Контрольная работа по дисциплине строительные материалы. Ответы на вопрос. С-194. Строительные материалы. Дайте классификацию строительных материалов и изделий по их функции и области применения
 Скачать 0.53 Mb.
|
Вопрос 17: Как изменяются свойства строительных материалов по мере их увлажнения? Приведите примеры.Физические свойства материала характеризуют его поведение под воздействием физических факторов, моделирующих воздействие внешней среды и условия работы материала (действие воды, высоких и низких температур и т. п.). Свойства, связанные с воздействием на материал воды, называют гидрофизическими: 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. Гигроскопичность отрицательно сказывается на качестве строительных материалов. Так, цемент при хранении под влиянием влаги воздуха комкуется и снижает свою прочность. Весьма гигроскопична древесина, от влаги воздуха она разбухает, коробится. Капиллярное всасывание - свойство пористо-капиллярных материалов поднимать воду по капиллярам. Капиллярное всасывание характеризуют высотой поднятия уровня воды в капиллярных материалах и количеством поглощенной воды и интенсивность всасывания. С увеличением капиллярного всасывания снижается прочность, стойкость к химической коррозии и морозостойкость строительных материалов. Водопоглощение - свойство материала при непосредственном соприкосновении с водой впитывать и удерживать ее в своих порах. Водопоглощение выражают степенью заполнения объема материала водой или отношением количества поглощенной воды к массе сухого материала. У высокопористых материалов водопоглощение по массе может превышать пористость, но водопоглощение по объему всегда меньше пористости, так как вода не проникает в очень мелкие поры, а в очень крупных не удерживается. Водопоглощение плотных материалов равно нулю (стекло, сталь, битум). Водопоглощение отрицательно сказывается на других свойствах материалов: понижается прочность и морозостойкость, материал набухает, возрастает его теплопроводность и увеличивается плотность. Паропроницаемость - способность материала пропускать водяные пары при наличии разницы абсолютной влажности воздуха (парциального давления пара в воздухе) по обе стороны материала. Необходимая степень паропроницаемости конструкции достигается правильным выбором материалов и их взаимным расположением в конструкции. Влагоотдача - способность материала терять находящуюся в его порах воду. Влагоотдачу определяют количеством воды, испаряющейся из образца материала в течение суток при температуре воздуха 20 °С и относительной влажности 60 %. Влагоотдачу учитывают, например, при сушке стен зданий и уходе за твердеющим бетоном. В первом случае желательна быстрая влагоотдача, а во втором, наоборот, замедленная. Водопроницаемость - свойство материала пропускать через себя воду под давлением. Степень водопроницаемости в основном зависит от строения пористости материала. Чем больше в материале открытых пор и пустот, тем больше его водопроницаемость. Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации (м/ч) - количеством воды (в м3), проходящей через материал площадью 1 м2, толщиной 1м за 1 ч при разности гидростатического давления на границах стенки 9,81 Па. Чем ниже коэффициент фильтрации, тем выше марка материала по водонепроницаемости. Водонепроницаемыми являются плотные материалы (гранит, металлы, стекло) и материалы с мелкими замкнутыми порами (пенопласты, экструдированный полистирол). Морозостойкость - свойство материалов в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения и без значительного снижения прочности и массы. Морозостойкость - одно из основных свойств, характеризующих долговечность строительных материалов в конструкциях и сооружениях. При смене времен года некоторые материалы, подвергаются периодическому замораживанию и оттаиванию в обычных атмосферных условиях, разрушаются. Это объясняется тем, что вода, находящиеся в порах материала, при замерзании увеличивается в объеме примерно на 9…10 %; только очень прочные материалы способны выдерживать это давление льда (200 МПа) на стенки пор. Высокой морозостойкостью обладают плотные материалы, которые имеют малую пористость и закрытые поры. Материалы пористые с открытыми порами и соответственно с большим водопоглащением часто оказываются не морозостойкими. Так, при увлажнении материала повышается его теплопроводность, изменяются средняя плотность, уменьшается прочность и другие свойства, материалы становятся более тяжелыми. Цемент, гипсовые вяжущие, пигменты, клей, и другие материалы портятся от атмосферной влаги, а влажная древесина легко поддается гниению. 18. Как меняются свойства строительных материалов под воздействием атмосферных факторов? Приведите примеры. В зависимости от назначения, условий строительства и эксплуатации зданий и сооружений подбираются соответствующие строительные материалы, которые обладают определёнными качествами и защитными свойствами от воздействия на них различной внешней среды. Учитывая эти особенности, любой строительный материал должен обладать определёнными строительно-техническими свойствами. Например, материал для наружных стен зданий должен обладать наименьшей теплопроводностью при достаточной прочности, чтобы защищать помещение от наружного холода; материал сооружения гидромелиоративного назначения — водонепроницаемостью и стойкостью к попеременному увлажнению и высыханию; материал для покрытия дорог (асфальт, бетон) должен иметь достаточную прочность и малую истираемость, чтобы выдержать нагрузки от транспорта. Свойства строительных материалов и изделий классифицируют на четыре основные группы: физические, механические химические, технологические и др. К химическим относят способность материалов сопротивляться действию химически агрессивной среды, вызывающие в них обменные реакции приводящие к разрушению материалов, изменению своих первоначальных свойств растворимость, коррозионная стойкость, стойкость против гниения, твердение. Физические свойства: средняя, насыпная, истинная и относительная плотность; пористость, влажность, влагоотдача, теплопроводность и др. Истинная плотность ρ — масса единицы объёма материала в абсолютно плотном состоянии. Средняя плотность ρ- — масса единицы объёма в естественном состоянии. Средняя плотность зависит от температуры и влажности. Насыпная плотность (для сыпучих материалов) — масса единицы объёма рыхло насыпанных зернистых или волокнистых материалов. Пористость— степень заполнения объёма материала порами. Пористость бывает открытая и закрытая. Гидрофизические свойства стройматериалов: Водопоглощение пористых материалов определяют по стандартной методике, выдерживая образцы в воде при температуре 20±2 °C. При этом вода не проникает в закрытые поры, то есть водопоглощение характеризует только открытую пористость. При извлечении образцов из ванны вода частично вытекает из крупных пор, поэтому водопоглощение всегда меньше пористости. Водопоглощение используют для оценки структуры материала с помощью коэффициента насыщения kн. Он может меняться от 0 (все поры в материале замкнутые) до 1 (все поры открытые). Уменьшение kн говорит о повышении морозостойкости. Водопроницаемость — это свойство материала пропускать воду под давлением. Водонепроницаемость материала характеризуется маркой W2; W4; W8; W10; W12, обозначающей одностороннее гидростатическое давление в кгс/см², при котором бетонный образец-цилиндр не пропускает воду в условиях стандартного испытания. Чем ниже kф, тем выше марка по водонепроницаемости. Водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения kp = Rв/Rс, где Rв — прочность материала насыщенного водой, а Rс — прочность сухого материала. kp меняется от 0 (размокающие глины) до 1 (металлы). Если kp меньше 0,8, то такой материал не используют в строительных конструкциях, находящихся в воде. Гигроскопичность — свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из воздуха. Процесс поглощения влаги из воздуха называется сорбцией, он обусловлен полимолекулярной адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией. С повышением давления водяного пара (то есть увеличением относительной влажности воздуха при постоянной температуре) возрастает сорбционная влажность материала. Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия воды в материале, количеством поглощённой воды и интенсивностью всасывания. Уменьшение этих показателей отражает улучшение структуры материала и повышение его морозостойкости. Влажностные деформации. Пористые материалы при изменении влажности меняют свой объём и размеры. Усадка — уменьшение размеров материала при его высыхании. Набухание происходит при насыщении материала водой. Теплофизические свойства стройматериалов: Теплопроводность — свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой. При повышении температуры теплопроводность большинства материалов возрастает. Теплоемкость— то количество тепла, которое необходимо сообщить 1 кг материала, чтобы повысить его температуру на 1С. Для каменных материалов теплоемкость меняется от 0,75 до 0,92 кДж/(кг*С). С повышением влажности возрастает теплоемкость материалов. Огнеупорность — свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры (от 1580 °C и выше), не размягчаясь и не деформируясь. Огнеупорные материалы применяют для внутренней футеровки промышленных печей. Тугоплавкие материалы размягчаются при температуре выше 1350 °C. Огнестойкость — свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определённого времени. Она зависит от сгораемости материала, то есть от его способности воспламеняться и гореть. Несгораемые материалы — бетон, кирпич, сталь и т. д. Но при температуре выше 600 °C некоторые несгораемые материалы растрескиваются (гранит) или сильно деформируются (металлы). Трудно сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры тлеют, но после прекращения действия огня их горение и тление прекращается (асфальтобетон, пропитанная антипиренами древесина, фибролит, некоторые пенопласты). Сгораемые материалы горят открытым пламенем, их необходимо защищать от возгорания конструктивными и другими мерами, обрабатывать антипиренами. Линейное температурное расширение. При сезонном изменении температуры окружающей среды и материала на 50 °C относительная температурная деформация достигает 0,5-1 мм/м. Во избежание растрескивания сооружения большой протяжённости разрезают деформационными швами. Морозостойкость строительных материалов: Морозостойкость — свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание. Количественно морозостойкость оценивается маркой. За марку принимается наибольшее число циклов попеременного замораживания до −20 °C и оттаивания при температуре 12-20 °C, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15 %; после испытания образцы не должны иметь видимых повреждений — трещин, выкрашивания (потери массы не более 5 %). Механические свойства: пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, сдвиге, упругость, пластичность, жёсткость, твёрдость. Упругость — самопроизвольное восстановление первоначальной формы и размера после прекращения действия внешней силы. Пластичность — свойство изменять форму и размеры под действием внешних сил не разрушаясь, причём после прекращения действия внешних сил тело не может самопроизвольно восстанавливать форму и размер. Остаточная деформация — пластичная деформация. Относительная деформация — отношение абсолютной деформации к начальному линейному размеру. Модуль упругости — отношения напряжения к относительной деформации. Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или др. Пример: Проводились испытания пенопластов в районах с умеренно холодным климатом в течение десяти лет в условиях неотапливаемого помещения. Оказалось, что внешний вид образцов заметно не изменяется. Изменение линейных размеров и массы не превышают 1–2 %. Физико- механические характеристики, водопоглощение и коэффициент теплопроводности изменяются сравнительно мало. Отмечается, что определяющее влияние на стабильность пеноматериалов повышенной кажущейся плотности оказывают свойства полимера-основы, у лёгких же закрытопористых пенопластов (ρ < 40 кг/м3) – ячеистая структура. Результаты испытаний пенопластов в районах с очень холодным (г.Якутск), тёплым влажным (г. Батуми) и сухим жарким (г. Ташкент) климатом близки к значениям физико-механических свойств в умеренно холодном климатическом районе. При выдержке этого пенопласта в условиях тропического климата наоборот его прочностные показатели ухудшаются. 19. Работоспособность, надежность, долговечность строительных материалов, изделий и конструкций. Изделия, конструкции должны обеспечивать долговечность и надежность при длительной эксплуатации. Долговечность — свойство изделия или конструкции сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами на ремонт. Предельное состояние определяется степенью разрушения изделия, требованиями безопасности или экономическими соображениями. Долговечность строительных изделий измеряют обычно сроком службы без потери эксплуатационных качеств в конкретных климатических условиях и в режиме эксплуатации. Например, для железобетонных конструкций нормами предусмотрены три степени долговечности, причем первая соответствует сроку службы не менее 100 лет, вторая — не менее 50 лет, третья — не менее 20. Долговечность определяется совокупностью физических, механических и химических свойств материала. Ее нужно оценивать применительно к конкретным условиям эксплуатации. Надежность -представляет собой общее свойство, характеризующее проявление всех остальных свойств изделий и конструкций в процессе эксплуатации. Надежность складывается из долговечности, безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости. Эти свойства связаны между собой. Работоспособность - состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. 20.Понятие о долговечности материалов. Временные этапы долговечности. Факторы, влияющие на долговечность материала при его работе в конструкции. 1. Под долговечностью материала подразумевают его способность сохранять заявленные производителем характеристики в условиях эксплуатации. Состояние предела определяют посредством допустимого значения, ниже или выше которого нецелесообразно говорить о качестве материала в конкретной среде эксплуатации. Качество и долговечность материала может зависеть от его структуры, от воздействия сторонних факторов на материал, от различных процедур испытаний материала. Несущие конструкции должны иметь долговечность не менее срока службы сооружения. Отделочные материалы, как правило, имеют показатель ниже, так как здесь выступают моральные составляющие отделочных работ. Помимо моды на интерьер, которая выражается в эстетике, материал подвергается физическому износу. Износ материала можно отнести к старению, когда структура и свойства изменяются. Существует целый ряд строительных материалов, которые не подвластны старению или износу. 2. Долговечность может быть определена как способность материала или конструкции из этого материала сохранять эксплуатационную пригодность в течение определенного (заданного в проекте) срока службы. Долговечность для строительных материалов — понятие относительное, зависящее от условий эксплуатации, что создает некоторые трудности при классификации агрессивных сред, так как оценка степени агрессивности внешней среды по отношению к конструкциям из различных материалов неоднозначна. При вероятностном подходе к проектированию конструкций основным показателем качества является ее надежность, которая предопределяется возможностью успешной эксплуатации в течение заданного срока, в то время как долговечность связана с предполагаемым сроком существования в запроектированных условиях. В соответствии с основными положениями теории надежности последняя численно оценивается вероятностью безотказной работы, а долговечность определяется как свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания (численно оценивается сроком службы в годах). Понятие долговечности следует трактовать как способность материалов сопротивляться износу и физико-химическим изменениям во времени в заданных условиях эксплуатации. Такое определение позволяет обосновать методы испытаний бетона на долговечность, приняв в качестве критерия способность материала или конструкций из него сохранять свойства при воздействиях, характерных для конкретных условий эксплуатации. На основании оценки степени агрессивности (слабая, средняя, сильная) предусматривают способы первичной защиты — для придания длительной стойкости (долговечности) бетону или указывают на необходимость вторичной защиты конструкций (изоляции бетона от соприкосновения с агрессивной средой). Оценка долговечности конструкций и способов ее обеспечения невозможна без учета общей методологии прогноза сроков службы бетона, количественной оценки кинетики коррозионных процессов, возникающих при контакте жидких и газообразных агрессивных сред с бетоном, и базируется не только на использовании опытных данных, но и на расчетных методах такой оценки. 3. Каждый строительный материал или компонент имеет свою долговечность, которая будет зависеть от области применения в течение определенного времени эксплуатации. Предельное состояние у каждого материала будет различаться, поэтому долговечность оценивается по показателям эксплуатации в режиме характеристик материала. Показатели качества измеряются годами от начала выпуска материала до окончания его эксплуатации. Материалы, представляющие собой конструкции, требуют высокой долговечности Долговечность материалов определяется взаимодействием и взаимовлиянием различных факторов, главные из которых: условия эксплуатации; особенности конструктивных решений сооружений; выщелачивание; внутренняя коррозия; несовместимость материалов бетона; стойкость к попеременному замораживанию и оттаиванию, истиранию и износу; влияние напряженного состояния конструкции на ее стойкость. При проектировании железобетонных конструкций их долговечность обеспечивается (с учетом оценки степени агрессивности внешней среды) в соответствии с требованиями, изложенными в нормативных документах. Так, морозостойкость бетона назначается исходя из особенностей увлажнения конструкций и в зависимости от температуры, характеризующей суровость климата, или в соответствии с требованиями ГОСТов на отдельные виды конструкций. Химическое воздействие оценивают по СНиП 2.03.11-85, принимая во внимание состав и условия контакта агрессивной среды и бетона, вид цемента и проницаемость бетона Использование физико-химических закономерностей кинетики коррозии позволяет рассчитать количество агрессивного компонента, проникающего в бетон, и после экспериментального определения технических характеристик бетона установить предельные параметры коррозионного процесса, при которых свойства бетона в течение срока службы изменяются в допустимых пределах. |