4. Определение показателя истираемости. Водопоглощение силикатного кирпича по массе составляет мти


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ — МегаЛекции

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Строительство – одна из главнейших отраслей экономики.

Для возведения зданий и инженерных сооружений требуется большое количество различных строительных материалов. Их стоимость в среднем составляет 60% (а в ряде случаев и более) от общей стоимости строительства.

Перед промышленностью строительных материалов в России стоят серьезные задачи, заключающиеся не только и не столько в увеличении выпуска материалов и изделий, а прежде всего в повышении их качества и расширении выпуска новых эффективных материалов и изделий, позволяющих снизить материалоемкость строительства и трудоемкость возведения зданий и сооружений.

Промышленность строительных материалов представляет собой сложный комплекс специализированных отраслей производства, изготовляющих большое количество разнообразной продукции. По объему производимой продукции промышленность строительных материалов занимает одно из первых мест в экономике.

Основной материальной базой строительства остаются традиционные материалы: керамика, вяжущие вещества, бетон, лесомате­риалы, асбестоцементные изделия, а также широкое использование местных строительных материалов. Промышленность строительных материалов использует в качестве сырья попутные продукты и отходы других отраслей промышленности (металлургические шлаки, золы ТЭС, отходы деревообработки).

Изучением свойств материалов занимается материаловедение. Для того чтобы правильно использовать строительные материалы, необходимо знать их свойства и назначение. Их рациональное применение остается главной задачей строителей.

Общая тенденция в производстве строительных материалов — выпуск материалов и изделий с максимальной степенью готовности для использования. Это касается не только традиционных сборных железобетонных элементов (панелей, плит перекрытий и т. п.), но и отделочных, кровельных и других специальных материалов. Использование таких материалов позволяет свести работы на месте строительства к простейшим монтажным операциям, что вкупе с разнообразным электроинструментом и вспомогательными материалами (крепежными, клеящими и т. п.) ускоряет и облегчает строительство.

Методические указания по данной теме содержат основные сведения о свойствах материалов, применяемых в строительстве: физические, химические, мехенические, эксплуатационные и т.д. Подробно рассмотрены такие свойства как плотность; пористость; пустотность, влажность, водопоглощение, морозостойкость, водо- и паропроницаемость, водостойкость, теплопроводность, теплоемкость, прочность, твердость, истираемость.

В результате изучения темы студент должен:

иметьпредставление о строении строительных материалов;

знать основные структурные характеристики (плотность, пористость) и свойства (физические, механические и др.) строительных материалов;

уметь определять основные свойства строительных материалов.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ

Истинная плотность ρи(кг/м3, г/см3)— отношение массы m к объему материалав абсолютно плотном состоянии Vа, т. е. без пор и пустот:

, кг/м3 (1)
где m— масса материала в естественном состоянии, кг, г;
  Vа — объем материала в абсолютно плотном состоянии, м3, см3.
     

Средняя плотность ρср (кг/м3, г/см3) — физическая величина, определяемая отношением массы материала m ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты (в естественном состоянии) Vе:

(2)
где m— масса материала в естественном состоянии, кг, г;  
  Vе — объем материала в естественном состоянии, м3, см3.  
       

 

Насыпная плотностьρн (кг/м3, г/см3) - величина, определяемая отношением массы материала т к занимаемому им объему в рыхлом состоянии Vн:

(3)  
где m— масса материала в естественном состоянии, кг, г;
  Vн — объем материала в рыхлом состоянии, м3, см3.
       

Т а б л и ц а 1

Истинная и средняя плотность некоторых строительных материалов

Материал Плотность, кг/м3
истинная ρи средняя ρср
Сталь 7850—7900 7800—7850
Гранит 2700—2800 2600—2700
Известняк (плотный) 2400—2600 1800—2400
Песок 2500—2600 1450—1700
плЦемент 3000—3100 900—1300
Керамический кирпич 2600—2700 1600—1900
Бетон тяжелый 2600—2900 1800—2500
Сосна 1500—1550 450—600
Поропласты 1000—1200 20—100
Пенопласт 950-1200 15-100

Задача 1. Образец металла имеет размеры 50х50х50 мм, масса его составляет 900 гр. Определить среднюю плотность.

Решение. Из формулы (2)

______________________________________________________________________

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПУСТОТНОСТИ

Величина насыпная плотностьVн включает в себя объем всех частиц сыпучего материала и объем пространств между частицами, называемых пустотами. Если для зернистого материала известны насыпная плотность ρн и средняя плотность зерен ρср, то можно рассчитать его пустотность Пус - относительную характеристику, выражаемую в долях единицы или в процентах:

(4)

Задача 1. Определить пустотность кварцевого песка, если средняя плотность его 2,6 г/см3, а насыпная плотность составила 1,62г/см3.

Решение. Из формулы (4)

______________________________________________________________________

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРИСТОСТИ

Пористость П материала характеризует объем, занимаемый в нем порами. Пористость характеризуется показателем пористости:

или или или (5)

 

Следует различать открытую и закрытую пористость. Открытая пористость ПО, %, характеризуется количеством открытых пор, состоящих из сети капилляров, каналов и трещин, сообщающихся между собой и поверхностью ма­териала. Открытую пористость определяют путем водонасыщения образца, после чего вычисляют по формуле:

(6)
гдема m2- масмасса образца, насыщенного водой, кг, г.  
  m1- масмасса сухого образца, кг, г.  
  m4 - мамасса образца в воде при гидростатическом взвешивании, кг, г..  
       

 

Закрытая пористость ПЗхарактеризуется наличием в теле материала замкнутых пор и воздушных включений, не сообщающихся между собой.

 

Задача 1. Природный камень, представляющий собой куски неправильной формы имеет среднюю плотность в куске 850 кг/м3. Рассчитайте пористость этой породы, если изве­стно, что плотность вещества, из которого она состоит, 2600 кг/м3.

Решение. Из формулы (6):

______________________________________________________________________

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ

Водопоглощение W – способность материала впитывать и удерживать воду. Водопоглощение – это разность между массой образца, насыщенного водой m2, и массой сухого образца m1:

(7)
где m2- масса образца, насыщенного водой, кг, г.  
  m1- масса сухого образца, кг, г.  

 

Объемное водопоглощение Wоб - это разность между массой образца, насыщенного водой m2, и массой сухого образца m1 отнесенная к объему образца V:

или (8)

Массовое водопоглощение Wm - это разность между массой образца, насыщенного водой m2, и массой сухого образца m1, отнесенная к массе сухого образца m1:

(9)

Задача 1. Образец древесно-стружечной плиты имеет размеры 100х100х20 мм, масса его m1 = 200 г. После насыщения водой его масса увеличилась до m2 =250 г. Вычислить его объемное и массовое водопоглощение.

Решение. Из формулы (8):

Из формулы (9):

______________________________________________________________________

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ

ВлажностьВ- отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале m3, к массе (реже - к объему) материала в сухом состоянии т1:

(10)
где m3- масмасса воды, находящейся в материале, г.  
  m1- масмассапп сухого образца, г.  
   
(11)  
где m- масмасса пустой бюксы, г.  
  m1- масмасса бюксы с влажным образцом, г,  
  m2- масмасса бюксы с высушенным образцом, г  
           

Задача 1. Образец кирпича, взятого из стены, имел массу 240 г. После высушивания в термошкафу при 105 °С до постоянной массы масса этого образца стала 210 г. Какова влажность кирпича в стене?

Решение. Из формулы (10):

__________________________________________________________________

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОСТОЙКОСТИ

Водостойкость- свойство материала сохранять прочность при насыщении его водой. Критерием водостойкости строительных материалов служит коэффициент размягчения Кр - отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой, Rнаск прочности при сжатии сухого материала Rсух:

(12)
где Rнас - прочности при сжатии материала, насыщенного водой,  
  Rсух - прочности при сжатии сухого материала.  
       

 

Если Кр>0,75, то материал называют водостойким.

Задача 1. Прочность на сжатие сухого кирпича Rсух=200 кг/см2, а после насыщения водой Rнас=120 кг/см2. Определить, является ли данный кирпич водостойким?

Решение. Из формулы (12):

, т.к Кр<0,75, то кирпич – не водостоек

______________________________________________________________________

megalektsii.ru

4. Определение пористости

Пористость (общая) П – степень заполнения материала порами:

П = Vп / Vо, (1.10)

где Vп– объем пор в материале; Vо– объем материала в естественном состоянии.

Открытая пористость По определяется как отношение суммарного объема пор, насыщающихся водой, к объему материалаVо, т.е.

. (1.11)

Закрытая пористость Пз:

Пз = П – По. (1.12)

Существует два способа определения общей пористости: экспериментальный и экспериментально-расчетный.

Экспериментальный (прямой) способ основан на замещении порового пространства в материале сжиженным гелием и тре­бует сложной аппаратуры для испытаний.

Экспериментально-расчетный метод определения порис­тости использует найденные опытным путем значения истинной плотности материала ρ и его средней плотности ρов сухом состоянии. ПористостьП (%)вычисляют по формуле

. (1.13)

Открытую пористость Пок (%)определяют по формуле

Пок= Во, (1.14)

где Во– объемное водопоглощение материала, % (см. п.6).

Закрытую пористость Пз(%) вычисляют по формуле (1.12).

Результаты вычислений пористости материала заносят в табл.1.6.

Таблица 1.6. Результаты вычислений пористости материала

Наименование материала

Общая порис-тость образца, %

Открытая порис-тость образца, %

Закрытая порис-тость образца, %

5. Определение влажности

Влажность материала характеризуется тем количеством воды, которое содержится в порах и адсорбировано на поверхности образца.

Влажность образца W(%) вычисляется по формуле

, (1.15)

где mв – масса влажного образца, г; mс – масса сухого образца, г.

Влажность бетона определяют по образцам или пробам, полученным дроблением образцов после их испытания на проч­ность. Наибольший размер кусков после дробления должен быть не больше 5мм. Путем квартования отбирают пробу 100г, которую сушат при температуре (105±5)°С до постоянной массы. Чтобы установить в процессе высушивания достижение пробой постоянной массы, производят взвешивания не менее чем через 4часа. Массу считают постоянной, если разница между повторными взвешиваниями оказалась не более 0,1 %. Влажность образца вычисляют по формуле (1.15).

Результаты опытов заносят в табл.1.7.

Таблица 1.7. Результаты определения влажности образца материала

Наименование материала

Масса пробы в состоянии естественной влажности, г

Масса пробы в сухом состоянии, г

Влажность образца, %

6. Определение водопоглощения

Водопоглощение – это способность материала впитывать и удерживать в порах воду. Определяют водопоглощение по массе и объему.

Водопоглощение по массе Вм(%) вычисляют по формуле

, (1.16)

где mн – масса насыщенного водой образца, г; mс – масса сухого образца, г.

Водопоглощение по объему Во (%) – степень заполнения объема материала водой, характеризующую в основном его открытую пористость, ─ вычисляют по формуле

, (1.17)

где Vо – объем образца, см3; ρв – плотность воды (1 г/см3).

Зная водопоглощение по массе Вм и плотность ρо, можно рассчитать водопоглощение по объему

. (1.18)

Испытание производят на образцах в виде кубов с реб­ром 100 или 150 мм или в виде цилиндров, имеющих такие же диаметр и высоту. Допускается определение водопоглощения материала на образцах, имеющих неправильную геометричес­кую форму и массу не менее 200г. Образцы высушивают до постоянной массы, а затем помещают в емкость, наполненную водой с таким расчетом, чтобы уровень воды в емкости был выше верхнего уровня уложенных образцов примерно на50мм. При этом образцы укладывают на прокладки так, чтобы высота образца была минимальной. Температура воды в емкости должна быть (20±2)°С.

Образцы взвешивают через каждые 24ч насыщения водой с погрешностью не более 0,1 г.При каждом взвешивании образ­цы, вынутые из воды, предварительно вытирают отжатой влаж­ной тканью. Массу воды, вытекшую из пор образца на чашку весов, следует включать в массу насыщенного образца. Насыщение водой производят до тех пор, пока результаты двух последовательных взвешиваний будут отличаться не более чем на 0,1 г. Водопоглощение по массе и объему вычисляют по формулам (1.16) -(1.18).

Водопоглощение материала определяют также методом кипя­чения образцов. При этом образцы кипятят в сосуде с водой. Объем воды должен не менее чем в два раза превышать объем установленных в нем образцов. После каждых 4ч кипячения образцы охлаждают в воде до комнатной температуры, обтира­ют влажной отжатой тканью и взвешивают. Испытание произво­дят до тех пор, пока результаты двух последовательных взве­шиваний будут отличаться не более чем на 0,1 %.Расчет водопоглощения ведут по указанным выше формулам.

Результаты опытов заносят в табл.1.8.

Таблица 1.8. Результаты определения водопоглощения образца материала

Наименование материала

Масса сухого образца, г

Масса образца, насыщенного водой, г

Объем образца, см3

Водопоглощение образца, %

по массе

по объему

Контрольные вопросы

1. Что такое истинная плотность материала, от чего она зависит, как определяется?

2. Почему для определения истинной плотности каменный материал измельчают?

3. Что общего и что разного между истинной и средней плотностью материала?

4. Что такое средняя плотность материала, от чего она зависит, как определяется?

5. Что такое и как определяется общая, открытая и закрытая пористость материала?

6. Какая существует зависимость между водопоглощением по объему и общей пористостью материала? Всегда ли эта зависимость справедлива?

7. Какое влияние оказывает открытая и закрытая пористость на морозостойкость материала?

8. Какое влияние оказывает открытая и закрытая пористость на тепло- и звукопроводность материалов?

9. Что такое и как определяется влажность материала?

10. Что такое водопоглощение материала, от чего оно зависит, как определяется?

Лабораторная работа №2

Определение механических свойств материалов

studfiles.net

1.3.Определение водопоглощения кирпича

Предназначенные для испытания на водопоглощение 5 образцов высушивают до постоянной массы и после охлаждения взвешивают с точностью до 1 г. После этого образцы укладывают в сосуд с водой в один ряд на подкладки так, чтобы уровень воды в сосуде был выше верха образцов не менее чем на 2 см, и не более чем на 10 см. В таком положении образцы выдерживают в течение 48 часов. После этого вынимают из сосуда, немедленно отбирают влажной тряпкой /мягкой/ и каждый образец взвешивают. Масса воды, вытекающей из пор образца во время взвешивания, должна включаться в массу насыщенного водой образца. Взвешивание насыщенных образцов должно быть закончено не позднее чем через 5 минут после того, как образцы вынуты из воды. Водопоглощение по массе вычисляют по формуле /%/:

,

где m1 – масса насыщенного водой образца, г;

m – масса высушенного образца, г;

Водопоглощение определяют как среднее из 5 результатов. Водопоглощение кирпича должно быть не менее 8%.

1.4.Определение морозостойкости кирпича

Морозостойкостью кирпича называют способность материала или изделия насыщенного водой, выдерживать многократное замораживание и оттаивание в воде.

Образцы кирпича, предназначенные для испытания на морозостойкость, предварительно высушивают до постоянной массы, а затем насыщают водой и взвешивают. В морозильной камере образцы устанавливают в специальных контейнерах или укладывают на стеллажи камеры, после того как температура в ней понизится до -150С. От начала до конца замораживания в течение 4 часов температура в зоне размещения должна быть не выше -150С и не ниже -200С.

После окончания замораживания образцы вынимают из морозильной камеры и погружают в ванну с водой при температуре 15 - 200С. Продолжительность одного оттаивания должна быть не менее 2-х часов.

Замораживание и последующее оттаивание образцов составляет один цикл. По количеству циклов попеременного замораживания и оттаивания без признаков разрушения устанавливают марку кирпича по морозостойкости.

Для установления степени повреждения образцы подвергаются осмотру через каждые 5 циклов после их оттаивания.

Кирпич считают выдержавшим испытание на морозостойкость, если после установленного количества циклов попеременного замораживания и оттаивания образцы не разрушаются или на поверхности образцов не будут обнаружены виды повреждения: расслоение, шелушение, сквозные трещины, выкрашивание. При значительном выкрашивании ребер и углов проверяют потерю массы образца, которая не должна превышать 2%.

Для определения потери массы образцы после последнего цикла испытания высушивают до постоянной массы.

Потерю массы определяют по формуле/%/:

,

где m1 – масса образца, высушенного до постоянной массы до начала испытаний на морозостойкость;

m2 – масса образца, высушенного до постоянной массы на морозостойкость.

По морозостойкости кирпич подразделяется на четыре марки: Мрз. 15, Мрз. 25, Мрз. 35, Мрз. 50.

2.Испытание плитки керамической для внутренней облицовки

Плитки, используемые для внутренней облицовки стен, изготовляются по ГОСТ 6141-82 из глиняного теста путем формовки, обжига и глазурирования лицевой поверхности.

Плитки выпускают прямоугольной и фасонной формы различных типов /квадратная, прямоугольная, угловая и др./, для которых установлены свои размеры /например, квадратная плитка - 150150 мм/.

Толщина всех плиток, за исключением плинтусных, должна быть не более 6,0 мм, плинтусных плиток – не более 10,0 мм. Толщина плиток одной партии должна быть одинаковой.

Допускаемое отклонение по толщине плиток одной партии не должно превышать 0,5 мм. Отклонение размеров по длине граней плитки допускается не более 1,5 мм.

Плитки должны иметь одноцветную или мраморовидную лицевую поверхность. Цвет лицевой поверхности плиток и тон их окраски должны соответствовать эталонам.

Водопоглощение плиток не должно превышать 16% от массы плиток, высушенных до постоянной массы.

Размеры плиток проверяют металлическим измерительным инструментом или шаблоном с точностью до 1 мм. Правильность прямых углов плиток определят металлическим угольником.

Искривление плиток определяют следующими способами: в случае вогнутой поверхности – измерением наибольшего зазора между поверхностью плитки и ребром металлической линейки, поставленной по диагонали плитки; в случае выпуклой поверхности – измерением зазора между поверхностью плитки и ребром металлической линейки, поставленной по диагонали плитки и опирающейся с одного конца на калибр, равный допускаемой величине искривления.

Для определения термической стойкости плиток отобранные три плитки помещают в воздушную баню и постепенно нагревают. По достижении температуры 1000С плитки быстро погружают в воду, имеющую температуру 18-200С, и оставляют в ней до полного охлаждения; затем их вынимают и осматривают. Чтобы точнее обнаружить наличие цека /шероховатости/, на поверхность плиток наносят несколько капель жидкой краски или чернил и протирают мягкой тканью.

Плитки считают термически стойкими, если в результате испытания на их глазурованной поверхности не будет обнаружено трещин, посечек, цека.

Для анализа однотонности цвета лицевых поверхностей квадратных и прямоугольных плиток их укладывают на щит вплотную на площади в 1 м2, а фасонные плитки – в ряд длиной не менее 1 м. Щит устанавливают в вертикальном положении на открытом месте.

Цвет поверхности плиток на расстоянии 3 м от глаза наблюдателя должен выглядеть однотонным в соответствии с эталоном.

studfiles.net

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ контрольные задания

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Строительные материалы и изделия широко используют в строительном комплексе. Чем шире ассортимент, выше качество и ниже стоимость строительных материалов, тем успешнее осуществляется индустриальное строительство промышленных, жилых, гражданских, гидротехнических, дорожных, аэродромных, сельскохозяйственных, санитарно-техническихи других инженерных сооружений и зданий.

Студенты-заочники,совмещающие учебные занятия с работой на производстве, в проектных организациях, на стройках, в научных институтах, повседневно встречаются с вопросами использования или изготовления различных строительных материалов. Инженерам строительного профиля приходится разбираться в обширной номенклатуре строительных материалов, выбирать необходимый материал с учетом его качественных показателей, конкретных условий применения и стоимости. Им необходимо также иметь представление об основах технологии изготовления материалов и особенностях технологических процессов производства изделий и переработки сырья. Кроме этого, инженер должен освоить методы оценки качества сырья и особенности готовой заводской продукции, направляемой на строительство, правил приемки, хранения, транспортирования, экономного расходования и т.п. Эти знания приобретаются в результате изучения теории о сырье, его добыче, переработке, изготовления материала, способах определения качества и многих других вопросов. Специалист должен также приобрести практические навыки особенно в отношении проверки качества материала, изготовления образцов для их испытания, подбора рационального состава материала и т.п. Все эти знания и навыки инженер получает в высших учебных заведениях при изучении специального курса «Материаловедение» в объеме определенной программы.

Перед выполнением контрольных заданий необходимо изучить соответствующие разделы учебника или другой литературы. Каждое контрольное задание имеет 10 вариантов. Вариант 1 выполняют студенты, учебный шифр которых оканчивается на цифру 1; вариант 2 – на цифру 2 и т.д., а вариант 10 – на цифру 0.

Студентам рекомендуется пользоваться письменными и устными консультациями на кафедре строительных материалов. Контрольные задания студенты выполняют самостоятельно, замечания и пояснения по ним преподаватель дает в рецензиях и на полях тетради (для этого в тетради необходимо оставлять поля и свободное место после каждого ответа на вопрос). В период лабораторно-экзаменационнойсессии проводится устное собеседование преподавателя со студентом по выполненным контрольным работам.

Кроме теоретических знаний студент должен получить в определенном объеме практические навыки. Лабораторные и практические задания студент выполняет самостоятельно под наблюдением преподавателя в лаборатории. После выполнения всех работ происходит сдача зачета. Студент, получивший зачеты по лабораторным работам и контрольным заданиям, допускается к экзамену.

Для лучшего усвоения пройденного курса кафедра организует экскурсию на заводы строительных материалов, стройки, строительные выставки. Экскурсии предшествуют экзамену, но не являются обязательной формой учебного процесса и назначаются по предварительной договоренности с учебной группой.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1.1. Первое контрольное задание

Вариант 1

Задачи

1.Масса образца материала в сухом состоянии 50 г. Определить массу образца в насыщенном водой состоянии и истинную плотность материала, если известно, что водопоглощение

его по объему равно 18 %, пористость – 25 %, средняя плотность 1800 кг/м3.

2.Сколько получится известкового теста, содержащего 50 % воды, из 2 т извести-кипелки(СаО), имеющей активность

85 %?

Вопросы

1.Свойства материалов по отношению к действию воды (гидрофизические свойства).

2.Как меняются свойства строительных материалов под действием атмосферных факторов? Привести сравнительные примеры.

3.Огнеупорные изделия, основы получения, свойства, применение.

4.Добавочные материалы в производстве керамических материалов, их характеристика и назначение.

5.Существующие способы производства (формования) керамического кирпича, их технико-экономическаяоценка.

6.Магнезиальные вяжущие вещества, сырье для их производства, особенности свойств и применения.

7.Глиноземистый цемент, основы производства, особенности свойств, применение.

Вариант 2

Задачи

1. Гидравлический пресс имеет измерительные шкалы на

50, 150 и 300 тс (50 9,8 103 Н; 150 9,8 103 Н; 300 9,8 103 Н). По-

добрать шкалу для испытания на сжатие в образцах-кубахс ребром 15 см после 28 суток нормального твердения. Проектируемая марка бетона «400».

2.Определить среднюю плотность известкового теста, в

котором содержится 56 % воды (по массе), если истинная плотность извести-пушонкиравна 2,08 г/см3.

Вопросы

1.Распространенные горные породы осадочного происхождения, их характеристика и применение в строительстве.

2.Стеновые керамические изделия, их свойства и сравнительная оценка.

3.Шлакопортландцемент, его свойства и применение.

4.Разновидности воздушной строительной извести, их применение. Основы гашения извести.

5.Сырье и основы производства портландцемента.

Вариант 3

Задачи

1.При стандартном испытании керамического кирпича на изгиб оказалось, что предел прочности равен 3,53 МПа. Определите, какое показание манометра пресса соответствовало этому напряжению, если диаметр поршня равен 9 см.

2.Сколько содержится извести и воды (по массе) в 1 м3 известкового теста, если средняя плотность его равна 1400 кг/м3?

Истинная плотность гидратной извести (извести-пушонки)в порошке составляет 2,05 г/см3.

Вопросы

1.Привести сравнительную технико-экономическуюоценку материалов, применяемых для устройства полов.

2.Описать горные породы, состоящие в основном из карбонатов и сульфатов кальция и магния и привести примеры их использования в производстве строительных материалов.

3.Способы снижения средней плотности стеновых керамических изделий, примеры эффективных керамических изделий.

4.Процессы, протекающие при обжиге глинистых пород.

5.Описать основные положения теории твердения минеральных вяжущих веществ.

6.Дать характеристику и особенности свойств и применения сульфатостойкого, дорожного и быстротвердеющего цементов.

Вариант 4

Задачи

1.Во сколько раз пористость камня А отличается от порис-

тости камня В, если известно, что истинная плотность обоих камней одинакова и равна 2,72 г/см3, а средняя плотность камня

Ана 20 % больше, чем камня В, у которого водопоглощение по объему в 1,8 раза больше поглощения по массе?

2.Определить количество известкового теста по массе и объему, содержащего 60 % воды и полученного из 2,5 т извести-

кипелки, активность которой 88 %. Средняя плотность теста

1420 кг/м3.

Вопросы

1.Дать понятие теплопроводности, показать на примерах ее зависимость от пористости и влажности материала.

2.Привести сравнительную оценку кирпича керамического и силикатного по виду сырья, технологии получения и эксплуатационным свойствам.

3.К какому типу и какой группе горных пород относятся: гравий, кварцит, доломит, базальт, песок, известняк и мрамор?

4.Черепица: сырье, основы производства и применение.

5.Опишите основные процессы при обжиге сырья в производстве портландцемента.

6.Дать характеристику и показать особенности свойств и применения пластифицирующего, гидрофобного и быстротвердеющего цементов.

Вариант 5

Задачи

1.Определить коэффициент размягчения и дать оценку водостойкости материала, если при испытании образца в сухом состоянии на сжатие показания манометра пресса при разрушении образца равны 38,8 МПа, а в водонасыщенном состоянии –

34,1 МПа.

2.Определить расход глины по массе и объему, необходимый для изготовления 1000 шт. керамического кирпича пустотелого при следующих данных: средняя плотность кирпича

1450 кг/м3, насыпная плотность карьерной глины 1600 кг/м3, влажность глины после сушки 12 %, потери при обжиге (потери при прокаливании) – 8 % от массы сухой глины.

Вопросы

1.Техническая оценка строительных изделий, привести сравнительную техническую оценку нескольких видов стеновых материалов.

2.Основные свойства для материалов, используемых для стен отапливаемых зданий.

3.Специальные виды керамических изделий (кислотоупорные, дорожные, санитарно-технические).

4.Основы получения стеклоизделий (плотных и пористых).

5.Описать процесс гидратации основных клинкерных материалов.

6.Состав, свойства и область применения кислотостойких цементов.

Вариант 6

Задачи

1.Определить среднюю плотность образца материала неправильной геометрической формы, если даны значения масс образца: взвешенного на воздухе – 80 г, покрытого парафином и взвешенного на воздухе – 80,75 г (для предотвращения водопо-

глощения), покрытого парафином и взвешенного в воде – 39 г. Плотность парафина принять равной 0,93 г/см3.

2.Сколько кирпича получится из 2,5 м3 глины, если средняя плотность кирпича равна 1700 кг/м3, насыпная плотность карьерной глины 1600 кг/м3, влажность глины после сушки 12 %, потери при обжиге (потери при прокаливании) – 8 % от массы сухой глины.

Вопросы

1.Дать характеристику горных пород, используемых для получения известковых и гипсовых вяжущих веществ.

2.Объемные стеклоизделия, их свойства и применение в строительстве.

3.Что такое керамзит, его свойства, для каких целей применяется в строительстве.

4.Способы декорирования керамических изделий.

5.Жидкое стекло, принцип получения, область примене-

ния.

6. Основы производства портландцемента по сухому способу, для получения каких цементов используется портландцементный клинкер?

Вариант 7

Задачи

1.Образец известняка в сухом состоянии при испытании на сжатие разрушился при показании манометра пресса 100 МПа. Определить предел прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии, если коэффициент размягчения равен 0,6, а площадь образца в 2 раза больше площади поршня гидравлического пресса.

2.Определить расход глины по массе и объему, необходимый для изготовления 1000 шт. керамического кирпича при

следующих данных: насыпная плотность карьерной глины 1650 кг/м3, влажность после сушки 13 %, потери при обжиге

(потери при прокаливании) – 8,5 % от массы сухой глины, средняя плотность кирпича 1750 кг/м3.

Вопросы

1.Описать главнейшие изверженные породы, их свойства и применение.

2.Виды плоского стекла, их характеристики и применение

встроительстве.

3.Шлаковая пемза (термозит), ее свойства и применение.

4.Способы производства и виды керамических облицовочных плиток.

5.Расширяющиеся цементы, их свойства и применение.

6.Описать основные процессы, протекающие при обжиге сырья в производстве портландцемента. Минералогический состав клинкера.

Вариант 8

Задачи

1.Масса образца материала в сухом состоянии 76 г, в насыщенном водой – 79 г. Определить его среднюю плотность и

пористость, если водопоглощение по объему составляет 8,2 %, а истинная плотность – 2,68 г/см3.

2.Определить выход обожженного материала и известикипелки (СаО) из 20 т известняка, содержащего 6 % глинистых примесей.

Вопросы

1.Механические свойства строительных материалов.

2.Пуццолановый портландцемент, его свойства и примене-

ние.

3.Строительный гипс, сырье, основы производства, свойства и применение в строительстве.

4.Свойства портландцемента, его маркировка.

5.Ускоренные способы твердения бетонов на основе портландцемента.

Вариант 9

Задачи

1.Материал в виде куба с ребром, равным 6,5 см, в воз- душно-сухомсостоянии имеет массу 495 г. Определить теплопроводность материала.

2.Определить пористость цементного камня из шлакопортландцемента, если цементное тесто содержит 40 % воды, а на процесс гидратации при твердении требуется 18 % воды.

Вопросы

1.Свойства материалов по отношению к действию тепла (теплофизические свойства).

2.Как изменяются свойства строительных материалов при увлажнении? Приведите сравнительные примеры.

3.Основные порообразующие материалы изверженных горных пород. Какие минералы придают горной породе высокую ударную прочность?

4. Свойства глинистых пород и основные операции при получении изделий строительной керамики.

5. Аглопорит, основы производства, свойства и применение.

6. Высокопрочный гипс, принцип получения, свойства и применение.

Вариант 10

Задачи

1.Определить пористость горной породы, если известно,

что ее водопоглощение по объему в 1,7 раза больше водопоглощения по массе, а истинная плотность породы равна 2,6 г/см3.

2.Определить пористость цементного камня при водоцементном отношении В/Ц = 0,6, если химически связанная вода

составляет 16 % от массы цемента, истинная плотность которого 3,1 г/см3.

Вопросы

1.Привести сравнительную технико-экономическуюоценку кровельных материалов.

2.Что такое выветривание горных пород и меры защиты от выветривания каменных изделий и конструкций.

3.Дать перечень и характеристику распространенных искусственных пористых заполнителей.

4.Теплоизоляционные материалы из силикатных расплавов, их свойства и применение.

5.Разновидности гипсовых вяжущих веществ, их свойства, маркировка, область применения.

6.Свойства и применение расширяющегося портландце-

мента.

9

1.2. Второе контрольное задание

Вариант 1

Задачи

1. Номинальный состав цементного бетона по объему при проектировании оказался 1:2,5:3,1; В/Ц = 0,45. Определить количество составляющих материалов на 1,35 м3 бетона, если на 1 м3 его расходуется 390 кг цемента, а влажность песка и гравия в момент приготовления бетонной смеси была соответственно равна 5,0 и 3,0

%. Насыпная плотность цемента – 1,3 т/м3, песка – 1,6 т/м3, гравия – 1,4 т/м3.

2.Масса образца стандартных размеров, вырезанного из древесины дуба, равна 8,76 г; при сжатии вдоль волокон предел прочности его оказался равным 37,1 МПа. Найти влажность, плотность

ипредел прочности дуба при влажности 12 %, если масса высушенного такого же образца составляет 7,0 г.

Вопросы

1.Что такое цементный бетон, как его изготовляют и от чего зависит его прочность?

2.В каких сечениях изучается макроструктура древесины? Объясните основные элементы торцового сечения дерева.

3.В каком виде находится влага в древесине? Удаление какой влаги связано с разрушением клетчатки?

4.Что служит сырьем для изготовления стекловатных изделий и в каком виде эти материалы применяют?

5.Что такое пенополистирол? Методы изготовления.

Технологическая схема

Составить схему производства пенобетона и пояснить основные этапы технологии.

Вариант 2

Задачи

1. Определить минимально необходимую емкость бетоносмесителя и плотность бетонной смеси, если при одном замесе получается 2 т бетонной смеси состава 1:2:4 по массе при В/Ц = 0,6 и коэффициенте выхода К = 0,7. Насыпная плотность

studfiles.net

4. Определение показателя истираемости

Показатель истираемости показывает стойкость материала к абразивному износу. Он оценивается потерей массы материала, отнесенной к единице его площади, или уменьшением толщины материала. Чем выше показатель истираемости, тем менее износостоек материал. Наибольшее значение показатель истираемости имеет для строительных материалов, подвергающихся соответствующим воздействиям, например, для дорожных и напольных покрытий и т.п.

Показатель истираемости строительных материалов определяют специальными приборами, конструкция которых зависит от вида материала. Так, полимерные материалы для полов испытывают с помощью шлифовальной шкурки, входящей в состав прибора, а каменные материалы (бетоны, растворы, природный камень, керамическую плитку) ─ на кругах истирания с использованием шлифовальных порошков (кварцевый песок).

Сопротивление истиранию ─ это способность материала сопротивляться изменению объема или массы под действием истирающих усилий.

Показатель истираемости материала И(г/см2) устанавли­вают по формуле

, (1.24)

где m ─ масса образца до истирания, г;m1─ масса образ­ца после истирания, г; F─ площадь истирания,cм2.

Для определения истираемости применяют специальные приборы- круги истирания (рис.1.7). Прибор состоит из чу­гунного диска 1,который вращается на вертикальной оси со скоростью 30 об/мин. Частота вращения фикси­руется имеющимся счетчиком. Над диском имеются два зажимных приспо­собления 2для закрепле­ния в них испытуемых образцов 3.Оси зажимов находятся на расстоянии 22см от центра диска. С помощью специального приспособления образец прижимают к поверхности круга с силой 6Н на 1см2площади образца. Над диском на станине укрепле­ны два бачка 4для автоматической подачи истирающего по­рошка и два бачка для воды, которая необходима в случаях испытания влажных образцов. У зажимов установлены щетки для сметания в железный кожух истираемого материала. В ка­честве истирающего порошка применяют наждак или корунд круп­ностью около 0,5мм. Расход истирающего порошка должен быть 20г/мин.

Образцы должны быть правильной геометрической формы, высотой не менее 5-7см, площадью не менее 40-50см2. В случае меньшей высоты образец наклеивают на деревянную пластинку для получения требуемой общей высоты в 5-7см.

Перед испытанием образец взвешивают с погрешностью до 0,1 г. Затем образец устанавливают на круг истирания так, чтобы истиралась его нижняя грань.

При отсутствии у круга истирания бачков для автоматической подачи истирающего порошка на диск прибора равномерным слоем насыпают первую порцию (20±1) г шлифзерна (на первые 30 м пути).

Через каждые 30 м пути (28 оборотов диска на приборе ЛКИ-2 или ЛКИ-3) истирающий диск останавливают. С него удаляют остатки абразивного материала, насыпают новую порцию абразива и снова включают прибор. Указанную операцию повторяют 5 раз, что составляет 1 цикл испытаний (150м пути).

После каждого цикла испытаний образец вынимают из гнезда, поворачивают на 900в горизонтальной плоскости и проводят следующие циклы испытаний. Всего проводят четыре цикла испытаний для каждого образца (общий путь истирания равен 600 м).

После испытания образец взвешивают, а его показатель истираемости вычисляют по формуле (1.24).

Результаты опытов заносят в табл.1.12.

Таблица 1.12. Результаты определения показателя истираемости образца материала

Наименование материала

Размеры образца, см

Площадь истирания F,cм2

Масса образца до истирания m, г

Масса образ­ца после истирания m1, г

Показатель истираемости образца И, г/см2

Контрольные вопросы

1. Как определяется предел прочности на сжатие материала?

2. Как влияют на результаты определения прочности на сжатие размеры образца и параметры испытания (скорость нагружения, состояние опорных поверхностей)?

3. Как определяется разрушающая сила и предел прочности на сжатие при испытании образца на прессе, снабженном манометром для измерения давления в гидросистеме пресса?

4. Какие экспериментальные данные необходимы для определения прочности при изгибе?

5. Чем характеризуется и как определяется ударная прочность материала?

6. Как вычисляется работа, затраченная на разрушение образца, при испытании на ударную прочность?

7. Как определяется показатель истираемости материала?

Практическая работа №1

Решение задач по основным свойствам материалов

Знание основных свойств строительных материалов дает возможность рационально использовать их, а также производить инженерно-технические расчеты в строительстве.

Так, например, по известным значениям истинной и средней плотности материала можно рассчитать его пористость, что позволяет составить достаточно полное представление о прочности, водопоглощении, теплопроводности и других свойствах материалов и на этом основании решать вопрос о их применении в тех или иных конструкциях и сооружениях.

Величины средней и насыпной плотности строительных материалов необходимы для расчета нагрузок, для определения массы конструкций и сооружений, для транспортных расчетов, для выбора емкости складских помещений и т.п.

Расчеты прочности и устойчивости конструкций и сооружений невозможны без данных о прочности применяемых материалов. Невозможен прогноз их долговечности без знания таких свойств материалов как отношение к влаге, смене температур, к воздействию окружающей среды и т.д.

Ниже даются примеры таких расчетов, основанных на знании основных свойств строительных материалов.

Задача 1.Горная порода имеет истинную плотность 2,5 г/см3. Определить пористость образца породы, если известно, что его водопоглощение по объему в 1,7 раза больше водопоглощения по массе.

Решение. Отношение водопоглощения по объему к водопоглощению по массе материала равно его средней плотности, т.е.

Следовательно, средняя плотность образца горной породы г/см3.

Пористость образца (%) породы:

где – истинная плотность материала.

Отсюда

Ответ: пористость образца горной породы 32%.

Задача 2.Масса образца легкого бетона в сухом состоянии равна 118 г, а после парафинирования – 120 г. Образец, покрытый парафином, вытесняет из объемомера 98 г воды. Рассчитать коэффициент теплопроводности бетона.

Решение. Сначала определяем объем парафина(см3), затраченного на покрытие образца, по формуле

где – масса образца покрытого парафином, г;– масса сухого образца, г;плотность парафина, равная 0,930 г/см3.

см3.

Вычисляем среднюю плотность образца по формуле

где – объем образца с парафином, численно равный массе воды, вытесненной образцом, см3; т.е.

г/см3.

Коэффициент теплопроводности бетона[Вт/(м0C)] рассчитываем по формуле В.П. Некрасова

Вт/(м0С).

Ответ: коэффициент теплопроводности бетона равен 0,53 Вт/(м0С).

Задача 3.Бетонный кубик с размером ребра 15 см разрушился при испытании на гидравлическом прессе при показании манометра 9,5 МПа.

Определить предел прочности бетона при сжатии, если площадь поршня пресса равен 570 см2.

Решение. Предел прочности при осевом сжатии(МПа) вычисляется по формуле

где – разрушающая сила, Н;– площадь поперечного сечения образца, мм2.

Для определения разрушающей силы в Н необходимо показания манометра в МПа в момент разрушения кубика умножить на площадь поршня в мм2, т.е.

Н.

Предел прочности бетона при сжатии равен

МПа.

Ответ: Предел прочности бетона при сжатии равен 24,1 МПа.

Контрольные задания

1. Масса образца камня в сухом состоянии равна 50 г. Определить массу образца после насыщения его водой, а также его истинную плотность, если известно, что водопоглощение образца по объёму равно 18 %, а пористость - 25 % и средняя плотность - 1800 кг/м3.

2. Определить пористость образца камня, если известно, что его водопоглощение по объёму в 1,7 раза больше водопоглощения по массе, а истинная плотность равна 2,6 г/см3.

3. Камневидный материал в виде образца - куба, ребро которого равно 6,5 см, в сухом состоянии имеет массу 495 г. Определить коэффициент теплопроводности (ориентировочный) и возможное назначение материала.

4. Масса образца камня в сухом состоянии 76 г. После насыщения образца водой его масса увеличилась до 79 г. Определить плотность и пористость камня, если его водопоглощение по объёму составляет 8,2%, а истинная плотность равна 2,68 г/см3.

5. Сухой образец камня при испытании на сжатие разрушился при показании манометра 100 МПа. Определить предел прочности при сжатии образца в насыщенном водой состоянии, если известно, что коэффициент размягчения равен 0,6, а площадь образца в 2 раза больше площади поршня гидравлического пресса.

6. Определить плотность каменного образца неправильной формы, если на воздухе его масса равна 80 г. Масса образца, покрытого парафином, равна 80,75 г. При взвешивании парафинированного образца в воде получили 39 г.

7. Определить коэффициент размягчения камня, если при испытании образца в сухом состоянии на сжатие максимальное показание манометра пресса было равно 38,8 МПа, тогда как такой же образец в водонасыщенном состоянии показал предел прочности при сжатии 20,1 МПа. Образец имел форму куба с ребром 7 см. Площадь поршня пресса равна 50 см2.

8. Во сколько раз пористость камня А отличается от пористости камня Б, если известно, что истинная плотность обоих камней практически одинакова и составляет 2,72 г/см3, но средняя плотность камня А на 20% больше, чем камня Б, у которого водопоглощение по объёму в 1,8 раза больше водопоглощения по массе?

9. Какую минимальную полезную площадь должен иметь цементный склад для размещения 1250 т цемента в россыпи со средней насыпной плотностью 1250 кг/м3, если высота слоя цемента на складе во избежание слеживания не должна превышать 1,5 м?

10. Пикнометр с навеской вяжущего вещества весил 34,30 г, а пустой – 24,10 г. Когда в пикнометр с навеской влили керосин до метки, то вес его стал равен 74,17 г, а вес пикнометра с керосином (без навески) был равен 66,60 г. Рассчитать истинную плотность вяжущего вещества, если вес пикнометра с водой (без навески) равен 74,20 г.

11. Дозировочный бункер для песка имеет форму цилиндра с диаметром 100 см и высотой 120 см и весит с песком 1585 кг, а пустой – 84 кг. Определить общую пористость песка в бункере, принимая истинную плотность песка равной 2,64 г/см3.

12. Масса образца камня в сухом состоянии равна 60 г. При насыщении водой масса стала 70 г. Определить среднюю плотность, водопоглощение по массе и пористость камня, если водопоглощение по объёму составляет 21 %, а истинная плотность – 2,4 г/см3.

13. Наружная стеновая панель из газобетона имеет размеры 3,12,90,30 м и массу 2,16 т. Определить пористость газобетона, принимая его истинную плотность равной 2,81 г/см3.

14. Водопоглощение по массе и объёму бетона соответственно равно 3,9 % и 8,6 %. Рассчитать общую пористость бетона при его истинной плотности 2,72 г/см3.

15. Керамзитобетонная наружная стеновая панель размерами 3,12,80,25 м весит 2,25 т при влажности 13,2 %. Рассчитать среднюю плотность керамзитобетона во влажном и абсолютно сухом состоянии.

16. Бетонный кубик с размером ребра 20 см разрушился на гидравлическом прессе при показании манометра 12,5 МПа. Определить прочность бетона при сжатии, если диаметр поршня пресса равен 24 см.

17. Предел прочности при сжатии бетона, имеющего среднюю плотность 2300 кг/м3, равен 19,5 МПа. Какую прочность будет иметь бетон из тех же материалов, имеющий плотность 1800 кг/м3, если установлено, что при повышении пористости бетона на каждые 10 % прочность его снижается в среднем на 2,6 МПа. Истинную плотность бетона принять равной 2,7 г/см3.

18. Сосновый брус сечением 1020 см (толщинавысота) лежит на двух опорах, отстоящих друг от друга на 4 м. Посередине бруса к нему была приложена максимальная нагрузка 2,1 т, которая вызвала излом бруса. Рассчитать предел прочности бруса при изгибе.

19. Кубик из газобетона с размером ребра 20 см погружён в воду. В первый момент, когда поглощением воды можно пренебречь, кубик плавает в воде, и высота его над уровнем воды составляет 6,5 см. Определить пористость газобетона, принимая его истинную плотность равной 2,79 г/см3.

studfiles.net

Физические свойства — ТехЛиб

Плотность материала является нужной характеристикой при расчете прочности сооружения с учетом собственной массы, для определения способа и стоимости перевозки материала, для расчета складов и подъемно-транспортного оборудования. По величине плотности косвенно судят о некоторых других свойствах материала. Например, для каменных материалов существует приближенная зависимость между плотностью и теплопроводностью, а для древесины и некоторых каменных материалов (известняков) — между прочностью и плотностью.

Истинная плотность — величина, определяемая отношением массы однородного материала m(кг) к занимаемому им объему в абсолютно плотном состоянии Va(м3), т. е. без пор и пустот:

Размерность истинной плотности — кг/м или г/см

Истинная плотность каждого материала — постоянная физи­ческая характеристика, которая не может быть изменена без из­менения его химического состава или молекулярной структуры.

Так, истинная плотность неорганических материалов, природ­ных и искусственных камней, состоящих в основном из оксидов кремния, алюминия и кальция, составляет 2400…3100 кг/м3, органических материалов, состоящих в основном из углерода, кислорода и водорода, — 800… 1400, древесины, состоящей в ос­новном из целлюлозы, — 1550 кг/м3. Истинная плотность метал-лов колеблется в широком диапазоне: алюминия — 2700 кг/м , стали — 7850, свинца — 11300 кг/м3.

В строительных конструкциях материал находится в естест­венном состоянии, т. е. занимаемый им объем обязательно включает в себя и поры. В этом случае для характеристики фи­зического состояния материала используется понятие средней плотности.

Средняя плотность— величина, определяемая отношением массы однородного материала т (кг) к занимаемому им объему в естественном состоянии Ve (м ):

Так как Ve > Va(равенство только в абсолютно плотных мате­риалах, не содержащих пор, — стали, стекле, воде), то всегда вы­полняется и соотношение

Большинство строительных материалов имеют поры, поэтому у них истинная плотность всегда больше средней. Лишь у плотных материалов (стали, стекла, битума и др.) истинная и средняя плотности практически равны, так как объем внутренних пор у них ничтожно мал.

Экспериментальный (прямой) метод определения пористости основан на замещении порового пространства в материале сжиженным гелием и описан ранее.

Поры представляют собой ячейки, не заполненные структурным материалом. По величине они могут быть от миллионных долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Более крупные поры, например между зернами сыпучих материалов, или полости, имеющиеся, в некоторых изделиях (пустотелый кирпич, панели из железобетона), называют пустотами. Поры обычно заполнены воздухом или водой; в пустотах, особенно в широкополостных, вода не может задерживаться и вытекает.

Пористость стройматериалов — степень заполнения объема материала порами. Пористость — величина относительная, выражается в процентах или долях объема материала. Если известны значения средней и истинной плотности, то пористость материала, %, рассчиты­вают по формуле

Она колеблется в широких пределах: от 0,2…0,8 %—  у гранита и мрамора до 75…85 % у теплоизоляционного кирпича и у ячеистого бетона и свыше 90 % —У пенопластов и минеральной ваты.

  Значения средней и истинной плотности и пористости некоторых строительных материалов

 

Материал

Плотность, кг/м

Пористость. %

 

средняя

истинная

 

Гранит

2600…2700

2700…2800

0…2

Тяжелый бетон

2200…2500

2600…2700

2…25

Кирпич

1400…1800

2500…2600

25…35

Древесина

400…800

1500…1550

45…70

Пенопласт

15…100

950… 1200

90…98

Пористость материала характеризуют не только с количест­венной стороны, но и по характеру пор: замкнутые и откры­тые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2…5 мм). По харак­теру пор оценивают способность материала поглощать воду. Так, полистирольный пенопласт, пористость которого достигает 95 %, имеет замкнутые поры и практически не поглощает воду. В то же время керамический кирпич, имеющий пористость в три раза меньшую (т. е. около 30 %), благодаря открытому характеру пор (большинство пор представляют собой сообщающиеся ка­пилляры) активно поглощает воду.

Величина пористости в значительной мере влияет на проч­ность материала. Строительный материал тем слабее сопротив­ляется механическим нагрузкам, тепловым, усадочным и другим усилиям, чем больше пор в его объеме. Опытные данные пока­зывают, что при увеличении пористости от 0 до 20 % прочность снижается почти линейно.

Величина прочности также зависит от размеров пор. Она возрастает с их уменьшением. Прочность мелкопористых мате­риалов, а также материалов с закрытой пористостью выше, чем прочность крупнопористых и с открытой пористостью.

Для сыпучих материалов (цемент, песок, гравий, щебень) рассчитывают насыпную плотность.

Насыпная плотность — величина, определяемая отношени­ем массы материала т (кг) к занимаемому им объему в рыхлом состоянии Vn(м ):

Величина Vnвключает в себя объем всех частиц сыпучего материала и объем пространств между частицами, называемых пустотами. Если для зернистого материала известны насыпная плотность и средняя плотность зерен , то можно рассчитать его пустотность а — относительную характеристику, выражае­мую в долях единицы или в процентах:

От величины пористости и ее характера (размера и формы пор, равномерности распределения пор по объему материала, их структуры — сообщающиеся поры или замкнутые) зависят важнейшие свойства материала: плотность, прочность, долговечность, теплопроводность, водопоглощение, водонепроницаемость и др. Например, открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость. Однако в звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает долговечность материала и уменьшает его теплопроводность.

Сведения о пористости материала позволяют определять целесообразные области его применения.

Среди физических процессов наибольшее значение в практике имеют воздействия водной и паровой среды, тепловые воздействия, распространение звуковых волн, электротока, ядерных излучений и т. п. Отношение материала к статическому или циклическому воздействию воды или пара характеризуется гидрофизическими свойствами (гигроскопичность, капиллярное всасывание, во-допоглощение, водостойкость, водопроницаемость, паропроницаемость, влажностные деформации, морозостойкость).

Влажностные деформации — изменение размеров и объема материала при изменении его влажности. Уменьшение размеров и объема материала при его высыхании называют усадкой (усушкой), а увеличение размеров и объема при увлажнении вплоть до полного насыщения материала водой — набуханием (разбуханием). Усадка возникает и увеличивается в результате уменьшения толщины слоев воды, окружающих частицы материала, и действием внутренних капиллярных сил, стремящихся сблизить частицы материала. Набухание связано с тем, что полярные молекулы воды, проникая между частицами или волокнами, слагающими материал, как бы расклинивают их, при этом утолщаются гидратные оболочки вокруг частиц исчезают внутренние мениски, а с ними и капиллярные силы. Материалы высокопористого и волокнистого строения, способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой (древесина поперек волокон 30… 100 мм/м; ячеистый бетон 1…3 мм/м; кирпич керамический 0,03…0,1 мм/м; тяжелый бетон 0,3…0,7 мм/м; гранит 0,02…0,06 мм/м).

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

Водопоглощение по массе Wм равно отношению массы воды твн полностью насыщающей материал, к массе сухого материала т

Wм= (твн/m)*100

Водопоглощение по объему Wвн %, характеризует степень за­полнения объема материала водой. Вычисляют водопоглощение как отношение объема воды Vвн при полном насыщении материала к его объему Ve

Водопоглощение по объему можно вычислить при известных значениях водопоглощения по массе и средней плотности мате-риала, используя формулу

Водопоглощение материалов, зависящее от характера порис­тости, может изменяться в широких пределах. Значения WMсо­ставляют для гранита 0,02…0,7 %, тяжелого бетона — 2…4, кир­пича 8…20, легких теплоизоляционных материалов с открытой пористостью — 100 % и более. Водопоглощение по объему Woне превышает пористости, так как объем впитанной материалом воды не может быть больше объема пор.

Величины Woи Wмхарактеризуют предельный случай, когда материал более не в состоянии впитывать влагу. В реальных конструкциях материал может содержать некоторое количество влаги, полученной при кратковременном увлажнении капельно­жидкой водой либо в результате конденсации в порах водяных паров из воздуха. В этом случае состояние материала ха­рактеризуют влажностью.

Влажность — отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале mв, к массе (реже — к объему) материала в сухом состоянии тс

W=(mв/m)* 100.

Влажность может изменяться от нуля, когда материал сухой, до величины WM, соответствующей максимальному водосодержанию. Увлажнение приводит к изменению многих свойств ма­териала: повышается масса строительной конструкции, возрас­тает теплопроводность; под влиянием расклинивающего дейст­вия воды уменьшается прочность материала.

Для многих строительных материалов влажность нормирова­на. Так, влажность молотого мела — 2 %, стеновых материалов -5…7, воздушно-сухой древесины- 12…18 %.

Водостойкость — свойство материала сохранять прочность при насыщении его водой. Критерием водостойкости строитель­ных материалов служит коэффициент размягчения — отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой, RBк прочности при сжатии сухого материала Rc

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). Водонепроницаемость бетона оценивают маркой по W (W-2…W-8), обозначающей максимальное односто­роннее гидростатическое давление, при котором стандартный образец не пропускает воду. Для гидроизоляционных материа­лов водонепроницаемость характеризуется временем, по истече­нии которого появляется просачивание воды под определенным давлением через образец материала (мастика, гидроизол).

Гигроскопичность — способность материала поглощать и конденсировать водяные пары из воздуха. Гигроскопичность вызывается сорбцией, представляющей собой физико-химический процесс поглощения водяных паров из воздуха как в результате их адсорбции на внутренней поверхности материала, так и капиллярной конденсации. Капиллярная конденсация возможна только в капиллярах с малым радиусом (менее 10~7 м), так как разность давлений насыщенного водяного пара над вогнутой поверхностью мениска и плоской поверхностью в капиллярах с большим радиусом несущественна.

Гигроскопичность зависит как от свойств материала — величины и характера пористости, так и от условий внешней среды—температуры и относительной влажности, а для сыпучих материалов также от их растворимости в воде и дисперсности и снижением температуры воздуха. Этот процесс носит обратимый характер. Гигроскопичность характеризуется величиной отношения массы поглощенной материалом влаги, при относительной влажности воздуха 100% и температуре 20 °С, к массе сухого материала, выраженной в процентах.

Капиллярное всасывание (подъем) воды пористым материалом происходит по капиллярным порам, когда часть конструкции соприкасается с водой. Например, грунтовые воды могут подниматься по капиллярам и увлажнять нижнюю часть стены здания. Капиллярными называют поры с такими условными радиусами, при которых их капиллярный потенциал (потенциальная энергия поля капиллярных сил, отнесенных к единице массы жидкости) значительно больше потенциала поля тяжести.

Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия уровня воды в капиллярах материала, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания.

Более точно, учитывая неправильную форму пор в материале и их изменяющееся поперечное сечение, высоту всасывания воды определяют экспериментально по методу «меченых атомов» либо по измерению электропроводности материала.

Для оперативного контроля влажности преимущественно сыпучих материалов (например, заполнителей для бетона — песка, щебня) применяют диэлькометрический и нейтронный методы. Диэлькометрический метод измерения основан на зависимости между влажностью и диэлектрической проницаемостью материала. В нейтронном методе используется связь влажности и степени замедления быстрых нейтронов, проходящих через материал.

При насыщении материала водой существенно изменяются его свойства: увеличивается плотность и теплопроводность, происходят некоторые структурные изменения в материале, вызывающие появление в нем внутренних напряжений, что, как правило, приводит к снижению прочности материала.

Воздухостойкость — способность материала выдерживать циклические воздействия увлажнения и высушивания без заметных деформаций и потери механической прочности.

Многократное гигроскопическое увлажнение и высушивание вызывает в материале знакопеременные напряжения и со временем приводит к потере им несущей способности.

Влагоотдача — свойство, характеризующее скорость высыхания материала, при наличии соответствующих условий в окружающей среде (понижение влажности, нагрев, движение воздуха). Влагоотдача обычно характеризуется количеством воды, которое материал теряет в сутки при относительной влажности воздуха 60 % и температуре 20 °С. В естественных условиях вследствие влагоотдачи, через некоторое время после строительства, устанавливается равновесие между влажностью строительных конструкций и окружающей средой. Такое состояние равновесия называют воздушно-сухим (воздушно-влажным) состоянием.

Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением. Характеристикой водопроницаемости служит количество воды, прошедшее в течение 1 с через 1 м2 поверхности материала при заданном давлении воды. Для определения водопроницаемости используют различные устройства, позволяющие создавать нужное одностороннее давление воды на поверхность материала. Методика определения зависит от назначения и разновидности материала. Водопроницаем мость зависит от плотности и строения материала. Чем больше в материале пор и чем эти поры крупнее, тем больше его водопроницаемость.

При выборе стройматериалов для специальных целей (кровельные материалы, бетоны для гидротехнических сооружений, трубы и др.) чаще оценивают не водопроницаемость, а водонепроницаемость, характеризуемую периодом времени, по истечении которого появляются признаки просачивания воды под определенным давлением через образец испытуемого материала (кровельные материалы), или предельной величиной давления воды (Па), при котором вода не проходит через образец (например, бетон).

Паропроницаемость и газопроницаемость — способность материала пропускать через свою толщу водяной пар или газы (воздух). Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропроницаемости, численно равным количеству водяного пара, проникающего через слой материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 с, и разностью парциальных давлений пара в 133,3 Па. Аналогичным коэффициентом оценивается и газопроницаемость (воздухопроницаемость). Эти характеристики определяются для комплексной оценки физических свойств строительного материала или при его специальном назначении. Материалы для стен жилых зданий должны обладать определенной проницаемостью (стена должна «дышать»), т. е. через наружные стены происходит естественная вентиляция. Наоборот, стены и покрытия влажных помещений необходимо защищать с внутренней стороны от проникновения в них водяного пара, особенно зимой, когда содержание пара внутри помещения значительно больше, чем снаружи, и пар, проникая в холодную зону ограждения, конденсируется, резко повышает влажность в этих местах. В ряде случаев необходима практически полная газонепроницаемость (емкости для хранения газов и др.).

Морозостойкость — свойство материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и снижения прочности. От морозостойкости в основном зависит долговечность материалов, применяемых в наружных зонах конструкций различных зданий и сооружений. Разрушение материала при таких циклических воздействиях связано с появлением в нем напряжений, вызванных как односторонним давлением растущих кристаллов льда в порах материала, так и всесторонним гидростатическим давлением воды, вызванным увеличением объема при образовании льда примерно на 9% (плотность воды равна 1, а льда — 0,917). При этом давление на стенки пор может достигать при некоторых условиях сотен МПа.

Очевидно, что при полном заполнении всех пор и капилляров пористого материала водой разрушение может наступить даже при однократном замораживании. Однако у многих пористых материалов вода не может заполнить весь объем доступных пор, поэтому образующийся при замерзании воды лед имеет свободное пространство для расширения. При насыщении пористого материала в воде в основном заполняются водой макрокапилляры, микрокапилляры при этом заполняются водой частично и служат резервными порами, куда отжимается вода в процессе замораживания.

При работе пористого материала в атмосферных условиях (наземные конструкции) водой заполняются в основном микрокапилляры за счет сорбции водяных паров из окружающего воздуха; крупные же поры и макрокапилляры являются резервными. Следовательно, морозостойкость пористых материалов определяется величиной и характером пористости и условиями эксплуатации изготовленных из них конструкций. Она тем выше, чем меньше водопоглощение и больше прочность материала при растяжении. Учитывая неоднородность строения материала и неравномерность распределения в нем воды, удовлетворительную морозостойкость можно ожидать у пористых материалов, имеющих объемное водопоглощение не более 80 % объема пор. Разрушение материала наступает только после многократного попеременного замораживания и оттаивания.

Морозостойкость характеризуется числом циклов попеременного замораживания при —15, —17 °С и оттаивания в воде при температуре около 20 °С. Выбор температуры замораживания не выше —15, —17 СС вызван тем, что при более высокой температуре вода, находящаяся в мелких порах и капиллярах, не может вся замерзнуть. Число циклов (марка), которые должен выдерживать материал, зависит от условий его будущей службы в сооружении, климатических условий и указывается в СНиПах и ГОСТах на материалы.

Марка по моро­зостойкости (F10, F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300 для каменных материалов) характеризуется числом циклов за­мораживания и оттаивания, которое выдержал материал, при допустимом снижении прочности или уменьшении массы об­разцов.

Материал считают выдержавшим испытание, если после заданного количества циклов замораживания и оттаивания потеря массы образцов в результате выкрашивания и расслаивания не превышает 5%, а прочность снижается не более чем на 15 % (для некоторых материалов на 25 %). Для определения морозостойкости иногда используют ускоренный метод, например с помощью сернокислого натрия. Кристаллизация этой соли из насыщенных паров при ее высыхании в порах образцов воспроизводит механическое    действие   замерзающей   воды, но в более сильной степени, так как образующиеся кристаллы крупнее (значительное увеличение объема). Один цикл таких испытаний приравнивается 5…10 и даже 20 циклам прямых испытаний замораживанием. С некоторым приближением о морозостойкости можно косвенно судить по величине коэффициента размягчения. Большое понижение прочности вследствие размягчения материала (больше 10 %) указывает, что в материале есть глинистые или другие размокающие частицы, что отрицательно сказывается и на морозостойкости материала.

Отношение материала к постоянному или переменному тепловому воздействию характеризуется его теплопроводностью, теплоемкостью, термической стойкостью, огнестойкостью, огнеупорностью.

Теплопроводность — сp align=»JUSTIFY»/td/spanвойство стройматериала передавать теплоту через толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность К [Вт/(м*°С)] характеризуется количеством теплоты (Дж), проходящей через материал толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 с, при разности температур на противоположных поверхностях материала 1 °С.

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, а также 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. Коэффициент теплопроводно­сти, Вт/(м *°С), равен: для воздуха — 0,023; для воды — 0,59; для льда — 2,3; для керамического кирпича — 0,82. Воздушные поры в материале резко снижают его теплопроводность, а увлажнение водой сильно повышает ее, так как коэффициент теплопровод­ности воды в 25 раз выше, чем у воздуха.

С ростом температуры теплопроводность большинства строительных материалов увеличивается, что объясняется по­вышением кинетической энергии молекул, слагающих вещество материала, и определяется по формуле

где и — теплопроводность соответственно при температурах t и 0 °С; — температурный коэффициент, показывающий вели­чину приращения коэффициента теплопроводности материала при повышении температуры на 1 °С; t — температура материала, °С.

Теплоемкость — свойство материала аккумулировать теплоту при нагревании. Материалы с, высокой теплоемкостью могут выделять больше теплоты при последующем охлаждении. Поэтому при использовании материалов с повышенной теплоемкостью для стен, пола, перегородок и других частей помещений температура в комнатах может сохраняться устойчивой длительное время. Теплоемкость оценивают коэффициентом теплоемкости (удельной теплоемкостью), т. е. количеством теплоты, необходимой для нагревания 1 кг материала на 1 °С.

Строительные материалы имеют коэффициент теплоемкости меньше, чем у воды, которая обладает наибольшей теплоемкостью [4,2 кДж/(кг*°С)]. Например, коэффициент теплоемкости лесных материалов 2,39…2,72 кДж/(кг*°С), природных и искусственных каменных материалов — 0,75…0,92 кДж/(кг*°С), стали — 0,48 кДж/(кг*°С). Поэтому с увлажнением материалов их теплоемкость возрастает, но вместе с тем возрастает и теплопроводность.

Коэффициент теплоемкости материалов используют при расчетах теплоустойчивости ограждающих конструкций (стен, перекрытий), подогрева материала при зимних работах (бетонных, каменных и т. д.), а также при расчете печей. В некоторых случаях приходится рассчитывать размеры печи, используя удельную объемную теплоемкость, которая представляет собой количество тепла, необходимого для нагревания 1 м3 материала на 1 °С.

Термическая стойкость — способность материала выдерживать чередование (циклы) резких тепловых изменений. Это свойство в значительной степени зависит от однородности материала и коэффициента теплового расширения составляющих его веществ. Коэффициент линейного температурного расширения характеризует удлинение 1 м материала при нагревании его на 1 °С, коэффициент объемного расширения характеризует увеличение объема 1 м3 материала при нагревании его на 1 °С.

Чем меньше эти коэффициенты и выше однородность материала, тем выше и его термическая стойкость, т. е. большое количество циклов резких смен температуры он может выдержать. Так, каменные материалы из мономинеральных горных пород (мрамор) более термостойки, чем породы, сложенные из нескольких минералов (например, гранит). При жестком соединении материалов с различными коэффициентами линейного расширения в конструкциях могут возникнуть большие напряжения и, как результат, — коробление и растрескивание материала. Во избежание этого конструкции большой протяженности разрезают деформационными швами.

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 в условиях высоких температур не подвержены воспламенению, тлению или обугливанию — 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 воздействием огня или вы­сокой температуры медленно воспламеняются, но после удале­ния источника огня их тление или горение прекращается. К та­ким материалам относятся фибролит, асфальтобетон, пропитан­ная антипиренами древесина.

Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры горят и продолжают гореть после удаления источ­ника огня. Это — древесина, обои, битуминозные кровельные и полимерные материалы и др.

Предел огнестойкости — это промежуток времени (минуты или часы) от начала возгорания до возникновения в конструкции предельного состояния. Предельным состоянием считают поте­рю несущей способности, т. е. обрушение конструкции; возник­новение в ней сквозных трещин, через которые на противопо­ложную поверхность могут проникать продукты горения и пла­мя; недопустимый нагрев поверхности, противоположной действию огня, который может вызвать самопроизвольное воз­горание других частей сооружения.

Огнеупорность— свойство материала выдерживать длитель­ное воздействие высокой температуры (от 1580 °С и выше), не деформируясь и не размягчаясь. Огнеупорные материалы (ди­нас, шамот, хромомагнезит, корунд), применяемые для внутрен­ней футеровки промышленных печей, не деформируются и не размягчаются при температуре 1580 °С и выше. Тугоплавкие материалы (тугоплавкий печной кирпич) выдерживают без оп­лавления и деформации температуру 1350...1580 °С, легкоплав­кие (кирпич керамический строительный) — до 1350 °С.

Акустические свойства материалов — это свойства, связан­ные с взаимодействием материала и звука. Звук, или звуковые волны — это механические колебания, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах. Строителя интересуют две стороны взаимодействия звука и материала: в какой степени материал проводит сквозь свою толщу звук — звукопроводность и в какой мере материал поглощает и отражает падающий на него звук — звукопоглощение.

При падении звуковой волны на ограждающую поверхность звуковая энергия отражается, поглощается и проводится твер­дым телом. Отношение, характеризующее количество погло­щенной энергии Епоглк падающей Епадназывают коэффициен­том звукопоглощения α

Коэффициент звукопоглощения зависит от ряда факторов: уровня и характеристик звука (шума), свойств поглощающего материала, способов его расположения по отношению к жесткой поверхности (потолку, стене) и методов измерения.

Звукопоглощение зависит от характера поверхности и порис­тости материала. Материалы с гладкой поверхностью отражают большую часть падающего на них звука, поэтому в помещении с гладкими стенами звук, многократно отражаясь от них, создает постоянный шум. Если же поверхность материала имеет откры­тую пористость, то звуковые колебания, входя в поры, погло­щаются материалом, а не отражаются.

Сущность физического явления, происходящего при гашении звука пористым телом, заключается в следующем. Звуковые волны, падая на поверхность такого материала и проникая далее в его поры, возбуждают колебания воздуха, находящегося в уз­ких порах. При этом значительная часть звуковой энергии рас­ходуется. Высокая степень сжатия воздуха и его трение о стенки пор вызывают разогрев. За счет этого кинетическая энергия зву­ковых колебаний преобразуется в тепловую, которая рассеива­ется в среде.

Гашению звука способствует деформирование гибкого ске­лета звукопоглощающего материала, на что также тратится зву­ковая энергия; этот вклад особенно заметен в пористо-волокнистых материалах с открытой сообщающейся пористо­стью при ее общем объеме не менее 75 %.

Звукопроводность зависит от массы материала и его строе­ния. Материал тем меньше проводит звук, чем больше его масса: если масса материала велика, то энергии звуковых волн не хва­тает, чтобы пройти сквозь него, так как для этого надо привести материал в колебание.

Качество звукоизоляционных ограждений оценивают коэф­фициентом звукопроводности т, представляющим собой отно­шение количества звуковой энергии, прошедшей через преграду, к звуковой падающей энергии Епад

Придание звукоизолирующих свойств ограждению базирует­ся на трех основных физических явлениях: отражении воздуш­ных звуковых волн от поверхности ограждения, поглощении звуковых волн материалом ограждения, гашении ударного или воздушного шума за счет деформации элементов конструкции и материалов, из которых она изготовлена.

Способность отражать звуковые волны важна для наружных ограждений зданий. В этом случае для повышения отражения воздушных звуковых волн применяют массивные конструкции с гладкой наружной поверхностью.

Для внутренних помещений высокая отражающая способ­ность ограждения (перегородок) недостаточна, так как отражен­ные звуковые волны будут усиливать шум в наиболее шумном помещении. В данном случае применяют многослойные конст­рукции, в состав которых входят элементы из звукоизоляционных материалов, эффективность которых оценивается динами­ческим модулем упругости. В качестве звукоизоляционных про­кладок применяют пористо-волокнистые материалы из мине­ральной или стеклянной ваты, древесных волокон (древесно­волокнистые плиты), засыпки из пористых зерен (керамзита, шлака и др.).

Снижению уровня ударных и звуковых шумов способствуют малый динамический модуль упругости звукоизоляционных ма­териалов (до 15 МПа) и наличие воздуха в порах. В данном слу­чае снижение интенсивности звука происходит за счет деформа­ции элементов структуры звукоизоляционных материалов и час­тично — за счет звукопоглощения.

Читать по теме:
К разделу

Строительные материалы

tehlib.com


Смотрите также