КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Основные свойства СтМ
А) Физические свойства Плотность – свойство материала, количественно характеризующее отношение его массы к занимаемому им объему. Вопрос. Массы или веса материала? В чем принципиальная разница? Различают истинную плотность материала r, определяемую без учета пустот и пор в нем, и среднюю плотность r0, учитывающей эти показатели. Истинная плотность r определяется для материала в “абсолютно плотном” состоянии и равна массе в единице объема V материала: r = m/V, (2.1) где m – масса материала; V – занимаемый им объем. Средняя плотность r0 определяется для материала с учетом его пустотности как масса единицы его объема V0: r0 = m/V0. (2.2) Плотность пористых материалов r0 еще называют объемной массой, а сыпучих – насыпной плотностью. Кроме того, для сыпучих и волокнистых материалов и изделий отношение объема пустот к общему объему материала или изделия называют пустотностью. Примеры значений r и r0 для некоторых СтМ приведены в табл. 2.1. Таблица 2.1. Примеры значения плотностей для некоторых СтМ
Степень заполнения объема материала твердым веществом называется относительной плотностью d: d = r0/r. (2.3) Для плотных материалов d = 1 (см. табл. 2.1). Пористостью П0 материала называется отношение объема пор Vпор в материале к его объему V0: П0 = Vпор / V0 (2.4) и вычисляется по формуле П0 = 1 – r0/r. (2.5) Свойства СМ (прочность, теплопроводность, водонепроницаемость и др.) определяются их пористостью, а также структурой порового пространства, характеризуемой следующими показателями:
1. Общей пористостью П0. 2. Открытой пористость Пи, равной отношению объемов сообщающихся между собой и поверхностью образца пор Vи, к объему образца V0: , (2.6) где m1 – масса образца в сухом состоянии; m2 – то же в водонасыщенном; V0 – объем образца в сухом состоянии. 3. Закрытой пористостью Пз: Пз = П0 – Пи. (2.7) 4. Интегральной кривой распределения пор по их радиусам в единице объема материала: Рис. 2.7. Интегральная кривая распределения пор по радиусам 5. Дифференциальной кривой распределения объема пор по их радиусам: dV/dr = f¢V(r), (2.8) определяемой как тангенс угла наклона касательной к интегральной кривой, показанной на рис. 2.7. Ее физический смысл – объем всех пор определенного радиуса в единице объема материала. Рис. 2.8. Дифференциальная кривая распределения пор по радиусам 6. Удельной поверхностью порового пространства S, равной площади поверхности пор в единице массы материала. Для сыпучих материалов – это площадь поверхности зерен массой, равной единице. Примеры: для микрокремнезема S = 20000-25000 см2/г, для цемента – 2300-3600 см2/г, для кварцевого песка – 150-250 см2/г. Вопрос: у какого геометрического тела удельная поверхность наибольшая? 7. Средним радиусом пор rср. Вопрос: как можно определить rср? По величине rср поры подразделяются на: а) микрокапилляры с rср < 50 (ангстрем = 10-10 м); б) переходные капилляры 50 < rср £ 1000 ; в) макрокапилляры 1000 < rср £ 10000 ; г) некапиллярные поры 10000 < rср. Отметим, что микро- и близкие к ним по размерам переходные капилляры могут заполняться водой из влаги воздуха, макро- и близкие к ним по размерам переходные капилляры - при контакте с жидкостью (под действием капиллярного давления), а некапиллярные поры – только при погружении материала в жидкость. Гигроскопичность – способность капиллярно-пористого материала поглощать из влажного воздуха водяные пары. При этом, в отличие от сухого состояния (для этого материал высушивается при температуре»105 0С до постоянной массы), материал будет находиться в воздушно-сухом состоянии.
Возвращаясь к классификации пор по размерам, отметим что именно микро- и близкие к ним по размерам переходные капилляры определяют гигроскопическую влажность СМ. Определения: физико-химический процесс поглощения пористым материалом водяных паров из воздуха называется сорбцией, а обратный ему процесс – десорбцией. Типичная кривая процесса сорбции СтМ (сплошная линия) показана на Рис. 2.9. Схема изотермы сорбции при t = const W – равновесное влагосодержание; j – относительная влажность Определение: величина гигроскопичности СтМ (Wг) равна отношению массы поглощенной влаги из воздуха к массе сухого материала (при данной температуре и влажности). Максимальная величина Wг достигается при j = 100 %. Чем выше микрокапиллярная пористость СМ, тем выше Wг. Повышенная гигроскопичность СтМ может значительно ухудшать их свойства – снижать прочность, повышать теплопроводность, но она важна адсорбентов, предназначенных для снижения влажности воздуха (например, изобретением года была признана идея водообеспечения в пустыне за счет сорбции бумагой влаги воздуха ночью и ее испарением днем в замкнутом пространстве – пирамиде с прозрачными стенками). Прочность, теплопроводность и ряд других свойств одного и того же пористого материала изменяются в зависимости от его влажности, характеризующей состояние материала. Определение: влажность материала определяется содержанием в нем влаги, отнесенным к массе материала в сухом состоянии. Влажность материала W вычисляют по формуле (%): , (2.9) где m2 – масса влажного образца; m1 – масса сухого образца. Известны и другие способы определения влажности материала, например, путем измерения электросопротивления и электроемкости влажного материала. Определение: водопоглощением называют способность материала поглощать и удерживать воду.
Определяют его путем полного насыщения водой предварительно высушенного материала. Различают водопоглощение по массе и объему: а) количество поглощенной материалом воды, отнесенное к массе сухого материала, называется водопоглощением по массе Wm (%) и вычисляется по формуле (2.9); б) объем поглощенной материалом воды Vв, численно равный ее массе (m2 – m1), отнесенный к объему материала V, называется объемным водопоглощением WV (%) и определяется по формуле , (2.10) где ρв – плотность воды, равная единице. Объемное водопоглощение WV характеризует интегральную (кажущуюся) пористость материала Па и связано с водопоглощение по массе Wm зависимостью: WV = ρ0 Wm, (2.11) где ρ0 – средняя плотность материала. При увлажнении пористого материала изменяются некоторые его свойства и, прежде всего, уменьшается прочность. Определение: степень снижения прочности материала при предельном его водонасыщении называется водостойкостью. Водостойкость материала численно характеризуется коэффициентом размягчения Кразм., определяемым по формуле: , (2.12) где Rнас. – предел прочности при сжатии материала в насыщенном водой состоянии; Rcyx. – предел прочности при сжатии сухого материала. Снижение прочности материала при его увлажнении может быть вызвано: 1) действием адсорбционно-активной среды (эффект Ребиндера); 2) растворением метастабильных контактов срастания кристаллов, из которых сложен материал; 3) набуханием присутствующих в некоторых материалах глинистых минералов и др. Строительные материалы вследствие различия в плотности, структуре, вещественном составе характеризуются различной водостойкостью. Такие материалы, как стекло, фарфор, сталь, имеют коэффициент размягчения, равный единице; некоторые же природные каменные материалы, содержащие в своем составе значительное количество глины, могут полностью разрушаться при насыщении водой. Определение: водонепроницаемостью называют способность материала не пропускать через себя воду. Повышенные требования по водонепроницаемости предъявляются к материалам для гидротехнических сооружений, труб, резервуаров.
Водонепроницаемость материалов определяется на специальных приборах и численно характеризуется количеством воды В, прошедшим за единицу времени t через единицу площади испытуемого образца S при заданном перепаде давления Р2 – Р1 на единицу его толщины. Водонепроницаемость неплотных материалов характеризуют коэффициентом проницаемости (фильтрации), определяемым по формуле: (2.13) (обозначения смотри выше). Плотные материалы с относительной плотностью d, близкой к единице, такие, как стекло, сталь, фарфор, полиэтилен и др., практически водонепроницаемы. Поэтому их водонепроницаемость характеризуется маркой по водонепроницаемости W2, W4 и т.д., в которой цифра показывает, при каком давлении воды в кг/см2 бетон остается для нее непроницаем. Например, бетон марки по водонепроницаемости W4 не пропускает воду при давлении 0,4 МПа. Вопрос: бетон марки по водонепроницаемости W4 выдержит не протекая какой высоты столб воды? Фильтрация воды через пористый материал обычно происходит по сквозным капиллярам и пустотам. Водонепроницаемость пористых материалов тем ниже, чем больше кажущаяся пористость и крупнее капилляры (рис. 2.10). В то же время, если со временем наблюдается уменьшение размеров капилляров, например, при твердении бетона, то его водонепроницаемость повышается (соответственно снижается водоприницаемость Впр. – рис. 2.11).
Определение: под морозостойкостью понимают способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать требуемое по условиям долговечности или срока службы сооружения число циклов попеременного замораживания и оттаивания. В зависимости от числа циклов попеременного замораживания и оттаивания n, которые выдержал материал, устанавливается его марка по морозостойкости. Цикл испытания включает замораживание образца, предварительно насыщенного водой, в морозильной камере при температуре минус 15-20 °С и последующее оттаивание в воде комнатной температуры. После заданного числа циклов попеременного замораживания и оттаивания определяют изменение прочности материала при сжатии ; (2.14) и его массы , (2.15) где RМрз. и mМрз. – прочность и масса образцов, прошедших n циклов попеременного замораживания и оттаивания; Rнас. и mнас. – прочность и масса водонасыщенных образцов до замораживания. При этом допускается снижение прочности материала не более чем на 15 % и потеря по массе не более чем на 5 %. На результаты, получаемые при определении морозостойкости одного и того же материала, существенно влияет скорость промерзания, которая зависит от формы и размеров образцов и от температуры в морозильной камере. Поэтому для получения сравнимых результатов следует строго придерживаться методических указаний, изложенных в соответствующих ГОСТах. Напряжения, возникающие при замораживании насыщенного водой образца, обусловливаются как односторонним давлением растущих кристаллов льда в порах материала, так и всесторонним гидростатическим давлением воды, вызываемым увеличением объема при образовании льда примерно на 9 %. Последнее объясняется тем, что плотность воды равна единице, а плотность льда 0,917 г/см3. Гидростатическое давление при этом может достигать 200 МПа. Очевидно, что при полном заполнении всех капилляров и пустот пористого материала водой разрушение наступит при первом же цикле замораживания. Способность пористых материалов в насыщенном водой состоянии противостоять многократному замораживанию и оттаиванию обусловливается тем, что часть порового пространства материала остается не заполненной водой. При насыщении пористого материала путем погружения в воду в основном заполняются макрокапилляры; микрокапилляры при этом заполняются водой частично и служат теми резервными порами, куда отжимается вода из макрокапилляров в процессе замораживания. При работе пористого материала в атмосферных условиях (в наземных конструкциях) водой заполняются в основном микрокапилляры за счет сорбции водяных паров из окружающего воздуха; крупные же поры и макрокапилляры являются резервными, и в них отжимается вода при замораживании. Следовательно, морозостойкость пористых материалов с одной и той же интегральной (открытой) пористостью определяется характером структурной пористости и условиями эксплуатации изготовленных из них конструкций. Морозостойкость пористых материалов тем выше, чем меньше их водопоглощение и чем больше прочность при растяжении. Литература к лекции 2 2.1. Айрапетов Д.П. Архитектурное материаловедение: Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1983. – 310 с. 2.2. Рыбьев И.А. Основы строительного материаловедения в лекционном изложении: [учебное пособие]. – М.: Амстрель: АСТ: Хранитель, 2006. – 604 с. 2.3. Александровский С.В. Долговечность наружных ограждающих конструкций. – М., 2004. – 332 с. 2.3. Шейкин А.Е. Строительные материалы. Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1978. 2.4. Баженов Ю.М. Технология бетона. Учебник. – М.: Изд-во АСВ, 2002. – 500 с.
Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 508; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |