Структурные характеристики и параметры состояния материала



СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.. 5 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА.. 8 1.1. Структурные характеристики и параметры состояния материала. 9 1.2. Физические свойства. 10 1.3. Отношение материалов к изменению температуры.. 13 1.4. Механические свойства строительных материалов. 15 2. ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ... 19 2.1. Свойства горных пород. 19 2.1.1. Граниты.. 20 2.1.2. Песчаники. 21 2.1.3. Мрамор. 22 2.1.4. Кварцит. 23 2.1.5. Диабаз. 24 2.1.6. Пемза. 24 2.1.7. Известняк. 25 2.2. Методы защиты каменных материалов от разрушения. 26 2.3. Строительные и сырьевые материалы из горных пород. 26 3. ДРЕВЕСИНА И МАТЕРИАЛЫ ИЗ НЕЕ.. 27 3.1. Общие сведения. 27 3.2. Строение и состав древесины.. 27 3.3. Основные древесные породы.. 29 3.4. Отношение к влаге. 35 3.5. Физические свойства. 37 3.6. Пороки формы ствола. 41 3.7. Пороки строения древесины.. 42 3.8. Повреждения насекомыми и грибами. 43 4. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ... 45 4.1. Сырье для производства керамических изделий. 45 4.1.1. Глины и их керамические свойства. 45 4.1.2. Добавки, вводимые в глину для корректировки свойств. 47 4.2. Общая схема производства керамических изделий. 47 4.3. Стеновые материалы.. 49 4.4. Лицевые и облицовочные керамические материалы.. 50 4.4.1. Кирпич и камни лицевые. 50 4.4.2. Плиты и плитки фасадные. 50 4.4.3. Плитки для внутренней облицовки. 51 4.4.4. Плитки для полов. 51 4.5. Специальные керамические изделия. 51 4.6. Теплоизоляционные керамические материалы.. 53 5. НЕОРГАНИЧЕСКОЕ СТЕКЛО.. 55 5.1. Общие свойства стекол. 56 5.2. Основы производства стекла. 57 5.3. Виды изделий из стекла. 58 5.4. Изделия и конструкции из стекла. 61 5.5. Материалы и изделия из стекла. 62 5.6. Ситаллы.. 63 6. МИНЕРАЛЬНЫЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА И МАТЕРИАЛЫ НА ИХ ОСНОВЕ 66 7. ВОЗДУШНЫЕ ВЯЖУЩИЕ вещества.. 67 7.1. Гипсовые вяжущие вещества. 67 7.1.1. Твердение гипсовых вяжущих веществ. 67 7.1.2. Свойства низкообжиговых вяжущих. 68 7.2. Строительная известь. 69 7.2.1.Твердение извести. 70 8. Магнезиальные вяжущие вещества………………………………………………..…70 9. Гидравлические вяжущие вещества.. 72 9.1. Химический и минералогический (минеральный) состав клинкера. 72 9.2. Основы производства ПЦ.. 73 9.3. Теория твердения. 77 9.4. Структура цементного камня. 78 9.5. Свойства цементного камня. 78 9.6. Технические характеристики ПЦ и его применение. 81 9.7. Специальные виды цементов. 83 9.8. Активные минеральные добавки и цементы на их основе. 84 9.9. Алюминатные цементы.. 85 10. БЕТОНЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ НИХ.. 87 10.1. Материалы для приготовления бетона. 88 10.2. Свойства бетонной смеси. 90 10.2.1. Технические свойства бетонной смеси. 91 10.2.2. Факторы, влияющие на удобоукладываемость. 91 10.3. Деформативные свойства бетона. 93 10.4. Усадка и набухание бетона. 94 10.5. Морозостойкость бетона. 94 10.6. Водонепроницаемость бетона. 94 10.7. Теплофизические свойства бетона. 94 10.8. Марка и класс бетона. 95 11. БЕТОНЫ С ПОЛИМЕРАМИ.. 96 11.1. Композиционные материалы на основе бетонов. 96 12. СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ.. 102 13. ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ... 103 13.1. Бетоны на пористых заполнителях. 103 13.1.1. Материалы для изготовления легкого бетона. 103 13.2. Свойства легкого бетона. 105 13.3. Крупнопористый бетон. 106 13.3.1. Гипсобетон. 106 13.3.2. Ячеистые бетоны.. 107 13.3.3. Газобетон и газосиликат. 108 13.3.4. Пенобетон и пеносиликат. 109 13.3.5. Свойства ячеистого бетона. 109 14. ОСОБЫЕ ВИДЫ БЕТОНА.. 110 14.1. Гидротехнический бетон. 110 14.2. Бетон внутренней зоны.. 110 14.3. Жаростойкий бетон. 111 14.4. Кислотоупорный бетон. 111 14.5. Бетон для защиты от радиоактивного воздействия. 112 14.6. Серный бетон. 112 15. СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ... 113 15.1. Материалы для изготовления растворных смесей. 113 15.2. Свойства растворных смесей. 114 15.3. Специальные растворы.. 114 15.3.1. Кладочные, монтажные и штукатурные растворы.. 114 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.. 117 ВВЕДЕНИЕ Курс строительных материалов – это наука об изучении свойств материалов, применяемых в строительстве, способах их получения, хранения, транспортирования и правильного использования для той или иной конструкции, или сооружения. Строительные материалы – это первый курс по высшей специальности, он послужит основой для прохождения в дальнейшем ряда специальных инженерных дисциплин: строительные конструкции, строительное производство, водоснабжение, вентиляция и др. Значение курса «Строительные материалы» в учебном плане подготовки инженеров-строителей любых специальностей очень велико, т.к. ни одно сооружение нельзя правильно спроектировать, а готовые сооружения нельзя технически грамотно эксплуатировать без знания свойств строительных материалов. Вот почему для будущего инженера-строителя изучение строительных материалов является необходимым. Под строительными материалами понимают как естественные, так и искусственные материалы минерального или органического происхождения. По своему происхождению СМ можно разделить на: · естественные строительные материалы - материалы, которые применяются в строительстве, не проходя сложную, т.е. химическую или тепловую обработку. Это, прежде всего, естественные каменные материалы, полученные разработкой и последующей механической обработкой: дробление, шлифовка, распиловка и т.д. Это гранит, мрамор, известняк, песчаник, ракушечник, туф. Эти породы или дробят на мелкие камни – щебень, или обрабатывают и делают из них облицовочные плиты, кирпичи или камни для дорог; · искусственные материалы получаются в результате более сложной переработки – обжига, плавки, пропаривания или сушки исходного сырья. В результате такой переработки существенно изменяются химический состав продукта и его свойства. К таким материалам относятся: керамика – полученная из глины при помощи обжига; цемент – получают тонким измельчением клинкера с гипсом – материалом, полученным обжигом тонкоизмельченной смеси известняка с глиной; шлаковая вата – распылением шлакового расплава; известь – получаемая из известняковых пород. По назначению и области применения СМ классифицируют следующим образом: · кровельные (рубероид, асбестоцемент и т.д.); · стеновые (кирпич, блоки); · отделочные (растворы, краски, лаки); · облицовочные; · гидроизоляционные и т.д. По условию работ в сооружениях: · конструкционные – для несущих конструкций (природные каменные, искусственные каменные), которые получают на основе вяжущих или путем обжига мин. сырья, металлы, конструкционные пластмассы, древесно-композиционные (асбестоцемент, бетонополимер, стеклопластик). Главное требование – прочность; · специального назначения – для защиты конструкций от вредного влияния среды, для повышения эксплуатационных свойств здания, для создания комфорта: теплоизоляционные, акустические, гидроизоляционные, кровельные, герметизирующие (заполняют швы), отделочные, антикоррозионные, огнеупорные и т.д. Особую группу СМ составляют теплоизоляционные материалы, которые изготавливают из материалов различной природы, используются они в различных конструкциях, но отличаются от всех прочих малой плотностью и низкой теплопроводностью. Основные и специальные свойстваСМ можно разделить на группы: физические– параметры состояния (средняя и истинная плотность), структурные характеристики (пористость, пустотность, сыпучесть, гидрофизические, теплофизические); механические – деформативные и прочность; химические– долговечность и надежность. Свойства материалов оценивают числовыми показателями, которые устанавливаются путем испытания в соответствии со стандартами. На все виды СМ имеются ГОСТы. СМ, которые добывают или изготавливают в районе строящегося объекта называют местными СМ, к ним прежде всего относятся: песок, гравий, щебень, кирпич, известь и другие. При строительстве зданий и сооружений в первую очередь используют местные СМ для сокращения транспортных расходов, которые составляют значительную часть от стоимости материалов. Большое значение в строительстве имеют вяжущие вещества. При этом особую роль играет цемент, сейчас известно 36 наименований цемента и постоянно разрабатываются новые виды цемента. За последние годы значительно повысилась средняя марка цементов. Организовано производство быстро и особобыстротвердеющих ПЦ, без усадочных и расширяющихся цементов. В современном строительстве широко используются вяжущие на основе гипса (строительный гипс, высокопрочный и т.д.). Из него при помощи прокатных станов изготавливают гипсо-картон, перегородочные панели и др. Известь – практически самое древнее вяжущее и до настоящего времени широко используемых. Советские ученые разработали теорию гидротермального твердения известково-кремнеземистых композиций. С 1559 г. в СССР используются в строительстве пластмассы и синтетические смолы, производство которых в нале 1967 г. уже превысило 1 млн. тонн. Большой интерес представляют: полимербетоны, полимеррастворы, мастики, замазки и т.д., где роль цемента выполняет отверждающая смола. На основе полимеров изготавливают: сан.-тех. оборудование, различные материалы для теплоизоляции, гидроизоляции, облицовочные материалы и др. Синтетические смолы широко используют также в производстве лакокрасочных материалов взамен природных и растительных масел. Значительно преобразилась одна из старейших отраслей промышленности строительных материалов – керамическая, и особенно керамическая, производящая сан.-тех. изделия, облицовочные плитки, кислотоупорную керамику и т.д. Строительное стекло является одним из непременных материалов при возведении зданий и сооружений. Помимо оконного стекла получило развитие витринное, полированное, увиолевое, армированное, теплопоглощающее стекла и изделия из стекла такие как, трубы, газостекло, стеклопрофилит, изделия из ситаллов и шлакоситаллов. Расходы на строительные материалы составляют более 60% стоимости строительно-монтажных работ. В начале применения строительных материалов приходится решать следующие вопросы: 1) необходимость правильного выбора материала, который соответствовал бы назначению данной конструкции и условиям эксплуатации. Например, а) кирпич, обладающий относительно хорошими теплоизоляционными свойствами лучше применять для стен зданий, а не для фундаментов; б) в ряде случаев сборный железобетон применяется недостаточно обоснованно взамен монолитного и конструкций из других материалов, например, при больших пролетах с тяжелыми нагрузками или в сельском хозяйстве. Это явилось причиной нетехнологичности и высокой стоимости конструкций; 2) необходимо знать правила хранения и транспортирования материалов. Так цемент и известь надо перевозить и хранить в плотной таре, чтобы не попадала вода, т.к. материалы комкуются и резко снижается их качество; 3) индустриализация строительства. Отличительной особенностью такого строительства является применение сборных строительных конструкций, стеновых панелей, плит перекрытий и т.д., изготовленных на специальных заводах. А на строительной площадке лишь монтируют готовые сборные элементы; 4) в случае отсутствия необходимого материала или большой его дефицитности, необходимо правильно заменить недостающий материал другим, не снижая качества этого материала. При этом лучше использовать местные строительные материалы; 5) необходимо знать виды разрушения материала, чтобы правильно уметь защитить материал во время эксплуатации от коррозии и различных разрушающих факторов: воды, газа, хим. веществ, температуры.            1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА Состав и строение материалов оказывают решающее значение на свойства, поэтому в зависимости от химического состава принято выделять органические и неорганические вещества. Органические вещества представляют собой соединения углерода с другими элементами. Можно считать, что все органические вещества ведут свое начало от продуктов фотосинтеза растений (глюкозы, крахмала и т.д.). Среди строительных материалов из органических веществ чаще всего применяется древесина и битум. В XX в. появились и быстро завоевали прочные позиции полимерные материалы, синтезируемые из продуктов переработки нефти, угля и т.п. СМ на основе органических веществ имеют серьезные недостатки: 1) при температурах выше 200-3000С большинство органических соединений горит (горение – это процесс окисления, протекающий очень быстро и сопровождается концентрированным выделением теплоты); 2) при развитии на органических материалах грибов или микроорганизмов происходит гниение – ферментативное окисление этих материалов. Принципиально сущность процесса горения и гниения одна и та же – это окисление, но протекающее с разной скоростью и при разных температурах. Из сказанного можно заключить, что долговечность органических материалов невелика. Однако многие положительные свойства органических материалов (невысокая плотность, относительно высокая прочность, легкость обработки и др.) с давних пор привлекали и привлекают до сих пор к ним внимание строителей. Неорганические (минеральные) вещества, применяемые в строительстве (керамика, природный камень и др.), представляют собой соединения уже окисленных химических элементов. Например, песок – оксид кремния SiO2; глина – водный алюмосиликат Al2O3 nSiO2 mH2O; стекло – вещество, состоящее из оксида кремния, оксида натрия, оксида кальция и некоторых других оксидов. Будучи уже в окисленном состоянии, они не способны окисляться, т.е. гнить и гореть. В этом отношении они устойчивее (долговечнее) органических веществ. Однако их переработка в изделия, как правило, более трудоемка и энергоемка, чем переработка органических материалов. Знание строения СМ необходимо для понимания его свойств и для решения практического вопроса (где и как применять материал, чтобы получить наибольший технико-экономический эффект. Под структурой материала подразумевают взаимное расположение, форму и размер частиц материала, наличие пор, их размер и характер. Структура материала не в меньшей степени, чем состав, влияют на его свойства. Строение материала изучают по 3-м уровням: · макроструктура – строение материала, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении, ·  микроструктура – строение материала, видимое только под микроскопом; · внутреннее строение веществ (внутренне строение веществ, основы материала на молекулярно-ионном уровне, которое изучается электронно-микроскопическим, рентгено-структурным анализом,). Поры– один из важнейших элементов структуры большинства строительных материалов – представляют собой воздушные ячейки в материале размером от долей микрона до сантиметра. Количество, размер и характер пор (замкнутые или сообщающиеся) во много определяют свойства материала. Например, пористое стекло (пеностекло) в отличие от обычного непрозрачное, легкое (плавает в воде) и может распиливаться обычной пилой. Крупные поры размером более 5 мм и полости между частицами зернистых материалов (песка, гравия и др.) называют пустотами. Форма и размер частиц твердого вещества, из которого состоит материал, также влияют на свойства материала. Так, из хрупкого стекла можно получить тончайшие гибкие волокна, из которых изготавливают стеклоткань. В зависимости от формы и размера частиц и их строения различают: зернистые, волокнистые и слоистые материалы. Кристаллические и аморфные тела. Все вещества состоят из мельчайших частиц – атомов и молекул. В зависимости от степени упорядоченности расположения атомов (или молекул) твердых веществ различают кристаллические и аморфные (стеклообразные) тела. Кристаллическими называют тела, в которых атомы (или молекулы) расположены в правильном геометрическом порядке, причем этот общий порядок соблюдается как для атомов, расположенных в непосредственной близости друг от друга (ближний порядок), так и на значительном расстоянии (дальний порядок). Аморфными называют тела, в которых только ближайшие друг к другу атомы находятся в более или менее упорядоченном расположении; дальний же порядок отсутствует. Истинная плотность определяется, при установлении объема, занимаемого образцом без пор, имеющихся в материале в его природном состоянии. Для этого пористые материалы предварительно тонко измельчают, а затем определяют объем, занимаемый этим порошком, методом вытеснения воды.

Структурные характеристики и параметры состояния материала

Основные структурные характеристики материала, во многом определяющие его технические свойства, - это плотность и пористость; важнейший параметр состояния - влажность.

Плотность – физическая величина, определяемая массой единицы объема вещества (или материала).

В зависимости от того, берется ли в расчет объем только самого вещества, из которого состоит материал, или весь объем материала с порами и пустотами, различают истинную и среднюю плотность.

1 Истинная плотность – масса единицы объема абсолютно плотного материала:

                                                               ,                                                          (1)

где m – масса материала,

Va – объем в плотном состоянии.

Таким образом, истинная плотность характеризует не материал, а вещество, из которого состоит материал.

2 Средняя плотность – масса материала в естественном состоянии (вместе с порами). Среднюю плотность вычисляют по формуле:

                                                , (г/см3, кг/м3)                                               (2)

где m – масса материала,

  V0 – объем материала в естественном состоянии.

Определяется средняя плотность на образцах, имеющих правильную или неправильную форму. Объем образца неправильной формы определяется методом гидростатического взвешивания, для этого материал насыщают жидкостью, затем взвешивают на воздухе и в жидкости.

3 Насыпная плотность – масса единицы объема материала в свободнонасыпанном состоянии:

                                                        ,                                                       (3)

где m1 – масса мерного сосуда, г, кг;

  m2 - масса мерного сосуда, наполненного материалом, г, кг;

  V – объем мерного сосуда, см3, м3.

4 Пористость – степень заполнения объема материала порами.

По величине пористость является дополнением к плотности, пористость изменяется от 0 до 100%.

                                                     ,                                                    (4)

где  - средняя плотность,

   - истинная плотность.

Поры бывают открытые и закрытие. Открытые поры – это поры, сообщающиеся с внешней средой. Открытая пористость определяется по объему поглощенной жидкости. Закрытая пористость определяется как разность между общей пористостью и открытой пористостью.

                                                           Пз = П - По                                                           (5)

По величине воздушных пор материалы разделяют на:

1) мелкопористые (поры имеют размеры в сотые и тысячные доли мм);

2) крупнопористые (размеры пор от десятых долей мм до 1-2 мм).

Наиболее крупные поры в изделиях и полости между кусками рыхлого материала называют пустотами. Пустотность можно вычислить по той же формуле, что и пористость.

Пористость материалов колеблется в широких пределах, например, 0,2-0,8% - гранит, 75-85% - пенобетон. От пористости зависят такие важные свойства материала как прочность, водопоглощение, морозостойкость.

Влажность – содержание влаги в материале в данный момент, отнесенное к единице массы материала в сухом состоянии. Влажность Wm (%) определяют по формуле:

                                                     ,                                         (6)

где mВЛ – масса материала в естественно-влажном состоянии;

  mСУХ – масса материала, высушенного до постоянной массы.

Физические свойства

Гидрофизические свойства. Строительные материалы в процессе их эксплуатации и хранения подвергаются действию воды или водяных паров, находящихся в воздухе. При этом их свойства существенно изменяются. Так, при увлажнении материала повышается его теплопроводность, изменяются средняя плотность, прочность и другие свойства. Во всех случаях при применении и хранении пористые строительные материалы предохраняют от увлажнения.

Гидрофильность и гидрофобность – свойства поверхности материала по отношению к воде. Мерой гидрофильности служит энергия связи молекул воды с поверхностью вещества, из которого состоит материал.

Гидрофильные(от греч. рhileo – люблю) материалы имеют высокую степень связи с водой. На гидрофильной поверхности капля воды растекается (Рис. 1 а), а капиллярные поры гидрофильных веществ способны втягивать воду и поднимать ее на значительную высоту.

Гидрофобные(от греч. рhobos – страх) материалы имеют низкую степень связи с водой. На их поверхности капли воды почти не растекаются (Рис. 1 б), а в капиллярные поры вода проникает на минимальную глубину или вообще не проникает.

а) б)  

Рис. 1. Поведение капли воды на гидрофильной (а) и гидрофобной (б) поверхностях

Гигроскопичность – способность материала изменять свою влажность при изменении влажности воздуха. При увеличении влажности воздуха гигроскопичный материал поглощает и конденсирует водяной пар на своей поверхности, в том числе и на поверхности пор. Этот процесс называется сорбцией.

Капиллярное всасывание – способность материала всасывать и передавать по своей толще влагу с помощью тонких капиллярных пор. Происходит, когда часть конструкции находится в воде. Так грунтовая вода может подниматься по капиллярам и увлажнять нижние части стен здания.

Характеризуется высотой подъема воды в материале, количеством поглощенной влаги и интенсивностью всасывания.

Высоту h поднятия жидкости в капилляре определяют по формуле Жюрена:

                                                      ,                                                           (7)

где - поверхностное натяжение,

  - краевой угол смачивания,

– радиус смачивания,

- плотность жидкости,

- угол свободного падения.

Поры в бетоне и других строительных материалах имеют неправильную форму и изменяющееся поперечное сечение, поэтому приведенная формула пригодна для качественного рассмотрения явления, высоту всасывания определяют по изменению электропроводности материала.

Объем воды, поглощенной материалом путем всасывания за время , в начальной стадии подчиняется параболическому закону: , где - константа всасывания.

Уменьшение интенсивности всасывания, т.е. , отражает улучшение структуры материала и повышает его морозостойкость.

Водопоглощение – интегральный показатель способности материала поглощать влагу и удерживать ее в своих порах.

Водопоглощение характеризуется максимальным количеством воды, поглощаемым образцом материала при выдерживании его в воде, отнесенным к массе сухого образца (водопоглощение по массе Wm) или к его объему (водопоглощение по объему Wo).

Водопоглощение по Wm и Wo (%) определяют по формулам:

                                                   ,                                             (8)

                                       ,                        (9)

где mНАС – масса материала в насыщенном водой состоянии, г;

  mСУХ – масса сухого материала, г;

  VО – объем материала в сухом состоянии, см3;

Ρm – средняя плотность материала, г/см3;

  ρН2О – плотность воды, равная 1 г/см3.

Коэффициент размягчения kРотношение прочности материала, насыщенного водой RВ, к прочности сухого материала RC:

                                                            .                                                         (10)

Коэффициент размягчения характеризует водостойкость материала, он изменяется от 0 (размокающие глины и др.) до 1 (металлы и др.). Материал считается неводостойким, если коэффициент размягчения меньше 0,8.

Водопроницаемость – свойство материала пропускать воду под давлением, характеризуемое коэффициентом фильтрации kФ, м/ч:

                                                       ,                                                   (11)

где VВ – количество воды, м3, проходящей через стенку площадью S = 1 м за время t = 1 ч при разности гидростатического давления на границах р1 – р2 = 1 м вод. ст.

Чем ниже коэффициент фильтрации, тем выше марка по водонепроницаемости материала.

Воздухостойкость – способность материала длительно выдерживать многократное систематическое увлажнение и высушивание без значительных дефектов и потери механической прочности.

Данное свойство связано с тем, что при увлажнении материал разбухает, при высыхании дает усадку, иногда коробление материала. Это вызывает напряжения в материале и со временем приводит к разрушению. Повысить Воздухостойкость можно введением гидрофобных добавок.

Газо- и паропроницаемость – способность материала пропускать газ или пар через толщу при наличии разности давления на поверхностях.

, г/м2Па.                                                 (12)

Стеновой материал должен обладать определенной проницаемостью, тогда стена будет «дышать», т.е. через наружные стены будет происходить естественная вентиляция, что особенно важно для жилых зданий, в которых отсутствует кондиционирование воздуха. Поэтому стены жилых зданий, больниц и т.п. не отапливают материалами задерживающими апр. Стены производственных зданий и покрытия необходимо защищать с внутренней стороны от проникновения водяного пара, т.к. внутри производственных помещений в зимнее время в 1 м3 воздуха содержится значительно больше водяного пара, чем снаружи, поэтому пар будет стремиться выйти наружу, при этом увлажнит стенки концентруясь и тем самым снизит морозостойкость.

В ряде случаев нужна полная газонепроницаемость, это относится к емкостям для хранения газов, а так же к специальным сооружениям (газоубежища).

Газо- и паропроницаемость зависят от строения материала, средней плотности, пористости.

Влагоотдача – способность материала терять находящуюся в его порах воду. Влагоотдачу определяют количеством воды, испаряющейся из образца материала в течение суток при температуре воздуха 200С и относительной влажности 60%.

Влажностные деформации. Пористые неорганические и органические материалы (бетоны, древесина и др.) при изменении влажности изменяют свой объем и размеры.

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

Набухание (разбухание) происходит при насыщении материала водой. Полярные молекулы воды, проникая в промежутки 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. Чередование высыхание и увлажнения пористого материала вызывает появление трещин, ускоряющих разрушение.

Морозостойкость – способность материала, насыщенного водой, выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного снижения прочности.

От морозостойкости в большой мере зависит долговечность материалов. Основная причина разрушения материала при замерзании воды заключается в давлении на стенки пор. Плотность воды при 00С = 999,9 кг/м3, а льда – 916,8 кг/м3. Таким образом, при замерзании вода увеличивается в объеме на 9%, при этом давление на стенки пор может достигнуть десятков и даже сотен МПа.

Для испытания материала на морозостойкость обычно применяют метод попеременного замораживания и оттаивания. Температура замораживания должна быть не выше -170С, т.к. в капиллярах вода замерзает только при этой температуре. К морозостойким относятся те материалы, которые после установленного для них числа циклов замораживания и оттаивания не имеют трещин, расслоения и не теряют в массе более 5%, а прочность не должна снижаться более чем на 25%.

Приблизительно оценить морозостойкость можно по коэффициенту насыщения.

.                                                         (17)

Если КНАС < 0,6 – морозостойкий материал.

Ускоренный метод испытания: материал помещают в насыщенный раствор Na2SO4*10H2O и затем высушивают при t = 1050С, повторяя это испытание 5 раз. Кристаллы Na2SO4 давят на стенки поры гораздо сильнее, чем вода. Такое испытание является довольно жестким. И если материал его не выдержал, делают обычное замораживание и оттаивание.


Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 79; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ