Главные характеристики строительных материалов

Материалы это вещественная субстанция, применяемая для производства, производства вещей либо преобразования в другие вещественные субстанции, объекты и предметы, на практике это — продукция, которую расходуют с конфигурацией формы, состава либо состояния при изготовлении изделий.  Зависимо от избранного материала окончательное изделие будет владеть тем либо другим свойством.

Механические характеристики

Упругостью твердого тела именуют его свойство самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения деяния наружной силы. Упругая деформация стопроцентно исчезает после прекращения деяния наружной силы, потому ее принято именовать обратимой.

Пластичностью твердого тела именуют его свойство изменять форму и размеры под действием наружных сил не разрушаясь, при этом после прекращения деяния силы тело не может самопроизвольно восстановись свои размеры и форму, и в теле остается некая остаточная деформация, именуемая пластической деформацией.

Пластическую, либо остаточную, деформацию, не исчезнувшую после снятия нагрузки, именуют необратимой.

Основными чертами деформативных параметров строительного материала являются: относительная деформация, модуль упругости Юнга и коэффициент Пуассона.

Наружные силы, приложенные к телу, вызывают изменение межатомных расстояний, отчего происходит изменение размеров деформируемого тела на величину dl в направлении деяния силы.

Относительная деформация равна отношению абсолютной деформации dl к начальному линейному размеру l тела.

Формула расчета: є = dl / l,

где є — относительная деформация.

        Модуль упругости (модуль Юнга) связывает упругую деформацию є и одноосное напряжение s линейным соотношением, выражающим закон Гука.

Формула расчета: є = s / E ,

где E — модуль Юнга.

При одноосном растяжении (сжатии) напряжение определяется по формуле:

s = Р / F,

где Р — действующая сила; F — площадь начального поперечного сечения элемента.

Примеры строй материалов по данному свойству:

Модуль упругости представляет собой меру жесткости материала. Материалы с высочайшей энергией межатомных связей (они плавятся при высочайшей температуре) характеризуются и огромным модулем упругости.

Зависимость модуля упругости Е ряда материалов от температуры плавления ( tпл. ) смотри в таблице.

 

 

Модуль упругости Е связан с другими упругими чертами материала средством коэффициента Пуассона. Одноосное растяжение (сжатие) sz вызовет деформацию по этой оси — єz и сжатие по боковым фронтам — єx и — єy, которые у изотропного материала равны меж собой.

Коэффициент Пуассона, либо коэффициент поперечного сжатия µ равен отношению:

µ = — єx / єz.

Примеры строй материалов по данному свойству:

Коэффициент Пуассона бетона — 0,17 — 0,2, целофана — 0,4.

Крепкость — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных наружными силами либо другими факторами (стесненная усадка, неравномерное нагревание и т. п.).

Крепкость материала оценивают пределом прочности (временным сопротивлением) R, определенным при данном виде деформации.

 

Схема диаграмм деформаций.

 

 

Для хрупких материалов (природных каменных материалов, бетонов, строй смесей, кирпича и др.) основной прочностной чертой является предел прочности при сжатии.

Предел прочности при осевом сжатии равен личному от деления разрушающей силы на первоначальную площадь поперечного сечения эталона (куба, цилиндра, призмы).

Формула расчета: Rсж = Рразр / F,

где Rсж — предел прочности при осевом сжатии; Рразр — разрушающая сила; F — начальная площадь поперечного сечения эталона.

Предел прочности при осевом растяжении Rр употребляется в качестве прочностной свойства стали, бетона, волокнистых и других материалов.

Зависимо от соотношения Rр / Rсж можно условно поделить материалы на три группы:

1) материалы, у каких Rр > Rсж (волокнистые — древесная порода и др.) ;

2) Rр = Rсж (сталь);

3) Rр < Rсж (хрупкие материалы — природные камешки, бетон, кирпич).

Размерность: (Мпа).

Предел прочности при извиве определяют методом тесты эталона в виде балочек на 2-ух опорах.

Формула расчета: Rр•и = М / W,

где Rр•и — предел прочности при извиве; М — изгибающий момент; W — момент сопротивления.

Размерность: (Мпа).

 

Коэффициент конструктивного свойства (к.к.к.) материала равен отношению показателя прочности R к относительной средней плотности pо.

Формула расчета: к.к.к. = R / pо.

Как следует, это крепкость, отнесённая к единице средней плотности. Наилучшие конструкционные материалы имеют высшую крепкость при малой средней плотности.

Примеры значений к.к.к. для неких строй материалов:

стеклопластик — 225; древесная порода (без пороков) — 200; сталь прочная — 127; сталь — 51; легкий конструкционный бетон — 22,2; тяжкий бетон — 16,6; легкий бетон — 12,5; кирпич — 5,56.

Твердостью именуют свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела.

Твердость минералов оценивают шкалой Мооса, представленной 10 минералами, из которых каждый следующий своим острым концом царапает все прошлые. Эта шкала включает минералы в порядке растущей твердости от one до 10.

1. Тальк, Mg3[Si4O10][OH]2 — просто царапается ногтем.

2. Гипс, CaSO4 • 2H2O — царапается ногтем.

3. Кальцит, CaCO3 — просто царапается железным ножиком.

4. Флюорит (плавиковый шпат), CaF — царапается железным ножиком под маленьким нажимом.

5. Апатит, Ca5 [PO4]3 F — царапается ножиком под сильным нажимом.

6. Ортоклаз, К2О.Al2О3.6SiO2 — царапает стекло.

7. Кварц, SiO2; топаз, Al2 [SiO4] (F, OH)2; корунд, Al2 О3; алмаз, С — просто царапают стекло, используются в качестве абразивных (истирающих и шлифующих) материалов.

Твердость древесной породы, маталлов, бетона и неких других строй материалов определяют, вдавливая в их металлической шарик либо жесткий наконечник (в виде конуса либо пирамиды). В итоге тесты вычисляют число твердости
HB = P / F,

где F — площадь поверхности отпечатка.

От твердости материалов зависит их истираемость: чем выше твердость, тем меньше истираемость.

Истираемость оценивают потерей начальной массы эталона материала, отнесенной к площади поверхности истирания F.

Формула расчета: И = ( m1 — m2 ) / F,

где m1 и m2 — масса эталона до и после истирания.

Размерность: (г/кв.см).

Это свойство принципиально для эксплуатации дорог, полов, ступеней лестниц, и т. п.

Износом именуют свойство материалов сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов.

Сопротивление удару — способность материала сопротивляться действию удара падающего груза. Для определения прочности материалов при ударе используются особые копры.

 

Физические характеристики

 

Настоящая плотность — масса единицы объёма полностью плотного материала.

Формула расчета: p = m / Vа,

где m — масса материала; Vа — его объем в плотном состоянии.

Размерность: (г/куб.см, кг/куб.м).

 

Средняя плотность — масса единицы oбъема материала в естественном состоянии.
pо = m / V,

где m — масса материала; Vс — его объём вкупе с порами.
Размерность: (г/куб.см, кг/куб.м).

Значение средней плотности данного материала в сухом и мокроватом состоянии связаны соотношением:
p = p / (1 + Wм),

где Wм — количество воды в материале, толики от его массы.

Насыпная плотность ( pн ) — масса единицы объема рыхло насыпанных зернистых либо волокнистых материалов (цемента, песка, гравия, щебня, гранулированной минеральной ваты и т. п.).

Настоящая пористость — степень наполнения объема материала порами.

Формула расчета 1: П = Vп / V,

где Vп — объем пор; V — объём материала с порами.

Размерность: в процентах от объема.

Формула расчета 2: П = [1 — ( pо / p)] 100,

где pо — средняя плотность материала; p — настоящая плотность материала.

Размерность: в процентах от объема.

Главные характеристики строй материалов представлены в таблице.

 

 

Характеристики, связанные с действиями воды

 

Гигроскопичность либо сорбционная влажность — свойство капиллярно-пористого материала всасывать водяной пар из мокроватого воздуха.

Поглощение воды из воздуха именуется сорбцией.

Примеры строй материалов по данному свойству:

Древесная порода, теплоизоляционные, стеновые и другие пористые материалы владеют развитой внутренней поверхностью пор и потому высочайшей сорбционной способностью.

 

Водопоглощение определяют по объему и массе.

Водопоглощение по объему — степень поглощения материала водой.

Формула расчета: Wо = ( mв — mс ) / V • 100,

где mв — масса эталона материала, насыщенного водой; mс — масса эталона в сухом состоянии; V — объём материала.

Размерность: (%).

Водопоглощение по массе — определяют по отношению к массе сухого материала.

Формула расчета: Wм = ( mв — mс ) / mс • 100,

где mв — масса эталона материала, насыщенного водой; mс — масса эталона в сухом состоянии.

Размерность: (%).

Примеры строй материалов по данному свойству:

Водопоглощенние разных материалов колеблется в широких границах: гранита — 0,02- 0,7%, томного плотного бетона — 2-4%, кирпича — 8-15%, пористых теплоизоляционных материалов — 100% и больше.

Связь меж водопоглощением по массе и водопоглощением по объему определяется соотношением:

Wо = Wм • pо,

где pо — средняя плотность.

 

Коэффициент насыщения.

Водопоглощение употребляют для оценки структуры материла, привлекая для этой цели коэффициент насыщения пор водой равный отношению водопоглощения по объему к пористости:

kн = Wо / П,

где П — настоящая пористость.

Коэффициент насыщения может изменяться от zero (все поры в материале замкнутые) до one (все поры открытые), тогда Wо = П.

Коэффициент размягчения — отношение прочности материала, насыщенного водой, к прочности сухого материала.

Коэффициент размягчения охарактеризовывает водоустойчивость материала, он меняется от zero (размокшие глины и др.) до one (металлы и др.). Природные и искусственные каменные материалы не используют в строй конструкциях, находящихся в воде, если их коэффициент размягчения меньше 0,8.

Формула расчета: kр = Rв / Rс,

где Rв — крепкость материала, насыщенного водой; Rс — прочности сухого материала.

Водопроницаемость — это свойство материала пропускать воду под давлением.

Коэффициент фильтрации охарактеризовывает водопроницаемость материала.
Формула расчета: kф = Vв a / [ S( P1 — P2 ) t],

где kф = Vв — количество воды в куб.м, проходящей через стену площадью S = one кв.м, шириной а = one м за время t = one ч при разности гидростатического давления на границах стены ( P1 — P2 ) = one м вод. cт.

Размерность: (м/ч).

Газо- и паропроницаемость.

При появлении у поверхности огораживания разности давления газа происходит его перемещение через поры и трещинкы материала.

Коэффициент газопроницаемости охарактеризовывает газо- и паропроницаемость:

Формула расчета: kг = aVp / ( StdP),

где Vp — масса газа либо пара (плотностью p), прошедшего через стену площадью S и шириной а за время t при разности давлений на гранях стены dP.

Размерность: [г/(м•ч•Па)].

Относительные значения паро-газопроницаемости неких строй материалов представлены на таблице.

 

Усадкой (усушкой) именуют уменьшение размеров материала при его высыхании. Она вызывается уменьшением толщины слоев воды, окружающих частички материала, и действием внутренних капиллярных сил, стремящихся сблизить частички материала.

Набухание (разбухание) происходит при насыщении материала водой. Полярные молекулы воды, проникая в промежутки меж частичками либо волокнами, слагающими материал, вроде бы расклинивают их, при всем этом утолщаются гидратные оболочки вокруг частиц, исчезают внутренние мениски, а с ними и капиллярные силы.

Усадка неких строй материалов представлена на таблице.

 

 

Характеристики, связанные с действиями тепла

 

Морозостойкость ( F, Мрз) — свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без значимой утраты в массе и прочности.

Морозостойкость материала количественно оценивается маркой по морозостойкости.

Примеры строй материалов по данному свойству:

Легкие бетоны, кирпич, глиняние камешки для внешних стенок построек обычно имеют морозостойкость Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35. Бетон, используемый в строительстве мостов и дорог, обязан иметь марку Мрз 50, Мрз one hundred и Мрз 200, гидротехнический бетон — до Мрз 500.

Теплопроводимостью именуют свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой.

На практике комфортно судить о теплопроводимости по средней плотности материала. Известна формула В.П. Некрасова, связывающая теплопроводимость со средней плотностью каменного материала, выраженной по отношению к воде. Значение теплопроводимости по этой формуле рассчитывается последующим образом:

1,16 • SQRT(0,0196 + 0,22 • pо — 0,16),

где SQRT( ) — операция вычисления квадратного корня; pо — средняя плотность материала.

Размерность: Вт/(мК).

Теплоёмкость определяется количеством тепла, которое нужно сказать one кг данного материала, чтоб повысить его температуру на 1°С.

Примеры строй материалов по данному свойству:

Теплоемкость неорганических строй материалов (бетонов, кирпича, природных каменных материалов) меняется в границах от 0,75 до 0,92 кДЖ/(кг •°С). Теплоёмкость сухих органических материалов (к примеру, древесной породы) — около 0,7 кДЖ/(кг •°С), вода имеет самую большую теплоемкость — one кДЖ/(кг •°С), потому с увеличением влажности теплоемкость увеличивается.

Огнеупорность — свойство материала выдерживать долгое воздействие высочайшей температуры (от 1580°С и выше), не размягчаясь и не деформируясь. Огнеупорные материалы используют для внутренней футеровки промышленных печей.

Тугоплавкие материалы размягчаются при температуре выше 1350°С.

Горючесть — способность материала пылать.

Материалы делятся на горючие (органические) и негорючие (минеральные).