Определение пористости и пустотности материала
С этими показателями связанны такие важные свойства, как прочность, водопоглощение, водопроницаемость, теплопроводность, морозостойкость.
Пористость – степень заполнения объема материала порами.
Величину пористости П 0 материала вычисляют в процентах по формуле
П=(1-ρ 0 /ρ)*100%
где ρ 0 - средняя плотность материала, г/см 3 ;
ρ - истинная плотность материала, г/см 3 .
По величине пор материалы подразделяют на мелкопористые (размер пор – сотые и тысячные доли миллиметра) и крупнопористые (до 1-2мм).
Более крупные поры в изделиях или полости между кусками рыхлого насыпанного материала (песок, щебень, гравий) называют пустотами.
Величину пустотности П материала (в %) вычисляют по формуле
где γ 0 – объемная масса, г/см 3 ;
γ о.н – объемная насыпная масса, г/см 3 .
Полученные данные заносят в таблицу по прилагаемому образцу.
Морозостойкими называются такие материалы, которые выдержали определенное количество циклов попеременного замораживания и оттаивания без снижения пределов прочности при сжатии не более 25% (для гидротехнического бетона не более 15%) или без потери веса не более 5%.
Показателем морозостойкости служит коэффициент морозостойкости, который определяют по формуле
где R мрз – предел прочности при сжатии после испытания при заданном количестве циклов переменного замораживания и оттаивания, кГ/см 2 ;
R нас – предел прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии, кГ/см 2 .
Морозостойкость определяют на специальных холодильных установках, обеспечивающих температуру ниже -15˚С (Рисунок 3.1.5).
Продолжительность циклов замораживания (4-6 ч) и оттаивания (4-6 ч) зависит от вида материала и от размера образцов. Замораживание производят при температуре -15-20˚С, а оттаивание – при +15-20˚С.
Коэффициенты размягчения и морозостойкости определяют в лабораторной работе при изучении естественных каменных материалов. На данном занятии необходимо ознакомиться с методикой и оборудованием, применяемым для определения морозостойкости строительных материалов.
Задание. Зарисовать схемы приборов (определение удельной и объемной массы). Зарисовать схему холодильной установки, описать ее действие. Выполнить заключение по работе.
Рисунок 1. 5 Современная холодильная установка для испытания образцов
Контрольные вопросы:
1. При помощи какого прибора определяют истинную плотность каменных материалов.
2. Что такое средняя плотность материала и как ее определяют у образцов правильной геометрической формы?
3. Изложите последовательность определения средней плотности материала методом гидростатического взвешивания.
4. Каким образом определяется насыпная плотность сыпучих материалов.
5. Что такое водопоглощение материала?
6. Какова методика определения предела прочности при сжатии природных каменных материалов?
7. Что такое коэффициент размягчения и как его вычисляют?
8. Какова форма и размеры образцов различных материалов при определении пределов прочности при изгибе и растяжении?
Порядок работ Библиотека Цены Контакты Под Морозостойкостью понимают способность материала в насыщенном водой состоянии и при многократном действии знакопеременных температур сохранять основные физико-механические свойства в заданных границах. Морозостойкость строительных материалов в значительной мере связана с их плотностью, пористостью и водостойкостью. Стеновые, кровельные и другие материалы в конструкциях и отделке зданий и сооружений, подвергаемые в эксплуатационных условиях насыщению водой и замораживанию, испытывают значительное (до 200 МПа) гидростатическое давление увеличивающейся в объеме при замерзании в порах материала воды. Наибольшее расширение ее объема (примерно на 9%) происходит при температуре - 4°С. И хотя дальнейшее понижение температуры не вызывает увеличения объема образовавшегося льда, испытания материалов на морозостойкость проводят при значительно более низ-ких температурах (- 15°С и ниже), так как в микропорах вода замерзает обычно при - 10°С.У пористых материалов наземных строительных конструкций в атмосферных условиях вода заполняет лишь часть общего объема пор. При замораживании вода отжимается в свободные поры, и этим, в частности, обусловливается способность пористых материалов противостоять разрушающему действию много-кратного замораживания и оттаивания находящейся в их порах воды. Если бы вода заполнила весь объем пор. разрушение материала наступило бы при первом же замораживании. Однако в зависимости от эксплуатационных условий при сорбции водяных паров из влажного воздуха обычно заполняются лишь микропоры материала (макропоры остаются резервом для миграции воды при замерзании), а при контакте с водой, наоборот, заполняются макропоры (микропоры являются резервными).
Пористые материалы, как правило, являются достаточно морозостойкими, если при насыщении вода заполняет не более 85% объема пор. Очевидно, что наибольшей морозостойкостью обладают плотные материалы и материалы с закрытой структурой пор и пустот.
Количественно морозостойкость характеризуют числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое может выдержать насыщенный водой образец; при этом допускается снижение прочности на сжатие не более чем на 25% и потеря по массе не более чем на 5%. Важной физической характеристикой пористых строительных материалов и изделий различною назначения является проницаемость свойства материала пропускать сквозь себя газы или жидкости. Проницаемость в общем виде выражается количеством флюида (газа, жидкости), переходящего в единицу времени сквозь единицу поверхности образца материала определенной толщины при заданном равномерном перепаде давления. Проницаемость строительных материалов изменяется в широких пределах; она возрастает с увеличением площади проницаемой поверхности, перепада давления, пористости, количества и размера пор, удельного количества сквозных пор (при неизменной общей пористости), с уменьшением толщины образца материала и вязкости флюида.
8 февраля 2011Под морозостойкостью понимают способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения, т. е. без образования трещин, выкрашивания, расслаивания и без значительной потери прочности и веса.
Вода, находящаяся в порах материала, превратившись в лед, увеличивается в объеме примерно на 10%. При этом в материале возникают большие внутренние напряжения, которые постепенно его разрушают. Поэтому необходимо наружные поверхности стен и крыш делать из морозостойких материалов.
Морозостойкими являются материалы плотные или с малым водопоглощением (до 0,5%).
Морозостойкость материалов зависит не только от водопоглощения, но и от коэффициента размягчения. Материалы с коэффициентом размягчения ниже 0,7 практически неморозостойки.
Для определения морозостойкости материал замораживают до температуры — 15 °С, а затем погружают в воду комнатной температуры для оттаивания. Число циклов попеременного замораживания и оттаивания материала при условии, что прочность его в результате этого понизится не более чем на 30%, и характеризует морозостойкость материала.
«Материаловедение для штукатуров,
плиточников, мозаичников»,
А.В.Александровский
В строительстве понятие вязкости употребляется только применительно к материалам, находящимся в жидком состоянии. Вязкость — это свойство жидкостей оказывать сопротивление при перемещении одной их части относительно другой. Вязкость любой жидкости зависит от ее температуры и давления. С понижением температуры она резко возрастает, так же как и при повышении давления до нескольких сотен атмосфер. Вязкость принято…
Теплопроводность — это способность материала передавать тепло от одной своей поверхности к другой. Величина теплопроводности учитывается при подборе материалов для ограждающих конструкций — наружных стен, верхнего перекрытия жилых зданий. В жилых помещениях с наружными стенами из теплопроводных материалов зимой будет холодно, а стены промерзнут, будут мокнуть и отделка (штукатурка, окраска) разрушится. Чтобы избежать этого, стены…
Теплоемкость — свойство материала поглощать определенное количество тепла при нагревании и выделять его при охлаждении. Теплоемкость характеризуется коэффициентом теплоемкости (обозначается латинской буквой с), который равен количеству тепла, необходимого для нагревания 1 кг материала на 1 °С. В таблице приведены значения коэффициентов теплоемкости для некоторых материалов. Коэффициент теплоемкости некоторых материалов Наименование материала Коэффициент теплоемкости в ккал…
Звукопроводность — это свойство материала пропускать звук. Для изоляции помещений от шумов важно, чтобы строительные конструкции имели низкую звукопроводность. Оштукатуривают стены, в частности, и для того, чтобы уменьшить их звукопроводность. Различают два рода шумов, передаваемых стенами и перекрытиями: ударные и воздушные. Ударные шумы хорошо поглощаются пористыми материалами, для погашения воздушных шумов (от радиоприемников, громкой речи)…
Прочность — это способность материала сопротивляться разрушению под влиянием внутренних напряжений, возникающих в результате действия внешних нагрузок или других факторов. Внешние воздействия, которым подвергаются строительные материалы, могут вызывать у них напряжения сжатия, растяжения, изгиба, сдвига. Чаще всего строительные материалы работают на сжатие или изгиб. Прочность строительных материалов при сжатии, растяжении и т. п. характеризуется пределом…
→ Определения структурных характеристик
Морозостойкость
Морозостойкость
Многие строительные конструкции (стены и фундаменты зданий, устои мостов, покрытия дорог) подвергаются совместному действию влаги и знакопеременных температур, которые постепенно приводят их к разрушению. Причина разрушения - расширение (примерно на 9%) воды при замерзании.
Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения. Испытание строительных материалов на морозостойкость заключается в цикличном попеременном замораживании и оттаивании в насыщенном водой состоянии и определении потери материалом массы и прочности. Замораживание и последующее оттаивание образца составляет один цикл; продолжительность цикла не должна превышать 24 ч. Количество циклов испытания принимают в соответствии с ГОСТом на материал. Так, бетон, применяемый для сооружения стен зданий, должен выдерживать 35…50 циклов, а бетон для гидротехнических сооружений – 300 циклов и более.
Выдержавшими испытание на морозостойкость считаются те материалы, которые после установленного для них ГОСТом числа циклов замораживания - оттаивания не имеют видимых признаков разрушения (не крошатся, не растрескиваются, не расслаиваются). Кроме того, потери прочности и массы образцов не должны превышать значений, установленных ГОСТом на данный материал. Например, для бетона потеря прочности при испытании на морозостойкость не более 5%, для кирпича и строительных растворов не более 25%; потеря массы при испытании кирпича не должна превышать 5%.
Испытывают материалы на морозостойкость на установках с холодильными машинами, создающими низкие температуры за счет испарения сконденсированных (сжатых и переведенных в жидкое состояние) газов: аммиака, фреона и т. п.
Во фреоновой компрессорной холодильной установке (рис. 3.5) жидкий фреон под давлением 0,5…0,8 МПа из ресивера через дроссель поступает в испаритель. Сечение труб испарителя значительно больше, чем сечение дросселя, в результате давление фреона в испарителе резко падает (до 0,05…0,1 МПа) и фреон, испаряясь, переходит в газообразное состояние. Этот процесс происходит с поглощением теплоты, поэтому в холодильной камере, где помещен испаритель, температура понижается до -16…-20°С. Из испарителя пары фреона поступают в компрессор, где они вновь сжимаются до 0,5…0,8 МПа, при этом температура фреона повышается. Затем в конденсаторе фреон охлаждается окружающим воздухом или водой, конденсируется и в жидком виде поступает в ресивер.
Морозостойкость различных материалов определяют как на целых изделиях, так и на образцах, специально изготовленных или высверленных из изделий. Форма и размеры образцов различных материалов определяются ГОСТами на эти материалы.
Образцы измеряют и взвешивают в состоянии, которое предусматривается стандартом, и укладывают в ванну для насыщения водой. Насыщенные водой образцы слегка обтирают тканью, повторно взвешивают и помещают в холодильную камеру при температуре не выше -16 °С. В камере образцы укладывают на металлический поддон с интервалами между ними для лучшего охлаждения. Если образцы размещают в несколько рядов по высоте, то их укладывают на подкладках толщиной не менее 20 мм. Общий объем загруженных в камеру образцов должен составлять не более 50% объема камеры.
Замороженные образцы вынимают из камеры и укладывают для оттаивания в ванну с водой при температуре 18…20°С. После полного оттаивания образцы вынимают из ванны, обтирают мягкой тканью, осматривают и вновь помещают в холодильную камеру. Через установленное стандартом для данного материала число циклов образцы после очередного оттаивания в воде взвешивают и испытывают на прочность.
Морозостойкость материала может быть определена ускоренными методами, заключающимися, например, в насыщении образцов материала в растворе сульфата натрия (п. 10.6) или путем глубокого (до -60 °С) их замораживания (п. 12, 13).
Материалы, предназначенные для устройства несущих конструкций, должны обладать каким-то запасом долговечности. Вообще, долговечность - это свойство конструкции, а не материала. Но для материалов тоже есть критерии оценки применимости для устройства ответственных зданий с большим расчетным сроком службы.
Для определения долговечности металлических конструкций применяют понятие коррозионной стойкости. Для металлов предусматривают способы защиты от коррозии: покрытия, легирование, защитные слои бетона вокруг арматурных стержней. Для полимеров иногда нормируют стойкость к деполимеризации и охрупчиванию. Однако полимеры в качестве элементов несущих конструкций почти не применяются, поэтому их долговечность на безопасную эксплуатацию влияет мало. Для каменных конструкций в качестве критерия долговечности используют марку по морозостойкости материала наружного слоя кладки.
Основной механизм старения камней - исчерпание ресурса морозостойкости внешними слоями кладки, подвергающимися воздействию дождей и мороза. Нормируется морозостойкость материала наружных 12 см однослойной каменной кладки или морозостойкость наружного слоя слоистой стены, а также морозостойкость материала верхней части каменных фундаментов - на всю толщину кладки (требования изложены в СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции»).
Если каменная конструкция спроектирована правильно - с учетом недопустимости влагонакопления в толще стены в отопительный период - то морозостойкость слоев, не подвергающихся прямому воздействию осадков, становится не важным фактором.
Нормируется морозостойкость через марку по морозостойкости. Для стен жилых и офисных зданий с расчетным сроком эксплуатации 100 лет и более, морозостойкость камня должна быть не ниже марки F35. Для зданий, которые строятся на побережье Северного Ледовитого океана - не ниже F50. Для тонких каменных облицовок требования жестче - F75.
Что такое марка по морозостойкости? Это количество лабораторных циклов замораживания водонасыщенного материала до температуры –18 °С с последующим оттаиванием без высушивания, при котором не происходит снижения эксплуатационных свойств материала. Критерии проверки качества циклически промороженных материалов отличаются. У бетонов проверяется потеря прочности (должна быть не более 15%). У кирпича проверяется сохранение внешнего вида.
Для оценки применимости материалов и долговечности конструкций из них следует понимать, что численное значение марки никак не связано с ожидаемым количеством лет безаварийной эксплуатации. Просто в первой половине ХХ века, когда разрабатывали методы оценки применимости камней для кладки ответственных конструкций, определили опытным путем, что камни, в лаборатории показывающие 35 циклов, в натурных условиях европейской части России обеспечивают более ста лет неизменности свойств наружных стен.
Для примера возьмем знакомые нам здания из массовой застройки Ленинграда: кирпичные 12 этажные точечные дома со стенами в 2 щелевых кирпича, строившиеся в 1970-х гг., построены из кирпича морозостойкостью по большей части F25–35; газобетонные панельные «корабли» серии 600.11 - из газобетона марки F25. И те и другие эксплуатируются по полвека без признаков разрушения. Их ресурс далек от исчерпания.
Заключение: практически все каменные материалы, из представленных на современном рынке, обладают достаточной морозостойкостью для строительства домов, которые прослужат не одному поколению жильцов. Важно обеспечивать их грамотную эксплуатацию: водоотвод с подоконников и парапетов, наружная отделка, не запирающая влагу в толще стены, нормальный влажностный режим помещений, ограждаемых каменными стенами или пароизоляция на их внутренней поверхности.
