Структурные характеристики материалов

Общие сведения

Тема 1. Строительные материалы. Основные физико-механические свойства строительных материалов

В соответствии с агрегатным состоянием дисперсионной среды свойства материалов можно подразделить на три группы.

1. Технические свойства материала как готового продукта, ко­торые можно, в свою очередь, подразделить на общие свойства, характерные для всех материалов, и специальные. К общим отно­сятся физико-механические свойства, долговечность; к специаль­ным свойствам относятся теплопроводность, паро- и водонепро­ницаемость, стойкость к истиранию, звукопоглощение и другие свойства, определяющие назначение материала.

2. Технологические свойства, характеризующие способность исходных материалов при получении изделий перемешиваться, экструдироваться, формоваться, уплотняться. К технологическим свойствам относятся пластичность, вязкость, предел текучести, удобоукладываемость, способность к той или иной обработке, скорость твердения и т.д.

3. Свойства сырьевых компонентов, предопределяющие каче­ство конечного продукта. Например, для бетона важны свойства цемента, заполнителей и добавок. Качество керамического череп­ка зависит от свойств глины, а пластмасс — от свойств полиме­ров и наполнителей.

Экспериментально получаемые характеристики материалов за­висят от методики их определения. Поэтому технические требова­ния к материалам формулируют исходя из стандартных методов испытаний.

Плотность — это масса единицы объема материала в естественном состоянии.

Материал	Структурные характеристики
Абсолютная плотность р, кг/м^3	Плотность Yo. кг/м^3	Истинная пористость П(1, %
Кварц	2 650	—	—
Гранит	2 700... 2 800	2 600... 2 700	0,5... 1,0
Бетон (тяжелый)	2 600... 2 700	2 200...2 500	8...12
Кирпич керамический	2 500... 2 600	1 400... 1 800	25...45
Древесина	1 500... 1 550	400... 800	45...70
Пенополистирол	1 100... 1 200	15...80	92...99
Сталь	7 800	—	—

Абсолютная плотность р — это масса единицы объема матери­ала в абсолютно плотном состоянии:

р = т/ V_a6c.

Насыпная плотность у_н — это масса единицы объема, занимае­мого дисперсным материалом в рыхло или плотно насыпанном состоянии.

Для получения сопоставимых значений у_н в рыхлом состоянии мерный сосуд заполняют гипсом с помощью стандартной наклон­ной плоскости, а портландцементом — с помощью стандартной воронки.

Истинная пористость П₀ (%) — это степень заполнения объе­ма материала порами:

П₀ = (К_пор/ К_ест)100 = [(К_сст- К_абс)/ К_ест]100 = [(р -у₀)/р]100.

Водопоглощение — это способность материала впитывать и удер­живать в себе воду.

Капиллярная пористость П_к (%) — это степень заполнения объе­ма капиллярными (открытыми) порами.

Эти поры заполняются водой, поэтому V_Kan приблизительно равен объему воды в порах: V_Kan = (т_нж-т)/р; капиллярная пори­стость равна водопоглощению по объему: П_к = В₀. Поэтому вели­чину В₀ называют кажущейся пористостью.

Замкнутая пористость П₃ (%) — это степень заполнения объема замкнутыми (закрытыми) порами, в которые вода не проникает. Замкнутую пористость можно приближенно определить по разности между истинной и капиллярной пористостями: П₃ - П₀ - В₀.

Все перечисленные ранее характеристики вычисляются по эк­спериментально полученным значениям четырех величин: массы образца в высушенном (т) и водонасыщенном (т_нж) состоянии; объема высушенного образца в естественном состоянии и абсолютного объема (К_а6с).

Определение массы производится взвешиванием образцов на аналитических или технических весах.

Высушивание образцов производят в лабораторном сушильном шкафу при температуре (100... 110)°С. Периодически взвешивая образцы, следят за изменением их массы в процессе сушки. Когда масса перестает изменяться, сушку заканчивают и образцы поме­щают в эксикатор (стеклянный сосуд с герметично притертой крышкой) для охлаждения.

Насыщение образцов водой производят, погружая образцы в воду на подкладки, или при постепенном повышении уровня воды в сосуде. Окончание процесса заполнения водой открытых пор определяют по постоянству массы образца при периодическом взвешивании. Перед каждым взвешиванием образец обтирают мяг­кой тканью.

Определение объема образца в естественном состоянии выпол­няется различными методами в зависимости от формы образцов.

Образцы правильной формы (кубы, цилиндры) обме­ряют штангенциркулем и вычисляют объем: К_куб = abh, где a, b, h — соответственно длина, ширина и высота куба.

Образцы неправильной формы подвергают обычному и гидростатическому взвешиваниям в водонасыщенном состоянии и вычисляют объем как разность результатов этих взвешиваний, поделенную на плотность воды.

Образцы сыпучих материалов (гравия, щебня) испы­тывают также путем гидростатического взвешивания, однако схе­му испытания несколько видоизменяют (рис. 2.1, б). На чашу ве­сов устанавливают сосуд с водой, в который погружают пустое ведерко, подвешенное на тонкой проволоке к штативу. Весы уравновешивают грузом на другой чаше. В ведерко всыпают пор­цию насыщенного водой гравия (щебня). При этом равновесие весов нарушается из-за того, что на гравий действует выталкива­ющая сила. Значение массы, необходимой для восстановления равновесия, поделенное на плотность воды, равно объему зерен гравия.

Определить абсолютный объем можно только, превратив об­разец в тонкий порошок. При измельчении открываются закры­тые поры, в которые вода не проникла бы при испытании образ­ца целиком. Чем тоньше измельчен образец, тем точнее будет оп­ределен абсолютный объем.

Объем порошка проще всего отмерить с помощью стеклянной колбы Ле-Шателье, на горле которой между двумя рисками име­ется расширение. В этот объемомер заливают жидкость до нижней черты, после чего всыпают измельченный в порошок материал, пока жидкость не поднимется до верхней черты. Объем всыпанного материала равен объему между рисками (обычно 20 или 10 см³).

Дата добавления: 2014-01-04