Дорожно-строительные материалы (стр. 1 из 3)

1. Свойства дорожно-строительных материалов

Дорожно-строительные материалы в период эксплуатации в сооружении (дорожная одежда, мосты и др.) подвергаются воздействию внешних механическихсил и физико-химических факторов окружающей среды. К внешним механическим воздействиям относят ударные и статические нагрузки от транспортных средств, массы элементов конструкций, механической работы, воды, льда, ветра.

Механические свойства — способность материала сопротивляться деформированию и разрушению под действием напряжений, возникающих в результате приложения внешних сил (прочность, упругость, вязкость, пластичность, хрупкость, релаксация, ползучесть, твердость материалов и др.)

Прочность — важнейшее свойство материала, в большинстве случаев определяет возможность его использования в строительной конструкции. Прочность материала зависит от размера и формы образца, скорости его нагружения и других факторов. Поэтому методика определения прочности строительных материалов строго регламентируется нормативно-техническими документами. В настоящее время принято прочность материалов измерять мегапаскалями (МПа).

Наиболее прочными материалами являются металлы, например сталь (прочность при сжатии и растяжении 150... 500 МПа) , прочность гранитов при сжатии 120 . . . 150 МПа, при растяжении 10 МПа, прочность бетонов при сжатии изменяется от 1 до 100 МПа, а при растяжении их прочность в 10 ... 15 раз меньше. Прочность асфальтобетонов при сжатии 5 ... 7 МПа (температура при испытании 20 ... 25° С).

Наряду со статической прочностью (пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе и др.) в необходимых случаях определяют динамическую прочность

Рис. 1.1. Влияние напряжений на относительные деформации материалов: 1 — сталь; 2 — бетон (при однократной динамической нагрузке) и усталостную (при повторных нагрузках).

Упругость — свойство материалов обратимо поглощать энергию, передаваемую внешними воздействиями, что выражается в восстановлении первоначальной формы и объема образца после прекращения действия внешних сил, под влиянием которых форма материала в той или иной мере изменилась.

Вязкость — свойство материала под действием внешних сил необратимо поглощать механическую энергию при пластической деформации. Вязкость жидких материалов характеризует способность сопротивляться перемещению одного слоя материала относительно другого. Абсолютно упругих и абсолютно вязких материалов нет, реальные материалы обладают в той или иной степени упругостью и вязкостью.

Пластичность - способность материала необратимо деформироваться под влиянием действующих на него усилий без разрыва сплошности (образования трещин).

Хрупкость — свойство материала под влиянием внешних сил разрушаться, не давая остаточных пластических деформаций. Хрупкость противоположна пластичности. Хрупкость и пластичность материалов изменяются от температуры и режима нагружения. Например, битумы хрупки при пониженной температуре и быстро нарастающей нагрузке и пластичны при медленно действующей нагрузке и повышенной температуре. Глины хрупкие в сухом состоянии и пластичны во влажном. Хрупкие материалы плохо сопротивляются растяжению, динамическим и повторным нагрузкам.

Ползучесть — способность материала длительно деформироваться под действием постоянной нагрузки. Ползучесть материалов возрастает уменьшением их вязкости, поэтому большей ползучестью обладают вязкие, пластичные материалы (например, асфальтобетон) и меньшей — хрупкие упругие материалы (например, цементобетон). Ползучесть учитывают, если ее деформации влияют на прочность или эксплуатационные свойства материалов и сооружений.

В ряде случаев (например, в расчетах и технологии изготовления предварительно напряженных бетонных конструкций) учитывают релаксацию напряжений - способность к их уменьшению в деформированном на заданную величину материале. Скорость релаксации напряжений так же, как и скорость ползучести, возрастает с уменьшением вязкости материала,

Твердость — способность материала сопротивляться проникновению в него более твердого материала, от твердости зависит, в частности, истираемость поверхностных слоев дорожных покрытий. Для металлов твердость определяют методом вдавливания шарика (метод Бринелля), величиной отскока падающего груза (метод Шора). Твердость каменных материалов можно определить по шкале Мооса, в которой минералы расположены в порядке возрастающей твердости: 1 -тальк, 2 - гипс, 3 -кальцит, 4 - флюорит, 5 — апатит, 6 - ортоклаз, 7 — кварц, 8 -топаз, 9 - корунд, 10 - алмаз.

Коэффициент конструктивного качества (удельная прочность) материала представляет собой отношение прочности к средней плотности. Лучшие конструктивные материалы имеют высокую прочность при малой средней плотности, что способствует созданию легких конструкций. У сплавов из алюминия коэффициент конструктивного качества превышает 250, стеклопластиков больше 200, высокопрочных сталей 100 . . . 150, обычных сталей - больше 50, бетонов - 15 ... 25, кирпича - 5 ... 6. Важной задачей современной технологии материалов является повышение удельной прочности строительных материалов.

Выносливость- способность сопротивляться многократно прилагаемым механическим воздействиям, которые ускоряют разрушение строительных материалов, вследствие чего снижается их долговечность. Выносливость измеряется количеством нагружений, которые выдержал материал до разрушения.

Износ- свойство материала сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов.

2.Способы формования керамических изделий

Формование изделий в зависимости от их вида и типа сырья осуществляется тремя способами: пластическим, полусухим (сухим) и шликерным. Наибольшее распространение получили пластический и полусухой способы формования.

Пластическим способом формуют большинство изделий стеновой керамики (кирпич обыкновенный, пустотелый, литой, керамические камни), черепицу, канализационные трубы, клинкерный кирпич другие изделия относительно сложной формы, возможно с внутренними пустотами. Формование осуществляется из пластичных глиняных масс влажностью 18 . . 24 % преимущественно на ленточных; шнековых безвакуумных и вакуумных прессах. Приготовленная пластичная масса содержит до 10 % воздуха, что снижает плотность, прочность и формовочные свойства массы. Вакуумирование (разрежение 90 ... 98 кПа) позволяет получить пластичную массу более высокого качества. Из глиносмесителя масса продавливается через перфорированную решеткув вакуум-камеру, предварительно разрезанная ножамии падает на формующий шнек пресса. С помощью шнека масса уплотняется и перемещается в головку пресса и мундштук, где приобретает требуемую форму и выходит в виде сплошного бруса. Для формования рядового глиняного кирпича (полнотелого) мундштук имеет плавно сужающееся к выходу прямоугольное отверстие. Для формования пустотелых изделий используют мундштуки с кернами, благодаря которым в глиняном брусе образуются пустоты. Выходное отверстие мундштука имеет размеры несколько большие, чем размеры готового изделия, учитывая воздушную и огневую усадку сырца. Производительность ленточных прессов достигает 10 тыс. шт. кирпича-сырца в час. Выходящий из мундштука ленточного пресса глиняный брус разрезается автоматами на отдельные кирпичи.

При полусухом и сухом способах формования используют пресс-порошки влажностью соответственно 8 ... 12 и 2 . . . 8 %. Эти способы позволяют применять глины пониженной пластичности. Полусухим способом формуют в основном изделия, имеющие простую геометрическую форму и небольшую толщину (кирпич, клинкерный кирпич, фасадные плитки, плитки для полов, облицовочные плитки для внутренних помещений и др.). Формуют керамические строительные изделия из пресс-порошков на механических (коленно-рычажных, ротационных, фрикционных) и гидравлических прессах. Наибольшее распространение получили коленно-рычажные прессы производительностью от 2 ... 10 тыс. шт. кирпича в час.

Гидростатический способ прессования изделий из полусухих порошкообразных масс в настоящее время внедряется на производстве. Он основан на передаче давления жидкостью через гибкую пресс-форму (например, резиновую) и позволяет формовать изделия более сложной формы.

Метод полусухого прессования обеспечивает правильную форму, точность размеров, при его использовании значительно упрощается или вообще не требуется сушка. Однако этим способом нельзя отформовать изделия сложной формы, с пустотами.

Температура обжига должна быть на 50 ... 80"С выше, чем для изделий пластического формования.

Формование изделий способом литья (шликерный способ) менее распространено в технологии строительной керамики и используется в основном при производстве санитарно-строительных изделий (умывальники, мойки, унитазы). Способ менее производителен, чем пластический или полусухой, но позволяет изготавливать изделий любой сложной конфигурации.

Использование механизированного оборудования (литейно-подвялочных конвейеров и др.) позволяет значительно повысить производительность литьевого способа формования.

3. Природные каменные материалы

Природными каменными материалами называют материалы, полученные из горных пород путем механической обработки без изменения их основных свойств (дроблением, рассевом, раскалыванием, распиловкой, теской и др.).

По назначению природные каменные материалы делят на изделия для дорожного строительства, мостов, подземных и гидротехнических сооружений, архитектурно-строительные изделия и облицовочные плиты. Кроме того, горные породы широко используются как сырьевые материалы для изготовления многих строительных материалов: керамики, стекла, цемента, извести, гипса и др. В процессе производства этих материалов состав, строение и свойства исходных горных пород изменяются. Таким образом, горные породы являются главной минерально-сырьевой базой дорожно-строительных материалов.