Строительное материаловедение

Органические связующие вещества представляют собой природные или искусственные твёрдые, вязкопластичные или жидкие (при комнатной температуре) материалы, состоящие из химических соединений, в молекулах которых содержатся атомы углерода и потому называемые органическими.

Лесные материалы и изделия из них.

Древесина, как строительный материал и великое множество производных из неё.

Металлические изделия.

Широкий спектр изделий из стали и чугуна.

Сталь содержит углерода до 2%. Сталь пластична, упруга и обладает высокими технологическими свойствами (способностью обрабатываться).

Чугун представляет собой сплав железа и углерода 2-4,3%. В специальных чугунах - ферросплавах - количество углерода может достигать 5% и более.

Основные свойства строительных материалов.

К общефизическим свойствам относятся: истинная плотность, средняя плотность и пористость материала.

Многие строительные материалы, в частности бетоны - капиллярнопористые тела.

Истинная плотность () - масса единицы объема вещества в абсолютно плотном состоянии, без пор и пустот.

Согласно СТБ 4.211-94

,

где - истинная плотность, кг/м³; т - масса, кг; V - объем, занимаемый веществом, м³.

Для многокомпонентных композиционных материалов определяют средневзвешенное значение истинной плотности:

=_cim_i/m_i,

где _ci - плотность i-го компонента бетона (например, плотность: кварцевого песка - _c1=2650 кг/м³, цементных новообразований - _c2=3100 кг/м³, вспученного перлитового песка (ВПП) - _c3=2000 кг/м³); m_i - содержание i-го материала в бетоне.

Истинная плотность большинства строительных материалов больше единицы (за единицу условно принимают плотность воды при t = 4 °С). Для каменных материалов плотность колеблется в пределах 2200 - 3300 кг/м³; органических материалов (дерево, битумы, пластмассы) - 900 - 1600, черных металлов (чугун, сталь) - 7250 - 7850 кг/м³.

Средняя плотность (_ср) - масса единицы объема материала (изделия) в естественном состоянии с пустотами и порами

,

где - средняя плотность, кг/м³; т - масса материала (изделия) в естественном состоянии, кг; V - объем материала (изделия), м³.

Для сыпучих материалов (песок, цемент, щебень, гравий) определяют насыпную плотность.

Насыпная плотность (_н) - масса единицы объема сыпучих материалов в свободном (без уплотнения) насыпном состоянии. В единицу объема таких материалов входят не только зерна самого материала, но и пустоты между ними. Количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпного материала, выраженное в процентах по отношению ко всему занимаемому объему, называют пустотностью.

Для пористых строительных материалов истинная плотность больше средней плотности. Только для абсолютно плотных материалов (металлы, стекла, лаки, краски) показатели средней и истинной плотности численно равны.

Важной характеристикой строительных материалов является их общая пористость (П).

Влажность по массе материала определяется из выражения:

,

где: m_в - масса образца в увлажненном состоянии,

m_с - масса образца, высушенного до постоянной массы.

Влажность материала по объему при его средней плотности с определяется из выражения:

Wo=с ^. Wm

Гидрофизические свойства проявляют материалы и изделия при контакте с водой. Наиболее важные из них - гигроскопичность, водопоглощение, влагоотдача, водопроницаемость, водонепроницаемость, морозостойкость, воздухостойкость.

Гигроскопичность - свойство материала поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их на своей поверхности. Чем мельче поры, тем больше общая площадь поверхности (при условии равной общей пористости и одинакового вещественного состава), следовательно, гигроскопичность выше. Этот процесс является обратимым и зависит от влажности воздуха.

Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать воду. Характеризуется это свойство количеством воды, поглощенной высушенным до постоянной массы материалом, полностью погруженным в воду, выраженным в % от массы (водопоглощение по массе) - W_м (СТБ 4.2306-94) или в % от объема (водопоглощение по объему или открытая пористость) - W_о.

Влагоотдача - способность материала отдавать влагу при снижении влажности воздуха. Скорость влагоотдачи зависит от разности влажности образца и окружающей среды. Чем она выше, тем интенсивнее идет высушивание изделия. В естественных условиях влагоотдачу строительных материалов характеризуют интенсивностью потери влаги при относительной влажности воздуха 60 % и Т = 20 °С.

Водопроницаемость - свойство материала пропускать воду под давлением. Водопроницаемость оценивают по коэффициенту фильтрации К_ф (м²/ч), который равен количеству воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 м² площади испытуемого материала при постоянном давлении.

Водонепроницаемость (например, бетона) характеризуется маркой W2, W4...W12, обозначающей одностороннее гидростатическое давление в МПа (0,2; 0,4 ... 1,2), при котором образец не пропускает воду в условиях стандартных испытаний. Испытания проводят на специальной установке.

Морозостойкость - способность материала сохранять свою прочность при многократном попеременном замораживании в водонасыщенном состоянии и оттаивании в воде.

Воздухостойкость - способность материала длительно выдерживать многократное увлажнение и высушивание без деформаций и потери механической прочности.

К основным теплофизическим свойствам, оценивающим отношение материала к тепловым воздействиям, относятся теплопроводность, теплоемкость, термостойкость, жаростойкость, огнеупорность, огнестойкость.

Теплопроводность - способность материала пропускать тепловой поток при условии разных температур поверхности. Степень теплопроводности материалов характеризует коэффициент, который равен количеству тепла, проходящего через стену из испытуемого материала толщиной 1 м площадью 1 м² за 1 ч при разности температур противоположных поверхностей стены 1 К. Коэффициент теплопроводности измеряют в Вт/(мК).

Теплоемкость - свойство материала поглощать при нагревании определенное количество тепла. При охлаждении материалы выделяют тепло, причем тем больше, чем выше их теплоемкость. Коэффициент теплоемкости равен количеству тепла (Дж), необходимого для нагревания 1 кг материала на 1 К.

Термостойкость - способность материала выдерживать без разрушений определенное количество резких колебаний температуры. Единицей измерения этого свойства является количество теплосмен, определяемое для многих теплоизоляционных и огнеупорных материалов.

Жаростойкость - способность материала выдерживать температуру эксплуатации до 1000 °С без нарушения сплошности и потери прочности.

Огнеупорность - способность материала выдерживать длительное воздействие высоких температур без деформаций и разрушения. По степени огнеупорности материалы подразделяют на огнеупорные, работающие без снижения свойств при температуре свыше 1580 °С, тугоплавкие - 1580 - 1350 °С и легкоплавкие - ниже 1350 °С.

Огнестойкость - свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определенного времени.

При действии звука на материал проявляются его акустические свойства. По назначению акустические материалы делят на четыре группы: звукопоглощающие, звукоизолирующие, виброизолирующие и вибропоглощающие.

Звукопоглощающие материалы предназначены для поглощения шумового звука. Основной акустической характеристикой является величина коэффициента звукопоглощения, равная отношению количества поглощенной материалом звуковой энергии к общему количеству падающей на поверхность материала в единицу времени.

Звукоизолирующие материалы применяют для ослабления ударного звука, передающегося через строительные конструкции здания из одного помещения в другое. Оценку эффективности звукоизоляционных материалов проводят по двум основным показателям: динамическому модулю упругости и относительной сжимаемости (%) под нагрузкой.

Виброизолирующие и вибропоглощающие материалы предназначены для устранения передачи вибрации от машин и механизмов на строительные конструкции зданий.

К физико-механическим свойствам относятся: прочность, твёрдость, ударная вязкость.

Прочность характеризует способность материала в определённых условиях и пределах, не разрушаясь, сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям, возникающим под влиянием механических, тепловых и других напряжений.

Твёрдость выражает способность материала сопротивляться проникновению в него более твёрдых тел.

Ударная вязкость характеризует способность материала сопротивляться сосредоточенным ударным нагрузкам и определяется количеством работы, затрачиваемой на излом образца в фиксированном с помощью насечки месте.

Химические свойства выражают способность и степень активности материала к химическому взаимодействию с реагентами внешней среды и, кроме того, способность сохранять постоянным состав и структуру материала в условиях инертной окружающей среды.

Технологические свойства выражают способность материала к восприятию технологических операций, выполняемых с целью изменения его формы, размеров, характера поверхности, плотности и прочего.

Используемая литература:

1. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение // Москва. «Высшая школа», 2002.

2. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия: Учеб. для инж.-экон. спец. строит. вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.; Высш. шк., 1988. - 527 с.: ил.