ответы на вопросы. Ответы к экзамену по дисциплине Строительные материалы
 Скачать 53.16 Kb.
|
|
Ответы к экзамену по дисциплине «Строительные материалы» Понятие материаловедения. Классификация строительных материалов по назначению. Материаловедение – это наука, изучающая связь между составом, строением и свойствами материалов, а также их изменения при различных внешних воздействиях (тепловом, механическом, химическом и так далее). По назначению строительные материалы и изделия принято делить на две группы: общего назначения, которые применяют при возведении или изготовлении строительных конструкций (древесина, металлы, цемент, бетон, природные и искусственные камни); специального назначения, которые предназначены для улучшения эксплуатационных свойств строительных объектов или защищают здания и сооружения от какого-либо вида вредных воздействий окружающей природной или эксплуатационной среды: огнеупорные материалы изготавливаются на основе минерального сырья и отличаются способностью сохранять свои свойства в условиях эксплуатации при высоких температурах, служат в качестве конструкционных материалов и защитных покрытий; химически стойкие материалы обладают способностью противостоять разрушительному химическому воздействию окружающей среды; акустические материалы (звукопоглощающие и звукоизоляционные) снижают уровень шумового загрязнения помещения; теплоизоляционные материалы уменьшают перенос тепла через строительную конструкцию и обеспечивают необходимый тепловой режим в помещении при минимальных затратах энергии; гидроизоляционные материалы создают водонепроницаемые слои на кровлях, подземных частях сооружений и конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров; герметизирующие материалы заполняют стыки в сборных конструкциях. По назначению материалы подразделяют на следующие группы: конструкционные материалы - материалы которые воспринимают и передают на грузки в строительных конструкциях; теплоизоляционные материалы , основное назначение которых — свести до минимума перенос теплоты через строительную конструкцию и тем самым обеспечить необходимый тепловой режим в помещении при минимальныхзатратах энергии; акустические материалы (звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы ) - для снижения уровня «шумовогозагрязнения» помещения; гидроизоляционные и кровельные материалы - для создания водонепроницаемых слоев на кровлях, подземныхсооружениях 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 защитыконструкционных, теплоизоляционных и других материалов от внешних воздействий; материалы специального назначения (например огнеупорные или кислотоупорные), применяемые при возведенииспециальных сооружений. Понятие структуры материала (макроструктура, микроструктура). Макроструктура - это наблюдаемая невооруженным глазом или под небольшим увеличением структура материала, которая обусловлена взаимным расположением разнородных ком-понентов материала, их соотношением, размером элементов и характером макропор или макродефектов. Микроструктура - это очень мелкомасштабная структура материала, определяемая как структура подготовленной поверхности материала, как показано на оптическом микроскопе с увеличением более 25х. Микроструктура материала (такого как металлы, полимеры, керамика или композиты) может сильно влиять на физические свойства, такие как прочность, вязкость, пластичность, твердость, коррозионная стойкость, поведение при высоких/низких температурах или износостойкость. Понятие состава (химический, минеральный, фазовый составы). Взаимосвязь состава, строения и свойств материала. Свойства материалов взаимосвязаны с их составом, структурой и внутренним строением. Химический состав характеризует содержание в материале химических элементов или оксидов этих элементов и позволяет оценить технические свойства материала. Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количестве содержатся в вяжущем веществе или в каменном материале. Например, в портландцементе содержание трехкальциевого силиката (ЗСаО*SiO2 ) составляет 45-60%, причем при большем его количестве ускоряется твердение, повышается прочность цементного камня. Фазовый (в том числе минеральный) состав определяет содержание в материале твердых, жидкой и газовой фаз. Например, по минеральному составу клинкера можно судить о свойствах портландцемента. Фазовый состав — это соотношение между твердым каркасом материала и порами. Фазовый состав, а также фазовые переходы воды в порах материала взаимосвязаны со всеми свойствами и поведением материала при эксплуатации. Знание строения строительного материала необходимо для понимания его свойств и в конечном итоге для решения практического вопроса, где и как применить материал, чтобы получить наибольший технико-экономический эффект. Строение материала – это обобщенный термин включающий понятия структуры (микро- и макроструктуры) и текстуры. Строение материала изучают на трех уровнях: 1) макроструктура материала - строение, видимое невооруженным глазом; 2) микроструктура материала - строение видимое в оптический микроскоп; 3) внутреннее строение веществ, составляющих материал, на молекулярно-ионном уровне, изучаемом методами рентгено-структурного анализа, электронной микроскопии и т.п. Макроструктура твердых строительных материалов может быть следующих типов: конгломератная, ячеистая, мелкопористая, волокнистая, слоистая, рыхлозернистая (порошкообразная). Искусственные конгломераты - это обширная группа, объединяющая бетоны различного вида, ряд керамических и других материалов. Ячеистая структура характеризуется наличием макропор, свойственных газо- и пенобетонам, ячеистым пластмассам. Мелкопористая структура свойственна, например, керамическим материалам, поризованным способами высокого водозатворения и введением выгорающих добавок. Волокнистая структура присуща древесине, стеклопластикам, изделиям из минеральной ваты и др. Ее особенностью является резкое различие прочности, теплопроводности и других свойств вдоль и поперек волокон. Слоистая структура отчетливо выражена у рулонных, листовых, плитных материалов, в частности у пластмасс со слоистым наполнителем (бумопласта, текстолита и др.). Рыхлозернистые материалы - это заполнители для бетона, зернистые и порошкообразные материалы для мастичной теплоизоляции, засыпок и др. Структура материала – это совокупность устойчивых связей материала, обеспечивающая сохранение его основных свойств при внешних воздействиях и внутренних изменениях. Структура обусловлена формой, размерами, взаимным расположением структурообразующих элементов (фаз), а также пор и других дефектов. Наиболее общим является подразделение материалов по структуре на изотропные, обладающие одинаковыми свойствами в трех измерениях (стекло, металлические сплавы), и анизотропные, свойства которых различны в разных направлениях. Параметры состояния и структурные характеристики строительных материалов (истинная, средняя, насыпная и относительная плотности, пористость (в т.ч. виды пористости и её влияние на различные свойства материала), коэффициент плотности, удельная поверхность). Методы испытания. Истинная плотность - масса единицы объема в абсолютном плотном состоянии (ρ=m/va. [г/см3; кг/м3]). va – объемв абсолютно плотном состоянии (без пор).  Средней плотностью является масса объема в естественном состоянии (с порами) (ρm=m/ve. [г/см3; кг/м3]). ve – объем материала в естественном состоянии (с порами и без пор). Значения плотности данного материла в сухом ивлажном состоянии связаны соотношением: ρmв= ρmс ( 1 + Wм )  Насыпная плотность — масса единицы объема материала в насыпном состоянии. Определяется для сыпучих материалов (цемента, песка, щебня и т.п.). Относительная плотность, или удельный вес, - это отношение плотности (массы единицы объема) вещества к плотности данного эталонного материала. Пористость – степень заполнения объема материала порами. Пористость – важнейшее свойство для многихстроительных материалов (водопоглащение, теплопроводность, прочность…) П = vпор/ve=(ve - va)/ve=(1 - va)/ve = (1 -ρm/ρ)▪100%. П = от 0 (сталь) – до 98,5% (пористость пенопласта). Размеры пор от миллионных долей миллиметра донескольких миллиметров. В ячеистом бетоне 0,5 – 2 мм. Свойства материалов зависят не только от общей пористости, нои от размера и характера пор. Бывает открытая По (открытые поры) и закрытая Пз (закрытые поры) пористость. По = m1 – m2/ V▪1/ воды , где m1 масса в сухом состоянии , а m2 насыщенна водой. Соответственно Пз = П - По  Коэффициент плотности - это степень заполнения объема материла твердом веществом Кпл=ρm/ρ. В сумме Кпл+П=1 (или 100%).  Удельная поверхность — усреднённая характеристика размеров внутренних полостей (каналов, пор) пористого тела или частиц раздробленной фазы дисперсной системы. d относительная плотность выражает плотность материла по отношению к плотности воды d =ρm/ρводы Гидрофизические свойства строительных материалов (гигроскопичность, влажность, водопоглощение, водонепроницаемость, водостойкость, морозостойкость, коэффициент насыщения, паропроницаемость, влажностные деформации). Зависимость этих свойств от структуры материала. Гигроскопичность (способность материала поглощать пар из воздуха). Пр.: древесина, волокнистые итеплоизоляционные мат., т.е. материалы обладающие развитой внутренней поверхностью пор и высокойсорбционной способностью (адсорбция водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярная конденсация) Влажность - отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале, к массе (реже - к объему) материала в сухом состоянии. Влажность может изменяться от нуля, когда материал сухой, до величины, соответствующей максимальному водосодержанию. Увлажнение приводит к изменению многих свойств материала: повышается масса строительной конструкции, возрастает теплопроводность; под влиянием расклинивающего действия воды уменьшается прочность материала. Водопоглощение материалов, зависящее от характера пористости, может изменяться в широких пределах. Водопоглощение по объему не превышает пористости, так как объем впитанной материалом воды не может быть больше объема пор. Водонепроницаемость - свойство материала сопротивляться проникновению в него воды под давлением. Это свойство особенно важно для бетона, воспринимающего напор воды (трубы, резервуары, плотины). Для гидроизоляционных материалов водонепроницаемость характеризуется временем, по истечении которого появляется просачивание воды под определенным давлением через образец материала (мастика, гидроизол). Водостойкость - свойство материала сохранять прочность при насыщении его водой. Критерием водостойкости строительных материалов служит коэффициент размягчения - отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой, к прочности при сжатии сухого материала. Материалы, у которых коэффициент размягчения больше 0,75, называют водостойкими.  Морозостойкость - свойство материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения и значительного снижения прочности и массы. Морозостойкость - одно из основных свойств, характеризующих долговечность строительных материалов в конструкциях и сооружениях. Могут возникнуть микро- и макротрещины с возможным разрушением структуры и снижением прочности. Высокой морозостойкостью обладают плотные материалы, которые имеют малую пористость и закрытые поры. Материалы пористые с открытыми порами и соответственно большим водопоглощением часто оказываются неморозостойкими. Коэффициент насыщения — степень заполнения пор материала водой:  Этот коэффициент позволяет оценить структуру материала. Уменьшение Kн при постоянной величине пористости свидетельствует о сокращении открытой пористости. Паропроницаемость — способность материала пропускать или задерживать пар в результате разности парциального давления водяного пара при одинаковом атмосферном давлении по обеим сторонам материала. Влажностные деформации — увеличение линейных размеров и объема материала при его увлажнении (набухание) или уменьшение — при высыхании (усушка). Зависят от строения материала. Материалы высокопористого и волокнистого строения, способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой (древесина 30…100 мм/м; ячеистый бетон 1…3 мм/м), материалы с маленькой пористостью — незначительной усадкой (гранит 0,02…0,06 мм/м). Физико-механические свойства строительных материалов (прочность, предел прочности, деформации (в т.ч. упругость, пластичность, хрупкость, закон Гука), твёрдость, истираемость, удельная прочность). Прочность — мера сопротивления материала разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузки. Конструкции здания испытывают определенные нагрузки, под действием которых они сжимаются, растягиваются или изгибаются. Предел прочности - напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, предшествующее процессу разрушения материала. При приложении внешних сил материал деформируется. Деформации могут быть обратимыми и необратимыми. В свою очередь обратимые деформации могут быть упругими и эластичными. Характер и величина деформаций зависят от величины нагрузки, скорости нагружения и температуры материала. Упругость — свойство материала при воздействии нагрузки изменять свои размеры и форму и полностью восстанавливать их после снятия нагрузки. Пластичность — свойство материала при воздействии нагрузки в значительных пределах изменять свои размеры и форму без нарушения сплошности и сохранять их после снятия нагрузки. Хрупкость — свойство материала разрушаться под действием нагрузки без заметных пластических деформаций. Многие строительные материалы (кирпич, бетон, стекло и др.) являются хрупкими. У хрупких материалов прочность при сжатии существенно больше (в 10…20 раз) прочности при растяжении. Закон Гука — утверждение, согласно которому деформация, возникающая в упругом теле (пружине, стержне, консоли, балке и т. д.), пропорциональна приложенной к этому телу силе. Твердость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. Истираемость — свойство материала сопротивляться истирающим воздействиям. Удельная прочность — предел прочности материала, отнесённый к его плотности. Показывает, насколько прочной будет конструкция при заданной массе. Теплофизические свойства строительных материалов (теплопроводность, термическое сопротивление, теплоемкость, огнеупорность, огнестойкость, коэффициент линейного температурного расширения, горючесть). Теплопроводность — количества теплоты, проходящей через ограждение толщиной 1 м, площадью 1 м2 при постоянной разности температур наружного и внутреннего воздуха 1 °С. Чем меньше теплопроводность, тем лучше теплозащитные качества материала. Термическое сопротивление - это тепловое свойство и измерение разницы температур, с помощью которой объект или материал сопротивляется тепловому потоку. Теплоемкость - это физическое свойство вещества, определяемое как количество тепла, которое должно быть подано к данной массе материала для получения единичного изменения его температуры Огнеупорность — способность материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не деформируясь и не расплавляясь. Материалы, которые выдерживают температуру свыше 1580 °С, называют огнеупорными, от 1350 до 1580 °С — тугоплавкими, ниже 1350 °С — легкоплавкими, до 1000 °С — жаропрочными. Огнестойкость — способность материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара без потери несущей способности. По отношению к действию огня материалы делятся на несгораемые (кирпич, бетон, сталь), трудносгораемые (асфальтобетон, фибролит), которые горят только при наличии источника огня, и сгораемые (древесина, битум, смолы). Огнестойкость конструкции выражается промежутком времени в часах, в течение которого не происходит потеря несущей способности. Несгораемые материалы не всегда обладают высокой огнестойкостью: например, сталь при высоких температурах деформируется, а бетон растрескивается. Термическая стойкость — способность материала выдерживать чередование резких тепловых изменений. Зависит от однородности материала и коэффициента линейного температурного расширения (КЛТР), который характеризует изменение линейных размеров материала при его нагревании на 1 °С. Чем меньше КЛТР и выше однородность материала, тем выше его термическая стойкость. Горючесть – один из параметров стройматериалов, определяющий их способность воспламеняться и поддерживать горение. Все компоненты, используемые в строительстве, подвергаются проверке на горючесть и соответствующей классификации. Сырьевая база производства строительных материалов. Возможности использования техногенных отходов в производстве строительных материалов. Понятие минерала, горной породы, спайности. Стандартная шкала твёрдости минералов. Классификация горных пород по генетическому признаку: магматические, осадочные, метаморфические. Магматические горные породы. Классификация по условиям образования. Особенности состава, структуры и свойств. Примеры магматических горных пород. Применение в строительстве. Осадочные горные породы. Классификация по условиям образования. Особенности состава, структуры и свойств. Примеры осадочных горных пород. Применение в строительстве. Метаморфические горные породы. Особенности состава, структуры и свойств. Примеры метаморфических горных пород. Применение в строительстве. Основные виды природных каменных изделий и их свойства. Особенности древесины как строительного материала. Основные породы древесины, применяемые в строительстве. Макро- и микростроение древесины. Влияние особенностей микроструктуры на свойства древесины. Виды влаги, содержащейся в древесине. Равновесная и стандартная влажность, предел гигроскопичности. Влияние влажности на эксплуатационные свойства древесины. Физико-механические свойства древесины. Стандартные методы испытания. Пороки древесины. Влияние наличия пороков древесины на её эксплуатационные свойства. Методы защиты древесины от гниения. Защита древесины от биологического повреждения. Защита древесины от возгорания. Материалы и изделия из древесины. Состав и свойства глин как сырья для строительной керамики. Химический, минеральный, гранулометрический состав глин. Добавки к глинам (отощающие, пластифицирующие, плавни, порообразующие и др.). Принципы производства строительной керамики. Сухой, жёсткий, пластический, шликерный способы формования. Процессы, происходящие при обжиге сырьевой смеси. Стеновые керамические материалы. Классификация. Показатели качества, технические требования. Маркировка. Классификация неорганических вяжущих веществ по условиям твердения и сохранения прочности. Гипсовые вяжущие вещества. Сырье, понятие о производстве, состав и разновидности. Твердение гипсовых вяжущих. Свойства, области применения. Стандартные методы испытания гипсовых вяжущих: определение тонкости помола, водопотребности, сроков схватывания, марки по прочности. Воздушная известь. Понятие о производстве, состав, свойства, разновидности. Твердение воздушной извести. Применение в строительстве. Портландцемент. Сырье, понятие о производстве, химический и минеральный состав клинкера. Показатели качества портландцемента (химический, минеральный, вещественный составы, марки (классы), водопотребность, сроки схватывания, тонкость помола, равномерность изменения объема). Активность, марки и классы портландцемента. Стандартные методы испытания портландцемента: определение водопотребности, сроков схватывания, равномерности изменения объёма, марки по прочности по ГОСТ 310. Твердение портландцемента. Взаимодействие минералов клинкера с водой. Влияние минерального состава клинкера на скорость твердения, прочность и тепловыделение портландцемента. Основные направления регулирования свойств портландцемента. Быстротвердеющий портландцемент. Особенности состава и свойств. Рациональные области применения. Сульфатостойкие цементы. Особенности состава и свойств. Рациональные области применения. Сульфатная коррозия цементного камня. Портландцемент с активными минеральными добавками. Пуццолановый портландцемент. Вещественный состав. Свойства и области применения. Шлакопортландцемент. Вещественный и химический составы, особенности твердения, свойства и области применения. Бетоны. Классификация бетонов. Применение бетона различных видов. Материалы для тяжёлого бетона. Технические требования к заполнителям для тяжелого бетона. Стандартный метод оценки зернового состава. Требования к воде затворения. Выбор вида и марки вяжущего. Бетонная смесь. Технические свойства бетонных смесей. Методы определения удобоукладываемости бетонных смесей. Факторы, влияющие на удобоукладываемость бетонной смеси. Закон прочности бетона (формулы и графики). Физический смысл закона прочности бетона. Понятие о классах и марках тяжелого бетона. Стандартные классы тяжелого бетона по прочности. Базовые формы и размеры образцов. Методы определения. Битумные вяжущие вещества. Сырьё и способы получения. Состав, строение. Области применения. Показатели качества и свойства битумных вяжущих веществ. Стандартные методы оценки свойств битумов (твёрдость, растяжимость, температура размягчения). Асфальтобетоны и растворы. Рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы. Условия работы кровельных и гидроизоляционных материалов и предъявляемые к ним требования. Рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы: классификация, основные виды, свойства, области применения. Пути повышения эффективности рулонных материалов. Стандартные методы испытаний рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов (определение температуры хрупкости, теплостойкости, разрывной нагрузки, водонепроницаемости). Полимерные строительные материалы (пластмассы). Сырьевые материалы. Компоненты пластмасс. Назначение основных компонентов пластмасс. Особенности свойств полимерных строительных материалов. Понятие полимера, олигомера, мономера. Полимеры: классификация и строение. Термопластичные и термореактивные полимеры, основные представители. Важнейшие полимерные конструкционные строительные материалы: виды, основные свойства, области применения. Материалы отделочные, для полов из пластмасс. Состав, строение, свойства, долговечность. Кровельные и гидроизоляционные полимерные материалы. Теплоизоляционные материалы: неорганические, органические и смешанные. Особенности структуры и свойств теплоизоляционных материалов. Марки теплоизоляционных материалов. |