КРАСОВСКИЙ ПРАКТИКУМ ПО СТР.МАТЕР

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Экономика строительства и технология строительных материалов»

П.С. Красовский

ПРАКТИКУМ ПО СТРОИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ

Рекомендовано Методическим советом ДВГУПС

в качестве учебного пособия

Хабаровск Издательство ДВГУПС

2012

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

УДК 691 (075.8)

ББК Н30я73

К 784

Рецензенты:

Кафедра «Строительные материалы и изделия»

Тихоокеанского государственного университета (заведующий кафедрой кандидат технических наук, профессор

Н.И. Ярмолинская)

Кандидат экономических наук, директор некоммерческого партнерства «Кадастровые инженеры Дальнего Востока»

А.Л. Журавель

Красовский, П.С.

К 784 Практикум по строительным материалам : учеб. пособие / П.С. Красовский. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2012. – 151 с. : ил.

Учебное пособие является элементом методического обеспечения спе- циализированного модуля «Строительные материалы», входящего в пере- чень основных образовательных программ бакалавров, магистров и спе- циалистов, сопровождающегося выполнением лабораторных и практиче- ских работ с целью более квалифицированного использования конструк- ционных и отделочных материалов.

Описаны основные способы определения свойств строительных мате- риалов.

Предназначено для студентов 1-го курса всех форм обучения, изучаю- щих дисциплину «Строительные материалы».

УДК 691 (075.8)

ББК Н30я73

© ДВГУПС, 2012

2

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ПРЕДИСЛОВИЕ

Строительство – одна из самых материалоемких отраслей народного хозяйства. Номенклатура строительных материалов очень велика и посто- янно пополняется. В связи с этим контроль качества материалов как на производстве, так и при применении становится обязательным компонен- том в строительной индустрии. С ростом автоматизации и механизации

производственных процессов роль лабораторного контроля характеристик исходных материалов и конечной продукции возрастает, что ведет к по-

вышению его доли в общих затратах при производстве и использовании продукции в строительстве.

В современных строительных лабораториях, оснащенных сложными испытательными машинами и приборами, проводятся испытания самых разнообразных по назначению, структуре и составу материалов. В обору- дование помимо традиционных испытательных приборов и машин (весов, измерительных приборов, прессов, разрывных машин) входят новейшие приборы, позволяющие оперативно определять прочность изделий без разрушения; камеры погоды, с помощью которых оценивается долговеч- ность материалов в разных климатических условиях и др.

Все это лишь подчеркивает важность основной задачи курса «Строи- тельные материалы» – дать будущим специалистам-строителям (бакалав- рам, инженерам и магистрам) необходимые знания о природе и физико-ме- ханических свойствах главнейших и наиболее распространенных строи- тельных материалов, ознакомить с краткими схемами производства строи- тельных материалов, способами оценки их технических свойств, правилами приемки, хранения, транспортирования и экономичного использования.

Учебное пособие составлено в соответствии с программой дисциплины «Строительные материалы» для подготовки студентов строительных спе- циальностей и содержит методические разработки к лабораторным рабо- там по основным разделам курса. В процессе выполнения лабораторных работ студенты знакомятся с методами испытаний строительных материа- лов, учатся работать с учебной и справочной литературой, определять важнейшие характеристики строительных материалов, их сорта и марки.

Выполнение самостоятельных работ направлено на развитие творче- ского мышления и профессиональных способностей студентов, умения решать вопросы прикладного характера, делать самостоятельные выводы.

3

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ВВЕДЕНИЕ

Представление о материале или предмете неразрывно связано с его свойствами. Под свойством понимается способность материала опреде-

ленным способом реагировать на отдельный или действующий вместе с другими внешний или внутренний фактор. Действие того или иного фак- тора обусловлено как составом и строением материала, так и эксплуата- ционными условиями материала в конструкциях зданий и сооружений.

Прежде чем выбрать и применить тот или другой материал в строи- тельстве, необходимо знать его физико-химические свойства, художест- венно-декоративные качества и учитывать те условия, в которых материал будет работать в строительной конструкции.

Основные свойства строительных материалов можно разделить на не- сколько групп (классификация свойств условна).

Кпервой группе свойств можно отнести физические свойства мате- риалов: плотность, абсолютную плотность, плотность и пористость. От

них в большой степени зависят другие важные в строительном отношении свойства строительных материалов.

Вторую группу составляют свойства, характеризующие отношение строительного материала к действию воды и мороза: водопоглощение, влажность, влагоотдача, гигроскопичность, водонепроницаемость, водо- и морозостойкость.

Ктретьей группе относят механические (прочностные) свойства мате- риалов: прочность, твердость, истираемость и др.

В четвертую группу объединяют свойства, характеризующие отноше- ние материалов к действию тепла: теплопроводность, теплоемкость, огне- стойкость, огнеупорность и т. д.

Помимо этого различают еще специальные свойства, присущие только отдельным видам строительных материалов.

Так, свойства некоторых материалов сопротивляться разрушающему действию кислот, щелочей, солей и газов имеют название химической (или коррозионной) стойкости.

В особую группу можно отнести технологические свойства материа- лов, которые характеризуют способность материала подвергаться механи- ческой обработке (древесина – колоться, рубиться, строгаться, пилиться; камень – полироваться; металл – литься и т. д.).

4

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Свойства материалов в большой мере связаны с особенностями их строения и со свойствами тех веществ, из которых данный материал со- стоит. В свою очередь, строение и состав материала зависят: для природ- ных материалов – от их происхождения и условий образования, а для ис- кусственных строительных материалов – от технологии производства и обработки материала.

Существует глубокая связь между свойства- ми, строением материала и условиями его обра- зования в природе или изготовления на заводе, поэтому при изучении курса строительных мате- риалов необходимо усвоить эту связь. При этом

технологию и обработку материалов следует рассматривать с точки зрения влияния ее на строение и свойства полученного материала.

Свойства материалов очень разнообразны. Одна их группа важна почти для всех строи- тельных материалов, другая – только для тех материалов, на которые может действовать во- да в условиях многократного переменного за- мораживания и оттаивания.

На лабораторных занятиях рассматриваются основные способы испытания тех или иных ма- териалов, что связано с временными затратами на освоение методик испытаний (например, оп- ределение плотности материала с использова-

нием приборов, рис. 1, 2). На самом деле круг испытаний намного шире, определяется стандартами или ТУ на материалы, и будущий специалист должен иметь об этом понятия и знать об этих видах испытаний.

Для некоторых из материалов методики одинаковы, но материалы от- личаются по свойствам, определяемым с их помощью, для других – свой- ства настолько специфичны, что и методики испытания относятся только к ним.

5

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Общие сведения

Совокупность свойств различных строительных материалов обобщает- ся термином технические свойства. Для удобства рассмотрения строи- тельно-технические свойства материалов условно делят на четыре группы: физические, механические, химические и технологические (табл. 1).

Таблица 1

Строительно-технические свойства

Группы свойств

Объединение тех или иных свойств в указанные группы связано с от- ношением материала к виду воздействия, которое оказывает на него внешняя среда. Следует лишь помнить, что формы взаимосвязи свойств

6

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

многообразны и не могут быть глубоко оценены только указанным разде- лением. Ведь кроме этих групп можно выделить биологические свойства, санитарно-гигиенические, эстетические и др. Кроме того, группа техноло-

гических и комплексных свойств является производной от первых трех (физической, механической, химической).

Поэтому приведенные системы классификации свойств, как и боль- шинство существующих, условны, и свойства материалов рассматривают- ся каждый раз конкретно при изучении отдельных курсов.

Свойства материалов оцениваются количественно, т. е. по числовым показателям, устанавливаемым путем испытаний по специальным мето- дикам, предусмотренным государственными стандартами или техниче- скими условиями. В соответствии с ними материалы делятся на марки. Признаком деления на марки обычно являются показатели основно- го свойства материала в конструкциях и сооружениях (для несущих конструкций – марки по прочности, для теплоизоляционных – объемной массе и т. д.)

1.2. Физические свойства

1. Плотность вещества ρв – масса единицы объема материала в абсо-

лютноплотном состоянии

ρв = Vm ,

где m – масса материала, г, кг, т; V – объем материала в абсолютно плот- ном состоянии (вместе с порами), см3, м3.

Если образующее материал вещество занимает весь его объем, то плотность материала численно равна плотности вещества ρв, образующего материал. Если же вещество занимает только часть объема материала, а остальной объем занят порами или пустотами, то плотность материала бу- дет меньше плотности вещества и называется плотностью материала.

2. Плотность материала ρм – масса единицы объема материала в ес-

тественном состоянии

ρм = Vm ,

где m – масса материала, кг, т; V – объем материала в естественном со- стоянии, м3.

7

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

3. Относительная плотность d – степень заполнения объема мате-

риала веществом

d = ρм .

ρв

У пористых материалов относительная плотность d < 1, у плотных d = 1. 4. Пористость n – степень заполнения объема материала порами или

пустотами.

Пористость определяется как отношение объема пор в материале Vпор ко всему объему материала Vо:

Пористость, как и относительная плотность, вычисляется в безразмер- ных единицах или в процентах. В зависимости от показателя пористости различают низкопористые (n < 30 %), среднепористые (n = 30÷50 %) и вы- сокопористые материалы (n > 50 %) (табл. 2). Первые преимущественно используются как конструкционные, последние – как теплоизоляционные.

Таблица 2

Плотность вещества, средняя плотность и пористость некоторых строительных материалов

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Важными эксплуатационно-техническими свойствами применяемых в строительстве материалов являются их физические характеристики, опре- деляющие отношение к действию воды, пара, газов.

5.Гигроскопичность – способность материала поглощать воду из воз- духа. Она зависит от структуры, количества и размера пор в материале и обусловлена природой материалов. Одни из них активно притягивают своей поверхностью (адсорбируют) молекулы воды (их называют гидро- фильными), другие (гидрофобные), наоборот, отталкивают.

Отношение количества (массы) воды, поглощенной материалом, к мас- се сухого материала называют гигроскопической влажностью Wг.

6.Влажность W – количество влаги, содержащееся в материале,

W = m1 − m m

где m – масса сухого образца, г; m1 – масса влажного образца, г.

7.Влагоотдача – способность материала отдавать влагу окружающей среде.

Она происходит при понижении влажности окружающей среды, при по- вышении температуры и зависит от строения материала. Чем мельче поры и частицы материала, тем меньше способность материала отдавать влагу.

Вестественных условиях влагоотдача идет медленно до установления равновесного состояния между влажностью воздуха и материала. Такое равновесие называется воздушно-сухим состоянием и устанавливается че- рез полгода–год после завершения строительства.

8.Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать

всебе воду. Оно зависит от пористости и гидрофильности. Количество воды, поглощенной образцом материала, отнесенное к его массе в сухом состоянии, называют водопоглощением по массе, а отнесенное к его объ- ему – водопоглощением по объему. Водопоглощение вычисляют по фор- мулам:

где m – масса сухого образца, г; m1 – масса образца, насыщенного водой, г; V – объем образца в естественном состоянии, см3.

Весовое и объемное водопоглощение связаны между собой

Wo = Wm ρ.

9

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Водопоглощение по объему отражает степень заполнения пор материала водой. Так как вода проникает не во все замкнутые пустоты и не удержива- ется в открытых, объемное водопоглощение меньше истинной пористости и в отличие от последней ее называют кажущейся пористостью.

При насыщении материала водой существенно изменяются его свойст- ва: увеличивается объемная масса, тепло- и электропроводность, линей- ные размеры, происходят некоторые структурные изменения в материале, вызывающие появление в нем внутренних напряжений, что приводит к снижению прочности материала.

9. Водостойкость – способность материала при насыщении водой со- хранять основные физико-механические свойства. Она связана с плотно- стью и структурой пор.

Водостойкость конструкционных материалов количественно характе-

ризуется коэффициентом размягчения

Кразм = R1сж ,

Rсж

где R1сж – предел прочности при сжатии образцов в насыщенном водой состоянии; Rсж – предел прочности при сжатии в сухом состоянии, МПа.

У глины К разм → 0, у металлов, стекла, фарфора Кразм = 1.

При проектировании фундаментов, опор мостов, гидротехнических и других сооружений, в которых строительные материалы подвергаются воздействию воды, предусматривается применение водостойких материа- лов с коэффициентом размягчения не ниже 0,8.

10. Влагостойкость (воздухостойкость) WR – способность материала длительно сопротивляться разрушающему действию влаги при периоди-

ческом увлажнении и высыхании

(WR < 0,65). Высокой влагостойкостью отличаются плотноспеченные ке- рамические материалы, природные каменные материалы с плотной струк- турой, металлы и их сплавы и др.

10

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com