(ПГС02 2016) Строительные материалы. Нормативная база Материаловедение

• Название: Нормативная база Материаловедение
• Анкор: (ПГС02 2016) Строительные материалы
• Дата: 24.02.2023
• Размер: 1.71 Mb.
• Имя файла: (ПГС02 2016) Строительные материалы.docx
• Тип: Закон; #953171
• страница: 1 из 19

Нормативная база

Материаловедение – это наука, изучающая связь состава, строения и свойств материалов, закономерности их изменения при физико-химических, физических, механических и др. воздействиях.

Строительные материалы оказывают решающее влияние на технико-экономическую эффективность, безопасность строительства и эксплуатацию зданий и сооружений. Строительные материалы составляют более 50 % сметной стоимости объектов. Данная дисциплина является первой инженерной дисциплиной, которая закладывает базу для изучения специальных дисциплин – строительных конструкций, технологии строительного производства, экономики, управления и организации строительства, архитектуры и др. Каждый материал имеет название, структуру, показатели качества или свойства, их численные значения, способы производства, условия и особенности применения и т.д.

В 2003 году в нашей стране был принят Закон «О техническом регулировании». В этом законе на первое место поставлено обеспечение безопасности жизни и здоровья людей, охрана окружающей среды, имущества при всех видах собственности. По этому закону разрабатываются Технические регламенты в виде обязательных требований к продукции, процессам производства, работам и услугам, правилам эксплуатации, перевозки и хранения строительной продукции.

Благодаря системе нормативных документов в области строительства строительная продукция полностью соответствует собственному назначению, а также обладает высокими показателями по таким параметрам, как качество и надежность.

Концепция безопасности по отношению к строительным материалам обозначает обеспечение функциональных свойств, экологической чистоты, пожаробезопасности и безвредности материалов в течение всего их срока службы. Это относится к конечной строительной продукции – конструкции, здания, сооружения, которые сделаны из строительных материалов. Поэтому для обеспечения безопасности необходимо знать функциональное назначение, условия эксплуатации конечной продукции при изучении, выборе и разработке строительного материала, что обеспечивает стабильность его показателей во время эксплуатации.

Строительные материалы классифицируют по назначению на 2 группы:

1 группа: конструкционные материалы для несущих конструкций (природные каменные материалы, бетоны, растворы, керамика, стекло, ситаллы, металлы, полимеры, древесина, композиты и др.);

2 группа: строительные материалы специального назначения - теплоизоляционные, акустические, гидроизоляционные, герметики, кровельные, отделочные, антикоррозионные, огнеупорные материалы, материалы для радиационной защиты и т.д.

Свойства материалов имеют названия и оцениваются численными значениями, которые устанавливаются путем стандартных испытаний.

Конструкции, здания и сооружения должны иметь высокую надежность.

Все строительные материалы имеют состав. Они характеризуются химическим, минеральным, фазовым и вещественным составом.

Химический состав – это количество химических элементов или оксидов в материале. Он позволяет судить об огнестойкости, биостойкости, механических свойствах и т.д. материалов.

Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количестве содержаться в строительном материале.

Фазовый состав материала – это наличие твердого вещества или каркаса, пор, заполненных воздухом или другим газом, и воды. Причем, если поры материала заполнены водой, то его, например, теплофизические свойства существенно изменяются, так же, как и влажностные деформации. Если вода в порах замерзает, то она изменяет свое фазовое состояние и возникают большие напряжения, которые весьма изменяют механические и деформативные свойства.

Вещественный состав составляют вещества, входящие в материал: например, многокомпонентные цементы и др.).

От состава материала зависит его структура или строение, которые, в свою очередь, влияют на его свойства. В материаловедении принято использовать термин строение материала. Существует научно доказанная взаимосвязь между тремя составляющими выражения: «состав – структура – свойства».

Строение материала изучают на 3-х уровнях:

1. Макроструктура материала – строение, видимое невооруженным глазом.

2. Микроструктура материала – строение, видимое в оптический микроскоп.

3. Внутреннее строение материалов – строение, изучаемое на молекулярно-ионном уровне методами рентгенофазового анализов, рентгеноструктурного и электронной микроскопии.

Макроструктура твердых строительных материалов может быть следующих типов:

·               конгломератная (бетоны);

·               ячеистая (газобетоны и пенобетоны, ячеистые пластмассы);

·               мелкопористая (керамика);

·               волокнистая (древесина, стеклопластики, минеральная вата);

·               слоистая (фанера, слоистые пластики: бумопласт, текстолит);

·               рыхлозернистая (заполнители для бетона, наполнители для цементов, пластмасс и др.);

·               макроструктура природных каменных материалов.

Микроструктура материала может быть кристаллическая и аморфная.

Кристаллическая форма всегда более устойчивая. Она имеет постоянную температуру плавления и определенную геометрию кристаллов, составляющих материал.

Внутреннее строение материалов может быть в виде кристаллических решеток из нейтральных атомов одинаковых элементов (алмаз) или разных (кварц или разновидности SiO₂); ионов (СaCO₃, металлы); молекул (кристаллы льда).

От внутреннего строения зависят все свойства материалов. Оно может изучаться методами рентгеноструктурного анализа, на сканирующем, растровом микроскопах-микроанализаторах и др.

2.1. Общие сведения

К основным свойствам строительных материалов относятся именно те свойства, по которым чаще всего формируется марка, класс или сорт материала. В строительных конструкциях, испытывающих большие нагрузки, основным свойством всегда считался предел прочности строительного материала. Каждый строительный материал имеет десятки показателей по своим свойствам, однако к основным свойствам строительного материала относят, прежде всего, те, которые формируют основное назначение материала.

Основные свойства строительных материалов зависят от их химического состава и структуры (строения).

В зависимости от химического состава строительные материала принято делить на:

·               органические (древесина, битумные материалы, пластмассы);

·               минеральные (природный камень, бетон, керамика и т.п.);

·               металлические (сталь, чугун, цветные металлы).

У каждой из этих групп материалов есть свои специфические свойства. Так, органические материалы не выдерживают высоких температур и горят. Минеральные материалы, напротив, имеют значительно более высокие температуры применения, а металлы хорошо проводят электрический ток и тепло.

На свойства материала влияет его строение.

2.3. Гидрофизические свойства

Это свойства, связанные со статическим или циклическим воздействием воды или водяного пара на материал.

Гигроскопичность H (%) – свойство материала поглощать водяной пар из воздуха:



где: m_вл.г –масса гигроскопически увлажненного образца, г (кг);

m_сух –масса образца после высушивания, г (кг).

Существует огромное количество строительных материалов, которые способны впитывать в себя значительное количество водяного пара. Строительные материалы с повышенной гигроскопичностью при полном насыщении водой теряют свои свойства, а так же могут изменять геометрические размеры. Для защиты строительных материалов от насыщения водяными парами применяют водоотталкивающие защитные составы.

Влагоотдача строительного материала – это способность материала отдавать влагу, находящуюся в порах. Так, например, штукатурные растворы, отдавая лишнюю влагу, существенно изменяют свои показатели по прочности, стеновые пенобетонные блоки впитывают влагу из растворов, а потом отдают ее в атмосферу. Чем выше влажность воздуха и меньше температура, тем хуже происходит влагоотдача. Измеряется влагоотдача в процентах влаги, отдаваемой стройматериалом при среднестатистической относительной влажности воздуха 60% и температуре +20°С.

Капиллярное всасывание – способность материала при непосредственном контакте с водой поднимать ее на определенную высоту по капиллярным порам, которые имеют размер от 1000Å до 10мкм.

Влажность – это относительное содержание влаги в материале:



где: m_c– масса материала высушенного до постоянной массы, г;

m_вл – масса влажного материала, г.

Все материалы имеют ту или иную влажность, которая зависит от условий эксплуатации, величины пористости, характера и размера пор материала. Влажность влияет на ряд свойств материалов (плотность, прочность, теплопроводность и др).

Влажностные деформации – увеличение линейных размеров и объема материала при его увлажнении (набухание) или уменьшение размеров и объема при высыхании (усушка). Они зависят от строения материала.

Водопоглощение – способность материала поглощать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней. Количество воды, которое поглотил образец, отнесенное к его массе в сухом состоянии, называют водопоглощением по массе, а отнесенное к его объему – водопоглощением по объему:





где: m_нас– масса материала, насыщенного до постоянной массы, г;

m_с – масса сухого материала, г;

V_e – объем материала в естественном состоянии, см³;

 – плотность воды, г/см³

Для определения водопоглощения прибегают к методу постепенного погружения образца материала в воду с целью максимального заполнения свободных пор водой. Общая схема проведения испытаний показана на рисунке 2.5.



Рис. 2.5. Схема испытания образца на водопоглощение: а) при погружении в воду на 1/4 от высоты образца;

б) то же на 1/2 от высоты образца; в) то же на 3/4 от высоты образца; г) то же на полную высоту образца.

 

Водопоглощение зависит от величины пористости, характера и размеров пор.

Между водопоглощением по массе и по объему существует взаимосвязь:



откуда:



Последняя формула удобна для определения W_o в случае затруднения определения объема материала, когда он имеет неправильную геометрическую форму.

Коэффициент насыщения – степень заполнения пор материала водой:



Этот коэффициент позволяет оценить структуру материала. Уменьшение К_н при постоянной величине пористости свидетельствует о сокращении открытой пористости.

Водостойкость – способность материала сохранять прочность при увлажнении. Характеризуется коэффициентом размягчения:



где: R_нас и R_cух–пределы прочности при сжатии соответственно водонасыщенного и сухого образцов материала.

Материалы, имеющие К_р> 0,8, считаются водостойкими и их разрешается применять в сырых условиях эксплуатации, материалы с К_р< 0,8 считаются неводостойкими.

Воздухостойкость – это способность материала выдерживать многократные насыщения водой и высыхание без значительных изменений физического состояния стройматериала.

Газостойкость строительных материалов – свойство материала сохранять свои основные характеристики при контакте с газами, находящимися в окружающей среде, такими как, например, углеводород.

Водопроницаемость – способность материала пропускать воду под давлением. В строительстве чаще необходимо противоположные свойство – водонепроницаемость, которая характеризуется или периодом времени, по истечении которого проявляются признаки просачивания воды через материал, или величиной давления воды, при котором она не проходит через материал. Эти свойства зависят от величины пористости, характера и размера пор.

Числовой характеристикой водонепроницаемости является марка по водонепроницаемости W, характеризующая величину одностороннего гидростатического давления (атм), при котором еще на наблюдается фильтрация воды сквозь образец в условиях стандартного испытания. Установлены следующие марки по водонепроницаемости: W2; 4; 6….20.

Для характеристики водонепроницаемости также может быть использован коэффициент фильтрации:



где: Q– объем отфильтрованной воды, м³;

а – толщина конструкции (образца), м;

S – площадь поперечного сечения конструкции (образца), м²;

Δp – перепад давления на противоположных поверхностях конструкции (образца), мв. ст.;

t – промежуток времени, ч.

Для ускоренного определения водонепроницаемости некоторых строительных материалов по показатели воздухопроницаемости, в частности, бетона, применяют различные приборы, например АГАМА (рисунок 2.6).



Рис. 2.6. Общий вид прибора «АГАМА»

 

Паропропускающая способность материала характеризуется паропроницаемостью и сопротивлением паропроницанию.

Паропроницаемость – величина, численно равная количеству водяного пара (M, мг), проходящего за t=1 ч через слой материала площадью S=1 м² и толщиной a=1 м при условии, что температура воздуха у противоположных сторон слоя одинаковая, а разность парциальных давлений водяного пара равна Δp=1 Па:



Данная характеристика называется коэффициентом паропроницания.

Сопротивление паропроницанию R_п (м²·ч·Па)/мг – показатель, характеризующий разность парциальных давлений водяного пара (в Па) у противоположных сторон изделия с плоскопараллельными сторонами, при которой через изделие площадью 1 м²за 1 ч проходит 1 мг водяного пара при равенстве температуры воздуха у противоположных сторон изделия; величина, численно равная отношению толщины слоя испытуемого материала (d, м) к значению коэффициента паропроницания(μ):



Морозостойкость – способность материала в водонасыщенном состоянии выдерживать циклы многократного замораживания и оттаивания без внешних признаков разрушения, снижения массы и прочности более нормативных значений.

В зависимости от числа циклов замораживания-оттаивания, которые выдержал материал, устанавливается его марка по морозостойкости (F15, F25, F35, F50, F100, F125, F150, F175, F200, F300, F400, F500 и более).

Разрушение при таких циклических воздействиях знакопеременных температур связано с появлением в нём растягивающих напряжений при образовании льда в порах материала, так и всесторонним гидростатическим давлением воды.

Срок службы строительных материалов и конструкций, подвергающихся действию знакопеременных температур и воды, во многом обусловлена их морозостойкостью.