Свойства по отношению к теплу
Теплопроводность - спос-ть м-ла передавать тепло через толщу от одной поверхности к другой. Характеризуется коэф-м теплопроводности:
Вт/м˚С,
где Q - кол-во тепла, проходящего через стенку м-ла толщиной а=1 м и площадью S=1м2, за время z=1ч., при разности температур t1 - t2 = 1˚C.
К-т теплопроводности - важнейшая х-ка м-лов, используемых в ограждающих конструкциях.
Теплоёмкость - спос-ть м-ла поглощать при нагревании тепло. Оценивается к-том теплоёмкости или удельной теплоёмкостью = кол-ву тепла, к-е необходимо для нагревания 1 кг м-ла на 1˚С. Удельная теплоёмкость используется при расчётах теплоустойчивости ограждающих конструкций.
Механические свойства
Механические свойства - способность м-ла сопротивляться разрушению и деформированию, под воздействием внешних сил. Внешние силы, действующие на м-л, стремятся его деформировать, т. е. изменить взаимосрасположение атомов, из к-х состоит м-л, и довести эти изменения до величины, при которой м-л разрушается.
Деформативность - св-во м-ла изменять размеры под действием приложенной нагрузки или внутренних напряжений, без разрушения.
После снятия внешней нагрузки м-лы могут восстанавливать размеры и форму или оставаться в деформированном виде. Первые деформации называются упругими, вторые - пластическими (необратимыми).
Разновидностью обратимой деформации явл-ся эластическая деформация. исчезающая в течение длительного времени.
Упругость - св-во м-ла самопроизвольно восстанавливать первонач. форму и размеры после прекращения действия внешней силы.
Пластичность - св-во изменять форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь и не восстанавливаясь после прекращения действия внеш. сил.
В условиях сложного загружения конструкции в м-ле одновременно присутствуют как упругие, так и пластические деформации, т. к. большинству м-лов присущи и те, и др. виды деформаций, т. е. м-л хар-ся как упруго-пластичный.
Упруго-пластичные м-лы в зависимости от условий огут проявлять себя как упругие или как пластические. например, битум при отрицательных температурах - упругое тело, при положительных - пластическое.
Основной х-кой деформативных св-в м-лов явл-ся модуль упругости (модуль Юнга).
М-лы делят на хрупкие и пластичные (вязкие), в зависимости от хар-ра разрушения м-лов под действием возрастающей статич. нагрузки.
Деление это условно (пример битума), однако при обычных условиях испытаний одни м-лы разушаются хрупко, не проявляя видимых деформаций, а другие - пластично, претерпевая значительные пластические деформации.
Поэтому хрупкость определяется как свойство м-ла разрушаться внезапно без видимых пластических деформаций.
Пластичность (вязкость) - способность м-ла под воздействием возрастающих нагрузок деформироваться, изменять свою форму и объём, а затем разрушаться.
Механические свойства того или иного м-ла хар-ся диаграммой растяжения или сжатия.
Диаграмма - график зависимости между растягивающей силой Р и удлинением.
Наиболее наглядно механические свойства отражает диаграмма деформаций, т. е. график зависимости между напряжением и относит. деформацией.
Ползучесть - способность м-ла необратимо деформироваться под длит. воздействием постоянной, сравнительно небольшой статич. нагрузки.
Ползучесть связана с нарастанием пластич. деформаций в рез-те структурной перестройки атомов и молекул, вызывающей «течение» м-ла. Ползучесть должна учитываться при расчёте допустимых нагрузок, действующих в процессе эксплуатации. Ползучесть связана также с релаксацией.
Релаксация - св-во м-ла самопроизвольно снижать напряжение, при условии. что нач. величина деф-ции зафиксирована жёсткими связями и остаётся неизменной.
При релаксации напряжений может изменяться хар-р нач. деф-ций: упругие могут перейти в пластические без изменения размеров.
Время, в течение к-го напряжение в м-ле уменьшается в 2,72 раза, называется периодом релаксации.
Для разных м-лов период релаксации изменяется от 10-10 с (для жидких м-лов) до нескольких лет (у твёрд. м-лов).
Период релаксации хар-ет деформ. свойства м-ла: чем меньше его знач-е, тем выше деформативность.
Прочность - способность м-ла сопротивляться, не разрушаясь, внутренним напряжениям, возникающим под действием внешних нагрузок и др. факторов.
Прочность явл-ся основным стр. свойством, т. к. все м-лы испытывают воздействие, вызывающее напряж. состояние (сжатие, изгиб, растяжение, срез). Выбор м-ла, расчёт сечения конструкции зависят от его прочностных показателей. Оценивается прочность м-лов пределом прочности.
Предел прочности соответствует макс. напряжению, возникающему в м-ле к моменту его разрушения.
Предел прочности при сжатии и растяжении определяют формулой:
[МПа (кгс/см2)],
где Р - разрушающая нагрузка, F - площадь.
1МПа = 9,81 кгс/см2 ≈10 кгс/см2
Практически Rсж. определяют нагружением стандартных образцов до разрушения на спец. прессах. Рез-ты испытаний зависят от формы образца (куб, цилиндр, призма), размеров образца и условий испытаний (скорость приложения нагрузки).
Особые механические свойства
Твёрдость - способность сопротивляться проникновению в этот м-л других более твёрдых тел.
Для пластич. м-лов твёрдость измеряют методами Бринеля, Рокуэлла, Виккерса.
Метод Бринеля Метод Рокуэлла Метод Виккерса
Для хрупких м-лов твёрдость определяют по шкале Мооса, к-рая представляет собой 10 специально полобранных минералов, расположенных по мере нарастания твёрдости: тальк, гипс, кальцит, плавиковый шпат, апатит, полевой шпат, кварц, топаз, корунд, алмаз.
Истираемость - спос-ть м-ла сопротивляться внешн. нагрузкам, прилагаемым к нему по касательным.
Испытывают на спец. кругах истирания и опр-т по ф-ле:
где m1 - масса м-ла до истирания, m2 - масса м-ла после истирания, F - площадь истирания.
Износ - складывается из ударной вязкости и истираемости.
Ударная вязкость = работе, к-рую надо затратить на образование новой поверхности раздела.
6.
Основные свойства материалов
Свойство – способность м-ла определённым образом реагировать на отдельный фактор или чаще действующий в совокупности с др. внешн. или внутр. факторами.
Применяя м-лы в стр-ве, нужно знать не только их эксплуатационные св-ва, но и принимать во внимание среду, в к-рой работает м-л. Так, например, прочность м-ла д. соотв-ть величине напряжений, возникающих в м-ле от внешн. нагрузки. Но даже очень прочный м-л, напр., сталь, быстро разрушится, если поместить его в агрессивную среду, т. е. м-л должен обладать помимо прочности стойкостью в определённых условиях эксплуатации. Ряд свойств м-лов, таких как прочность, ср. плотность. пористость – одинаково важны для всех м-лов, как при оценке их кач-ва, так и для технико-экон. расчётов. Совокупность свойств различных СМ обобщается термином строительно-технические свойства. Их условно делят на 4 группы: физические, механические, технологические, химические.
Св-ва м-лов связаны с особенностью их строения (структурой). В меньшей мере зависят от хим. и минерал. состава. Любые изменения на микро- и макро-уровне (х-ра пористости. вида пористости, степени кристаллизации, размеров кристаллов) приводят к изменению строительно-технических свойств м-ла. Для определения и оценки свойств м-лов существуют лабораторные и полевые испытания. Методики испытаний предусмотрены стандартами. в зависимости от полученных показателей свойств м-лы делят на классы, марки, сорта.
Композиты - Нынешний 21 век можно отнести к веку композиционных материалов (композитов).
Понятие композиционных материалов сформировалось в середине прошлого, 20 века. Однако, композиты вовсе не новое явление, а только новый термин, сформулированный материаловедами для лучшего понимания генезиса современных конструкционных материалов. Прямыми предшественниками современных композиционнных материалов можно назвать булатные стали и железобетон.
Существуют природные аналоги композиционных материалов - древесина, кости, панцири, кожи и т.д. Многие виды природных минералов фактически представляют собой композиты.
Природные "композиты" не только прочны, но часто обладают превосходными декоративными свойствами.Композиционные материалы — искусственные многокомпонентные материалы, состоящие из основы - матрицы, и наполнителей, играющих укрепляющую и некоторые другие роли. Между фазами (компонентами) композита имеется граница раздела фаз. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого существенно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Т.е. признаком композиционного материала является заметное взаимное влияние составных элементов композита, т.е. их новое качество, эффект. В настоящее время в область композиционных материалов (композитов), принято включать разнообразные искусственные материалы, разрабатываемые и внедряемые в различных отраслях техники и промышленности, отвечающие общим принципам создания композитных материалов.
Почему интерес к композиционным материалам проявляется именно сейчас? Потому, что традиционные материалы уже не всегда или не вполне отвечают потребностям современной инженерной практики.
8. Горные породы – минеральная масса постоянного состава и структуры, образующая самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору.
Они делятся на мономинеральные(гипс) и полиминеральные(гранит).
Т.к. наиболее значимой характеристикой является структура, то классификация даётся по условиям образования:
1) Изверженные
а)глубинные(образовались при действии высоких температур и давления при постепенном остывании лавы). Представители: гранит(Rсж =250МПа), диарит.
б)излившиеся(лава остывала на поверхности; под воздействием температуры и давления происходило газовыделение; у этих пород скрытокристаллическая структура и пористая текстура). Представители: базальт(Rсж =500МПа), диабаз.
в)вулканические(у этих пород структура аморфная → нерастраченная энергия кристаллизации → повышенная химическая активность. Представители: пемза, вулканические туфы(SiO2, Al2O3, Fe2O3).
2) Осадочные
а)механические. Они делятся на рыхлые(песок, гравий) и цементированные(песчаник, конгломерат).
б)химические(образовались при выпадении из растворов с повышением концентрации растворённых ранее компонентов изверженных горных пород.) Представители: гипс, доломит.
в)органогенные. Они делятся на зоогенные(известняк ракушечник) и фитогенные(диатомит).
3) Метаморфические
а)из осадочных(глины → глинистые сланцы → известняк → мрамор)
б)из изверженных(граниты → гнейсы)
У этих пород текстура слоистая или сланцеватая.
9. Породообразующие минералы - вещ-ва, образующиеся в рез-те физ.-хим. процессов, происходящих в земной коре. Минералы обладают определённым хим. составом, однородным строением и характерными физ.-хим. свойствами. Им присущи опред. признаки: блеск, спайность, твёрдость, цвет. Большинство из них - кристаллические тела. Классификация: 1.класс:карбонаты, минералы- доломит, кальций, магнезит; характерные фих-ие св-ва - Низкая твердость (3), реакция со слабым раствором соляной кислоты. 2. класс- Сульфаты, минералы -Гипс, ангидрит, характерные фих-ие св-ва - Низкая твердость (2-3). Светлая окраска, стеклянный шелковистый блеск. 3. класс – Галоиды, Подкласс – хлориды, минералы - Галит, характерные фих-ие св-ва - Соленый на вкус. 4. класс –Окислы, минералы -Кварц, гематит, магнетит, характерные фих-ие св-ва - Высокая твердость (7), неровный или раковистый излом. 5. класс -Гидроокислы, минералы- Лимонит; характерные фих-ие св-ва - Темно-бурый, желто-бурый, ржаво-желтый цвет, землистый излом. 6..класс: Сульфиды, минералы- Пирит; характерные фих-ие св-ва - Сильный металлический блеск, латунно-желтый, золотистый цвет, черта черная. 7.класс: Силикаты, подкласс – Метасиликаты, минералы- Авгит, роговая обманка; характерные фих-ие св-ва - Высокая твердость (6), темный цвет (зелено-бурый, черный), призматические, столбчатые кристаллы. 8. класс: Силикаты, подкласс – Водные силикаты, минералы- Тальк, биотит, мусковит, хлорит; характерные фих-ие св-ва - Низкая твердость (1-2), весьма совершенная спайность, чешуйчатый, листоватый облик кристаллов. 9.класс: Силикаты, группа – Глинистые, минералы- Каолинит, монтмориллонит; характерные фих-ие св-ва - Низкая твердость (1-2), окраска от светлой до темной, плотные землистые массы с тусклым, матовым блеском. 10..класс: Силикаты, подкласс – Алюмосиликаты, минералы- Полевые шпаты; характерные фих-ие св-ва - Высокая твердость (6), стеклянный или перламутровый блеск, совершенная спайность, таблит. облик кристаллов
10. Классификация природных каменных материалов. Номенклатура, примеры применения по разному назначению. Классиф-ия: разделяют: 1) по средней плотности: тяжёлые ƍ≥1800 кг/м3 и лёгкие ƍ≤1800 2)по Rcж: тяжёлые:марки от 10 до 100 и лёгкие: марки от 0,4 до 20.; 3) по морозостойкости: тяжёлые(F25-F500) и лёгкие (F10-F25); 4) по степени водостойкости: на группы с величиной коэф-та размягчения менее 0,6; 0,75; 0,9-1; 5) по назначению: изделия для кладки стен (стеновые камни, блоки из известняка, доломита, песчаника и вулканического туфа); для кладки фундамента (бутовый камень и др.); облицовочные камни и плиты (а)для наружной; б) для внутренней); для лестниц,парапетов и лестничных площадок (для наружного: гранит, песчаник, базальт и для внутреннего: мрамор, гранит); для дорожных покрытий (брусчатка, камень колотый, щебень, песок); для инженерных сооруж. подземного и гидравлического строительства (вулканический туф, габбро,песчаник, плотный известняк); для спец. кладок, облицовок; кислотоупорные (гранит, кварцит, базальт); щёлочестойкие (известняки, доломиты, песчанник); каменное литьё (бруски, плиты, полуцилиндры, трубы,). Номенклатуру материалов из природного камня включают плиты, блоки, камни, архитектурно-строительные изделия (профильные и плоскостные), включая предназначенные для специальных нужд таких, как: - гидротехнические (речные и морские); - мосты и подземные сооружения (надводные и подводные части мостов, тоннели);- дорожное строительство.
11. Керамич. изд-я - иск. камен. м-лы, изготовленные из глин или их смесей с органическими и минеральными добавками, путём формования и обжига. М-л, из к-го сост-т керамич. изд-е после обжига, - черепок.По структуре черепка керамику разделяют на пористую и плотную. К плотной относят изд-я, пористость к-рых не превышает 5%, к пористой - более 5%.По конструктивному назначению керамич. м-лы делят на: стеновые, облицовочные, кровельные, санитарно-технич., теплоизоляц., заполнители для бетона, кислотоупорные, водоупорные, дорожный кирпич, заполнители для легких бетонов, для облицовки фасада, внутренняя облицовка стен, огнеупоры. В настоящее время в понятии керамика входит большое количество материалов с разнообразными свойствами, применяемых в строительстве, машиностроении, электронной и других отраслях промышленности. Для строительной керамики применяют глины которые являются дешевым и широко распространенным в природе сырьем. Из глин с добавлением сырьевых материалов получают разнообразные керамические строй. материалы. Керамические материалы выпускаются в широком ассортименте, имеют сравнительно высокую прочность, малую деформативность, высокую хим. стойкость и долговечность. Отрицательное свойство – хрупкость.