Материаловедение. Лекция №1

Сентябрь 4, 2022

Главная
Алгебра
Материаловедение. Лекция №1

Содержание

2. КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО НАЗНАЧЕНИЮ. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.
3. Материаловедение - это наука, изучающая связь состава, строения и свойств материалов, закономерности их изменения при физико-химических,
4. Материаловедение. Каждый материал имеет название, структуру, показатели качества или свойства, их численные значения, способы производства, условия
5. Любой строительный объект должен отвечать условиям безопасности, быть функционален и экономически состоятелен. Необходимо также учитывать желание
6. Строительные материалы: 1 группа: конструкционные материалы, которые воспринимают и передают нагрузки (природные каменные материалы, бетоны, растворы,
7. Теплоизоляционные: основное назначение -свести до минимума перенос теплоты через ограждающие конструкции и тем самым обеспечить необходимый
8. Акустические: (звукопоглощающие и звукоизоляционные) – снижающие уровень «шумового загрязнения» помещения.
9. Гидроизоляционные и кровельные: для создания водонепроницаемых слоев на кровле, подземных сооружениях и других конструкциях, которые необходимо
10. Герметизирующие: для заделки стыков в сборных конструкциях.
11. Отделочные: для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты конструкционных, теплоизоляционных и других материалов
12. Специального назначения: (огнеупорные, кислотоупорные и т.д.), применяемые при возведении специальных сооружений.
13. Классификация. В основу классификации по технологическому признаку положены вид сырья, из которого получают материал и способ
14. По способу изготовления различают материалы, получаемые: - спеканием (керамика, цемент); - плавлением (стекло, металлы); - омоноличиванием
15. СВОЙСТВА Свойства материалов имеют названия и оцениваются численными значениями, которые устанавливаются путем стандартных испытаний.
16. Надежность. это комплексное свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров при выполнении
17. Долговечность. свойство объекта (изделия) сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания
18. Безотказность - свойство изделия сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации в течение некоторого времени
19. Ремонтопригодность. свойство объекта (изделия) к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния при техническом обслуживании и ремонте.
20. Сохраняемость свойство объекта (изделия) сохранять в заданных пределах эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения
21. СОСТАВ И СТРОЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ. Основные свойства строительных материалов (физические, механические, химические) определяются их химическим составом и
22. В зависимости от химического состава строительные материалы принято делить на: органические (древесина, битум, пластмассы); неорганические (минеральные)
23. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ. неорганических веществ удобно выражать количеством содержащих в них оксидов (%). Основные и кислотные оксиды
24. Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количестве содержаться в строительном материале.
25. Фазовый состав это наличие твердого вещества, образующее стенки пор т.е. «каркас» материала и поры, заполненные воздухом,
26. Вещественный состав составляют вещества, входящие в материал: например, многокомпонентные цементы и др.).
27. Состав От состава материала зависит его структура или строение, которые, в свою очередь, влияют на его
28. Строение материала изучают на 3-х уровнях: 1. Макроструктура материала – строение, видимое невооруженным глазом. 2. Микроструктура
29. Макроструктура: конгломератная (бетоны); ячеистая (газобетоны и пенобетоны, ячеистые пластмассы); мелкопористая (керамика); волокнистая (древесина, стеклопластики, минеральная вата);
30. Микроструктура: может быть кристаллическая и аморфная. Кристаллическая форма всегда более устойчивая. Она имеет постоянную температуру плавления
31. Внутреннее строение материалов: может быть в виде кристаллических решеток. Она может быть образована: нейтральными атомами (одного
32. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ. В строительстве применяют разнообразные материалы. Чтобы облегчить изучение их особенностей, технические свойства
33. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
34. Параметры состояния К ним относятся свойства, которыми обладает материал в естественном состоянии.
35. Параметры состояния. Истинная плотность ρ (г/см3, кг/м3) – масса (m) единицы объема материала в абсолютно плотном
36. Параметры состояния. Относительная плотность d выражает среднюю плотность материала по отношению к плотности воды (безразмерная величина):
37. Структурные характеристики. Почти все строительные материалы имеют поры. Объем пористого материала V (см3; м3) в естественном
38. Пористость. Степень заполнения объема материала порами П = Vп/ Vе Пористость выражают в долях от объема
39. Определение пористости. Экспериментальный (прямой) метод определения пористости основан на замещении порового пространства в материале сжиженным гелием,
40. Определение пористости. Экспериментально-расчетный метод определения пористости использует найденные опытным путем значения плотности (%) высушенного материала: П
41. Коэффициент плотности. Кпл. – степень заполнения объема материала твердым веществом Кпл. = ρm / ρ ρm
42. Пористость. Открытая пористость равна отношению суммарного объема всех пор, насыщающихся водой (Vводы), к объему материала (Vсух).
43. ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Строительные материалы в процессе их эксплуатации и хранения подвергаются действию воды или водяных паров,
44. Гигроскопичность Гигроскопичностью называют свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из окружающего воздуха. Такой процесс называют сорбцией.
45. Капиллярное всасывание Это способность материала всасывать и передавать по своей толще влагу с помощью тонких капиллярных
46. Влажность называется количество влаги внутри материала по отношению к его объему (V) или массе (mс) высушенного
47. Влажность Влажность по объему: Влажность по массе:
48. Водопоглощение Водопоглощение – способность материала поглощать и удерживать воду. Единица измерения – %. Водопоглощение определяют по
49. Водопоглощение по массе: Wm (%) определяют по отношению к массе сухого материала Wm = (mнас –
50. Водопоглощение отрицательно влияет на основные свойства строительных материалов, увеличивается плотность, материал набухает, его теплопроводность возрастает, а
51. Коэффициент насыщения пор водой равен отношению водопоглощения по объёму к пористости: Кн = Wо/П По коэффициенту
52. Коэффициент насыщения пор водой Эти утверждения основаны на рассуждениях о величине заполнения пор водой: чем больше
53. Водостойкость способность материала, насыщенного водой, сохранять свою прочность. Степень понижения прочности материала характеризуется коэффициентом размягчения -
54. Коэффициент размягчения равен отношению предела прочности материала в водонасыщенном состоянии, к пределу прочности в сухом состоянии:
55. Водопроницаемость. это свойство материала пропускать воду под давлением. Коэффициент фильтрации Кф (м/ч – размерность как у
56. Водонепроницаемость. это способность материала сопротивляться фильтрации воды под давлением (МПа). Это свойство очень важно для бетонов.
57. Газо- и паропроницаемость. Паропроницаемость и газопроницаемость - способность материала пропускать через свою толщу водяной пар или
58. Морозостойкость. способность материала сопротивляться разрушению под действием многократного попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии.
59. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. Главным теплофизическим свойством для строительных материалов – термическое сопротивление ограждающей конструкции теплопередаче R.
60. Термическое сопротивление теплопередаче. способность конструкции противостоять движению тепла через нее. В настоящее время оно устанавливается в
61. Теплотехнический расчет конструкции стены: Rо/r – (1/αв + 1/αн) = ∑ δi/λ i r – коэффициент
62. Теплопроводность. Теплопроводность материала характеризуется количеством теплоты, которое способен передать материал через 1м2 поверхности при толщине 1м
63. Теплоемкость. это способность материала аккумулировать тепло при нагревании и отдавать его при остывании.
64. Удельная теплоемкость. это количество теплоты - Q кДж/(кг · оС) , которое необходимо сообщить 1 кг
65. Тугоплавкость. Тугоплавкостью называют способность материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры от 1350 до 1580 оС. Единица
66. Огнеупорность. Огнеупорность – способность материала выдерживать длительное воздействие температуры более 1580 оС, не размягчаясь и не
67. Огнестойкость. способность материала при пожаре выдерживать в течение времени соприкосновение с огнем до начала серьезных деформаций
68. ДЕФОРМАТИВНЫЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. Строительные материалы и конструкции подвергаются различным внешним воздействиям и нагрузкам. Нагрузки в
69. Нагрузки. Нагрузки могут быть статическими, т.е. действующими постоянно, и динамическими, возникающие внезапно и вызывающие силы трения.
70. Деформативные свойства: упругость пластичность хрупкость модуль упругости температурные и влажностные деформации деформации ползучести и усадки.
71. Упругость. Упругостью твердого тела называется его свойство деформироваться под нагрузкой и самопроизвольно восстанавливать форму после прекращения
72. Пластичность. Пластичность – это свойство твердого тела изменять свою форму и размеры под действием внешних сил
73. Хрупкость. Хрупкость твердого тела называют его способность разрушаться без образования заметных остаточных деформаций (пластических). Единица измерения
74. Относительная деформация. равна отношению абсолютной деформации Δl к первоначальному размеру l ε = Δl / l
75. Напряжение. - мера внутренних сил, возникающих в деформированном теле под воздействием внешних сил. Для твердых и
76. ВЛАЖНОСТНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ. Под действием окружающей среды, при изменении влажности материала могут возникать влажностные деформации усадки (усушки).
77. Усадка. уменьшение размеров материала при высыхании. Единица измерения – мм/м, иногда– %.
78. Набухание. увеличение размеров материала при увлажнении. Единица измерения – мм/м, иногда – %.
79. Ползучесть. Изменение размеров материала под действием его собственной массы называется ползучестью. Единица измерения – мм/м, иногда
80. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Физико-механические свойства являются очень важными для строительных материалов, также как и гидро- и теплофизические.
81. Прочность. способность материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами. Ее оценивают пределом прочности
82. Прочность сжатие Прочность при сжатии равна отношению разрушающей нагрузки Pразр. к площади ее приложения - F.
83. Прочность. Для оценки эффективности материала используется показатель называемый удельной прочностью Rуд. или коэффициентом конструктивного качества Кк.к.
84. Твёрдость Твёрдостью называют свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. Твердость природных каменных
85. Шкала Мооса: Тальк Mg3[Si4 O10].[OH2] – легко царапается ногтем Гипс CaSO4 .2H2O – царапается ногтем Кальцит
87. Скачать презентацию

Слайд 2

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО НАЗНАЧЕНИЮ. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Слайд 3

Материаловедение - это наука, изучающая связь состава, строения и свойств

материалов, закономерности их изменения при физико-химических, физических, механических и др. воздействиях.
Строительные материалы оказывают решающее влияние на технико-экономическую эффективность, безопасность строительства и эксплуатацию зданий и сооружений. Строительные материалы составляют более 50 % сметной стоимости объектов.
Данная дисциплина является первой инженерной дисциплиной, которая закладывает базу для изучения специальных дисциплин – строительных конструкций, технологии строительного производства, экономики, управления и организации строительства, архитектуры и др.

Слайд 4

Материаловедение.
Каждый материал имеет название, структуру, показатели качества или свойства, их

численные значения, способы производства, условия и особенности применения и т.д. Всё это надо знать, чтобы считать себя настоящим строителем.
Концепция безопасности по отношению к строительным материалам обозначает обеспечение функциональных свойств, экологической чистоты, пожаробезопасности и безвредности материалов в течение всего их срока службы. Это относится к конечной строительной продукции – конструкции, здания, сооружения, которые сделаны из строительных материалов. Поэтому для обеспечения безопасности необходимо знать функциональное назначение, условия эксплуатации конечной продукции при изучении, выборе и разработке строительного материала, что обеспечивает стабильность его показателей во время эксплуатации.

Слайд 5

Любой строительный объект должен отвечать условиям безопасности, быть функционален и экономически

состоятелен. Необходимо также учитывать желание заказчика.
Исходя из условий работы материала в сооружениях, строительные материалы можно разделить классифицировать по назначению и технологическому признаку на 2 группы:

Материаловедение.

Слайд 6

Строительные материалы:
1 группа:
конструкционные материалы, которые воспринимают и передают нагрузки

(природные каменные материалы, бетоны, растворы, керамика, стекло, ситаллы, металлы, полимеры, древесина, композиты и др.);

2 группа:

строительные материалы специального назначения - теплоизоляционные, акустические, гидроизоляционные, герметики, кровельные, отделочные, антикоррозионные, огнеупорные материалы, материалы для радиационной защиты и т.д.

Слайд 7

Теплоизоляционные:
основное назначение -свести до минимума перенос теплоты через ограждающие конструкции и

тем самым обеспечить необходимый тепловой режим помещения при оптимальных затратах энергии.

Слайд 8

Акустические:
(звукопоглощающие и звукоизоляционные) – снижающие уровень «шумового загрязнения» помещения.

Слайд 9

Гидроизоляционные и кровельные:
для создания водонепроницаемых слоев на кровле, подземных сооружениях

и других конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров.

Слайд 10

Герметизирующие:
для заделки стыков в сборных конструкциях.

Слайд 11

Отделочные:
для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты

конструкционных, теплоизоляционных и других материалов от внешних воздействий.

Слайд 12

Специального назначения:
(огнеупорные, кислотоупорные и т.д.), применяемые при возведении специальных сооружений.

Слайд 13

Классификация.
В основу классификации по технологическому признаку положены вид сырья, из которого

получают материал и способ изготовления.
Эти два фактора во многом определяют свойства материала и соответственно область его применения.

Слайд 14

По способу изготовления различают материалы, получаемые:
- спеканием (керамика, цемент);
- плавлением (стекло,

металлы);
- омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетоны, растворы);
- механической обработкой природного сырья (природный камень, древесные материалы).

Слайд 15

СВОЙСТВА
Свойства материалов имеют названия и оцениваются численными значениями, которые устанавливаются путем

стандартных испытаний.

Слайд 16

Надежность.
это комплексное свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах

значения всех параметров при выполнении требуемых функций в заданных условиях эксплуатации и технического обслуживания. Она складывается из долговечности, безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Слайд 17

Долговечность.
свойство объекта (изделия) сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния

при установленной системе технического обслуживания и ремонта (срок службы).
Например, для железобетонных и каменных конструкций нормами предусмотрены три степени долговечности: I – соответствует сроку не менее 100 лет; II – 50 лет; III – 20 лет.

Слайд 18

Безотказность - свойство изделия сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях

эксплуатации в течение некоторого времени без вынужденных перерывов на ремонт.

Отказом - называют событие, при котором система, элемент или изделие полностью или частично теряют работоспособность.

Слайд 19

Ремонтопригодность.
свойство объекта (изделия) к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния при

техническом обслуживании и ремонте.

Слайд 20

Сохраняемость
свойство объекта (изделия) сохранять в заданных пределах эксплуатационные показатели в

течение и после срока хранения и транспортирования установленного технической документацией.

Слайд 21

СОСТАВ И СТРОЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ.
Основные свойства строительных материалов (физические, механические, химические) определяются

их химическим составом и строением.

Слайд 22

В зависимости от химического состава строительные материалы принято делить на:
органические (древесина,

битум, пластмассы);
неорганические (минеральные) (природный камень, бетон, керамика);
- металлические ( сталь, чугун, цветные металлы).

Слайд 23

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ.
неорганических веществ удобно выражать количеством содержащих в них оксидов

(%). Основные и кислотные оксиды химически связаны между собой и образуют минералы, которые и определяют многие свойства материала.

Слайд 24

Минеральный состав
показывает, какие минералы и в каком количестве содержаться в

строительном материале.

Слайд 25

Фазовый состав
это наличие твердого вещества, образующее стенки пор т.е. «каркас»

материала и поры, заполненные воздухом, газом или водой. Причем, если поры материала заполнены водой, то его, например, теплофизические свойства существенно изменяются, так же, как и влажностные деформации. Если вода в порах замерзает, то она изменяет свое фазовое состояние и возникают большие напряжения, которые весьма изменяют механические и деформативные свойства материала..

Слайд 26

Вещественный состав
составляют вещества, входящие в материал: например, многокомпонентные цементы и др.).

Слайд 27

Состав
От состава материала зависит его структура или строение, которые, в свою

очередь, влияют на его свойства.
В материаловедении принято использовать термин строение материала. Существует научно доказанная взаимосвязь между тремя составляющими выражения: «состав – структура – свойства».

Слайд 28

Строение материала изучают на 3-х уровнях:
1. Макроструктура материала – строение, видимое

невооруженным глазом.
2. Микроструктура материала – строение видимое в оптический микроскоп.
3. Внутреннее строение материалов – изучаемое на молекулярно-ионном уровне методами рентгенофазового анализов, рентгеноструктурного и электронной микроскопии.

Слайд 29

Макроструктура:
конгломератная (бетоны);
ячеистая (газобетоны и пенобетоны, ячеистые пластмассы);
мелкопористая (керамика);
волокнистая (древесина, стеклопластики,

минеральная вата);
слоистая (фанера, слоистые пластики);
рыхлозернистая (заполнители для бетона, наполнители для цементов, пластмасс и др.);
макроструктура природных каменных материалов.

Слайд 30

Микроструктура:
может быть кристаллическая и аморфная.
Кристаллическая форма всегда более устойчивая. Она

имеет постоянную температуру плавления и определенную геометрию кристаллов (кристаллический кварц), составляющих материал. Свойства монокристаллов неодинаковы в разных направлениях. Это механическая прочность, теплопроводность, скорость растворения, электропроводность. Явление анизотропии является следствием особенностей внутреннего строения кристаллов.

Слайд 31

Внутреннее строение материалов:
может быть в виде кристаллических решеток. Она может

быть образована: нейтральными атомами (одного и того же элемента, как в алмазе или различных элементов как SiO2); ионами (разноименно заряженных, как в СaCO3, или одноименными, как в металлах); целыми молекулами (кристаллы льда).
От внутреннего строения зависят основные свойства материалов. Оно может изучаться методами рентгеноструктурного анализа, на сканирующем, растровом микроскопах-микроанализаторах и др.

Слайд 32

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.
В строительстве применяют разнообразные материалы. Чтобы облегчить

изучение их особенностей, технические свойства материалов удобно свести в следующие группы: физические, механические, физико-химические и химические.

Слайд 33

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Слайд 34

Параметры состояния
К ним относятся свойства, которыми обладает материал в естественном

состоянии.

Слайд 35

Параметры состояния.
Истинная плотность
ρ (г/см3, кг/м3) – масса (m) единицы

объема материала в абсолютно плотном состоянии - Va:
ρ = m/Va

Средняя плотность

ρm (г/см3, кг/м3) – масса (m) единицы объема материала в естественном состоянии (вместе с порами) - Vе:
ρm = m /Vе

Слайд 36

Параметры состояния.
Относительная плотность
d выражает среднюю плотность материала по отношению

к плотности воды (безразмерная величина):
d = ρm /ρв, где
плотность воды ρв = 1г/см3
Плотность пористых материалов всегда меньше их истинной плотности.

Насыпная плотность

ρн (г/см3, кг/м3) – масса (m) единицы объема рыхло насыпанных зернистых или волокнистых материалов - Vн (цемента, песка, щебня, минеральной ваты и др.):
ρн = m/Vн

Слайд 37

Структурные характеристики.
Почти все строительные материалы имеют поры. Объем пористого материала V

(см3; м3) в естественном состоянии (то есть вместе с порами) слагается из объема твердого вещества Vа и объема пор Vп:
V = Vа + Vп

Строение пористого материала характеризуется общей, открытой и закрытой пористостью, распределением размера пор по их диаметрам или радиусам и их удельной поверхностью.

Слайд 38

Пористость.
Степень заполнения объема материала порами
П = Vп/ Vе
Пористость выражают

в долях от объема материала, принимаемого за 1, или в % от объема.

Слайд 39

Определение пористости.
Экспериментальный (прямой) метод определения пористости основан на замещении порового пространства

в материале сжиженным гелием, ртутью или другой средой. Для сравнения в табл. 1 приводятся параметры состояния некоторых строительных материалов.

Слайд 40

Определение пористости.
Экспериментально-расчетный метод определения пористости использует найденные опытным путем значения плотности

(%) высушенного материала:
П = (1 – ρm / ρ) · 100 , (%)
Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах от 0 (стеклопластик) до 98% (вспененный полимер).

Слайд 41

Коэффициент плотности.
Кпл. – степень заполнения объема материала твердым веществом
Кпл. =

ρm / ρ
ρm - средняя плотность, (г/см3, кг/м3);
ρ – истинная плотность(г/см3, кг/м3).
В сумме П+ Кпл. =1 (или 100%), т.е. высушенный материал можно представить состоящим из твердого каркаса, обеспечивающего прочность, и воздушных пор.
Пористый материал обычно содержит открытые и закрытые поры. Открытые поры материала сообщаются с окружающей средой, могут сообщаться между собой, поэтому они заполняются водой при обычных условиях насыщения (погружении в ванну с водой).

Слайд 42

Пористость.
Открытая пористость
равна отношению суммарного объема всех пор, насыщающихся водой (Vводы),

к объему материала (Vсух).
По = Vводы = (m2 – m1 )· 100%
Vсух. Vе · ρн2о
где
m1 и m2 масса образца соответственно в сухом и насыщенном водой состоянии.

Закрытая пористость

Закрытая пористость Пз соответственно равна
Пз = П - По
Пористый материал обычно содержит и открытые и закрытые поры. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает его долговечность. Однако в звукопоглощающих материалах умышленно создаются открытая пористость и перфорация, необходимые для поглощения звуковой энергии.

Слайд 43

ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Строительные материалы в процессе их эксплуатации и хранения подвергаются

действию воды или водяных паров, находящихся на воздухе. При этом их свойства существенно изменяются. При увлажнении материалов их повышается теплопроводность, изменяются средняя плотность, прочность и другие свойства.

Слайд 44

Гигроскопичность
Гигроскопичностью называют свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из окружающего воздуха.

Такой процесс называют сорбцией. Он обратим. А влага, которую получает материал во время этого процесса, называется сорбционной влажностью. Гигроскопичность и сорбционная влажность измеряются в %. К сильно гигроскопичным материалам относятся древесина, вяжущие вещества.

Слайд 45

Капиллярное всасывание
Это способность материала всасывать и передавать по своей толще

влагу с помощью тонких капиллярных пор. Так грунтовые воды могут подниматься по бетонным, железобетонным и кирпичным стенам на значительную высоту. Для защиты конструкций от увлажнения в результате капиллярного всасывания необходимо тщательно изолировать материал от источника увлажнения с помощью гидроизоляционных материалов.
Эти процессы увеличивают влажность строительных материалов, которая бывает по объему и по массе.

Слайд 46

Влажность
называется количество влаги внутри материала по отношению к его объему

(V) или массе (mс) высушенного материала. (Относительное содержание влаги в материале). Единица измерения – %. Это свойство можно отнести к параметрам состояния.

Слайд 47

Влажность
Влажность по объему:
Влажность по массе:

Слайд 48

Водопоглощение
Водопоглощение – способность материала поглощать и удерживать воду. Единица измерения

– %. Водопоглощение определяют по объёму и массе.
Очень важным свойством является водопоглощение строительных материалов. Особенно это касается стеновых материалов: бетонов, кирпича, древесины.
Водопоглощение определяется выдерживанием образца в воде до постоянной массы.

Слайд 49

Водопоглощение
по массе:
Wm (%) определяют по отношению к массе сухого материала
Wm

= (mнас – mсух) · 100
mсух
mнас. - масса образца материала, насыщенного водой (г);
mс - масса образца материала в сухом состоянии (г)

по объему:

Wо (%) – степень заполнения объема материала водой:
Wо= Vн2о = (mнас - mсух ) · ρm
Vест ρн2о mсух
Wо = Wm · ρm = Wm · d
ρн2о

Слайд 50

Водопоглощение отрицательно влияет на основные свойства строительных материалов, увеличивается плотность, материал

набухает, его теплопроводность возрастает, а прочность и морозостойкость понижаются.
Водопоглощение используют для оценки структуры материала, используя коэффициент насыщения пор водой.

Слайд 51

Коэффициент насыщения пор водой
равен отношению водопоглощения по объёму к пористости:
Кн =

Wо/П
По коэффициенту насыщения пор водой можно достаточно косвенно оценивать морозостойкость материала:
если Кн < 0,6, то можно считать, что материал морозостойкий;
если 0,6 < Кн < 0,8, то материал имеет сомнительную морозостойкость,
а если Кн > 0,8, то материал неморозостойкий.

Слайд 52

Коэффициент насыщения пор водой
Эти утверждения основаны на рассуждениях о величине заполнения

пор водой: чем больше пор заполнены водой, тем вероятность разрушения материала больше после замерзания в порах воды.
Материалы наружных несущих ограждающих конструкций после дождей насыщаются водой. Для обеспечения безопасности требуется знать, будет ли снижаться прочность материала стены.

Слайд 53

Водостойкость
способность материала, насыщенного водой, сохранять свою прочность.
Степень понижения

прочности материала характеризуется коэффициентом размягчения - Кр, который связывает прочность материала, насыщенного водой - Rв и прочность материала в сухом состоянии - Rс.

Слайд 54

Коэффициент размягчения
равен отношению предела прочности материала в водонасыщенном состоянии, к

пределу прочности в сухом состоянии:
Кр = Rнас / Rсух
Коэффициент размягчения характеризует водостойкость материала:
если Кр > 0,8, то материал водостойкий и снижение прочности после водонасыщения не превышает 20 %;
если 0,6 < Кр < 0,8, то материал имеет сомнительную водостойкость;
если Кр < 0,6, то можно считать, что материал неводостойкий и после увлажнения потеря прочности составляет 40 и более процентов.

Слайд 55

Водопроницаемость.
это свойство материала пропускать воду под давлением.
Коэффициент фильтрации Кф (м/ч

– размерность как у скорости) характеризует водопроницаемость материала:
Кф = Vв· а / [S (p1 – p2) t],
где Кф = Vв - количество воды (м3), проходящей через стенку площадью S=1 м2, толщиной а = 1м за время t = 1ч при разности гидростатического давления на границах стенки p1 – p2 = 1м вод. ст.

Слайд 56

Водонепроницаемость.
это способность материала сопротивляться фильтрации воды под давлением (МПа).
Это свойство

очень важно для бетонов. Оно характеризуется маркой по водонепроницаемости при одностороннем гидростатическом давлении, при котором образец не пропускает воду. Существуют марки по водонепроницаемости: W2, W4, W6, W8, W10, W12, W14, W16, W18, W20. Между коэффициентом фильтрации и маркой по водонепроницаемости имеется определенное соотношение: чем ниже коэффициент фильтрации, тем выше марка по водонепроницаемости. Водонепроницаемость не допускают при строительстве гидротехнических сооружений. Стремятся применять достаточно плотные материалы с замкнутыми порами, устраивают гидроизоляционные слои.

Слайд 57

Газо- и паропроницаемость.
Паропроницаемость и газопроницаемость - способность материала пропускать через

свою толщу водяной пар или газы (воздух). Величина, численно равная количеству водяного пара (в мг), проходящего за 1 ч через слой материала площадью 1 м2 и толщиной 1м при условии, что температура воздуха у противоположных сторон слоя одинаковая, а разность парциальных давлений водяного пара равна 1 Па.
Vρ = Kr S t Δp/a
Коэффициент газопроницаемости:
Kr = a V ρ / S t Δp (г /м · ч ·Па)

Слайд 58

Морозостойкость.
способность материала сопротивляться разрушению под действием многократного попеременного замораживания и

оттаивания в насыщенном водой состоянии. Морозостойкость материала количественно оценивается циклами и соответственно маркой по морозостойкости.
За марку материала по морозостойкости принимают наибольшее число циклов (F от слова frost – мороз) попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15% и потери массы – не более 5%. Морозостойкость напрямую связана с водопоглощением материала: чем выше водопоглощение, тем ниже морозостойкость.

Слайд 59

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
Главным теплофизическим свойством для строительных материалов – термическое сопротивление

ограждающей конструкции теплопередаче R.

Слайд 60

Термическое сопротивление теплопередаче.
способность конструкции противостоять движению тепла через нее. В настоящее

время оно устанавливается в СНиП для каждого региона. Для условий Москвы оно установлено 2,5 (м2 · оС)/Вт. На основании этого показателя происходит теплотехнический расчет конструкции стены. Требуемое значение термического сопротивления теплопередаче Rо или термического сопротивления делают толщину стен достаточно большой, поэтому в индустриальном строительстве применяют двух- и трехслойные ограждающие конструкции с использованием эффективного утеплителя (минераловатных плит, плит из пенопласта).

Слайд 61

Теплотехнический расчет конструкции стены:
Rо/r – (1/αв + 1/αн) = ∑ δi/λ

i
r – коэффициент однородности стены:
для однослойной стены r = 0,9; для двухслойной стены r = 0,8;
для трехслойной и более стены r = 0,7;
αв и αн – теплоотдача внутренней и наружной поверхности стены;
δi – толщина каждого слоя стены, м;
λ i – теплопроводность каждого слоя стены, Вт/(м · оС).
По этой формуле находится толщины каждого слоя и всей стены, так как все остальные значения известны.
Теплопроводностью – λ называют способность материала передавать теплоту от одной поверхности другой. Она зависит от влажности материала: чем выше влажность, тем больше теплопроводность.

Слайд 62

Теплопроводность.
Теплопроводность материала характеризуется количеством теплоты, которое способен передать материал через

1м2 поверхности при толщине 1м и разности температур на противоположных поверхностях 1 оС.
На практике удобно судить о теплопроводности по плотности материала.
Известна формула В.П. Некрасова, связывающая теплопроводность λ Вт/(м · оС) с относительной плотностью d:
_____________________
λ = √( 1,16· 0,0196 + 0,22·d 2 ) - 0,16

Слайд 63

Теплоемкость.
это способность материала аккумулировать тепло при нагревании и отдавать его

при остывании.

Слайд 64

Удельная теплоемкость.
это количество теплоты - Q кДж/(кг · оС) , которое

необходимо сообщить 1 кг материала - m, чтобы повысить его температуру на 1 оС - Δt, Иными словами –
c = Q / m · Δt
Существуют различные условия, где строительные материалы могут работать при повышенных температурах. При этом они должны обладать тугоплавкостью или огнеупорностью.

Слайд 65

Тугоплавкость.
Тугоплавкостью называют способность материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры от 1350

до 1580 оС. Единица измерения – оС.

Слайд 66

Огнеупорность.
Огнеупорность – способность материала выдерживать длительное воздействие температуры более 1580

оС, не размягчаясь и не деформируясь. Единица измерения – оС.

Слайд 67

Огнестойкость.
способность материала при пожаре выдерживать в течение времени соприкосновение с

огнем до начала серьезных деформаций и обрушения конструкций. Огнестойкость имеет категории. Единица измерения – часы, ч. При пожаре развиваются высокие температуры: около 1000 оС; при
горении полимеров – до 2000 оС; при горении алюминия – 3000 оС.
Не сгораемые материалы – это бетон, керамический кирпич.

Слайд 68

ДЕФОРМАТИВНЫЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
Строительные материалы и конструкции подвергаются различным внешним воздействиям

и нагрузкам. Нагрузки в свою очередь вызывают деформации и внутренние напряжения.

Слайд 69

Нагрузки.
Нагрузки могут быть статическими, т.е. действующими постоянно, и динамическими, возникающие внезапно

и вызывающие силы трения. Статические нагрузки действуют от массы стен, перекрытий, оборудования и т.п. Ряд сооружений предназначен для восприятия не только статических, но и эксплуатационных динамических нагрузок: мосты, туннели, дорожные и аэродромные покрытия. Статические нагрузки действуют независимо от времени, динамические же главным образом зависят от длительности воздействия: от долей до нескольких секунд, вызывая колебания и смещения сооружений (ударная волна ядерных взрывов и землятресения).

Слайд 70

Деформативные свойства:
упругость
пластичность
хрупкость
модуль упругости
температурные и влажностные деформации
деформации ползучести и

усадки.

Слайд 71

Упругость.
Упругостью твердого тела называется его свойство деформироваться под нагрузкой и

самопроизвольно восстанавливать форму после прекращения внешнего воздействия. Она является обратимой деформацией. Единица измерения – МПа.
Количественной мерой упругости служит модуль упругости Е.

Слайд 72

Пластичность.
Пластичность – это свойство твердого тела изменять свою форму и

размеры под действием внешних сил без нарушения сплошности структуры. После снятия нагрузки образуется остаточная необратимая деформация - пластическая деформация. Единица измерения – МПа.

Слайд 73

Хрупкость.
Хрупкость твердого тела называют его способность разрушаться без образования заметных

остаточных деформаций (пластических). Единица измерения – МПа.
Рассмотрим связь строения и деформативных свойств материала. Внешние силы, приложенные к телу, вызывают изменение межатомных расстояний, отчего происходит изменение размеров деформируемого тела на величину Δl в направлении действия силы (при сжатии - укорочение, при растяжении – удлинение).

Слайд 74

Относительная деформация.
равна отношению абсолютной деформации Δl к первоначальному размеру l

ε = Δl / l [безразмерная величина или мм/м].

Слайд 75

Напряжение.
- мера внутренних сил, возникающих в деформированном теле под воздействием

внешних сил.
Для твердых и упругих тел с увеличением напряжений σ пропорционально возрастают и относительные деформации ε:
σ = E· ε , где
σ – напряжение, МПа;
E – модуль упругости, МПа (модуль Юнга), характеризующий жесткость материала.
Величина модуля упругости зависит от структуры материала: чем выше энергия межатомных связей, тем больше модуль упругости.

При одноосном растяжении (сжатии) напряжение определяется по формуле
σ = Р/F , где
Р – действующая сила; F- площадь поперечного сечения материала.

Слайд 76

ВЛАЖНОСТНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ.
Под действием окружающей среды, при изменении влажности материала могут возникать

влажностные деформации усадки (усушки).

Слайд 77

Усадка.
уменьшение размеров материала при высыхании. Единица измерения – мм/м, иногда–

Слайд 78

Набухание.
увеличение размеров материала при увлажнении. Единица измерения – мм/м, иногда

– %.

Слайд 79

Ползучесть.
Изменение размеров материала под действием его собственной массы называется ползучестью.

Единица измерения – мм/м, иногда – %.

Слайд 80

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Физико-механические свойства являются очень важными для строительных материалов, также

как и гидро- и теплофизические. Они определяются для конструкций, которые являются либо несущими, либо основанием для какого-то покрытия и т.д. К ним относятся прочность при сжатии, при чистом изгибе, при трехточечном изгибе, растяжении.

Слайд 81

Прочность.
способность материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними

силами. Ее оценивают пределом прочности – максимальным напряжением в испытуемом образце материала в момент его разрушения. Единица измерений – кгс/см2, МПа.
Предел прочности материала определяют на образцах, форму и размеры которых устанавливают стандарты на этот материал (для бетона кубы 150*150*150мм; цемент (раствор) 40*40*160мм; горные породы – образцы цилиндры).

Слайд 82

Прочность
сжатие
Прочность при сжатии равна отношению разрушающей нагрузки Pразр. к площади

ее приложения - F. Единица измерений прочности – кгс/см2, МПа:
Rсж. = Pразр. / F

растяжение

Прочность на растяжение при трехточечном изгибе определяется по формуле:
R изг. = 3 · Pразр · l
2 · b · h2 ,
где
Pразр. – разрушающая нагрузка, кН;
l – расстояние между опорами, м;
b и h – ширина и высота образца, м. (для кирпича: 120 (в)*65(h) *250( l)).

Слайд 83

Прочность.
Для оценки эффективности материала используется показатель называемый удельной прочностью

Rуд. или коэффициентом конструктивного качества Кк.к. – отношение показателя прочности R (Мпа) к относительной плотности (безразмерная величина)
Rуд. = Кк.к. = R / d
Единица измерений удельной прочности – кгс/см2, МПа.
К наиболее используемым физико-механическим свойствам можно отнести твердость материалов.

Слайд 84

Твёрдость
Твёрдостью называют свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более

твердого материала. Твердость природных каменных материалов оценивают шкалой Мооса, представленной 10 минералами (возрастающая твердость от 1 до 10), из которых каждый последующий своим острым концом царапает все предыдущие.

Слайд 85

Шкала Мооса:
Тальк Mg3[Si4 O10].[OH2] – легко царапается ногтем
Гипс CaSO4 .2H2O

– царапается ногтем
Кальцит CaCO3 – легко царапается стальным ножом
Флюорит (плавиковый шпат) CaF2 – царапается стальным ножом под небольшим нажимом
Апатит Ca5 [PO4]3 F – царапается ножом под сильным нажимом, стекло не царапает
Ортоклаз K[AlSi3O8] – стальным ножом не царапается, при сильном нажиме царапает стекло
Кварц SiO2 – легко царапает стекло
Топаз Al2 [SiO4].[ F,OH]2
Корунд Al2O3 } – применяются в качестве абразивных материалов
Алмаз C

Материаловедение. Лекция №1

Содержание

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО НАЗНАЧЕНИЮ. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Материаловедение - это наука, изучающая связь состава, строения и свойств

Материаловедение. Каждый материал имеет название, структуру, показатели качества или свойства, их

Любой строительный объект должен отвечать условиям безопасности, быть функционален и экономически

Строительные материалы: 1 группа: конструкционные материалы, которые воспринимают и передают нагрузки

Теплоизоляционные:основное назначение -свести до минимума перенос теплоты через ограждающие конструкции и

Акустические: (звукопоглощающие и звукоизоляционные) – снижающие уровень «шумового загрязнения» помещения.

Гидроизоляционные и кровельные: для создания водонепроницаемых слоев на кровле, подземных сооружениях

Герметизирующие: для заделки стыков в сборных конструкциях.

Отделочные: для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты

Специального назначения: (огнеупорные, кислотоупорные и т.д.), применяемые при возведении специальных сооружений.

Классификация.В основу классификации по технологическому признаку положены вид сырья, из которого

По способу изготовления различают материалы, получаемые:- спеканием (керамика, цемент);- плавлением (стекло,

СВОЙСТВАСвойства материалов имеют названия и оцениваются численными значениями, которые устанавливаются путем

Надежность. это комплексное свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах

Долговечность. свойство объекта (изделия) сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния

Безотказность - свойство изделия сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях

Ремонтопригодность. свойство объекта (изделия) к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния при

Сохраняемость свойство объекта (изделия) сохранять в заданных пределах эксплуатационные показатели в

СОСТАВ И СТРОЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ.Основные свойства строительных материалов (физические, механические, химические) определяются

В зависимости от химического состава строительные материалы принято делить на:органические (древесина,

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ. неорганических веществ удобно выражать количеством содержащих в них оксидов

Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количестве содержаться в

Фазовый состав это наличие твердого вещества, образующее стенки пор т.е. «каркас»

Вещественный составсоставляют вещества, входящие в материал: например, многокомпонентные цементы и др.).

СоставОт состава материала зависит его структура или строение, которые, в свою

Строение материала изучают на 3-х уровнях:1. Макроструктура материала – строение, видимое

Макроструктура: конгломератная (бетоны);ячеистая (газобетоны и пенобетоны, ячеистые пластмассы);мелкопористая (керамика);волокнистая (древесина, стеклопластики,

Микроструктура: может быть кристаллическая и аморфная.Кристаллическая форма всегда более устойчивая. Она

Внутреннее строение материалов: может быть в виде кристаллических решеток. Она может

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ. В строительстве применяют разнообразные материалы. Чтобы облегчить

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Параметры состояния К ним относятся свойства, которыми обладает материал в естественном

Параметры состояния. Истинная плотность ρ (г/см3, кг/м3) – масса (m) единицы

Параметры состояния. Относительная плотность d выражает среднюю плотность материала по отношению

Структурные характеристики.Почти все строительные материалы имеют поры. Объем пористого материала V

Пористость. Степень заполнения объема материала порамиП = Vп/ Vе Пористость выражают

Определение пористости.Экспериментальный (прямой) метод определения пористости основан на замещении порового пространства

Определение пористости.Экспериментально-расчетный метод определения пористости использует найденные опытным путем значения плотности

Коэффициент плотности. Кпл. – степень заполнения объема материала твердым веществомКпл. =

Пористость.Открытая пористость равна отношению суммарного объема всех пор, насыщающихся водой (Vводы),

ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Строительные материалы в процессе их эксплуатации и хранения подвергаются

ГигроскопичностьГигроскопичностью называют свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из окружающего воздуха.

Капиллярное всасывание Это способность материала всасывать и передавать по своей толще

Влажность называется количество влаги внутри материала по отношению к его объему

Влажность Влажность по объему:Влажность по массе:

Водопоглощение Водопоглощение – способность материала поглощать и удерживать воду. Единица измерения

Водопоглощениепо массе: Wm (%) определяют по отношению к массе сухого материала Wm