материаловедение. Материаловедение, определение, цели и задачи дисциплины
 Скачать 76.98 Kb.
|
|
Материаловедение, определение, цели и задачи дисциплины. Материаловедение – наука, изучающая свойства материалов и, соответственно, возможности, применение материалов с точки зрения технологии производства, рациональности. Основная задача дисциплины -- изучение студентами физико-химических основ и технологических особенностей процессов получения и обработки материалов, физической сущности явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации и влияющих на структуры и свойства материалов; умение установить зависимость между составом, строением и свойствами материалов; знание теории и практики различных способов упрочнения материалов; ознакомление с основными группами металлических и неметаллических материалов их свойствами и областями применения. Классификация свойств строительных материалов и изделий. Строительные материалы и изделия классифицируют по степени готовности, происхождению, назначению и технологическому признаку. По степени готовности различают собственно строительные материалы и строительные изделия - готовые изделия и элементы, монтируемые и закрепляемые на месте работы. К строительным материалам относятся древесина, металлы, цемент, бетон, кирпич, песок, строительные растворы и т. д. Строительными изделиями являются сборные железобетонные панели и конструкции, оконные и дверные блоки, санитарно-технические изделия и кабины и др. В отличие от изделий строительные материалы перед применением подвергают обработке - смешивают с водой, уплотняют, распиливают, тешут и т. д. По происхождению строительные материалы подразделяют на: Природные - эти материалы получают из природного сырья путем несложной обработки без изменения их первоначального строения и химического состава (древесина, горные породы (природные камни), торф, природные битумы и асфальты и др.) Искусственные - получают из природного и искусственного сырья, побочных продуктов промышленности и сельского хозяйства с применением специальных технологий. Искусственные материалы отличаются от исходного сырья как по строению, так и по химическому составу, что обусловлено коренной переработкой его в заводских условиях (кирпич, цемент, железобетон, стекло и др.) По назначению материалы подразделяют на следующие группы: Общего назначения (конструкционные материалы - материалы которые воспринимают и передают на грузки в строительных конструкциях; конструкционно-отделочные, отделочные) Специального назначения (теплоизоляционные материалы, основное назначение которых — свести до минимума перенос теплоты через строительную конструкцию и тем самым обеспечить необходимый тепловой режим в помещении при минимальных затратах энергии; акустические материалы (звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы) - для снижения уровня «шумового загрязнения» помещения; гидроизоляционные и кровельные материалы - для создания водонепроницаемых слоев на кровлях, подземных сооружениях и других конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров; герметизирующие материалы - для заделки стыков в сборных конструкциях; отделочные материалы - для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты конструкционных, теплоизоляционных и других материалов от внешних воздействий). По технологическому признаку материалы подразделяют, учитывая вид сырья, из которого получают материал, и вид его изготовления, на следующие группы: Природные каменные материалы и изделия - получают из горных пород путем их обработки: стеновые блоки и камни, облицовочные плиты, детали архитектурного назначения, гравий, песок и др. Керамические материалы и изделия - получают из глины с добавками путем формования, сушки и обжига: кирпич, керамические блоки и камни Стекло и другие материалы и изделия из минеральных расплавов - оконное и облицовочное стекло, стеклоблоки Неорганические вяжущие вещества - минеральные материалы, преимущественно порошкообразные, образующие при смешивании с водой пластичное тело, со временем приобретающее камневидное состояние: цементы различных видов, известь, гипсовые вяжущие и др. Бетоны - искусственные каменные материалы, получаемые из смеси вяжущего, воды, мелкого и крупного заполнителей. Бетон со стальной арматурой называют железобетоном, он хорошо сопротивляется не только сжатию, но и изгибу и растяжению. Искусственные необжиговые каменные материалы - получают на основе неорганических вяжущих и различных заполнителей: силикатный кирпич, гипсовые и гипсобетонные изделия, асбестоцементные изделия и конструкции, силикатные бетоны. Органические вяжущие вещества и материалы на их основе — битумные и дегтевые вяжущие, кровельные и гидроизоляционные материалы: рубероид, пергамин, изол, бризол, гидроизол, толь, приклеивающие мастики, асфальтовые бетоны и растворы. Полимерные материалы и изделия - группа материалов, получаемых на основе синтетических полимеров (термопластических нетермореактнвных смол): линолеумы, релин, синтетические ковровые материалы, плитки, древеснослоистые пластики, стеклопластики, пенопласты, поропласты, сотопласты и др. Древесные материалы и изделия - получают в результате механической обработки древесины: круглый лес, пиломатериалы, заготовки для различных столярных изделий, паркет, фанера, плинтусы, поручни, дверные и оконные блоки, клееные конструкции. Металлические материалы - наиболее широко применяемые в строительстве черные металлы (сталь и чугун), стальной прокат (двутавры, швеллеры, уголки), сплавы металлов, особенно алюминиевые. Физические свойства строительных материалов К физическим свойствам материала относят плотность, пористость, водопоглощение (способность материала впитывать и удерживать в своих порах влагу), влагоотдача(это свойство материала терять находящуюся в его порах влагу), гигроскопичность(свойство пористых материалов поглощать влагу из воздуха), водопроницаемость(способность материала пропускать воду под давлением), морозостойкость (способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без снижения прочности и массы, а также без появления трещин, расслаивания, крошения), теплопроводность (свойство материала передавать теплоту при наличии разности температур снаружи и внутри строения), звукопоглощение (способность материала ослаблять интенсивность звука при прохождении его через материал), огнестойкость (свойство материалов противостоять действию высоких температур), огнеупорность (свойство материала противостоять, не деформируясь, длительному воздействию высоких температур) и некоторые другие. Механические свойства материалов Механические свойства отражают способность материала сопротивляться силовым, тепловым, усадочным или другим внутренним напряжениям без нарушения установившейся структуры. Прочность — свойство материала сопротивляться, не разрушаясь, внутренним напряжениям и деформациям, возникающим под действием нагрузки или других факторов. Пластичность — свойство материала при нагружении в значительных пределах изменять размеры и форму без образования трещин и разрывов и сохранять эту форму после снятия нагрузки. Хрупкость — свойство материала под действием нагрузки разрушаться без заметной пластической деформации. Упругость — свойство материала принимать после снятия нагрузки первоначальную форму и размеры. Твердость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. Истираемость — свойство материала сопротивляться истирающим воздействиям. Химические и биологические свойства материалов Химические свойства характеризуют способность материала сопротивляться химически агрессивной среде (химическая стойкость), вызывающей обменные реакции в материале и приводящие к разрушению материала. Коррозийная стойкость, электрохимическая стойкость. Химические свойства материала характеризуют его способность к химическим превращениям под влиянием веществ (воздействий), с которыми он находится в соприкосновении, а также способность сохранять постоянными состав и структуру материала в условиях инертной окружающей среды. Некоторые материалы склонны к самопроизвольным внутренним химическим изменениям в обычной среде. Ряд материалов проявляет активность при взаимодействии с кислотами, водой, щелочами, растворами солей, агрессивными газами и т. д. Химические превращения протекают также во время технологических процессов производства и применения материалов. Химическая (коррозионная) стойкость - свойство материала сопротивляться коррозионному воздействию среды (жидкой, газообразной, твердой) или физических воздействий (облучение, электрический ток). При контакте с агрессивной средой в структуре материала происходят необратимые изменения, что вызывает снижение его прочности и преждевременное разрушение конструкции. Основными агрессивными агентами, вызывающими коррозию строительных материалов, являются: пресная и соленая вода, минерализованные почвенные воды, растворенные в дождевой воде газы (S03, S02, C02, N02) от промышленных предприятий и автомашин. На промышленных предприятиях коррозию строительных материалов часто вызывают более сильные агенты: растворы кислот и щелочей, расплавленные материалы и горячие газы. Биологические свойства — свойство материалов и изделий сопротивляться разрушающему действию микроорганизмов. Органические материалы или неорганические на органических связках под действием температурно-влажностных факторов могут разрушаться вследствие развития в них микроорганизмов, вызывающих гниение и разрушающих материалы в процессе их эксплуатации. Специальные добавки — антисептики — повышают биостойкость битумных и деревянных материалов. Кроме того, чтобы сохранять биостойкость органических материалов, рекомендуется оберегать их от увлажнения. Структура материала, характеристики структуры и методы оценки структурных характеристик материала. Структура материала – это взаимное расположение элементов и фаз в материале, составляющих материал. Структуру строительного материала изучают на двух уровнях: макро уровне - макроструктура – строение материала видимое невооруженным глазом; микро уровне - микроструктура – строение материала, видимое через микроскоп. Макроструктуру строительных материалов делят на несколько групп: Конгломератная (соединение разнородных веществ, обычно в виде зерен, кусков различных форм и размеров) ячеистая (характеризуется наличием макропор) волокнистая (присуща природным (древесина) или искусственным (минеральная вата) материалам с расположением волокон в одном направлении или хаотично) слоистая (предполагает наличие в материале нескольких, в том числе и разнородных слоев) рыхлозернистая (порошкообразная) (имеют сыпучие порошкообразные материалы, состоящие из большого количества несвязанных зерен или мелких частиц) Методы оценки структуры: метод рентгено-структурного анализа метод термического анализа хроматографический анализ люминесцентный анализ спектральный анализ Требования, предъявляемые к качеству строительных материалов и изделий: функциональные, эстетические, экономические. Функциональные: общестроительные – обуславливаются видом и назначением материала, удобством транспортировки, хранения и технологического применения. Эксплуатационные – определяют пригодность материала в данных эксплуатационных условиях, его удобство, надежность. Санитарно-гигиенические – допускают легкую очистку, мытье, отсутствие вредных выделений в процессе эксплуатации или пожара. Распространяются на весь срок эксплуатации. Эстетические – предъявляются к материалу по форме, текстуре, фактуре, цвету, рисунку, которые определяются назначением и областью применения ( объективные и субъективные требования). Экономические – определяют технико-экономическую эффективность и целесообразность разработки, производства и применения материала или изделия. Выражается в лимитированной цене. Классификация строительных материалов по происхождению, видам основного сырья, способам производства, по назначению. По происхождению строительные материалы подразделяют на: Природные - эти материалы получают из природного сырья путем несложной обработки без изменения их первоначального строения и химического состава (древесина, горные породы (природные камни), торф, природные битумы и асфальты и др.) Искусственные - получают из природного и искусственного сырья, побочных продуктов промышленности и сельского хозяйства с применением специальных технологий. Искусственные материалы отличаются от исходного сырья как по строению, так и по химическому составу, что обусловлено коренной переработкой его в заводских условиях (кирпич, цемент, железобетон, стекло и др.) Вид основного сырья: материалы из дерева, природные каменные материалы, керамические материалы, металлические материалы, полимерные материалы, минеральные вяжущие материалы, материалы из минеральных расплавов, Лакокрасочные материалы. По способу производства строительные материалы, например из металлов классифицируются на изготавливаемые методами: - прессованием - литьем - прокаткой По назначению материалы подразделяют на следующие группы: Общего назначения (конструкционные материалы - материалы которые воспринимают и передают на грузки в строительных конструкциях; конструкционно-отделочные, отделочные) Специального назначения (теплоизоляционные материалы, основное назначение которых — свести до минимума перенос теплоты через строительную конструкцию и тем самым обеспечить необходимый тепловой режим в помещении при минимальных затратах энергии; акустические материалы (звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы) - для снижения уровня «шумового загрязнения» помещения; гидроизоляционные и кровельные материалы - для создания водонепроницаемых слоев на кровлях, подземных сооружениях и других конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров; герметизирующие материалы - для заделки стыков в сборных конструкциях; отделочные материалы - для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты конструкционных, теплоизоляционных и других материалов от внешних воздействий). Стандартизация и унификация строительных материалов и изделий. Стандартизация — процесс установления и применения стандартов с целью улучшения качества готовой продукции, повышения уровня унификации, взаимозаменяемости, а также автоматизации производственных процессов, роста эффективности ремонта изделий. Стандарт — нормативно-технический документ, устанавливающий определенный комплекс норм, правил и требований к объекту стандартизации и утвержденный компетентным органом. В зависимости от сферы действия и условий утверждения стандарты подразделяют на следующие категории: государственные (ГОСТ); отраслевые (ОСТ); республиканские (РСТ) и стандарты предприятий (СТП). Технико- нормативные и правовые акты в строительно-архитектурной практике. Помимо стандартизации –процесса установления и применения стандартов - в строительстве и производстве материалов действовала система нормативных документов – Строительные нормы и правила (СНиП) – свод нормативных документов по проектированию, строительству и материалам. Декоративные качества строительных материалов: цвет, фактура, текстура и форма материалов. Цвет материалов – зрительное ощущение, которое зависит от спектрального состава светового потока, отраженного поверхностью материала. Характеристики – цветовой тон, светлота, насыщенность. Цвета: действительный, измененный, наносной. Фактура – видимое, пластическое строение материала, которое отражает способ его добычи, изготовления или обработки. По степени рельефа выделяют гладкие, шероховатые (высота рельефа до 0,5 см) и рельефные (высота рельефа более 0,5 см) фактуры. По степени блеска различают фактуры блестящие и матовые. Текстура – это видимое строение материала, рисунок на поверхности, зависящий от структуры материала (кристаллической, волокнистой, зернистой, аморфной и пр.), выявленность внутреннего строения материала на его поверхности (рисунок волокон дерева, пятен и прожилок камня). Эстетика формы подразумевает композицию или какой-либо другой прием, при помощи которого физические качества объекта преобразуются в художественные. Декоративные качества и технология производства строительных материалов. Цвет материала, психология его восприятия, возможности использования в архитектуре. Цвет материалов – зрительное ощущение, которое зависит от спектрального состава светового потока, отраженного поверхностью материала. Характеристики – цветовой тон, светлота, насыщенность. Цветовой тон показывает к какому участку видимого спектра относится цвет материала. Количественно цветовые тона измеряются длинами волн. Светлота характеризуется относительной яркостью поверхности материала, определяемой коэффициентом отражения, который представляет соответственно отношение отраженного светового потока к падающему. Насыщенность цвета – степень отличия хроматического цвета от ахроматического, той же светлоты. Цвета: действительный, измененный, наносной. Действительный цвет – получаемый в результате традиционного изготовления материала (дерево, кирпич). Измененный – полученный в результате обработки естественного материала или специального способа изготовления (пропитка доски). Наносной – цвет облицовочного слоя, кот. полностью скрывает цвет поверхности мат. Цвет ассоциативно влияет на восприятие масштаба, размеров (одноцветный объект больше, чем многоцветный), выступающих и западающих частей, на восприятие формы объекта. Многоцветные и темные цвета скрывают фактуру, светлые – усиливают. Яркие цвета приближают объект, серые, голубые, ненасыщенные – отдаляют, цвет влияет на раскрытие объекта во внутреннем пространстве (последовательное, обратная перспектива) |