Document 920844

ФГОУ СПО ЧТОТиБ
270802 Строительство
зданий и сооружений
ПМ 1 Участие в проектировании зданий
и сооружений
Применение строительных материалов
Раздел 2 Основные свойства
строительных материалов
Автор: Мананникова Е.В.
Содержание раздела
№
Наименование разделов и тем
Содержание
урок
программы
а
Раздел 1 Изготовление строительных материалов и изделий
6
Лекция №3
Плотность, пористость, влажность,
Физические свойства
водопоглощение, гигроскопичность, адгезия,
строительных материалов
морозостойкость, теплопроводность,
сопротивление теплопередаче, огнестойкость,
термическое расширение.
7
Лекция №4
Прочность, истираемость, пластичность,
Механические свойства
хрупкость, упругость, твердость, ударная
строительных материалов
вязкость.
8
ПЗ №3
Решение практикоориетированных задач
Решение задач
9
ЛР №2
Определение плотности, водопоглощения,
Определение физических и
пористости, прочности на сжатие и изгиб
механических свойств
материалов
10
Лекция № 5
Долговечность, ремонтопригодность,
Эксплуатационные свойства
экологическая и радиационная безопасность,
строительных материалов
эстетичность. Влияние физико-механических
свойств на их долговечность. Подбор и
взаимозаменяемость строительных
материалов на основе сравнения их свойств
15 ноября
2012 г.
Стр.1 из
11
Перечень наглядных
пособий и
оборудования
Интернет-ресурсы:
portal-student.ru
Интернет-ресурсы:
portal-student.ru
Образцы
материалов,
приборы и
оборудование
Слайд-фильм
Занятие №6
Физические свойства строительных материалов
Общие понятия о свойствах
При выборе материала и обосновании целесообразности применения в строительной конструкции
учитывают его способность сопротивляться реальным нагрузкам без нарушения сплошности и размеров. Одни
материалы хорошо сопротивляются сжимающим, другие — растягивающим усилиям, которые возникают под
действием нагрузки или других силовых факторов. Аналогичная реакция материалов на воздействие сил,
способных вызвать сдвиг, изгиб, раскалывание и т. п. Всегда материал должен надежно сопротивляться этим
воздействующим силам. Одновременно необходим учитывать стойкость материала к воздействию ожидаемых
физических (например, температуры и ее колебаний, в особенности при переходе через 0°С, водной среды и др.) и
химических (кислоты щелочи, солевые растворы и др.) факторов. Нередко одним из главных показателей качества
служит способность материала к восприятию необходимой технологической обработки, например шлифования и
полирования, распиливания или раскалывания на част, правильной формы и т. п. Следовательно, для
обоснованного выбора материала приходится учитывать комплекс его так называемых свойств.
Свойствами называют способность материалов определенным образом реагировать на воздействие
отдельных или совокупных внешних или внутренних силовых, усадочных, тепловых и других факторов. Обычно
выделяют четыре группы свойств: механические, физические, химические, технологические. Иногда отдельно
выделяют еще физико-химические свойства. Фактические показатели этих свойств, выраженные в принятых
числовых значениях, позволяют оценивать качество строительных материалов. Их определение производится с
помощью лабораторных или полевых методов и приборов. Учитывая, что многие свойства отражают строительно-
ФГОУ СПО ЧТОТиБ
270802 Строительство
зданий и сооружений
ПМ 1 Участие в проектировании зданий
и сооружений
Применение строительных материалов
Раздел 2 Основные свойства
строительных материалов
Автор: Мананникова Е.В.
15 ноября
2012 г.
Стр.2 из
11
технологические и эксплуатационные показатели качества строительных материалов в конструкциях, то нередко
именуют их как технические свойства.
Физические свойства
Строительные материалы обладают комплексом физических свойств. Числовые показатели физических
свойств определяются с помощью специальных методов и приборов. К физическим относятся свойства,
выражающие способность материалов реагировать на воздействия физических факторов— гравитационных, т. е.
основанных на законе земного притяжения, тепловых, водной среды, акустических, электрических, излучения и т.
п.
Средняя плотность характеризует массу единицы объема материала в естественном состоянии (вместе с
порами). Эта важная физическая характеристика определяется путем деления массы образца на его объем. Для
точного измерения объема удобнее принимать образцы правильной геометрической формы, хотя имеются
несложные приемы измерения объема образцов и неправильной формы. При влажных образцах отмечается
величина влажности, при которой определялась средняя плотность. Среднюю плотность рыхлых материалов,
например песка, щебня, гравия, называют насыпной плотностью. В ее величине отражается влияние не только пор
в каждом зерне или куске, но и межзерновых пустот в рыхлонасыпанном объеме материала.
m 
m
V

m
Va
Истинная плотность — масса единицы объема однородного материала в абсолютно плотном состоянии,
т. е. без учета пор, трещин или других полостей, присущих материалу в его обычном состоянии.
где m—масса материала в естественном состоянии, кг или г;
V— объем материала в естественном состоянии, м3 или см3.
Vа— объем материала без пор и пустот, м3 или см3.
Таблица 1. Истинная и средняя плотность некоторых строительных материалов
Материал
Плотность, кг/м3
истинная
средняя
Стали
7850—7900
7800--7850
Гранит
2700—2800
2600—2700
Известняк (плотный)
2400—2600
1800—2400
Песок
2500—2600
1450—1700
Цемент
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
Пористость — степень заполнения объема материала порами. Если требуется выяснить, являются ли
поры замкнутыми или сквозными, как распределены они в объеме материала по своим размерам, какое имеется
реальное соотношение пор разных диаметров, тогда производят дополнительные исследования с применением
ФГОУ СПО ЧТОТиБ
270802 Строительство
зданий и сооружений
ПМ 1 Участие в проектировании зданий
и сооружений
Применение строительных материалов
Раздел 2 Основные свойства
строительных материалов
Автор: Мананникова Е.В.
15 ноября
2012 г.
Стр.3 из
11
специальных методов: ртутной порометрии, сорбционного, капиллярного всасывания и др. Величина пористости
и размер пор в значительной мере влияют на прочность материала. При одном и том же веществе строительный
материал тем слабее сопротивляется механическим силам, усилиям другого происхождения (тепловым, усадочным
и т. п.), чем больше и крупнее поры в его объеме. Для некоторых разновидностей материалов существуют ярко
выраженные пропорциональные зависимости: чем меньше средняя плотность (больше пористость), тем меньше
прочность материала. От пористости зависят и другие качественные характеристики материала, например
способность проводить теплоту и звук, поглощать воду.
П  (1 
т
) 100

Пористость различных строительных материалов колеблется в значительных пределах и составляет для
кирпича 25—35 %, тяжелого бетона 5—10, газобетона 55— 85 пенопласта 95 %, пористость стекла и металла равна
нулю.
От пор отличаются пустоты. Они значительно крупнее пор и всегда отчетливо видны, располагаясь между
зернами насыпного материала. Поры обычно заполнены воздухом или водой, тогда как вода в пустотах не
задерживается, особенно в широкополостных пустотах. При воздействии статических или циклических тепловых
факторов
материал
характеризуется
теплопроводностью,
теплоемкостью,
температуроустойчивостью,
огнестойкостью и другими свойствами.
Теплопроводность — способность материала проводить через свою толщу тепловой поток, возникающий
под влиянием разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Это свойство характеризуется
теплопроводностью, которая показывает количество теплоты, которое проходит через стенку толщиной 1 м и
площадью 1 м2 при перепаде температур на противоположных поверхностях в 1°С в течение 1 часа.
Теплоемкость характеризует способность материала аккумулировать теплоту при нагревании, причем с
повышением теплоемкости больше может выделяться теплоты при охлаждении материала. Температура в комнате,
например, может сохраняться устойчивой более
длительный период при повышенной теплоемкости
использованных материалов для пола, стен, перегородок и других частей помещения, поглощающих теплоту в
период действия отопительной системы. Показателем теплоемкости служит удельная теплоемкость, равная
количеству теплоты (Дж), необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 °С. Удельная теплоемкость, кДж(кг°С), искусственных каменных материалов 0,75—0,92, древесины — 2,4—2,7, стали — 0,48, воды—4.187.
Огнестойкость характеризует способность строительных материалов выдерживать без разрушения
действие высоких температур в течение сравнительно короткого промежутка времени (пожара). В зависимости от
степени огнестойкости строительные материалы разделяют на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.
Несгораемые материалы в условиях высоких температур не подвержены воспламенению, тлению или
обугливанию. При этом некоторые материалы почти не деформируются {кирпич, черепица), другие могут сильно
деформироваться (сталь) или разрушаться, растрескиваться (природные камни, например гранит), особенно при
одновременном воздействии воды, применяемой при тушении пожаров. Трудносгораемые материалы под
воздействием высоких температур тлеют и обугливаются, но при удалении огня процессы горения, тления или
обугливания полностью прекращаются. Среди такого рода материалов находятся фибролит, гидроизол,
асфальтовый бетон и др. Сгораемые материалы воспламеняются и горят или тлеют под воздействием огня или
ФГОУ СПО ЧТОТиБ
270802 Строительство
зданий и сооружений
ПМ 1 Участие в проектировании зданий
и сооружений
Применение строительных материалов
Раздел 2 Основные свойства
строительных материалов
Автор: Мананникова Е.В.
15 ноября
2012 г.
Стр.4 из
11
высокой температуры, причем горение или тление продолжается также после удаления источника огня. Среди них
— древесина, войлок, битумы, смолы и др.
Если источник высокой температуры (выше 1580°С) действует на материал в течение длительного
периода времени (соприкосновение с печами, трубами, нагревательными котлами и т. п.), а материал сохраняет
необходимые технические свойства и не размягчается, то его относят к огнеупорным. Огнеупорным и являются
шамот, динас, магнезитовый кирпич и другие материалы, применяемые для внутренней футеровки (облицовки)
металлургических и промышленных печей. Материалы, способные длительное время выдерживать воздействие
высоких температур (до 1000°С) без потери или только с частичной потерей прочности, относят к жаростойким,
например жаростойкий бетон, керамический кирпич, огнеупорные материалы и др.
Температуростойкость или термостойкость — способность выдерживать чередование (циклы) резких
тепловых изменений, нередко с переходом от высоких положительных к низким отрицательным температурам.
Это свойство материала зависит от степени его однородности и от способности каждого компонента к тепловым
расширениям.
Водопоглощаемость — способность материала впитывать и удерживать воду. Процесс впитывания воды в
поры называется водопоглощением и в лабораторных условиях проходит при нормальном атмосферном давлении.
Образец постепенно погружают в воду и его полного водопоглощения достигают путем кипячения в воде, если
температура 100°С не влияет на состав и структуру материала. Выдерживают образцы в воде в течение
определенного срока или до постоянной массы.
 m  m 
Wm   1
100%
 m 
 m  m  
Wv   1
 100%
 V
Гигроскопичностью называется способность материала поглощать влагу из влажного воздуха или
парогазовой смеси. Степень поглощения воды или паров, которые частично конденсируются в порах и капиллярах
материала, зависит от относительной влажности и температуры воздуха, парциального давления смеси. С
увеличением относительной влажности и со снижением температуры воздуха гигроскопичность повышается.
Влагоотдачей называют способность материала отдавать влагу в окружающую среду. Влага, находящаяся
в тонких порах и капилляра, удерживается прочно, особенно адсорбционно-пленочная влага, что способствует
ускоренному передвижению поглощаемой воды по сообщающимся порам в материале. Если между влажностью
окружающей
среды
воздуха
и
влажностью
материала
устанавливается
равновесие,
то
отсутствуют
гигроскопичность и влагоотдача, а состояние принято именовать воздушно-сухим.
Водопроницаемость - способность материала пропускать воду под давлением.
Водостойкость - способность материала сохранять в той или иной мере свои прочностные свойства при
увлажнении. Эти материалы можно применять в сырых местах без специальных мер по защите их от увлажнения.
На стабильность структуры и свойств материала заметное влияние оказывает попеременное увлажнение и
просыхание.
Кразм 
Rнас
Rсух
ФГОУ СПО ЧТОТиБ
270802 Строительство
зданий и сооружений
ПМ 1 Участие в проектировании зданий
и сооружений
Применение строительных материалов
Раздел 2 Основные свойства
строительных материалов
Автор: Мананникова Е.В.
15 ноября
2012 г.
Стр.5 из
11
Некоторые материалы принято проверять на водостойкость путем циклического насыщения образцов
водой и их высушивания. В жестких условиях находится тот материал, который увлажняется при резких
температурных перепадах. Вода, поглощенная материалом, особенно порами в поверхностном слое, замерзает при
переходе через нулевую температуру с расширением на 8,5%. Ритмично чередующаяся кристаллизация льда в
порах с последующим оттаиванием приводит к дополнительным внутренним напряжениям. Могут возникнуть
микро- и макротрещины со снижением прочности, с возможным разрушением структуры. Способность материала,
насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное (циклическое) замораживание и оттаивание без
значительных технических повреждений и ухудшения свойств называется морозостойкостью. Установлены
нормативные пределы допустимого снижения прочности или уменьшения массы образцов после испытания
материала на морозостойкость при определенном количестве циклов замораживания и оттаивания. Некоторые
материалы, например бетоны, маркируются по морозостойкости в зависимости от количества циклов испытания,
которые они выдерживают без видимых признаков разрушения. Обычно замораживание образцов, насыщенных
водой, производится в специальных морозильных камерах, а оттаивание организуется в воде, имеющей комнатную
температуру. Продолжительность одного цикла составляет одни сутки. Многие материалы выдерживают 200 ...
300 циклов и более. Могут применяться и ускоренные методы испытания на морозостойкость, или сохранность в
солевых растворах при чередующейся кристаллизации соли в порах материала. В отношении некоторых
материалов, например природного камня, о морозостойкости судят по величине коэффициента размягчения.
К физическим свойствам относятся также звукопоглощаемость, поглощаемость ядерных излучений и
рентгеновских лучей, электропроводность, светопроницаемость и др. С помощью испытания соответствующих
образцов материала определяются числовые характеристики этих свойств. Они сравниваются с допустимыми по
нормам.
Под структурой, или внутренним строением строительных материалов, как и других физических тел,
понимают
пространственное
расположение
частиц
разной
степени
дисперсности
(измельченности)
с
совокупностью устойчивых взаимных связей и порядком сцепления их между собой. Кроме того, в понятие
структуры входит расположение пор, капилляров, поверхностей раздела фаз, микротрещин и других структурных
элементов. Под микроструктурой подразумеваются расположение, взаимоотношение и взаимосвязь различных по
размеру атомов, ионов и молекул, из совокупности которых слагаются различные вещества в твердом, жидком и
газообразном состояниях. Атомно-молекулярное строение определяет макроскопические особенности материала.
На макроскопическом уровне устанавливаются в той или иной мере устойчивое расположение, взаимосвязь и
порядок сцепления макромолекул, мицелл, кристаллов, кристаллических обломков и сростков, аморфных
сравнительно крупных частиц, составляющих материалы, а также соотношения компонентов, фаз и поверхностей
раздела более сложных материальных систем типа конгломератов (композиционных материалов).
Основной формой правильного расположения микрочастиц в пространстве является кристаллическая
решетка. Каждому типу связи соответствует свой характерный тип кристаллической решетки, а именно: ионная
решетка; молекулярная, или поляризационная, решетка, формирующаяся с помощью сил Ван-дер-Ваальса;
атомная с резко выраженной в решетке ковалентной связью; металлическая; решетка с водородными связями.
Особенностью твердых тел является взаимозависимость, или корреляция, положений соседних атомов с ближним
и дальним порядками. В кристаллических решетках дальний порядок распространяется на большие области, а
ФГОУ СПО ЧТОТиБ
270802 Строительство
зданий и сооружений
ПМ 1 Участие в проектировании зданий
и сооружений
Применение строительных материалов
Раздел 2 Основные свойства
строительных материалов
Автор: Мананникова Е.В.
15 ноября
2012 г.
Стр.6 из
11
ближний порядок — на окружение данного атома. Все тела с кристаллической решеткой имеют правильную
форму кристаллов, хотя реальные кристаллы обычно имеют отклонения от идеальной геометрической структуры.
Твердые вещества, не обладающие кристаллической структурой, относятся к аморфным. К самым
распространенным представителям аморфных тел относятся стекла. Беспорядочное расположение атомов и
молекул в аморфных телах усложняет изучение их структуры. О ней нередко судят по некоторым косвенным
показателям. Так, например, аморфные вещества при нагревании способны плавиться постепенно, не имея
определенной температуры плавления; они обладают изотропностью, т. е. одинаковыми свойствами во всех
направлениях. Упорядоченность расположения частиц может наблюдаться (например, у стекол) только в
небольших элементах объема (ближний порядок). В этих зонах структура именуется как кристаллитная: между
кристаллами, занимающими микрообъемы, находятся прослойки полностью аморфного вещества.
У твердых тел имеются значимые признаки их кристалличности: определенная температура плавления —
перехода их в жидкое состояние; определенная геометрическая форма кристаллов, которая остается характерной
для данного вещества; анизотропия, т. е. неодинаковость свойств в различных направлениях. Тепловой эффект
кристаллизации — основной критерий этого фазового превращения.
Структура, как отмечалось выше, не остается неизменной, «застывшей». В пространстве и во времени она
непрерывно претерпевает изменения. Этому, в частности, способствует постоянное движение элементарных
частиц, атомов, молекул, взаимодействие материала с окружающей средой, переход вещества из одного состояния
в другое под влиянием перераспределения связей между атомами в молекулах, изменения в структуре молекул и
других химических форм движения элементарных частиц.
Микроструктура и кинетика ее изменения изучаются с помощью оптических методов, электронной
микроскопии, дифференциально-термического анализа, рентгенографии и др.
Определенный объем, иногда значительный, в микроструктуре занимают замкнутые и сообщающиеся
поры или те и другие вместе. Эти поры могут иметь различное происхождение, что зависит от вида
цементирующего вещества. По своему размеру они бывают мелкими. Но они могут быть и крупными. Крупные
поры образуются в различных количествах в зависимости от того, непроизвольно или преднамеренно они
возникли в вяжущем веществе. При непроизвольном вовлечении воздуха в период изготовления смеси их
количество обычно невелико, составляя 2 ... 5%. Если возникают они под влиянием специально вводимых
воздухововлекающих
тли
порообразующих
добавок,
то
в
поризованном
вяжущем
веществе
может
сосредоточиваться до 50% и более по объему сферичесих (ячейковых) пор, чаще всего замкнутых.
Макроструктура различима невооруженным глазом. Структурные характеристики получаемого
материала, например толщины пленок среды, содержание пор и их размер и др., изменяются при разных
технологиях. Так, макроструктура прессованных изделий отличается от получаемых при литьевой технологии из
одинаковых по качеству компонентов; микроструктура вяжущей части изделий после твердения в обычных
условиях на воздухе отличается от образующейся при твердении в условиях повышенных давлений и температур и
т. п.
Занятие №7
Механические свойства строительных материалов
ФГОУ СПО ЧТОТиБ
270802 Строительство
зданий и сооружений
ПМ 1 Участие в проектировании зданий
и сооружений
Применение строительных материалов
Раздел 2 Основные свойства
строительных материалов
Автор: Мананникова Е.В.
15 ноября
2012 г.
Стр.7 из
11
Механические свойства отражают способность тел (материалов) сопротивляться силовым (от
механических нагрузок), тепловым, усадочным или другим напряжениям без нарушения установившейся
структуры. В свою очередь, под напряжением понимается мера интенсивности внутренних сил, возникающих под
действием нагрузок, изменений температуры и других факторов или причин. Практически напряжение определяют
как внутреннюю силу, отнесенную к единице площади, причем под внутренней силой подразумевают силу
действия частиц, находящихся по одну сторону от площадки, на частицы, находящиеся по другую сторону от этой
площадки. Обычно определяют расчетом нормальные (перпендикулярные к площадке) и касательные напряжения,
выражаемые в СИ в МПа.
Механические свойства разделяются на деформационные и прочностные. Деформационные свойства
характеризуют способность материала к изменению формы или размеров без отклонений в величине его массы.
Деформация — изменение объема или формы твердого или пластичного тела без изменения массы. Главнейшие
виды деформаций — растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и изгиб. Все они могут быть обратимыми и
необратимыми, или остаточными. Обратимые полностью исчезают при прекращении действия на материал
факторов, их вызвавших. Необратимые деформации, называемые, кроме того, пластическими, накапливаются в
период действия этих факторов; после их снятия деформации сохраняются. Обратимые деформации, исчезающие
мгновенно и полностью, называются упругими, а если в течение некоторого времени, то — эластическими.
Деформации могут быть также сложными — упругопластическими или упруговязкопластическими, если
достаточно четко выражены соответственно упругая и пластическая или упругая, эластическая и пластическая
части.
На характер и величину деформации влияет не только величина нагружения, но и скорость приложения нагрузки, а
также температура материала. Как правило, с повышением скорости деформирования и понижением температуры
материала деформации по своему характеру приближаются к упругопластическим, уменьшаясь по абсолютной
величине. Пластические деформации, медленно нарастающие без увеличения напряжения, характеризуют
текучесть материала. Пластическая деформация, медленно нарастающая в течение длительного времени под
влиянием силовых факторов, не способных вызвать остаточную деформацию за обычные периоды наблюдений,
называется деформацией ползучести, а процесс такого деформирования — ползучестью или крипом.
Деформационные свойства строительных материалов, как и других тел, обусловливаются периодом, или
временем релаксации. Релаксацией называется процесс самопроизвольного падения внутренних напряжений в
материале, связанных с молекулярным перемещением при условии, что начальная величина деформации остается
неизменной, например зафиксированной жесткими связями. Характер начальной деформации в период релаксации
напряжений может измениться, например из упругой постепенно перейти в необратимую (пластическую), что
связано с переориентацией внутримолекулярной структуры. Время, или период релаксации, определяет
продолжительность релаксационных процессов. Период релаксации—важная характеристика строительных
материалов: чем она меньше, тем более деформативным является материал.
К другому важному механическому свойству относится прочность, т. е. способность материалов в
определенных условиях и пределах, не разрушаясь, сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям,
возникающим под влиянием механических, тепловых и других напряжений. Типичными прочностными
характеристиками являются предел упругости, предел текучести и предел прочности при воздействии
сжимающих, растягивающих или других видов усилий. Пределу упругости соответствует напряжение материала
ФГОУ СПО ЧТОТиБ
270802 Строительство
зданий и сооружений
ПМ 1 Участие в проектировании зданий
и сооружений
Применение строительных материалов
Раздел 2 Основные свойства
строительных материалов
Автор: Мананникова Е.В.
15 ноября
2012 г.
Стр.8 из
11
при максимальной величине упругой деформации; пределу текучести - постоянное напряжение при нарастании
пластической деформации; пределу прочности - максимальное напряжение в момент разрушения материала. Эти
характеристики прочности относятся к кратковременному действию приложенной нагрузки. При длительном
воздействии нагрузки возрастает опасность для структуры материала и даже сравнительно малые напряжения
могут вызвать ползучесть и заметное ухудшение структуры с потерей прочности. Поэтому нередко принято
измерять длительную прочность материала, причем не только при статической, но и динамической нагрузках.
Материал может резко терять свою прочность после приложения к нему вибрационной нагрузки, что обусловлено
усталостью — накоплением неотрелаксированных напряжений и необратимых микродефектов в структуре.
Соответствующая прочность называется усталостной, определяется испытанием образцов материала.
В целом, три упомянутые характеристики прочности — условные по двум причинам. Во-первых, они не
учитывают фактора времени, что с некоторым приближением можно допустить только в отношении хрупких
материалов. Во-вторых, приборы, образцы, скорость приложения нагрузки на прессах и другие исходные данные
методов испытания материала на прочность условны. Один и тот же материал может иметь различную величину
показателя прочности в зависимости от размера образца, скорости приложения нагрузки и конструкции прибора,
на котором испытывались образцы. Например, чем меньше размеры «кубика», больше скорость приложения
нагрузки, тем выше величина предела прочности при сжатии.
Таблица 2. Прочность некоторых строительных материалов
Предел прочности, МПа, при
Материалы
сжатии
изгибе
растяжении
Гранит
150—250
Тяжелый бетон
10—50
2—8
1—4
Керамический кирпич
7,5—30
1,8—4,4
—
Сталь
210—600
—
380—900
Древесина (вдоль волокон)
30—65
70—120
55—150
Стеклопластик
90—150
130—250
60—120
3—5
Дополнительными характеристиками механических свойств при оценке качества материалов могут
служить твердость, истираемость и ударная вязкость.
Твердость выражает способность материала
сопротивляться проникновению в него более твердых тел, например при сдавливании стального шарика или
конуса, царапании резцом, сверлении, ударах молотка, пулевом выстреле и др. Эти условные испытания дают
значения твердости либо только качественные, например, по следу царапания, либо также и количественные — по
глубине или площади отпечатка с учетом приложенной нагрузки. Нередко от полученного значения твердости
стремятся перейти к величине прочности, хотя устанавливаемые соотношения между твердостью и прочностью
тем менее точные, чем пластичнее материал. Только у хрупких тел царапание можно более или менее надежно
ФГОУ СПО ЧТОТиБ
270802 Строительство
зданий и сооружений
ПМ 1 Участие в проектировании зданий
и сооружений
Применение строительных материалов
Раздел 2 Основные свойства
строительных материалов
Автор: Мананникова Е.В.
15 ноября
2012 г.
Стр.9 из
11
сравнивать с прочностью, так как, то и другое свойство обусловлено сцеплением между микрочастицами
материала.
Таблица 3. Шкала твердости минералов
Показатель
твёрдости
Минерал
Характеристика твёрдости
1
2
3
4
Тальк или мел
Каменная соль или гипс
Кальцит или ангидрид
Плавиковый шпат
5
Апатит
Легко чертится ногтем
Ноготь оставляет черту
Легко чертится стальным ножом
Чертится стальным ножом под не большим давлением
Чертится стальным ножом при сильном нажатии стекло не
чертит
7
8
9
Ортоклаз (полевой
шпат)
Кварц
Топаз
Корунд
10
Алмаз
6
Слегка царапает стекло, стальной нож черты не оставляет
Легко чертит стекло, стальной
нож черты не оставляет
О твердости нередко также судят по потере массы образцов при истирании на металлических кругах в
присутствии абразивных порошков. О более сложном свойстве, включающем и твердость, а именно об износе,
износостойкости материала судят по испытанию пробы определенной массы путем вращения ее в барабане
совместно с металлическими шарами или без шаров. Чем больше измельчается проба, тем и больше износ в
процентах. Ударная вязкость характеризует способность материала сопротивляться сосредоточенным ударным
нагрузкам и определяется количеством работы, затрачиваемой на излом образца в фиксированном с помощью
насечки месте. Работа, отнесенная к площади поперечника образца, характеризует единичную ударную работу на
излом, называемую удельной ударной вязкостью. Она имеет практическое значение при оценке качества металлов,
асбестоцементных изделий, например кровельных листов и плит.
Занятие №10
Эксплуатационные свойства строительных материалов
Химические и технологические свойства
Для более полной оценки качества материалов изучают также химические свойства. Эта группа свойств
выражает способность и степень активности материала к химическому взаимодействию с реагентами внешней
среды и, кроме того, способность сохранять постоянным состав и структуру материала в условиях инертной
окружающей среды. Большинство строительных материалов проявляют активность при взаимодействии с
кислотами, щелочами, агрессивными газами и другими средами. Кроме того, некоторые материалы проявляют
склонность к самопроизвольным внутренним химическим изменениям в условиях инертной среды, что отражает
неустановившееся равновесие внутренних химических связей. Постепенное или быстрое изменение структуры и ее
разрушение под влиянием агрессивных химических и электрохимических процессов в материале называют
коррозией.
Нередко изучается биохимическая стойкость материала против воздействия грибов, прорастания растений,
порчи
насекомыми,
жучками-точильщиками.
Комплексной
характеристикой
способности
материала
ФГОУ СПО ЧТОТиБ
270802 Строительство
зданий и сооружений
ПМ 1 Участие в проектировании зданий
и сооружений
Применение строительных материалов
Раздел 2 Основные свойства
строительных материалов
Автор: Мананникова Е.В.
15 ноября
2012 г.
Стр.10 из
11
сопротивляться одновременному или поочередному (в разной последовательности) воздействию механических,
физических и химических факторов является долговечность. О долговечности материала, выражаемой в единицах
времени, судят или по ухудшению его качества, или по интенсивности изменения главных (ключевых)
структурных элементов.
Коррозионная стойкость— свойство материалов сопротивляться коррозионному воздействию среды.
Многие строительные материалы не обладают этими свойствами. Так, почти все цементы плохо
сопротивляются действию кислот, битумы сравнительно быстро разрушаются под действием концентрированных
растворов щелочей, древесина не стойка к действию тех и других. Лучше сопротивляются действию кислот и
щелочей некоторые виды природных каменных материалов (диабаз, андезит, базальт), плотная керамика, а также
большинство материалов из пластмасс.
Стойкость древесины различных пород к действию агрессивных сред (растворов солей, щелочей и кислот)
неодинакова. Древесина хвойных пород характеризуется большей коррозионной стойкостью, чем древесина
лиственных пород. При длительном воздействии кислот и щелочей древесина медленно разрушается.
Интенсивность разрушения зависит от концентрации растворов, например: слабощелочные растворы, почти не
разрушают древесины, а действию слабых растворов минеральных кислот она сопротивляется лучше, чем бетон. В
морской воде древесина хуже сохраняется, чем в речной. Коррозией древесины можно считать её разрушение из-за
гниения, полного разложения.
В результате коррозии безвозвратно теряется около 10—12 % ежегодного производства черных металлов. В
зависимости от механизма процесса разрушения металла коррозия может быть химической и электрохимической.
Химическая коррозия возникает при действии па металл сухих газов или жидкостей органического
происхождения, которые не являются электролитами. Примером химической коррозии служит окисление металла
при высоких температурах, в результате чего на его поверхности возникает продукт окисления—окалина. Данный
вид коррозии встречается редко.
Электрохимическая коррозия образуется в результате действия на металл электролитов (растворов кислот,
щелочей и солей). Ионы металла переходят в раствор, при этом металл постепенно разрушается. Этот вид
коррозии может также возникать при контакте двух разнородных металлов в присутствии электролита, когда
между этими металлами проходит гальванический ток. В гальванической паре любых двух металлов будет
разрушаться тот металл, который стоит ниже в ряду электрохимических напряжений. Например, железо в ряду
напряжений расположено выше цинка, ниже меди, следовательно, при контакте железа с цинком будет
разрушаться цинк, а при контакте железа с медью—железо. В металлах, из-за наличия неоднородных структурных
составляющих может возникнуть микрокоррозия. Распространяясь по границам зерен металла, она вызывает
межкристаллическую коррозию.
Группа технологических свойств выражает способность материала к восприятию определенных
технологических операций, выполняемых с целью изменения его формы, размеров, характера поверхности,
плотности и пр. Это качество материалов определяют в числовых или визуальных показателях по способности их к
формуемости (жесткие, пластичные и литые смеси), раскалываемости, шлифуемости, полируемости,
гвоздимости (способности удерживать гвозди и принимать их при силовых воздействиях), дробимости и многим
другим технологическим свойствам, обусловленным разновидностью механического способа обработки
материала.
ФГОУ СПО ЧТОТиБ
270802 Строительство
зданий и сооружений
ПМ 1 Участие в проектировании зданий
и сооружений
Применение строительных материалов
Раздел 2 Основные свойства
строительных материалов
Автор: Мананникова Е.В.
15 ноября
2012 г.
Стр.11 из
11
Оценка технологических свойств производится условными методами и приборами с указанием названия
прибора, температурных условий испытания, скорости нагружения при испытании и др. На практике нередко
ограничиваются также визуальными оценками технологических свойств. Однако при массовом производстве и
применении материалов (бетонных смесей, асфальтобетонной массы, полимерных композиций и др.) пользуются
специальными приборами и методами испытаний с выражением технологических свойств в виде числовых
показателей. Таким образом, строительные материалы обладают многообразными свойствами. Но между
свойствами каждого материала, особенно при оптимальной структуре, имеется не только различие, но и тесная
взаимосвязь. Последняя характеризуется определенными закономерностями, что позволяет нередко оценивать
заданный качественный показатель по другому или комплексу других свойств этого материала.