Файл: 1. Механические свва стр материалов.docx

1.Механические св-ва стр. материалов.

Механические свойства характеризуют способность материала со­противляться действию внешних сил или иных факторов (например, температурных), вызывающих в нем внутренние напряжения сжатия, растяжения или сдвига.

Основные механические свойства строительных материалов: прочность, твердость, износостой­кость, деформативность (упругость, пластичность).

Прочность — свойство материала в определенных условиях и пределах воспринимать нагрузки или другие воздействия, вызывающие в нем внутренние напряжения, без разруше­ния.

Твердость — способность материалов сопротивляться проникнове­нию в них других материалов. Твердость — величина относительная, так как твердость одного материала оценивается по отношению к другому. Самый простой метод определения твердости — по шкале твердости. В эту шкалу входят 10 минералов, расположенных по возрастающей твердости, начиная от талька (твердость 1) и кончая алмазом (твердость 10). Твердость исследуемого материала определяют, последовательно царапая его входящими в шкалу твердости минера­лами.

Износостойкость — способность материала противостоять воздей­ствию на него сил трения и ударных воздействий от движущихся предметов. Определяют ее на специальных приборах, снабженных абразивными насадками и моделирующих реальный процесс изнаши­вания. Износостойкость — важное свойство материалов, используемых для покрытий полов, дорог и т. п.

Материалы, ведущие себя подобно глине, т. е. сохраняющие де­формации после снятия нагрузки, называются пластичными. Соответ­ственно обратимые деформации называются упругими деформациями, а необратимые — пластическими.
2.Физические св-ва стр.материалов.

Основные структурные характеристики материала, во многом оп­ределяющие его технические свойства,— это плотность и пористость. Плотность — физическая величина, определяемая массой вещества (или материала) в единице объема.

Истинная плотность р (кг/м3) — масса единицы объема материала, когда в расчет берется только объем твердого вещества К(м3): p = m/Va.

Средняя плотность материала рп1 (кг/м3) (далее мы будем называть ее просто плотностью) — физическая величина, определяемая отноше­нием массы т (кг) материала ко всему занимаемому им объему VecT (м3), включая имеющиеся в нем поры и пустоты:

Пористость — степень заполнения объема материала порами, %

Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 до 90...98 %
3. Гидрофизические св-ва стр. материалов.

Влажность — содержание влаги в материале в данный момент, отнесенное к единице массы материала в сухом состоянии.

Водопоглощение — способность материала поглощать влагу и удер­живать ее в своих порах.

Гигроскопичность — способность материалов поглощать водяные пары из воздуха. Гигроскопичность зависит от химического состава материала и характера его пористости. К гигроскопичным материалам относятся древесина и гипс.

Снизить гигроскопичность можно, покрывая поверх­ность материала гидрофобными (водоотталкивающими) веществами.

Влагоотдача — способность материала терять находящуюся в его порах воду. Влагоотдачу определяют количеством воды, испаряющейся из образца материала в течение суток при температуре воздуха 20° С и относительной влажности 60 %.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения.
4.Классификация горных пород по генезису:

Горной породой называют крупное скопление, сложенное из одного или нескольких минералов (т. е. моно- или полиминеральные породы) И характеризующееся достаточно постоянным составом, строением и свойствами. Процентное содержание минералов в горной породе оп­ределяет ее минеральный состав. Форма, размер и взаимное располо­жение минералов, наличие пор и т. п. обусловливают ее структуру. Минеральный состав и структура определяют свойства горной породы.

Классификация:

Магматические: 1. Массивные (глубинные и излившиеся)

2. Обломочные (рыхлые и цементированные)

Осадочные: 1. Механические отложения (рыхлые и цементированные)

2. Химич. Осадки (гипс, ангидрид)

3. Органогенные отложения

Метаморфические: 1. Изменённые магматические

2. Изменённые осадочные
5. Основные породообразующие минералы горных пород.

Минерал (от лат. minera — руда) — природное тело, однородное по химическому составу, строению и свойствам, образующееся в резуль­тате физико-химических процессов на поверхности и в глубинах земли. Минералы в подавляющем большинстве — твердые тела: кристалличе­ские и аморфные.

В природе найдено более 3 тыс. минералов, но лишь немногие из них образуют крупные скопления; такие минералы называют породо­образующими.

Минералы группы кремнезема SiO2 — ряд минералов, представляю­щих собой модификации диоксида кремния — кварц, опал и халцедон.

Кварц — наиболее распространенная модификация кремнезема, являющаяся существенной составной частью многих горных пород (гравий, кварцита, песка и др.). Плотность кварца — 2650 кг/м3, твердость — 7, стойкость к выветриванию и химическая стойкость — очень высокая. Прочность при сжатии кристаллов кварца высокая ..2000 МПа. Плавится кварц при 1710° С; при быстром охлаждении сплава образуется кварцевое стекло.

Полевые штаты (от нем. Spalten — раскалываться) — группа алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных металлов общей формулы Me • А1203 • nSi02 (где Me — калий, натрий или кальций). Полевые Шпаты — самые распространенные минералы, от массы изверженных пород (гранитов, сиенитов, габбро и др.).

Важнейшими разновидностями полевых шпатов являются:

ортоклаз (прямораскалывающийся) К20 • А1203 • 6Si02;

плагиоклазы (косораскалывающиеся) непрерывного изоморфного шла от альбита Na20 • А1203 • 6Si02 до анортита СаО ■ А1203 • 2Si02.

Полевые шпаты — довольно твердые минералы: твердость — 6...6,5. Спайность у них проявляется в двух плоскостях. Плотность в зависи­мости от состава — 2500...2800 кг/м3. Температура плавления — 1200...1500° С. Прочность и стойкость несколько ниже, чем у кварца до 200 МПа).

Железистомагнезиальные силикаты — темноокрашенные минера­лы, входящие в состав основных и ультраосновных изверженных пород (габбро, базальты, диабазы и др.). Наиболее распространенные мине­ралы этой группы — пироксены, амфиболы, роговая обманка и оливин.

Средняя плотность у этих минералов больше, чем у кварца и полевых шпатов, за счет присутствия железа — 3200...3800 кг/м3; твер­дость — 5,5...6,5. Отличительная черта железистомагнезиальных сили­катов — высокая ударная вязкость, благодаря чему породы, в которых присутствуют эти минералы, имеют меньшую хрупкость и повышенную износостойкость.

Слюды — группа минералов, представляющих собой водные алю­мосиликаты слоистой структуры и обладающих весьма совершенной спайностью в одной плоскости, т. е. легко расщепляющиеся на тон­чайшие пластинки. Твердость слюд не высока — 2,5...3. Слюда — ши­роко распространенный минерал изверженных и осадочных пород. Общее количество слюды составляет несколько процентов от массы всей земной коры, но промышленные месторождения слюды с круп­ными кристаллами (10 см2 и более) встречаются редко. Среди слюд наибольшее распространение имеют мусковит и биотит.

Мусковит — прозрачная калиевая слюда плотностью 2750...3000 кг/м3. Биотит — темная железистомагнезиальная слюда; плотность — 3000...3300 кг/м3. Для строителей представляет интерес ее разновид­ность — вермикулит с молекулярной межслоевой водой. Благодаря этому вермикулит при нагревании до 900...1000° С вспучивается, как гармошка, увеличиваясь в объеме в 15...20 раз. Вспученный вермикулит применяют для изготовления тепло- и звукоизоляционных материалов.
6. Добыча и обработка природного камня.

Методы добычи и обработки природного камня зависят от вида конечной продукции (щебень, облицовочные плиты, стеновые камни и т. п.) и свойств разрабатываемой породы (в основном от ее твердости).

В камнеобрабатывающей промышленности принята следующая классификация горных пород:

• твердые — породы, в состав которых входят минералы с твердо­стью 6...7 (кварцит, гранит, габбро, лабрадорит и т..п.);

• средние — минералы этих пород имеют твердость не выше 5 (мрамор, плотные известняки, доломиты, некоторые виды туфа " т. п.);

• мягкие — сравнительно небольшая группа пород с твердостью 2...3 (гипс, ангидрит, известняк ракушечник, высокопористые туфы и т. п.).

Щебень и бутовый камень получают, разрабатывая горные породы взрывным методом. Образовавшиеся после взрыва обломки породы дробят до нужного размера и рассеивают по фракциям.

Средние и мягкие породы добывают в карьерах с помощью камне­резных машин, снабженных твердосплавными дисковыми, цепными или канатными пилами.

Вырезку мелкоштучных блоков из таких пород производят поточ­ным методом. В этом случае по рельсовому пути, проложенному в карьере, движутся три дисковые камнерезные машины, производящие горизонтальные и вертикальные пропилы и пропилы, отделяющие камень от основного массива породы.

Кроме машин с дисковыми режущими органами применяют машины с цепными пилами, глубина пропила у которых достигает 1,5...2 м.

Для вырезки блоков из пород средней твердости могут применяться дисковые и цепные пилы, снабженные алмазными режущими насадка­ми.

Для получения гладких шлифованных и полированных поверхно­стей используют специальные станки.

Для точной обрезки кромок плит, а также для получения профи­лированных изделий (поясов, карнизов, ступеней и т. п.) применяют фрезерные и профилирующие машины. Режущими элементами в этих машинах являются диски и профилирующие фрезы, изготовленные из особо твердых абразивов.
7. Материалы и изделия из горных пород.

Виды материалов и изделий. В зависимости от степени обработки различают грубообработанные каменные материалы и штучные изде­лия и профилированные детали.

К грубообработанным материалам относят:

• песок — минеральные зерна размером от 5 до 0,16 мм, получаемые при просеивании мелких рыхлых пород или дроблением и рассевом отходов камнеобработки;

• гравий — окатанные (округлые) зерна размером от 5 до 150 мм, получаемые из рыхлых залежей рассевом;

• щебень — куски камня неправильной формы размером от 5 до 150 мм, получаемые, главным образом, дроблением крупных кусков горных пород с последующим рассевом (встречается и природный щебень — «дресва»);

• бутовый камень — крупные куски камня неправильной формы, получаемые взрывным методом (рваный бут), или плиты неправильной формы (постелистый бут или плитняк), получаемые выламыванием из слоистых пород.

К изделиям из природного камня относят коло­тые и пиленые изделия для облицовки и кладки стен, устройства полов, дорожных покрытий, гидротехнических сооружений и др.

Стеновые камни получают выпиливанием из мягких горных пород.

Дорожные каменные материалы изготовляют из плотных прочных и износостойких пород, так как условия работы дорожных материалов крайне суровы. К дорожным материалам относятся: бортовые камни, брусчатка и булыжный камень.

Каменные материалы для гидротехнических сооружений — главным образом, защитные облицовки мостовых конструкций, шлюзов и пло­тин, устройство набережных и т. п. Основное требование к горным породам, используемым для этих целей,— высокая морозостойкость (не менее F300) и износостойкость. Этим требованиям удовлетворяют плотные изверженные породы (граниты, сиениты, диабазы и др.).

В процессе добычи и обработки горных пород для получения природных каменных материалов (отделочных и стеновых) в карьерах и камнеобрабатывающих заводах образуется много отходов. Количе­ство их достигает до 80 % от объема разрабатываемой породы. Эти отходы можно использовать в самых разнообразных целях.

Мелкие фракции (5...20 мм) отходов декоративных пород (в осо­бенности мрамора) используют при получении декоративных бетонов для отделки лицевых поверхностей стеновых панелей и мозаичных бетонов для покрытий полов, лестниц, подоконников.
8.Защита природ-го камня от действия агрес-ых факторов.

Непременным условием длительной службы каменных материалов в сооружениях является правильный их выбор с учетом эксплуатаци­онной среды, химико-минералогического состава и структуры матери­ала.

Однако даже самые прочные породы, из которых выполнен материал, под механическими и химическими воздействиями атмос­ферных факторов и различных микроорганизмов разрушаются. Этот процесс по аналогии с разрушением металлов называют коррозией.

Основной причиной коррозии каменных материалов в строитель­ных конструкциях является физико-химическое воздействие воды. Это воздействие проявляется в растворяющей способности воды. Кроме того, резкое изменение тем­пературы приводит к появлению на поверхности камня, особенно из полиминеральных пород, микротрещин, которые становятся очагами разрушения. Различные микроорганизмы и растения (мхи, лишайни­ки), поселяясь в порах и трещинах камня, извлекают для своего питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, вызывающие био­логическое разрушение камня.

Стойкость каменных материалов против коррозии тем выше, чем они плотнее (меньше пористость) и чем меньше их растворимость. Поэтому все мероприятия по защите каменных мате­риалов от коррозии направлены на предохранение их от воздействия воды и на повышение поверхностной плотности. Эти меры могут быть конструктивными и физико-химическими.

Конструктивная защита от увлажнения осуществляется путем уст­ройства надлежащих стоков воды, придания каменным материалам гладкой полированной поверхности и такой формы, при которых вода, попадающая на них, не задерживается и не проникает внутрь материала.

Физико-химические мероприятия заключаются в создании на лице­вой поверхности камня плотного водонепроницаемого слоя или ее гидрофобизации. Одним из способов повышения поверхностной плот­ности является флюатирование, при котором карбонатные породы пропитывают солями кремнефтористоводородной кислоты, например флюатами магния.
9. Клас-ия сырьевых мат-ов для пр-ва керам-их изделий.

По назначению керамические изделия делят на следующие виды:

• стеновые (кирпич и керамические камни);

• кровельные (черепица);

• изделия для облицовки фасадов (лицевой кирпич, терракотовые плиты, мозаичные плитки и др.);

• изделия для внутренней облицовки стен;

• плитка для полов;

• санитарно-технические изделия (умывальники, унитазы и тру­бы);

• специальная керамика (кислотоупорная, огнеупорная, теплоизо­ляционная);

• заполнители для легких бетонов (керамзит и аглопорит).

Пористыми условно считают изделия, у которых водопоглощение черепка более 5 % по массе (в среднем 8...20 %). К ним относятся все виды кирпича и стеновых камней, черепица, облицовочные плитки.

Материал, из которого состоят керамические изделия после обжига, называют керамическим черепком.

В зависимости от структуры черепка керамические материалы разделяются на две основные труппы: пористые и плотные.

Сырьевая масса для изготовления керамических материалов состо­ит из пластичных материалов (глин) и непластичных (отощающих и выгорающих добавок, плавней и др.). Глины обеспечивают получение удобоформуемой связной массы и после обжига прочного и водостой­кого черепка.

Глины — основной сырьевой компонент керамики — осадочные горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов — водных алюмосиликатов различного состава (каолинит А1203 ■ 2Si02 ■ • 2Н20, монтмориллонит А1203 • 4Si02 • яН20 и др.). Размер частиц глинистых материалов не превышает 0,005 мм; преобладающая форма частиц — пластинчатая.

Типы глины	Водопотребность, %	Усадка при сушке, %
Высокопластичная	> 28	10...15
Средней пластичности	20...28	7...10
Малопластичная	< 20	5...7

Отощающие материалы вводят в состав керамической массы для снижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин. Они улучшают сушильные свойства глин. В качестве отощающих добавок используют песок, шамот, дегидратированную глину, золы ТЭС, гранулированные шлаки

Порообразующие добавки вводят в смесь для снижения плотности и, соответственно, теплопроводности керамических изделий.

Плавни добавляют в глины в тех случаях, когда желательно понизить температуру ее спекания. В этом качестве используют полевые шпаты, железную руду, тальк и т. п.

Глазури и ангобы — отделочные слои на облицовочных керамиче­ских изделиях.

Глазури — стеклообразные лицевые покрытия различного цвета, прозрачные или глухие. Их получают нанесением на поверхность изделий порошка из стекольной шихты и закреплением обжигом до плавления. Ангобы — лицевые покрытия, выполненные из цветных глин, на­пасенных на поверхность сырцовых изделий. В отличие от глазури ангоб не дает при обжиге расплава, а образует матовое керамическое покрытие.
10. Основы технологии пр-ва керамических изделий.

Все разнообразие керамических материалов производится в принц­ипе по однотипной схеме, включающей в себя следующие переделы; добычу сырьевых материалов, подготовку сырьевой массы, формование изделий, сушку и обжиг. Однако для получения изделий с различной структурой черепка и различной конфигурации применяют разные методы формования: литье, пластическое формование, полусухое и сухое прессование. В зависимости от метода формования производят подготовку сырьевой массы.

Основные изделия строительной керамики — кирпич и керамические камни, а также некоторые виды керамических плиток, черепицы и труб производят методом пластического формования.

В настоящее время глину увлажняют паром и интенсивно обраба­тывают на бегунах, дезинтеграторах и валках (это в какой-то мере массы без крупных каменистых включений (кусочки СаСОэ должны быть удалены или измельчены в порошок).

Качество массы и будущих изделий зависит от тщательности про­работки сырьевых компонентов.

Сушка — важный и сложный этап производства кирпича. Главная трудность сушки массивного кирпича-сырца в том, что в глине перенос влаги затруднен.

Ускорить сушку можно, вводя в сырьевую смесь вещества, облег­чающие миграцию влаги к поверхности (например, опилки), или путем формования в кирпиче сквозных отверстий. Улучшение условий сушки пустотелого кирпича — залог более высокого качества материала.