Что такое плотность строительных материалов
Плотность строительных материалов. Таблица
Эксплуатационные характеристики современных строительных материалов – прочность, долговечность, морозостойкость и пр. – определяются их физическими параметрами, к числу которых относится и плотность.
Виды плотности, и их определение
Плотность определяется массой, которой обладает единица объёма конкретного материала; единицей измерения служит обычно кг/м3, хотя встречаются также размерности т/м3 и г/см3. Понятие «Плотность строительных материалов» включает в себя:
На практике удобно истинную/фактическую плотность строительных материалов оценивать их пористостью. С этой целью определяют предельное значение объёма насыщающего материала – газа или жидкости, которую может воспринять единица объёма исследуемого вещества. По увеличению веса материала судят о степени его пористости.
Для расчета плотности используется формула: p=m/V, где m — масса; V — объем.
Взаимосвязь плотности и качества строительных материалов
Помимо степени пористости, плотность определяет также и эксплуатационные показатели строительных материалов. Например, с увеличением плотности соответственно возрастает теплопроводность и снижается степень поглощения влаги древесиной. Поэтому часто относительно строительной древесины используют также показатель её качества, под которым понимают отношение предела прочности на сжатие к плотности материала.
Оценка плотности строительных материалов сильно зависит от условий их хранения и применения. Например, у бетона со временем плотность снижается, что объясняется постепенным вымыванием ряда составляющих из его состава. Изменения показателей плотности характерны и для строительных пластиков, которые длительное время пребывают под воздействием ультрафиолетового излучения.
Снижение плотности негативно отражается на механической прочности строительных материалов. Объясняется это более лёгкой деформацией имеющихся пустот, которые сопровождаются деформациями изгиба строительного элемента или его части. Постепенное накапливание механических напряжений в материале приводит к его разрушению (чаще внезапному, поскольку пластичность всех строительных материалов – достаточно низкая).
Значения плотности преобладающего количества строительных материалов изменяются в широких пределах. В частности, для неорганических материалов – камня, бетона – обычные показатели механической плотности могут изменяться в диапазоне значений 2200…3500 кг/м3, а для органических (пластик, битум, дерево) – 400…2500 кг/м3. Плотность структурно однородных материалов (в частности, металлов) обычно колеблется от 2700 кг/м3 в случае алюминия или его сплавов, до 7600…8000 кг/м3 — для стали и латуни.
Таблица плотности строительных материалов
В таблицах ниже будет приведена плотность основных строительных материалов.
Что такое плотность строительных материалов
Время работы: пн-пт с 9:00 до 17:00 сб-вс с 10:00 до 15:00
Физические свойства строительных материалов определяются несколькими характеристиками, среди которых можно особенно выделить плотность строительных материалов, морозостойкость, водопоглощение, огнеупорность, усадку, долговечность и прочее. Данные критерии характеризуют состояние материала и указывают на его отношение к процессам, происходящим вокруг. Сами процессы не влияют на строение молекул материалов.
Что касается плотности, то здесь отмечается несколько типов:
Виды плотности строительных материалов
Первое, что стоит определить, это само понятие «плотность». Оно характеризуется массой единицы объёма требуемого образца материала. В качестве единицы измерения используется «кг/м3». Безусловно, встречаются и другие варианты размерности, но этот самый распространённый.
Плотность строительных материалов включает в себя несколько понятий:
Практическая оценка плотности строительных материалов выражается их пористостью. Для расчёта используется конкретная формула.
Корреляция плотности и качества материалов
Само понятие плотность позволяет определить эксплуатационные показатели стройматериала. Приведём пример: увеличивая плотность, вы повышаете теплопроводность и снижаете показатель водопоглощение в выбранном образце.
Также на плотность влияют условия хранения и особенности применения строительных материалов. Если мы берём бетон, то со временем его плотность начинает снижаться, т.к. происходит процесс вымывания некоторых составляющих ингредиентов из начального состава.
Изменение плотности характерно и для других материалов. Например, для пластика, если он длительное время находился под действием УФ-лучей. В целом снижение плотности строительных материалов в негативном ключе влияет на его прочность. Это связано с деформацией пустот и изгибов элементов или цельных конструкций.
Физические свойства строительных материалов
Плотность строительных материалов.
Плотность строительных материалов. Плотность может быть истинной, средней, насыпной, относительной.
Истинная плотностью строительных материалов. Под истинной плотностью строительных материалов. (кг/м куб.) понимают массу единицы объема абсолютно плотного материала без трещин, пор и пустот.
Истинная плотность для основных строительных материалов следующая:
От плотности строительного материала в значительной степени зависят его прочность, теплопроводность и другие свойства. Этими данными пользуются при определении толщины ограждающих конструкций отапливаемых зданий, размера строительных конструкций, расчетах транспортных средств и др. Значения средней плотности строительных материалов находятся в широких пределах.
Средняя плотность для некоторых строительных материалов следующая:
Плотность материала зависит от его пористости и влажности. С увеличением влажности плотность материала увеличивается.
Относительная плотность строительных материалов Это степень заполнения веществом объема материала. Относительную плотность выражают отвлеченным числом или в процентах.
Для рыхлых материалов при расчетах учитывают насыпную объемную массу. Пористость и относительная плотность в значительной степени определяют эксплуатационные качества материалов (прочность, водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность). Значение показателя пористости строительных материалов колеблется от О (стекло, сталь) до 90 % (минеральная вата).
Плотность строительных материалов
Плотность строительных материалов представляет собой массу единицы объема абсолютно плотного материала. Плотность ρ (г/см³, кг/м³) — масса единицы объема абсолютно плотного материала. Если масса материала m, а его объем в плотном состоянии Va, то
Относительная плотность выражает плотность материала по отношению к плотности воды (это безразмерная величина).
За немногими исключениями (металлы, стекло, мономинералы) строительные материалы пористы. Объем пористого материала в естественном состоянии (т. е. вместе с заключенными в нем порами) Ve слагается из объема твердого вещества Va и объема пор Vп (рис. 1).
Ve=Va+Vп;
Перед определением объема пор пробу материала высушивают в сушильном шкафу при температуре 105°С до постоянной массы, т. е. до полного удаления гигроскопической влаги. Подготовленную пробу помещают в герметически закрытый сосуд, из которого откачивают воздух, и в вакууме насыщают материал жидкостью. Объем жидкости, полностью заполнившей поровое пространство, равен объему пор в пробе материала. В качестве замещающей жидкости применяют воду и керосин (для цементных материалов).
Для точных измерений объема пор используют сжиженный гелий, учитывая его сверхтекучесть и способность проникать в тонкие поры. Зная объем материала в естественном состоянии и определив объем заключающихся в нем пор, находят объем, занимаемый веществом Va = Ve — Vп, и вычисляют плотность по приведенной выше формуле.
Рисунок-1. Схема составных частей пористого материала:
Va-абсолютный объем; Ve-объем в естественном состоянии ( с порами); Vвод-объем воды ; Vвоз-объем воздуха; Vп-объем пор.
Стандартный метод определения плотности и пористости материалов (бетона, кирпича и др.) предусматривает измельчение предварительно высушенной пробы в порошок, проходящий через сетку с отверстиями 0,25 мм. Абсолютный объем Va навески m порошка измеряют с помощью пикнометра: его принимают равным объему вытесненной порошком жидкости. Плотность вычисляют по формуле (1).
Объемная масса у (г/см³, кг/м³) есть масса единицы объема материала в естественном состоянии (объем Ve определяется вместе с порами):
Значения объемной массы данного материала в сухом ϒ и влажном состояниях ϒв связаны соотношением:
Таблица-1. Основные свойства строительных материалов (в воздушно-сухом состоянии)
Пористость строительных материалов
Строение пористого материала характеризуется общей, открытой и закрытой пористостью, распределением пор по их радиусам, средним радиусом пор и удельной внутренней поверхностью пор.
Пористость П есть степень заполнения объема материала порами:
П=Vп/Vе; (4)
Пористость выражают в долях от объема материала, принимаемого за 1 или в % от объема. Экспериментальный (прямой) метод определения пористости основан на замещении порового пространства в материале сжиженным гелием или другой средой и описан выше.
Экспериментально-расчетный метод определения пористости использует найденные опытным путем значения плотности и объемной массы высушенного материала (ρ и ϒ), входящие в формулу для вычисления пористости (в %)
Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах: от 0 до 98% ( таблица-2).Коэффициент плотности ℜпл — степень заполнения объема материала твердым веществом:ℜпл=ϒ/ρ.
В сумме П+ℜпл=1( или 100%), то есть высушенный материал можно представить состоящим из твердого каркаса, обеспечивающего прочность и воздушных пор.
Открытая пористость П0 равна отношению суммарного объема всех пор, насыщающихся водой, к объему материала Ve:
Закрытая пористость Пз=П-П0;
Пористый материал обычно содержит и открытые, и закрытые поры; увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает его долговечность. Однако в звукопоглощающих материалах и изделиях умышленно создается открытая пористость и перфорация, необходимые для поглощения звуковой энергии.
Рисунок- 2. Интегральные кривые распределения пор по радиусам (пунктиром показана кривая гистерезиса)
Распределение пор по размерам характеризуется:
а) интегральной кривой распределения объема пор по их радиусам в единице объема материала (рис. 2);
б) дифференциальной кривой распределения объема пор по их радиусам (рис. 3).
Рисунок-3. Дифференциальная кривая распределения пор по радиусам
Ртутная порометрия позволяет определить размер (радиус) пор и объем пор каждого размера, а также оценить форму пор. Ртуть не смачивает большинство неорганических строительных материалов и проникает в поры лишь под действием приложенного давления; при повышении давления ртуть будет проникать во все более мелкие поры, что видно из следующего уравнения:Pd=-4σ cos θ
где Р — прилагаемое давление; d — диаметр пор; σ — поверхностное натяжение ртути; θ — краевой угол смачивания ртути и анализируемого материала.
Уравнение показывает, что при нулевом избыточном давлении несмачивающая жидкость не будет проникать в поры. Диаметр пор для определенного давления получают из приведенного уравнения, правая часть которого для данного материала величина постоянная.
Рисунок-4. График зависимости между давлением ртути (в поромере) и размером пор
Уравнение показывает, что при нулевом избыточном давлении несмачивающая жидкость не будет проникать в поры.Диаметр пор для определенного давления получают из приведенного уравнения, правая часть которого для данного материала величина постоянная.На рисунке-4 приведено соотношение между давлением и диаметром пор.
Интегральные кривые распределения пор по их размерам приведены на рис. 2 для четырех различных материалов: по оси x отложены радиусы пор, а по оси у — объем пор данного размера (он равен объему заполняющей их ртути). Кривая 1 характерна для материалов с большим объемом крупных пустот размером более 10 мкм. Гистерезис (на кривой 1) показывает, что поры имеют «бутылочную» форму и некоторый объем ртути в них остается после снятия давления. Кривая 2 получена для порошка с большим объемом пустот (4 — 6 мкм) между зернами. Наоборот, для материала 3 характерна мелкая пористость. Кривая 4 характерна для материала с однородной структурой с порами 0,02 — 0,04 мкм.
В современных поромерах измерение пористости автоматизировано, и результат выдается в готовом виде в цифровой и графической формах.
Дифференциальная кривая распределения объема пор Vп по их размерам (см. рис. 3): (dVп/dr)=ƒv(r),где (dVп/dr)-тангенс угла наклона касательной к интегральной кривой.Площадь под дифференциальной кривой (на рис. 3 заштрихована) равна суммарному объему пор в единице объема материала.
Удельную поверхность порового пространства вычисляют, используя средний условный радиус пор, или определяют прямыми адсорбционными методами (по адсорбции водяного пара, азота и другого инертного газа). Удельная поверхность S(см²/г) пропорциональна массе m адсорбированного водяного пара ( или газа), необходимый для полного покрытия мономолекулярным слоем всей внутренней поверхности пор ( в 1г на 1 г сухого материала):
Все свойства материала определяются его составом и строением и прежде всего величиной и характером пористости. Это видно из данных табл. 1, в которой попарно сопоставлены плотные и пористые материалы, имеющие в основном общий химический состав.
***** РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!
Свойства и эффективность
Связь состава, структурыи свойств строительных материалов
Строительные материалы — это природные и искусственные материалы и изделия, используемые при строительстве и ремонте зданий и сооружений. Различия в назначении и условиях эксплуатации зданий и сооружений определяют разнообразные требования к строительнымматериалам и их обширную номенклатуру.
Физические свойства
Масса — совокупность материальных частиц (атомов, молекул, ионов), содержащихся в данном теле. Масса обладает определенным объемом, т. е. занимает часть пространства. Она постоянна для данного вещества и не зависит от скорости его движения и положения в пространстве. Тела одинакового объема, состоящие из различных веществ, имеют неодинаковую массу. Для характеристики различий в массе веществ, имеющих одинаковый объем, введено понятие плотности, последняя подразделяется на истинную и среднюю.
Истинная плотность — отношение массы к объему материала в абсолютно плотном состоянии, т. с. без пор и пустот. Чтобы определить истинную плотность р (кг/м3, г/см3), необходимо массу материала (образца) m (кг, г) разделить на абсолютный объем Va:
Зачастую истинную плотность материала относят к истинной плотности воды при 4 ° С, которая равна 1 г/см3, тогда определяемая истинная плотность становится как бы безразмерной величиной.
| Материал | Плотность, кг/м 3 | |
| истинная | средняя | |
| Стали | 7850—7900 | 7800—7850 |
| Гранит | 2700—2800 | 2600—2700 |
| Известняк (плотный) | 2400—2600 | 1800—2400 |
| Песок | 2500—2600 | 1450—1700 |
| Цемент | 3000—3100 | 900—1300 |
| Керамический кирпич | 2600—2700 | 1600—1900 |
| Бетон тяжелый | 2600—2900 | 1800—2500 |
| Сосна | 1500—1550 | 450—600 |
| Поропласты | 1000—1200 | 20—100 |
На величину средней плотности влияет влажность материала: чем выше влажность, тем больше средняя плотность. Среднюю плотность материалов необходимо знать для расчета их пористости, теплопроводности, теплоемкости, прочности конструкций (с учетом собственной массы) и подсчета стоимости перевозок материалов.
Пористостью материала называют степень заполнения его объема порами. Пористость П дополняет плотность до 1 или до 100 % и определяется по формулам:
Пористость различных строительных материалов колеблется в значительных пределах и составляет для кирпича 25—35%, тяжелого бетона 5—10%, газобетона 55— 85%, пенопласта 95 %, пористость стекла и металла равна нулю. Большое влияние на свойства материала оказывает не только величина пористости, но и размер, и характер пор: мелкие (до 0,1 мм) или крупные (от 0,1 до 2мм), замкнутые или сообщающиеся. Мелкие замкнутые поры, равномерно распределенные по всему объему материала, придают материалу теплоизоляционные свойства.
Плотность и пористость в значительной степени определяют такие свойства материалов, как водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, тепло-проводность и др.
Водопоглощение — способность материала впитывать воду и удерживать ее. Величина водопоглощения определяется разностью массы образца в насыщенном водой и абсолютно сухом состояниях. Различают объемное водопоглощение Wv, когда указанная разность отнесена к объему образца, и массовое водопоглощение Wm, когда эта разность отнесена к массе сухого образца. Водопоглощение по объему и по массе выражают в процентах и вычисляют по формулам:
Насыщение материалов водой отрицательно влияет на их основные свойства: увеличивает среднюю плотность и теплопроводность, понижает прочность.
Степень снижения прочности материала при предельном его водонасыщении, т.е. состоянии полного насыщения материала водой, называется водостойкостью и характеризуется значением коэффициента размягчения:
где Кразм — коэффициент размягчения; Rнас — предел прочности при сжатии материала в насыщенном водой состоянии, МПа;
Rсух — то же, сухого материала.
Влажность материала определяется содержанием влаги, отнесенным к массе материала в сухом состоянии. Влажность материала зависит как от свойств самого материала (пористости, гигроскопичности), так и от окружающей его среды (влажность воздуха, наличие контакта с водой).
Влагоотдача — свойство материала отдавать влагу окружающему воздуху, характеризуемое количеством воды (в процентах по массе или объему стандартного образца), теряемой материалом в сутки при относительной влажности окружающего воздуха 60% и температуре 20’С.
Величина влагоотдачи имеет большое значение для многих материалов и изделий, например стеновых панелей и блоков, мокрой штукатурки стен, которые в процессе возведения здания обычно имеют повышенную влажность, а в обычных условиях благодаря влагоотдаче высыхают: вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала стен и влажностью окружающего воздуха, т. е. пока материал не достигнет воздушно-сухого состояния.
Гигроскопичностью называют свойство пористых материалов поглощать определенное количество воды при повышении влажности окружающего воздуха. Древесина и некоторые теплоизоляционные материалы вследствие гигроскопичности могут поглощать большое количество воды, при этом увеличивается их масса, снижается прочность, изменяются размеры. В таких случаях для деревянных и ряда других конструкций приходится применять защитные покрытия.
Водопроницаемость — свойство материала пропускать воду под давлением. Величина водопроницаемости характеризуется количеством воды, прошедшей в течение 1ч через 1 см 2 площади испытуемого материала при постоянном давлении. К водонепроницаемым материалам относятся особо плотные материалы (сталь, стекло, битум) и плотные материалы с замкнутыми порами (например, бетон специально подобранного состава).
Морозостойкость — свойство насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.
Замерзание воды, заполняющей поры материала, со-провождается увеличением ее объема примерно на 9%. в результате чего возникает давление на стенки пор, приводящее к разрушению материала. Однако во многих пористых материалах вода не может заполнить более 90% объема доступных пор, поэтому образующийся при замерзании воды лед имеет свободное пространство для расширения. Разрушение материала наступает только после многократного попеременного замораживания и оттаивания.
Паро- и газопроницаемость — свойство материала пропускать через свою толщу под давлением водяной пар или газы (воздух). Все пористые материалы при наличии незамкнутых пор способны пропускать пар или газ.
Паро– и газопроницаемость материала характеризуется соответственно коэффициентом паро- или газопроницаемости, который определяется количеством пара или газа в л, проходящего через слой материала толщиной 1м и площадью 1м 2 в течение 1ч при разности парциальных давлений на противоположных стенках 133,3 Па.
Знать теплопроводность материала необходимо при теплотехническом расчете толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при определении требуемой толщины тепловой изоляции горячих поверхностей, например трубопроводов, заводских печей и т. д.
Теплоемкость — свойство материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты и выделять ее при охлаждении.
Показателем теплоемкости служит удельная теплоемкость, равная количеству теплоты (Дж), необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 °С. Удельная теплоемкость, кДж (кг-°С), искусственных каменных материалов 0,75–0,92, древесины — 2,4–2,7, стали — 0,48, воды — 4.187.
Теплоемкость материалов учитывают при расчетах теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, подогрева составляющих бетона и раствора для зимних работ, а также при расчете печей.
Огнестойкость — способность материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара. По степени огнестойкости строительные материалы делят на несгораемые, трудно сгораемые и сгораемые.
Несгораемые материалы под действием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К этим материалам относят природные каменные материалы, кирпич, бетон, сталь. Трудно сгораемые материалы под действием огня с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются. При-мером таких материалов могут служить древесно-цементный материал фибролит и асфальтовый бетон. Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня. К этим материалам в первую очередь следует отнести дерево, войлок, толь и рубероид.
Огнеупорностью называют свойство материала вы-держивать длительное воздействие высокой температуры, не расплавляясь и не деформируясь. По степени огнеупорности материалы делят на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие.
Огнеупорные материалы способны выдерживать про-должительное воздействие температуры свыше 1580°С. Их применяют для внутренней облицовки промышленных печей (шамотный кирпич). Тугоплавкие материалы выдерживают температуру от 1350 до 1580°С (гжельский кирпич для кладки печей). Легкоплавкие материалы размягчаются при температуре ниже 1350 °С (обыкновенный глиняный кирпич).
Теплопроводность — свойство материала передавать через толщу теплоту при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Теплопроводность материала оценивается количеством теплоты, проходящей через стену из испытуемого материала толщиной 1м, площадью 1м 2 за 1ч при разности температур противоположных поверхностей стены 1 °С. Теплопроводность измеряется в Вт/(м•К) или Вт/(м• ° С).
Теплопроводность материала зависит от многих факторов: природы материала, его строения, пористости, влажности, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Материал кристаллического строения обычно более теплопроводен, чем материал аморфного строения. Если материал имеет слоистое или волокнистое строение, то теплопроводность его зависит от направления потока теплоты по отношению к волокнам, например, теплопроводность древесины вдоль волокон в 2 раза больше, чем поперек волокон.
На теплопроводность материала в значительной мере влияют величина пористости, размер и характер пор. Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые, даже если их пористость одинакова. Материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами. Теплопроводность однородного материала зависит от величины его средней плотности. Так, с уменьшением плотности материала теплопроводность уменьшается и наоборот. Теплопроводность в воздушно-сухом состоянии тяжелого бетона 1,3—1,6, керамического кирпича 0,8—0,9, минеральной ваты 0,06—0,09 Вт/(м• ° С).
Механические свойства
Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться разрушающему или деформирующему воздействию внешних сил. К механическим свойствам относят прочность, упругость, пластичность, хрупкость, сопротивление удару, твердость, истираемость, износ.
Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних нагрузок. Под воздействием различных нагрузок материалы в зданиях и сооружениях испытывают различные внутренние напряжения (сжатие, растяжение, изгиб, срез и др.). Прочность является основным свойством большинства строительных материалов, от ее значения зависит величина нагрузки, которую может воспринимать данный элемент при заданном сечении.
Строительные материалы в зависимости от происхождения и структуры по-разному противостоят различным напряжениям. Так, материалы минерального происхождения (природные камни, кирпич, бетон и др.) хорошо сопротивляются сжатию, значительно хуже срезу и еще хуже растяжению, поэтому их используют главным образом в конструкциях, работающих на сжатие. Другие строительные материалы (металл, древесина) хорошо работают на сжатие, изгиб и растяжение, поэтому их с успехом применяют в различных конструкциях (балки, фермы и т.п.). работающих на изгиб.
| Материалы | Предел прочности, МПа, при | ||
| сжатии | изгибе | растяжении | |
| Гранит | 150—250 | 3—5 | |
| Тяжелый бетон | 10—50 | 2—8 | 1—4 |
| Керамический кирпич | 7,5—30 | 1,8—4,4 | — |
| Сталь | 210—600 | — | 380—900 |
| Древесина (вдоль волокон) | 30—65 | 70—120 | 55—150 |
| Стеклопластик | 90—150 | 130—250 | 60—120 |
Прочность строительных материалов обычно характеризуется маркой, которая соответствует по величине пределу прочности при сжатии, полученному при испытании образцов стандартных форм и размеров.
Хрупкость — свойство материала мгновенно разрушаться под действием внешних сил без предварительной деформации. К хрупким материалам относят природные камни, керамические материалы, стекло, чугун, бетон и т. п.
Твердость — свойство материала сопротивляться прониканию в него другого материала, более твердого. Это свойство имеет большое значение для материалов, используемых в полах и дорожных покрытиях. Кроме того, твердость материала влияет на трудоемкость его обработки.
Существует несколько способов определения твердости материалов. Твердость древесины, бетона определяют, вдавливая в образцы стальной шарик. О величине твердости судят по глубине вдавливания шарика или по диаметру полученного отпечатка. Твердость природных каменных материалов определяют по шкале твердости (метод Мооса), в которой десять специально подобранных минералов расположены в такой последовательности, когда следующий по порядку минерал оставляет черту (царапину), на предыдущем, а сам им не прочерчивается (табл. 3). Например, если испытуемый материал чертится апатитом, а сам оставляет черту (царапину) на плавиковом шпате, то его твердость соответствует 4,5.
Истираемость — свойство материала изменяться в объеме и массе под воздействием истирающих усилий. От истираемости зависит возможность применения материала для устройства полов, ступеней, лестниц, троту-9ров и дорог. Истнраемость материалов определяют в лабораториях на специальных машинах — кругах истирания.
Износом называют разрушение ‘материала при совместном действии истирания и удара.
Упругость — свойство материала деформироваться под нагрузкой и принимать после снятия нагрузки первоначальные форму и размеры. Наибольшее напряжение, при котором материал еще обладает упругостью, называется пределом упругости. Упругость является положительным свойством строительных материалов. В качестве примера упругих материалов можно назвать резину, сталь, древесину.
Пластичность — способность материала изменять под нагрузкой форму и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившиеся форму и размеры после удаления нагрузки. Это свойство противоположно упругости. Примером пластичного материала служат свинец, глиняное тесто, нагретый битум.
Химические свойства
Химические свойства характеризуют способность материала к химическим превращениям под воздействием веществ, с которыми он находится в соприкосновении. Химические свойства материала весьма разнообразны, основные из них—химическая и коррозионная стойкость. Химическая стойкость—способность материалов противостоять разрушающему влиянию щелочей, кислот, растворенных в воде солей и газов.
Коррозионная стойкость— свойство материалов со-противляться коррозионному воздействию среды.
Многие строительные материалы не обладают этими свойствами. Так, почти все цементы плохо сопротивляются действию кислот, битумы сравнительно быстро разрушаются под действием концентрированных растворов щелочей, древесина не стойка к действию тех и других. Лучше сопротивляются действию кислот и щелочей некоторые виды природных каменных материалов (диабаз, андезит, базальт), плотная керамика, а также большинство материалов из пластмасс.
Вывод: на основе описанных выше связи свойств, состава, и структуры строительных материалов можно понять что связь самая непосредственная.
Пористые материалы – структура пористая (поры замкнутые иле нет), водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность.
Что такое коррозия строительных материалов?
Коррозионная стойкость — свойство материалов со-противляться коррозионному воздействию среды.
Многие строительные материалы не обладают этими свойствами. Так, почти все цементы плохо сопротивляются действию кислот, битумы сравнительно быстро разрушаются под действием концентрированных растворов щелочей, древесина не стойка к действию тех и других. Лучше сопротивляются действию кислот и щелочей некоторые виды природных каменных материалов (диабаз, андезит, базальт), плотная керамика, а также большинство материалов из пластмасс.
Древесина — стойкость древесины различных пород к действию агрессивных сред (растворов солей, щелочей и кислот) неодинакова. Древесина хвойных пород характеризуется большей коррозионной стойкостью, чем древесина лиственных пород. При длительном воздействии кислот и щелочей древесина медленно разрушается. Интенсивность разрушения зависит от концентрации растворов, например, слабощелочные растворы, почти не разрушают древесины, а действию слабых растворов минеральных кислот она сопротивляется лучше, чем бетон. В морской воде древесина хуже сохраняется, чем в речной. Коррозией древесины можно считать её разрушение из-за гниения, полного разложения.
Металлы — коррозией называют разрушение металла под воздей-ствием окружающей среды. В результате коррозии безвозвратно теряется около 10—12 % ежегодного производства черных металлов.
Виды коррозии. В зависимости от механизма процесса разрушения металла коррозия может быть химической и электрохимической.
Химическая коррозия возникает при действии па металл сухих газов или жидкостей органического происхождения, которые не являются электролитами. Примером химической коррозии служит окисление металла при высоких температурах, в результате чего на его поверхности возникает продукт окисления—окалина. Данный вид коррозии встречается редко.
Электрохимическая коррозия образуется в результате Бездействия на металл электролитов (растворов кислот, щелочей и солей). Ионы металла переходят в раствор, при этом металл постепенно разрушается. Этот вид коррозии может также возникать при контакте двух разнородных металлов в присутствии электролита, когда между этими металлами проходит гальванический ток. В гальванической паре любых двух металлов будет разрушаться тот металл, который стоит ниже в ряду электрохимических напряжений. Например, железо в ряду напряжений расположено выше цинка, по ниже меди, следовательно, при контакте железа с цинком будет разрушаться цинк, а при контакте железа с медью–железо. В металлах, из-за наличия неоднородных структурных составляющих может возникнуть микрокоррозия. Распространяясь по границам зерен металла, она вызывает межкристаллическую коррозию.
Классификация породообразующих минералов
В природе насчитывается более 2000 минералов, но в образовании горных пород участвует лишь около 50, носят они название породообразующих. Каждый минерал характеризуется определенными химическим составом и физическими свойствами: плотностью, твердостью, прочностью, стойкостью, характером излома, блеском, цветом и др.
Большинство породообразующих минералов имеет кристаллическую структуру и обладает анизотропией свойств т.е. у анизотропных минералов физические свойства неодинаковы по различным кристаллографическим направлениям. Строительные свойства горных пород определяются химическим составом породообразующих минералов и их основными физико-механическими свойствами.
Полевые шпаты — довольно распространенные минералы, участвующие в образовании многих горных пород, По химическому составу полевые шпаты представляют собой алюмосиликаты калия, натрия или кальция. Полевые шпаты характеризуются хорошо выраженной спайностью по двум направлениям. Из разновидностей полевых шпатов в природе различают:
Большое содержание слюд придает горной породе слоистость, снижает ее прочность и стойкость, затрудняет полировку.
Какие изделия относятся к эффективной керамике?
Для уменьшения массы и толщины наружных стен взамен обычного кирпича широко применяют эффективные керамические материалы, которые характеризуются меньшей плотностью, более низкой теплопроводностью, чем обычный кирпич, но обладают достаточной прочностью.
По теплотехническим свойствам и плотности кирпич и камни в высушенном до постоянной массы состоянии подразделяют на эффективные, улучшающие теплотехнические свойства стен зданий и позволяющие уменьшить их толщину по сравнению с толщиной стен из обыкновенного кирпича (кирпич плотностью не более 1400 кг/м 3 и камни плотностью не более 1450 кг/м 3 ) и условно эффективные, улучшающие теплотехнические свойства ограждающих конструкций (кирпич плотностью свыше 1400 кг/м 3 и камни плотностью 1450—1600 кг/м 3 ).
К эффективным стеновым керамическим материалам относят пустотелые керамические кирпич и камни (рис. 1). Они имеют форму прямоугольного параллелепипеда с ровными гранями на лицевых поверхностям Пустоты в кирпиче и камнях должны располагаться перпендикулярно или параллельно постели и могут быть сквозными или несквозными. Диаметр цилиндрических сквозных пустот не более 16 мм, ширина щелевидных пустот не более 12 мм. Толщина наружных стенок кирпича и камней должна быть не менее 12 мм. Водопоглощение пустотелых изделий не менее 6%. По прочности кирпич и камни подразделяют на марки: 300, 250, 200, 175, 150, 125. 100, 75, а по морозостойкости — на марки: Мрз 15, 25, 35 и 50.
Рисунок 1. Керамический кирпич
с 19 (а), 32 (б), 18 (в) и 28 (г) пустотами
Пустотелый кирпич применяют для кладки наружных и внутренних стен зданий и для заполнения стен каркасных зданий. Не разрешается использовать этот кирпич для кладки стен зданий бань, прачечных и т. п. Из пустотелых камней возводят несущие стены и перегородки, стены каркасных зданий, изготовляют кирпичные панели. Применяя пустотелые керамические камни, удается снизить толщину и массу стен, снизить трудоемкость кладки и ее стоимость.
Виды стеклянных материалов и изделий
Основные сведения о стекле
Стеклом называют твердый, аморфный, прозрачный в той или иной области оптического диапазона (в зависимости от состава) материал, получаемый из переохлажденных жидких минеральных расплавов, содержащих стеклообразующие компоненты (оксиды кремния, бора, алюминия и др.) и оксиды металлов (лития, калия, магния, свинца и т. д.).
Стекольная промышленность нашей страны выпускает несколько разновидностей листового стекла: обычное оконное, витринное, армированное, узорчатое, теплопоглощающее и др.
В строительстве наиболее широко применяют неполированное бесцветное листовое оконное стекло. Его выпускают в виде листов толщиной 2—6 мм и размером от 400×400 до 1600×2200 мм, которые имеют светопропускание 85—90%.
Витринное стекло в виде крупноразмерных полированных и неполированных полотен толщиной 6–10 мм служит для остекления магазинов, ресторанов, кинотеатров, выставочных залов, вокзалов и т. п.
Армированное стекло изготовляют методом горизонтального проката с запрессовкой в расплавленную стекломассу металлической сетки. Оно обладает повышенной огнестойкостью и безопасностью. Его применяют для остекления фонарей верхнего света, перегородок и устройства ограждений балконов.
Узорчатое стекло получают прокатом бесцветной или цветной расплавленной стекломассы награвированных валках. Эта разновидность листового стекла характеризуется декоративностью и светорассеивающей способностью. Его используют в качестве элемента архитектурного оформления, а также для остекления оконных проемов, перегородок и дверей в тех случаях, когда требуется отсутствие сквозной видимости или рассеянный свет.
Теплопоглощающее стекло содержит в своем составе добавки, обеспечивающие преимущественное поглощение инфракрасных лучей солнечного спектра. Его применяют для уменьшения солнечной радиации.
В настоящее время из стекла изготовляют изделия широкой номенклатуры: пустотелые стеклянные блоки, стеклопакеты, стеклянные трубы, дверные полотна, облицовочные плитки и др.
Пустотелые стеклянные блоки получают путем сваривания двух отпрессованных из стекломассы половинок. Рисунок на лицевой стороне блока сообщает ему светорассеивающую способность.
Стеклопакеты— строительное изделие из двух или более листов стекла, соединенных по периметру металлической рамкой так, что между ними образуется замкнутое пространство, заполненное сухим воздухом. Стеклопакеты изготовляют из листового стекла: обычного оконного, закаленного, теплопоглощающего и др. Ис-пользуют их для застекления зданий. Окна из стеклопакетов не запотевают и не замерзают. Звукопроницаемость окон уменьшается в 2—3 раза, снижается расход древесины на 1 м 3 оконного блока примерно в 1,5—2 раза, улучшается внешний вид зданий.
Стеклопрофилит (стекло профильное) представляет собой крупногабаритное строительное изделие из стекла коробчатого, таврового, ребристого или другого профиля. Получают его методом непрерывного проката из армированного и неармированного, бесцветного и окрашенного стекла. Применяют стеклопрофилит для вертикальных и горизонтальных светопрозрачных ограждений, остекления фонарей и устройства перегородок промышленных и других зданий.
Стеклянные трубы изготовляют способом вертикального или горизонтального вытягивания и центробежным формованием. Их выпускают диаметром от 0,1—40 (тонкостенные) до 50—200 мм (толстостенные) и длиной 1,5—3 м. Они рассчитаны на температуру жидкости до 120 ° С и давление 0,3 МПа.
Стеклянные трубы широко применяют в пищевой, ме-дицинской, химической и других отраслях промышленности для удаления или транспортирования агрессивных жидкостей. Трубопроводы из стекла прозрачны, гигиеничны и имеют гладкую поверхность, что уменьшает сопротивление перемещаемых в них жидкостей. Соединяют стеклянные трубы при помощи соединительных и уплотняющих устройств — муфт, резиновых манжет — с затяжкой металлическими поясами.
Дверные полотна изготовляют из крупногабаритного листового стекла, подвергнутого закалке. Полотна имеют обработанные кромки и пазы для крепления металлической фурнитуры. Служат они для устройства наружных и внутренних дверей в торговых помещениях, павильонах и т. п.
Облицовочные стеклянные плитки по прочностным и эксплуатационным свойствам превосходят керамические. Выпускают плитки эмалированные, одна из поверхностей которых покрыта цветной или белой эмалью; коврово-мозаичные из непрозрачного (полуглушеного) стекла различных цветов и плитки «марблит» из цветного глушеного стекла с полированной лицевой и риф.
Стеклокристаллит — новый декоративно-облицовочный материал, изготовляемый методом кристаллизации с одновременным процессом огневой полировки лицевой поверхности стеклокристаллического гранулированного материала с последующей его термообработкой. Стекло-1/ исталлит выпускают в виде плит размером 600×400, 400×300 и 300×200 мм и толщиной от 25 до 12 мм. Лицевая сторона плит полированная, может иметь различную расцветку или имитировать природные камни. Используют его для выполнения декоративных панно, облицовки наружных и внутренних поверхностей стен, настилки полов в общественных зданиях.
Основные теории твердения портландцемента
Твердение портландцемента. При затворении порт-ландцемента водой сначала образуется пластичное клейкое цементное тесто, которое затем постепенно загустевает, переходя в камневидное состояние. Твердение и есть процесс превращения цементного теста в цементный камень.
Основы теории твердения портландцемента разработаны А. А. Байковым и дополнены В. А. Киндом, В. Н. Юнгом, Ю. М. Буттом, П. А. Ребиндером, Н. А. Тороповым, А. Е. Шейкиным, А. В. Волженским и др. Согласно этой теории при твердении портландцемента различают три периода: растворение, коллоидация и кристаллизация.
При смешивании портландцемента с водой в начальный период происходит растворение клинкерных минералов с поверхности цементных зерен, взаимодействие минералов с водой и образование насыщенного по отношению к клинкерным минералам раствора. По достижении насыщения растворение клинкерных минералов прекращается, но реакции между ними и водой продолжаются. Реакции присоединения воды к клинкерным минералам называют реакциями гидратации, а реакции разложения клинкерных минералов под действием воды на другие соединения — реакциями гидролиза.
Во втором периоде в насыщенном растворе идут реакции гидратации клинкерных минералов в твердом состоянии, т. е. происходит прямое присоединение воды к твердой фазе вяжущего без предварительного его растворения. Продуктами этих реакций являются гидратные новообразования в коллоидном виде. Период коллоидации сопровождается повышением вязкости цементного теста, обусловливающим схватывание цемента.
В третьем периоде протекают процессы перекристаллизации мельчайших коллоидных частиц новообразований, т. е. растворение мельчайших частиц и образований крупных кристаллов. Кристаллизация сопровождается твердением цементного теста и ростом прочности образовавшегося цементного камня.