3. Свойства и показатели качества. Взаимосвязь структуры и свойств.

Свойства – качественная отличительная характеристика материала и изделия, проявляющаяся в процессе его переработки, применения и эксплуатации.

1)физические: общеструктурные, гидрофизические, терлофизические, акустические

2) механические 3)химические 4)технологические 5)эксплутационные

Свойства материалов оцениваются числовыми показателями. Контроль качества строительных материалов проводят при их производстве, применении и в эксплуатационных условиях путем проведении испытаний по стандартным методикам, изложенным в СТБ, ГОСТ, ТУ и др. Все свойства делят на: 1)эксплуатационно-технические и

2)архитектурно-художественные (эстетические)

первые позволяют оценить функциональную пригодность материалов к их применению в строительстве.

Свойства строй. материала определяются его структурой. Для получения материала заданных свойств следует задать его внутреннюю структуру, обеспечивающую необходимые технические характеристики.

Структуру изучают на 3 уровнях:

-макроструктура – строение материала видимое невооруженным глазом

-микроструктура – строение, видимое через микроскоп

-на молекулярно-ионном уровне –невидимое в микроскоп

макроструктура твердых материалов:

- конгломераты(плотная) бетоны и керамические материалы

-ячеистая – наличие макропор (газобетоны, пенобетоны)

-мелкопористая (керамические материалы)

-волокнистая (древесина, мин. вата)

-слоистая (получена путем соединения нескольких слоев)

-рыхло-зернистая (заполнители)

-порошкообразная

- изотропная (обладают одинаковыми свойствами во всех направлениях, стекло, метал)

-анизотропная (древесина, мин. вата)

по взаимному расположению атомов в молекулах: кристаллические (ситалл), аморфные (стекло) и нестабильной структуры.

4.Основные физические свойства строй. Материалов. Определение, формулы, единицы измерения, взаимосвязь с другими свойствами, примеры численных значений.

Средняя плотность ρ₀ массы m единицы объёма V₁ абсолютно сухого материала в естественном состоянии; она выражается в г/см³, кг/л, кг/м³. Колеблется от 5 до 7850 кг/м³

Кирпич пустотелый – 1450, полнотелый – 1700-1900

Насыпная плотность сыпучих материалов ρ_н массы m единицы объёма V_н просушенного свободно насыпанного материала; она выражается в г/см³, кг/л, кг/м³.

Истинная плотность ρ массы m единицы объёма V материала в абсолютно плотном состоянии; она выражается в г/см³, кг/л, кг/м³.

Пористость П - степень заполнения объёма материала порами, пустотами.

Пористость бывает открытая и закрытая

Пустотность- объем пустот и открытых пор в объеме сыпучего материала, выражается в %

От плотности зависят технические свойства материала, прочность, теплопроводность. Плотность зависит от пористости и влажности материала. С увеличением влажности плотность увеличивается. По пористости можно приближенно судить о плотности, прочности, водопоглощении, долговечности.

5. Гидрофизические свойства

Водопоглощение — это способность пористого материа­ла впитывать и удерживать в порах капельножидкую вла­гу. Различают водопоглощение по массе и водопоглощение по объему.

Водопоглощение по массе (W_M, %) равно отношению массы воды т_В.Н, полностью насыщающей материал, к массе сухого материала т:W_M = (m_B.Н./m)*100. Водопоглощение по объему (W₀, %) характеризует сте­пень заполнения объема материала водой. Вычисляют водопоглощение как отношение объема воды V_B.H , при пол­ном насыщении материала к его объему V_e: W₀ = (V_B/H/V_e) * 100.

Влажность (W) — отношение массы воды, находящей­ся в данный момент в материале m_B к массе (реже — к объему) материала в сухом состоянии т_с:

W =(m_B/m_C)* 100. Влажность может изменяться от нуля, когда материал сухой, до величины W_M, соответствующей максимальному водосодержанию. Увлажнение приводит к изменению мно­гих свойств материала. Повышается масса строительной конструкции, возрастает теплопроводность, под влиянием расклинивающего действия воды уменьшается прочность материала.

Водостойкость — свойство материала сохранять проч­ность при насыщении его водой. Критерием водостойкос­ти строительных материалов служит коэффициент раз­мягчения (К_P) — отношение прочности при сжатии мате­риала, насыщенного водой R_B, к прочности при сжатии су­хого материала R_c.

K_p = R_B/R_c. (1.10)

Материалы, у которых коэффициент размягчения боль­ше 0,75, называют водостойкими.

Водонепроницаемость — свойство материала сопротив­ляться проникновению в него воды под давлением. Это свойство особенно важно для бетона, воспринимающего напор воды (трубы, резервуары, плотины). Для гидроизоляционных материалов водонепро­ницаемость характеризуется временем, по истечении кото­рого появляется просачивание воды под определенным давлением через образец материала (мастика, гидроизол).

Гигроскопичность — свойство капиллярно-пористого материала поглощать влагу из воздуха. С увеличением от­носительной влажности воздуха и снижением температуры гигроскопичность повышается.

Гигроскопичность отрицательно сказывается на свойст­вах строительных материалов. Так, цемент при хранении под влиянием влаги воздуха гидратируется и комкуется, при этом снижается его марка. Весьма гигроскопична дре­весина, от влаги она разбухает, коробится и трескается.

Морозостойкость — свойство материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения и без значительного снижения прочности и массы. Как известно, вода, находящаяся в порах материала, при переходе в лед увеличивается в объеме примерно на 9... 10% и вызывает растягивающие напряжения.

K_f=R_f|R_нас, где K_f - коэффициент морозостойкости (>0.7), R_f – предел прочности на сжатие подвергнутых n замораживаниям образцов, R_нас - предел прочности водонасыщенных образцов.

6.Теплофизические свойства При воздействии статических или циклических тепло­вых факторов материал характеризуется теплофизическими свойствами. Они важны для теплоизоляционных и жа­ростойких материалов, для материалов ограждающих кон­струкций и для изделий, твердеющих при тепловой обра­ботке. Теплоемкость — свойство материала поглощать при на­гревании и отдавать при охлаждении определенное коли­чество теплоты. Теплоемкость — мера энергии, необходи­мой для повышения температуры материала. Теплоемкость, отнесенную к единице массы, называют удельной теплоемкостью С и измеряют в Дж/(кг *°С). Удельная теплоемкость — это количество теплоты, необхо­димое дня нагревания 1 кг материала на 1 °С. У органиче­ских материалов теплоемкость обычно выше, чем у неор­ганических. Численные характеристики теплоемкости используют при расчете теплоустойчивости ограждающих конструкций. Кроме того, значения С надо знать, рассчи­тывая затраты на топливо и энергию для обогрева матери­алов и конструкций при зимних работах. Теплопроводность — свойство материала передавать че­рез свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на противоположных поверхностях. Это свойство имеет важное значение для строительных ма­териалов, применяемых при устройстве ограждающих кон­струкций (стен, покрытий и перекрытий), и материалов, предназначенных для тепловой изоляции. Теплопровод­ность материала зависит от его строения, химического со­става, пористости и характера пор, от влажности и темпе­ратуры, при которой происходит передача теплоты. Теплопроводность характеризуют коэффициентом теплопроводности, указывающим, какое количество теп­лоты в Дж способен пропустить материал через 1 м² по­верхности при толщине материала 1 м и разности темпера­тур на противоположных поверхностях 1 °С в течение 1 ч. Тепловое расширение — свойство материала изменять размеры при нагреве и охлаждении. Для численной харак­теристики такого явления используют температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), который показывает, на какую долю первоначальной длины расши­ряется материал при повышении температуры на 1 °С. Вследствие термических и усадочных деформаций в со­оружениях большой протяженности могут образоваться недопустимые по условиям эксплуатации перекосы, тре­щины или разрывы. Чтобы этого не произошло, устраивают температурно-усадочные (деформационные) швы, которые как бы разрезают сооружение. Огнестойкость — свойство материала выдерживать без разрушения воздействие высоких температур, пламени и воды в условиях пожара. Материал в таких условиях либо сгорает, либо растрескивается, сильно деформируется, раз­рушается от потери прочности. По огнестойкости различа­ют материалы несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры не горят и не обугливаются. Это кирпич, бетон и др. Однако некоторые несгораемые мате­риалы — мрамор, стекло, асбестоцемент — при резком на­гревании разрушаются, а стальные конструкции сильно деформируются и теряют прочность. Трудносгораемые материалы — под действием огня или высокой температуры медленно воспламеняются, но после удаления источника огня их тление или горение пре­кращается. Сгораемые материалы под действием огня или высо­кой температуры горят и продолжают гореть после удале­ния источника огня. Это древесина, обои, битуминозные кровельные и полимерные материалы и др. Огнеупорность — свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не дефор­мируясь и не размягчаясь. Огнеупорные материалы, при­меняемые для внутренней футеровки промышленных пе­чей.Тугоплавкие материалы (тугоплавкий печной кир­пич) выдерживают без оплавления и деформации темпера­туру 1350...1580 °С, легкоплавкие (кирпич керамический строительный) — до 1350 °С.

7. Механические свойства Механические свойства материалов определяют пове­дение конструкций под действием внешних нагрузок. По­следние вызывают либо разрушение, либо деформацию материалов. Сопротивление материалов механическому разрушению характеризуется их прочностными свойства­ми: прочностью, твердостью, истираемостью, сопротивле­нием удару, износом. Способность материалов изменять под нагрузкой форму и размеры характеризуется дефор­мационными свойствами: упругостью, пластичностью, хрупкостью и ползучестью.Прочность — свойство материала в определенных усло­виях и пределах воспринимать нагрузки или другие воздействия, вызывающие в нем внутренние напряжения, без разрушения. Мерой прочности материала является предел прочности — наибольшее напряжение, соответствующее нарастающей нагрузке, при которой образец материала разрушается.Предел прочности при сжатии или растяже­нии (R, Па,) рассчитывают по формулеR=F_разр/А где F_разр — разрушающая нагрузка, Н; А — площадь пер­воначального сечения образца в плоскости, перпендику­лярной действию нагрузки, м². Предел прочности при изгибе (R_ИЗГ) образца прямо­угольного сечения и при одной сосредоточенной нагрузке в середине пролета рассчитывают по формуле R_изг=3Fl/2bh² где F — разрушающая нагрузка, Н; l — расстояние между опорами, м; b, h — ширина и высота поперечного сечения образца, м. Прочность материала зависит от его структуры, порис­тости, влажности, дефектов строения, температуры, состо­яния поверхности и других факторов. Твердость — свойство материала сопротивляться про­никновению в него более твердого тела. Твердость ряда строительных материалов (бетона, древесины, металлов, строительного раствора) определяют специальным прибо­ром, вдавливая в них закаленный стальной шарик или ал­мазный конус, или пирамиду. В результате испытания вы­числяют число твердости. Оно равно отношению силы вдавливания к площади поверхности отпечатка. Твердость минералов и однородных горных пород оценивают по шка­ле Мооса, содержащей десять минералов, расположенных по возрастающей твердости, начиная от талька (твердость 1) и кончая алмазом (твердость 10). Твердость исследуемого материала определяют, последовательно царапая его вхо­дящими в шкалу твердости минералами.

Истираемость — свойство материала уменьшаться в объеме и массе под действием истирающих усилий. Сопротивление материала истиранию определяют на круге истирания с подсыпанием абразивных порошков — наждака или кварцевого песка. Истираемость зависит от прочности и твердости материала и важна для оценки экс­плуатационных свойств материалов полов, ступеней лест­ниц, дорожных покрытий. Под действием внешних сил строительные конструкции претерпевают деформацию. При этом твердые тела по-раз­ному реагируют на снятие нагрузки, проявляя свойства упругости или пластичности. Упругость — свойство материала восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внеш­них сил. Упругую деформацию называют обратимой. Наибольшее напряжение, при котором действует лишь упругая деформация, называют пределом упругости. В области упругих деформаций действителен закон Гука — деформация материала пропорциональна действующе­му напряжению. σ=εе где Е — модуль упругости данного материала, МПа; ε — относительная деформация, безразмерная величина. Пластичность — свойство материала необратимо дефор­мироваться под действием внешних сил. Пластическая (остаточная) деформация, не исчезающая после снятия на­грузки, называется необратимой.

К упругим материалам относятся природные и искусст­венные каменные материалы, стекло, сталь; к пластичным — битумы при положительных температурах, некоторые виды пластмасс, бетонные и растворные смеси до затвердевания.Хрупкость — свойство материала разрушаться после не­значительной пластической деформации. Хрупкому мате­риалу в отличие от пластичного нельзя придать при прессовании желаемую форму.

8.Химические, технологические, и эксплуатационные свойства строительных материалов. Радиационная стойкость. Химические свойства характеризуют способность материала к химическим превращениям и стойкость против химической коррозии. Химическая стойкость — способность материала сопротив­ляться воздействию кислот, щелочей, растворов солей и газов. Наиболее часто подвергаются действию агрессивных жидкостей и газов санитарно-технические сооружения, канализационные трубы, животноводческие помещения, гидротехнические соору­жения (находящиеся в морской воде, имеющей большое коли­чество растворенных солей). Не способны сопротивляться дей­ствию даже слабых кислот карбонатные природные каменные материалы — известняк, мрамор и доломит; не стоек к действию концентрированных растворов щелочей битум. Наиболее стойки­ми материалами по отношению к действию кислот и щелочей являются керамические материалы и изделия, а также многие изделия на основе пластмасс.

Эксплуатационно-технические свойства характеризуют функциональную пригодность к применению и эксплуатации строительных материалов и изделий, а также позволяют оценивать их технологичность как при изготовлении, так и при укладке. Долговечность – способность материала сопротивляться комплексному воздействию атмосферных и других фактор в условиях эксплуатации.

Радиационная стойкость – свойства материала сохранять свою структуру и физико-механические характеристики после воздействия ионизирующих излучений. Для защиты от нейтронного потока применяют ма­териалы, содержащие в большом количестве связанную воду; от γ-излучений — материалы с большой плотностью (свинец, особо тяжелый бетон). Связанную воду содержат гидратированные бетоны, лимонитовая руда (водный оксид железа) и др. Уменьшить интенсивность проникания нейтронного излучения че­рез бетон можно путем введения в него специальных добавок (бора, кадмия, лития).

Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться обработке (дробимость , шлифуемость, удобоукладываемость и др.).