Лекция №2. Основные свойства строительных материалов

Основные свойства
физические
механические
технологические
химические
1

Физические свойства
1. Параметры физического состояния (истинная, средняя, относительная, насыпная плотность);
2. Структура материала (пористость; пустотность – для сыпучих);
3. Способность материала отвечать на действия физических факторов:
водной среды - гидрофизические свойства;
тепловых – теплофизические свойства;
электрических –электрофизические свойства и т.п.
2

Параметры состояния
Истинная плотность: ρи = m/Vа; (г/см³, кг/м³, т/м³), где m – масса материала, Vа – объем материала в абсолютно плотном состоянии
Средняя плотность: ρо = m / Vест, (г/см³, кг/м³, т/м³), где m – масса материала; Vест – объем материала в естественном состоянии
Vест = Vа +Vпор
Относительная плотность (d) выражает среднюю плотность материала по отношению к плотности воды (это безразмерная величина)
Насыпная плотность: ρонас = m/Vнас
Линейная плотность: ρl = m/l,(г/см)
Поверхностная плотность: ρs = m/S,(г/см2).
3

Структурные характеристики
Пористость – степень заполнения объема материала порами: общая (истинная) пористость, открытая (кажущаяся) пористость и закрытая пористость
Пористость истинная (общая) : Пи=(1- ρо/ ρи)·100%; Пи=Пз + По;
Пористость открытая (кажущаяся): По=(Пф+Пт); Пи=Пз+(Пф+Пт) Пф –пористость фильтрационная (сквозная); Пт- пористость тупиковая
По= mнас – mсух/ Vест, где mсух и mнас - масса материала в сухом и насыщенном водой состоянии
Коэффициент плотности (Кпл) = ρо/ ρи – степень заполнения объема, занятого кусковым материалом самим веществом материала.
5

Структурные характеристики (рыхлосыпучие материалы)
Пустотность: (степень заполнения объема, занятого сыпучим материалом, межзерновыми пустотами)
Vпуст=(1- ρонас/ ρо.з)×100%= (1-Купл)×100%
ρо.з- средняя плотность зерен, т.е. масса зерен материала вместе с порами
Коэффициент уплотненности сыпучего материала:
Купл = ρо нас/ ρо.з, где ρо.з – средняя плотность зерен
Коэффициент упаковки: Купк= ρо нас/ ρи
6

Действие физических факторов
Гидрофизичекие свойства:
Влажность : Wабс=(Mвл–Mсух)/Mсух×100%. Wотн=(Mвл–Mсух)/Mвл×100%;
Водопоглощение по массе: Вm = (Mнас - Mсух)/Mсух × 100 %.
Водопоглощение по объему: Во = (Mнас - Mсух) / Vест × 100 %.
Вo/ Вm= ρо, Вo = Вm ×ρо.
Коэффициент насыщения (Кн)= Во/Пи.
Водопроницаемость – способность материала пропускать воду под давлением.
Коэффициент фильтрации Кф =Vв· а/ [ S(р1- р2)t], (м/час).
Водонепроницаемость характеризуется маркой, обозначающей одностороннее гидростатическое давление, при котором бетонный образец-цилиндр не пропускает воду в условиях стандартного испытания
7

Действие физических факторов
Гидрофизические свойства:
Водостойкость – это способность материала сохранять прочность в насыщенном водой состоянии
Коэффициент размягчения (водостойкости)
Кразм = Rнас/Rсух
Морозостойкость – это способность материала, в насыщенном водой состоянии, выдерживать многократное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения
Газо- и паропроницаемость – самостоятельно
8

Действие физических факторов
Теплофизические свойства:
Теплопроводность; коэффициент теплопроводности
Огнеупорность
Огнестойкость
Коэффициент линейного температурного расширения
Теплоемкость - самостоятельно
9

Теплофизические свойства
Теплопроводность – это способность материала проводить теплоту через свою толщу от одной поверхности к другой
Коэффициент теплопроводности
(λ=Q·δ/Ѕ(tв-tн)·τ)
Формула Некрасова
λ = 1,16 (√ 0,0196 + 0,22 d²) – 0,16; Вт/(м °С)
Термическое сопротивление слоя ограждающей конструкции
R=δ/λ; м2°С/Вт
10

Теплофизические свойства
Огнеупорность – это свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не размягчаясь, не деформируясь
По огнеупорности материалы подразделяют:
Легкоплавкие, стойкие к действию температуры до 1350°С (не размягчаются)
Тугоплавкие – 1350 – 1580° С
Огнеупорные – свыше 1580° С
11

Теплофизические свойства
Для определения огнеупорности используют набор стандартных образцов-пироскопов
Определение огнеупорности глин:
1- форма; 2— выталкиватель;
3 — сформованные испытуемые пироскопы (КИ); 4—внешний вид пироскопов после испытания
Схема
размещения пироскопов
на подставке
КИ – испытуемые пироскопы;
N - пироскопы с Tпл= 1370°С
N-1 –пироскопы с Tпл= 1350°С
N+1 - пироскопы с Tпл= 1390°С
12

Теплофизические свойства
Огнестойкость - это способность материала противостоять действию огня в течение определенного времени
Определение по методу «огневой трубы»
Сгораемые - горят открытым пламенем,
Трудносгораемые – тлеют, но после удаления огня не горят,
Несгораемые – не горят, но возможно растрескиваются, деформируются (асбоцементный шифер)
13

Механические свойства
характеризуют способность материалов противостоять силовым или механическим нагрузкам, напряжениям, возникающим без нарушения структуры
Прочность
Твердость
Истираемость
Упругость
Пластичность
Деформативные свойства
15

Механические свойства
Прочность - способность материалов сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим в результате действия внешних сил: прочность при сжатии, при изгибе, при растяжении и т.д.
Оценивают пределом прочности R- напряжением в испытуемом образце материала в момент его разрушения.
16

Механические свойства
Прочность при сжатии
Неоднородные по структуре материалы характеризуются по среднему результату испытаний нескольких образцов
Форма образцов – кубы 100×100×100, 200×200×200, 150×150 ×150, 70,7×70,7×70,7мм; цилиндры: d = 50, 70, 100 мм, h= 160; призмы: а×б = 40×40мм
Rсж = Fразр/А, МПа.
где Fразр – разрушающее усилие;
А – площадь поперечного сечения, м2.
17

Испытание на гидравлическом прессе
Схема разрушения хрупких материалов а) сжатие куба; б) то же со смазанными опорными гранями.
Образец куба после испытания на сжатие на гидравлическом прессе
Схема гидравлического пресса для испытания на сжатие:
1- станина; 2 – винтовое приспособление для зажима образцов;
3 - верхняя опорная плита;
4 – испытуемый образец;
5 - нижняя опорная плита
с шаровой поверхностью; 6 - поршень
18

Механические свойства
Твердость – свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела
Шкала твердости Мооса
1. Тальк Мg3 [Si4 О10][ОН]2 - легко царапается ногтем.
2. Гипс СаS04 2Н20 - царапается ногтем.
3. Кальцит СаСО3 - легко царапается стальным ножом.
4. Флюорит (плавиковый шпат) СаF2 - царапается стальным ножом под небольшим нажимом.
5. Апатит Са5 [Р04]3 F- царапается ножом под сильным нажимом.
6. Ортоклаз К[А1Si3О8] (калиевый полевой шпат) – слегка царапает стекло.
7. Кварц SiO2 – легко чертит стекло
8. Топаз А12 [Si4O] [F,ОН]2
9. Корунд А12О3
10. Алмаз С
19

Методы определения твердости
Схемы определения твердости: а - по Бринеллю; б— по Роквеллу; в — по Виккерсу

Механические свойства
Истираемость – свойство поверхностного слоя материала сопротивляться абразивному износу.
Для определения истираемости для различных материалов используются разные методы, строго регламентируемые стандартами (истираемость бетона определяют с помощью круга истирания ЛКИ, истираемость линолеума – с помощью вращающихся барабанов, обтянутых наждачной бумагой)
Истираемость оценивают по потере массы или толщины образцов после цикла стандартных испытаний.
Деформативные свойства: упругость, пластичность - самостоятельно
20