Podstawowe właściwości techniczne materiałów budowlanych PDF

Preview

Summary

Szczegółowe notatki z zakresu podstawowych właściwości technicznych materiałów budowlanych. Definicje, tabelki....

Description

1. Podstawowe właściwości techniczne materiałów budowlanych ■ Właściwości fizyczne materiałów budowlanych:  Gęstość – masa jednostki objętości materiału w stanie zupełnej szczelności (bez porów): ρ=

[ ]

ms – masa suchej sproszkowanej próbki materiału [kg] V – objętość sproszkowanej próbki (bez porów) [m 3]

ms ¿ kg3 V m ¿

Oznaczenie wykonuje się za pomocą piknometru lub objętościomierza Le Chateliera (wypełniony spirytusem, benzenem lub eterem). Materiały porowate rozdrabnia się (sito o boku oczka 0,08 mm) i suszy. Próbki materiałów stałych (stal, szkło) nie podlegają rozdrabnianiu. Gęstość materiałów pochodzenia mineralnego, np. kamieni naturalnych, wynosi 2,3 - 3,5 [g/cm3], materiałów pochodzenia organicznego waha się od 1,0 do 1,6 [g/cm3], natomiast gęstość metali jest bardzo różna i wynosi od 1,7 do 20,0 [g/cm3].  Gęstość objętościowa – masa jednostki objętości materiału wraz z porami (stan naturalny):

[ ]

ms – masa suchej sproszkowanej próbki materiału [kg] V0 – objętość próbki wraz z porami (stan naturalny) [m3]

ms kg ¿ V0 m3 ¿

ρ0 =

Wartość ρ0 zależna jest od struktury materiału. W przypadku większości materiałów jest mniejsza od ρ (ale np. szkło, stal, bitumy maja te wartości równe). Daje ona możliwość przybliżonego określenia np. wytrzymałości, przewodności cieplnej.  Gęstość nasypowa – masa jednostki objętości materiału sypkiego w stanie luźnym (do oznaczania stosuje się objętościomierze o różnej pojemności.  Szczelność – określa jaką część całkowitej objętości materiału zajmuje masa bez porów: S=

ρ0 – gęstość objętościowa [kg/m3] ρ – gęstość [kg/m3]

ρ0 100 ¿ [ ] ρ ¿

 Porowatość – określa jaką część całkowitej objętości materiału stanowi objętość porów: P=

ρ− ρ 0 ρ

100 =( 1−S ) 100 ¿[ ] ¿

ρ0 – gęstość objętościowa [kg/m3] ρ – gęstość [kg/m3] S – szczelność [%]

Materiały dzielimy na: - drobnoporowate (pory o wymiarach 0,01 i 0,001 mm), - wielkoporowate (pory od 0,1-2 mm). Porowatość decyduje o: wytrzymałości, mrozoodporności, właściwościach izolacyjnych i waha się od 0% (bitumy, szkło, metale) do 95% (wełna mineralna, pianka poliuretanowa).  Wilgotność – zawartość wody w materiale (w danej chwili): W=

mw −m s ms ¿

mw – masa próbki w stanie wilgotnym [kg] 100 ¿ [ ] ms – masa próbki w stanie suchym [kolejne ważenia w odstępie doby nie wykazują różnic - temperatura suszenia wynosi 100-

1

150°C (gips 70°C, termoplastyczne 1300°C, a łatwotopliwe 100 Mpa), piaskowce wapienne (zlepione CaCO3, wytrzymałość 30-50 Mpa), piaskowce ilaste (spoiwem jest ił – frakcja 2-5 μm).  Dolomit – skała miękka (twardość 4), barwa biała, szara, żółtawa (połyskujący), gęstość 2,7-2,8 kg/dm3, wytrzymały na ściskanie i warunki zewnętrzne, stosowany jako kruszywo II gatunku i jako ruda magnezu.  Marmur – skała wapienna powstała wskutek działania wysokiego ciśnienia (ulega krystalizacji), daje się łatwo szlifować i polerować, stosowany na płyty posadzkowe, okładziny itd.

■ Elementy kamienne:  Kamień łamany – nieregularne odłamki skalne o powierzchniach naturalnego przełamu skalnego i ostrych krawędziach. Wyróżniamy trzy odmiany (B – budowa murów i fundamentów, I – drogi i budowle inżynierskie, K – na kruszywo) i klasy (I-VI).  Bloki, formaki i płyty surowe – bryły kamienia naturalnego określonej wielkości, uzyskane w wyniku urabiania złoża skalnego lub obróbki nieregularnych brył.  Płyty kamienne do okładzin pionowych – płyty, którymi licuje się ściany zewnętrzne (Pz) i wewnętrzne (Pw). Wymiary (mm): grubość (w zależności od materiału), długość (300-120 co 100), szerokość (300-120 co 100). Dzielimy na:

8

- rodzaje: granitowe (G), sjenitowe (S), marmurowe (M), piaskowcowe (P), trawertynowe (T), dolomitowe (D), z wapieni zbitych (Wz) i lekkich (W), - odmiany: łupana (łup), grotowana (grt), promieniowana (pło), piłowana (pił), piaskowana (psk), szlifowana (szl), polerowana (pol), groszkowana (grk).  Podokienniki zewnętrzne/wewnętrzne – elementy powinny posiadać następujące cechy: mrozoodporność (25 cykli), nasiąkliwość 25 MPa. Wymiary (mm): grubość (odmiana), długość (typ), szerokość (230/360). Dzielimy na: - rodzaje: granitowe (G), sjenitowe (S), piaskowcowe (P), - typy (I-XII): 810-2510 (co 100) / 910-2610 (co 100), - odmiany (a i b): a(40), b(60) / a(30), b(40).  Płyty posadzkowe zewnętrzne i wewnętrzne – klasyfikuje się wg rodzaju, typu, odmian, kształtu (wieloboczne, kwadratowe, prostokątne, trójkątne), faktury (szlifowane, pólpolerowane, polerowane). Wymiary (mm): grubość (piaskowiec: 30-200, pozostałe 20200), długość (100-1200), szerokość (100-800).  Stopnie schodów – Wymiary (mm): grubość (100-180), długość (900-1500), szerokość (320-400). Dzielimy na: - rodzaje: granitowe (G), sjenitowe (S), marmurowe (M), piaskowcowe (P), dolomitowe (D), z wapieni zbitych (Wz), - grupy: zewnętrzne (z) wewnętrzne (w), - profile: prostokątne, podcięte (trapezowe), - odmiany: groszkowana, piłowana, szlifowana, piaskowana, polerowana, promieniowana, - typy (ilość obrobionych powierzchni): lewe (lw), prawe (pr), dwuczołowe (dw), przelotowe (n).  Brukowiec – stosowane do budowy nawierzchni dróg. Wady: nierówności, hałas, trudności w utrzymaniu czystości. Wymiary (mm, mm2): wysokość (150 lub 180), powierzchnia czoła (13000-2500 lub 16000-36000). Wyróżniamy trzy typy: - obrobiony (O) – o kształcie prostopadłościanu (górna i dolna powierzchnia równoległa, - płytowany (P) – górna powierzchnia (czoło) w skutek rozłupania płaska, - nieobrobiony (N) – górna powierzchnia w miarę płaska.  Kostka drogowa – do jej produkcji używa się skał trudno ścieralnych (granit, porfir, kwarcyt). Dzielimy na: - typy: nieregularne, regularne, rzędowe, - rodzaje: normalne, łącznikowe, - trzy gatunki (ze wzg. na wymiary). - dwie klasy (ze wzg. na jakość materiału).  Krawężniki – stosowane w celu zabezpieczania krawędzi nawierzchni drogowej i optycznego rozdzielenia dwóch rodzajów ruchu. Wymagania (w zależności od klasy): wytrzymałość w stanie powietrzno-suchym, ścieralność, nasiąkliwość, mrozoodporność. Dzielimy na: - typy: U (uliczne), M (mostowe), D (drogowe), - rodzaje: A i B (ze wzg. na kształt przekroju poprzecznego), - wielkości (zależnie od wysokości), - odmiany: UP (uliczne proste), UŁN (łukowe, naroże o łuku wypukłym), UŁW (łukowe, naroże o łuku wklęsłym), - klasy: I, II, III (ze wzg. na jakość materiału).

■ Ochrona materiałów kamiennych: W celu uniknięcia przedwczesnej korozji materiał kamienny powinien pochodzić z dobrego, sprawdzonego kamieniołomu. Należy unikać gromadzenia się wody na elementach kamiennych i stosować ochronę przez zwietrzeniem (np. polerowanie). Inne metody:

9

- Fluatowanie – przeprowadza się za pomocą wodnych roztworów soli kwasu fluorokrzemowego (najczęściej fluorokrzemianu magnezu, cynku lub glinu), stosowana do skał, które zawierają CaCO3: MgSiF6 + CaCO3  MgF2 + 2CaF2 + SiO2 + 2CO2. - Krzemianowanie – polega na wykorzystaniu szkła wodnego, można stosować do każdej skały: NaSiO2 + Ca2(ClO)3  CaSiO3 + NaClO3.

■ Badanie kamienia naturalnego: -badania skrócone: oznaczenie petrograficzne, gęstość objętościowa, nasiąkliwość, wilgotność, odporność na zamrażanie) -badania pełne: badania skrócone + cechy chemiczne i wytrzymałościowe -badania specjalne: współczynnik przewodności cieplnej, mrozoodporność, metoda krystalizacji, żaroodporność, ścieralność itp.

■ Wietrzenie Wietrzenie – rozkład i rozpad materiałów kamiennych pod wpływem czynników atmosferycznych Sposób zabezpieczania kamienia przed wietrzeniem -optymalne projektowanie(lekko pochylone) -stosowanie materiałów z dobrych, wypróbowanych kamieniołomów -nie stosować elementów licowych bez uprzedniego przetestowania -polerować lub szlifować zewnętrzne powierzchnie -powierzchnie wapieni i piaskowców konserwować poprzez a) fluatowanie: sole kwasu fluorowodorowego, skuteczne przez 5-10lat MgSiF6+2CaCo3->MgF2+2CaF2+SiO2+2CO2 b) krzemianowanie: nasycenie wierzchniej warstwy roztworem szkła wodnego, a po jego wystygnięciu roztworem chloranu wapnia, skuteczne przez 12mies. Na2O  SiO2 +Ca(ClO)2 ->CaSiO3+NaClO3

■ Sposób eksploatacji zasobów skalnych i ich obróbka: Kamień budowlany wydobywa się w kamieniołomach (stokowych i nizinnych). Oddzielanie bloków kamiennych od całości (urabianie) odbywa się ręcznie (luźne miękkie skały), mechanicznie (wiercenie otworów lub piły linowe) lub za pomocą materiałów wybuchowych (dynamit, trotyl umieszczony w otworach). Nadanie wydobytym blokom skalnym odpowiedniego kształtu to obróbka. Wyróżniamy dwie metody obróbki: czystą (gładzenie, polerowanie) i półczystą (otrzymujemy różne faktury: łupaną, grotowaną, krzesaną, gradzinowaną, groszkowaną, dłutowaną). Obróbka może być ręczna lub mechaniczna (za pomocą traków, pił tarczowych, frezarek i szlifierek). Materiały, które nie nadają się do obróbki można przerobić na kruszywo łamane.

■ Kruszywa:  Kruszywo – ziarnisty materiał budowlany złożony z ziaren surowców skalnych o zróżnicowanym składzie mineralnym. Kruszywo jest stosowane do zapraw, betonów (frakcja 0-63 beton, 0-31,5 żelbet), mieszanek mineralno-asfaltowych, warstw nośnych powierzchni drogowych, warstw mrozoodpornych, filtracyjnych; przemysłu (piaski szklarskie, formierskie).  Klasyfikacja kruszyw: Rodzaj kruszywa

Wymiar ziaren wg oczek kwadratowy ch sit kontrolnych

Asortyment grupy kruszywa naturalne podgrupy

10

kruszywa łamane

2,0

4,0

4,0

8,0

8,0

16,0

drobne

piasek zwykły

żwir grube

bardzo grube

16,0

31,5

31,5

63,0

63,0

250, 0

gryz z otoczakó w

zwykłe

granulowane piasek łamany

miał

kliniec

grys

sortowanamieszanka kruszywa łamanego

2,0

naturalne kruszone piasek kruszony

niesort

0,0

naturalne niekruszone

mieszanka z otoczaków

do

mieszanka z kruszywa naturalnego

mm

pospółka

od

tłuczeń kamień łamany

otoczaki

Kruszywa dzieli się ze względu na: - pochodzenie: naturalne, łamane, sztuczne, z recyklingu - typy: kruszywa ciężkie (ρ0>3 kg/dm3), zwykłe (ρ0=1,8-3 kg/dm3) i lekkie (ρ070%), frakcja 0-2 mm, Ze względu na pochodzenie wyróżniamy: piaski rzeczne, jeziorne, morskie, kopalniane, wydmowe, górskie; ze względu na zastosowanie: piasek do badania wytrzymałości cementu (98% kwarcu), do zapraw budowlanych, do betonu zwykłego, do nawierzchni drogowych.  Żwir – występuje w trzech klasach (I ,II i III) w zależności od ścieralności, nasiąkliwości, mrozoodporności, zawartych związków siarki, zawartości ziaren nieforemnych (skrajne wymiary różnią się 2x), słabych, zwietrzałych, zanieczyszczeń obcych i części organicznych oraz wskaźnika piaskowego.  Kruszywa ciężkie (ρ0>3 kg/dm3): - Limonit (2Fe2O3*3H20) – ruda darniowa, używana do wytapiania żelaza, gęstość 3,7–3,8 kg/dm3, twardość ok. 2, - Getyt (Fe2O3*H20) – wysuszony Limonit, gęstość 4,1-4,2 kg/dm3, twardość ok. 2, - Hematyt (Fe2O3) – gęstość 5 kg/dm3, twardość ok. 5, - Magnetyt (Fe3O4) – gęstość 5,4-5,5 kg/dm3, twardość ok. 5, - Ilmenit (FeO*TiO2), - Galena (PbS) – gęstość 7,2 kg/dm3, twardość ok. 2, - Baryt (BaSO4) – używa się go w formie piasku do betonów nieiskrzących, gęstość 4,7 kg/dm3, twardość ok. 4.  Kruszywa lekkie (ρ0...