litceysel.ru
добавить свой файл
1 2 3
Лекция 1


Общие свойства строительных материалов


Все строительные материалы обладают собственными особыми признаками, свойствами.

Различают следующие свойства:


  1. Свойства, связанные со строением материала (плотность материала, плотность вещества, пористость, относительная плотность).

  2. Свойства, связанные со взаимодействием материала с водой (водопоглощение, влажность, гигроскопичность, водонепроницаемость, морозостойкость).

  3. Свойства, связанные со взаимодействием материала и тепла (отношение материала к нагреванию)(теплопроводность, огнестойкость, огнеупорность).

  4. Механические свойства (прочность, твердость).

  5. Химические свойства (солестойкость, кислотощелочестойкость).


Свойства, связанные со строением материала:


1.Плотность (объемная масса):


Плотностью материала (или объемной массой) называют массу единицы объема материала, находящегося в естественном,обычном состоянии.

Любой материал coстоит из какого-либо вещества.У некоторых материалов весь их объем заполнен веществом, например, у таких как сталь, стекло, вода.У других же кроме вещества в объеме присутствуют поры и пустоты (древесина).

Для определения плотности материала необходимо знать его массу, объем, занимаемый этим материалом в пространстве вместе с порами и пустотами.



Плотность материала вычисляется по формуле:




- плотность материала (г/см3 , кг/м3 , кг/л)


m - масса материала (г, кг)

V - общий обьем материала (см3, м3, л )



В зависимости от наличия или отсутствия пор и пустот в объеме различают

плотность материала и плотность вещества.


Плотность материала плотность материала вместе с порами и пустотами.

Плотность материала находится по формуле :


=


Vобщобъем вещества с порами и пустотами


Плотность веществаплотность матерала без пор и пустот, т.е. чистого материала.

Плотность вещества находится по формуле :

=


Vвещ-ва – объем чистого материала.


Справедливо следующее соотношение :


Данные о плотности некоторых материалов приведены ниже в таблице :


материал

плотность мат-ла, (г/см3)

плотность вещ-ва, (г/см3)

вода


1

1

гранит

2,5-2,7

2,65-2,80

кирпич

1,6-1,9

2,5-2,6

песок

1,45-1,65

2,6-2,7

древесина

0,4-0,9

1,54

сталь

7,85

7,85

мин. вата

0,2-0,3

2,6-2,7

стекло

2,55

2,55


Полезно так же запомнить следующие соотношения единиц измерения :


1 кг/см3 = 1 кг/л = 1 кг/м3 = 1т/м3


2. Относительная плотность:


Относительной плотностью материала называют степень заполнения объема материала веществом.

Относительная плотность вычесляется по формуле :


d = = = , таким образом ,


d= 1


dотносительная плотность


Vвещ-ва – объем чистого материала.


Vобщобъем вещества с порами и пустотами


3. Пористость:


Пористость – степень заполнения объема материала порами и пустотами.

Вычисляется по следующей формуле :


П0 = 1 − d

и П0 =


также справедливо следующее d + П0 = 1


4.Сыпучесть :


Сыпучими, рылыми материалами называются материалы, состоящие из не связанных между собой зерен, такие как цемент, песок, щебень, гравий.


Таким образом,

сыпучестьэто свойство материала, частицы которого не связаны друг с другом.

Их плотность (объемная масса) колеблется в значительной степени в зависимости от степени уплотнения.Поэтому для сыпучих материалов различают насыпную плотность и плотность в уплотненном состоянии.



Насыпная плотность - плотность материала в насыпном состоянии (при естественном насыпании с небольшой высоты, без уплотнения).


Плотность в уплотненном состоянииплотность материала при уменьшении объема пустот .


Например, для цемента нас= 0,9 – 1,3 г/см3 – насыпная плотность

= 1,4 – 1,9 г/см3 – в уплотненном состоянии


Свойства,связанные с отношением к воде:


5. Водопоглощение:


Это свойство материала поглощать и удерживать в себе воду. Водопоглощение характеризуется количеством воды, поглощенной материалом, отнесенным к его массе или объему.

Соответственно, определяют водопоглощение


по массе :


Вm =

по обему:

Во =


Где m1 − масса сухого материала

m
2 – масса насыщенного водой материала

V − объем сухого материала

Перед определением водопоглощения образцы материала высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 105 С. Материалы, содержащие гипс, нельзя сушить при температуре выше 60 С во избежание его дегидратации.Определяют массу сухих образцов и их объем.Затем образцы помещают в ванну на стеклянные полочки. Далее в ванну наливают воду (t = 20 – 25 C) и выдерживают образцы в течении 3-х дней, постепенно повышая уровень воды для свободного выхода воздуха из пор материала и полного насыщения его влагой. После вторичного взвешивания необходимо убедиться в том, что поглощение воды завершено. Образцы помещают в ванну еще на 24 часа и вновь взвешивают. Разница между результатами контрольных измерений у насыщенного водой материала не превышает 1%.


Степень заполнения водой пор материала можно определить по коэффициенту насыщения пор:


Кнас=

где

В
0 - водопоглощение по объему,


П
0 - пористость материала.


6. Гигроскопичность:


Это способность материала поглощать влагу из воздуха. Все материалы в разной степени обладают этим свойством.Повышенной гигроскопичностью обладают волокнистые органические материалы (древесина, войлок и т.д.).

7.Влажность :


Это содержание воды в материале в % по массе. Влажность материала является результатом его гигроскопичности или водопоглощения. Определяется по формуле:


W =


Wвлажность материала

m1 влажного материала

m2 − масса сухого материала


нормальная влажность для человека в комноте = 20±2 С , (55-60%)


8.Водонепроницаемость:


Это способность материала не пропускать воду через свою толщу под давлением.

Для каждого материала есть свой способ определения водонепроницаемости.Обозначается буквой W.

Для бетона различают следующие значения этого показателя:



W2, W4, W6, W8, W10, W12


9. Морозостойкость:


Свойство материала, насыщенного водой, не разрушаться при многократном замораживании и оттаивании.

Обозначается буквой F.


Свойства, связанные с отношением материала к нагреванию:


10.Теплопроводность:

Способность материала передавать через свою толщу тепло.








b – толщина материала (м)

t – температура (С)

Z – время (час)

F – площадь (м2)

λ – коэффициент теплопроводности для конкретного материала (ккал/м ч С)


t 1>t 2


λ < 0,18 – теплопроводный материал


λ показывает, сколько тепла проводит материал толщиной в 1 м через площедь 1 м2 за 1 час при разнице температур на поверхностях в 1 С.


Например, λ для некоторых материалов: кирпич – 0,75, воздух – 0,02, вода – 0,51, лед – 2,00, тяжелый бетон – 1,1, древесина – 0,15-0,30


Для теплоизоляционных материалов λ<0,18 ,например, у пенопласта теплопроводность =0,025-0,03


11.Теплоемкость:


Способность материала поглащать при нагревании тепло. Каждый материал обладает своей степенью теплоемкости.Коэффициент теплоемкости – это количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг материала на 1 градус.


12. Температурное расширение:


Свойство материалов расширяться при нагревании.


13.Огнестойкость:


Способность материала не гореть.

По степени огнестойкости материалы могут быть:


- несгораемые (бетон, кирпич)

- трудносгораемые (пропитанные антипиренами - тлеют, но не горят)


- сгораемые (дерево, пластмасса)


14.Огнеупорность:


Способность материала длительное время выдерживать воздействие высоких температур без деформации (без плавления).Для большинства материалов температура плавления выше 1580 С.Большую часть камней можно расплавить при температуре 1550 С и меньше, для глины же температура плавления еще ниже.


Различают материалы:

Огнеупорные - tплавл = 1580-1770 С

Высокой огнеупорности – tплавл =1770-2000 С

Высшей огнеупорности – tплавл > 2000 C


Механические свойства:


15.Прочность:


Способность материала не разрушаться под действием внешних сил.


При действии внешних сил материал может работать на сжатие, растяжение, изгиб:




Все каменные материалы имеют предел прочности на растяжение в 10-20 раз меньше, чем на сжатие.


Напряжение – сила, приходящаяся на еденицу площади. Напряжение возникает в материале при действии внешних сил.


σ= (кг/см3,н/м2)

1кгс/см2 = 0,1мПа


Напряжение в материале может увеличиваться от 0 до максимального значения в момент разрушения (момент, когда наступает предел прочности).

Лекция 2

Горные породы


Горные породы- массивные залежи или скопления обломков различной крупности, обладающие определенными (с некоторым диапазоном) химическими и физическими свойствами.Каждая порода состоит из одного или нескольких минералов.

Минералы – химический элемент, химическое соединение или их смесь, продукт природных физико-химических процессов, обладающий определенными химическими свойствами, однородным строением, характерными физическими свойствами.


Например, такая горная порода как гранит состоит из минералов: кварца, слюды, ортоклаза, обладает прочностью 1000-3000 кгс/см2.

Основные породообразующие минералы делятся на группы кварца, алюмосиликатов, карбонатов и сульфатов, железисто-магнезиальных.


Примеры минералов и их химические формулы:


Опал - SiO2▪n H2O

Кварц - SiO2

Мусковит - KAl3O5 ▪3 SiO2 H2O

Магнезит - MgCO3

Доломи - CaCO3 ▪MgCO3

Олевин – Mg Fe2 ▪SiO4

Гипс – CaSO4 ▪H2O


Природный каменный материал – материал или изделие, полученное из горных пород.


Горные породы в зависимости от своего происхождения делятся на несколько видов:

Горные породы

Магматические Осадочные Метаморфические

гнейс , глинистые

сланцы, мрамор, кварцит

Органогенные: известняки,опока,

диатомит,трепел,мергель

Химические:гипс, магнезит,

доломит, ангидрит

Механические

Рыхлые: пыль,глина, гравий,песок


Излившиеся





Глубинные: массивные обломочные:




сиенит порфиры рыхлые: цементированные:

диорит диабаз вулканические пемза,вулканические туфы

габбро базальт пеплы,пески трасы,лава,стекло

лабрадорит андезит

трахит




1. Магматические (первичные) – эти породы образуются глубоко в толще земной коры под воздействием высоких температур, огромного давления (название происходит от слова магма, магма – это вещество жидкой части ядра Земли). Некоторые из них остаются на глубине – глубинные породы, другие же, вследствие геофизических процессов (сдвиг пластов земной коры, извержение вулканов и т.д.) выходят на поверхность земли – излившиеся, которые также подразделяются на рыхлые и цементированные.


2. Осадочные (вторичные) – породы,образующиеся под разрушающим воздействием окружающей среды на поверхности земли.Подразделяются на механические(обломочные) – образовавшиеся в результате механического воздействия (удары, падения,сколы и т.д.), химические – появившиеся при химическом воздействии, органогенные - образовавшиеся в результате жизнедеятельности живых организмов.


3. Метаморфические (видоизмененные) – образуются из других видов горных пород в результате метаморфоз (превращений, преобразований),например, в результате перекристаллизации магматических глубинных пород.


Все горные породы делятся на легкие(ρ<1800 кг/м3) и тяжелые(ρ<1800 кг/м3).


(более подробную классификацию горных пород и минералов смотрите в книге на стр.23-38)

Лекция 3

Бетон


- искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания правильно подобранной и тщательно перемешанной бетонной смеси после ее формирования и твердения.


В состав бетонной смеси входят мелкий и крупный заполнитель различной формы и размеров, вяжущие вещества, вода и специальные добавки (в случае необходимости).


Бетон = мелкий заполнитель + крупный заполнитель + вода + вяжущее


Мелкий заполнитель: песок (0,16 -5 мм)

Крупный заполнитель: щебень, гравий (5 – 120 мм)

Вяжущее вещество: портландцемент

Вода


Все составляющие, соединенные вяжущим, в затвердевшем состоянии сопротивляются нагрузкам как одно монолитное тело.


В современном строительстве бетон является важнейшим строительным материалом. Его применяют для строительства зданий, мостов, гидротехнических сооружений, автомобильных дорог, аэродромов и т. д.

Из бетона сравнительно легко изготовлять самые разнообразные по форме и размерам строительные конструкции и изделия : колонны, балки, фермы, различные блоки, панели и т. п.


Бетоны классифицируются по различным признакам и свойствам :


по объемной массе, назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре, условиям твердения и т. п.


Для несущих железобетонных конструкций применяют бетоны следующих основных видов :


Тяжелый бетон – бетон плотной структуры, на плотных заполнителях, крупнозернистый, на цементном вяжущем , при любых условиях твердения, средней плотности 2200 – 2500 кг/м3.


Мелкозернистый бетон – бетон плотной структуры, на мелких заполнителях, на цементном вяжущем, при любых условиях твердения, средней плотности свыше 1800 кг/м3 .

Легкий бетон – любой структуры и облегченный бетон поризированной структуры , на цементном вяжущем, при любых условиях твердения, средней плотности свыше 2000 кг/м3.



По объемной массе бетоны делятся на :


Особо тяжелые - ρ > 2500 кг/м3 , (применяются в конструкциях для защиты

от излучения).


Тяжелые - ρ = 2200 – 2500 кг/м3 , (для несущих конструкций зданий,

гидротехнических сооружений , дорог…).


Облегченные - ρ = 1800 – 2200 кг/м3 , (преимущественно в несущих

конструкциях).


Легкие - ρ = 500 – 1800 кг/м3 , (преимущественно в ограждающих

конструкциях).


Особо легкие - ρ < 500 кг/м3 , ( в качестве теплоизоляции).


Наибольшее распространение нашел тяжелый бетон. Однако нельзя забывать о легких бетонах, которые позволяют понизить массу железобетонных конструкций (до 25% и более), а значит и их стоимость, улучшить звукоизолирующие и теплозащитные свойства. Но следует помнить о том, что легкие бетоны обладают меньшим модулем упругости, что необходимо учитывать при расчете конструкций.


Материалы для бетонов


1. В качестве вяжущих материалов применяют портландцементы и шлакопортландцементы , сульфатостойкие и пуццолановые портландцементы , а также другие цементы по стандартам и техническим условиям в соответствии с областями их применения для конструкций конкретных видов.

2. Вода для затворения бетонных смесей не должна содержать вредных примесей, препятствующих нормальному твердению и схватыванию цемента. Питьевую воду применяют без предварительной проверки. Запрещается использовать болотные и сточные воды, загрязненные маслами , содержащие кислоты (pH менее 4) или соли серной кислоты. Морскую воду с содержанием солей не более 2 % разрешено применять при бетонировании

массивных неармированных конструкций , когда допускается появление выцветов на поверхности конструкций.



З. Мелкий заполнитель.

Песок с размером зерен 0,16 -5 мм определенного зернового состава,

соответствующего качества.


4. Крупный заполнитель.

Шебень или гравий с размером зерен от 5 до 120 мм.


Мелкий заполнитель.


В качестве мелкого заполнителя в тяжелых бетонах применяют природные пески или искусственные, полученные путем дробления горных пород.

Лучшими природными песками считаются кварцевые пески – они пригодны для бетона любых стандартных классов.


По происхождению пески могут быть речные, морские, горные.

Горный песок состоит из остроугольных, шероховатых зерен, которые лучше сцепляются с цементным камнем.Однако, горный песок часто загрязнен пылью и глиной и потому нуждается в промывке.


Большое значение для качества бетона имеет гранулометрический состав применяемого песка.


Гранулометрический составзерновой состав песка с зернами

размером от 0,16 до 5 мм, при котором

пустотность песка минимальна (то есть

количество крупных, средних и мелких зерен

должно быть таким, чтобы зерна меньшего

размера располагались в пустотах между

крупными).


Определение гранулометрического состава песка:


1. Песок предварительно просеивают через сито с размером отверстий 5 мм

(т. к. частицы более 5мм относятся к гравию или щебню).

2. Затем 1000 г песка просеивают через стандартный набор сит с отверстиями

2,5 мм, 1,25 мм, 0,63 мм, 0,315 мм, 0,16 мм. (Зерна, прошедшие через сито

0,16 уже являются не песком, а пылью).

3. После просеивания взвешивают остатки на каждом сите и определяют

частный остаток .



Частный остаток ( ai )масса песка, оставшегося на данном сите ( gi ) ,

к массе общей навески ( g = 1000г ).


ai = gi : g × 100 % , или


для сита с размером отверстий например 2,5 мм a2,5 = g2,5 : g × 100 %

и т. д.


Сумма всех частных остатков должна быть равна 100 % :


a2,5 + a1,25 +a0,63 + a0,315 + a0,16 + a<0,16 = 100 %


4. Затем определяют полный остаток на каждом сите.


Полный остаток (Ai)частный остаток на данном сите плюс частные

остатки на всех ситах с отверстиями больше

данного.

Ai = a 2,5 + ….. + ai , или подробнее :



A2,5 = a2,5 ;

A1,25 = a2,5 + a1,25 ;

A0,63 = a2,5 + a1,25 + a0,63 ;

A0,315= a2,5 + a1,25 + a0,63 + a0,315 ;

A0,16 = a2,5 + a1,25 + a0,63+a0,315 + a0,16;

A<0,16= a2,5 + a1,25 + a0,63 +a0,315 + a0,16 + a<0,16 ;

При несоответствии требованиям зернового состава песка применяют укрупняющую добавку к мелким и очень мелким пескам – крупный песок или из отсевов дробления, а к крупному-добавку, понижающую модуль крупности, - мелкий или очнь мелкий песок.



Модуль крупности песка отношение полных остатков на ситах с размером

с размером отверстий 2,5 - 0,16 мм на 100.


Мкр = (A2,5 +A1,25 +A0,63 +A0,315+ A0,16+A<0,16): 100


Непесчаные, пылеватые частицы размером менее 0,16 мм в эту сумму не входят.


В зависимости от зернового состава песок разделяют на крупный, средний, мелкий и очень мелкий.

Каждой группе песков соответствует свой модуль крупности :



Группа

песков



следующая страница >>