Контрольная работа
Тема: Строительное материаловедение
ЗАДАНИЕ 1
МОРОЗОСТОЙКОСТЬ
Способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения плотности. Разрушение происходит в связи с тем, что вода, находящаяся в порах, при замерзании увеличивается в объеме примерно на 9 %. Наибольшее расширение воды при переходе в лед наблюдается при температуре -4°С, дальнейшее понижение температуры не вызывает увеличения объема льда. При замерзании воды стенки пор испытывают значительное давление и могут разрушаться. При полном заполнении водой всех пор разрушение материала может произойти даже при однократном замораживании. При насыщении пористого материала водой заполняются в основном макрокапилляры, микрокапилляры заполняются водой частично и служат резервными порами, куда отжимается вода в процессе замораживания. Следовательно, морозостойкость строительных материалов определяется величиной и характером пористости и условиями их эксплуатации.
Она тем выше, чем меньше водопоглощение и больше прочность материала при растяжении. Плотные материалы морозостойки. Из пористых материалов морозостойкостью обладают только те материалы, у которых в основном имеются закрытые поры или вода. Занимает менее 90 % пор. Материал считается морозостойким, если после установления числа циклов замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии прочность его снизилась не более чем на 15-25 %, а потери в массе в результате выкрашивания не превысили 5 %. Морозостойкость характеризуется числом циклов попеременного замораживания при -15, -17°С и оттаивания при температуре 20°С. Число циклов (марка), которые должен выдерживать материал, зависит от условий его будущей службы в сооружении и от климатических условий. По числу выдерживаемых циклов попеременного замораживания, и оттаивания (степени морозостойкости) материалы подразделяются на марки Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и более. В лабораторных условиях замораживание производят в холодильных камерах. Один-два цикла замораживания в холодильной камере дают эффект, близкий к 3-5-годичному действию атмосферы.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
Свойство материала передавать теплоту через толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность характеризуется количеством теплоты (Дж), проходящей через материал толщиной 1 м площадью 1 м2 в течение 1 секунды при разностях температур на противоположных поверхностях материала в 1°С. Теплопроводность материала находится в прямой зависимости от его химического состава, пористости, влажности и температуры, при которой происходит передача тепла. Волокнистые материалы имеют разную теплопроводность в зависимости от направления теплоты по отношению к волокнам (у древесины, например, теплопроводность вдоль волокон в два раза больше, чем поперек волокон). Мелкопористые материалы и материалы с замкнутыми порами обладают большей теплопроводностью, чем крупнопористые материалы и материалы с сообщающимися порами. Это связано с тем, что в крупных и сообщающихся порах усиливается перенос теплоты конвекцией, что и повышает суммарную теплопроводность.
С увеличением влажности материала теплопроводность возрастает, поскольку вода имеет теплопроводность в 25 раз большую, чем воздух. Еще больше возрастает теплопроводность сырого материала с понижением его температуры, поскольку теплопроводность льда в несколько раз больше, чем теплопроводность воды. Теплопроводность материала имеет огромное значение при устройстве ограждающих конструкций зданий - стен, потолков, полов, крыш. Легкие и пористые материалы мало теплопроводны. Чем выше объемный вес материала, тем выше его теплопроводность. Например, коэффициент теплопроводности тяжелого бетона объемным весом 2400 кг/м3 равен 1,25 ккал/м-ч-град, а пенобетона объемным весом 300 кг/м3 всего 0,11 ккал/м-ч-град.
ТЕПЛОЕМКОСТЬ
Свойство материала аккумулировать теплоту при нагревании. При последующем охлаждении материалы с высокой теплоемкостью выделяют больше теплоты. Поэтому при использовании материалов с повышенной теплоемкостью для стен, полов, потолков и других частей помещения температура в комнатах может сохраняться устойчивой длительное время.
Коэффициент теплоемкости - количество теплоты, необходимой для нагревания 1 кг материала на ГС. Строительные материалы имеют коэффициент теплоемкости меньше, чем у воды, которая обладает наибольшей теплоемкостью (4,2 кДж/(кг°С)). С увлажнением материалов их теплоемкость возрастает, но вместе с тем возрастает и теплопроводность.
Теплоемкость материала имеет значение в тех случаях, когда необходимо учитывать аккумуляцию тепла, например при расчете теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий с целью сохранения температуры в помещении без резких колебаний при изменении теплового режима, при расчете подогрева материала для зимних работ, при расчете устройства печей. В некоторых случаях приходится рассчитывать размеры печи, используя объемную удельную теплоемкость - количество тепла, необходимое для нагревания 1 м3 материала на ГС.
ВОДОПОГЛОЩЕНИЕ
Свойство материала поглощать и удерживать воду при непосредственном с ней соприкосновении. Характеризуется количеством воды, поглощаемой сухим материалом, погруженным полностью в воду, и выражается в процентах от массы (водопоглощение по массе).
Количество поглощенной образцом воды, отнесенное к его объему, - водопоглощение по объему. Водопоглощение по объему отражает степень заполнения пор материала водой. Так как вода проникает не во все замкнутые поры и не удерживается в открытых пустотах, объемное водопоглощение всегда меньше истинной пористости. Объемное водопоглощение всегда меньше 100 %, а водопоглощение по массе может быть более 100 %.
Водопоглощение строительных материалов изменяется главным образом в зависимости от объема пор, их вида и размеров.
В результате насыщения водой свойства материалов значительно изменяются: увеличиваются плотность и водопроводность, у некоторых материалов (например, древесины, глины) увеличивается объем. Вследствие нарушения связей между частицами материала и проникающими частицами воды понижается прочность строительных материалов.
КОЭФФИЦИЕНТ РАЗМЯГЧЕНИЯ
Отношение предела прочности при сжатии материала, насыщенного водой, к пределу прочности при сжатии материала в сухом состоянии. Коэффициент размягчения характеризует водостойкость материала. Для легко размокаемых материалов, например глины, коэффициент размягчения равен 0. Для материалов, которые полностью сохраняют свою прочность при действии воды (металл, стекло и т.п.), коэффициент размягчения равен 1. Материалы с коэффициентом размягчения более 0,8 относятся к водостойким. В местах, подверженных систематическому увлажнению, применять строительные материалы с коэффициентом размягчения менее 0,8 не разрешается.
ВЛАГООТДАЧА
Свойство, характеризующее скорость высыхания материала при наличии условий в окружающей среде (понижение влажности, нагрев, движение воздуха). Влагоотдача характеризуется количеством воды, которое материал теряет за сутки при относительной влажности воздуха 60 % и температуре 20°С. В естественных условиях вследствие влагоотдачи, через некоторое время после окончания строительных работ, устанавливается равновесие между влажностью строительных конструкций и окружающей средой. Такое состояние равновесия называют воздушно-сухим или воздушно-влажным равновесием.
ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ
Способность материала пропускать воду под давлением. Характеристикой водопроницаемости служит количество воды, прошедшее в течение 1 секунды через 1 м2 поверхности материала при давлении 1 МПа. Плотные материалы (сталь, стекло, большинство пластмасс) водонепроницаемы. Методика определения водопроницаемости зависит от разновидности строительного материала. Водопроницаемость находится в прямой зависимости от плотности и строения материала - чем больше в материале пор и чем они крупнее, тем больше водопроницаемость. При выборе кровельных и гидротехнических материалов чаще всего оценивается не водопроницаемость, а водонепроницаемость, характеризуемая периодом времени, по истечению которого появляются признаки просачивания воды под определенным давлением или предельной величиной давления воды, при котором вода не проходит через образец.
ВОЗДУХОСТОЙКОСТЬ
Способность материала длительно выдерживать многократное систематическое увлажнение и высыхание без значительных деформаций и потери механической прочности. Изменение влажности влечет у многих материалов изменение их объема - разбухают при увлажнении, дают усадку при высыхании, трещины и т.д. Разные материалы по-разному ведут себя по отношению к действию переменной влажности. Бетон, например, при переменной влажности склонен к разрушению, так как цементный камень при высыхании сжимается, а заполнитель практически не реагирует - в результате возникает растягивающее напряжение, цементный камень отрывается от заполнителя. Для повышения воздухостойкости строительных материалов применяют гидрофобные добавки.
ВЛАЖНОСТНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ
Изменение размеров и объема материала при изменении его влажности. Уменьшение размеров и объема материала при высыхании называют усадкой или усушкой, увеличение - разбуханием.
Усадка возникает и увеличивается в результате уменьшения слоев воды, окружающих частицы материала, и действием внутренних капиллярных сил, стремящихся сблизить частицы материала. Набухание связано с тем, что полярные молекулы воды, проникая между частицами или волокнами, утолщают их гидратные оболочки. Материалы высокопористого и волокнистого строения, способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой (например, ячеистый бетон 1-3 мм/м; тяжелый бетон 0,3-0,7 мм/м; гранит 0,02-0,06 мм/м; кирпич керамический 0,03-0,1 мм/м.