СТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ МАТЕРИАЛА
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра строительных материалов
Методические указания
Для выполнения лабораторнЫХ работ
И домашнего задания по теме «Основные свойства строительных материалов»
Для студентов направления 270800.62 «Строительство»
Москва 2011
Составители:
профессора, канд. техн. наук
Каддо М.Б., Попов К.Н., Пуляев С.М.
доцент, канд. техн. наук Пуляев И.С.
ВВЕДЕНИЕ
Каждый материал, используемый в строительстве, имеет различные свойства, определяющие область его рационального применения и возможность сочетания с другими материалами.
Свойства строительных материалов определяются их химическим составом и строением.
В зависимости от химического состава строительные материала принято делить на:
· органические (древесина, битум, пластмассы);
· минеральные (природный камень, бетон, керамика и т.п.);
· металлические (сталь, чугун, цветные металлы).
У каждой из этих групп материалов есть свои специфические свойства. Так, органические материалы не выдерживают высоких температур и горят; минеральные, напротив, хорошо противостоят действию огня, а металлы очень хорошо проводят электричество и теплоту.
Не меньше, чем химический состав, на свойства материала влияет его строение. При одном и том же химическом составе материалы различного строения обладают разными свойствами. Например, мел и мрамор – две горные породы, состоящие из карбоната кальция СаСО3, но пористый рыхлый мел имеет низкую прочность и легко размокает в воде, а плотный мрамор прочен и стоек к действию воды.
|
|
Исходя из условий работы материала в сооружении, строительные материалы можно разделить по назначению на две группы.
Первую группу составляют материалы универсального типа, пригодные для несущих конструкций: природные каменные материалы; искусственные каменные материалы: получаемые на основе вяжущих веществ без обжига (бетоны, строительные растворы); получаемые высокотемпературной обработкой минерального сырья (керамика, стекло, металлы); конструкционные пластмассы; лесные материалы и др.
Вторая группа объединяет строительные материалы специального назначения, необходимые для защиты конструкций от вредных влияний среды, а так же для повышения эксплуатационных свойств зданий и создания комфорта: теплоизоляционные материалы; акустические; гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие; отделочные, антикоррозионные и др.
СОСТАВ И СТРОЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ
Строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым составами.
|
|
Химический состав строительных материалов позволяет судить о ряде свойств материала: огнестойкости, биостойкости, механических и других технических характеристиках. Химический состав неорганических веществ (цемента, извести и др.) и каменных материалов удобно выражать количеством содержащихся в них оксидов (%). Основные и кислотные оксиды связаны между собой и образуют минералы, которые и определяют многие свойства материала.
Минеральный состав,например, показывает, какие минералы и в каком количестве содержатся в вяжущем веществе или в каменном материале.
Фазовый состав материала (содержание воздуха, влаги или льда в порах) оказывает влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации. В материале выделяют твёрдый каркас, образующий стенки пор, и поры, заполненные воздухом или водой.
Строение материала изучают на трёх уровнях:
· макроструктура материала – строение, видимое невооружённым глазом;
· микроструктура материала – строение, видимое в оптический микроскоп;
· внутреннее строение веществ, составляющих материал, на молекулярном уровне, изучаемом методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т.п.
|
|
Макроструктура может быть следующих типов: конгломератная, ячеистая, мелкопористая, волокнистая, слоистая, рыхлозернистая (порошкообразная).
Конгломератная структура характерна для материалов, представляющих собой плотносоединённые (обычно с помощью какого-нибудь цементирующего вещества) отдельные зёрна, что характерно для некоторых видов природных, керамических материалов, бетона, композитов и др.
Ячеистая структура характеризуется наличием макропор, свойственных газо- и пенобетонам, ячеистым пластмассам.
Мелкопористая структура свойственна, например, керамическим материалам, поризованным способами высокого водозатворения и введения выгорающих добавок.
Волокнистая и слоистая структура характерна для материалов, состоящих из волокон (слоёв), расположенных параллельно одно к другому. Волокнистая структура присуща древесине, стеклопластикам, изделиям из минеральной ваты и др. Слоистая структура отчётливо выражена у рулонных, листовых, плитных материалов, в частности у пластмасс со слоистым наполнителем. Для волокнистых и слоистых материалов характерна анизотропия – наличие различных свойств в разных направлениях, поэтому их называют анизотропными.
|
|
Рыхлозернистая структура характерна для материалов, состоящих из отдельных, не связанных одно с другим зёрен (песок, гравий и др.).
Микроструктура веществ, составляющих материал, может быть кристаллическая и аморфная.
Кристаллическими называют тела, в которых атомы (или молекулы) расположены в правильном геометрическом порядке, причём этот общий порядок соблюдается как для атомов, расположенных в непосредственной близости друг от друга (ближний порядок), так и на значительном расстоянии (дальний порядок).
Аморфными называют тела, в которых только ближайшие друг к другу атомы находятся в более или менее упорядоченном расположении; дальний же порядок отсутствует.
Кристаллические и аморфные формы нередко являются лишь различными состояниями одного и того же вещества (например, кристаллический кварц и различные аморфные формы кремнезёма).
Неодинаковое строение кристаллических и аморфных веществ определяет и различие в их свойствах. Аморфные вещества, обладая нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, химически более активны, чем кристаллические такого же состава. Существенное различие между аморфными и кристаллическими веществами состоит в том, что кристаллические вещества при нагревании имеют определённую температуру плавления, а аморфные – размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние. Прочность аморфных веществ, как правило, ниже кристаллических, поэтому для получения материалов повышенной прочности специально проводят кристаллизацию.
Внутреннее строение веществ, составляющих материал, определяет механическую прочность, твёрдость и другие важные свойства материала.
СТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ МАТЕРИАЛА
Основные структурные характеристики материала, во многом определяющие его технические свойства, - это плотность и пористость; важнейший параметр состояния – влажность.
Плотность – физическая величина, определяемая массой единицы объёма материала.
В зависимости от того, берётся ли в расчёт объем только самого вещества, из которого состоит материал, или весь объём материала с порами и пустотами, различают истинную и среднюю плотность.
Истинная плотность ρ (г/см³, кг/м³) – масса единицы объёма материала, когда в расчёт берётся только объём твёрдого вещества этого материала Vа (см³, м³):
ρ = . (2.1)
Таким образом, истинная плотность характеризует не материал, а вещество, из которого состоит материал, - это физическая константа вещества.
Значение истинной плотности вещества зависит в основном от его химического состава, и у материалов с близким химическим составом истинная плотность приблизительно одинаковая.
Средняя плотность материала ρm(г/см³, кг/м³) (далее плотность) – физическая величина, определяемая отношением массы m(г, кг) материала ко всему занимаемому им объёму Vест (см³, м³), включая имеющиеся в нём поры и пустоты:
ρm = . (2.2)
Следовательно, средняя плотность материала меняется в зависимости от его структуры.
Для сыпучих материалов (песка, щебня, цемента и т.п.) часто вводится ещё одно понятие - насыпная плотность.
Насыпная плотность ρн(г/см³, кг/м³) – отношение массы материала в насыпном состоянии к его объёму. В её величине отражается влияние не только пор в каждом зерне, но и межзерновых пустот в рыхлонасыпанном объёме материала.
Часто плотность материала относят к плотности воды при температуре 4ºС, равной 1 г/см³, и тогда определяемая плотность становится безразмерной величиной, которую называют относительной плотностью d.
Строение пористого материала характеризуется общей, открытой и закрытой пористостью, распределением пор по их радиусам, средним радиусом пор и удельной поверхностью пор.
Пористость П(%) – степень заполнения объёма материала порами:
П = ·100. (2.3)
Обычно пористость рассчитывают исходя из средней и истинной плотности материала:
П = ·100 = (1 - ) ·100. (2.4)
Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 до 90…98% (см. табл. 2.1).
Таблица 2.1. Истинная, средняя плотность и пористость
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 887; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!