Главная страница
Навигация по странице:

  • А. И. КОЛЬЦОВ, В. В. НЕСТЕРЕНКО ОБЩИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

  • Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

  • Средней плотностью 0ρ

  • Истинной плотностью ρ

  • Плотность некоторых видов строительных материалов

  • Общей (истинной) пористостью

  • Кольцов Общие свойства 10. А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко общие свойства строительных


    Скачать 424.59 Kb.
    НазваниеА. И. Кольцов, В. В. Нестеренко общие свойства строительных
    АнкорКольцов Общие свойства 10.pdf
    Дата18.02.2018
    Размер424.59 Kb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаКольцов Общие свойства 10.pdf
    ТипУчебное пособие
    #12869
    страница1 из 4
      1   2   3   4

    1
    Министерство науки и образования
    Российской Федерации
    Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
    А. И. КОЛЬЦОВ, В. В. НЕСТЕРЕНКО
    ОБЩИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ
    МАТЕРИАЛОВ
    Учебное пособие
    Санкт-Петербург
    2010

    2 3
    А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов
    УДК 691 (075.8)
    Рецензенты:
    канд. техн. наук, доцент И. В. Гончарова (СПбГАСУ);
    канд. техн. наук, доцент С. И. Веселова
    Кольцов, А. И.
    Общие свойства строительных материалов: учеб. пособие /
    А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко; СПбГАСУ. – СПб., 2010. – 64 с.
    ISBN 978-5-9227-0262-1
    Рассмотрены общие свойства строительных материалов, изложены основ- ные методики определения физико-механических свойств, приведены приме- ры задач по данной теме.
    Предназначено для студентов специальностей 270113 – механизация и автоматизация строительства и 080507 – менеджмент организации.
    Табл. 4. Ил. 7. Библиогр.: 4 назв.
    Рекомендовано редакционно-издательским советом СПбГАСУ в качестве
    учебного пособия.
    ISBN 978-5-9227-0262-1
    © А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко, 2010
    © Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет,
    2010
    Введение
    Чтобы правильно выбрать материал, спроектировать и построить сооружение, необходимо хорошо знать свойства используемых мате- риалов. Свойством называют способность материала определенным образом реагировать на отдельный или чаще всего действующий в со- вокупности с другими внешний или внутренний фактор. В строитель- стве применяют большое количество материалов с различными свой- ствами, но существует группа свойств, важная для всех строительных материалов. К таким свойствам можно отнести плотность, пористость,
    прочность. Это основные характеристики всех строительных материа- лов, служащие для оценки качества и особенности их применения,
    а также для различных технико-экономических расчетов.
    Необходимо заметить, что материалы работают не изолированно от окружающей среды. При контакте с водой они подвергаются дей- ствию воды и содержащихся в ней веществ, на воздухе – действию воз- духа и содержащихся в нем водяных паров и газов, солнца, ветра, рез- ких перемен температуры и влажности. Некоторые свойства являются специальными и важными при выборе материала лишь для определен- ных условий эксплуатации (стойкость против действия различных кис- лот, морозостойкость и т. п.). Таким образом, при выборе и обоснова- нии целесообразности применения строительного материала для определенных условий необходимо учитывать различные его свойства.
    Для регламентации качества промышленной продукции в России действует государственная система стандартизации и аттестации каче- ства, основой которой являются достижения науки, техники и передо- вого опыта. На каждый строительный материал и изделие имеются стан- дарты различных категорий – государственный стандарт (ГОСТ) или технические условия (ТУ). Качество всех основных строительных ма- териалов и изделий должно соответствовать требованиям данных стан- дартов, которые распространяются как на материальные предметы (про- дукцию, эталоны, образцы веществ), так и на методы испытаний, пра- вила приемки, технические требования различного характера.
    В зависимости от сферы действия и условий утверждения стан- дарты подразделяют на ряд категорий, основными из которых являют-

    4 5
    А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов
    ся государственный стандарт (ГОСТ), технические условия (ТУ) и стро- ительные нормы и правила (СНиП).
    Государственный стандарт (ГОСТ) – документ, в котором даются краткое описание материала и способа его изготовления, классифика- ция, конкретно указаны форма, размеры, классы (марки) и сорта (если они имеются), технические показатели, правила приемки, упаковки,
    транспортирования и хранения, методы испытаний материала или изделия, которые иногда выделяются в отдельный ГОСТ. В обозначе- нии ГОСТа даются два числа: первое обозначает порядковый номер материала, а второе после тире – год утверждения стандарта. Например,
    в ГОСТ 530–95 «Кирпич и камни керамические» или ГОСТ 376–95
    «Силикатный кирпич и камни» цифры 530 и 376 обозначают порядко- вый номер соответственно керамического и силикатного кирпича,
    а цифра 95 – год утверждения ГОСТа – 1995. Нормативно-техническая документация периодически (не реже одного раза в 5 лет) пересматри- вается и обновляется. Основанием для пересмотра действующих доку- ментов являются совершенствование технологии и строительного производства, завершение научно-исследовательских, опытно-конст- рукторских и экспериментальных работ, обобщение отечественного и зарубежного опыта проектирования и строительства, повышение тре- бований к качеству материала. Новый ГОСТ имеет силу закона и отме- няет действие старого ГОСТа.
    Технические условия (ТУ) или отраслевые временные техничес- кие условия (ВТУ) устанавливают комплекс требований к конкретным типам, маркам, артикулам продукции, которая не стандартизирована или ограниченно применяется. ТУ действуют в пределах ведомства или ми- нистерства и содержат правила приемки, методы испытаний и требова- ния к качеству, форме, размерам и сортам выпускаемой продукции.
    Кроме ГОСТов и ТУ строители пользуются также СНиПами –
    строительными нормами и правилами. СНиП – это свод нормативных документов по проектированию, строительству и строительным мате- риалам, обязательных для всех организаций и предприятий. ГОСТы разрабатываются преимущественно на строительные материалы и из- делия массового изготовления, а СНиПы устанавливают требования ко всей строительной продукции. Оба комплекса нормативных доку- ментов по строительству – СНиП и ГОСТ – взаимно дополняют друг друга.
    Эти документы регламентируют основные положения строитель- ного проектирования, производства строительных работ и требования к строительным материалам и изделиям. СНиПы распространяются на все виды строительства и являются общеобязательными. На каж- дый вид строительных материалов и изделий даны требования по важ- нейшим физическим, механическим и другим свойствам, а также условия, области применения материалов, изделий и конструкций для строительства. Технические требования СНиПов направлены на по- вышение качества и снижение стоимости строительства путем макси- мального использования эффективных материалов, изделий и конст- рукций.
    При оценке качества большинства строительных материалов используют условные показатели – классы (марки) и сорта, которые устанавливаются по основной эксплуатационной характеристике или по комплексу важнейших свойств материала. Так, для конструкцион- ных материалов класс (марка) определяется по прочности на сжатие в МПа (кгс/м
    2
    ) (бетон, раствор, природные каменные материалы) или по совокупности показателей прочности на сжатие и изгиб (минераль- ные вяжущие, кирпич). Определение марки для теплоизоляционных материалов ведется по средней плотности в кг/м
    3
    , а для битумов – по комплексу главнейших свойств (температура размягчения, вязкость и др.). Кроме основных показателей качества существуют специальные марки и классы, характеризующие какие-либо основные свойства ма- териала, например морозостойкость, водонепроницаемость, теплопро- водность.
    Значение стандартизации огромно. Она является важнейшим сти- мулом совершенствования промышленных предприятий, определяет выпуск строительных материалов и изделий качеством не ниже обус- ловленного, что позволяет уже при проектировании создавать надеж- ные и долговечные элементы и конструкции независимо от техноло- гии изготовления материалов. Стандартизация способствует улучше- нию качества готовой продукции, повышению уровня унификации,
    взаимозаменяемости, а также автоматизации производственных про- цессов, росту эффективности ремонта изделий.
    Введение

    6 7
    А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов
    Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ
    МАТЕРИАЛОВ
    Физическое состояние строительных материалов достаточно полно характеризуется средней и истиной плотностью, а также пористостью.
    Средней плотностью
    0
    ρ
    , кг/м
    3
    (г/см
    3
    ), называют массу единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. объема вместе с име- ющимися в нем порами. Среднюю плотность вычисляют путем деле- ния массы образца m, г (кг), на его геометрический объем V, см
    3

    3
    ):
    0
    ρ
    m
    V
    =
    . (1.1)
    При изменении температуры и влажности среды, окружающей материал, меняется его влажность, а следовательно, и средняя плот- ность. Поэтому показатель средней плотности определяют после пред- варительной просушки материала до постоянной массы или вычисля- ют по формуле
    ,
    )
    1
    (
    0
    W
    w
    +
    ρ
    =
    ρ
    (1.2)
    где
    0
    ρ
    и
    w
    ρ
    средняя плотность влажного и сухого материала;
    W количество воды в материале (доля от его массы).
    Метод определения средней плотности зависит от формы образ- ца материала. Определение средней плотности материала на образцах правильной геометрической формы (куб, параллелепипед, цилиндр)
    основано на вычислении объема образца путем прямых измерений.
    Определение средней плотности материала на образцах неправильной геометрической формы производят методом гидростатического взве- шивания. Метод гидростатического взвешивания основывается на ис- пользовании закона Архимеда, который гласит, что на тело, погружен- ное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытес- ненной им жидкости (чаще всего воды).
    Необходимо взвесить образец на воздухе и в жидкости известной плотности, объем V вычислить по формуле ж
    ж
    ,
    ρ
    m m
    V

    =
    (1.3)
    где m и m
    ж
    – масса образца, взвешенного соответственно на воздухе и в жидкости, кг (г); ρ
    ж
    – плотность жидкости, кг/м
    3
    Изложенный способ применяется в случае, когда испытанию под- вергается материал со сплошной структурой (т. е. без пор и пустот).
    Если же испытывается пористый материал, то при гидростати- ческом взвешивании поры и пустоты будут поглощать воду и искажать результат опыта. Чтобы исключить эту ошибку, образцы материала,
    имеющие пористую структуру, перед испытанием парафинируют. Для этого сухой образец неправильной геометрической формы взвешива- ют на технических весах, затем покрывают при помощи кисти тонким слоем расплавленного парафина. После того как парафин застынет,
    образец осматривают, обнаруженные при осмотре на парафиновой пленке пузырьки или трещины удаляют, заглаживая нагретой металли- ческой проволокой или пластинкой.
    После парафинирования образец перевязывают прочной тонкой нитью и вторично взвешивают. Затем его подвешивают к крючку на левом конце коромысла гидростатических весов (рис. 1.1). Массу об- разца уравновешивают гирями, устанавливая их на правую чашку. После этого образец погружают в стакан с водой так, чтобы он не касался стенок и дна. При этом равновесие весов нарушается. Весы снова урав- новешивают, сняв с правой чашки часть гирь, и определяют массу об- разца в воде. Средняя плотность образца вычисляется по формуле o
    1 2
    1
    ρ
    ,
    (
    ) (
    ) / ρ
    п
    m
    m m
    m m
    =



    (1.4)
    где
    ρ
    п
    – истинная плотность парафина, равная 930 кг/м
    3
    ; m – массаа сухого образца;
    1
    m – масса образца, покрытого парафином; m
    2
    – массаа гирь, уравновешивающих образец, покрытый парафином, в воде.
    Глава 1. Физические свойства строительных материалов

    8 9
    А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов
    Насыпной плотностью
    н
    ρ
    ,
    кг/м
    3
    (г/см
    3
    ), называется от- ношение массы материала в на- сыпном состоянии к его объему.
    Определение насыпной плотно- сти сыпучих материалов произ- водят засыпкой их в предвари- тельно взвешенный мерный ци- линдр с высоты 10 см через воронку или без нее. Объем ма- териала принимают по объему цилиндра. Воронка обеспечива- ет равномерное заполнение мер- ного цилиндра материалом. Об- разовавшуюся (без уплотнения)
    над краями цилиндра горку материала срезают ножом или линейкой.
    После этого цилиндр с материалом взвешивают. Насыпную плотность материала рассчитывают по формуле
    V
    m
    m
    1 2
    н

    =
    ρ
    ,(1.5)
    где m
    1
    – масса пустого мерного цилиндра; m
    2
    масса цилиндра, запол- ненного испытываемым материалом;V объем мерного цилиндра.
    Средняя и насыпная плотности материала являются важными ха- рактеристиками при расчете прочности сооружения с учетом собствен- ной массы, определении способа и стоимости перевозки материала,
    для расчета складов и подъемно-транспортного оборудования. По ве- личине средней плотности косвенно судят о некоторых других свой- ствах материала. Например, для каменных материалов существует при- ближенная зависимость между средней плотностью и теплопроводно- стью, для древесины – между прочностью и средней плотностью.
    Истинной плотностью ρ, кг/м
    3
    (г/см
    3
    ),называют массу единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии без учета имеющихся в нем пор. Для определения абсолютного объема образцы измельчают в порошок для полного прохождения через сито с размером отверстий
    0,2 мм. (Считается, что каждое отдельное зерно такого размера не со- держит внутренних пор.)
    Истинную плотность вычисляют по формуле а
    ρ m
    V
    =
    . (1.6)
    Истинную плотность определяют в приборе Ле Шателье – Канд- ло (рис 1.2). Прибор представляет собой стеклянную колбу с узкой трубкой, имеющей шарообразное уширение в средней части. На труб- ке ниже уровня уширения имеется черта; верх- няя часть трубки градуирована делениями через
    0,1 см
    3
    и заканчивается воронкой. Объем труб- ки между нижней чертой и нижним делением градуированной части (V
    1
    V
    0
    ) равен 20 см
    3
    Прибор заполняют дистиллированной водой до уровня нижней черты, уровень устанавливают по нижнему мениску, затем взвешивают сухой из- мельченный образец массой m
    1
    ,
    г. Порошок всы- пают в прибор до тех пор, пока уровень воды в приборе не поднимется до нижнего деления гра- дуированной части. Тогда абсолютный объем порошка а
    V
    , засыпанного в прибор, равен объе- му вытесненной воды – 20 см
    3
    . Остаток порошка m
    2
    ,
    г, взвешивают и подсчитывают массу порошка m, всыпанного в прибор, по формуле
    1 2
    m m m
    =

    . (1.7)
    Истинную плотность породы вычисляют с точностью до 0,01 г/см
    3
    по формуле (1.6).
    В табл. 1.1 приведены значения средней, истинной и насыпной плотности некоторых видов строительных материалов.
    Часто плотность материала относят к плотности воды при темпе- ратуре 4
    °С, равной 1 г/см
    3
    , и тогда определяемая плотность становит- ся безразмерной величиной, которую называют относительной плот-
    ностью d.
    Рис. 1.1. Весы для гидростатического взвешивания:
    1 – П-образная подставка; 2 – образец материала; 3 – стакан с водой
    V
    1
    V
    0
    Рис. 1.2. Прибор
    Ле Шателье – Кандло
    Глава 1. Физические свойства строительных материалов

    10 11
    А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов
    Таблица 1.1
    Плотность некоторых видов строительных материалов
    Плотность, кг/м
    3
    Наименование материалов средняя истинная насыпная
    Сталь
    7850 7800–7900

    Гранит
    2500–2900 2700–3000

    Песок

    2500–2600 1500–1700
    Цемент

    3000–3100 1100–1350
    Кирпич керамический обыкновенный
    1600–1900 2600–2700

    Бетон тяжелый
    1800–2500 2500–2600

    Сосна
    400–600 1550–1600

    Минора
    10–20 1200

    Большинство строительных материалов имеет поры, поэтому ис- тинная плотность у них всегда больше средней. Лишь у плотных мате- риалов (сталь, стекло) истинная и средняя плотность практически рав- ны, так как объем внутренних пор у этих материалов ничтожно мал.
    Пористостьюназывают степень заполнения общего объема ма- териала порами (отношение объема пор к объему образца). Пористость подразделяется на открытую, закрытую и общую пористости, от вели- чины которых зависят водопоглощение, водо-, газо- и паропроницае- мость строительных материалов. С пористостью связаны также такие свойства материалов, как прочность, теплопроводность, морозостой- кость, звукопроницаемость и др.
    Общей (истинной) пористостьюназывается весь объем пор в данном объеме материала. Общую пористость общ
    П
    , %, вычисляютт по формуле
    100 1
    П
    0
    общ






    ρ
    ρ

    =
    (1.8)
    Открытой пористостьюматериала называется объем тех пор,
    которые сообщаются с внешней средой. Их объем может быть измерен путем водонасыщения материала. Открытую пористость, %, П
    откр определяют по формуле
    ,
    100 1
    П
    в
    1 2
    откр






    


    


    ρ








    =
    V
    m
    m
    (1.9)
    где m
    2 и m
    1
    масса образца соответственно в насыщенном водой и сухом состоянии;V объем материала;
    в
    ρ
    плотность воды.
    Закрытую пористостьП
    закр находят по разности между общей и открытой пористостью:
    П
    П
    П
    откр общ закр

    =
    (1.10)
    Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 (сталь, стекло) до 90–98 % (пенопласт). Пористость материала ха- рактеризуют не только с количественной стороны, но и по характеру пор: замкнутые и открытые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2–5 мм).
    По характеру пор оценивают способность материала поглощать воду. Так, полистирольный пенопласт, пористость которого достигает
    95 %, имеет замкнутые поры и практически не поглощает воду. В то же время керамический кирпич, имеющий пористость в три раза мень- шую (т. е. около 30 %), благодаря открытому характеру пор (большин- ство пор представляет собой сообщающиеся капилляры) активно по- глощает воду. Открытые поры увеличивают водопоглощение и ухуд- шают морозостойкость. В звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию.
    Величина пористости в значительной мере влияет на прочность материала. Строительный материал тем слабее сопротивляется меха- ническим нагрузкам, тепловым, усадочным и другим усилиям, чем больше пор в его объеме. Опытные данные показывают, что при увели- чении пористости от 0 до 20 % прочность снижается почти линейно.
    Величина прочности также зависит от размеров пор: она возрастает с их уменьшением. Прочность мелкопористых материалов, а также ма- териалов с закрытой пористостью выше, чем прочность крупнопорис- тых и с открытой пористостью.
    Для определения минимального, максимального и среднего диа- метра пор, распределения пор по размерам используется поромер.
    Глава 1. Физические свойства строительных материалов

    12 13
    А. И. Кольцов, В. В. Нестеренко. Общие свойства строительных материалов
    Для этого образец смачивается жидкостью, которая полностью запол- няет все поры. Затем на образец подается под давлением газ, который начинает вытеснять жидкость из пор образца, преодолевая капилляр- ный эффект. Давление постепенно повышают, жидкость полностью вы- тесняется из пор образца, позволяя проходить газовому потоку. Изме- ряя дифференциальное давление и показатели потока газа через насы- щенный водой и сухой образцы, можно вычислить структурные характеристики поры. В поромерах измерение пористости автомати- зировано и выдается в готовом виде в цифровой и графической форме.
    Удельную поверхность порового пространства вычисляют, используя средний условный радиус пор, или определяют прямыми адсорбцион- ными методами (по адсорбции водяного пара, азота и другого инерт- ного газа).
      1   2   3   4
    написать администратору сайта