см запас

15 Понятие долговечности материалов.

Способность м. на протяжении долгово вр. Невыходить из строя(нести нагр. И др.)

ИСК, применяемые в конструкциях зданий и сооружений, изготовляют в сравнительно короткие технологические сроки. Они весьма малы по сравнению с многолетней продолжительностью работы зданий и сооружений, если даже еще и присовокупить срок хранения конструкций на складах, т. е. учитывать полный предэкс-плуатационный период. Он и тогда остается ничтожно малым, и поэтому нецелесообразно включать его в определяемую величину долговечности. Значительно важнее к моменту передачи конструкций в эксплуатацию обеспечить состояние ИСК на,уровне, отвечающем требованиям высшего качества готовой продукции. В этом отношении предэксплуатационный период относится к важнейшим, непосредственно влияющим на долговечность зданий и сооружений или их элементов. Качественные характеристики готовой продукции, приобретаемые в результате технологической переработки сырья, служат исходными характеристиками, претерпевающими последующие изменения в эксплуатационный период до критического размера. И чем прогрессивнее была технология при переработке сырья, тем выше, как правило, становятся и исходные качественные показатели ко времени передачи объекта в эксплуатацию. От этого момента времени начинается отсчет периода, именуемого, долговечностью. Свойство долговечности, как отмечалось выше, относится к комплексной характеристике качества ИСК иьвыражается в их. способности сопротивляться сложному воздействию внешних и внутренних факторов, проявляющихся в эксплуатационный период работы конструкции. О долговечности судят по продолжительности изменения до критических размеров прочности или деформационной устойчивости как ключевых свойств в отношении данной конструкции здания или сооружения

Периодически производимая оценка изменения качества не является, однако, безупречной. Первичной характеристикой материала является не качество, а его структура и размеры ее изменения, особенно по сравнению с первоначальной — оптимальной, зафиксированной в предэксплуатационный период. Поэтому в общей теории ИСК под долговечностью понимают способность материала в течение определенного времени сохранять на допустимом уровне структурные параметры, сложившиеся в технологический период. Если они соответствуют параметрам, оптимальной структуры, то устанавливается взаимосвязь между структурным параметрами и экстремальными показателями свойств Долговечность

— свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами на ремонт. Предельное состояние определяется степенью разрушения изделия, требованиями безопасности или экономическими соображениями. Долговечность строительных изделий измеряют обычно сроком службы без потери эксплуатационных качеств в конкретных климатических условиях и в режиме эксплуатации. Например, для железобетонных конструкций нормами предусмотрены три степени долговечности, причем первая соответствует сроку службы не менее 100 лет, вторая— не менее 50 лет, третья —не менее 20 лет. Долговечность определяется совокупностью физических, механических и химических свойств материала. Ее нужно оценивать применительно к конкретным условиям эксплуатации.

О долговечности судят, подвергая материал испытаниям, которые по возможности воспроизводят воздействия в натуре. Моделирование воздействий среды в условиях лабораторных испытаний представляет достаточно сложную задачу. Например, долговечность лакокрасочных покрытий устанавливают, применяя специальную установку «погоды» (везерометр), позволяющую подвергать материал чередующимся воздействиям дождевания, облучения ультрафиолетовыми лучами, действию различных температур.

16 Водостойкость и воздухостойкость материалов: сущность явления, способы оценки.

Воздухо-, паро- и газопроницаемость оценивается с помощью особых коэффициентов, сходных между собой. Они равны количеству водяного пара (или воздуха), которое проходит через слой материала толщиной 1м, площадью 1м2 в течении 1 ч при разности давлений 10Па.

При возникновении у поверхностей ограждения разности давления газа происходит его перемещение через поры и трещины материала. Поскольку материал имеет макро- и микропоры, перенос газа может происходить одновременно вязкостным и молекулярным потоками.

Стеновой материал должен обладать определенной проницаемостью (стена должна «дышать»), т. е. через наружные стены происходит естественная вентиляция, что особенно важно для жилых зданий, в которых отсутствует кондиционирование воздуха. Поэтому стены жилых зданий, больниц и т. п. не отделывают материалами, задерживающими водяной пар. Наоборот, стены и покрытия влажных производственных помещений необходимо защищать с внутренней стороны от проникновения в них водяного пара. В зимнее время внутри теплых помещений (текстильных фабрик, коммунальных предприятий, коровников, свинарников и т. п.) в 1 м3 воздуха со-держится водяного пара значительно больше, чем снаружи, поэтому пар стремится пройти через стену или покрытие. Поподая в холодную часть ограждения, пар конденсируется, резко повышая влажность в этих местах.

Создаются условия, способствующие быстрому разрушению материала (легкого бетона, кирпича) наружной ограждающей конструкции при действии мороза.

Паронепроницаемые материалы должны располагаться с той стороны ограждения, с которой содержание водяного пара в воздухе больше.

Водостойкость — способность материала сохранять в той или иной мере свои прочностные свойства при увлажнении. Числовой характеристикой водостойкости служит отношение предела прочности при сжатии материала в насыщенном водой состоянии (Яв) к

пределу прочности при сжатии в, сухом состоянии (Rсух). Это отношение принято называть коэффициентом размягчения (Кразм). К водостойким относятся строительные материалы, коэффициент размягчения которых больше 0,8, например гранит, бетон,

.асбестоцемент и. др. Эти материалы можно применять в сырых местах без специальных мер по защите их от увлажнения. На стабильность структуры и свойств материала заметное влияние оказывает попеременное увлажнение и просыхание. Некоторые материалы принято проверять на водостойкость путем циклического насыщения образцов водой и их высушивания.

Водостойкость. Коэффициент размягчения камня, применяемого для гидротехнических сооружений и фундаментов, должен быть не менее 0,8; для наружных стен зданий не менее 0,6

17 Морозостойкость материалов: сущность влияния, способы оценки.

Способность материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное (циклическое) замораживание и оттаивание без значительных технических повреждений и ухудшения свойств, называется морозостойкостью. Установлены нормативные пределы допустимого снижения прочности или уменьшения массы образцов после испытания материала на морозостойкость при определенном количестве циклов замораживания и оттаивания. Некоторые материалы, например, бетон, маркируют по морозостойкости в зависимости от количеств а. циклов испытания, которые они выдерживают без видимых признаков .разрушения. Обычно образцы, насыщенные водой, замораживают в специальных морозильных камерах при температуре -17°С, а оттаивание организуют в воде, имеющей комнатную температуру. Продолжительность одного цикла составляет одни сутки. Многие материалы выдерживают 200—300 и более циклов. Могут применяться, и ускоренные методы испытания на морозостойкость, В частности, к.ним относится испытание на сохранность в солевых растворах при чередующейся кристаллизации соли в порах материала.. В отношении некоторых материалов, например природного камня, о морозостойкости судят по величине коэффициента размягчения. Принято считать, что если коэффициент размягчения не ниже 0,9, то данный материал обладает достаточной морозостойкостью.

Морозостойкость — свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание. Морозостойкость материала количественно оценивается маркой по морозостойкости. За марку материала по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15 %; после испытания образцы не должны иметь видимых повреждений — трещин, выкрашивания (потеря массы не более 5 %)- От морозостойкости зависит долговечность строительных материалов в конструкциях, подвергающихся действию атмосферных факторов и воды.

Для оценки морозостойкости материала применяют физические методы контроля и прежде всего импульсный ультразвуковой метод. С его помощью можно проследить изменение прочности или модуля упругости бетона в процессе циклического замораживания и определить марку бетона по морозостойкости в циклах замораживания и оттаивания, число которых соответствует допустимому снижению прочности или модуля упругости.

Воздействие на бетон попеременного замораживания и оттаивания подобно многократному воздействию повторной растягивающей нагрузки, вызывающей усталость материала.

Испытание морозостойкости материала в лаборатории проводят на образцах установленной формы и размеров (бетонные кубы, кирпич и т. п.). Перед испытанием образцы насыщают водой. После этого их замораживают в холодильной камере при температуре от —15 до —20°С, чтобы вода замерзла в тонких порах. Извлеченные из холодильной камеры образцы оттаивают в воде с температурой 35—20°С, которая обеспечивает водонасыщенное состояние образцов

18 Стойкость материалов против действия высоких температур.

Огнеупорностьсвойство материалов выдерживать длительное воздействие высокой температуры (от 1580 ° С и высшее), не размягчаясь и не деформируясь. Огнеупорные материалы применяют для внутренней футеровки промышленных печей. Тугоплавкие материалы размягчаются при температуре выше 1350° С.

Огнеупорными называют изделия, применяемые для строительства промышленных печей, топок и аппаратов, работающих при высокой температуре. Огнеупорные изделия классифицируются по огнеупорности, пористости, химикоминеральному составу и способу изготовления. По огнеупорности изделия могут быть огнеупорными( 1580-1770°С), высокоупорными (1700-2000°С), высшей огнеупорности (более 2000°С).

В зависимости от пористости (%) огнеупорные изделия подразделяются на: особо плотные – пористость менее 3,высокоплотные – пористость 3-10, плотныепористость 0-20, обычные – пористость 20-30, легковесные и теплоизоляционные – пористость 45-85.Наибольшее распространение в строительстве и промышленности строительных материалов получили кремнеземистые и алюмосиликатные огнеупорные изделия.

Кремнеземистые огнеупоры применяют двух типов: кварцевое стекло (изготовляют отливкой из расплавленного кварца) и динасовые (изготовляют обжигом при температуре выше 870°С кварцевого сырья на известковой или другой связке).

Алюмосиликатные огнеупоры подразделяют на три группы: полукислые (отличаются повышенным содержанием кремнезема – более 65%, изготовляют их обжигом кварцевых пород на глинистой или каолиновой связке), шамотные (изготовляют обжигом смеси шамота(порошка обожженной и размолотой огнеупорной глины) и огнеупорной глины или каолинов) и высокоглиноземистые (получают из материалов (боксита, корунда), содержащих более 45% глинозема.

Огнестойкость строительных материалов.

Огнестойкость зависит от минерального состава и структуры камня. Одни породы при повышенной температуре разлагаются (гипс при 100 "С, известняк при 900 °С), другие (гранит, кварцевые

порфиры) растрескиваются уже при температуре 600 °С вследствие различного

теплового расширения составляющих их минералов и полиморфного превращения кварца.

Огнестойкость -— свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определенного времени. Она зависит от сгораемости материала, т. е. от его способности воспламеняться и гореть.

Несгораемые материалы— это бетон, кирпич, сталь и др. Однако необходимо учитывать, что некоторые материалы при пожаре растрескиваются (гранит) или сильно деформируются (металлы) при температуре, начиная с 600°С, поэтому конструкции из подобных материалов приходится защищать более огнестойкими материалами.

Трудносгораемые материалы (асфальтобетон, пропитанная антипиренами древесина, фибролит, некоторые пенопласты) под воздействием огня или высокой температуры тлеют, но после прекращения действия огня их горение и тление прекращаются.

Сгораемые органические материалы (они горят открытым пламенем) необходимо защищать от возгорания. Широко используют конструктивные меры, исключающие непосредственное воздействие огня на материал в условиях, пожара. Применяют защитные вещества — антипирены.

19 Стойкость материалов против действия агрессивных сред.

Химическая стойкость древесины к действию кислот и щелочей неодинакова для различных древесных пород. Разрушение древесины зависит от концентрации и длительности воздействия растворов. Слабо диссоциированные кислоты (уксусная, молочная и т. п.) не разрушают древесину, так же как и слабощелочные растворы. Сильные кислоты (серная, фосфорная и т. п.) дегидратируют древесину, вызывая явление, подобное обугливанию.

Химические свойства. Наиболее важным свойством является химическая стойкость битумов и битумных материалов к действию агрессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, металлов и других строительных материалов. Битумные материалы хорошо сопротивляются действию щелочей (с концентрацией до 50 %), соляной (до 25 %) и уксусной (до 10 %) кислот. Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей оксиды азота, а также при действии концентрированных растворов кислот (особенно окисляющих). Битум растворяется в органических растворителях. Благодаря своей химической стойкости битумные материалы широко применяют для защиты железобетонных конструкций, стальных труб и др.

Химическая стойкость к действию щелочей и кислот.

Ряд пигментов изменяет свой цвет или обесцвечивается при соприкосновении с щелочными растворами. Например, малярная лазурь в щелочной среде обесцвечивается, свинцовый железный крон краснеет. Подобные пигменты не применяют для изготовления красочных составов, наносимых на поверхность свежего бетона или цементноизвестковой штукатурки. Щелочестойкими являются почти все природные пигменты (охры, мумия, умбра, перекись марганца), а также многие искусственные пигменты (титановые белила, оксид хрома, органические пигменты: алый и оранжевый). Для изготовления специальных кислотостойких красок применяют только кислотостойкие пигменты (графит, титановые белила, оксид хрома). Пигменты, содержащие соединения свинца (свинцовые бели-г ла, свинцовые крон и сурик), токсичны и при их применении необходимо соблюдать установленные правила охраны труда.

Кислотостойкость материалов.

Кислотоупорные породы идут на изготовление тесаных плит, кирпичей, брусков и фасонных изделий, а в дробленом и размолотом виде служат в качестве заполнителей

вкислотоупорном бетоне и наполнителей в кислотоупорных цементах.

Всоответствии с назначением применяемые породы должны удовлетворять определенным требованиям, а именно: быть кислотоупорными, т.е. хорошо сопротивляться воздействию различных кислот и других реагентов — это свойство оценивается по растворимости порошка породы в растворах кислот (соляной, серной) при нагревании; иметь высокую огнеупорность; обладать достаточным сопротивлением сжатию и изгибу; выдерживать резкие колебания температур.

Применение кислотоупорного штучного камня ограничено его высокой стоимостью, обусловленной трудностью добычи и обработки, а также малым выходом готовой продукции из горной массы. Полноценным заменителем камня служит значительно более дешевый кислотоупорный бетон.

Кислотоупорные изделия изготовляют из глин, не содержащих примесей, понижающих химическую стойкость (карбонаты, гипс, серый колчедан и т. п.) и спекающихся при температуре около 1200 °С.

Кислотостойкость изделий характеризует их нерастворимость в кислотах (за исключением HF) и щелочах.

19 Кислотоупорный кварцевый цемент — это порошкообразный материал, получаемый путем совместного помола чистого кварцевого песка и кремнефторида натрия (возможно смешение раздельно измельченных компонентов).

Химическая стойкость к действию щелочей и кислот.

Ряд пигментов изменяет свой цвет или обесцвечивается при соприкосновении с щелочными растворами. Например, малярная лазурь в щелочной среде обесцвечивается, свинцовый железный крон краснеет. Подобные пигменты не применяют для изготовления красочных составов, наносимых на поверхность свежего бетона или цементноизвестковой штукатурки. Щелочестойкими являются почти все природные пигменты (охры, мумия, умбра, перекись марганца), а также многие искусственные пигменты (титановые белила, оксид хрома, органические пигменты: алый и оранжевый). Для изготовления специальных кислотостойких красок применяют только кислотостойкие пигменты (графит, титановые белила, оксид хрома). Пигменты, содержащие соединения свинца (свинцовые бели-г ла, свинцовые крон и сурик), токсичны и при их применении необходимо соблюдать установленные правила охраны труда.

Щелочестойкость и солестойкость материалов.

Химические свойства. Наиболее важным свойством является химическая стойкость битумов и битумных материалов к действию агрессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, металлов и других строительных материалов. Битумные материалы хорошо сопротивляются действию щелочей (с концентрацией до 50 %), соляной (до 25 %) и уксусной (до 10 %) кислот. Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей оксиды азота, а также при действии концентрированных растворов кислот (особенно окисляющих). Битум растворяется в органических растворителях. Благодаря своей химической стойкости битумные материалы широко применяют для защиты железобетонных конструкций, стальных труб и др.

Химическая стойкость к действию щелочей и кислот.

Ряд пигментов изменяет свой цвет или обесцвечивается при соприкосновении с щелочными растворами. Например, малярная лазурь в щелочной среде обесцвечивается, свинцовый железный крон краснеет. Подобные пигменты не применяют для изготовления красочных составов, наносимых на поверхность свежего бетона или цементноизвестковой штукатурки. Щелочестойкими являются почти все природные пигменты (охры, мумия, умбра, перекись марганца), а также многие искусственные пигменты (титановые белила, оксид хрома, органические пигменты: алый и оранжевый). Для изготовления специальных кислотостойких красок применяют только кислотостойкие пигменты (графит, титановые белила, оксид хрома). Пигменты, содержащие соединения свинца (свинцовые бели-г ла, свинцовые крон и сурик), токсичны и при их применении необходимо соблюдать установленные правила охраны труда.

20 Генетическая классификация горных пород: влияние условий образования на структуру и свойства.

Горные породы — главный источник получения строительных материалов. Горные породы используют в промышленности строительных материалов как сырье для изготовления керамики, стекла, теплоизоляционных и других изделий, а также для производства неорганических вяжущих веществ — цементов, извести и гипсовых. Сотни миллионов кубометров песка, гравия и щебня применяют ежегодно в качестве заполнителей бетонов и растворов. Широко используют природные каменные материалы для облицовки зданий и сооружений, устройства полов, лестниц, мощения дорог.

Горные породы — это природные образования более или менее определенного состава и строения, образующие в земной коре самостоятельные геологические тела.

В зависимости от условий формирования горные породы делят на три генетические группы: 1) магматические породы, образовавшиеся в результате охлаждения и затвердевания магмы; 2) осадочные породы, возникшие в поверхностных слоях земной коры из продуктов выветривания и разрушения различных горных пород; 3) метаморфические породы, являющиеся продуктом перекристаллизации и приспособления горных пород к изменившимся в.земной коре физико-химическим условиям.

21 Магматические горные породы: классификация, минералогический состав, основные представители, их свойства и применение.

Магматические горные породы слагают большую часть земной коры. Земная кора является наиболее неоднородной геосферой, она имеет три слоя: нижний — базальтовый; выше его - гранитный, и верхний сравнительно тонкий чехол осадочных пород. Базальтовый слой коры состоит из пород основного состава, в пределах океанов его верхняя часть доступна непосредственному изучению. Гранитный слой сложен преимущественно породами кислого состава и различными метаморфическими породами.

В зависимости от условий образования выделяют две главные группы магматических пород — глубинные (интрузивные) и излившиеся (эффузивные). Глубинные породы образовались при застывании магмы на разной глубине в земной коре, излившиеся — при вулканической деятельности, излиянии магмы из глубин и застывании на поверхности или в приповерхностных слоях земной коры.

Глубинные (интрузивные) горные породы:

Магматические горные породы, образующиеся в различных геологических условиях, различаются по своим строительно-техническим свойствам ,табл. 2.1). Особенности строениягорных пород, зависящие от условий образования, выражаются в структурных и текстурных признаках.

Наиболее общие свойства глубинных горных пород: весьма малая пористость и, следовательно, большая плотность и высокая прочность. Кроме того, в связи с очень малой пористостью эти породы обычно обладают низким водопоглощением, морозостойки и сравнительно высокотеплопроводны. Обработка таких пород из-за их высокой прочности затруднительна. Однако благодаря высокой плотности они хорошо полируются и шлифуются.

Средние показатели важнейших строительных свойств таких пород: прочность на сжатие 100—300 МПа; плотность 2600—3000 кг/м3; водопоглощение меньше 1 % по объему; теплопроводность около 3 Вт/(м-°С).

Граниты обладают благоприятным для строительного камня минеральным составом.

Высокая прочность на сжатие и морозостойкость гранитов позволяют применять их для защитной облицовки набережных, устоев мостов, цоколей зданий, а также в качестве щебня для высокопрочных и морозостойких бетонов. Кроме этого, благодаря значительной кислотостойкости гранитов их используют в качестве кислотоупорной облицовки.

Сиениты. Горные породы группы сиенитов составляют около 2,6 % магматических пород.

Гранодиориты менее распространены, чем граниты, и отличаются от них меньшим содержанием кварца (20— 25 %), повышенным количеством цветных минералов (15—20%), в составе которых преобладает роговая обманка, поэтому эти породы темнее гранитов.

Диориты и кварцевые диориты — породы серого цвета; состоят они из плагиоклаза (65—70 %) и роговой обманки, иногда с пироксенами или биотитом, составляющими около 25—30%.

Габброиды. Среди габброидов важнейшими являются габбро и анартозиты.

Габбро — порода темно-серого или почти черного цвета, что объясняется темной окраской плагиоклазов и высоким содержанием цветных минералов.

Анортозиты представляют собой темноокрашенные породы, состоящие почти из одного натриево-кальциевого полевого шпата — лабрадора.

Перидотиты — черные породы, иногда с зеленоватым оттенком, обычно среднезернистой структуры.

Излившиеся (эффузивные) горные породы:

Такие породы образовались в результате излияния магмы, ее охлаждения и застывания на поверхности земли, поэтому они имеют стекловатую, скрытокристаллическую или порфировую структуру.

Порфиры образуются при остывании магмы на небольших глубинах Структура породы определяет ее физико-механические свойства.

Наиболее прочными являются равномерно-среднезернистые породы, тогда как породы такого же минерального состава, но крупнозернистой порфировидной структуры быстрее разрушаются как при механическом воздействии, так и при резких колебаниях температур.

В строительстве применяют кварцевые и бескварцевые (полевошпатовые) порфиры. Кварцевые порфиры по своему минеральному составу близки к гранитам. Прочность, пористость, водопоглощение порфиров в общем сходны с показателями этих свойств, присущими гранитам. Но порфиры более хрупки и менее стойки при колебаниях температуры вследствие крупных вкраплений.

Трахит по своему минеральному и химическому составу схож с сиенитом, но более порист. Трахит легко обрабатывается, но не полируется. *Трахит используют как кислотоупорный материал и в качестве строительного камня.

Андезит — излившийся аналог диорита, порода серого или желтоватосерого цвета порфировой структуры с плотной основной массой.

Андезиты применяют в качестве кислотостойкого материала — облицовочных изделий и в виде щебня для кислотоупорного бетона.