Связь состава структуры стр матеоиалов

К несгораемым материалам и конструкциям относятся применяемые в строительстве металлы и неорганические минеральные материалы: кирпич, глина, асбест, бетон и цементные изделия, гравий, фарфор, керамические изделия, песок.

К трудносгораемым относятся материалы, состоящие из сгораемых и несгораемых компонентов: кирпич саманный, гипсовая сухая штукатурка, фибролит, линолеум, эбонит.

К сгораемым материалам относятся все материалы органического происхождения: лесоматериалы, картой, войлок, асфальт, рубероид, толь кровельный и большинство электроизоляционных материалов.

Древесина во всех ее видах относится к группе сгораемых материалов. Если же применить покрытие или пропитку ее огнезащитными химическими составами (антипиринами: бурой, жидким стеклом), то она уже будет относиться к группе трудносгораемых материалов.

В процессе структурообразования в определенный промежуток времени, как правило, имеют место только две фазы: жидкая (расплав или раствор) и твердая (кристалл или стекло). При стабилизации структуры возможно наличие третьей (газовой фазы).

2.2 Микроструктура – строение вещества, материала различимое с помощью оптических приборов (под микроскопом). Классически выделяют три типа микроструктур: кристаллическую, аморфную, смешанную.

Кристаллическая структура – упорядоченная, наиболее устойчивая форма агрегатного состояния вещества. Кристаллическая структура формируется из термодинамически неустойчивых диспергированных систем, обладающих огромным запасом свободной энергии. Кристаллизация, как правило, самопроизвольный процесс с выделением тепла (энергии). Образующиеся кристаллы определяют физические, механические, термические, электрические, оптические и другие свойства структуры. Схема изменения состояния тела на рис 1.

Переход кристаллического тела в аморфное состояние связан с сообщением механической, химической или тепловой энергии.

Аморфная структура – промежуточное состояние между двумя периодами существования кристаллической структуры: до полной кристаллизации (левая часть схемы) и в стадии активного распада (правая часть схемы).

Смешанная аморфно-кристаллическая структура, точнее стеклокристаллическая – сложная структура. Соотношение между кристаллической и аморфной фазами оказывает огромное влияние на свойства материала. Схема образования аморфно-кристаллической структуры на рис. 2. Вершины треугольника символизируют структуры (состояние вещества или материала): вершина "А" – кристаллическая структура, "В" – аморфная структура, "С" – стеклообразное состояние твердых тел.

3. Механические свойства строительных материалов

Прочность. Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под влиянием внутренних напряжений, возникающих в результате действия на материал внешних нагрузок или других факторов. В построенном здании почти все конструкции испытывают нагрузки (вес частей здания, вес оборудования, вес мебели и др.), вследствие чего в материалах конструкций возникают напряжения, противодействующие внешним силам.
Основными показателями, характеризующими прочность материала, являются сопротивление сжатию, растяжению, изгибу. Прочность материала при сжатии и растяжении характеризуется его пределом прочности. Предел прочности, или временное сопротивление, – напряжение в материале образца, соответствующее нагрузке, при которой он разрушается.
Предел прочности различных материалов при сжатии и растяжении меняется в широких пределах – от 0,5 до 1000 МПа и более. Для многих материалов предел прочности при сжатии резко отличается от предела прочности при растяжении. Одинаково хорошо сопротивляются сжатию и растяжению такие материалы, как сталь, древесина. Плохо сопротивляются растяжению каменные материалы: природный камень, кирпич, бетон и т.п.
Примером прочности конструкции при изгибе может служить мост, доска через канаву, а также балка, на которую опираются плиты перекрытия, стропила крыши.
Твердость. Твердость – это способность материалов сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела. Твердость не всегда соответствует прочности материала. Существуют несколько способов определения твердости. Например, твердость каменных материалов оценивают шкалой Мооса, состоящей из десяти минералов, расположенных по степени возрастания их твердости. Показатель твердости испытуемого материала находится между показателями твердости двух соседних минералов, из которых один чертит, а другой сам чертится этим материалом.

4.Эксплуатационные свойства строительных материалов

Изготовленное изделие, деталь или конструкция должны удовлетворять требованиям эксплуатации, то есть обладать надежностью.

Показатели надежности и долговечности характеризуют степень выполнения изде­лием своих функций в те­чение заданного срока службы или до наступления предельного со­стояния.

Строительные изделия подразделяют на восстанавливаемые (можно отремонтировать или заме­нить) и невосстанавливаемые (закладные детали, связи стеновых панелей).

Важные технические состояния – исправность, неисправность и работоспособность. Исправные объекты – объекты полностью соответствуют всем требованиям научной и технической документации, работоспособные объекты соответствуют только тем, которые обеспечивают нормальное выполнение основных функций. Ис­прав­ность объекта обязательно включает в себя работоспособность.

Предельное состояние – дальнейшее применение объекта недопус­тимо вследствие фи­зического из­носа или нецелесообразно из-за морального износа.

Переход изделий из исправного состояния в неисправное происходит в результате де­фектов, под которым понимают отдель­ное несоответствие продукции установленным требованиям.

Явные дефекты (трещины, отбитости, неровности, непараллельности), для выявления которых в нормативной документации предусмот­рены соответст­вующие правила, методы и средства обнаружения и контроля. Скрытые дефекты (инородные включения, раковины, непровары) чаще выявляются после того, как изде­лие попадает к потребителю. Критический дефект, когда применять продукцию невозможно или недопустимо. Значительный дефект, который существенно влияет на надежность и долговечность продукции, но не является критическим. Малозначительный дефект, когда отклонение признака или параметра существенно не влияет на использование продукции по назначению и на ее долговечность.

Разделение дефектов производится для правильного выбора вида контроля качества продукции (сплошного или выборочного).

Неустранимый дефект, ликвидация которого технически невоз­можна или экономиче­ски нецеле­сообразна. По мере усовершенство­вания технологии и снижения затрат на ис­правление брака неуст­ранимые дефекты могут перейти в устранимые дефекты.

Повреждение – событие, состоящее в нарушении исправного со­стояния объекта. Ра­ботоспособное состояние при этом сохраня­ется.

Надежность – сложное свойство объекта сохранять во времени в установленных пре­делах значения его па­раметров. Надежность складывается из частных свойств: безотказность, долго­вечность, ремонтопригод­ность и сохраняемость.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение не­которого времени (для ма­териалов и изделий) или некоторой наработки (для оборудования):

– наработка до отказа, соответствует времени от начала эксплуатации до первого отказа. Данное понятие применительно только для единич­ного изделия;

– средняя наработка до отказа – математическое ожидание (среднее значение) наработки до первого отказа;

– вероятность безотказной работы означает, что в пределах задан­ной наработки отказа объекта не возникнет;

– интенсивность отказов – вероятность безотказной работы в конкретный момент вре­мени;

– отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния.

Внезапный отказ – отказ, произошедший в результате резкого скачкообразного изме­нения параметров (по­ломка, отслаи­вание).

Постепенный отказ – отказ, произошедший вследствие медленного изменения парамет­ров (износ, дефор­мации материа­лов).

На рис. 16 приведены периоды работы объекта в связи с распределением числа и интенсивности отказов.

I II III

Рис. 16. Распределение числа (n) и интенсивности (?) отказов во времени: I – период приработки (отказы встречаются чаще). Для строительных сооружений длится 2…4 года. В период приработки выявляются скрытые и явные дефекты; II – период нормальной эксплуатации, характеризующийся преимущественно взаимными отказами, число и интенсивность которых остаются практически постоянными. Продолжительность периода – десятки лет; III – период износа, связанный с необратимыми процессами разрушения материала.

Долговечность (работоспособное состояние, работоспособность) – состояние объ­екта, при кото­ром его параметры находятся в установленных допусках. Долговечность заключается в способности объекта не достигать предельного состояния в тече­ние некоторого времени или наработки при установленной системе технического обслу­живания и ремонта.

Показатели долговечности:

– технический ресурс, отражающий наработку единичного объекта от начала экс­плуатации до перехода в критическое состояние (применение невозможно);

– средний ресурс – математическое ожидание технического ресурса;

– cрок эксплуатации – срок до перехода изделия в предельное состояние (применение недопустимо);

– средний срок службы – математическое ожидание срока эксплуатации.

Факторы, способные вызвать ослабление и разрушение структуры материала, называются агрессивными, а развивающиеся под их действием процессы – процессами коррозии. Агрессивные факторы (физические, химические, биологические) позволяют материалу проявлять или изменять свои физические, химические и биологические свойства.

Воздухостойкость – способность материалов сохранять свою прочность при циклическом увлажнении и высушивании при положительных температурах.

Водостойкость – способность материалов сохранять свою прочность при нахождении в воде. Оценивается по коэффициенту размягчения ?разм.

?разм = (Rсж вл/Rсж сух) ? 0,85, (68)

где Rсж вл и Rсж сух – предел прочности материала, соответственно в водонасыщенном и сухом состоянии.

Если материал при нахождении в воде снизил прочность более, чем на 15 %, то он не водостоек и его не рекомендуется применять во влажных условиях.

Морозостойкость – способность материалов сохранять свою прочность при циклическом замораживании и оттаивании в водонасыщенном состоянии. Определяются коэффициентом морозостойкости ?мрз ? 0,95, т.е. допускается потеря прочности при этом не более 5 %. Морозостойкость оценивается в циклах.

Биостойкость – способность материалов сохранять свою прочность при контакте с живыми организмами, т.е. не являться для них питательной средой.

Химстойкость – способность материалов к химическим превращениям под влияние веществ, с которыми данный материал находится в соприкосновении. Различают полезные превращения (химическая активность вяжущих веществ) и вредные превращения (потеря активности вяжущих веществ при длительном нахождении в условиях влажного воздуха за счет хемосорбции). Вид превращений зависит от химического и минерального составов, а для приближенной оценки химической стойкости пользуются модулем основности Мо

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния в результате предупреж­дения, выявления и устранения отказов. Только для восстанавливаемых изделий:

– среднее время восстановления работоспособного состояния;

– вероятность восстановления, т.е. вероятность того, что время восстановления работоспособ­ности не превышает заданного.

Сохраняемость – свойство объекта сохранять работоспособность (безотказность, долговечность и ремонтопригодность) при хранении и транспортирова­нии или в переры­вах между использования по назначению:

– время хранения до возникновения неисправности (время сохранения гидрофобности для гидрофобного цемента);

– время транспортировки до возникновения неисправности (время сохранения удобоукладываемости для бетонной смеси).

5. Технологические свойства строит материалов

Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться тому или иному виду обработки. Так, древесина хорошо обрабатывается инструментами. Технологические свойства некоторых полимерных материалов включают способность сверлиться, обтачиваться, свариваться, склеиваться. Глиняные, бетонные и иные смеси обладают пластичностью, вязкостью, которые обеспечивают заполнение определенного объема.
Вязкость. Вязкость – это сопротивление жидкости передвижению одного ее слоя относительно другого. Когда какой-либо слой жидкости приводится в движение, то соседние слои также вовлекаются в движение и оказывают ему сопротивление, величина которого зависит от температуры и вещественного состава. Вязкостные свойства важны при использовании органических вяжущих веществ, природных и синтетических полимеров, красочных составов, масел, клеев. При нагревании вязкость этих материалов снижается, при охлаждении – повышается.
Упругость. Упругость является свойством материала восстанавливать после снятия нагрузки свою первоначальную форму и размеры. Пределом упругости считается напряжение, при котором остаточные деформации впервые достигают некоторой очень малой величины.
Пластичность – способность материала деформироваться без разрыва сплошности под влиянием внешнего механического воздействия и сохранять полученную форму, когда действие внешней силы закончится. Все материалы делятся на пластичные и хрупкие. К пластичным относят сталь, медь, глиняное тесто, нагретый битум и др.

Химические свойства

Химические свойства характеризуют способность материалов реагировать на внешние воздействия, ведущие к изменению химической структуры, а также воздействовать в этом отношении на другие материалы. Основные химические свойства: растворимость и стойкость к коррозии (кислотостойкость, щелочестойкость, газостойкость).
Растворимость. Растворимость – это способность материала растворяться в жидких растворителях: воде, керосине, бензине, масле и других, образовывая новые растворы. Растворимость зависит от химического состава веществ, давления и температуры. Показателем растворимости является произведение растворимости, представляющее собой предельное содержание растворенного вещества в граммах на 100 мл раствора при нормальном давлении и заданной температуре.
Стойкость к коррозии. Стойкость к коррозии является свойством материала сохранять свои качества в условиях агрессивной среды. Такой средой могут быть вода, газы, растворы солей, щелочей, кислот, органические растворители, а также биологические организмы (бактерии, водоросли и т.п.). Древесина, пластмассы, битумы и некоторые другие органические материалы при обычных температурах относительно стойки к действию кислот и щелочей средней и слабой концентрации.
Адгезия. Адгезия представляет собой соединение, сцепление твердых и жидких материалов по поверхности. Это свойство обусловлено межмолекулярным взаимодействием. Адгезионные силы сцепления очень важны при получении строительных материалов, состоящих из многих компонентов, например железобетон.
Кристаллизация. Кристаллизия представляет собой процесс образования кристаллов из паров, растворов, расплавов при электролизе и химических реакциях, который сопровождается выделением тепла.
Долговечность. Долговечность представляет собой способность материала сопротивляться комплексному действию атмосферных и других факторов в условиях эксплуатации. Старение – это процесс постепенного изменения, ухудшения свойств материалов в условиях эксплуатации.
Знание этих и других свойств позволяет сравнивать материалы между собой и определять область их применения с учетом технико-экономической целесообразности. Так, в условиях эксплуатации гидротехнических сооружений строительные материалы, изделия и конструкции, из которых они построены, подвергаются периодическому или постоянному воздействию воды и агрессивных сред, поэтому к ним предъявляются повышенные требования по водостойкости, морозостойкости, водонепроницаемости, корроизонной стойкости и др.
Многие материалы под влиянием водопоглощения ярко проявляют повышенные пластические свойства. Практика строительства показывает, что выбор технически целесообразного материала обосновывают не только его прочностные характеристики, но стойкость к воздействию внешней среды, в которой работает конструкция. Обычно эта стойкость материала во времени (долговечность) неразрывно связана с его химическими и физико-химическими свойствами. Физико-химические в свою очередь тесно связаны со структурой материала и зависят от ее изменения под влиянием внешних и внутренних факторов.
Вследствие проникновения химических реагентов из внешней среды внутренние химические реакции с образованием новых соединений могут значительным образом отразиться на структуре. Изменение структуры (микроструктуры и макроструктуры) в первый период может привести к псевдоупрочнению, а в дальнейшем – к сокращению долговечности материала. Применяемый в строительстве материал обычно подвергают технологической обработке. Cпособность поддаваться такой обработке является порой решающим показателем при выборе материала. Так, при массовой заготовке щебня для бетонных работ учитывается способность горной породы дробиться без образования плоских щебенок, поэтому при выборе материалов всегда учитывают его способность реагировать на отдельные или взятые в совокупности следующие факторы: физические, механические, внешнюю среду, температуру и ее колебания, химические реагенты, технологические операции и т.д. Эта способность материала реагировать на указанные факторы определяется его свойствами.
Оценить технические свойства и сравнить материалы между собой возможно по показателям, которые получают при испытании материалов в полевых, производственных или лабораторных условиях. Полученные знания основных технических свойств строительных материалов и изделий дают возможность рационально их использовать в строительстве. Например, по известным значениям истинной и средней плотности строительных материалов можно рассчитать, какой плотностью (или пористостью) обладают эти материалы, и составить достаточно полное представление о прочности, теплопроводности, водопоглощении и других важных характеристиках строительных материалов, чтобы в дальнейшем на этом основании решать вопрос об их применении в тех или иных сооружениях и конструкциях.
Для расчета нагрузок при определении массы сооружений для транспортных расчетов и выбора емкости складских помещений необходимо знать величину средней плотности строительных материалов. Без данных о прочности применяемых материалов невозможны расчеты прочности и устойчивости сооружений и конструкций. Прогноз их долговечности невозможен без знания таких свойств материала, как отношение к влаге, воздействию окружающей среды, смене температур и др.
Свойства материалов не остаются постоянными, а изменяются во времени в результате механических, физико-химических и биохимических воздействий среды, в которой эксплуатируется строительная конструкция или изделие. Эти изменения могут протекать и медленно (разрушение горных пород), и быстро (вымывание из бетона растворимых веществ). Следовательно, каждый материал должен обладать не только свойствами, позволяющими применять его по назначению, но и определенной стойкостью, обеспечивающей долговечную эксплуатацию изделия или конструкции.
Знание основных свойств строительных материалов необходимо также для выполнения расчетов, позволяющих оценить их качество, соответствие техническим требованиям, возможность применения в конкретных условиях эксплуатации.
Употребляемые в строительстве материалы должны удовлетворять определенным требованиям, которые устанавливаются государственными стандартами (ГОСТами). В строительстве соответствие поступающих материалов требованиям ГОСТа проверяют специальные лаборатории.
Любой вид продукции обладает определенными свойствами, представляющими интерес для потребителей. Для строительных материалов важны такие качества, как прочность, плотность, теплопроводность, морозостойкость, стойкость по отношению к действию воды, агрессивных сред и др. Качеством называется сумма свойств, определяющих пригодность материала и изделия для использования по назначению. Так, для кровельных материалов оценка их качества производится по сумме таких свойств, как водостойкость, водонепроницаемость, термостойкость, прочность на изгиб, атмосферостойкость и др.
Контроль качества строительных материалов и изделий проводят по разработанным нормам, требованиям и правилам. В зависимости от контролируемого производственного этапа различают контроль входной, технологический и приемочный.
Входной контроль включает проверку соответствия поступающих материалов и изделий установленным требованиям. Например, на предприятиях сборного железобетона проверяют качество поступающих исходных материалов: заполнителей и цемента для бетона, арматурной стали, закладных деталей, отделочных и других материалов.
Технологический контроль состоит в проверке соответствия установленным требованиям температуры, давления, времени выдерживания, тщательности перемешивания и других показателей технологического процесса.
Приемочный контроль заключается в проверке соответствия готовых изделий требованиям стандартов или технических условий.
Все материалы и изделия выпускают по государственным и межгосударственным стандартам – ГОСТ, СТ СЭВ, ИСО, СТБ, СНБ. Деятельность стандартизации существует для повышения качества продукции, безопасности ее получения и безопасности. Методы испытаний также стандартизированы. Кроме этого, в строительстве существуют «Строительные нормы» и «Технические нормативные правовые акты», представляющие собой объединенные нормативные документы по проектированию, строительству и строительным материалам.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: