Características comparativas de los materiales de construcción. Propiedades técnicas generales de los materiales de construcción.
Propiedades básicas materiales de construcción por regla general, determinan las áreas de su aplicación y, de acuerdo con la totalidad de los signos, se dividen en químicos, físicos, mecánicos y tecnológicos.
Las propiedades de los materiales de construcción determinan sus áreas de aplicación. Solo con una evaluación correcta de la calidad de los materiales, es decir, sus propiedades más importantes, fuertes y duraderos. Construcción de edificio edificaciones y estructuras de alta eficiencia técnica y económica.
Todas las propiedades de los materiales de construcción se dividen en físicas, químicas, mecánicas y tecnológicas según el conjunto de características.
Estos incluyen las características de peso del material, su densidad, permeabilidad a líquidos, gases, calor, radiación radiactiva, así como la capacidad del material para resistir la acción agresiva del entorno operativo externo. Este último caracteriza la durabilidad del material, que en última instancia determina la seguridad de las estructuras de construcción.
Propiedades químicas son evaluados por indicadores de la resistencia del material bajo la acción de ácidos, álcalis, soluciones salinas, provocando reacciones de intercambio en el material y su destrucción. se caracterizan por la capacidad de un material para resistir la compresión, la tensión, el impacto, así como la indentación de un cuerpo extraño y otros tipos de influencias en el material con la aplicación de fuerza.
Propiedades tecnológicas: la capacidad de un material para ser procesado en la fabricación de productos a partir de él.
Propiedades de los materiales de construcción.
Las propiedades de un material de construcción están determinadas por su estructura. Para obtener un material de determinadas propiedades, es necesario crear su estructura interna que proporcione las características técnicas necesarias. En última instancia, el conocimiento de las propiedades de los materiales es necesario para su uso más efectivo en condiciones de operación específicas.
Tabla 1. Propiedades básicas de algunos materiales de construcción (en estado seco al aire)
La estructura del material de construcción se estudia en tres niveles:
macroestructura - la estructura del material, visible a simple vista; microestructura - una estructura visible a través de un microscopio; la estructura interna de una sustancia estudiada a nivel molecular-iónico (métodos de investigación física y química: microscopía electrónica, termografía, análisis de difracción de rayos X, etc.).
La macroestructura de los materiales de construcción sólidos (excluidas las rocas que tienen su propia clasificación geológica) se divide en los siguientes grupos: conglomerados, celulares, finamente porosos, fibrosos, en capas y granulares sueltos (polvo). Los conglomerados artificiales son un grupo grande.
Foto 1. Materiales de pared de cerámica
Este diferente tipo hormigón, cerámica y otros materiales. La estructura celular del material se caracteriza por la presencia de macroporos. Es característico de hormigones de gas y espuma, silicatos de gas, etc. Una estructura finamente porosa es típica, por ejemplo, para materiales cerámicos obtenidos como resultado de la quema de sustancias orgánicas introducidas. La estructura fibrosa es inherente a la madera, productos de lana mineral y etc.
Figura 2. Rollo de material para pisos
La estructura en capas es típica de los materiales en láminas, placas y rollos. Los materiales granulados son áridos para hormigones, morteros, diversos tipos de relleno para aislamiento térmico y acústico, etc.
La microestructura de los materiales de construcción puede ser cristalina y amorfa. Estas formas son a menudo solo estados diferentes de la misma sustancia, por ejemplo, cuarzo y diversas formas sílice. La forma cristalina es siempre estable. Para causar la interacción química entre la arena de cuarzo y la cal en la producción. ladrillo de silicato, aplicar tratamiento en autoclave de la materia prima con vapor saturado a una temperatura de 175°C y una presión de 0,8 MPa.
Al mismo tiempo, el tripol (una forma de ánfora de sílice) con cal, cuando se mezcla con agua, forma hidrosilicato de calcio a una temperatura normal de 15 ... 25 ° C. La forma de ánfora de una sustancia puede convertirse en una forma cristalina más estable. Para los materiales pétreos, el fenómeno del polimorfismo tiene una importancia práctica, cuando la misma sustancia puede existir en varias formas cristalinas, llamadas modificaciones.
Las transformaciones polimórficas del cuarzo van acompañadas de un cambio de volumen. Una sustancia cristalina se caracteriza por un determinado punto de fusión y la forma geométrica de los cristales de cada modificación. Las propiedades de los monocristales no son las mismas en diferentes direcciones. Los fenómenos de conductividad térmica, resistencia, conductividad eléctrica, velocidad de disolución y anisotropía son consecuencia de las características de la estructura interna de los cristales. En la construcción se utilizan materiales pétreos policristalinos, en los que se orientan aleatoriamente distintos cristales. Estos materiales son isotrópicos en sus propiedades, a excepción de los materiales pétreos estratificados (gneises, esquistos, etc.).
Figura 3. piedra pizarra
La estructura interna del material determina su resistencia mecánica, dureza, conductividad térmica y otras propiedades importantes.
Las sustancias cristalinas que componen el material de construcción se distinguen por la naturaleza del enlace entre las partículas que forman la red cristalina. Puede estar formado por: átomos neutros (del mismo elemento, como en el diamante, o diferentes elementos, como en SiO2);
Iones (de carga opuesta, como en la calcita CaCO3, o con el mismo nombre, como en los metales); moléculas enteras (cristales de hielo).
Un enlace covalente, generalmente realizado por un par de electrones, se forma en cristales de sustancias simples (diamante, grafito) o en cristales que consisten en dos elementos (cuarzo, carborundo). Dichos materiales se caracterizan por su alta resistencia y dureza, son muy refractarios.
Los enlaces iónicos se forman en los cristales de materiales donde el enlace es principalmente de naturaleza iónica, como el yeso, el anhídrido. Son de baja resistencia y no impermeables.
Figura 4. Feldespato
En cristales relativamente complejos (calcita, feldespatos), tienen lugar enlaces tanto covalentes como iónicos. Por ejemplo, en la calcita, el enlace dentro del ion complejo CO2/3 es covalente, pero con los iones Ca2+ es iónico. La calcita CaCO3 tiene alta resistencia, pero baja dureza, los feldespatos tienen alta resistencia y dureza.
Los enlaces moleculares se forman en los cristales de aquellas sustancias en cuyas moléculas los enlaces son covalentes. El cristal de estas sustancias se construye a partir de moléculas enteras, que se mantienen cerca unas de otras por fuerzas de atracción intermolecular de van der Waals relativamente débiles (cristales de hielo), que tienen un punto de fusión bajo.
Los silicatos tienen una estructura compleja. Los minerales fibrosos (amianto) consisten en cadenas de silicato paralelas unidas entre sí por iones positivos ubicados entre las cadenas. Las fuerzas iónicas son más débiles que los enlaces covalentes dentro de cada cadena, por lo que las fuerzas mecánicas que son insuficientes para romper las cadenas desmembran dicho material en fibras.
Figura 5. Mica mineral laminar
Los minerales laminares (mica, caolinita) consisten en grupos de silicato unidos en redes planas. Las estructuras complejas de silicato se construyen a partir de tetraedros de SiO4 unidos por vértices comunes (átomos de oxígeno) y formando una red tridimensional, por lo que se consideran polímeros inorgánicos.
El material de construcción se caracteriza por su composición química, mineral y de fase. Composición química materiales de construcción le permite juzgar una serie de propiedades del material: mecánica, resistencia al fuego, bioestabilidad, así como otras especificaciones técnicas. La composición química de los aglutinantes inorgánicos (cal, cemento, etc.) y materiales pétreos naturales se expresa convenientemente por el contenido de óxidos en ellos (%).
Los óxidos básicos y ácidos están unidos químicamente y forman minerales que caracterizan muchas propiedades del material.La composición mineral muestra qué minerales y en qué cantidad están contenidos en este material, por ejemplo, en el cemento Portland, el contenido de silicato tricálcico (3CaO SiO2) es 45 ... 60%, ya un mayor contenido de este mineral acelera el proceso de endurecimiento y aumenta la resistencia.
La composición de fase y las transiciones de fase del agua en sus poros tienen una gran influencia en las propiedades del material. Las sustancias sólidas se liberan en el material, formando paredes de poros, es decir, un marco y poros llenos de aire o agua. Cambiar el contenido de agua y su estado cambia las propiedades del material.
Clasificación y normalización de propiedades
Las propiedades principales y especiales de los materiales de construcción se pueden dividir en los siguientes grupos, teniendo en cuenta los efectos sobre los materiales que se producen en condiciones de funcionamiento: parámetros de estado y características estructurales, ¿determino? En g propiedades tecnicas: composición química, mineral y de fases; características de masa específicas (densidad y densidad aparente) y porosidad; finura del polvo diferentes materiales;
propiedades físicas: propiedades reológicas de materiales plástico-viscosos; propiedades hidrofísicas, termofísicas, acústicas, eléctricas que determinan la relación del material con varios procesos físicos; resistencia a la corrosión física (resistencia a las heladas, resistencia a la radiación, resistencia al agua);
propiedades mecánicas que determinan la relación del material con la acción deformante y destructiva de las cargas mecánicas (resistencia, dureza, elasticidad, plasticidad, fragilidad, etc.);
propiedades químicas: capacidad de transformación química, resistencia a la corrosión química; durabilidad y confiabilidad.
Las propiedades de los materiales se evalúan mediante indicadores numéricos establecidos mediante pruebas de acuerdo con los estándares.. En la URSS, se ha creado un sistema de estandarización estatal unificado, que permite que la estandarización se aplique en todas las industrias. economía nacional. Esto asegura la eficacia del funcionamiento de las normas como uno de los medios para acelerar el progreso científico y tecnológico y mejorar la calidad de los productos.
El sistema de organismos y servicios de normalización está representado por el Organismo de normalización de toda la Unión ( Comité Estatal normas del Consejo de Ministros de la URSS) y sus servicios: el servicio de normalización en los sectores de la economía nacional, el servicio de normalización en las repúblicas de la Unión. Según el alcance, los estándares se dividen en cuatro categorías: estatales (GOST), industriales (OST), republicanos (RST) y estándares empresariales (STP).
Las normas estatales son un documento obligatorio para todas las empresas, organizaciones e instituciones, independientemente de su subordinación departamental, en todos los sectores de la economía nacional de la URSS y las repúblicas de la Unión. De acuerdo con el decreto del Consejo de Ministros de la URSS, están aprobados por el Estándar Estatal, y los estándares en el campo de la construcción y los materiales de construcción son aprobados por el Comité Estatal de Construcción de la URSS (Gosstroy de la URSS), Particularmente importante normas estatales(según una lista especial) aprueba el Consejo de Ministros de la URSS.
En el campo de los materiales y productos de construcción, las normas más comunes son: especificaciones; requerimientos técnicos; tipos de productos y sus principales parámetros, métodos de prueba; normas de aceptación, etiquetado, embalaje, transporte y almacenamiento.
Las normas de requisitos técnicos normalizan los indicadores de calidad, fiabilidad y durabilidad de los productos, su apariencia. Sin embargo, estas normas son Período de garantía servicios y la integridad de la entrega de los productos. La mayoría de las normas para materiales y productos de construcción son normas de requisitos técnicos. Una parte importante de los requisitos de las normas está relacionada con las características físicas y mecánicas de los materiales (peso a granel, absorción de agua, humedad, resistencia, resistencia a las heladas).
una de las caracteristicas sistema Estatal estandarización en la construcción y la tecnología productos de construcción es que, además de las normas, existe un sistema documentos normativos, combinados construyendo códigos y reglas (SNiP). SNiP es un conjunto de documentos normativos de toda la Unión sobre diseño, construcción y materiales de construcción, obligatorios para todas las organizaciones y empresas.
La base metodológica para la estandarización de dimensiones en el diseño, fabricación de productos de construcción y en la construcción de estructuras es el Sistema Modular Unificado (EMS). Este sistema es un conjunto de reglas para coordinar las dimensiones de los elementos de edificios y estructuras, productos y equipos de construcción basados en el módulo principal, igual a 100 mm (indicado por 1M). El uso de EMC le permite unificar y reducir la cantidad de tamaños estándar de productos de construcción. Esto asegura la intercambiabilidad de las piezas hechas de diferentes materiales o de diferentes diseños. Los productos y piezas del mismo tamaño, fabricados de acuerdo con los requisitos de EMC, se pueden utilizar en edificios para diversos fines.
en los unidos sistema modular también incluye módulos derivados, que se obtienen multiplicando el módulo principal por coeficientes enteros o fraccionarios. Cuando se multiplica por coeficientes enteros, se forman módulos ampliados, y cuando se multiplica por coeficientes menores a uno, se forman módulos fraccionarios (Tabla 2).
Tabla 2. Dimensiones del módulo en EMC
Se recomienda utilizar módulos ampliados derivados (60M, 30M, 12M) y tamaños múltiples para asignar pasos longitudinales y transversales de edificios. Los módulos 6M, 3M, 2M están diseñados para la división elementos estructurales en términos de edificios, propósito
anchos de apertura. El módulo principal 1M y los módulos fraccionarios de 1/2M a 1/20M se utilizan para asignar dimensiones de sección a elementos relativamente pequeños (columnas, vigas, etc.). Los módulos fraccionarios más pequeños (de 1/10M a 1/100M) se utilizan para asignar los espesores de losa y materiales de hoja, anchos de separación, tolerancias.
Las normas y reglas de construcción creadas en la URSS son de gran importancia internacional. Por decisión de la Comisión Permanente de Construcción de la CMEA, el SNiP se tomó como base para normas y reglas unificadas en el campo de la construcción para todos los países miembros de la CMEA.
El trabajo de normalización a escala internacional lo lleva a cabo la Organización Internacional de Normalización (ISO), creada especialmente en 1947. Las actividades de ISO, como se indica en su constitución, tienen por objeto promover el desarrollo favorable de la normalización en todo el mundo para facilitar el intercambio internacional de bienes y desarrollar la cooperación mutua en actividades científicas, técnicas y económicas. Además de ISO, el Consejo de Asistencia Económica Mutua y su Instituto Internacional de Normalización llevan a cabo una labor activa en el campo de la normalización internacional y la integración económica socialista.
Relación entre estructura y propiedades
El conocimiento de la estructura de un material de construcción es necesario para comprender sus propiedades y, en última instancia, para resolver la cuestión práctica de dónde y cómo aplicar el material para obtener el mayor efecto técnico y económico.
La estructura del material se estudia en tres niveles: 1) la macroestructura del material - la estructura visible a simple vista; 2) la microestructura del material - la estructura visible en un microscopio óptico; 3) la estructura interna de las sustancias que componen el material, a nivel de iones moleculares, estudiada por los métodos de análisis de difracción de rayos X, microscopía electrónica, etc.
macroestructura materiales de construcción sólidos * pueden ser de los siguientes tipos: conglomerado, celular, finamente poroso, fibroso, en capas, de grano suelto (polvo). *Nota: los materiales de piedra natural no están incluidos aquí, ya que las rocas tienen su propia coasificación geológica.
Los conglomerados artificiales son un grupo extenso que combina varios tipos de hormigón, una serie de materiales cerámicos y otros.
La estructura celular se caracteriza por la presencia de macroporos característicos del gas y el hormigón celular, plásticos celulares.
Una estructura finamente porosa es característica, por ejemplo, de materiales cerámicos porosos por alta incorporación de agua y la introducción de aditivos combustibles.
La estructura fibrosa es inherente a la madera, la fibra de vidrio, los productos de lana mineral, etc. Su característica es una gran diferencia en resistencia, conductividad térmica y otras propiedades a lo largo y ancho de las fibras.
La estructura en capas se expresa claramente en materiales laminados, en láminas, en placas, en particular en plásticos con un relleno en capas (boomoplast, textolita, etc.).
Los materiales granulados son áridos para hormigón, granulares y pulverulentos para masillas de aislamiento térmico, rellenos, etc.
Microestructura de sustancias, que constituye el material, puede ser cristalino y amorfo. Las formas cristalinas y amorfas a menudo son solo estados diferentes de la misma sustancia. Un ejemplo es el cuarzo cristalino y varias formas amorfas de sílice. La forma cristalina es siempre más estable.
Para provocar la interacción química entre la arena de cuarzo y la cal, la tecnología de ladrillos de silicato utiliza un tratamiento en autoclave de la materia prima moldeada con vapor de agua saturado a una temperatura de al menos 175 °C y una presión de 0,8 MPa. Mientras tanto, el tripol (una forma amorfa de dióxido de silicio), junto con la cal, después de mezclarlo con agua, forma hidrosilicato de calcio a una temperatura normal de 15 - 25 ° C. La forma amorfa de una sustancia puede cambiar a una forma cristalina más estable.
De importancia práctica para los materiales de piedra natural y artificial es el fenómeno del polimorfismo, cuando la misma sustancia puede existir en varias formas cristalinas, llamadas modificaciones. Por ejemplo, se observan transformaciones polimórficas del cuarzo, acompañadas de un cambio de volumen.
Una característica de una sustancia cristalina es un cierto punto de fusión (a presión constante) y una cierta forma geométrica de los cristales de cada una de sus modificaciones.
Las propiedades de los monocristales no son las mismas en diferentes direcciones. Estos son la resistencia mecánica, la conductividad térmica, la velocidad de disolución, la conductividad eléctrica, etc. El fenómeno de la anisotropía es consecuencia de las características de la estructura interna de los cristales.
En la construcción se utilizan materiales pétreos policristalinos, en los que se orientan aleatoriamente distintos cristales. Dichos materiales se consideran isotrópicos en términos de su construcción y propiedades técnicas. La excepción son los materiales pétreos en capas (gneises, esquistos, etc.).
La estructura interna de las sustancias. constituye el material, determina la resistencia mecánica, dureza, refractariedad y otras propiedades importantes del material.
Las sustancias cristalinas que componen el material de construcción se distinguen por la naturaleza del enlace entre las partículas que forman la red cristalina espacial. Puede estar formado por: átomos neutros (del mismo elemento, como en el diamante, o de elementos diferentes, como en el SiO2); iones (de carga opuesta, como en el CaCO3, o con el mismo nombre, como en los metales); moléculas enteras (cristales de hielo).
Un enlace covalente, generalmente realizado por un par de electrones, se forma en cristales de sustancias simples (diamante, grafito) y en cristales de algunos compuestos de dos elementos (cuarzo, carborundum, otros carburos, nitruros). Dichos materiales se distinguen por una resistencia mecánica y una dureza muy altas, son muy refractarios.
Los enlaces iónicos se forman en los cristales de aquellos materiales en los que el enlace es predominantemente iónico. Los materiales de construcción comunes de este tipo, yeso y anhídrido, tienen baja resistencia y dureza, y no son resistentes al agua.
En cristales complejos, que a menudo se encuentran en materiales de construcción (calcita, feldespato), se llevan a cabo enlaces tanto covalentes como iónicos. Dentro del ion complejo CO3-2, el enlace es covalente, pero él mismo tiene un enlace iónico con los iones Ca + 2. Las propiedades de tales materiales son muy diversas. La calcita CaCO3, con una resistencia suficientemente alta, tiene una dureza baja. Los feldespatos combinan una resistencia y dureza bastante altas, aunque son inferiores a los cristales de diamante con un enlace puramente covalente.
Las redes cristalinas moleculares y sus correspondientes enlaces moleculares se forman predominantemente en los cristales de aquellas sustancias en cuyas moléculas los enlaces son covalentes. El cristal de estas sustancias se construye a partir de moléculas enteras, que se mantienen cerca unas de otras por fuerzas de atracción intermolecular de van der Waals relativamente débiles (como en los cristales de hielo). Cuando se calientan, los enlaces entre las moléculas se destruyen fácilmente, por lo que las sustancias con redes moleculares tienen puntos de fusión bajos.
Los silicatos, que ocupan un lugar especial en los materiales de construcción, tienen una estructura compleja que determina sus características. Así, los minerales fibrosos (amianto) consisten en cadenas de silicato paralelas, interconectadas por iones positivos ubicados entre las cadenas. Las fuerzas iónicas son más débiles que los enlaces covalentes dentro de cada cadena, por lo que la acción mecánica, insuficiente para romper las cadenas, divide dicho material en fibras. Los minerales laminares (mica, caolinita) consisten en grupos de silicato unidos en redes planas.
Las estructuras de silicato complejas se construyen a partir de tetraedros de SiO4 conectados por vértices comunes (átomos de oxígeno comunes) y forman una red tridimensional. Esto dio motivos para considerarlos como polímeros inorgánicos.
Relación entre composición y propiedades
El material de construcción se caracteriza por su composición química, mineral y de fase.
La composición química de los poros del edificio, es decir, el "marco" del material y los poros llenos de aire y agua. Si el agua, que es un componente de este sistema, se congela, entonces el hielo formado en los poros cambia los materiales de ingeniería mecánica y térmica, lo que permite juzgar una serie de propiedades materiales: resistencia al fuego, bioestabilidad, mecánica y otras características técnicas. . La composición química de los aglutinantes inorgánicos (cemento, cal, etc.) y materiales pétreos se expresa convenientemente por la cantidad de óxidos que contienen (en %). Los óxidos básicos y ácidos están unidos químicamente y forman minerales, que determinan muchas de las propiedades del material.
La composición mineral muestra qué minerales y en qué cantidad están contenidos en el aglutinante o en el material de piedra. Por ejemplo, en el cemento Portland, el contenido de silicato tricálcico (3CaO-Si02) es del 45 al 60%, y con una cantidad mayor, se acelera el endurecimiento y aumenta la resistencia de la piedra de cemento.
La composición de fase del material y las transiciones de fase del agua en sus poros afectan todas las propiedades y el comportamiento del material durante la operación. Los sólidos se liberan en el material, que forman las paredes de las propiedades del material. Un aumento en el volumen de agua que se congela en los poros provoca tensiones internas que pueden destruir el material durante ciclos repetidos de congelación y descongelación.
Las características de la estructura están asociadas con indicadores de todas las propiedades de los materiales. Hay tres niveles de la estructura del material: macroestructura - la estructura visible a simple vista, microestructura - visible en un microscopio óptico y la estructura interna de las sustancias que componen el material a nivel molecular-iónico.
Los principales tipos de macroestructura incluyen conglomerado, celular, fibroso, en capas, de grano suelto (polvo).
Al estudiar la microestructura de los materiales, se distinguen los cristalinos y los amorfos.
Mayoría aplastante materiales modernos, además de una sustancia rígido-viscosa (sólida), contienen poros en su estructura: espacios, cavidades, células. Su número y naturaleza (tamaño, distribución, si están abiertos o cerrados) afectan otras propiedades operativas y técnicas. Por lo tanto, la porosidad es una característica importante del material.
Propiedades físicas materiales:
Propiedades de los materiales bajo la acción de la humedad, el agua, la congelación-descongelación.
Humedad: el contenido de humedad de un material, relacionado con la masa del material en estado seco, medido como porcentaje.
Higroscopicidad: la capacidad de un material para absorber vapor de agua del aire (en su alta humedad) y retenerlo debido a la condensación capilar.
Absorción de agua: la capacidad de un material para absorberlo y retenerlo en contacto directo con el agua. La absorción de agua del material, por regla general, es menor que su porosidad, ya que los poros están cerrados o son muy pequeños y el agua no penetra en ellos.
Permeabilidad al agua: la capacidad de un material para pasar agua bajo presión. El valor de la permeabilidad al agua se caracteriza por la cantidad de agua que ha pasado a través de 1 cm 2 del área del material de prueba durante 1 hora a presión constante.
Para áreas de construcción especiales (por ejemplo, para la construcción de sistemas de drenaje), se puede requerir un material con un grado determinado de permeabilidad al agua. En la mayoría de los casos se utilizan materiales que dotan a los elementos estructurales de resistencia al agua. La resistencia al agua es especialmente importante para los materiales de impermeabilización y techado.
Un aumento en el contenido de humedad de muchos materiales tiene un efecto negativo en su caracteristicas fisicas y mecanicas. Una serie de materiales (madera, hormigón, etc.) aumentan su volumen cuando se humedecen y se contraen durante el secado posterior. La humectación y el secado sistemáticos pueden causar tensiones alternas en el material y, finalmente, conducir a la pérdida de su resistencia y destrucción. La saturación del material con agua conduce a un deterioro notable de sus características termofísicas, lo que es especialmente indeseable para los materiales de las estructuras de cerramiento, así como a una disminución de su resistencia y durabilidad.
Resistencia a las heladas: la capacidad de un material saturado con agua para resistir la congelación y la descongelación alternadas sin signos de destrucción y, en consecuencia, sin una pérdida significativa de masa y resistencia. Los materiales resistentes a las heladas son aquellos que, después de un número determinado de ciclos de congelación y descongelación, no tienen astillado, grietas, deslaminación y no pierden más del % permisible de resistencia y masa en comparación con muestras similares que no han sido probadas.
Propiedades bajo la acción del calor, fuego, sonido.
La capacidad de un material para transferir a través de su espesor el flujo de calor que se produce cuando la diferencia de temperatura en las superficies que limitan el material se denomina conductividad térmica.
Resistencia al fuego: la capacidad de los materiales para mantener sus propiedades físicas y mecánicas cuando se exponen al fuego y altas temperaturas bajo condiciones de fuego. La resistencia al fuego de los materiales y productos está determinada por el grado de inflamabilidad utilizando métodos de calorimetría y tubo de fuego.
La absorción del sonido es la capacidad de los materiales para absorber las ondas sonoras.
Propiedades químicas:
Propiedades bajo la acción de sustancias agresivas.
La resistencia a la corrosión es la capacidad de los materiales para resistir la acción de sustancias agresivas. Este último puede destruir la sustancia del material y su estructura. Resistencia a los ácidos, resistencia a los álcalis, etc.
Propiedades mecánicas:
Propiedades bajo la acción de fuerzas estáticas y dinámicas.
Resistencia: la capacidad de los materiales para resistir la destrucción o el cambio irreversible de forma bajo la influencia de tensiones internas causadas por fuerzas externas u otros factores.
Dureza: la capacidad de un material para resistir las tensiones internas que surgen de la introducción local de otro cuerpo más sólido.
Abrasión: la capacidad de un material para disminuir en volumen y masa debido a la destrucción de la capa superficial bajo la acción de fuerzas abrasivas.
Elasticidad: la capacidad de un material para deformarse bajo la influencia de una carga y restaurar espontáneamente su forma y dimensiones originales después de la terminación del entorno externo. La deformación elástica desaparece por completo después de la terminación de la carga, por lo que comúnmente se denomina reversible.
La plasticidad es la capacidad de un material para cambiar de forma y tamaño bajo la influencia de fuerzas externas sin romperse. Después de la terminación de la fuerza, el material no puede recuperar espontáneamente su forma y dimensiones. La deformación residual se llama plástica.
Capacidad de fragilidad material sólido colapso bajo tensión mecánica sin ninguna deformación plástica significativa.
Materiales de madera.
La madera como material de construcción ha cualidades positivas cuán pequeño volumen peso, alta resistencia (especialmente en tensión), baja conductividad térmica (se puede utilizar para el aislamiento térmico de habitaciones), respeto por el medio ambiente, facilidad de procesamiento, cualidades estéticas.
Al mismo tiempo, deficiencias tan graves de la madera como la anisotropía (es decir, un material con propiedades desiguales en direcciones relativas a las fibras (por ejemplo, la contracción a lo largo de las fibras es menor que a lo largo de las fibras), higroscopicidad, descomposición, hinchazón, la deformación durante el secado desigual, el agrietamiento, la alta permeabilidad al sonido, la inflamabilidad, la presencia de defectos limitan su vida útil y alcance.
La madera es la materia prima para la elaboración de más de veinte mil productos y productos. Los métodos para procesar materias primas de madera se dividen en tres grupos: mecánicos, químico-mecánicos y químicos.
El procesamiento mecánico de la madera consiste en cambiar su forma mediante aserrado, cepillado, fresado, pelado, etc. Como resultado mecanizado recibir una variedad de bienes de consumo e industriales, productos y materias primas para industrias de procesamiento relacionadas. Durante el procesamiento químico-mecánico, se obtiene un producto intermedio de la madera, homogéneo en composición y tamaño: astillas especialmente cortadas, chapa triturada. El producto intermedio obtenido mecánicamente recubierto con un aglutinante. Bajo la acción de la temperatura y la presión, se produce la reacción de polimerización del aglutinante, como resultado de lo cual el producto intermedio de madera se pega firmemente entre sí. Durante el procesamiento químico-mecánico, se obtienen madera contrachapada, carpintería, aglomerado de madera y aglomerado de cemento, hormigón de madera y aglomerado. El procesamiento químico de la madera se lleva a cabo por descomposición térmica, exposición a solventes de álcalis, ácidos, sales ácidas de ácido sulfuroso.
El valor de varios tipos de madera radica en su resistencia, durabilidad y originalidad del patrón. Dicha madera se utiliza para la fabricación de hermosos muebles, parquet, puertas, diversos artículos de interior, que se consideran de élite, dado el alto costo inicial y la cantidad de esfuerzo invertido en su procesamiento.
Tecnología moderna tiene los medios para extender la vida de la madera en las estructuras. Estos incluyen secado, antiséptico e impregnación con retardantes de llama.
Las principales fuentes de ahorro de materiales de madera en la construcción son el aprovechamiento máximo de los residuos de madera para la producción de nuevos materiales industriales, alargando la vida de la madera y su uso racional en las estructuras.
Los problemas de ahorro de madera también deben tenerse en cuenta al procesar y procesar la madera. Aquí es donde elegir la organización correcta es fundamental. proceso tecnológico y modos de procesamiento. La madera es muy utilizada en construcción moderna como elemento constructivo, de acabado y material de aislamiento térmico. Para estructuras de construcción, se utilizan especies de coníferas, para decoración, de hoja caduca. Nomenclatura de productos de madera:
La madera como material de construcción: Tronco, Viga, Tablero, Riel
Estructuras de construcción de madera: cabaña de troncos, encofrado, Andamio, Granja
madera como material de acabado: Madera contrachapada, Parquet, tablero de parquet, tablero de parquet, Paneles de pared, Techos de madera, Rodapiés y esquinas, Ventanas y puertas de madera.
Los edificios residenciales de baja altura hechos de troncos o madera son muy populares.
Materiales de piedra natural. Ejemplos de aplicación
La piedra natural es un material de construcción natural. Todas las rocas utilizadas en la construcción se denominan piedra natural. Estos incluyen: mármol, granito, toba, pizarra, arenisca, piedra caliza y ónix. Las más populares hoy en día son las piedras: granito, mármol, ónix y dolomita.
El granito es una piedra natural de origen ígneo, que se compone de cuarzo, plagioclasa, feldespato potásico y micas. Colores: gris, rojo, rojo burdeos, rojo-rosa, rosa, marrón-rojo, gris-verde, negro-verde con grandes manchas transparentes.
El mármol es la piedra más popular y de élite entre las piedras naturales. Las chimeneas y escaleras de mármol son hoy un atributo del lujo.
Onyx es mitad gema. Esta piedra tiene un color inusual, hermosas y finas rayas le dan una belleza inusual a esta piedra.
La arenisca es una piedra natural de origen sedimentario, compuesta principalmente por partículas de cuarzo. Colores: tonos naturales amarillo, amarillo-marrón, gris, gris-verde.
La dolomita es una piedra natural de origen sedimentario, compuesta en su totalidad por el mineral dolomita. Gama de colores: rosa, amarillo tonos naturales.
Los materiales de piedra natural se obtienen mediante la extracción y el procesamiento de rocas. Los materiales pétreos se dividen en
piedras Forma irregular(escombros, grava)
piezas de productos que tienen forma correcta(placas, bloques).
Las estructuras más antiguas que han sobrevivido hasta nuestros días fueron construidas con piedra natural.
Las ideas sobre las propiedades de los materiales de piedra natural se asocian, por regla general, con una alta resistencia y durabilidad. Sin embargo, la piedra natural es un material que tiene una estructura muy diversa, a menudo compuesta por varios minerales y a menudo expuesto en el proceso de formación y posterior ocurrencia en la corteza terrestre expuestos a tensiones significativas. Las propiedades de los materiales de piedra natural también están influenciadas por los métodos de su extracción y procesamiento. Las propiedades operativas y técnicas de los materiales de piedra natural (así como las estéticas) están determinadas por la estructura de la roca. Al evaluarlo, se tiene en cuenta una conexión directa con la composición y las propiedades de los minerales formadores de rocas, que difieren en varias características.
La gama de materiales de piedra natural incluye bloques, piedras, losas, productos arquitectónicos y de construcción (planos y perfilados). Entre los materiales enumerados hay materiales para fines especiales: para estructuras hidráulicas (mar y río), estructuras subterráneas y puentes (túneles, partes submarinas y superficiales de puentes), para la construcción de carreteras.
Solicitud. En la práctica arquitectónica y de la construcción, los materiales pétreos se utilizan como estructurales (bloques para cimientos, muros), estructurales y de acabado (losas de piso, escaleras), acabados (losas, productos de perfil para revestimiento exterior e interior).
Dependiendo de las áreas de aplicación, las piedras de revestimiento decorativas se dividen en tres grupos:
Piedras que no soportan cargas mecánicas significativas (placas utilizadas para el revestimiento exterior e interior de edificios);
Piedras diseñadas para altas cargas mecánicas (losas de piso, escalones, etc.);
Piedras utilizadas para la construcción de monumentos monumentales y grandes detalles arquitectónicos decorativos (columnas, pilones, etc.).
Los bloques de piedra natural para cimientos y mampostería de paredes externas se utilizan como material de construcción local para edificios residenciales, públicos e industriales de dos, tres y cinco pisos.
Se requiere protección contra la corrosión. La piedra pulida y triturada se aplica para el acabado de los edificios. Puede utilizar soluciones hidrofóbicas con limpieza previa de la suciedad y el polvo.
materiales cerámicos Ejemplos de su aplicación.
Los materiales cerámicos tienen una estructura policristalina, se obtienen como resultado del moldeo y tratamiento térmico de arcillas con aditivos. El principal componente de la materia prima es la arcilla - roca sedimentaria.
Las principales etapas de producción (obtención): Preparación de materias primas - dosificación - mezcla - moldeo (plástico, semiseco, fundición) - secado - cocción. Procesamiento de la superficie frontal: Mecánico (para obtener un patrón en relieve), engobing (para un acabado mate), veladura (una capa vítrea, para brillo), seriografía (producción de un patrón en una plantilla con una composición colorante), serigrafía ( aplicando un ornamento-relieve, hasta 1 mm de profundidad). Junto con la madera y los materiales de piedra natural, los materiales cerámicos se han utilizado desde la antigüedad.
Entre los materiales cerámicos producidos por la industria se encuentran muros (ladrillos, piedras, bloques), tejas y losas, azulejos, sanitarios, arquitectónicos y artísticos, así como productos para usos especiales: tuberías, ladrillos viales, ácidos y refractarios, termoaislantes. , pinturas . Propiedades: Operacionales y técnicas: Absorción de agua, resistencia a las heladas, conductividad térmica, resistencia al calor, solidez. Sin embargo, su desventaja es su fragilidad.
Estético: relacionado con el tipo y composición de las materias primas utilizadas. Color, relieve, brillo, translucidez.
Según su finalidad, los materiales y productos cerámicos para la construcción se clasifican en: materiales de pared, productos huecos para suelos, materiales de revestimiento para exterior y decoración de interiores edificaciones, materiales para techos, tuberías, materiales refractarios, agregados livianos de concreto, productos sanitarios, productos especiales.
Los materiales cerámicos estructurales y de acabado estructural incluyen, en primer lugar, ladrillos, piedras y bloques.
Solicitud:
ladrillo cerámico- uno de los materiales más comunes. Aproximadamente la mitad de todas las viviendas residenciales, públicas y construyendo edificios. Los ladrillos de arcilla ordinarios de prensado de plástico están hechos de arcillas con o sin aditivos diluyentes. El ladrillo es un paralelepípedo. Grados de ladrillo: 300, 250, 200, 150, 125, 100. El prensado de plástico hueco de cerámica de ladrillo (piedra) se produce para mampostería muros de carga edificios de una y varias plantas, interiores, paredes y tabiques, revestimiento de paredes de ladrillo.
Muchos ejemplos del uso del ladrillo cerámico en interiores edificios públicos. Los ladrillos de construcción livianos se fabrican moldeando y quemando una masa de arcillas con aditivos combustibles, así como mezclas de arena y arcillas con aditivos combustibles. Tamaño del ladrillo: 250 × 120 × 88 mm, grados 100, 75, 50, 35. Los ladrillos de arcilla comunes se utilizan para colocar paredes internas y externas, pilares y otras partes de edificios y estructuras. Los ladrillos huecos de arcilla y cerámica se utilizan para colocar las paredes internas y externas de edificios y estructuras sobre la capa de impermeabilización. El ladrillo ligero se utiliza para colocar al aire libre y paredes internas edificios con humedad interior normal.
Otro material cerámico común son las baldosas. Las baldosas se fabrican con arcilla grasa cociéndolas a 1000-1100 °C. Las baldosas de alta calidad, cuando se golpean ligeramente con un martillo, producen un sonido claro y sin traqueteo. Es fuerte, muy duradero y resistente al fuego. Desventajas - alta densidad media, ponderación estructura portante techos, fragilidad, la necesidad de disponer techos con una gran pendiente para garantizar un flujo rápido de agua. Ampliamente utilizado en Europa occidental, las baldosas cerámicas para techumbre edificios de baja altura, rindiendo homenaje a la expresividad arquitectónica de este material y su alta durabilidad.
Los tubos cerámicos de drenaje están hechos de arcillas con o sin aditivos pobres, diámetro interior 25-250 mm, longitud 333, 500, 1000 mm y espesor de pared 8-24 mm. Se fabrican en fábricas de ladrillo o especiales. Los tubos cerámicos de drenaje se utilizan en la construcción de sistemas de drenaje y humidificación y riego, conductos colectores de drenaje. Las baldosas cerámicas, losas, se utilizan para revestir las fachadas de los edificios, por regla general, públicos y administrativos. A menudo prefieren platos de tamaños relativamente grandes.
Volúmenes significativos de uso de baldosas cerámicas, losas, para revestimiento de paredes interiores de baños, aseos, piscinas. En el local mencionado productos cerámicos también se utiliza para cubrir pilaf.
De gran importancia en la arquitectura lacónica moderna es el uso de cerámica decorativa y artística para paneles de pared, inserciones decorativas, composiciones tridimensionales, celosías y elementos de forma pequeña.
Materiales de vidrio y otros minerales fundidos. Ejemplos de su aplicación.
Los minerales (fundidos no metálicos) son masas viscosas líquidas ardientes de materias primas naturales y escorias industriales.
Dependiendo de la materia prima, hay:
Vidrio, rocas de cuarzo
Piedra (de ígneas y rocas)
Escoria (escoria industrial)
El vidrio es una fusión sobreenfriada de composición compleja a partir de una mezcla de silicatos y otras sustancias. Los productos de vidrio moldeado se someten a un tratamiento térmico especial: cocción.
Los materiales vítreos tienen una estructura amorfa artificial obtenida a partir de una fusión mineral que contiene componentes formadores de vidrio (óxidos de silicio, boro, aluminio, etc.). Además de los materiales de vidrio, se aíslan materiales de piedra y escoria fundida.
Las propiedades operativas y técnicas de los materiales de vidrio dependen principalmente de su composición y estructura, que se caracteriza por la ausencia de una red espacial regular y de isofuerza.
Los materiales de vidrio y otros minerales fundidos se pueden dividir en dos grupos principales: translúcidos y opacos (revestimiento, propósito especial: aislamiento térmico, absorción de sonido, resistente a los ácidos).
Más común en la construcción. ventana de vidrio- incoloro con superficies lisas. El vidrio para ventanas se produce en hojas que varían en tamaño desde 2500x2500 hasta 3210x6000 mm. Tiene una transmisión de luz de 84...90%. El vidrio, de acuerdo con sus distorsiones ópticas y defectos normalizados, se divide en grados M0-M7.Según el espesor, el vidrio se divide en: simple (2 mm de espesor), uno y medio (2,5 mm), doble (3 mm ), espesado (4-10) mm
El vidrio de vitrina se produce pulido y sin pulir en forma de láminas planas de 2 a 12 mm de espesor. Se utiliza para el acristalamiento de escaparates y aberturas. En el futuro, las láminas de vidrio pueden someterse a un procesamiento adicional: doblado, templado, recubrimiento.
El vidrio plano altamente reflectante es un vidrio de ventana común, en cuya superficie se aplica una película delgada translúcida que refleja la luz, hecha a base de óxido de titanio. El vidrio con una película refleja hasta el 40% de la luz incidente, la transmisión de luz es del 50-50%. El vidrio reduce la visualización desde lado exterior y reduce la penetración de la radiación solar en el local.
La lámina de vidrio radioprotector es un vidrio de ventana común, en cuya superficie se aplica una película protectora transparente delgada. La película de apantallamiento se aplica al vidrio durante su formación en máquinas. La transmisión de luz no es inferior al 70%.
Vidrio reforzado: fabricado en líneas de producción mediante laminado continuo con laminado simultáneo en la hoja malla metalica. Este vidrio tiene una superficie lisa y estampada y puede ser incoloro o coloreado.
El vidrio absorbente de calor tiene la capacidad de absorber los rayos infrarrojos del espectro solar. Está destinado al acristalamiento de las aberturas de las ventanas para reducir la penetración de la radiación solar en los locales. Este vidrio transmite los rayos de luz visible en al menos un 65%, los rayos infrarrojos en no más del 35%.
Los tubos de vidrio están hechos de vidrio transparente ordinario mediante estiramiento vertical u horizontal. Longitud del tubo 1000-3000 mm, diámetro interior 38-200 mm. Las tuberías soportan una presión hidráulica de hasta 2 MPa.
Los sitalls se obtienen introduciendo en la masa de vidrio fundido composición especial catalizadores de cristalización. Los productos se forman a partir de tal fusión, luego se enfrían, como resultado de lo cual la masa fundida se convierte en vidrio. Durante el tratamiento térmico posterior del vidrio, se produce su cristalización total o parcial: se forma un sill. Tienen alta resistencia, baja densidad media, alta resistencia al desgaste. Se utilizan en el revestimiento de paredes externas o internas, la fabricación de tuberías, losas de piso.
La estemalita es una lámina de vidrio de varias texturas, recubierta por una cara con cristales cerámicos sordos. color diferente. Está hecho de pantalla sin pulir o vidrio rodante de 6-12 mm de espesor. Se utiliza para el revestimiento exterior e interior de edificios, la fabricación de paneles de pared.
Mármol- losas rectangulares o cuadradas de vidrio coloreado opaco. Superficie exterior las placas suelen ser pulidas, internas - corrugadas. El mármol de vidrio tiene un color similar al mármol y es un tipo de mármol. Marblit se aplica para el revestimiento de fachadas y en edificios.
Smalt se llama piezas de vidrio opaco de color de forma irregular y el tamaño más grande (20 mm). Se moldea en forma de placas, que luego se rompen en pedazos. Smalt se utiliza para el acabado de fachadas, la fabricación de vidrio de construcción pulido tiene la distorsión óptica más mínima, lo que lo hace ideal para su uso en tecnología de ventanas, para acristalamiento de escaparates, dispositivos de ventilación, fabricación de espejos y
Ejemplos. imagen arquitectónica edificio moderno, las estructuras están determinadas en gran medida por la estructura elementos modernos, revelado en la fachada, y planos de vidrio. Caracterizado por formas geométricamente claras y grandes áreas de vidrio con propiedades originales.
Las secciones ciegas de los muros cortina que afectan la imagen arquitectónica de los edificios pueden ubicarse sobre los techos o dentro de sus contiguos. Pero a menudo se proporciona acristalamiento completo de las paredes mencionadas.
Los edificios con cercas hechas de materiales de vidrio pueden tener una fachada lisa o una fachada con plasticidad desarrollada: salientes, huecos.
Las proporciones de las secciones translúcidas y ciegas de la fachada, las proporciones de articulación, el color del vidrio son los parámetros que le permiten crear muros cortina con una variedad de apariencia. El aspecto original de la fachada se obtiene combinando materiales de vidrio translúcido y translúcido.
No menos significativo, incl. para apariencia arquitectónica, materiales de vidrio en edificios residenciales e industriales, jardines de infancia, escuelas, universidades.
Importancia fundamental tiene el hecho de que los materiales de vidrio siguen siendo respetuosos con el medio ambiente durante todo su ciclo de vida.
Área de aplicación:
Arquitectura (decoración de fachadas), interiores (tabiques, puertas, muros), acristalamiento de huecos ligeros (ventana de chapa, vitrina, templado, armado, etc.), como material de acabado (chapas de colores, grandes y pequeños azulejos), y de fibra de vidrio obtener productos de fibra de vidrio y aislantes térmicos de fibra de vidrio. Los productos de vidrio en piezas (bloques de vidrio huecos y perfiles de vidrio) se utilizan para la construcción de estructuras de cerramiento translúcidas.
materiales metalicos Ejemplos de su aplicación.
Conceptos básicos de producción: componente principal de la materia prima para la obtención de mí. - rocas minerales. La mayoría de las veces para la producción de mí. Se utilizan minerales de hierro rojo, marrón magnético y espato. Principal operaciones tecnológicas en la fabricación de mí-sus materiales: procesamiento de materia prima(trituración, lavado, enriquecimiento de minerales de hierro) – dosificación – fusión(obtención de metales) – moldeado(obteniendo me. materiales) . Si es necesario, aplicar mecánica y química. Se aplican métodos de acabado, barnices, pinturas, películas delgadas finas o poliméricas.
Me., Utilizado para la producción de construcción ma., Dividido en 2 grupos:
Ferroso - una aleación de hierro con carbono - hierro fundido y acero El metal ferroso representa aproximadamente el 95% de los productos metálicos producidos en el mundo.
LABORATORIO #1
PROPIEDADES TÉCNICAS GENERALES
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
PROPIEDADES TÉCNICAS GENERALES DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
Las principales propiedades técnicas de todos los materiales de construcción incluyen: masa, densidad, porosidad, resistencia, absorción de agua, resistencia a las heladas. Sirven tanto para evaluar la calidad y características del uso de materiales, como para diversos cálculos técnicos y económicos.
Algunas propiedades son especiales e importantes a la hora de elegir un material solo para determinadas condiciones de funcionamiento (resistencia al agua, resistencia química, conductividad térmica, etc.)
Las principales propiedades de los materiales de construcción se determinan en muestras estándar de acuerdo con GOST, observando las siguientes condiciones:
– La masa de las muestras se determina con un error de no más del 0,1%.
- Las dimensiones de las muestras de la forma geométrica correcta se determinan con un error de no más de 1 mm.
- El volumen de muestras de forma geométrica irregular se determina con un error no mayor al 1%.
– La temperatura del aire en la habitación donde se prueban las muestras debe ser de (25±10)°С, y la humedad relativa del aire debe ser de al menos el 60 %.
Peso- un conjunto de partículas materiales (átomos, moléculas, iones) contenidas en un cuerpo determinado. La masa tiene cierto volumen, es decir ocupa parte del espacio. Es constante para una sustancia dada y no depende de la velocidad de su movimiento y posición en el espacio. Los cuerpos del mismo volumen, formados por diferentes sustancias, tienen una masa desigual. Para caracterizar las diferencias en la masa de sustancias que tienen el mismo volumen, se introduce el concepto de densidad verdadera y media.
Densidad verdadera es la masa por unidad de volumen de la sustancia del material en un estado absolutamente denso, es decir sin poros y huecos. Los instrumentos más simples utilizados para determinar la densidad real son el medidor de volumen Le Chatelier (ver Fig. 1) y el picnómetro.
Arroz. 1. Medidor de volumen Le Chatelier
Para preparar una muestra, se toma una muestra de material que pesa al menos 30 g y se tritura hasta pasaje completo a través de un tamiz con malla No. 02. Se realiza una molienda con el fin de eliminar la porosidad. La muestra de polvo preparada del material de muestra se seca hasta peso constante a una temperatura de 105–110 °C. Luego, la muestra se enfría a temperatura ambiente en un desecador para evitar la absorción de humedad del aire.
La determinación de la densidad real se realiza en paralelo sobre dos muestras de unos 10 g cada una, extraídas de la muestra. La muestra seleccionada se vierte en un picnómetro limpio, seco y previamente pesado. El picnómetro se pesa junto con el polvo a ensayar, luego se vierte agua (u otro líquido inerte) en una cantidad tal que se llene aproximadamente a la mitad del volumen.
Para eliminar el aire del material de la muestra y del líquido, el picnómetro con el contenido se mantiene al vacío en un desecador hasta que dejen de formarse burbujas. Se permite (cuando se usa agua como líquido) eliminar el aire hirviendo el picnómetro con el contenido durante 15-20 minutos en un estado ligeramente inclinado en un baño de arena o agua.
Después de eliminar el aire, el picnómetro se llena de líquido hasta la marca. El picnómetro se coloca en un termostato con una temperatura de (20,0 ± 0,5) °C, en el que se mantiene durante al menos 15 minutos. Después de mantener presionado un termostato, el nivel de líquido se ajusta a la marca a lo largo del menisco inferior. Después de alcanzar un nivel de líquido constante, se pesa el picnómetro. Después de pesar, el picnómetro se libera del contenido, se lava, se llena con el mismo líquido, se le quita el aire, se mantiene en un termostato, se lleva el líquido a un nivel constante y se pesa nuevamente.
La densidad real () del material de muestra en g / cm 3 se calcula mediante la fórmula
donde es la masa del picnómetro con una muestra, g;
Masa del picnómetro, g;
Densidad del líquido, g/cc;
Masa del picnómetro con líquido, g;
Masa del picnómetro con muestra y líquido, g.
El valor de la densidad real de los productos se toma como la media aritmética de los resultados de determinar la densidad real del material de dos muestras, calculado con una precisión de 0,01 g/cm 3 . La discrepancia entre los resultados de determinaciones paralelas no debe ser superior a 0,02 g/cm 3 . Con grandes discrepancias, la densidad real de los productos se determina nuevamente.
Densidad media es la relación entre la masa de una muestra de material y el volumen total que ocupa, incluidos los poros y vacíos presentes en ella. La densidad media se calcula mediante la fórmula
donde está la masa del material, kg;
Volumen de material en estado natural, m 3 ;
El volumen de muestras de forma geométrica regular se calcula a partir de sus dimensiones geométricas. Si la muestra tiene la forma de un cubo o un paralelepípedo, mida su largo, ancho y alto, con cada cara medida en tres lugares y calcule la media aritmética. Al determinar el volumen de una muestra cilíndrica, se dibujan dos diámetros mutuamente perpendiculares en cada una de las dos bases paralelas del cilindro y se miden, además, el diámetro del cilindro se determina en la dirección mutuamente perpendicular a lo largo de la mitad de la altura de el cilindro La altura del cilindro se mide en los puntos de intersección de los segmentos de los diámetros con la circunferencia de las bases. El diámetro del cilindro se calcula como la media aritmética de las seis medidas indicadas. La altura del cilindro se determina de manera similar, en base a las cuatro medidas disponibles.
El volumen de muestras de forma geométrica irregular se determina utilizando un medidor de volumen o pesaje hidrostático. El medidor de volumen es un recipiente de forma arbitraria (Fig. 2), cuyo tamaño le permite probar las muestras disponibles. Un tubo con un diámetro interior de 8 a 10 mm con un extremo doblado se suelda en el recipiente. El medidor de volumen se llena con agua a una temperatura de (20 ± 2) °C hasta que sale del tubo. Cuando las gotas dejan de caer del tubo, se coloca debajo un recipiente previamente pesado. La muestra preparada para la prueba se sumerge cuidadosamente en un alambre delgado o hilo en el medidor volumétrico, mientras que el agua desplazada por la muestra fluye a través del tubo hacia el recipiente. Una vez que las gotas dejan de caer, se pesa el recipiente de agua y se determinan la masa y el volumen del agua desplazada. VV en cm 3 según la fórmula
Dónde T 1 – peso del contenedor vacío, g:
T 2 – masa del recipiente con agua desplazada por la muestra, g;
rb- la densidad del agua, tomada igual a 1,0 g / cm 3.
1 - buque; 2 - un tubo; 3 - recipiente para recoger agua
Arroz. 2. Medidor de volumen.
El volumen de una muestra en una balanza hidrostática se determina pesándola en aire y en agua de acuerdo con el esquema que se muestra en la fig. 3.
1 - un recipiente con agua; 2 - suspensión para la muestra; 3 - muestra; 4 – escamas;
5 – pesos
Arroz. 3. Escalas hidrostáticas.
La precisión para determinar la densidad promedio depende de la porosidad del material, ya que una muestra sumergida en un líquido no solo lo desplaza, sino que también lo absorbe. Las muestras que tienen una estructura finamente porosa se enceran o saturan con agua durante al menos un día antes de la prueba.
Volumen de muestras presaturadas con agua V 0 en cm 3 determine:
donde es la masa de la muestra saturada con agua, determinada pesando en el aire, g;
es la masa de la muestra saturada con agua, determinada pesando en agua, g;
- la densidad del agua, tomada igual a 1 g / cm 3.
La parafinación se lleva a cabo como sigue. La muestra, seca hasta peso constante, se calienta a 60°C y se sumerge varias veces en parafina fundida de tal manera que se forma sobre su superficie una película de parafina de aproximadamente 1 mm de espesor. Después de eso, se pesa la muestra.
El volumen de muestras preparadas para la prueba de encerado está determinado por:
- cuando se prueba en un medidor volumétrico de acuerdo con la fórmula
– cuando se prueba en un equilibrio hidrostático de acuerdo con la fórmula
Dónde –
– peso de la muestra encerada, determinado pesando en el aire, g;
– peso de la muestra encerada, determinado pesando en agua, g;
- la densidad de la parafina, tomada igual a 0,93 g / cm 3.
El valor de la densidad media se determina en al menos tres muestras. El resultado final es la media aritmética de la densidad media de las tres medidas.
Densidad a Granel- caracteristico de grandes materiales(cemento, arena, piedra triturada, grava, etc.). En este caso, el volumen del material incluye no solo los poros del propio material, sino también los huecos entre los granos o piezas del material.
La densidad aparente de los materiales a granel se determina pesando un cierto volumen de material. Para establecer la densidad aparente de los materiales de grano fino, se utiliza un recipiente con un volumen de 1 litro. Para materiales de grano grueso, se utilizan recipientes cilíndricos con un volumen de 5 a 50 litros.
La definición se hace de la siguiente manera. Desde un embudo especial o con una cuchara, el material se vierte en un recipiente previamente pesado con un ligero exceso, que luego se retira con una regla de metal al ras de los bordes del recipiente. Después de eso, se pesa el recipiente lleno de material. La densidad aparente está determinada por la fórmula:
Dónde T- peso del recipiente de medición, g;
T 1 – masa del recipiente de medida con arena, g;
V- el volumen del recipiente de medición, cm 3 .
Porosidad material () se caracteriza por el grado de llenado de su volumen con poros y se calcula como un porcentaje en volumen de acuerdo con la siguiente fórmula:
donde - la densidad media de arena, kg / m 3;
- la verdadera densidad de arena, kg / m 3;
Vacío -(volumen de vacíos intergranulares) de materiales a granel en un estado estándar no consolidado se determina en función de los valores de densidad real y densidad aparente. El vacío () como porcentaje por volumen se calcula mediante la fórmula
donde - la verdadera densidad de arena, kg / m 3;
- densidad aparente de arena, kg / m 3.
Absorción de agua- esta es la propiedad del material para absorber y retener agua en contacto directo con él. La absorción de agua depende de la presencia de poros abiertos en el material.
La absorción de agua se puede determinar por tres métodos: 1) inmersión continua de la muestra de prueba en agua; 2) hervir la muestra con agua; 3) aspirar.
El procedimiento para determinar la absorción de agua por primer método próximo. Secadas previamente a una temperatura de 110ºС y pesadas, las muestras se colocan en un recipiente lleno de agua de modo que el nivel del agua en el recipiente sea aproximadamente 50 mm más alto que el nivel superior de las muestras apiladas. Las muestras se apilan de modo que la altura de la muestra sea mínima (prismas y cilindros se colocan de lado). La temperatura del agua en el recipiente debe ser de (20 ± 2) °C. Las muestras se pesan cada 24 horas de absorción de agua con un error no mayor al 0,1%. Al pesar, las muestras extraídas del agua se limpian preliminarmente con un paño húmedo escurrido. La masa de agua que sale de los poros de la muestra hacia el plato de pesaje debe incluirse en la masa de la muestra saturada. La prueba se lleva a cabo hasta que los resultados de dos pesajes sucesivos no difieran en más del 0,1%.
Al determinar la absorción de agua por muestras en ebullición ( segundo método) las muestras se preparan y se colocan en un recipiente con agua de manera similar al primer método, se calientan y hierven (aproximadamente 1 hora), se hierven durante aproximadamente 5 horas y se dejan enfriar a temperatura ambiente. Después de eso, las muestras se pesan en el orden indicado anteriormente.
Aspirado de muestras ( tercer método) se produce de la siguiente manera. Las muestras preparadas se colocan en un desecador (recipiente) al vacío sobre un soporte y se llenan con agua de manera que su nivel esté al menos 2 cm por encima de la parte superior de la muestra MPa [(0,5 ± 0,1) kgf / cm 2], fijo por un manómetro. La presión reducida se mantiene anotando el tiempo hasta que cesa la liberación de burbujas de aire de las muestras, pero no más de 30 minutos. Después de la restauración de la presión atmosférica, las muestras se mantienen en agua durante el mismo tiempo que al vacío, de modo que el agua llene el volumen ocupado por el aire eliminado. Luego proceda de manera similar a los dos primeros métodos.
La absorción de agua de la muestra en peso en porcentaje se determina con un error de hasta 0,1% según la fórmula:
Dónde – peso de la muestra seca, g;
– peso de la muestra saturada de agua, g.
La absorción de agua de la muestra por volumen en porcentaje se determina con un error de hasta 0,1% según la fórmula:
Dónde V es el volumen de la muestra, cm3.
Humedad El material está determinado por el contenido de humedad contenido en los poros y adsorbido en la superficie, referido a la masa del material en estado seco. La humedad depende tanto de las propiedades del propio material (porosidad, higroscopicidad) como del entorno (humedad del aire, contacto con el agua). Para determinar esta propiedad, es necesario pesar la muestra en su estado natural, luego secarla hasta peso constante y volver a pesar. La humedad como porcentaje en masa está determinada por la fórmula:
Dónde – peso de la muestra en su estado natural, g;
– peso de la muestra seca, g.
resistencia a las heladas- la propiedad de un material saturado con agua para resistir la congelación y descongelación repetidas sin signos de destrucción, una disminución significativa de la resistencia y la pérdida de peso.
La congelación del agua que llena los poros del material va acompañada de un aumento de su volumen de aproximadamente un 9 %, lo que provoca una presión en las paredes de los poros que conduce a la destrucción del material. Sin embargo, en muchos materiales porosos, el agua no puede llenar más del 90 % del volumen de los poros disponibles, por lo que el hielo que se forma cuando el agua se congela tiene espacio para expandirse. Por lo tanto, la destrucción del material ocurre solo después de repetidas congelaciones y descongelaciones alternas.
Teniendo en cuenta la heterogeneidad de la estructura del material y la distribución desigual del agua en él, se puede esperar una resistencia a las heladas satisfactoria para materiales porosos en los que el agua no llena más del 80% de los poros, es decir. la absorción volumétrica de agua de dichos materiales no supera el 80% de la porosidad abierta. Los materiales densos que no tienen poros, o los materiales con una ligera porosidad abierta, cuya absorción de agua no supera el 0,5%, tienen una alta resistencia a las heladas. La resistencia a las heladas ha gran importancia Para materiales de pared, sometidos sistemáticamente a congelaciones y descongelaciones alternas, así como a los materiales utilizados en cimentaciones y cubiertas.
Para determinar la resistencia a las heladas de los materiales, las muestras de control y básicas se saturan con agua. Las muestras de control después de la saturación de agua se analizan para determinar su resistencia. Las muestras principales se cargan en el congelador en un contenedor o se montan en un estante de malla de la cámara de tal manera que la distancia entre las muestras, las paredes de los contenedores y los estantes superiores sea de al menos 50 mm. El comienzo de la congelación se considera el momento en que la temperatura en la cámara alcanza menos 16 °C. Después de la congelación, las muestras se descongelan en un baño de agua a una temperatura de (18±2)°C. En este caso, las muestras deben sumergirse en agua de forma que quede una capa de agua de al menos 50 mm por encima de la cara superior. La duración de los ciclos de congelación y descongelación depende del tipo de material y del tamaño de la muestra. El número de ciclos de congelación y descongelación alternados, después de los cuales se debe realizar la determinación de la resistencia o pérdida de peso de las muestras, se establece de acuerdo con GOST para el material bajo prueba.
El material se reconoce como resistente a las heladas si, después de un número determinado de ciclos de congelación y descongelación, la pérdida de peso de las muestras como resultado del astillado y la deslaminación no supera el 5 %, y la resistencia disminuye en no más del 25 %. El grado de resistencia a las heladas del material se puede caracterizar por el coeficiente de resistencia a las heladas:
donde es la resistencia a la compresión de las muestras de material después de la prueba de resistencia a las heladas, MPa; es la resistencia a la compresión del material saturado con agua, MPa.
De acuerdo con el número de ciclos de resistencia de congelación y descongelación alterna, los materiales se dividen en grados F10; F15; F25; F35; F50; F100; F150; F200 o más.
Para algunos materiales, existen métodos acelerados para determinar la resistencia a las heladas de los materiales. La esencia de uno de los métodos es saturar las muestras principal y de control antes de realizar la prueba con una solución acuosa de cloruro de sodio al 5%. Luego, las muestras se analizan de acuerdo con el método anterior, con la única diferencia de que la descongelación se lleva a cabo en una solución de cloruro de sodio. Otro método acelerado es similar al descrito, sin embargo, la temperatura en el congelador se reduce a - (50-55) ° С. Por ejemplo, para un hormigón que ha soportado 8 ciclos de congelación-descongelación alternada acelerada según el tercer método o 75 ciclos según el segundo método, se asigna el grado de resistencia a las heladas F300.
Fuerza: la capacidad de un material para resistir la destrucción por la acción de tensiones internas que surgen bajo la influencia de una carga externa. Dado que en las estructuras reales el material experimenta varias tensiones internas: compresión, tensión, flexión, corte, torsión, la resistencia de los materiales generalmente se caracteriza por la resistencia máxima en compresión, tensión, flexión, etc. Numéricamente, la resistencia a la tracción es igual a la tensión correspondiente a la carga que provocó la destrucción de la muestra de material.
Resistencia última a la compresión o a la tracción, MPa es igual a la fuerza de rotura por 1 m 2 de la sección inicial del material en el momento del fallo de la muestra:
donde es la fuerza de rotura, N;
- área de la sección transversal de la muestra, mm 2.
donde es la fuerza de rotura, N;
– luz entre apoyos, mm;
Y - el ancho y la altura de la sección transversal de la viga, mm.
Resistencia máxima a la flexión con una carga concentrada y una muestra de viga sección rectangular:
donde es la distancia entre las cargas, mm.
La resistencia a la tracción del material se determina empíricamente, ensayando en el laboratorio en prensas hidráulicas o máquinas de tracción muestras especialmente fabricadas (métodos destructivos), o utilizando métodos no destructivos- esclerometría, ecografía, etc. Para probar una muestra para compresión, las muestras se hacen en forma de cubo o cilindro, para tensión, en forma de varillas redondas, tiras u "ochos", y para flexión, en forma de vigas. La forma y dimensiones de las muestras deben cumplir estrictamente con los requisitos de GOST para cada tipo de material.
La resistencia de los materiales de construcción generalmente se caracteriza por un grado que corresponde en magnitud a la resistencia a la compresión obtenida al probar muestras de formas y tamaños estándar. Por ejemplo, la designación de marca para resistencia a la compresión M150 corresponde a una resistencia de 150 kgf / cm 2 (15 MPa).