Какие основные свойства характеризуют качество материала
При изучении основных свойств строительных материалов следует заметить, что они подразделяются на четыре характерные группы: физические, механические, химические и технологические. Каждый материал обладает комплексом свойств, отражающих его технические характеристики. При решении практических задач требуется учитывать все эти свойства в совокупности.
Номенклатура строительных материалов многообразна. Для одинаковых конструкций или их элементов могут применяться различные материалы. Однако выбрать лучший и наиболее дешевый не всегда просто. Например, к стеновым материалам относятся: природный камень, кирпич, бетон (монолитный и сборный), лесоматериалы, армированные пластики, камышит, пеносиликат, саман и т.д. Для конкретных целей должен быть выбран материал, наиболее удовлетворяющий функциональному назначению стены (жилое помещение, подвал, производственный цех, инженерное сооружение и др.), а также экономическим расчетам.
По своим прочностным данным выбранный материал должен значительно превосходить внутренние напряжения, возникающие в нем под влиянием реальных механических сил, тепловых факторов, усадочных явлений и т. д. Под их влиянием не должна нарушаться целостность или сплошность материала и приданная ему форма в конструкции. При проектировании и строительстве учитывается различное отношение материалов к характеру напряжения. Некоторые материалы (металлы, дерево, пластики) хорошо сопротивляются растягивающим усилиям, тогда как другие (бетон, кирпич) не способны их выдерживать, но хорошо сопротивляются сжимающим усилиям.
Одни материалы хорошо работают на изгиб, другие лучше сопротивляются скалыванию. Эти особенности служат важным фактором при выборе материала для конструкции или сооружения.
Кроме прочности материалы характеризуются определенной способностью к деформированию. Одни материалы способны к упругим и пластичным деформациями, другие, наоборот, не способны к ним,
Деформационные показатели качества материалов имеют огромное практическое и теоретическое значение при решении вопросов устойчивости конструкций и сооружений. Материал должен сохранять, по возможности, прочностные и деформационные характеристики в течение длительного периода работы. В противоречии с этим требованием находится влияние внешней среды. Даже очень прочные материалы разрушаются в конструкциях при неблагоприятном воздействии среды. Так, например, высокопрочный и плотный бетон, изготовленный на обычном портландцементе, сравнительно быстро разрушается в морских сооружениях; деревянные сваи,забитые в грунт, недолговечны и подвержены загниванию; силикатный кирпич, уложенный в стены подвальных этажей, в печи и дымоходы, также недолговечен, так как грунтовая вода и высокие температуры в печах способствуют его разрушению. Многие материалы под влиянием влагопоглощения ярко проявляют повышенные пластические свойства. Многочисленные примеры показывают, что выбор технически целесообразного материала обосновывается не только его прочностными характеристиками, но и стойкостью к воздействию внешней среды, в которой работает конструкция. Обычно эта стойкость материала во времени (долговечность) неразрывно связана его химическими и физико-химическими свойствами.
От материала требуется также определенный уровень физических показателей. В одних случаях строительный материал предохраняет жилое помещение от охлаждения и поэтому он должен быть не только прочным, долговечным, но и «теплым», в других случаях требуется поддерживать в помещении (например в холодильной камере) пониженные температуры, следовательно, материал стен должен предохранять от более теплого наружного воздуха и т.д. Поэтому при обосновании технической целесообразности материала необходимо учитывать его физические характеристики.
Материал, применяемый в строительстве, обычно подвергается технологической обработке. Способность поддаваться такой обработке является иногда решающим показателем качества материала. Так, например: для облицовки цокольных этажей здания нередко используют только те горные породы, которые хорошо полируются с образованием зеркальной поверхности, при массовой заготовке щебня для бетонных работ учитывается способность горной породы дробиться в машинах без образования плоских щебенок (лещадки) и т.д.
Таким образом, при выборе материала всегда учитывается его способность реагировать на отдельные или взятые в совокупности, факторы – механические, физические, внешнюю среду, температуру и ее колебания, технологические операции и др., иначе говоря, учитываются его свойства.
Оценка технических свойств и сравнение материалов между собой возможны по показателям, которые получаются при испытании материалов в полевых, заводских или лабораторных условиях, а также в полупроизводственных опытных условиях (полигон, участок, модель и др.).
Теоретическое изучение свойств и методов их определения подкрепляется минимумом лабораторных навыков, приобретаемых студентом во время практических и лабораторных занятий,
Каждый строительный материал должен удовлетворять определеннымтехническим требованиям. Эти требования регламентируется Российскими стандартами — ГОСТами или РС.
В ГОСте дается определение данному материалу, приводятся классификационные признаки и классификация, указывается его происхождение или способ получения, приводятся конкретные цифровые показатели технических свойств, сообщаются необходимые данные по маркировке.и упаковке, правила хранения и транспортировки, даются инструктивные сведения о методах испытания.
Государственные стандарты устанавливаются на все строительные материалы.
Кроме государственных, существуют отраслевые стандарты, устанавливаемые министерствами в отношении сырья и материалов, имеющих ограниченное распространение. Могут быть также стандарты предприятий (фирм), которые устанавливают нормы и требования к материалам. Существуют еще так называемые технические условия (TУ) предприятий (фирм), утверждаемые главным инженером совместно с организацией — потребителем. Они обязательны для данного предприятия при доставке продукции по договору.
Стандарты и технические условия периодически перерабатываются на основе новейших достижений отечественной и мировой науки и техники. Естественно, что студенту необходимо обращаться кпоследним изданиям этих документов.
Литература:
Вопросы для самопроверки
1. Состояние рынка основных строительных материалов (металл, цемент, оконное стекло, бетон, изделия из пластических масс и др.).
2. Перспективы расширения производства изделий и конструкций из бетона, железобетона, синтетических смол, пластических масс.
3. Достижения отечественной и мировой науки в области развития производства основных строительных материалов (каменные материалы, вяжущие и бетоны, керамика, изделия из пластических масс).
4. Классификация строительных материалов,
5. Какие основные свойства характеризуют качество материала
и предопределяют область его применения?
6. Отличие средней и истинной плотности материала. Свойства
материала, зависящие от средней плотности.
7.Какие вы знаете пористые и плотные материалы?
8. Что называется плотностью и пористостью материала?
9. Что называется водопоглощением, как оно определяется?
10. Как изменяются свойства материала в зависимости от изменения влажности?
11. Что называется коэффициентом размягчения?
12. Приведите примеры водонепроницаемых материалов.
13. Что такое морозостойкость?
14. Какие материалы называются морозостойкими?
15. Что называется теплопроводностью?
16. Какие факторы оказывают влияние на коэффициент теплопроводности материалов?
17. Что такое коэффициент теплопроводности, в каких единицах он выражается?
18. Когда применяется формула В. П. Некрасова для определения
коэффициента теплопроводности материала?
19. Что называется газопроницаемостью материала, чем она характеризуется,
и какие факторы влияют на нее?
29. На какие группы делятся строительные материалы по огнестойкости,
приведите примеры по каждой группе.
21. Приведите примеры огнеупорных, тугоплавких и легкоплавких
материалов.
22. Приведите примеры материалов, хорошо работающих на сжатие и на изгиб.
23. Какую форму и размеры имеют образцы из естественных и
искусственных каменных материалов при испытании их на сжатие?
24. Как определить прочность известняка, древесины, стали и бетона?
25. Приведите примеры упругих и пластичных строительных материалов.
26. Что вы понимаете под долговечностью материала?
27. Каково влияние состава и строения материала на химическую стойкость?
3. Природные каменные материалы
Природный камень является наиболее простым и доступным строительным материалом. Его добыча и обработка производится на протяжении многих веков и тысячелетий. Камень использовался не только в виде массивных изделий (при строительстве памятников и других монументальных сооружений), но и в рыхлом. состояния (гравий, песок, жерства, глина). По мере совершенствования техники разработки месторождений камня расширялась номенклатура продукции из природного камня, употребляемого в строительстве.
В настоящее время природный камень используется в качестве
заполнителя в бетоне и железобетоне, для кладки и облицовки
многочисленных инженерных, гидротехнических и санитарно-технических
сооружений, для дорожного строительства, в качестве фильтрующих материалов при выполнении дренажных, канализационных и водопроводных работ и т. п. Природный камень перерабатывается, на неорганические вяжущие вещества, из него вырабатываются стекло, керамика и некоторые другие строительные материалы. Поэтому, разведке и разработке месторождений – каменных, гравийных, песчаных месторождений, повышению производительности труда в карьерах за счет максимального внедрения механизации уделяется большое внимание. При этом стоимость камня продолжает оставаться высокой. Щебень и песок поступают из карьеров загрязненными, не разделенными на отдельные фракции, что приводит к повышению расхода цемента при изготовлении бетонных и железобетонных деталей и конструкций.
При изучении этого раздела предварительно следует ознакомиться с породообразующими минералами, их химическим составом структурой, а также свойствами, от которых зависят свойства горных пород.
Все минералы различаются по твердости, спайности, плавкости, цвету, средней плотности. Эти основные свойства и следует учитывать при описании отдельных минералов в процессе изучения (с конспектированием).
Минералы разделяются по химическому составу и структуре на пять классов: силикаты, окислы, карбонаты, сульфаты и сульфиды. При изучении основных представителей каждого класса следует выписывать в тетрадь их химический состав, свойства и породы, в которых встречаются данные минералы.
Из класса силикатов необходимо обратить внимание на полевые шпаты (плагиоклазы и ортоклаз), нефелин, роговую обманку, авгит, слюды и гидрослюды (биотит, мусковит, вермикулит), тальк, асбест, каолинит и монтмориллонит; из класса окислов: на кварц, опал, магнетит, гематит и лимонит; из класса карбонатов: на кальцит, магнезит, доломит; из класса сульфатов: на ангидрит, гипс, барит; из класса сульфидов на киноварь, пирит, цинковую обманку (сфалерит) и свинцовый блеск (галенит).
Изучение минералов рекомендуется проводить в геологическом кабинете института, в местном минералогическом музее или по коллекциям образцов минералов и горных пород, имеющихся в местных учебных заведениях (школах, техникумах).
После изучения минералов можно перейти к рассмотрению горных пород, применяемых в строительстве.
Горные породы возникали в земной коре под влиянием определенных геологических процессов, что нашло отражение в их структуре и свойствах. Поэтому, рассматривая породу, необходимо четко выяснить ее происхождение (генезис). По генезису все горные породы подразделяются на три типа: магматические, осадочные и метаморфические. Необходимо выяснить сущность соответствующих им геологических процессов (кратко) и перейти к рассмотрению представителей каждого типа пород.
Магматические породы подразделяются на глубинные и излившиеся. Из глубинных пород изучаются гранит, сиенит, диорит и габбро и особенности этого ряда. Из числа излившихся — порфиры, диабазы и базальты, а также высокопористые вулканические породы— пемзы и туфы.
Осадочные породы подразделяются на механические осадки (рыхлые и сцементированные), химического и органогенного происхождения. Изучаются также различные виды этих пород: из рыхлых – валунный камень, дресва и щебень, гравий и песок, глина, а из сцементированных – песчаники, конгломераты и брекчии; из пород химического происхождения — известняки, магнезиты, гипс и ангидрит; из пород органогенного происхождения — известняки, диатомиты и трепел; из пород смешанного происхождения — доломит, мергель, опока.
Метаморфические породы представлены в основном гнейсами, сланцами (глинистыми, слюдяными, тальковыми и др.), мраморами и кварцитами.
При изучении пород выясняются их минералогический состав, характер структуры, важнейшие показатели технических свойств (прочность, весовые характеристики, технологические показатели и др.), основные месторождения.
Изучение этого раздела завершается краткими данными о переработке камня, о видах готовой продукции, выпускаемой из природного камня, и об основах повышения долговечности камня в конструкциях.
Литература:
Вопросы для самопроверки
1. Какие строительные материалы и изделия получают из горных пород?
2.Воспроизведите классификацию горных пород по условиям их образования.
3. Из каких минералов состоят основные изверженные горный породы?
4.Каковы характерные свойства минералов, образующих изверженные горные породы?
5.Какие минералы придают горным городам высокую вязкость и прочность?
6. Приведите примеры горных пород широко применяемых в тяжелых и легких бетонах.
7. Как образовались осадочные горные породы?
8. Какие горные породы применяют для производства минеральных вяжущих веществ?
9. Какие природные каменные материалы применяют для облицовки внутренних и внешних частей зданий и в качестве стеновых материалов отапливаемых зданий?
10. Перечислите горные породы, состоящие в основном из карбонатов и сульфатов кальция и магния и применяющиеся в производстве строительных материалов. Основные свойства этих пород.
11. Что представляет собой мергель?
12. Где применяют диатомит и трепел?
13. Для каких целей в строительстве применяют гранит, диабаз, базальт, кварцит, известняк, мел?
14. Как относятся к высоким температурам гранит, известняк, доломит, гипс, мрамор, гнейс, базальт?
15, Какие условия характерны для образования метаморфических горных пород?
16, Какие существуют методы добычи природных каменных материалов?
17. Какие машины и механизмы применяются при разработке карьеров?
18. Какие машины и механизмы применяют для обработки каменных материалов?
19. Как используются отходы от обработки штучных камней в деталей?
20. Сущность работ по флюатированию камня.
Дата публикования: 2015-01-10; Прочитано: 2019 | Нарушение авторского права страницы
studopedia.org – Студопедия.Орг – 2014-2020 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования
(0.007 с)…
Источник
СОДЕРЖАНИЕ:
Механические свойства (прочность, твердость,
триботехнические характеристики)………………………………
Коррозионная стойкость
Температурные характеристики
Электрические и магнитные свойства
Технологические свойства
Механические свойства
Механические свойства материалов характеризуют возможность их использования в изделиях, эксплуатируемых при воздействии внешних нагрузок. Основными показателями свойств материалов являются:
прочность;
твёрдость;
триботехнические характеристики.
Их параметры существенно зависят от формы, размеров и состояния поверхности образцов, а также режимов испытаний (скорости нагружения, температуры воздействия окружающих сред и других факторов).
Прочность–свойство материалов сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы под действием внешних нагрузок. Она обусловлена силами взаимодействия атомных частиц, составляющих материал.
Если при растяжении образца сила внешнего взаимодействия на пару атомов превосходит силу их притяжения, то атомы будут удаляться друг от друга. Напряжение, возникающее в материале и отвечающее силе межатомного притяжения, соответствует теоретической прочности.
При возникновении в материале локального напряжения больше теоретической прочности произойдет разрыв материала по этому участку. В результате образуется трещина. Рост трещин продолжается, пока в результате их слияния одна из трещин не распространится на все сечение образца и не произойдет его разрушение.
Деформирование–изменение относительного расположения частиц в материале (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, сдвиг). Таким образом, деформация–изменение формы и размеров изделия или его частей в результате внешнего воздействия. Деформацию называют упругой, если она исчезает после снятия нагрузки, или пластичной, если она не исчезает (необратима)
Предел упругости–напряжение, при котором остаточные деформации , т.е.деформации, обнаруживаемые при разгрузке образца) достигают значения, установленного техническими условиями. Предел упругости ограничивает область упругих деформаций материала.
Предел текучести–напряжение, отвечающее нижнему положению площадки текучести на диаграмме (рис.1) для материалов разрушению которых предшествует заметная пластическая деформация. Прочие материалы характеризуют условным пределом текучести–напряжением, при котором остаточная деформация достигает значения, установленного ТУ.
Обычно остаточная деформация не превышает 0,2%. Отсюда и обозначение
ε
Рис.1 Зависимость нормального напряжения σ в образце
от его относительного удлинения ε при растяжении:
предел упругости;предел текучести;
предел прочности (временное сопротивление)
Предел прочности–напряжение или деформация, соответствующие максимальному (в момент разрушения образца) значению нагрузки. Отношение наибольшей силы, действующей на образец, к исходной площади его поперечного сечения называют временным сопротивлением (разрушающим напряжением) и обозначают .
Предел прочности –основная характеристика, механических свойств хрупких материалов, т.е. материалов, которые разрушаются при малых пластических деформациях.
Правила определения характеристик технической прочности материалов при растяжении, сжатии, изгибе, кручении и других видах напряженного состояния установлены в ГОСТ.
У современных конструкционных материалов предел прочности составляет:
o Конструкционные стали – 600…3000 н/мм2
o Алюминиевые сплавы – 200…900 н/мм2;
o Титановые сплавы – 600…1600 н/мм2;
o Композиционные материалы – 300…20000н/мм2
Динамическая прочность–сопротивление материалов динамическим нагрузкам, т.е. нагрузкам, значение, направление и точка приложения которых быстро изменяется во времени.
Усталость материалов–процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных напряжений, приводящих к изменению свойств материалов, образованию и разрастанию трещин. Свойство материалов противостоять усталости называется выносливостью.
Ползучесть–непрерывное пластическое деформирование материалов под действием постоянной нагрузки. Любые твердые материалы в той или иной степени подвержены ползучести во всем диапазоне температур эксплуатации. Вредные последствия ползучести материалов особенно проявляются при повышенных температурах.
Причиной неудовлетворительной прочности изделий может быть влияние поверхностных дефектов и напряжений, которые возникают из-за неравномерного распределения нагрузки, обусловленного особенностями конструкции. Поэтому прочность конструкционных элементов (сварных швов и болтов, валов и т.д.) –конструкционная прочность во многих случаях ниже технической прочности исходных материалов.
Твердость является механической характеристикой материалов, отражающей их прочность, пластичность и свойства поверхностного слоя изделия. Твердость во многом определяет износостойкость деталей машин, воспринимаемые ими без разрушения контактные нагрузки, таким образом существенно влияя на технические самой машины или прибора. Она выражается сопротивлением материала местному пластическому деформированию, возникающему при внедрении в материал более твердого тела–индентора. В зависимости от способа внедрения и свойств индентора твердость материалов оценивают по различным критериям, несколько методов:
– вдавливание индентора (закаленный шарик – по Бриннелю, алмазная пирамидка по Виккерсу, алмазный конус по Роквеллу);
– динамические методы;
– царапанье.
Динамические методы измерения твердости не приводят к возникновению дефектов поверхности изделий. Распространен способ определения твердости в условных единицах по высоте отскакивания легкого ударника (бойка), падающего на поверхность испытываемого материала с определенной высоты. Применяется и метод измерения твердости с помощью ультразвуковых колебаний, основанный на регистрации изменения частоты колебаний измерительной системы в зависимости от твердости исследуемого материала.
Путем царапанья сравнивают твердость исследуемого и эталлонного материалов. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастания их твердости: 1-тальк,2-гипс,3-кальцит,4-флюорит,5-аппатит,6-ортоклаз,7-кварц,8-топаз,9-корунд,10-алмаз.
Триботехнические характеристики определяют эффективность применения материалов в узлах трения.
Под триботехникой понимают совокупность технических средств, обеспечивающих оптимальное функционирование узлов трения.
Основные триботехнические характеристики материалов:
– износостойкость;
– прирабатываемость;
– коэффициент трения.
Износостойкость–свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения. Отношение величины износа к интервалу времени, в течение которого он возник, или пути, на котором происходило изнашивание–это, соответственно, скорость изнашивания и интенсивность изнашивания. Износостойкость материалов оценивают величиной обратной скорости и интенсивности изнашивания.
Прирабатываемость–свойство материала уменьшать силу трения, температуру и интенсивность изнашивания в процессе приработки. Обеспечение износостойкости напрямую связано с предупреждением катастрофического изнашивания и прирабатываемостью.
Коэффициент трения–отношение силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу. Его значения зависят от скорости скольжения, давления и твердости материалов трущихся поверхностей.
Триботехнические характеристики материалов зависят от следующих основных групп факторов, влияющих на работу узлов трения:
· внутренних, определяемых природой материалов;
· внешних, характеризующих вид трения(скольжение, качение);
· режима трения (скорость, нагрузка, температура);
· среды и вида смазочного материала
Совокупность этих факторов обуславливает вид изнашивания: абразивное, адгезионное, эрозионное, усталостное и др.
Основная причина всех видов изнашивания-работа сил трения под воздействием которых происходит многократное деформирование поверхностных слоев трущихся тел, изменение их структуры и т.д.
Коррозионная стойкость.
Коррозия–физико-химический процесс изменения свойств, повреждения и разрушения материалов вследствие перехода их компонентов в соединения с компонентами окружающей среды.
Под корррозионным повреждением понимают любой дефект структуры материала, возникший в результате коррозии. Если механические повреждения ускоряют коррозию материалов, а коррозия облегчает их механические разрушения, имеет место коррозионно-механическое повреждение материалов.
Электрохимическая коррозия-процесс взаимодействия материалов и окружающей среды посредством электродных реакций. Металлы наиболее подвержены этому виду коррозии вследствие высокой электрической проводимости и химической активности.
Коррозионное повреждение различных участков материала может быть неодинаковым. По характеру разрушения материалов различают равномерную и местную коррозию. Последняя возникает из-за химической или физической неоднородности среды и материала на отдельных участках поверхности изделия.
С конструктивными особенностями изделий связаны щелевая и контактная коррозии. Первая протекает в непосредственной близости от узкого отверстия или зазора в конструкциях. Вторая вызвана контактированием металлов, различающихся по электродному потенциалу, например, пара металлов: медь–железо.
Для оценки сопротивления материалов коррозии используют следующие параметры:
– фронт коррозии–воображаемая поверхность, отделяющая поврежденный материал от неповрежденного;
– скорость коррозии–это скорость продвижения ее фронта;
– техническая скорость коррозии–ее наибольшая скорость, вероятностью превышения которой нельзя пренебречь в конкретных условиях.
Сопротивление материалов коррозии характеризуют с помощью параметра коррозионной стойкости–величины обратной технической скорости коррозии в данной коррозионной системе (R=1/Vкорр.).Условность этой характеристики заключается в том, что она относится не к материалу, а в целом к коррозионной системе. Коррозионную стойкость материала нельзя изменить, не изменив других параметров коррозионной системы.
Противокоррозионная защита–это изменение коррозионной системы, ведущее к снижению скорости коррозии материала.
Источник