Влажность, водопоглощение, влагоотдача, гигроскопичность, определение, размерность

Акустические свойства: звукопроводность, звукопоглощение. Радиационная стойкость, определение

Акустические свойства материалов связаны с взаимодействием материала и звука; прежде всего, это — звукопроводность и звукопоглощение.

Звукопроводность — свойство материала проводить через свою толщу звук; она зависит от строения и массы материала. Тяжелые материалы (кирпич), а также пористые и волокнистые плохо проводят звук.

Звукопоглощение — свойство материала поглощать и отражать падающий на него звук. Оно зависит от пористости материала, его толщины, состояния поверхности, а также от частоты звукового тона, измеряемого количеством колебаний в секунду. За единицу звукопоглощения принимают поглощение звука 1 м2 открытого окна; при открытом окне звук поглощается полностью. Звукопоглощение всех строительных материалов меньше единицы. Звукопоглощение материала оценивают коэффициентом звукопоглощения, т. е. отношением энергии, поглощенной материалом, к общему количеству падающей энергии в единицу времени.

Звукопоглощение зависит от характера поверхности материала. Материалы с гладкой поверхностью хорошо отражают падающий на них звук, поэтому в помещениях с гладкими стенами создается постоянный шум.

Материалы с развитой открытой пористостью хорошо поглощают и не отражают падающий на них звук. Известно, что ковры, дорожки, мягкая мебель заглушают звук.

Специальная акустическая штукатурка с мелкими открытыми порами хорошо поглощает и заглушает звук. В принципе те строительные материалы, которые плохо пропускают через себя звук, хорошо его поглощают и не отражают, являются акустическими материалами.

Уменьшение шума в результате использования таких материалов сохраняет здоровье людей, создает для них определенные условия и способствует повышению производительности труда.

Радиационная стойкость — свойство материала сохранять свою структуру и физико-механические характеристики после воздействия ионизирующих излучений. Для защиты от радиоактивных излучений применяют особо тяжелые (р = 3000...5000 кг/м3) и гидратные бетоны, имеющие повышенное содержание химически связанной воды, создающей хорошую защиту от нейтронного потока.

11. Коррозионная стойкость, растворимость, адгезия, токсичность, определения

Коррозионная стойкость — свойство материала сопротивляться коррозионному воздействию среды. Распространенной и благоприятной средой для развития химической коррозии является вода (пресная и морская). Агрессивность воды зависит от степени ее минерализации, жесткости, щелочности или кислотности. Химически агрессивной средой является также воздух, содержащий пары оксидов азота, хлора, сероводорода и т. д.

Растворимость — способность материала растворяться в воде, масле, бензине, скипидаре и других жидкостях-растворителях. Растворимость может быть и положительным, и отрицательным свойством. Например, если в процессе эксплуатации синтетический облицовочный материал разрушается под действием растворителя, растворимость материалов играет отрицательную роль.

Адгезия — свойство одного материала прилипать к поверхности другого. Она характеризуется прочностью сцепления между материалами. Зависит от их природы, состояния поверхностей. Это свойство имеет важное значение при изготовлении композиционных материалов, бетонов, клееных конструкций.

Токсичность — ядовитость, т. е. способность оказывать вредное воздействие на живой организм. Присутствие токсикантов т. е. химических веществ, обладающих свойствами токсичности, приводит к дестабилизации экосистем и к возможной гибели всего живого. Токсичность строительных материалов оценивают путем сравнения их состава с ПДК выделяющихся токсичных веществ и элементов. Первостепенное значение имеет класс опасности, состав вредных веществ и их количественное содержание. С точки зрения токсичности основным источником экологической опасности в жилых зданиях являются полимерные строительные материалы.

Подготовка сырьевых материалов в стекольном производстве

Для того чтобы качество сырьевых материалов привести в соответствие с требованиями ГОСТов и ТУ, сырьевые материалы обогащают на месте добычи, на обогатительных фабриках или непосредственно на стекольных заводах. Песок, обогащенный на месте добычи, поступает на завод затаренным в мешки или в вагонах, оклеенных изнутри бумагой. Перед подачей в производство песок подвергают контрольному просеву и при необходимости сушке. Необогащенный песок проходит на заводе следующие виды обработки: обогащение или усреднение, сушку, просеивание. В тех случаях, когда на стекольном заводе используют песок, не однородный по химическому составу и не прошедший обогащение, его целесообразно перемешивать крупными партиями — усреднять. Наилучший способ усреднения — послойный; в этом случае каждую вновь поступившую на завод партию песка равномерно рассыпают поверх ранее прибывшей, образуя таким образом многослойный штабель. Доломит, известняк, поступившие на завод в виде глыб, дробят, сушат, размалывают, просеивают и очищают с помощью магнитной сепарации. Кальцинированная сода поступает в виде мелких гранул, упакованной в бумажные мешки, или россыпью в специальных автомобилях или вагонах-содовозах. Соду, поступившую в мешках, разгружают и перевозят электропогрузчиками, затем на складе растаривают с помощью машин УРМ-1, проводят контрольный просев и направляют в расходный бункер. В тех случаях, когда сода поступает россыпью, ее разгружают и транспортируют с использованием пневмотранспортных установок нагнетающего или вакуумного действия. Просеивают соду на грохотах или виброситах с двойными сетками № 1,3 или № 1,4. Ввиду гигроскопичности сода при длительном хранении слеживается, образуя комки. В этом случае ее дополнительно измельчают на молотковых дробилках, а затем просеивают.

Сульфат натрия поступает на заводы главным образом искусственный, в бумажных мешках, поэтому он подвергается только контрольному просеву через сито № 1,2. Природный сульфат дробят в валково-зубчатой дробилке, после чего сушат в барабане при температуре 650 ... 750°С, а затем вновь измельчают на молотковой дробилке и просеивают.

Пегматит и полевой шпат поступают размолотыми, в бумажных мешках. Их растаривают и просеивают через сито № 07. Для транспортирования материалов в расходные бункера используют преимущественно пневматический транспорт.

Стекольного боя вводят в шихту до 30 %. Подготовка его включает дробление на роторных дробилках ДРС-5 X 5 (размер кусков 30 ... 60 мм), магнитную сепарацию, сортировку и промывку. Транспортируют бой ленточными конвейерами.

Поташ, а также азотнокислые соли натрия, калия, бария и аммония (селитры) поставляют на заводы в бочках. Их растаривают с помощью установки УРБ-1. В связи с тем что материалы комкуются, при просеивании их протирают через сита № 1,4 ... 1,2 с использованием протирочной машины. После просева материалы хранят в плотно закрываемых емкостях.

Токсичные материалы (оксиды мышьяка и др.) обрабатывают по специальным инструкциям.

Приготовление шихты

Шихтой называют однородную смесь предварительно подготовленных и отвешенных по заданному рецепту сырьевых материалов.
В зависимости от количества входящих в шихту сырьевых материалов различают одно-, двух-, трехкомпонентную и т. д. шихту. Большинство промышленных стекол получают из пяти- или шестикомпонентных шихт.
В подготовку шихты входят следующие операции: расчет состава шихты; взвешивание отдельных компонентов; смешивание компонентов; контроль качества шихты. Для того чтобы получить стекло заданного химического состава, шихты рассчитывают. При расчетах учитывают, что сырьевые материалы во время варки разлагаются, причем влага и газы улетучиваются. Шихту обычно рассчитывают на 100 масс. ч. стекла. Это дает возможность делать пересчеты на требуемое количество стекломассы. Для взвешивания компонентов применяют весы с ручным и с автоматическим управлением.

В качестве сырьевых материалов используют песок, доломит, мел, соду и технический глинозем. Расчет обычно начинают вести с компонентов, содержащих большое количество стеклообразующих окислов. Скорость варки стекла во многом зависит от вида сырьевых материалов, которые используются для составления шихты. Сульфатсодержащая шихта быстрее проваривается и лучше осветляется. Однако слишком большое содержание его в шихте приводит к тому, что часть сульфата не успевает разложиться при нагревании и он всплывает на поверхность стекломассы, образуя неоднородности. В производстве тарных стекол часто используют горные породы: трахиты, вулканический пепел, нефелиновые сиениты.

Для ввода окиси магния рекомендуется использовать главным образом доломит и доломитизированные известняки. Однако доломитизированные известняки не отличаются постоянством химического состава и при их применении следует проводить дополнительные химические анализы сырья.

Битум. Св-ва, применение

Битум – это асфальтоподобный материал, полученный искусственным образом. Является итоговым продуктом переработки натуральных битумов, остатков после обработки угля, нефти, сланцевых смол и торфяных экстрактов.

Битум — это продукт черного цвета с плотностью около единицы, с низкой тепло- и электропроводностью. Он прекрасно противостоит воздействию различных химических реагентов, водо- и газонепроницаем, устойчив к действию различных видов радиации и длительному тепловому воз действию. Именно такие ценные качества битумов в сочетании с низкой стоимостью и массовым производством сделали их незаменимыми во многих областях хозяйства. Битумы не растворимы в воде, полностью или частично растворимы в бензоле, хлороформе, сероуглероде и др. органических растворителях; плотностью 0,95—1,50 г/см3.

Применение битума как одного из наиболее известных инженерно-строительных материалов основано на его адгезионных и гидрофобных свойствах. Область применения битума достаточно широка: он применяется при производстве кровельных и гидроизоляционных материалов, в резиновой промышленности, в лакокрасочной и кабельной промышленности, при строительстве зданий и сооружений и т.д. Кровельные битумы применяют для производства кровельных материалов. Их разделяют на пропиточные и покровные (соответственно для пропитки основы и получения покровного слоя). Изоляционные битумы используют для изоляции трубопроводов с целью защиты их от коррозии. Главным же потребителем битума является дорожное строительство (около 90 %), в первую очередь, из-за того, что нефтяной битум является самым дешевым и наиболее универсальным материалом для применения в качестве вяжущего при устройстве дорожных покрытий.

Влажность, водопоглощение, влагоотдача, гигроскопичность, определение, размерность

Влажность W — содержание воды в материале в данный момент. Она определяется отношением воды, содержащейся в материале в момент взятия пробы для испытания, к массе сухого материала. Размерность — %. Вычисляется по формуле:

где m_вл, m_c, — масса влажного и сухого материалов, г.

Водопоглощение — способность материала впитывать и удерживать в своих порах воду. Оно подразделяется на Водопоглощение по массе и объему. Водопоглощение по массе W_м, %, равно отношению массы поглощенной образцом воды к массе сухого образца. Водопоглощение по объему W₀, равно отношению массы поглощенной образцом воды к объему образца. Размерность — %. Их определяют по следующим формулам:

где m_в — масса образца, насыщенного водой, г; m_с — масса образца, высушенного до постоянной массы, г; V — объем образца, см³.

Влагоотдача — способность материала отдавать воду в окружающий воздух. Она характеризуется скоростью высыхания, которая определяется количеством воды, отдаваемой материалом в сутки, при относительной влажности воздуха 60% и температуре 20 °С. Размерность — %.

Гигроскопичность — способность материала поглощать воду из окружающего воздуха. Она выражается как отношение массы поглощенной материалом воды из воздуха к массе сухого материала при относительной влажности воздуха 100% и температуре 20 °С. Гигроскопичность зависит от природы материалов. Размерность — %.

3. Водостойкость, водопроницаемость, морозостойкость, коэффициент морозостойкости, определения, размерность

Водостойкость — способность материала сохранять свою прочность при насыщении водой: она оценивается коэффициентом размягчения К_РАЗМ, который равен отношению предела прочности материала при сжатии в насыщенном водой состоянии R_В МПа, к пределу прочности сухого материала R_сух, МПа:

Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением. Она характеризуется коэффициентом фильтрации Кф, м/ч, который равен количеству воды V_в в м³, проходящей через материал площадью S = 1 м², толщиной а = 1 м за время t = 1 ч, при разности гидростатического давления P₁ - Р₂ = 1 м водного столба:

Морозостойкость — способность материала в водонасыщенном состоянии не разрушаться при многократном попеременном замораживании и оттаивании. Разрушение происходит из-за того, что объем воды при переходе в лед увеличивается на 9%. Давление льда на стенки пор вызывает растягивающие усилия в материале. Морозостойкость материалов зависит от их плотности и степени заполнения пор водой. В конечном итоге разрушения, вызванные замерзанием воды в микротрещинах, приводят к снижению прочности материала до некоего критического значения, после которого его эксплуатация становится невозможной. Но до этого материал способен выдержать определенное число циклов замерзания и, соответственно, оттаивания практически без потери своих прочностных характеристик. Это число принято называть морозостойкостью и обозначать с помощью коэффициента морозостойкости — F, значение которого находится (для бетона) в пределах от F50 до F500.

4. Теплопроводность, теплоёмкость, определения, размерность

Теплопроводность — способность материалов проводить тепло. Теплопередача происходит в результате перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал. Теплопроводность зависит от коэффициента теплопроводности λ, Вт/(м*°С), который равен количеству тепла Q, Дж, проходящего через материал толщиной d = 1 м, площадью S = 1 м² за время t = 1 ч, при разности температур между поверхностями t₂- t₁ = 1 °С:

Теплопроводность материалов зависит от их средней плотности, химического состава, структуры, характера пор, влажности. Наиболее существенное влияние на теплопроводность оказывает средняя плотность материалов.

Теплоемкость - способность материалов поглощать тепло при нагревании. Она характеризуется удельной теплоемкостью с, Дж/(кг*°С), которая равна количеству тепла Q, Дж, затраченному на нагревание материала массой m = 1 кг, чтобы повысить его температуру на t₂-t₁ = 1°С:

Теплоемкость учитывается при расчете теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, подогрева материалов в зимний период.

5. Термическое расширение, термостойкость, огнестойкость, огнеупорность, определения, размерность

Термическим расширением называется эффект изменения размеров тела с изменением температуры при постоянном давлении. Это явление обусловлено несимметричностью потенциала взаимодействия атомов вещества, что приводит к ангармонизму колебаний атомов относительно среднего положения. Коэффициент термического расширения - различают линейный и объемный коэффициенты. Коэффициентом линейного расширения называют величину изменения единицы длины испытуемого материала в см/град при изменении температуры на 1°. Соответственно этому, коэффициент объемного расширения представляет собой величину изменения единицы объема в зависимости от изменения температуры на 1°. Единица измерения всех температурных коэффициентов расширения К^-1.

Термостойкость — способность материала выдерживать в заданном интервале резкие смены температур без появления признаков разрушения. Она характеризуется максимальной разностью температур, которую выдерживает испытуемый материал во время попеременного нагревания и резкого его охлаждения; зависит от многих факторов и, в частности, от величины коэффициента термического расширения. Чем меньше этот коэффициент, тем выше термостойкость вещества.

Огнестойкость — способность материала противостоять действию огня, т. е. не воспламеняться или воспламеняться с трудом при непосредственном соприкосновении с пламенем в условиях высоких температур. Огнестойкость характеризуется пределом огнестойкости – временем (в минутах) от начала теплового воздействия в условиях стандартных испытаний до наступления предельного состояния, зависящего от назначения конструкции.

Огнеупорность — свойство строительных материалов противостоять действию высоких температур, не размягчаясь и не превращаясь в жидкое состояние (не расплавляясь).

Показателем огнеупорности для многих тел является температура, при которой образец испытуемого материала, изготовленный в виде трехгранной пирамидки стандартных размеров, деформируется под собственным весом так, что вершина его, плавно изгибаясь, касается основания.

По огнеупорности материалы делят на легкоплавкие — с огнеупорностью ниже 1350° С, тугоплавкие — с огнеупорностью от 1350 до 1580° С и огнеупорные — с огнеупорностью выше 1580° С.

6. Прочность, упругость, пластичность, твёрдость, определения, размерность

Прочность — способность материалов сопротивляться разрушению и деформациям от внутренних напряжений, возникающих в результате воздействия внешних сил или других факторов, таких как неравномерная осадка, нагревание и т. п. Оценивается она пределам прочности (Размерность: МПа). Так называют напряжение, возникающее в материале от действия нагрузок, вызывающих его разрушение.

Упругостью твердого тела называют его свойство самопроиз­вольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешней силы. Упругая деформация полно­стью исчезает после прекращения действия внешней силы, поэтому ее принято называть обратимой. Упругие свойства вещества характеризует модуль Юнга. Это постоянная величина, зависящая только от материала, его физического состояния. Единица измерения: Н/м.

Пластичностью твердого тела называют его свойство изменять форму или размеры под действием внешних сил, не разрушаясь, причем после прекращения действия силы тело не может самопро­извольно восстанавливать свои размеры и форму, и в теле остается некоторая остаточная деформация, называемая пластической де­формацией. Характеризуется относительным удлинением и относительным сужением (выражается в процентах).

Твердость — способность материала оказывать сопротивление проникновению в него более твердого материала. Число твердости записывается без единиц измерения, например 230 HV. Если число твердости выражают в МПа, то после него указывают единицу измерения, например HV=3200 МПа.

7. Предел прочности на сжатие, растяжение и изгиб, определения, размерность

Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности. Пределом прочности (Размерность: МПа) называют напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разру­шение образца. Предел прочности различных строительных материалов колеблется от 0,5 до 1000 МПа и более. Предел прочности определяют опытным путем, используя при этом гидравлические прессы или разрывные машины и стандартные образцы материа­ла. Для некоторых материалов (бетон, кирпич и т. п.) предел прочности на растяжение определяют путем раскалывания цилиндров или призм. На разрыв испытывают образцы материалов в виде балочек, расположенных на двух опорах. У большинства материалов (кроме древесины, стали, полимерных материалов) предел прочности при растяжении и изгибе значительно ниже, чем при сжатии, поэтому их применяют главным образом в конструкциях, которые работают на сжатие.

Различают пределы прочности материалов при сжатии, растяжении, изгибе, срезе и пр. Они определяются испытанием стандартных образцов на испытательных машинах.

Предел прочности при сжатии и растяжении R_СЖ(Р), МПа, вычисляется как отношение нагрузки, разрушающей материал Р, Н, к площади поперечного сечения F, мм²:

.

Предел прочности при изгибе R_И, МПа, вычисляют как отношение изгибающего момента M, Н^хмм, к моменту сопротивления образца , мм³:

.

8. Твёрдость, истираемость, износ, определения, размерность

Твёрдость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. Для определения твёрдости материалов получили распространение методы царапания, сверления, шлифования, а также вдавливания острия, сферы или цилиндра.

Твёрдость каменных материалов определяют методом царапания, оценивая показатель твёрдости по шкале Мооса при помощи 10 специально подобранных минералов (тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд, алмаз), распо­ложенных в порядке возрастания твердости (более твердый царапает предыдущий), с условными показателями твердости от 1 до 10. Твёрдость древесины, металлов, бетона и некоторых других строительных материалов определяют методами Роквелла, Бринелля и Виккерса, вдавливая в них стальной шарик или твёрдый наконечник в виде конуса или пирамиды. В результате испытания вычисляют число твёрдости НВ (по Бринеллю), НR (по Роквеллу) или НV (по Виккерсу). От твердости материалов зависит их истираемость: чем больше твердость, тем меньше истираемость.

Истираемость – свойство материала уменьшаться в объёме и массе под действием истирающих усилий.Истираемость И_m (г/см²) оценивают потерей первоначальной массы об­разца материала, отнесенной к площади поверхности истирания F и вычисляют по формуле:

И_m = (т₁ - т₂)/F,

где т₁ и т₂ - масса образца до и после истирания.

Износом называют свойство материала сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов. Износ определяют на образцах материалов, которые испытывают во вращающемся барабане со стальными шарами или без них. Показателем износа служит потеря массы пробы материала в результате проведенно­го испытания (в % от первоначальной массы).

9. Структура строительных материалов (макро- и микроструктура), определения

Макроструктура – это видимая невооруженным глазом или при небольшом увеличении внутренняя или поверхностная часть материала. Макроструктура в целом характеризуется фазовым составом, т.е. наличием элементов структуры в виде твердого тела, жидкости и газовой среды. При визуальном осмотре изделия выявляют зоны и участки, различающиеся пористостью, окраской, зерновым составом и другими особенностями, а также различные дефекты структуры в виде трещин, каверн и пр. Макроструктуру строительных материалов делят на несколько групп: конгломератная, ячеистая, мелкопористая, волокнистая, слоистая, и рыхлозернистая (порошкообразная).

Микроструктура материала – строение, видимое в оптический микроскоп. На микроуровне твердая фаза материала может быть кристаллической и аморфной. Неодинаковое строение кристаллических и аморфных веществ определяет и различие в их свойствах. Аморфные обладают нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, химически более активны, чем кристаллические того же состава (аморфные формы кремнезема – пемза, туфы, трепелы, диатомиты). Теплопроводность аморфных материалов ниже, чем кристаллических. Неодинаковые свойства могут наблюдаться у кристаллических материалов одного и того же состава, если они формируются в разных кристаллических формах, называемых модификациями. Изменением свойств материала путем преобразования кристаллической решетки пользуются при термической обработке металлов.