ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Фізичні властивості матеріалів

 

Рис. 1.1 - Вплив зовнішнього середовища на конструкції будівель

 

Щоб будівля або споруда була міцною та долговічною, необхідно знати агресивні дії зовнішнього середовища, в якому буде працювати кожна конструкція (рис.1.1.). Тому важливо знати, які властивості має той чи інший матеріал.

Фізичні властивостіматеріалу характеризують його відношення до фізичних процесів навколишнього середовища і визначаються параметрами стану матеріалу. До параметрів стану матеріалу відносять такі технічні характеристики:

істинна щільністьr (г/см3, кг/м3) маса одиниця об'єму абсолютно щільного матеріалу. Якщо маса матеріалу m, а його обсяг Vа – його обсяг у щільному стані, то

r = m/Vа;

середня щільністьrо (г/см3, кг/м3) – маса одиниці об'єму матеріалу в природному стані ( з порами і дефектами):

 

rо = m/V.

 

Середня щільність матеріалу завжди менше істиною щільності. Наприклад: середня щільність легкого бетону – 500-1800 кг/м3, а його істинна щільність – 2600 кг/м3;

відносна щільність d виражає щільність матеріалу стосовно щільності води і є безрозмірною величиною;

 

насипна щільність rн (г/см3 ,кг/м3) – маса одиниці об'єму пухко насипаних зернистих чи волокнистих матеріалів (цемент, пісок, щебінь і т.д). Якщо маса матеріалу m , а Vн – його обсяг у пухко насипному стані, то

rн = m/Vн;

пористість П – є ступінь заповнення матеріалу порами.

 

 

Пористість виражають у % чи частках одиниці.

При експериментально-розрахунковому методі визначення пористості використовують значення істинної й середньої пористості:

 

П=(1 – ρо/ρ )100%.

 

Значення пористості будівельних матеріалів коливається від 0 до 98%. Наприклад, пористість важкого бетону – 10%; цегли звичайної – 32%; природних кам'яних матеріалів магматичного походження – 1,4%; міпори (спінених полімерів) – 98% (табл. 1.1).

 

Таблиця 1.1 - Значення істинної й середньої щільності, пористості для деяких будівельних матеріалів

 

Матеріал Щільність, кг/м3 Пористість ,%
середня істинна
Граніт 2600…2700 2700…2800 0…2
Важкий бетон 2200…2500 2600…2700 2…25
Цегла 1400…1800 2500…2600 25…35
Деревина 400…800 1500…1550 45…70
Пінопласт 15…100 950…1200 90…98

 

Гігроскопічність – здатність матеріалів поглинати вологу з повітря. Залежить від хімічного складу матеріалу і характеру його пористості.

Вологість матеріалу визначається вмістом вологи, віднесеної до маси матеріалу в сухому стані, залежить як від властивостей самого матеріалу, так і від навколишнього середовища. Вологість впливає на теплопровідність, стійкість до гниття і т.д.

Водопоглинення– здатність матеріалу всмоктувати й утримувати воду.

Розрізняють водопоглинення за масою і об’емом :

 

Wm = [(m1 – m)/m] · 100%;

Wv = [(m1 – m)/v] · 100%,

 

де m1 - маса зразка, насиченого водою;

m - маса сухого зразка.

Водопроникність – це властивість матеріалу пропускати воду під тиском. Водопроникність характеризується коефіцієнтом фільтрації Кф (м/г):

 

Кф = Vв · a/(S(р1-р)t),

 

де Vв – кількість води (м3), що проходить через стінку площею S = 1 м2, товщиною а = 1 м, за час t = 1 год. при різниці гідростатичного тиску на межах стінки р1-р=1 м вод ст.

Коефіцієнт розм'якшення – Кр – відношення міцності матеріалу, насиченого водою Rв, до міцності сухого матеріалу Rс:

 

Кр = Rв/Rс.

 

Коефіцієнт розм'якшення характеризує водостійкість матеріалу, він змінюється від 0 (розмокла глина) до 1 (метали). Якщо коефіцієнт розм'якшення менше 0,8, то матеріали не застосовують у будівельних конструкціях, що знаходяться у воді.

Морозостійкість – властивістьнасиченого водою матеріалу витримуватипопереміннозаморожування і відтавання. Морозостійкість матеріалу кількісно оцінюється циклами і відповідно маркою за морозостійкістю. За марку матеріалу по морозостійкості приймають найбільше число циклів поперемінно заморожування і відтавання, що витримують зразки матеріалу без зниження міцності на стиск більше 15%; втрати маси більше 5%.

Теплопровідність – властивість матеріалу передавати тепло від однієї поверхні до іншої. Характеристикою теплопровідності є коефіцієнт теплопровідності λ (Вт/м оС) На практиці зручно судити про теплопровідність за щільністю матеріалу.

Зазначена залежність виражається формулою В.П. Некрасова:

 

λ =1,16 ,

 

деd – відносна щільність матеріалу.

Теплоємність – здатність матеріалу акумулювати тепло при нагріванні і виділяти тепло при остиганні;

Вогнестійкість –властивість матеріалу витримувати тривалий вплив високої температури (від 1580 оС), не розм'якшуючись і не деформуючись.

Вогнестійкість –властивість матеріалу пручатися дії вогню при пожежі протягом певного часу, залежить від здатності матеріалу спалахувати і горіти. Неспалювані матеріали – це бетони, інші матеріали на основі мінеральних в'яжучих, цегла, сталь та ін. Важкоспалювані під впливом вогню чи високої температури жевріють, але після припинення горіння і тління їх дія припиняється.

 

 

1.4.2. Механічні властивості матеріалів

 

Будівельні матеріали і конструкції у процесі експлуатації піддаються різним зовнішнім силам – навантаженням, що викликають у них деформації і внутрішні напруження. Навантаження можуть бути: статичними (діють постійно), динамічними (прикладаються раптово і викликають сили інерції). Під діями зовнішніх сил будівельні конструкції деформуються і змінюють форму та розміри, при цьому реагують після зняття навантаження по-різному, виявляючи властивості пружності й пластичності.

Пружність – властивість матеріалу мимовільно відновлювати первісну форму і розміри після припинення дії зовнішніх сил.

Пластичність – властивості матеріалу змінювати форму чи розміри під дією зовнішніх сил, не руйнуючи, причому після припинення дії сили матеріал не може мимовільно відновити розміри і форму.

Крихкість – здатність матеріалу руйнуватися без утворення помітних залишкових деформацій.

Основними характеристиками деформаційних властивостей будівельного матеріалу є: модуль пружності, коефіцієнт Пуассона, модуль зрушення, об'ємний модуль пружності, граничні деформації, повзучість.

 

Модуль пружності Е являє собою міру твердості матеріалу і зв'язує пружну деформацію і одноосьове напруження відповідно до закону Гука:

 

 

ε = σ⁄Е,

 

де σ – відносна деформація матеріалу, рівна відношенню абсолютної деформаціїЕ до первісного лінійного розміру L.

σ – напруження при одноосьовому розтяганні стиску, встановлюване за формулою

 

σ = Р/F,

де Р –діюча сила;

F- площа поперечного перерізу матеріалу;

Модуль пружності Е за допомогою коефіцієнта Пуассона зв'язаний з іншими характеристиками матеріалу. Так, об'ємний модуль пружності (всебічного стиску) зв'язаний з модулем пружності наступною залежністю:

 

 

К = Е/[3(1-2μ)] ,

де μ – коефіцієнт Пуассона (поперечного стиску), встановлюваний за формулою

 

 

μ = - εx / εy ;

 

Одноосьове розтягання εz викличе подовження по цій осі z і відповідно стиск по бічних напрямках – εx εy , які у випадку ізотропності матеріалу рівні.

Міцність – здатність матеріалу опиратися, не руйнуючи, внутрішнім напруженням, що виникають під дією зовнішнього навантаження.

Міцність є основною властивістю більшості будівельних матеріалів, одним з найважливіших показників якості конструкційних матеріалів. Від значення міцності залежить величина навантаження, що може сприймати даний матеріал при заданому перетині, працюючи в конструкції. Міцність матеріалу оцінюють межею міцності R, напругою відповідно навантаженню, яке викликало напругу. Значення межі міцності деяких матеріалів наведені в табл. 1.2.

Залежно від міцності будівельні матеріали розділяються на марки. Єдина шкала марок охоплює все будівництво. Найчастіше під маркою розуміють межу міцності при стиску, тому що саме цей вид напруження випробує більшість конструкційних матеріалів, які працюють у споруді.

 

Таблиця 1.2 – Межа міцності деяких будівельних матеріалів

 

Матеріал Межа міцності, МПа
на стиск на розтяг на вигин
Граніт 137...176 - -
Цегла керамічна 7,5...30 - 1,7...45
Бетон на цементній основі 10...60 2...12 -
Плити гіпсокартонні 18...50 - 3...7
Сосна (уздовж волокон) 30...45
Дуб(уздовж волокон) 40...50
Сталь вуглецева Ст3 359...450 350...450 -

 

Для оцінки ефективності матеріалу в будівництві використовується коефіцієнт конструктивної якості (питома міцність),що розраховується як показник міцності, віднесений до відносної щільності матеріалу:

 

 

Rу = R/d,

 

де d – відносна щільність матеріалу (див. 1.4.1), що є безрозмірною величиною.

Найбільш конструктивними й ефективними в будівництві вважаються матеріали, які мають високу міцність при малій власній щільності. Далі наведені значення Rу для деяких матеріалів:

склопластик – 450/2 = 225 МПа;

сталь – 390/7,85 = 51 МПа,

важкий бетон – 40/2,4 = 16,6 МПа;

легкий бетон – 10/0,8 = 12,5 МПа;

цегла – 10/1, 8 = 5,56 МПа.

 

Твердість – властивість матеріалу пручатися проникненню в нього іншого більш твердого матеріалу.

Твердість кам'яних матеріалів природного походження оцінюється за шкалою Маоса, складеною з 10 мінералів з умовним показником твердості від 1 до 10 (самий м'який тальк – 1, самий твердий алмаз – 10). Твердість металів, бетону, пластмас визначають вдавленням у випробуваний зразок сталевої кульки. У результаті випробу обчислюють число твердості

 

 

НВ = Р/F,

 

де F – площа поверхні відбитка.

Стиранність – властивість матеріалу пручатися стираннім впливам.

Стиранність оцінюють втратою первісної маси зразка матеріалу, віднесеної до площі поверхні стирання:

 

І = (m1 - m2)/F,

 

де m1 і m2 - маса зразка до і після стирання;

Зазначена властивість є одним з основних показників якості матеріалів, застосовуваних для дорожнього будівництва, влаштування підлог, сходів.

Ударна в'язкість – властивість матеріалу пручатися ударним навантаженням. Даний вид навантаження на відміну від розглянутих вище має короткочасний, миттєвий характер. Характеристикою цієї властивості є робота, витрачена на руйнування стандартного зразка, віднесена до одиниці його об'єму: Ауд = m (1 + 2 + 3 + ….... + n)/V·10 ,

де m – маса вантажу копра, кг;

V– об'єм зразка, см3;

(1+2+3+…....n) – шлях, пройдений вантажем копра для руйнування зразка.

Знос –властивість матеріалу пручатися одночасному впливу зношуючих і ударних навантажень. Показником зносу служить утрата маси зразка матеріалу в % від початкової.

 

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти