1. Общие сведения.

Материаловедение – наука, изучающая связь состава, строения и свойств материалов, закономерности их изменения при физико-химических, физических, механических и других воздействиях.

Материалы по назначению делят на:

Первая группа – материалы универсального типа, пригодные для несущих конструкций: природные и искусственные каменные материалы, конструкционные пластмассы, лесные материалы.

Вторая группа – строительные материалы специального назначения, необходимые для защиты конструкций от вредных влияний среды, повышения эксплуатационных свойств и создания комфорта: ТИМ, акустические материалы, ГИМ, кровельные, отделочные.

Изделия и конструкции должны обеспечивать долговечность и надежность при длительной эксплуатации.

Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами на ремонт. Предельное состояние определяется разрушением изделия, требованиями безопасности, экономическими факторами.

Надежность – свойство, характеризующее проявление всех остальных свойств изделия в процессе эксплуатации, складывается из долговечности, безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Безотказность – свойство изделия сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации в течение некоторого времени без вынужденных перерывов на ремонт.

Отказ – событие, при котором система, элемент или изделие полностью или частично теряют работоспособность, т.е. появляется неисправность, когда один из основных параметров выходит за пределы установленных допусков.

Ремонтопригодность – свойство изделия, характеризующее его приспособленность к восстановлению исправности и сохранению заданной характеристики предупреждением, выявлением и устранением отказов. Показатель – среднее время ремонта на один отказ данного вида, трудоемкость, стоимость устранения отказов.

Сохраняемость – свойство изделия сохранять необходимые эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного документацией. Количественно – время от хранения и транспортирования до возникновения неисправностей.

2. Связь строения состава и свойств.

   0. 2.1. Строение и свойства.

Строение материала изучают на трех уровнях: макроструктура – строение, видимое невооруженным глазом; микроструктура – строение, видимое в микроскоп; внутреннее строение веществ, составляющих материал.

Типы макроструктуры твердых строительных материалов: искусственные конгломераты (бетоны, керамика); ячеистая структура (наличие макропор – газобетон, пенобетон, ячеистые пластмассы); мелкопористая структура (материалы, с мелкими порами); волокнистая структура (древесина, стеклопластики, минвата); слоистая структура (рулонные, плитные материалы); рыхлозернистые материалы (заполнители, порошкообразные материалы).

Микроструктура веществ бывает кристаллическая (более устойчивая) и аморфная.

0. 2.2. Параметры состояния

Истинная плотность – это отношение массы материала к его объему в абсолютно плотном состоянии. (ρ = m/V, г/см³, где m – масса материала, г; V – объем материала в абсолютно плотном состоянии, см³).

Истинную плотность твердого материала определяют при помощи объемомера Ле Шателье, который представляет собой стеклянную колбу объемом 120 – 150 см³ с узкой шейкой, несколько расширяющейся в средней части. На шейке колбы выше и ниже шаровидного уширения нанесены две черты, объем между которыми равен 20 см³. Шейка градуирована, цена деления 0,1 см³.

Средняя плотность – это отношение массы материала к его объему в естественном состоянии. (ρ₀ = m/V₁, кг/м³, где m – масса материала, г; V₁ – объем материала в естественном состоянии, м³).

Каждую грань образца кубической или близкой к ней формы измеряют в трех местах (а₁, а₂, а₃, b₁, b₂, b₃, h₁, h₂, h₃) по ширине и высоте и за окончательный результат принимают среднее арифметическое трех измерений каждой грани. На каждой из параллельных плоскостей образца цилиндрической формы проводят два взаимно перпендикулярных диаметра (d₁, d₂, d₃, d₄), затем измеряют их; кроме этого, измеряют диаметры средней части цилиндра (d₅, d₆) в середине его высоты. За окончательный результат принимают среднее арифметическое шести измерений диаметра. Высоту цилиндра определяют в четырех местах (h₁, h₂, h₃, h₄) и за окончательный результат принимают среднее арифметическое четырех измерений.

Для определения объема образца неправильное геометрической формы применяют метод, основанный на вытеснении образцом из сосуда жидкости, в которую его погружают, для чего используют объемомер или гидростатические весы.

Насыпная плотность – это отношение массы материала в насыпном состоянии, т.е. вместе с порами и межзерновыми пустотами. Определяется для сыпучих, кусковых и зерновых материалов, кг/м³).

Д ля сыпучих материалов (цемент, песок, щебень, гравий и др.) определяют насыпную плотность. В объеме таких материалов не только поры в самом материале, но и пустоты между зернами или кусками материала.

Это определение выполняют с помощью прибора – стандартной воронки. Воронка в виде усеченного конуса, внизу конус переходит в трубку диаметром 20мм с задвижкой. Под трубкой устанавливают заранее взвешенный мерный цилиндр объемом 1 л (1000 см³). Расстояние между верхним обрезом цилиндра и задвижкой должно быть 50 мм.

Определение насыпной плотности щебня производится аналогично, но мерный цилиндр имеет объем 10 л (10000 см³).

Относительная плотность (d) – выражает плотность материала по отношению к плотности воды. Безразмерная величина. Используется для определения теплопроводности.