристика породотвірних мінералів…………………………..20
2.1.1. Група кварцу…………...…………………………………………….20
2.1.2. Група алюмосилікатів……………………………………………….20
2.1.3. Група залізисто-магнезіальних силікатів……………...…………...21
2.1.4. Група карбонатів……………….…………………………………….21
2.1.5. Група сульфатів…………..…………………………………………..22
2.2. Будова та властивості гірських порід різного походження………….22
2.2.1. Вивержені породи…………………………………………………….22
2.2.2. Осадові породи………..………………………………………………23
2.2.3. Метаморфічні породи………………...………………………………24
2.3. Класифікація та характеристика матеріалів і виробів
із природного каменю………………………………………………………25
2.4. Використання відходів видобування і обробки гірських порід…... 28
Завдання для самостійної роботи…………………………………………28
Лекція 3. Керамічні матеріали й вироби…………....…………………………….29
3.1. Класифікація керамічних матеріалів…………………....……………..31
3.2. Сировина для виробництва кам’яних матеріалів………....…………..32
3.3. Матеріали для декорування (глазур, ангоби, керамічні фарби)……..33
3.4. Основи технології керамічних матеріалів і виробів……………….....34
3.5. Характеристика керамічних матеріалів різного призначення…….....35
3.5.1. Стінові вироби………………………………………………………...35
3.5.2. Вироби спеціального призначення………………………………......36
Лекція 4. Матеріали та вироби з мінеральних розплавів
і металічні матеріали…………………………………………………………….38
4.1.1. Сировина, технологія отримання та властивості скла……......…….38
4.1.2. Матеріали та вироби зі скла………….………………………………39
4.1.3. Склокристалічні матеріали…………………….……………………..43
4.1.4. Матеріали й вироби із кам’яного литва…………………………......45
4.2. Металеві матеріали…………...…………………………………………47
4.2.1. Загальна характеристика металів……………...……………………..47
4.2.2. Основні властивості металів………………………………………....47
4.2.3. Фізико-хімічні основи отримання чорних металів
та сплаві на їх основі……………………………………………………48
4.2.4. Класифікація і характеристика чавунів………………………….......49
4.2.5. Класифікація вуглецевих сталей…………………………………......50
4.2.6. Вироби зі сталей……………………………………………………....52
4.2.7. Кольорові метали та сплави й матеріали на їх основі………….......52
Лекція 5. Неорганічні в’яжучі речовини.................................................................54
5.1. Фізико-хімічні закономірності формування складу та
структури мінеральних в’яжучих речовин……………………………54
5.2. Класифікація неорганічних в’яжучих речовин……………..............…54
5.3. Повітряні в’яжучі речовини……….....…………………....……………55
5.3.1. Технічні характеристики гіпсових в’яжучих……………………......57
5.3.2. Повітряне будівельне вапно…….....…………………………………59
5.3.3. Магнезіальні в’яжучі речовини............................................................62
5.4. Гідравлічні в’яжучі речовини………………......………………………63
5.5. Технологія виробництва цементу………………………………….......65
5.6. Хіміко-мінералогічний склад портландцементного клінкеру…….....66
Завдання для самостійної роботи…………………………………………..66
Лекція 6. Матеріали та вироби на органічній основі………………………….....67
Бітумні й дьогтеві в’яжучі речовини…………………………………......67
6.1. Особливості утворення в’яжучих речовин
органічного походження та їхня класифікація…………………...………………67
6.2. Бітумні в’яжучі речовини…………………...………………………….68
6.3. Дьогтьові в’яжучі речовини…………………………………………....70
6.4. Асфальто- й дьогтебетони………………………………………….......71
6.5. Характеристика матеріалів на основі бітумних
та дьогтьових в’яжучих речовин……………………………………………….....71
Завдання для самостійної роботи…………………………………………..73
Лекція 7. Матеріали та вироби з деревини……………………………………......74
7.1. Загальні відомості…………………………………………………….....74
7.2. Будова деревини………………………………………………………...74
7.3. Мікроструктура й хімічний склад………………………………….......75
7.4. Деревні породи………………………………………………………….75
7.5. Основні властивості деревини………………………………………....77
7.6. Біокомпозити та композиційні матеріали
на основі відходів переробки деревини……………………………………….......80
7.7. Захист деревини від гниття та займання……………………………....81
Лекція 8. Лакофарбові матеріали……………………………………………….....82
8.1. Особливості композиційної побудови лакофарбових матеріалів…....82
8.2. Класифікація лакофарбових матеріалів…………………………….....83
8.3. Характеристика основних компонентів лакофарбових матеріалів.....86
Завдання для самостійної роботи…………………………………………..89
Лекція 9.Полімерні матеріали……………………………………………………..90
9.1. Класифікація полімерних речовин та матеріалів на їхній основі…....90
9.2. Основні властивості полімерних матеріалів (пластмас)………….......91
Завдання для самостійної роботи…………………………………………...93
Список літератури……………………………………………………………….....94
Вступ
Ця дисципліна вивчає будівельні матеріали і вироби, їх значення для розвитку будівництва та підвищення ефективності капіталовкладень. Приділяється увага питанням класифікації будівельних матеріалів, їх складу і структури, корозії матеріалів, економії паливно-енергетичних ресурсів, використанню вторинної сировини та охорони довкілля при виробництві будівельних матеріалів. Розглядаються принципові питання технології виробництва найважливіших будівельних матеріалів, способи підвищення їх довговічності.
Мета дисципліни: формування умінь і навичок, які дають змогу робити правильний вибір матеріалу з урахуванням експлуатаційних умов, передбачати економію витрат на матеріали, зниження маси будівель і споруд; опанування теоретичними основами проектування та здійснення ремонтно-будівельних робіт.
Вивчення дисципліни спирається на такі дисципліни: «Будівлі та споруди», «Будівельні машини і транспорт», безпосередньо на дисципліну «Будівельні конструкції».
Лекція 1
Загальні технічні властивості будівельних матеріалів
Для виконання функціонального призначення у спорудах матеріали повинні мати необхідні властивості. Під властивостями розуміють здатність матеріалів певним чином реагувати на вплив окремих або сукупних зовнішніх чи внутрішніх факторів (механічних, фізичних, хімічних, біологічних та ін.). Тому, обираючи певний матеріал з урахуванням умов експлуатації та призначення об’єкта, треба правильно визначити його властивості й всебічно оцінити їх.
Для оцінки властивостей будівельних матеріалів їх піддають різним випробуванням у лабораторіях, використовуючи для цього спеціальні прилади, механізми й вимірювальну апаратуру. Порівнюючи одержані показники з відповідними величинами, встановленими нормативними документами (стандартами, технічними умовами, будівельними нормами), роблять висновок про технічну можливість, а враховуючи економічні показники, і економічну доцільність використання даного будівельного матеріалу в конкретних умовах.
Вибір матеріалів відповідної якості й вартості для будівництва кожного об’єкта є одним з основних елементів будівельного проектування.
Усі властивості будівельних матеріалів за сукупністю ознак поділяють на фізичні, механічні, хімічні й технологічні.
1.1. Фізичні властивості
Фізичні властивості характеризують особливості фізичного стану матеріалу, а також його здатність реагувати на зовнішні фактори, що не впливають на хімічний склад матеріалу.
До фізичних властивостей матеріалів належать: істинна та середня густина, пористість, вологість, водопоглинення, водопроникність, морозостійкість та ін.
Істинна густина ρ – це маса одиниці об’єму матеріалу в «абсолютно» щільному стані (без пор, пустот), найчастіше її визначають у г/см3 або кг/м3.
Майже всі будівельні матеріали мають пористу основу, за винятком скла, кварцу, ситалу, сталі та деяких інших. Щоб визначити «абсолютний» об’єм випробовуваного матеріалу, його висушують до сталої маси mс й тонко подрібнюють, щоб кожна частинка не мала пор. Одержаний порошок засипають у спеціальний прилад (об'ємомір), заповнений інертною рідиною по відношенню до речовини, що випробовується (водою, гасом тощо), і за об’ємом витісненої ним рідини встановлюють «абсолютний» об’єм матеріалу Vа . Істинну густину визначають за формулою
ρ = mс / Vа .
Показник ρ – довідкова величина, яка застосовується для виконання деяких розрахунків, наприклад, визначення показника пористості. Істинна густина одного й того самого матеріалу в звичайних умовах залишається сталою.
Середня густина ρо - це маса одиниці об’єму матеріалу в природному стані (разом з порами, пустотами), найчастіше її визначають у г/см3 або кг/м3.
Для визначення середньої густини масу випробовуваного матеріалу знаходять зважуванням, а об’єм для зразків правильної геометричної форми – звичайним вимірюванням, неправильної форми – в об'ємомірі за об’ємом витісненої інертної рідини. Середню густину сипких матеріалів (цементу, вапна, піску, щебеню, гравію тощо) називають насипною густиною.
Насипна густина ρн – це відношення маси сипкого матеріалу до його об’єму, включаючи простір між пластинками.
Середня густина залежить від хімічного й мінералогічного складів матеріалу, але більшою мірою – від розміру й кількості пор і пустот. З підвищенням вологості показник ρн збільшується. Середня густина має велике практичне значення для виконання різних розрахунків (обсягів транспортування, складування матеріалів, міцності конструкцій). Вона тісно пов’язана з іншими властивостями будівельних матеріалів, що дає змогу визначати доцільні галузі їхнього використання у будівництві.
У ряді випадків використовують поняття відносної густини d, тобто відношення середньої густини матеріалу до густини стандартної речовини (наприклад, води, для якої ρв = 1000 кг/м3. Відносну величину використовують для визначення орієнтовної теплопровідності, коефіцієнта конструктивної якості.
Пористість П – це ступінь заповнення об’єму матеріалу порами. ЇЇ виражають у відсотках або в частках одиниці (коли загальний об’єм матеріалу приймають за одиницю).
Пористість визначають за формулою
П = (ρ - ρо )/ ρ.
З пористістю пов’язані такі технічні властивості матеріалу, як міцність, водопоглинання, морозостійкість, теплопровідність тощо. Крім кількості пор у матеріалі, на його властивості істотно впливає характер пористості. Пори можуть бути закритими, тобто недоступними для заповнення водою, і відкритими.
Будівельні матеріали навіть із значною пористістю, але з невеликими або переважно закритими порами мають невелике водопоглинання і значну морозостійкість, тоді як матеріали з таким самим числовим показником пористості, але з відкритими порами не можуть застосовуватися у місцях з високою вологістю.
Пустотність характеризується наявністю порожнин (пустот) у будівельних виробах або між зернами в сипких матеріалах і визначається у відсотках від загального об’єму виробу або матеріалу. Пустотність можна обчислити за тими самими формулами, що й пористість.
Водопоглинання – властивість матеріалу вбирати й утримувати в собі воду. Щоб визначити водопоглинання, зразок матеріалу занурюють у воду й витримують до досягнення ним сталої маси. Повне водонасичення матеріалу досягається його кип’ятінням з наступним охолодженням у воді або під вакуумом.
Водопоглинання за масою визначають як відношення кількості поглинутої води до маси сухого матеріалу. Водопоглинання за об’ємом характеризується ступенем наповненості пор матеріалу водою при насиченні, виражається відношенням об’єму поглинутої води до об’єму матеріалу в природному стані.
Насичення матеріалів водою істотно позначається на інших властивостях: підвищується середня густина, теплопровідність, знижується міцність, морозостійкість.
Вологість –вміст вільної води в порах і на поверхні матеріалу. Вологість визначають у відсотках за масою або об’ємом. Вона може бути абсолютною або відносною.
Абсолютну вологість визначають як відношення маси вологи, яка знаходилась у матеріалі, до маси сухого матеріалу, а відносну – як відношення маси вологи до маси матеріалу у вологому стані.
Вологість матеріалу в будівельних конструкціях залежить від вологості навколишнього середовища, атмосферних явищ (дощ, танення снігу). Із зволоженням погіршуються теплозахисні властивості, морозостійкість та інші показники.
Гігроскопічність – це властивість матеріалу поглинати і конденсувати водяну пару з повітря. Вбирання вологи з повітря обумовлюється адсорбцією водяної пари на внутрішній поверхні пор і капілярною конденсацією. Коли цей процес супроводжується хімічною взаємодією з матеріалом, його називають хемосорбцією. Наприклад, портландцемент при тривалому зберіганні, внаслідок хемосорбції поступово грудкується і втрачає свою активність.
Морозостійкість – це здатність матеріалу витримувати у водонасиченому стані навперемінне заморожування і відтавання без суттєвих втрат міцності й маси.
Під дією від’ємних температур вода у крупних порах замерзає, перетворюючись на лід зі збільшенням об’єму приблизно на 9 %, що призводить до виникнення тиску на стінки пор, який становить близько 210 МПа при температурі – 20 оС. При цьому в матеріалі з’являються внутрішні напруження, які можуть спричинити його руйнування.
Щоб визначити морозостійкість, зразки матеріалу насичують водою, а далі піддають навперемінному заморожуванню при температурі – (18+- 2) оС і відтаванню у воді з температурою (18+- 2) оС до певного числа циклів, встановленого нормативними документами, або до початку руйнування зразка.
Марка за морозостійкістю F – це число циклів навперемінного заморожування та відтавання цілих виробів або зразків з матеріалів у насиченому водою стані при збереженні ними початкових фізичних та фізико-механічних властивостей у нормованих межах. Цикл випробування, умови якого регламентуються відповідними стандартами, складається з одного заморожування та відтавання зразків протягом визначеного часу.
Залежно від призначення до матеріалів висуваються різні вимоги щодо морозостійкості. Так, рядова цегла повинна мати марку не менше F 15.
Теплопровідність – це здатність матеріалу передавати теплоту від однієї поверхні до іншої за наявності різниці температур на цих поверхнях. Така здатність характеризується коефіцієнтом теплопровідності.
Коефіцієнт теплопровідності λ –кількість тепла, що проходить крізь зразок матеріалу завтовшки 1 м, площею 1 м2 за 1 секунду при різниці температур на протилежних сторонах зразка в 1 градус.
Вогнева усадка – здатність матеріалів змінювати свої розміри та об’єм внаслідок спікання чи оплавлення частинок під дією високих температур.
Вогнестійкість – це здатність матеріалу витримувати дію високих температур або вогню й води (під час пожеж), не руйнуючись. За ступенем вогнестійкості будівельні матеріали поділяють на три групи: негорючі, важкогорючі й горючі.
Негорючі – це матеріали, які під дією вогню чи високих температур не горять, не тліють і не обвуглюються. Негорючі матеріали поділяють на вогнестійкі, що практично не деформуються (цегла, черепиця, жаростійкий бетон, сієніт), вогнетривкі й термічно стійкі.
Важкогорючі - це матеріали, які під дією вогню чи високих температур злегка займаються, тліють або обвуглюються, а коли віддаляється джерело вогню, ці процеси припиняються. До таких матеріалів належать здебільшого мінералоорганічні матеріали (асфальтобетон, гідроізол).
Горючі - це матеріали, які під дією вогню чи високих температур займаються або тліють, ці явища тривають і тоді, коли усунуто джерело вогню. До цієї групи належать деревина, бітуми, полімерні матеріали.
Вогнетривкість – це властивість матеріалу протистояти, не розплавляючись, впливу високих температур. Вона характеризується температурою, під впливом якої зразок випробуваного матеріалу у вигляді зрізаної тригранної піраміди (піроскопа) розм’якшується і деформується так, що його вершина дотикається підставки.
Жаростійкість – це здатність матеріалу за умов тривалої дії температур в заданому інтервалі зберігати або незначно змінювати свої фізичні або механічні властивості.
Радіоактивність будівельних матеріалів обумовлена природними довго існуючими радіонуклідами, переважно радієм-226, торієм-232 та калієм-40.
Радіаційна стійкість – властивість матеріалу протистояти дії радіоактивного випромінювання, яке змінює його структуру і властивості. Споруди атомної енергетики, деякі науково-дослідні, лікувально-профілактичні установи необхідно захищати від радіоактивного випромінювання, в першу чергу від потоку нейтронів та γ-променів, небезпечних для живих істот. Для захисту від нейтронного випромінювання застосовують матеріали, що містять велику кількість хімічно зв’язаної води (бетони), а від γ-випромінювання – матеріали з великою середньою густиною (особливо важкі бетони, свинець, барит).
1.2. Механічні властивості
Механічні властивості вказують на здатність матеріалу чинити опір руйнуванню або деформаціям (зміна форми і розмірів) під дією зовнішніх навантажень.
Такими властивостями є твердість, міцність, пружність, розтяжність, пластичність, крихкість. Будівельні матеріали в спорудах зазнають дії різних зовнішніх сил та інших факторів, які можуть призвести до появи тріщин, зміни початкової форми без зміни структури, зниження міцності та інших явищ, пов’язаних із фізико-механічними властивостями.
Міцність – це здатність матеріалу чинити опір руйнуванню від внутрішніх напружень, що виникають під дією різних зовнішніх навантажень. У процесі експлуатації будівель і споруд будівельні матеріали найчастіше зазнають напружень стиску, згину, розтягу, зрізу та удару.
Будівельні матеріалу неоднаково сприймають різні навантаження. Це залежить від хімічного та мінералогічного складів матеріалу, структури й будови. Так, природні кам’яні матеріали, цегла і бетон добре працюють на стиск, але погано на розтяг і згин. На розтяг вони витримують навантаження в 10…15 разів менші, ніж на стиск.
Міцність будівельних матеріалів характеризується межею міцності при стиску, згині тощо. Вона чисельно дорівнює напруженню в матеріалі, яке відповідає навантаженню, що призвело до руйнування зразка і вимірюється в МПа.
Зразки будівельних матеріалів випробовують на спеціальних пресах до руйнування, а межу міцності при стиску, МПа, обчислюють за формулою
Rст = P / F,
де P – руйнівне навантаження (сила), МН; F – площа поперечного перерізу зразка до випробування, м2 .
Крім традиційних руйнівних методів, для визначення міцності будівельних матеріалів можна застосовувати також неруйнівні методи, наприклад, ультразвуковий.
Водостійкість – це здатність матеріалу зберігати фізико-механічні властивості у насиченому водою стані, характеризується коефіцієнтом розм’якшення Кр. Цей показник визначається відношенням міцності насиченого водою матеріалу до його міцності в сухому стані.
Межу міцності при згині визначають на зразках – балочках квадратного чи прямокутного перерізу, розміри яких встановлені відповідними стандартами, а також на натурних зразках (цегла, черепиця, азбестоцементні листи).
Випробування на згин виконують за схемою балки, встановленої на двох опорах при зосередженому навантаженні, прикладеному симетрично відносно осі балки, до її руйнування. Межа міцності на згині, МПа, якщо навантаження зосереджене й прикладене в центрі,
R = 3P / 2bh2.
Якщо два навантаження прикладені симетрично відносно осі балки, то
R = 3P (l – а) / 2bh2,
де P – руйнівне навантаження (сила), l – відстань між опорами, м; b, h – ширина й висота поперечного перерізу зразка, м; а – відстань між точками прикладання двох навантажень, м.
Під час експлуатації в спорудах допускаються напруження, значно нижчі за межу міцності Z.
Для порівняльної оцінки ефективності різних матеріалів використовують коефіцієнт конструктивної якості, МПА, який характеризується відношенням межі міцності при стиску або розтягу до відносної густини.
Твердість – це здатність матеріалу чинити опір місцевим деформаціям, які виникають тоді, коли в нього проникають інші, твердіші тіла.
Твердість металів, бетону, деревини та деяких інших матеріалів визначають, вдавлюючи у зразки з певним зусиллям кульку або наконечник (конус, піраміду). Ступінь твердості встановлюють за розміром відбитка. Число твердості за Брінеллем (НВ) визначають відношенням прикладеного навантаження Р до площі поверхні відбитка F і обчислюють за формулою, МПа,
HB = P / F.
Ступінь твердості мінералів гірських порід визначають за шкалою порівняльної твердості Мопса, яка складається з десяти мінералів – еталонів: тальк – 1; гіпс – 2; кальцит – 3; плавиковий шпат – 4; апатит – 5; ортоклаз – 6; кварц – 7; топаз – 8; корунд – 9; алмаз – 10.
Стиранність – це властивість матеріалу чинити опір впливу стиральних зусиль. Стиранність залежить від твердості матеріалу і характеризується зменшенням маси на одиницю площі поверхні зразка, що стирається, і визначається за формулою, кг/м2
И = (m1 – m2) / F,
де m1 і m2 – маси зразка відповідно до й після стирання, кг; F – площа стиранок поверхні, м2.
Показник стиранності має вирішальне значення під час вибору матеріалу для підлог, дорожніх покриттів тощо.
Ударна міцність – це здатність матеріалу протидіяти руйнуванню при короткочасному навантаженні ударного характеру. Природні й штучні кам’яні матеріали, які застосовуються для влаштування доріг, підлог, фундаментів під молоти, зазнають у процесі експлуатації ударних впливів.
Ударна міцність Rуд Дж/м3, характеризується роботою, затраченою на руйнування зразка матеріалу й віднесеною до одиниці об’єму матеріалу, і обчислюється за формулою
Rуд = nqh / V,
де n – кількість ударів; q – вага гирі, Н; h – висота її падіння, м; V – об’єм зразка, м3.
Опір зношуванню визначають переважно для дорожніх матеріалів, а також для матеріалів підлог, які в процесі експлуатації зазнають одночасної дії стирання і ударів. Зношування визначають у спеціальних барабанах із кулями за втратою маси завантаженого в прилад матеріалу (% до початкової маси).
Деформативні властивості. Під дією зовнішніх сил у будівельних конструкціях виникають деформації різного походження. Деформативні властивості матеріалів визначаються пружністю, пластичністю, крихкістю.
Пружність – це здатність твердого тіла деформуватися під дією зовнішніх сил і самочинно відновлювати початкову форму та об’єм після припинення дії навантаження. Пружну деформацію, яка повністю зникає із зняттям зовнішніх сил, називають оборотною. Якщо форма тіла відновлюється частково, то мають місце залишкові деформації. Для деяких високоеластичних матеріалів, наприклад, каучуку, пружна деформація може перевищувати 100 % внаслідок розриву зв’язків випрямлених молекул, тобто об’єм матеріалу після зняття навантаження може бути більший за початковий.
Межа пружності – це найбільше напруження, при якому залишкові деформації мають найменше (допустиме за нормами) значення, тобто матеріал практично зазнає оборотних пружних деформацій.
Модуль пружності Е, МПа, характеризує жорсткість матеріалу, тобто його здатність деформуватися під дією зовнішніх сил.
Пластичність – це властивість матеріалу змінювати без руйнування форму й розміри під впливом навантаження або внутрішніх напружень, стійко зберігаючи утворену форму і розміри після припинення цього впливу. Такі пластичні (залишкові) деформації називають необоротними.
Крихкість – це властивість твердих матеріалів руйнуватися під впливом механічних напружень, які в них виникають, без помітної пластичної деформації. Ця властивість протилежна пластичності.
Повзучість – це властивість матеріалів повільно й безперервно деформуватися під впливом постійного навантаження. Для деяких матеріалів (бетону, гіпсових, азбестоцементних виробів) ця здатність спостерігається при звичайних температурах, для металів – при підвищених.
1.3. Хімічні властивості
Хімічні властивості характеризують здатність матеріалу до хімічних перетворень при взаємодії з речовинами, що контактують з ним. До них належать: розчинність, кислотостійкість, лугостійкість, токсичність та інші.
Кислотостійкість – це здатність матеріалу (виробу) чинити опір дії розчинних кислот або їхніх сумішей у межах, встановлених нормативними документами. Наприклад, кислотостійкість каналізаційних керамічних труб становить не менше 92 % (тобто втрати за масою – до 8 %).
Лугостійкість – це здатність матеріалу (виробу) чинити опір дії лугів у межах, встановлених нормативними документами.
Токсичність – це здатність матеріалу в процесі виготовлення й особливо експлуатації за певних умов виділяти шкідливі для здоров’я людини (отруйні) речовини.
Розчинність – це здатність матеріалу розчинюватись у воді, олії, бензині, скипидарі та інших речовинах-розчинниках.
Корозійна стійкість – це здатність матеріалу не руйнуватися під впливом речовин, з якими він стикається у процесі експлуатації.
Корозійному руйнуванню піддаються не тільки метали, але й кам’яні матеріали, бетони, пластмаси, деревина. Корозія обумовлена хімічними та електрохімічними процесами, які відбуваються у твердих тілах при взаємодії із зовнішнім середовищем.
1.4. Технологічні властивості
Група технологічних властивостей характеризує здатність матеріалу до сприйняття певних технологічних операцій, виконуваних з метою зміни його форми, розмірів, характеру поверхні, щільності тощо. До них відносять, наприклад, формувальність, подрібнюваність, розпилюваність, пробійність, полірувальність.
Формувальність характеризує здатність матеріалу набирати певної форми внаслідок різних механічних впливів (вібрування, пресування, видавлювання, прокатування). Вона залежить від в'язкопластичних властивостей вихідних мас (глиняне тісто, розчинова і бетонна суміш, полімерні маси).
Подрібнюваність – це здатність матеріалу до диспергації внаслідок механічної дії переважно ударних навантажень з утворенням зернистого матеріалу у вигляді щебеню та піску.
Розпилюваність –це здатність матеріалу сприймати пиляння без істотного порушення структури. Прикладами матеріалів, що піддаються розпилюванню, є деревина, м’які гірські породи.
Пробійність виражає здатність матеріалу утримувати цвяхи й шурупи за певних умов висмикування. Висока пробійність притаманна деревині й ніздрюватому бетону.
Полірувальність - це здатність матеріалу сприймати обробку тонкими абразивними матеріалами. При цьому створюється гладенька блискуча поверхня. Найчастіше поліруванню піддають природні кам’яні матеріали (мармур, граніт, кварцит).
Лекція 2
ПРИРОДНІ КАМ'ЯНІ МАТЕРІАЛИ
Природними кам’яними матеріалами називають матеріали і вироби, які одержують механічною обробкою (подрібненням, розколюванням, розпилюванням тощо) гірських порід, не змінюючи їхньої природної структури й властивостей.
Гірські породи – це природні мінеральні утворення, які сформувались внаслідок геологічних процесів у земній корі, відрізняються ступенем щільності, складаються з одного або кількох мінералів, характеризуються відносно сталим мінералогічним складом, певними будовою і властивостями і мають великі площі залягання.
Природні мінерали – це новоутворення, що відрізняються постійними хімічним складом, структурою, властивостями і беруть участь у формуванні гірських порід.
У сучасному будівництві визначилися такі основні напрями використання згаданих матеріалів:
штучне каміння та вироби для зведення стін будівель, улаштування підлог, сходів тощо;
облицювальні вироби – плити, каміння, профільовані вироби;
каміння та вироби для дорожнього будівництва – брущатка, шашка для брукування, плити, бордюрний камінь;
каміння та вироби різних типів для гідротехнічних та інших споруд;
нерудні матеріали – бутовий камінь, заповнювачі для бетону (щебінь, гравій, пісок).
Гірські породи широко застосовують як сировину для одержання мінеральних в’яжучих речовин, кераміки та інших матеріалів.
2.1. Характеристика породотвірних мінералів
2.1.1. Група кварцу
До цієї групи належить ряд мінералів, що є модифікаціями діоксиду кремнію: кварц, халцедон, опал.
Кварц (SiO2) – це кристалічна форма діоксиду силіцію. Міцний, твердий і стійкий мінерал земної кори. Міцність на стиск до 2000 МПа, твердість за Моосом – 7, добре чинить опір стиранню та хімічним впливам (при звичайній температурі взаємодіє тільки з плавиковою кислотою), істинна густина – 2,65 г/см3. Спайність (здатність розколюватися при ударі по певних поверхнях) відсутня; злом нерівний; блиск скляний. Форма кристалів – шестигранні призми з шестигранними пірамідами на основах. Кварц буває безбарвним, білим, сірим, димчастим, рожевим, залежно від домішок. Кварц входить до складу гранітів, пісковиків, кварцитів, діоритів.
Опал (SiO2.nH2O) – це гідратований аморфний кремнезем. Істинна густина 1,9…2,5 г/см3, твердість 5…6, крихкий. Колір білий, залежно від домішок – блакитний, бурий, зелений, чорний; блиск скляний. Менш міцний і стійкий, ніж кварц. Має підвищену внутрішню мікропористість і високодисперсну структуру, високу реакційну здатність до гідроксиду кальцію. Цю властивість аморфного кремнезему широко використовують при виготовленні мінеральних змішаних в’яжучих речовин. Зустрічається в гірських породах: діатомітах, опоках, трепелах, мергелях.
2.1.2. Група алюмосилікатів
Корунд – це найтвердіший із мінералів (твердість за шкалою Мооса 9). Істина густина 4 г/см3,колір різний, звичайно блакитнуватий. Сизо-сірий. Зустрічається у вигляді короткостовпчастих кристалів або зернистих агрегатів. Глинозем використовують при виробництві високовогнетривких матеріалів.
Діаспор – це моногідрат глинозему (Al2O3.H2O), входить до складу бокситів, які використовуються при виробництві глиноземистого цементу.
Найчастіше глинозем зустрічається у природі у вигляді сполук з кремнеземом – алюмосилікатів, до яких відносять польові шпати, слюди, глинисті мінерали.
Польові шпати – це алюмосилікати калію, натрію, кальцію або їхні суміші. Це найпоширеніші мінерали, що становлять до 60% земної кори. Істинна густина 2,55…2,70 г/см3, твердість 5…6, міцність при стиску – 120…170 МПа, температура плавлення – 1170…1550 оС. Колір білий, сірий, жовтий, від рожевого до темно-червоного.
2.1.3. Група залізисто-магнезіальних силікатів
Авгіт – це складний залізисто-магнезіальний силікат темно-зеленого, чорно-бурого або чорного кольору зі скляним блиском.
Олівін –це мінерал оливково-зеленого, жовтувато-зеленого, чорного кольору, має скляний блиск.
Рогова обманка – це складний алюмомісткий залізисто-магнезіальний силікат темно-бурого, зеленого, чорного кольору зі скляним блиском і досконалою спайністю.
Ці мінерали відрізняються високою істинною густиною – 3.,2…3,6 г/см3, твердістю - 5…6, значною уданою в’язкістю.
2.1.4. Група карбонатів
Кальцит CaCO3 зустрічається у вигляді кристалів різної форми; безбарвний або молочно-білого кольору з різними відтінками. Має скляний блиск; істинна густина становить 2,7 г/см3, твердість 3. Легко розкладається кислотами.
Магнезит MgCO3 – це кристалічний мінерал, за структурою і формою кристалів схожий на кальцит, але більш важкий і твердий і менш хімічно активний. Має істинну густину 2,9…3,1 г/ см3, твердість 4…4,5; колір білий; блиск - скляний.
Доломіт CaCO3. MgCO3 за властивостями займає проміжне положення між кальцитом і магнезитом.
2.1.5. Група сульфатів
Гіпс CaSO4.2Н2О – це кристалічний мінерал пластинчастої, волокнистої або зернистої будови з істинною густиною2,3 г/см3, твердістю 2, в чистому вигляді – прозорий, завдяки домішкам має світло-сірий, жовтуватий, рожевий та інші кольори.
Ангідрит CaSO4 – це безводний різновид гіпсу. Він важчий і твердіший за гіпс; істинна густина становить 2,8…3,0 г/см3, твердість 3,0…3,5, колір – світло-сірий, сіро-блакитний, спайність – досконала; блиск – скляний.
2.2. Будова й властивості гірських порід різного походження
2.2.1. Вивержені породи
Вивержені масивні глибинні породи утворилися внаслідок повільного і рівномірного охолодження магми під великим тиском. Магма охолоджувалася і залишалася на великій глибині у земній корі, що сприяло утворенню в породах мінералів зернисто-кристалічної будови без цементуючою речовини (гранітна будова).
Основні властивості цих порід: масивність залягання, високі середня густина і міцність при стиску, незначне водопоглинання, істотна морозостійкість, велика теплопровідність.
До вивержених глибинних порід належать граніт, сієніт, діорит, габро, лабрадорит.
Вивержені масивні вилиті породи утворилися внаслідок охолодження магми у вигляді лави на поверхні землі або близько до неї. Охолоджування відбулося більш швидко і менш рівномірно при відносно швидкому спаданні тиску або навіть при атмосферному тиску. Такі умови не сприяли утворенню крупних кристалів, замість них утворювалися нові структури: приховано-кристалічна, дрібнокристалічна або навіть аморфна (склоподібна).
Усі вилиті породи мають спільний хімічний склад з аналогічними глибинними, але відрізняються за структурою. До таких порід відносять: кварцові й ортоклазові порфіри, порфірити, ліпарити, андезити, діабази.
Вивержені уламкові (вулканічні) породи можуть бути сипкими і зцементованими. Сипкі порошкоподібні частинки (до 1 мм) називають вулканічним попелом, а крупніші – пемзою.
Вулканічний попіл й піски переважно складаються з вулканічного скла й аморфного кремнезему, насипна густина 500 кг/м3. Вони є активними мінеральними добавками (пуцолановими). Пісок є заповнювачем для легких бетонів і розчинів.
Пемза – це спучене кисле вулканічне скло, середня густина якого становить 300…600 кг/м3.
2.2.2. Осадові породи
Механічні відклади (уламкові породи) утворилися внаслідок руйнування гірських порід різного походження. Сипкі механічні відклади розрізняють за крупністю зерен. Найкрупнішими є валуни (понад 300 мм) та булижники (150…300 мм). Гравій – це обкочені зерна розмірами від 5 до 150 мм. Піски є сипкою сумішшю кварцових та інших зерен розмірами від 0,16 до 5,0 мм. Дрібніші зерна називають пилуватими частинками: це нанесені вітром відклади – лес, а також найтонкіші відклади, нанесені водою – мул. Найбільш дисперсними є глини, розмір зерен яких не перевищує 0,005 мм.
За хімічним составом глини – це водні алюмосилікати з різними домішками. Найпоширеніші мінерали глин – каолініт, монтморилоніт, галуазит.
Зцементовані зерна піску називають пісковиком, а зцементовані обкачані зерна гравію – конгломератом , а гострокутні - брекчією.
Хімічні осади (хемогенні породи) утворилися внаслідок випадання в осад речовин, що перейшли у водний розчин під час руйнування гірських порід. Вони є наслідком зміни умов середовища, взаємодії розчинів різного складу і випарування. До них відносять вапняки, вапнякові туфи, магнезити, доломіти, гіпси, ангідрити, барити.
Органогенні відклади утворилися внаслідок відкладання морських організмів.
Діатоміт складається з аморфного опалоподібного кремнезему SiO2.nH2O. Колір білий, сірий, жовтуватий.
Трепел за зовнішнім виглядом, складом і властивостями дуже подібний до діатоміту, але містить аморфний кремнезем переважно у вигляді дрібних кульок опалу
Опока – порода, утворена внаслідок ущільнення й цементування трепелів та діатомітів. Цементуючою речовиною є аморфний кремнезем, іноді карбонат кальцію (вапняна опока). Має середню густину 600…1800 кг/м3; міцність при стиску 5…15 МПа; легко піддається обробці. Застосовують як стіновий матеріал, заповнювач для легкого бетону.
Крейда - біла, м’яка вапнякова порода, затверділий морський осад. На 90..98% складається з СаСО3, містить домішки глинистих частинок. ЇЇ застосовують для виробництва вапна, цементу й скла, приготування фарб, замазок, шпаклівок тощо.
Вапняк-черепашник – це пориста порода, що складається з черепашок і панцирів молюсків, слабко зцементованих вапняковою речовиною, містить домішки глини, кремнезему. Має середню густину 800…1800 кг/м3; міцність при стиску 0,4…15 МПа; легко піддається розпилюванню.
2.2.3. Метаморфічні породи
Гнейси є найпоширенішим серед видозмінених вивержених порід. За мінеральним складом, середньою густиною і міцністю вони подібні до гранітів, з яких утворилися в умовах метаморфізму, але мають сланцювату будову. Така структура полегшує видобування й обробку породи, але зменшує міцність, морозостійкість і стійкість проти вивітрювання. Застосовують гнейси для укладання фундаментів, бутової кладки, брукування доріг.
Мармури утворилися внаслідок перекристалізації вапняків або доломітів під впливом високих температур і тисків.
2.3. Класифікація і характеристика матеріалів і виробів із природного каменю
Галузі застосування природного каменю дуже різноманітні. Камінь підлягає механічній обробці й використовується у безпосередньому вигляді. Гірські породи є також цінною сировиною для одержання інших будівельних матеріалів.
Природні кам’яні матеріали й вироби класифікують за такими ознаками:
за середньою густиною:
важкі (ρо > 1800 кг/м3) й легкі (ρо ≤ 1800 кг/м3);
за міцністю при стиску (кгс/см2): марки: М4, М7, М10, М15, М25, М35, М50, М75, М100, М125, М200, М300, М400, М500, М600, М800, М1000 (відповідно у МПа від 0,4 до 100);
за морозостійкістю: марки: F10, F15, F25, F50, F100, F200, F300, F500;
за коефіцієнтом розм’якшення: 0,6; 0,75; 0,8; 0,9; 1,0.
Коефіцієнт розм’якшення каменю для зовнішніх стін споруд повинен бути не меншим ніж 0,6, а для фундаментів, дорожніх та гідротехнічних споруд – не менше 0,8.
Залежно від ступеня обробки розрізняють грубооброблені кам’яні матеріали та штучні вироби і профільовані деталі.
До грубооброблених кам’яних матеріалів відносять: бутовий камінь, щебінь, гравій, пісок.
Бутовий камінь – це куски каменю неправильної форми розміром 150…500 мм, масою 20…40 кг. Бутовий камінь може бути рваним (неправильної форми) та постілистим. З буту зводять греблі та інші гідротехнічні споруди, підпірні стінки, фундаменти, його переробляють на щебінь.
Щебінь - це куски каменю неправильної форми розміром 5…150 мм, які одержують подрібненням великих кусків гірських порід з наступним просіюванням (зустрічається і природний щебінь – «дресва»).
Гравій – це обкочені (округлі) зерна розмірами 5…150 мм, які одержують просіюванням сипких порід; у разі потреби їх промивають, щоб видалити шкідливі домішки (глину, пил).
Пісок – це мінеральні зерна розміром від 0,16 до 5 мм, які одержують просіюванням сипких порід; або подрібненням і просіюванням відходів камнеобробки (штучний пісок). Щебінь, гравій, пісок використовують як заповнювачі для бетонів і розчинів.
До виробів з природного каменю відносять колоті й пиляні вироби для мурування і облицювання стін, влаштування підлог, дорожніх покриттів, гідротехнічних споруд тощо.
Каміння та блоки для укладання стін. Багато пористих гірських порід легко розпилюються на камені та блоки правильної геометричної форми (прямокутні паралелепіпеди). Основні розміри каменів для зведення стін: 390 × 1000 × 1500мм; 490 × 240 × 188мм; 390 × 190 × 288мм. Маса каменя не повинна перевищувати 16 кг, маса дрібного блока – 40 кг.
Каміння та блоки застосовують для зовнішніх стін, перегородок та інших частин будівель та споруд.
Облицювальні матеріали й вироби. Облицювальне каміння й плити, а також архітектурно-будівельні вироби виготовляють, розпилюючи блоки (напівфабрикати) або вдаючись до безпосереднього випилювання з масиву гірської породи. Можна виготовляти також колоті вироби (з некондиційних блоків).
Для зовнішнього облицювання використовують щільні атмосферостійкі породи (граніти, сієніти, габро тощо) або щільні вапняки, для внутрішнього облицювання – породи середньої твердості: мармури, пористі вапняки (травертин, черепашн...
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора