Экзамен строймат!. Макроструктура строительных материалов
 Скачать 149.1 Kb.
|
Макроструктура – строение материала, видимое невооруженным взглядом. Для наиболее распространенных строительных материалов с конгломератным типом структуры (ИСК) она образована совмещением микроструктуры вяжущего вещества и полизернистых или иных видов (волокнистых, пластинчатых, угловатых и т. п.) грубодисперсных частиц заполнителя, а также в ней содержится капиллярно-поровая часть. Грубозернистые заполнители подбирают с наименьшим объемом межзерновых пустот, что позволяет экономить на расходе вяжущего вещества в конгломератах. С этой целью зернистые заполнители предварительно разделяют на фракции по размерам, с тем чтобы затем пробным подбором или расчетом найти содержание каждой фракции при плотной их смеси. Если крупные частицы, например, щебня или гравия в такой мере сближены, что контактируют непосредственно друг с другом или через тонкие прослойки вяжущего, то сформировавшаяся структура называется контактной. Если имеется разделение частиц прослойками вяжущего вещества значительной усредненной толщины, то макроструктуру принято именовать порфировой. Существенным является разделение структур на оптимальные и неоптимальные. Оптимальной называют структуру, если частицы в ней распределены равномерно по объему (фазы, компоненты, поры и др.); отсутствуют или содержится мало дефектов структуры как концентраторов напряжений или аккумуляторов агрессивной среды; имеется непрерывная прослойка вяжущего вещества в виде пространственной сетки, или матрицы при минимальном отношении с/ф, именуемым условно фазовым. Неоптимальными называют структуры, которые не удовлетворяют хотя бы одному из вышеуказанных обязательных условий оптимальности.
Микроструктура – строение, видимое в оптический микроскоп (2-4 р увел.). Микроструктура и кинетика ее изменения изучаются с помощью оптических методов, электронной микроскопии, дифференциально-термического анализа, рентгенографии и др. Сравнительно простым измерением, производимым на плоскости наблюдения, устанавливается .расчетным путем содержание некоторого ключевого элемента структуры в объеме материала. В зависимости от характера связей контактируемых частиц однородные микроструктуры различают коагуляционные, конденсационные и кристаллизационные. Коагуляционными называют структуры, в образовании которых участвуют сравнительно слабые силы молекулярного взаимодействия между частицами — ван-дер-ваальсовы силы сцепления, действующие через прослойки жидкой среды. Конденсационными называются структуры, возникающие при непосредственном взаимодействии частиц, или под влиянием химических соединений в соответствии с валентностью контактирующих атомов, или под влиянием 'ионных и ковалентных связей. Кристаллизационными (или кристаллическими) называют структуры, образовавшиеся путем выкристаллизовывания твердой фазы из расплава или раствора и последующего прямого срастания отдельных кристаллов в прочный их агрегат, в том числе под влиянием химических связей.
Средняя плотность – физическая величина, определяемая отношением массы материала ко всему занимаемому им объему, включая поры и пустоты. Она не является величиной постоянной и изменяется в зависимости от пористости материала. Определение средней плотности материала на образце неправильной геометрической формы: объем образца неправильной геометрической формы определяют методом гидростатического взвешивания, который основан на действии закона Архимеда. В соответствии с этим законом на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме, занимаемом телом. Поэтому, объем образца определяют по объему вытесненной им жидкости. (образец покрывают парафином для того, чтобы изолировать материал от проникновения жидкости в поры и пустоты)
Насыпная плотность – масса единицы объема материала в свободно насыпанном состоянии (в насыпном объемы включены межзерновые пустоты): ρн=mн/Vн где mн - масса материала в насыпном состоянии, г; Vн – насыпной объем, см3. Насыпную плотность определяют как в рыхлонасыпном состоянии, так и уплотненном. В первом случае материал засыпается в сосуд с определенной высоты («Стандартная воронка»), во втором – уплотняется на виброплощадке (30-60 сек).
Истинная плотность – масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот). ρи=m/Vн ; Vа=V-Vп где m - масса материала в абсолютно плотном состоянии, г; Vа – объем материала в абсолютно плотном состоянии, см3; V – объем материала в естественном состоянии, см3; Vп – объем пор, заключенных в материале, см3. (в пикнометре измеряем массу материала, массу воды и массу материала с водой)
Пористость - степень заполнения объема материала порами. Пористость - величина относительная, выражается в процентах или долях объема материала.  где Vпор – объем пор в материале, см3 (м3); V – объем материала в естественном состоянии, см3; Vа – объем материала в абсолютно плотном состоянии (без пор), см3; ρ0 – средняя плотность материала, г/см3; ρи – истинная плотность материала, г/см3. Пористость можно выразить и в процентах:    . Открытые поры увеличивают водопоглащение и водопроницаемость материала и ухудшают его морозостойкость. Увеличение закрытой пористости за счет открытой увеличивает долговечность материала, снижает его теплопроводность. Общая пористость складывается из открытой и закрытой. Открытая пористость численно равна объемному водопоглащению материала. Определив водопоглащение по объему и пористость материала, можно легко вычислить закрытую пористость. Коэффициент насыщения пор водой – отношение объемного водопоглащения к пористости: Кн=Вv/По. Этот коэффициент изменяется от 0 (все поры в материале замкнуты) до 1 (все поры открыты). Чем больше Кн, тем выше доля открытых пор.
Водопоглощением называется свойство материала впитывать и удерживать в себе воду при непосредственном соприкосновении с ней. Количественное выражение водопоглощения характеризуется массовым или объемным водопоглощением. В лабораторных условиях образец постепенно погружают в воду или путем кипячения в воде достигают полного водопоглощения. Образцы выдерживают в воде в течение определенного срока или до постоянной массы. Величина водопоглощения по массе, %, представляет собой отношение массы поглощенной материалом воды ко всей массе сухого материала и определяется по формуле Вмас. = [(mв – mс) / mс] ·100. Величина объемного водопоглощения, %, представляет собой отношение массы поглощенной воды ко всему объему тела и определяется по формуле Воб. = [(mв – mс ) / Vе ] ·100. Повышенное водопоглощение строительных материалов снижает прочность, увеличивает массу, повышает теплопроводность, снижает устойчивость по отношению к действию агрессивных сред, способствует появлению сырости в жилых помещениях. Водостойкость – степень снижения прочности материала при предельном его водона- сыщении; она численно характеризуется коэффициентом размягчения, определяемым по формуле Кразм. = Rнас / Rсух , где Rнас – предел прочности при сжатии материала в насыщенном водой состоянии, МПа; Rсух – предел прочности при сжатии материала в сухом состоянии, МПа. Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и значительного снижения прочности. Замораживание испытуемых образцов производится при температуре - 17-20ºС, оттаивание осуществляется в водной среде, температура которой поддерживается в пределах + 17 – 20 ºС. Степень морозостойкости характеризуется наибольшим числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое способны выдерживать соответствующие образцы без снижения предела прочности при сжатии более чем на 15% и без потери в массе более чем на 5%. Марки материала по морозостойкости следующие: Мрз 10; Мрз 15; Мрз 25; Мрз 50; Мрз 100; Мрз 150; Мрз 200; Мрз 300.
Водопоглащение – свойство материалов поглощадь и удерживать воду при непосредственном контакте с ней. Может быть массовым и объемным. Массовое водопоглащение (Вm) – это отношение массы поглощенной материалом воды при стандартных условиях к массе сухого материала в %. Объемное водопоглащение (ВV) – это отношение объема поглащенной материалом воды при стандартных условиях к объему материала в сухом состоянии в %. Соотношение между массовым и объемным водопоглащением: 
Коэффициент размягчения – отношение прочности материала, насыщенного водой к его прочности в сухом состоянии. Является показателем водостойкости материала. Водостойкость – способность материалов сохранять свои эксплуатационные свойства при длительном воздействии воды, может приводить к сорбции воды материалами, к их набуханию или хим. взаимодействию с водой Прочность материала в сухом состоянии всегда выше прочности в водонасыщенном состоянии, так как вода, проникая в поры, создает в материале внутренние напряжение, что снимает его прочность. Это учитывается коэффициентом размягчения, который является количественной характеристикой водостойкости:  где Rнас – прочность материала в насыщенном водой состоянии, МПа; Rсух – прочность материала в сухом состоянии, МПа. Если Кр<0,8, то материал не водостойкий.
Для оценки прочностной эффективности материала часто используют коэффициент конструктивного качества (к.к.к.), который определяют по формуле:  ,где R – предел прочности при сжатии, МПА; d – относительная плотность. Наиболее эффективными являются материалы, имеющие наименьшую плотность и наиболее высокую прочность.
Морозостойкость – это свойство насыщенного водой или раствором соли материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушений и снижения прочности. Качественная характеристика морозостойкости – марка по морозостойкости (F), которая показывает число циклов попеременного замораживания и оттаивания насыщенного в жидкой среде материала, при которых потери прочности и массы не превышают указанных в ГОСТе и СНиПах значений.   где ΔRn, Δmn – потеря прочности и массы насыщенного в жидкой среде образца после i циклов замораживания и оттаивания, %; Rn, mn – предел прочности при сжатии (в МПа) и масса (в г) образца после n циклов замораживания и оттаивания; R0, m0 – предел прочности при сжатии (в МПа) и масса образца (в г), насыщенного в жидкой среде, до замораживания. Для каждого материала устанавливают марки по морозостойкости. Марка обозначается буквой F, после которой указывается минимальное число циклов, которое должен выдержать материал (например, F100). Марка по морозостойкости для тяжелого цементного бетона – это количество циклов попеременного замораживания и оттаивания насыщенного водой стандартного образца, при которых потеря прочности не превышает 5%, а для бетона дорожных и аэродромных покрытий, кроме того, потеря массы не более чем на 3%. Соотношение между марками бетона по морозостойкости, установленными различными методами, приведены в ГОСТ 10060-95. Для образцов, не имеющих видимых следов разрушения после заданного числа циклов замораживания и оттаивания, вычисляют коэффициент морозостойкости: 
Теплопроводность – это способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Зависит от пористости, характера пор и вида материала, влажности и средней температуры, при которой происходит передача тепла. Теплоемкость – это свойство материала поглощать при нагревании определенное количество тепла, причем с повышение теплоемкости больше выделяется теплоты при охлаждении материала. Огнестойкость – способность материала выдерживать действие высоких температур при сохранении конструкцией несущей способности и устойчивости в течение сравнительно короткого промежутка времени (пожара). По огнестойкости материалы делятся на три группы: несгораемые (кирпич, сталь, мрамор), трудносгораемые (фибролит, асфальтобетон), сгораемые (дерево, рубероид).
Теплопроводность – это способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Зависит от пористости, характера пор и вида материала, влажности и средней температуры, при которой происходит передача тепла. Теплопроводность оценивается количеством теплоты, проходящим через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 за 1 час при разности температур на противоположных поверхностях 1ºС   где τ – время, Q – количество теплоты, δ – толщина, F – площадь формула Некрасова:  где d – относительная плотность = ρср/ρН2О Теплопроводность воздуха = 0,023 Вт/м*ºС; воды = 0,78; льда = 2,3. Теплопроводность материала учитывается при теплотехнических расчетах толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при определении требуемой толщины тепловой изоляции горячей поверхности и холодильника. Связан с термическим сопротивлением слоя материала R (м2*ºС/Вт): R=δ/λ
Гигроскопичность – это способность материала поглощать и конденсировать влагу из окружающего воздуха. Оценивается влажностью. Влажность – это содержание влаги в материале в данный момент времени.  где mвл – масса материала в естественном состоянии, г; m – масса сухого материала, г. При повышении влажности, повышается теплоемкость материала, ухудшается морозостойкость.
Прочность – свойство материала сопротивляться, не разрушаясь, внутренним напряжениям и деформациям, которые возникают под действием внешних факторов (силовых, тепловых и т.д.). Предел прочности при сжатии, при изгибе. Коэффициент конструктивного качества – условный коэффициент эффективности материала, равный отношению показателей прочности Rсж (МПа) к относительной плотности материала (безразмерная величина). Чем выше к.к.к. материала, тем эффективнее материал, т.к. имеет высокую прочность при малой средней плотности. Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него более твердого тела. Определяется методом Бринелля (для стали):  ,где Р – нагрузка, с которой давили на шарик; D – диаметр шарика; d – диаметр отпечатка. Твердость хрупких материалов (например, природных) определяют по шкале твердости – шкала Мооса: тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд, алмаз. Истираемость – способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий. Истирание определяют на специальных машинах (круги истирания, пескоструйчатые машины и др.) и выражают потерей массы образца, отнесенной к площади истирания:  Механический износ – способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием ударных и истирающих усилий.  Упругость – способность материала самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешних сил. Модуль упругости – характеризует жесткость материала. Чем он выше, тем менее пластичен материал (модуль Юнга). Хрупкость – свойство материала разрушаться под действием нагружки без заметной пластичной деформации. Пластичность – способность материала изменять форму и размеры по действием внешних сил, не разрушаясь, и сохранять их после снятия нагрузки (глина). |