Конспект лекций по предмету «Строительные материалы» специальности «Мосты и транспортные тоннели»

Основные свойства строительных материалов

Все свойства строительных материалов можно разделить на 4 группы:

1. Физические свойства

2. Механические свойства

3. Химические свойства

4. Технологические свойства

Физические свойства:

1. Истинная плотность материала (ρ)- это масса единицы объема в абсолютно плотном состоянии без пор и пустот

ρ =

Измеряется в г/см³ , кг/м³

Для твердых материалов ρ определяется пикнометрическим способом.

Для жидких материалов ρ определяется при помощи ареометра

1. Средняя плотность (γ)- это масса единицы объема в естественном состоянии, с порами и пустотами

γ =

Измеряется в г/см³ , кг/м³

γ < ρ

1. Пористость (П)- это степень заполнения материала порами.

П=

1. Водопоглощение- это способность материала впитывать и удерживать в себе влагу.

   • Водопоглощение по массе:

m_нас-m_сух

Вм=---------------------*100%

m_сух

• Водопоглощение по объему:

m_нас-m_сух

Во=---------------------*100%

V

1. Морозостойкость- это способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без значительной потери прочности и массы.

Измеряется в циклах.

Потеря прочности при испытании на морозостойкость не должна превышать 15-20%, потеря массы- 5%

1. Теплопроводность- это способность материала передавать тепло через свою толщу.

λ- коэффициент теплопроводности, зависит от пористости.

Измеряется в Вт/м * ^оС

λ_{воздуха}=0,002 Вт/м * ^оС

λ_бетона=0,6-0,8 Вт/м * ^оС

1. Теплоемкость- это способность материала поглощать и удерживать в себе тепло.

С- коэффициент теплоемкости

Измеряется в кДж/кг * ^оС

1. Огнеупорность- это способность материала не разрушаться под действием высоких температур.

Делятся на 3 группы:

• Огнеупорные материалы, выдерживают температуру свыше 1580 ^оС

• Тугоплавкие материалы, выдерживают температуру от 1350 ^оС до 1580 ^оС

• Легкоплавкие материалы, выдерживают температуру до 1350 ^оС

1. Огнестойкость- это способность материала не возгораться.

Делятся на 3 группы:

• Сгораемые материалы (дерево, битум)

• Трудносгораемые материалы (минеральная вата)

• Несгораемые материалы (бетон)

Механические свойства:

1. Прочность- это способность материала не разрушаться под воздействие внутренних напряжений, возникающих при наложении нагрузки или изменении температуры.

Характеризуется пределами прочности (R)

Измеряются в Мпа, кгс/см²

P

Rсж=-------

F

, где P- разрушающая нагрузка, F- площадь

И

P

згиб:

h

l

b

3Pl

Rизг=---------

2bh²

1. Упругость- это способность материала восстанавливать свою форму и размеры после снятия нагрузки.

1. Пластичность- это способность материала изменять свою форму после снятия нагрузки

1. Твердость- это способность материала сопротивляться проникновению в него другого материала.

Для каменных материалов твердость определяется по шкале Мосса (определение производится путем нанесения царапины любым каменным материалом на определяемом материале, при отсутствии царапины испытуемый материал тверже). Шкала состоит из 10 наименований твердых каменных материалов. Самый твердый материал в шкале- алмаз, самых мягкий- тальк.

Для металлов твердость определяется путем вдавливания стального шарика в металл (твердость по Брюнелю)

1. Истираемость

Измеряется в г/см²

1. Хрупкость- определяется с помощью хопров.

Коэффициенты:

1. ККК- коэффициент конструктивного качества

R_{сух сж}

ККК=-------------

γ

1. Км- коэффициент морозостойкости

Во

Км=-----------

П

Если Км>0.85, значит, материал морозостойкий

1. Кразм- коэффициент размягчения

Rнас

Кразм=----------

Rсух

Химические свойства:

Характеризуют способность материала не разрушаться под воздействием кислот, щелочей, растворов солей, агрессивных газов.

Технологические свойства:

Характеризуют способность материала обрабатываться.

Горные породы.

Горная порода- это минеральная масса, состоящая из одного или нескольких минералов.

Минерал- это природное тело с определенными химическими и физическими свойствами.

Классификация горных пород:

Магматические			Осадочные			Метаморфические
Глубинные	Изверженные	Обломочные	Химические осадки	Органогенные	Механические осадки
Гранит Габбро Диорит (щелоче- и кислотостойкие)	Порфир Диабаз Базальт	Вулканический пепел Пемза	Гипс Ангидрит Кальцит Магнезит Доломит	Мел Ракушечник	Щебень Гравий Глина Песок	Сланцы Мрамор Гнейсы

Изверженные магматические породы образуются в результате быстрого охлаждения магмы и имеют полукристаллическое строение. Отличаются высокой прочностью, плотностью. Применяются для облицовочных работ, при каменном литье.

Обломочные магматические породы образуются при извержении вулканов и быстрого охлаждения. Имеют пористую структуру. Небольшая плотность и прочность.

Глубинные горные породы образуются на большой глубине с постепенным остыванием магмы. Имеют кристаллическое строение.

Химические осадочные горные породы образуются в результате наслаивания друг на друга отживших микроорганизмов.

Механические осадочные горные породы образуются в результате выветривания.

Метаморфические горные породы образуются из магматических и осадочных горных пород в процессе их перекристаллизации без плавления.

Минеральные вяжущие вещества (неорганические).

Минеральные вяжущие вещества- это тонко измельченные порошки, которые при затворении с водой образуют пластичное тесто, а со временем переходят в камневидное состояние.

Классификация минеральных вяжущих веществ.

Воздушные	Применение	Гидравлические	Применение	Автоклавного твердения	Применение
Гипсовые вяжущие вещества Воздушная известь Магнезиальные вяжущие вещества Кислотоупорный цемент	Строительство домов	Силикатный цемент Алюминатный цемент Гидравлическая известь Роман-цемент	Строительство мостов, тоннелей	Известково-кремнеземистые вяжущие вещества Известково-шлаковые вяжущие вещества Нефелиновый цемент	Производство кирпичей

Воздушные вяжущие вещества.

Способны твердеть, набирать и сохранять свою прочность только на воздухе.

Гидравлические вяжущие вещества.

Способны твердеть, набирать и сохранять свою прочность как на воздухе, та и в воде.

Автоклавного твердения вяжущие вещества.

Это вяжущие вещества, которые переходят в твердое состояние и сохраняют свою прочность в условиях повышенных температуры и давления.

Воздушные вяжущие вещества.

Гипсовые вяжущие вещества.

Бывают низкообжиговые и высокообжиговые.

Низкообжиговые.

Обыкновенный строительный гипс (алебастр), формовочный гипс, медицинский гипс, высокопрочный гипс.

Сырье- гипсовый камень.

130-180 ^oC

CaSO₄*2H₂O-----------------> CaSO₄*0.5H₂O + 1.5H₂O

Вяжущее вещество

Высокообжиговые.

Ангидритовое вяжущее вещество, экстрих-гипс.

800 ^oC

CaSO₄*2H₂O-----------------> CaSO₄ + 2H₂O

Ангидритовое вяжущее вещество.

Начало схватывания не ранее 30 минут, конец схватывания не позднее 24 часов.

Марки: М-50, М-100, М-150, М-200.

Ангидритовое вяжущее вещество затворяют не водой, а растворами сульфатных солей, в частности раствором MgSO₄.

Экстрих-гипс.

>1000 ^oC

CaSO₄-----------------> CaO + SO₃

Экстрих-гипс можно затворить водой, т.к. CaO- катализатор твердения.

Гипсовые вяжущие вещества применяют для приготовления растворов и бетонов, сухих шпаклевочных смесей, гипсокартонных и гипсоволоконных листов, акустических плиток и т.д.

Воздушная известь.

Воздушная известь- это продукт, получаемый обжигом ниже температуры спекания известково-карбонатной пород, мела, кальцита, известняка-ракушечника и т.д.

Классификация воздушной извести:

1. По внешнему виду:

   • Комовая негашеная

   • Молотая негашеная

   • Известь-пушенка

   • Известковое тесто (известь-пушенка с водой)

   • Известковое молоко

1. В зависимости от содержания CaO известь делится на сорта:

1 сорт- >90%

2 сорт-> 80%

3 сорт- >70%

1. В зависимости от температуры гашения различают высокоэкзотермическую (температура гашения более 70 ^оС) и низкоэкзотермическую (температура гашения менее 70 ^оС) воздушные извести.

1. В зависимости от скорости гашения различают извести:

   • Быстрогасящуюся (время гашения менее 6 минут)

   • Среднегасящуюся (время гашения от 6 минут до 20 минут)

   • Медленногасящуюся (время гашения более 20 минут)

Процесс гашения извести:

1. CaO + H₂O ------> Ca(OH)₂ + Q↑

2. Ca(OH)₂ + CO₂ -----> CaCO₃ + H₂O

Производство извести.

Состоит из стадий: