Реферат: Структура будівельних матеріалів Основні технічні властивості

Питому теплоємність використовують при розрахунку теплотривкості огороджень, термічної тріщиностійкості матеріалів, необхідного підігріву матеріалів при зимовому бетонуванні і т.д.

Матеріали здатні як поглинати, так і передавати теплоту. Один з видів теплопередачі, при якому перенос теплоти здійснюється за рахунок коливання атомів чи руху і взаємодії електронів, називаєтьсятеплопровідністю.

Питома теплопровідність λ, Вт/(м·°С) характеризує кількість теплоти Q, що проходить в одиницю часу t через одиницю поверхні матеріалу F при зміні температури Δt на 1 °С:

де δ – товщина матеріалу, м.

Теплопровідність більшості будівельних матеріалів збільшується з підвищенням температури, причому ця залежність в інтервалі від 0 до 100 °С має характер близький до лінійного. Різко підвищується теплопровідність також зі збільшенням вологості матеріалів. В міру підвищення пористості, особливо об'єму дрібних замкнутих пор, теплопровідність матеріалів понижується. Це обумовлено заповненням їх повітрям, що у нерухомому стані має найменшу питому теплопровідність (при 20 °С λ = 0,025 Вт/(м·°С). Знижується теплопровідність і в міру ускладнення хімічного складу матеріалу, переходу від кристалічного до аморфної будови.

Значення питомої теплопровідності λ, Вт/(м·°С): для міді – 350, сталі – 58, граніту – 2,8…3,4, важкого бетону – 1,3…3,4, цегли звичайної – 0,7…0,8, пористого бетону – 0,15…0,4, мінеральної вати – 0,042…0,081, поропластів – 0,035.

Теплопровідність – найважливіший критерій теплоізоляційних властивостей матеріалів. При впливі на матеріали високих температур важливе значення мають їхня теплостійкість, термо- і вогнетривкість, вогнестійкість.

Теплостійкість– властивість матеріалу зберігати експлуатаційні характеристики (наприклад, міцність, пластичність, ударну в’язкість) при механічному і хімічному впливі в умовах високої температури. Жаростійкість – це здатність матеріалу витримувати тривале нагрівання до 1000°С без зміни експлуатаційних характеристик. До жаростійких відносять різні керамічні і металеві матеріали, ситали, спеціальні бетони.

Термостійкість – це здатність матеріалів витримувати без руйнування циклічні зміни температури. Підвищену термостійкість мають матеріали з низьким коефіцієнтом термічного розширення (плавлений кварц, спеціальне скло), високою теплопровідністю і низьким модулем пружності (метали).

Здатність матеріалів зберігати свої експлуатаційні властивості при впливі вогню в умовах пожежі називають вогнестійкістю. Межею вогнестійкості є тривалість опору впливу вогню до втрати несучої здатності (суттєвого зниження міцності і значних деформацій). Наприклад, у бетону межа вогнестійкості 2…5 год., у залізобетону – 1…2 год., у металевих конструкцій – 0,5 год.

Вогнетривкість – це здатність матеріалів протистояти впливу високих температур не розплавляючись. Вона характеризується температурою, при якій зразок усіченої піраміди розм’якшується так, що його вершина, нахиляючись, торкається основи. Для вогнетривких матеріалів (динас, шамот, корунд і ін.) ця температура не нижче 1580°С.

Міцнісні властивості. У цю групу механічних властивостей входять: міцність, твердість, стиранність і ударна в’язкість матеріалів.

Міцність – це опір матеріалів руйнуванню під дією зовнішніх навантажень. Вона обумовлена взаємодією часток (атомів, чи молекул іонів), що складають матеріали. Фактична міцність матеріалів нижча теоретичної через наявність домішок і дефектів структури.

В залежності від будови й умов випробування руйнування матеріалів може бути крихким чи пластичним. Перше характерно для природних і штучних кам’яних матеріалів, скла, друге – для металів, сплавів, полімерів.

Процес руйнування матеріалу починається з виникнення в ньому мікротріщин, що під дією навантаження розвиваються до критичного розміру, від чого матеріал руйнується. Максимальна напруга, при якій матеріал руйнується під дією зростаючого навантаження, називається межею міцності. При тривалому прикладанні, а також багаторазовому повторенні навантаження, руйнування можливе і при напруженнях, менших межі міцності. Міцність залежить також від температури, характеру середовища і виду напруженого стану (стиску, розтягу, вигину, зрізу, крутіння чи комбінованого впливу). Міцність матеріалів зменшується зі збільшенням їхньої пористості, що приводить до зниження кількості зв’язків між структурними елементами і нерівномірного розподілу навантаження.

У лабораторних умовах міцність визначають руйнуванням контрольних зразків за допомогою гідравлічних пресів, розривних і інших випробувальних машин. Для крихких матеріалів основними міцнісними характеристиками є границя міцності при стиску (R_ст ) і при згині (R₃ ), а для пластичних – при розтягу (R_р ). Границю міцності при стиску і розтягу визначають за формулою:

де Р_mах – максимальне навантаження, Н; F₀ – початкова площа поперечного перерізу зразка, м² ; α – перевідний коефіцієнт від міцності випробовуваних зразків до міцності зразків стандартної форми і розмірів. Для границі міцності при згині

де М – найбільший згинальний момент, Н·м; W – момент опору перерізу зразка, м³ .

Наприклад, при згині балки прямокутного перерізу й одному зосередженому зусиллі

де – відстань між опорами, м; b і h – ширина і висота поперечного перерізу зразка, м.

Прогресивними способами визначення міцності матеріалів безпосередньо у виробах і конструкціях є неруйнівні способи за допомогою ультразвукових, механічних і інших методів.

Опір матеріалів руйнуванню чи деформуванню в поверхневому шарі при місцевих силових впливах характеризує твердість. Твердість матеріалів можна розглядати як їх міцність при вдавлюванні. Для визначення твердості використовуються методи вдавлювання наконечників різних типів і вимірювання відбитків. Відношення навантаження до площі поверхні відбитку називають числом твердості. Для приблизного визначення твердості гірських порід застосовують метод Мооса, заснований на дряпанні матеріалу еталонним мінералом. Першим у шкалі Мооса стоїть тальк, що має твердість 1, а останнім – алмаз із твердістю 10.

Для ряду матеріалів важливими властивостями є також стиранність і ударна міцність. Стиранність характеризується втратами маси зразка, що віднесені до одиниці поверхні, і визначається на спеціальних приладах, а ударна (динамічна) міцність – роботою, витраченою на руйнування зразка при ударі, тобто при короткочасних навантаженнях високої інтенсивності.

Деформативні властивості. Ця група механічних властивостей характеризує деформації матеріалу, тобто їхню здатність змінювати форму і розміри без зміни маси. Розрізняють пружні, або цілком оборотні, необоротні або пластичні, а також складні пружнопластичні чи пружнов’язкопластичні деформації.

Пружність – властивість матеріалу відновлювати форму й об'єм після припинення дії деформуючих сил. Вона обумовлено прагненням часток, що складають матеріал, повернутися у вихідний стан. Найбільша напруга, при якій практично не виявляються залишкові деформації, називається границею пружності. В області пружних деформацій справедливий закон Гука – деформація матеріалу прямо пропорційна діючому напруженню σ: