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:
Навчальний посібник
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Харківська національна академія міського господарства
М.П. Бурак, Т.Д. Рищенко
БУДІВЕЛЬНЕ
МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО
Навчальний посібник
Харків – ХНАМГ – 2007
УДК 691
Будівельне матеріалознавство: Навч. посібник (для студентів рівня підготовки “Бакалавр” напряму підготовки 0921 “Будівництво”).
/ М.П.Бурак, Т.Д.Рищенко . − Харків: ХНАМГ, 2007. − 126 с.
Друкується як навчальний посібник за рішенням Вченої ради ХНАМГ, рішення № 9 від 25.05.2007 р.
У навчальному посібнику наведено основні дані про традиційні й сучасні будівельні матеріали, про їх властивості та основи виробництва. Структура посібника відповідає програмі дисципліни «Будівельне матеріалознавство», яка є частиною навчального плану підготовки бакалаврів, спеціалістів та магістрів будівництва. Наведено короткий словник термінів, який дає можливість оперативно пов’язати вивчений матеріал із знаннями , які отримані раніше, при ознайомленні фундаментальними дисциплінами.
Призначений як посібник для студентів будівельних спеціальностей.
Рис. − 16. Табл. – 14. Бібліогр. – 5 назв.
Рецензенти: д.т.н. проф. Кондращенко О.В., ХНАМГ,
к.т.н. доц. Бондар В.А., ХДТУБіА
© М.П. Бурак, Т.Д. Рищенко, ХНАМГ, 2007 р.
ЗМІСТ
ПЕРЕДМОВА ................................................................................................8
Розділ 1. ЗНАЧЕННЯ КУРСУ «БУДІВЕЛЬНЕ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО».
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ. БУДОВА, СКЛАД ВЛАСТИВОСТІ МАТЕРІАЛІВ...........................................................................................10
Значення курсу « Будівельне матеріалознавство».................... 10
Загальні відомості........................................................................ 11
1.2.1. Стандартизація будівельних матеріалів...................................... 11
1.2.2. Класифікація будівельних матеріалів........................................ 12
1.3. Будова та склад матеріалів............................................................. 13
1.3.1. Будова матеріалів......................................................................... 13
1.3.2. Склад матеріалів.......................................................................... 13
1.4. Властивості будівельних матеріалів.............................................. 14
1.4.1. Фізичні властивості матеріалів.....................................…......... 14
1.4.2. Механічні властивості матеріалів.............................................. 17
1.4.3. Хімічні й технологічні властивості матеріалів......................... 20
Контрольні запитання.......................................................................... 20
Розділ 2. ПРИРОДНІ БУДІВЕЛЬНІ.МАТЕРІАЛИ............................. 21
2.1. Гірські породи й мінерали............................................................. 21
2.1.1. Магматичні гірські породи........................................................ 22
2.1.2. Осадові гірські породи................................................................ 24
2.1.3. Метаморфічні гірські породи.................................................... 25
2.1.4. Природні кам’яні матеріали....................................................... 26
2.1.5. Техногенні відходи……………………………………………... 27
2.2. Лісові матеріали………………………………………………….. 27
2.2.1. Загальні відомості……………………………………………… 27
2.2.2. Будова і склад деревини………………………………………... 28
2.2.3. Загальні властивості деревини………………………………… 27
2.2.4. Деревні породи………………………………………………….. 29
2.2.5. Вади деревини…………………………………………………... 30
2.2.6. Захист деревини від гниття, ураження комахами і загоряння... 31
2.2.7. Матеріали й вироби з деревини………………………………... 32
Контрольні запитання…………………………………………………. 34
Розділ 3. КЕРАМІЧНІ МАТЕРІАЛИ Й ВИРОБИ.........................…... 35
3.1. Загальні відомості…………………………………………………. 35
3.2. Сировина для виробництва керамічних матеріалів…………… 36
3.3. Загальна схема технології виробництва керамічних матеріалів.. 37
3.4. Керамічні матеріали й вироби…………………………………... 38
3.4.1. Стінові керамічні матеріали…………………………………... 38
3.4.2. Вироби для облицювання фасадів……………………………. 40
3.4.3. Плитки для внутрішнього облицювання……………………... 40
3.4.4. Вироби для покрівлі й перекриттів…………………………... 41
3.4.5. Санітарно-технічна кераміка й керамічні вироби
спеціального призначення…………………………………….... 42
Контрольні запитання………………………………………………… 43
Розділ 4. СКЛО І МАТЕРІАЛИ НА ОСНОВІ МІНЕРАЛЬНИХ РОЗПЛАВІВ………................................................................................ 44
4.1. Загальні відомості………………………………………………... 44
4.2. Основи виробництва скла……………………………………….. 44
4.3. Властивості скла і скловиробів…………………………………. 45
4.4. Різновид скляних виробів………………………………………. 46
4.5. Сітали, шлакосітали і сіталопласти……………………………... 49
Контрольні запитання………………………………………………... 49
Розділ 5. МЕТАЛИ Й МЕТАЛІЧНІ КОНСТРУКЦІЇ ,
ЗАСТОСОВУВАНІ В БУДІВНИЦТВІ …………………………….. 50
5.1. Загальні відомості…………………………………………………..50
5.2. Класифікація металів……………………………………………. 50
5.3. Основи технології чорних металів…………………………….. 51
5.3.1. Виробництво чавуну…………………………………………... 51
5.3.2. Виробництво сталі та її застосування у будівництві………... 51
5.4. Кольорові метали і сплави………………………………………. 53
Контрольні запитання………………………………………………... 54
Розділ 6. НЕОРГАНІЧНІ В’ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ…………………... 55
6.1. Загальні відомості……………………………………………….. 55
6.2. Повітряні в’яжучі речовини…………………………………….. 55
6.2.1 Гіпсові в’яжучі речовини……………………………………… 55
6.2.2. Повітряне вапно……………………………………………….. 57
6.2.3. Магнезіальні в’яжучі………………………………………….. 59
6.3. Гідравлічні в’яжучі речовини…………………………………... 59
6.3.1. Гідравлічне вапно……………………………………………... 59
6.3.2. Портландцемент……………………………………………….. 60
6.3.3. Спеціальні види портландцементу………………………….... 62
Контрольні запитання ……………………………………………….. 65
Розділ 7. ШТУЧНІ МАТЕРІАЛИ Й ВИРОБИ НА ОСНОВІ МІНЕРАЛЬНИХ В’ЯЖУЧИХ РЕЧОВИН........................................... 66
7.1. Матеріали й вироби на основі портландцементу……………... 66
7.2. Залізобетон……………………………………………………….. 67
7.3. Азбестоцементні вироби та конструкції………………………... 71
7.4. Матеріали й вироби на основі вапняних в’яжучих речовин……. 74
7.5. Матеріали й вироби на основі гіпсових в’яжучих речовин…… 75
Контрольні запитання………………………………………………… 75
Розділ 8. ЗАПОВНЮВАЧІ ДЛЯ РОЗЧИНІВ І. БЕТОНІВ..................76
8.1. Функції заповнювачів у бетонах і розчинах. Класифікація заповнювачів…………………………………………………………... 76
8.2. Оцінка якості дрібного заповнювача…………………………..... 77
8.3. Оцінка якості великого заповнювача…………………………… 78
8.4. Пористі заповнювачі……………………………………………... 79
Контрольні запитання………………………………………………… 79
Розділ 9. БЕТОНИ....................................................................................80
9.1. Загальні відомості. Класифікація бетонів……………………….. 80
9.2. Властивості бетонної суміші…………………………………….. 81
9.3. Основи технології бетону………………………………………... 82
9.4. Твердіння бетону…………………………………………………. 86
9.5. Основні властивості важкого бетону…………………………… 86
9.6. Легкі бетони……………………………………………………… 89
9.6.1.. Легкі бетони на пористих заповнювачах…………………... 90
9.6.2. Ніздрюваті бетоні……………………………………………… 91
9.6.3. Крупнопористі бетони………………………………………… 93
9. 7. Спеціальні види бетонів………………………………………... 93
Контрольні запитання………………………………………………... 94
Розділ 10. БУДІВЕЛЬНІ РОЗЧИНИ Й СУХІ БУДІВЕЛЬНІ СУМІШІ…………........................................................................... 95
10.1. Загальні відомості……………………………………………… 95
10.2. Будівельні розчини……………………………………………... 95
10.2.1. Матеріали для виготовлення розчинних сумішей………… 96
10.2.2. Властивості розчинних сумішей і затверділих розчинів….. 97
10.2.3. Підбір складу, готування і транспортування розчинів…….. 98
10.2.4. Види будівельних розчинів………………………………….. 99
3. Сухі будівельні суміші………………………………………… 100
10.3.1. Характеристика сухих будівельних сумішей фізичного призначення............................................................................................. 100
10.3.2. Характеристика сухих будівельних сумішей різного
призначення............................................................................................ 101
Контрольні запитання………………………………………………..... 103
Розділ 11. БІТУМНІ Й ДЬОГТЬОВІ В’ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ,
МАТЕРІАЛИ НА ЇХНІЙ. ОСНОВІ....................................................... 104
11.1. Загальні відомості……………………………………………...... 104
11.2. Властивості бітумних і дьогтьових в’яжучих............................ 105
11.3. Застосування бітумних і дьогтьових в’яжучих........................ 107
11.4. Асфальтобетони і розчини........................................................... 109
Контрольні запитання……………………………………………....… 111
Розділ 12. ПОЛІМЕРНІ МАТЕРІАЛИ.................................................. 112
12.1. Загальні відомості……………………………………………...... 112
12.2. Класифікація полімерних речовин…………………………....... 112
12.3. Склад і властивості пластмас………………………………….... 113
12.3.1. Склад пластмас……………………………………………….... 113
12.3.2. Властивості пластмас................................................................. 113
12.4. Технологія виробництва пластмас............................................... 114
12.5. Застосування полімерних матеріалів і виробів.......................... 115
12.5.1. Конструкційні полімерні матеріали........................................... 115
12.5.2. Опоряджувальні полімерні матеріали...................................... 116
12.5.3. Полімерні матеріали для покриттів підлог............................... 116
12.5.4. Теплоізоляційні полімерні матеріали....................................... 117
Контрольні запитання…………………………………………….…… 118
Розділ 13. ЛАКОФАРБОВІ МАТЕРІАЛИ........................................... 119
13.1. Загальні відомості......................................................................... 119
13.2. Основні компоненти лакофарбової композиції.......................... 119
13.3. Маркування лакофарбових матеріалів........................................ 122
13.4. Види лакофарбових матеріалів.................................................... 122
13.5 Контрольні запитання…………………………...........….……… 124
Короткий словник спеціальних термінів , що використовуються
для вивчення курсу « Будівельне матеріалознавство»............................. 125
Список літератури................................................................................... 127
ПЕРЕДМОВА
Будівництво є частиною матеріальної культури суспільства, за ним можна судити про прогрес науки і техніки, особливості побуту, національні традиції.
Людина почала будувати перші житла ще в епоху неоліту (3 тис. років до н.е.), використовуючи природні матеріали: камені, шматки дерева, глину. Приблизно 7000 років тому, з використанням природного каменю в Древньому Єгипті вже будувалися ансамблі храмових і палацевих будинків, величезні піраміди-гробниці фараонів, багато хто з них збереглися до наших днів не тільки як архітектурні пам'ятники, але і як свідчення нерозривного зв'язку людини і будівельного матеріалу. На зорі своєї будівельної діяльності людина, обмазуючи глиною дерев'яними, заплетеними суками каркас одержував досить міцну стіну, підсушуючи на сонце приготовлені з глиняного тесту кубики - цегла – сирець, навчивши обпалювати виробу з глиняного тесту - міцну і довговічну кераміку. Так почали з'являтися штучні будівельні матеріали – не взяті готовими в природи, а виготовлені руками майстрів. Згодом будівельними матеріалами стали стекло, метал, бетон, пластмаси.
Сучасні масштаби будівництва й різноманіття архітектурних рішень стимулюють розвиток ряду галузей знань, висуваючи перед наукою і технікою нові практичні завдання. Побудувати будинок, здатний прослужити людині століття, не так просто, це вимагає великих знань і рівня розвитку техніки. Вітчизняна наука відіграє важливу роль у розвитку будівельного матеріалознавства. Створені нашими вченими технології виробництва цементу, металу, бетону, кераміки, теплоізоляційних і композиційних матеріалів використовують багато країн. За минуле десятиліття побудовані нові міста, зведені унікальні об'єкти, такі, як гідротехнічні споруди, промислові підприємства, атомні електростанції, наукові, навчальні й культурні центри. Завдяки союзу науки і будівельної інженерії створюються технології одержання нових, високоефективних, екологічно чистих матеріалів функціонального призначення. Виробництво цих матеріалів засновано на безвідходних і енергозберігаючих технологіях. З використанням теорії і технології композиційних матеріалів стрімко росте виробництво композитів, які володіють питомою міцністю, що перевищує аналогічну характеристику сталі в 15 разів. Сьогодні в Україні великою популярністю користуються системи «сухого будівництва», що з успіхом заміняють традиційні штукатурку і цегельну кладку. Цікаві дослідження пов’язані з розробкою високоміцніх бетонів(90...800Мпа) за рахунок використання мікронаповнювачів, суперпластифікаторів, полімерів та дісперсного армування.
З огляду на бурхливий розвиток науки і техніки фахівці припускають, що основними будівельними матеріалами в майбутньому також будуть метал, бетон і залізобетон, кераміка, скло, деревина, полімери. Нові будівельні матеріали будуть створюватися на тій же сировинній основі, але із застосуванням більш прогресивних технологічних прийомів і безвідходних технологій. Потік нових матеріалів з високими експлуатаційними характеристиками, довговічністю і надійністю буде збільшуватися. Основним критерієм при виборі матеріалу буде екологічний.
Розділ 1. ЗНАЧЕННЯ КУРСУ « БУДІВЕЛЬНЕ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО»
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ. БУДОВА, СКЛАД І ВЛАСТИВОСТІ МАТЕРІАЛІВ
1.1. Значення курсу «Будівельне матеріалознавство»
Курс «Будівельні матеріали» є однією з основних інженерних дисциплін, що формує базу знань студента, необхідних для вивчення курсів: будівельні конструкції, технологія будівельного виробництва, економіка й організація будівництва, архітектура та ін.
Будівельне матеріалознавство пов’язане з технологією виготовлення матеріалів і базується на використанні таких дисциплін, як загальна й фізична хімія, хімічна термодинаміка та процеси хімічної технології.
Роль і значення матеріалів розглядаються в нерозривному зв'язку з їхньою роботою і поводженням у конструкціях і спорудах за тривалий період експлуатації в реальних умовах. Але розвиток теоретичної бази будівельного матеріалознавства не тільки змінює погляд фахівців на вибір відповідних матеріалів для будівництва споруд різного функціонального призначення, а також ефективно впливає на удосконалення методів, що використовуються при проектуванні будівельних конструкцій.
Завдяки розвитку теоретичних основ будівельного матеріалознавства відмічається поступовий перехід від традиційних проблем, пов’язаних з вивченням технічних характеристик будівельних матеріалів та оцінкою їхньої поведінки в різних умовах експлуатації , до встановлення фізико-хімічних закономірностей утворення матеріалів з наперед заданими властивостями та розкриття механізмів їх руйнування.
Завданням курсу є :
- вивчення фундаментальних властивостей будівельних матеріалів та їхньої зміни в умовах експлуатації;
- вивчення асортименту будівельних матеріалів та технології їхнього одержання;
- вивчення особливостей взаємозв'язку « склад – структура − властивості», а також закономірностей їхньої зміни при фізико-хімічних, фізичних, механічних та інших впливах;
- виявлення шляхів ефективного використання будівельних матеріалів поліфункціонального призначення.
Значення курсу «Будівельні матеріали» у підготовці фахівців важливе тому, що жодну споруду не можна правильно спроектувати, побудувати й експлуатувати без наявності відповідних будівельних матеріалів і всебічного знання їхніх властивостей. Вартість матеріалів у загальних витратах на будівництво складає не менше половини, тому знання функціональних особливостей кожного матеріалу дозволяє вирішувати питання, пов'язані не тільки з економією в будівельному виробництві, але і дає можливість фахівцю:
зробити і професійно обґрунтувати вибір матеріалу з урахуванням експлуатаційних характеристик;
правильно застосувати прийоми його обробки та укладання в споруди;
при необхідності замінити одні матеріали іншими без зниження якості споруди;
організувати правильне транспортування та зберігання матеріалу.
Вивчення цієї дисципліни дозволяє вирішити широкий спектр проблем:
створення нових матеріалів за рахунок використання раціональних рецептур з урахуванням ймовірнісних показників якості й надійності;
розширення вимог до матеріалів з урахуванням умов експлуатації;
керування якістю матеріалів за рахунок ускладнення рецептури при введенні коригуючих добавок.
1.2. Загальні відомості
1.2.1. Стандартизація будівельних матеріалів
Стандартизація – система єдиних загальноприйнятих нормативів за типами, параметрами, розмірами і якістю виробів, за величинами вимірів показників, методами випробування, контролю, правилами пакування, маркування і зберігання продукції. Стандартизація сприяє встановленню певного граничного рівня якості готової продукції.
Стандарт – нормативно-технічний документ, що встановлює певний комплекс норм, правил і вимог до об’єкта стандартизації і затверджений у встановленому порядку.
В Україні діє державна система стандартизації.
Основні вимоги до якості матеріалів, виробів і готових конструкцій масового застосування встановлюються Державними стандартами Україні (ДСТУ), галузевими стандартами (ГСТ), технічними умовами (ТУ).
ДСТУ і ТУ розробляються на основі новітніх досягнень науки і техніки і містять: точне визначення матеріалу, класифікацію за марками й сортами, технічні умови на виготовлення, методи випробування, умови зберігання і транспортування.
ДСТУ і ТУ – документи, які встановлюють, що даний матеріал чи вироб схвалені для виробництва і застосування при визначеній його якості. ДСТУ і ТУ мають силу закону.
Основні положення будівельного проектування і виробництва будівельних робіт регламентуються Будівельними нормами і правилами (БНІП) і Державними будівельними нормами України (ДБН).
У их документах вимоги до властивостей матеріалів виражені у вигляді марок на ці матеріали.
Марка будівельного матеріалу – умовний показник, установлюваний за найголовнішими експлуатаційними характеристиками чи комплексом найголовніших властивостей матеріалу. Так, існують марки за міцністю, щільністю, морозостійкістю, вогненатиском.
Той самий матеріал має кілька марок за різними властивостями. Так, для цегли, основними показниками якості є міцність на стиск і вигин, а також морозостійкість. Наприклад, ДСТУ встановлені такі марки керамічної цегли за міцністю на стиск і вигин: М75-М300. Цифра вказує мінімально допустиму межу міцності матеріалу, виражену в кгс/см2.
1.2.2. Класифікація будівельних матеріалів
Виходячи з умов роботи матеріалу в споруді, будівельні матеріали поділяють за призначенням на:
матеріали для несучих конструкцій (конструкційні), призначені для сприйняття та передачі навантаження: природні камені, бетони, розчини, кераміка, скло, ситали, метали;
оздоблювальні матеріали та вироби, призначені для надання декоративних властивостей будівельним конструкціям, а також для захисту матеріалів цих конструкцій від впливу зовнішніх факторів(архітектурно-будівельне скло, вироби на основі полімерів і цементу, гірські породи, синтетичні фарби, шаруваті пластики, деревно-волокнисті плити, облицювальні керамічні плитки, вологостійкі шпалери та плівки, суха гіпсова штукатурка і т.п.);
теплоізоляційні, основне призначення яких - зведення до необхідного рівня втрат тепла крізь будівельні конструкції із забезпеченням потрібного теплового режиму (мінераловатні вироби, теплоізоляційні пластмаси, піноскло і т.п.);
акустичні матеріали й вироби, звукопоглинаючі й звукоізоляційні, призначені для зниження рівня «шумового забруднення» помешкання до регламентованих меж;
гідроізоляційні й покрівельні матеріали для створення водонепроникних прошарків у будинках та спорудах, які піддаються впливу води та водяної пари: покрівельне залізо, азбоцементні плити (шифер),рулонні матеріали на основі полімерних, бітумних в’яжучих,
герметизуючи – для обробки стиків різних конструкцій.
В основу класифікації матеріалів також покладено походження, у зв'язку з чим матеріали можуть бути:
- неорганічними (природні камені, цементи, кераміка, стекло);
- органічними (деревина, полімери, бітуми, дьогті).
За способом виготовлення матеріали поділяють на:
природні(деревина, природне каміння), які піддають тільки механічній обробці;
безвипалювальні – матеріали,які твердіють у звичайних умовах, а також матеріали автоклавної обробки;
отримані за допомогою теплової обробки та при випалюванні зі спіканням (кераміка, мінеральні в’яжучі);
отримані плавленням – скло, метали.
1.3. Будівля та склад матеріалів
1.3.1. Будівля матеріалів
Будову матеріалу вивчають на трьох рівнях:
1. Макроструктура матеріалу - будова, видима неозброєним оком.
2. Мікроструктура матеріалу - будова, видима в оптичний мікроскоп.
3. Внутрішня будова речовин, що складають матеріал на молекулярно-іонному рівні (вивчається з використанням ІЧ-скопії, диференційно-термічного і рентгено - структурного методів аналізу).
Макроструктура твердих будівельних матеріалів може бути: конгломератною, ячеїстою, дрібнопористою, волокнистою, шаруватою, пухкозернистою.
Мікроструктура речовин, що складають матеріал, може бути кристалічною і аморфною. Кристалічна й аморфна форми нерідко є різними станами тієї самої речовини. Найбільш стійкою є кристалічна форма.
Внутрішня будівля визначає механічну міцність, твердість, тугоплавкість і т.д. Розрізняють за характером зв'язку між частками (ковалентна, іонна).
1.3.2. Склад матеріалів
Будівельні матеріали характеризуються хімічним, мінеральним і фазовим складом.
Хімічний склад дозволяє судити про ряд властивостей матеріалу: вогнестійкості, біостійкості та інших технічних характеристиках. Виражається процентним вмістом основних і кислотних оксидів.
Мінеральний склад показує, які мінерали й у якій кількості містяться в матеріалі. Мінерали являють собою зв'язані основні й кислотні оксиди.
Фазовий склад матеріалу і фазові переходи води, що знаходяться в його порах, впливають на властивості й поведінку матеріалу при експлуатації. З погляду фазової будови в матеріалі виділяють тверді речовини, що утворюють стінки пор (каркас) і пори, заповнені повітрям чи водою.
Для оцінки складу і структури матеріалу використовують такі фізико-хімічні методи аналізу:
петрографічний метод аналізу застосовують для дослідження цементного клінкера і каменю, бетонів, вогнетривів, шлаків і т.д.. Здійснюється з використанням поляризаційного мікроскопа. Метод заснований на визначенні характерних для кожного мінералу оптичних властивостей (показник переломлення, колір, сила подвійного переломлення), зв'язаних з його внутрішньою будовою;
електронна мікроскопія застосовується для дослідження матеріалів у вигляді тонкокристалічної маси. Сучасні електронні мікроскопи мають корисне збільшення до 300000 разів, що дозволяє бачити частки розміром 0,3 – 0,5 нм;
рентгенографічний аналіз. Застосування рентгенівського випромінювання для дослідження кристалічних речовин засноване на тому, що довжина хвилі порівнянна з міжатомною відстанню у кристалічних ґратах речовини. Кожна кристалічна речовина характеризується своїм набором визначених ліній на рентгенограмі. Вказаний метод аналізу використовується для контролю сировини і готової продукції, для спостереження технологічних процесів;
диференційно-термічний аналіз (ДТА) використовується для визначення мінерально-фазового складу будівельних матеріалів. Метод заснований на тому, що будь-які фазові перетворення, які відбуваються в матеріалі, супроводжуються тепловими ефектами. Для виконання аналізу використовують дереватограф, що фіксує і записує ендо- і екзотермічні ефекти. Потім поводження матеріалу порівнюють з еталоном, речовиною, що не зазнала ніяких теплових перетворень;
спектральний аналіз – фізичний метод якісного і кількісного аналізу речовини, заснований на вивченні їх спектрів. При дослідженні будівельних матеріалів використовується в основному ІЧ-спектрокопія. ІЧ-спектроскопічний метод аналізу заснований на взаємодії досліджуваної речовини з електромагнітними випромінюваннями в інфрачервоній області. ІЧ-спектри є характерними для певних груп і сполучень атомів.
1.4. Властивості будівельних матеріалів
1.4.1.Фізичні властивості матеріалів
Рис. 1.1 - Вплив зовнішнього середовища на конструкції будівель
Щоб будівля або споруда була міцною та долговічною, необхідно знати агресивні дії зовнішнього середовища, в якому буде працювати кожна конструкція (рис.1.1.). Тому важливо знати, які властивості має той чи інший матеріал.
Фізичні властивості матеріалу характеризують його відношення до фізичних процесів навколишнього середовища і визначаються параметрами стану матеріалу. До параметрів стану матеріалу відносять такі технічні характеристики:
істинна щільність (г/см3, кг/м3) – маса одиниця об'єму абсолютно щільного матеріалу. Якщо маса матеріалу m, а його обсяг Vа – його обсяг у щільному стані, то
= m/Vа;
середня щільність о (г/см3, кг/м3) – маса одиниці об'єму матеріалу в природному стані ( з порами і дефектами):
о = m/V.
Середня щільність матеріалу завжди менше істиною щільності. Наприклад: середня щільність легкого бетону – 500-1800 кг/м3, а його істинна щільність – 2600 кг/м3;
відносна щільність d виражає щільність матеріалу стосовно щільності води і є безрозмірною величиною;
насипна щільність н (г/см3 ,кг/м3) – маса одиниці об'єму пухко насипаних зернистих чи волокнистих матеріалів (цемент, пісок, щебінь і т.д). Якщо маса матеріалу m , а Vн – його обсяг у пухко насипному стані, то
н = m/Vн;
пористість П – є ступінь заповнення матеріалу порами.
Пористість виражають у % чи частках одиниці.
При експериментально-розрахунковому методі визначення пористості використовують значення істинної й середньої пористості:
П=(1 – ρо/ρ )100%.
Значення пористості будівельних матеріалів коливається від 0 до 98%. Наприклад, пористість важкого бетону – 10%; цегли звичайної – 32%; природних кам'яних матеріалів магматичного походження – 1,4%; міпори (спінених полімерів) – 98% (табл. 1.1).
Таблиця 1.1 - Значення істинної й середньої щільності, пористості для деяких будівельних матеріалів
Матеріал
Щільність, кг/м3
Пористість ,%
середня
істинна
Граніт
2600…2700
2700…2800
0…2
Важкий бетон
2200…2500
2600…2700
2…25
Цегла
1400…1800
2500…2600
25…35
Деревина
400…800
1500…1550
45…70
Пінопласт
15…100
950…1200
90…98
Гігроскопічність – здатність матеріалів поглинати вологу з повітря. Залежить від хімічного складу матеріалу і характеру його пористості.
Вологість матеріалу визначається вмістом вологи, віднесеної до маси матеріалу в сухому стані, залежить як від властивостей самого матеріалу, так і від навколишнього середовища. Вологість впливає на теплопровідність, стійкість до гниття і т.д.
Водопоглинення – здатність матеріалу всмоктувати й утримувати воду.
Розрізняють водопоглинення за масою і об’емом :
Wm = [(m1 – m)/m] · 100%;
Wv = [(m1 – m)/v] · 100%,
де m1 - маса зразка, насиченого водою;
m - маса сухого зразка.
Водопроникність – це властивість матеріалу пропускати воду під тиском. Водопроникність характеризується коефіцієнтом фільтрації Кф (м/г):
Кф = Vв · a/(S(р1-р)t),
де Vв – кількість води (м3), що проходить через стінку площею S = 1 м2, товщиною а = 1 м, за час t = 1 год. при різниці гідростатичного тиску на межах стінки р1-р=1 м вод ст.
Коефіцієнт розм'якшення – Кр – відношення міцності матеріалу, насиченого водою Rв, до міцності сухого матеріалу Rс:
Кр = Rв/Rс.
Коефіцієнт розм'якшення характеризує водостійкість матеріалу, він змінюється від 0 (розмокла глина) до 1 (метали). Якщо коефіцієнт розм'якшення менше 0,8, то матеріали не застосовують у будівельних конструкціях, що знаходяться у воді.
Морозостійкість – властивість насиченого водою матеріалу витримувати поперемінно заморожування і відтавання. Морозостійкість матеріалу кількісно оцінюється циклами і відповідно маркою за морозостійкістю. За марку матеріалу по морозостійкості приймають найбільше число циклів поперемінно заморожування і відтавання, що витримують зразки матеріалу без зниження міцності на стиск більше 15%; втрати маси більше 5%.
Теплопровідність – властивість матеріалу передавати тепло від однієї поверхні до іншої. Характеристикою теплопровідності є коефіцієнт теплопровідності λ (Вт/м оС) На практиці зручно судити про теплопровідність за щільністю матеріалу.
Зазначена залежність виражається формулою В.П. Некрасова:
λ =1,16 ,
де d – відносна щільність матеріалу.
Теплоємність – здатність матеріалу акумулювати тепло при нагріванні і виділяти тепло при остиганні;
Вогнестійкість – властивість матеріалу витримувати тривалий вплив високої температури (від 1580 оС), не розм'якшуючись і не деформуючись.
Вогнестійкість – властивість матеріалу пручатися дії вогню при пожежі протягом певного часу, залежить від здатності матеріалу спалахувати і горіти. Неспалювані матеріали – це бетони, інші матеріали на основі мінеральних в'яжучих, цегла, сталь та ін. Важкоспалювані під впливом вогню чи високої температури жевріють, але після припинення горіння і тління їх дія припиняється.
1.4.2. Механічні властивості матеріалів
Будівельні матеріали і конструкції у процесі експлуатації піддаються різним зовнішнім силам – навантаженням, що викликають у них деформації і внутрішні напруження. Навантаження можуть бути: статичними (діють постійно), динамічними (прикладаються раптово і викликають сили інерції). Під діями зовнішніх сил будівельні конструкції деформуються і змінюють форму та розміри, при цьому реагують після зняття навантаження по-різному, виявляючи властивості пружності й пластичності.
Пружність – властивість матеріалу мимовільно відновлювати первісну форму і розміри після припинення дії зовнішніх сил.
Пластичність – властивості матеріалу змінювати форму чи розміри під дією зовнішніх сил, не руйнуючи, причому після припинення дії сили матеріал не може мимовільно відновити розміри і форму.
Крихкість – здатність матеріалу руйнуватися без утворення помітних залишкових деформацій.
Основними характеристиками деформаційних властивостей будівельного матеріалу є: модуль пружності, коефіцієнт Пуассона, модуль зрушення, об'ємний модуль пружності, граничні деформації, повзучість.
Модуль пружності Е являє собою міру твердості матеріалу і зв'язує пружну деформацію і одноосьове напруження відповідно до закону Гука:
ε = σ⁄Е,
де σ – відносна деформація матеріалу, рівна відношенню абсолютної деформації Е до первісного лінійного розміру L.
σ – напруження при одноосьовому розтяганні стиску, встановлюване за формулою
σ = Р/F,
де Р –діюча сила;
F- площа поперечного перерізу матеріалу;
Модуль пружності Е за допомогою коефіцієнта Пуассона зв'язаний з іншими характеристиками матеріалу. Так, об'ємний модуль пружності (всебічного стиску) зв'язаний з модулем пружності наступною залежністю:
К = Е/[3(1-2μ)] ,
де μ – коефіцієнт Пуассона (поперечного стиску), встановлюваний за формулою
μ = - εx / εy ;
Одноосьове розтягання εz викличе подовження по цій осі +εz і відповідно стиск по бічних напрямках – εx εy , які у випадку ізотропності матеріалу рівні.
Міцність – здатність матеріалу опиратися, не руйнуючи, внутрішнім напруженням, що виникають під дією зовнішнього навантаження.
Міцність є основною властивістю більшості будівельних матеріалів, одним з найважливіших показників якості конструкційних матеріалів. Від значення міцності залежить величина навантаження, що може сприймати даний матеріал при заданому перетині, працюючи в конструкції. Міцність матеріалу оцінюють межею міцності R, напругою відповідно навантаженню, яке викликало напругу. Значення межі міцності деяких матеріалів наведені в табл. 1.2.
Залежно від міцності будівельні матеріали розділяються на марки. Єдина шкала марок охоплює все будівництво. Найчастіше під маркою розуміють межу міцності при стиску, тому що саме цей вид напруження випробує більшість конструкційних матеріалів, які працюють у споруді.
Таблиця 1.2 – Межа міцності деяких будівельних матеріалів
Матеріал
Межа міцності, МПа
на стиск
на розтяг
на вигин
Граніт
137...176
-
-
Цегла керамічна
7,5...30
-
1,7...45
Бетон на цементній основі
10...60
2...12
-
Плити гіпсокартонні
18...50
-
3...7
Сосна (уздовж волокон)
30...45
115
80
Дуб(уздовж волокон)
40...50
175
90
Сталь вуглецева Ст3
359...450
350...450
-
Для оцінки ефективності матеріалу в будівництві використовується коефіцієнт конструктивної якості (питома міцність),що розраховується як показник міцності, віднесений до відносної щільності матеріалу:
Rу = R/d,
де d – відносна щільність матеріалу (див. 1.4.1), що є безрозмірною величиною.
Найбільш конструктивними й ефективними в будівництві вважаються матеріали, які мають високу міцність при малій власній щільності. Далі наведені значення Rу для деяких матеріалів:
склопластик – 450/2 = 225 МПа;
сталь – 390/7,85 = 51 МПа,
важкий бетон – 40/2,4 = 16,6 МПа;
легкий бетон – 10/0,8 = 12,5 МПа;
цегла – 10/1, 8 = 5,56 МПа.
Твердість – властивість матеріалу пручатися проникненню в нього іншого більш твердого матеріалу.
Твердість кам'яних матеріалів природного походження оцінюється за шкалою Маоса, складеною з 10 мінералів з умовним показником твердості від 1 до 10 (самий м'який тальк – 1, самий твердий алмаз – 10). Твердість металів, бетону, пластмас визначають вдавленням у випробуваний зразок сталевої кульки. У результаті випробу обчислюють число твердості
НВ = Р/F,
де F – площа поверхні відбитка.
Стиранність – властивість матеріалу пручатися стираннім впливам.
Стиранність оцінюють втратою первісної маси зразка матеріалу, віднесеної до площі поверхні стирання:
І = (m1 - m2)/F,
де m1 і m2 - маса зразка до і після стирання;
Зазначена властивість є одним з основних показників якості матеріалів, застосовуваних для дорожнього будівництва, влаштування підлог, сходів.
Ударна в'язкість – властивість матеріалу пручатися ударним навантаженням. Даний вид навантаження на відміну від розглянутих вище має короткочасний, миттєвий характер. Характеристикою цієї властивості є робота, витрачена на руйнування стандартного зразка, віднесена до одиниці його об'єму: Ауд = m (1 + 2 + 3 + ….... + n)/V·10,
де m – маса вантажу копра, кг;
V – об'єм зразка, см3;
(1+2+3+…....n) – шлях, пройдений вантажем копра для руйнування зразка.
Знос – властивість матеріалу пручатися одночасному впливу зношуючих і ударних навантажень. Показником зносу служить утрата маси зразка матеріалу в % від початкової.
1.4.3. Хімічні й технологічні властивості матеріалів
Хімічні властивості матеріалу визначають його здатність вступати в хімічну взаємодію з речовинами навколишнього середовища ,при якому утворюються нові речовини. До хімічних властивостей відносять: корозійну стійкість, розчинення, адгезію, горючість, токсичність, дисперсність.
Технологічні властивості матеріалу характеризують відношення матеріалу до різних технологічних процесів, що змінюють стан матеріалу, структуру його поверхні, що додає потрібну форму і розміри. Такі технологічні властивості, як подрібнюваність, розпилюваність, шліфованість, гвоздимість мають важливе практичне значення, тому що від них залежать якість і вартість готових виробів і конструкцій.
Контрольні запитання
Якими документами регламентовані вимоги до якості будівельних матеріалів?
На яких рівнях вивчається будова матеріалу?
Які фізико-хімічні методи аналізу використовують для оцінки складу й структури матеріалу?
Що ви знаєте про істинну і середню щільність матеріалу?
Розкажіть про фізичні властивості матеріалів (пористість, водопоглинення, вологість, гігроскопічність, вологовіддача).
Від чого можуть руйнуватися матеріали зовнішніх конструкцій будинків і споруд?
Як оцінюється морозостійкість матеріалу?
Який головний фактор визначає теплопровідність матеріалів?
Розкажіть про міцність, твердість, пружність та пластичність?
Розкажіть про технологічні й хімічні властивості матеріалів?
Розділ 2. ПРИРОДНІ БУДІВЕЛЬНІ МАТЕРІАЛИ
2.1. Гірські породи й мінерали
Мінерали – це природні фізично й хімічно однорідні тіла, що виникають у земній корі в результаті фізико-хімічних процесів. Гірські породи складаються з мінералів. У складі земної кори більше 2000 мінералів, але тільки 50 з них є породотвірними. Усі мінерали відрізняються один від одного своїми властивостями, тому перевага в породі тих чи інших мінералів визначає властивості гірської породи. Породотвірні мінерали поділяються на такі групи:
Група кварцу – кристалічний кремнезем (оксид кремнію SiО2).
Міцність при стиску - до 2000 МПа, міцність при розтяганні - близько 100МПА, висока твердість, хімічна стійкість, Тпл - 1700о С. Найбільш розповсюджені мінерали цієї групи - обпа, халцедон, осадовий кварц.
Група польових шпатів – ортоклаз К2О· Аl2О3· 6 SiО2, плагіоклаз Nа2О · Аl2О3· 6 SiО2 і анортит СаО· Аl2О3· 2SiО2. У порівнянні з кварцем польові шпати мають значно меншу міцність 120-170 МПа. Твердість – 6 - 6,5, щільність - 2,57 г\см3, Тпл - 1170 оС.
Група алюмосилікатів - найбільш поширені звичайні (мусковіт, біотит), слюди і гідрослюди (гідромусковіт, гідробіотит) Твердість слюд–2-3.До цієї ж групи відносяться глинисті мінерали, що складають глини і можуть знаходитися як домішки в пісчаниках, вапняках і т.д.
Каолініт - Аl2О3· 2 SiО2· 2Н2О, білий, іноді з бурим відтінком, щільність-2,6 г/см3, твердість-1.
Група залізисто-магнезіальних силікатів. До цієй групи входять мінерали , що надають темне фарбування магматичним породам. Найбільш поширені олівіни, піроксени, амфіболи, хризотил, азбест. Вони відрізняються високою істинною щільністю – 3,2-3,6 г/см3, твердістю – 5,0 – 7,0 за шкалою Мооса.
Група карбонатів і сульфатів. Кальцит (СаСО3) – безбарвний чи білий, щільність – 2.7 г/см3, твердість – 3.
Доломіт – СаСО3 · МgСО3 – безбарвний, іноді з буруватим і жовтуватим відтінком, щільність – 2,8 г/см3, твердість – 3 - 4.;
Магнезит – безбарвний, білий, сірий, щільність – 3,0 г/см3, твердість – 3,5 - 4,5; Гіпс СаSО4 · 2Н2О – білі чи безбарвні кристали, щільність – 2,3 г/см3, твердість – 2;
Ангідрит СаSО4 – білий, сірий, склорозовий, блиск – скляний, щільність – 3,0 г/см3,твердість – 3-3,5.
Гірська порода – природний мінеральний агрегат більш-менш визначеного складу і будівлі, що є продуктом геологічних процесів, які відбуваються в надрах земної кори.
Залежно від умов формування гірські породи поділяються на три генетичні групи: магматичні (вивержені), що утворилися у процесі кристалізації складного силікатного розплаву (магми); осадові, виникли з продуктів руйнування будь-яких інших порід; метаморфічні, що є продуктом перекристалізації і пристосування порід, що змінилися в межах земної кори за фізико - хімічними умовами.
2.1.1. Магматичні гірські породи
Утворення магматичних гірських порід тісно пов'язано зі складними проблемами походження магми і Землі. Залежно від умов утворення виділяють дві основних групи магматичних порід – глибинні й що вилилися.
Глибинні – це породи, що утворилися при застиганні магми на різній глибині в земній корі. Породи, що вилилися, утворилися при вулканічній діяльності, виливі магми з глибин і затвердінні на поверхні. Магматичні породи, що утворилися в різній геологічній обстановці, мають наступні середні показники найважливіших будівельних властивостей: міцність при стиску – 100-300 МПа; щільність – 2600-3000 кг/м3; водопоглинання – менше 1%; теплопровідність – близько 3 Вт/(мос).
Граніти володіють сприятливим для будівельного каменю мінеральним складом, що відзначається високим вмістом кварцу (20-30 %), натрієво-калієвих шпатів (35-40%) і плагіокл...
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора