Wybrane cechy techniczne wyrobów/materiałów budowlanych

Wybrane cechy techniczne wyrobów/materiałów budowlanych

2015-09-30
1. Budownictwo ogólne - tom 1. Materiały i wyroby budowlane.
Praca zbiorowa pod kierunkiem prof. dr hab. inż. B. Stefańczyka, Arkady
2005
2. Chłądzyński S.: Spoiwa gipsowe w budownictwie. Dom
Wydawniczy MEDIUM, Warszawa 2008
3. Gantner E., Wrońska Z. Wędrychowski W., Nicewicz S.:
Materiały budowlane z technologią betonu. Ćwiczenia
laboratoryjne. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, W-wa
2000
Opracowała: dr inż. Teresa Rucińska
4. Jamroży Z.: Beton i jego technologie. Nowe wydanie
uwzględniające
normę
PN-EN
206-1.
Wydawnictwo
Naukowe PWN, Warszawa 2008
2
7. Normy PN, PN – EN, EN ISO, PN-EN ISO, ISO
8. Aktualne wydawnictwa przedmiotowe.
 Materiały Budowlane
5. Podstawy technologii materiałów budowlanych i metody
badań. Praca zbiorowa pod Redakcją Małolepszego J., Wydawnictwa
AGH, Kraków 2013
 Cement, Wapno, Beton
 Przegląd Budowlany
 Inżynieria i Budownictwo
6. Aprobaty Techniczne i Certyfikaty dopuszczenia do
 Izolacje, IZOLACJE.com.pl
stosowania w budownictwie
 ekspertbudowlany.pl
3
Def. wg. Rozporządzenia Parlamentu
Europejskiego i Rady (UE) Nr 305/2011

4
 „zestaw” oznacza wyrób budowlany wprowadzony
do obrotu przez jednego producenta jako zestaw co
„wyrób budowlany” oznacza każdy wyrób lub
najmniej dwóch odrębnych składników, które muszą
zestaw
zostać połączone, aby mogły zostać włączone w
wyprodukowany
i
wprowadzony
do
obrotu w celu trwałego wbudowania w obiektach
budowlanych
lub
ich
częściach,
którego
właściwości wpływają na właściwości użytkowe
obiektów
budowlanych
w
stosunku
do
obiektach budowlanych;
 „obiekty budowlane” oznaczają budynki i budowle;
 „właściwości
użytkowe
wyrobu
budowlanego”
oznaczają właściwości użytkowe odnoszące się do
podstawowych wymagań dotyczących obiektów
odpowiednich
budowlanych
wyrażone jako poziom lub klasa, lub w sposób
5
opisowy;
zasadniczych
charakterystyk
6
1
2015-09-30
PODZIAŁ WEDŁUG POCHODZENIA
PODZIAŁ MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH ZE
 NATURALNE – kamień, drewno, trzcina, słoma, itd.
WZGLĘDU NA WŁAŚCIWOŚCI TECHNICZNE
 Z PRZERÓBKI SUROWCÓW NATURALNYCH –
 KONSTRUKCYJNE (nośne) przenoszące obciążenia
ceramika, szkło, metale, spoiwa, kruszywa, lepiszcza
mechaniczne – np. ceramika, beton, żelbet, stal
bitumiczne, wyroby drewnopochodne, betony, zaprawy
 NIEKONSTRUKCYJNE – nie przenoszą obciążeń
 SYNTETYCZNE – tworzywa sztuczne, powstające na
drodze syntezy chemicznej związków organicznych
mechanicznych – np. elementy ścian działowych
 MATERIAŁY TERMOIZOLACYJNE,
DŹWIĘKOIZOLACYJNE, HYDROIZOLACYJNE, itp
 Z ODPADÓW PRZEMYSŁOWYCH
7
8
 WYROBY DO OCHRONY PRZED KOROZJĄ – np.
PODZIAŁ WEDŁUG ZASTOSOWANIA
chemoodporne
 ELEMENTY MUROWE
 WYROBY INSTALACYJNE – przewody elektryczne,
 ELEMENTY STROPOWE
wodociągowe, gazowe, kanalizacyjne, armatura,
 WYROBY DO POKRYĆ DACHOWYCH (dekarskie)
 WYROBY WYKOŃCZENIOWE – okładziny
 WYROBY IZOLACYJNE – termoizolacyjne,
wewnętrzne i zewnętrzne, wyprawy tynkarskie, tapety,
hydroizolacyjne, ognioodporne, ognioochronne,
farby, lakiery, emalie, posadzki, kleje, kity, itd.
przeciwdźwiękowe,
9
10
WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW/WYROBÓW
BUDOWLANYCH
 fizyczne
 mechaniczne
 chemiczne
 higieniczne
 technologiczne
Opracowała: dr inż. Teresa Rucińska
12
2
2015-09-30
Dzięki
określonym
właściwościom
materiałów
i wyrobów budowlanych, budynek z nich wykonany
Do podstawowych właściwości fizycznych materiałów budowlanych
spełnia tzw. podstawowe wymagania:
należą m.in.:
 bezpieczeństwo konstrukcyjne
gęstość
przesiąkliwość
 bezpieczeństwo pożarowe
gęstość
objętościowa
przepuszczalność
pary wodnej
pojemność cieplna
gęstość
nasypowa
kapilarność
odporność ogniowa
przewodność cieplna i palność,
ogniotrwałość
 bezpieczeństwo użytkowe
 higiena, zdrowie, środowisko
 ochrona przed hałasem
porowatość
 oszczędność energii, zachowanie ciepła
szczelność
wilgotność
nasiąkliwość
higroskopijność
odporność na
zamrażanie
rozszerzalność
cieplna
pęcznienie
radioaktywność
naturalna
skurcz
dźwiękochłonność
13
14
Właściwości fizyczne
 cechy
zewnętrzne
–
np.:
wymiary,
kształt,
makrostruktura
 rozdrobnienie
–
np.:
uziarnienie,
powierzchnia
właściwa
 związane ze strukturą materiału – np.: masa,
gęstość, porowatość
Rodzaje porów w materiałach
porowatych:
o - otwarte;
c - zamknięte;
t - transportowe;
b - ślepe
15
Właściwości fizyczne
GĘSTOŚĆ – stosunek masy suchego materiału do
Pory (pustki powietrzne)
jego objętości "absolutnej" (bez porów).
Vo
Wyrażana jest w kg/m3, kg/dm3, g/cm3
Szkielet materiału
Pory (pustki powietrzne)
Vp
Szkielet materiału
V
Vo
ms - masa próbki suchej, [g; kg]
Va - objętość próbki bez porów (objętość absolutna),
Vo = V + Vp
[cm3; m3]
18
3
2015-09-30
GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA – stosunek masy
suchego materiału do jego objętości łącznie z porami.
Wyrażana jest w kg/m3, kg/dm3, g/cm3
20 cm3
250
24 cm3
ms - masa próbki suchej, [g; kg]
0 cm3
Vp - objętość próbki z porami (objętość w stanie
naturalnym), [cm 3; dm3, m3]
Objętościomierz Le Chateliera o wysokości 25 cm
19
Gęstość i gęstość objętościowa wybranych
Oznaczanie gęstości objętościowej
materiałów budowlanych
Rodzaj materiału
DREWNO
CERAMIKA
POROWATA PEŁNA
BETON ZWYKŁY
STAL
SZKŁO OKIENNE
Gęstość
[g/cm3]
Gęstość objętościowa
[g/cm3]
1,55
0,45 ÷ 0,95
2,70
2,80
7,85
2,65
1,80 ÷ 1,95
2,00 ÷ 2,60
-
20
przeprowadza się następującymi metodami:

bezpośrednią – na próbkach regularnych, jeżeli
uwarstwienie, pęknięcia i inne cechy strukturalne
nie stanowią przeszkody w uzyskaniu próbki o
kształcie prostej bryły geometrycznej,
21

hydrostatyczną – gdy materiał nie odpowiada
22
Wszystkie próbki należy oczyścić z
gliny, kurzu itp. zanieczyszczeń
oraz ponumerować farbą
wymaganiom wymienionym w poprzednim punkcie.
Określając gęstość objętościową materiału metodą
niezmywalną w wodzie. Następnie
próbki wysuszone do masy stałej w
hydrostatyczną należy wybrać z partii badanego
temperaturze 105 ÷ 110°C, nasyca
materiału sześć próbek o kształcie nieregularnym,
się wodą.
jednak zbliżonym do graniastosłupa lub sześcianu o
Po nasyceniu wodą każdą próbkę przeciera się lnianą
wymiarach 40 mm x 60 mm. Łączna masa próbek nie
ściereczką i następnie waży z dokładnością do 0,02 g w
może być mniejsza niż 0,25 kg.
powietrzu (m1) oraz całkowicie zanurzoną w zlewce z wodą
23
na wadze hydrostatycznej (m2).
24
4
2015-09-30
GĘSTOŚĆ NASYPOWA (dotyczy tylko materiałów sypkich
Objętość próbki V oblicza się według
- np. kruszyw) – stosunek masy do objętości
wzoru:
kruszywa w stanie luźnym lub zagęszczonym, niezależnie od
badanego
stopnia jego wilgotności.
Wyrażana jest w kg/m3, kg/dm3, g/cm3
w którym:
m1 - masa próbki nasyconej, zważonej w
powietrzu, [g]
m2 - masa próbki nasyconej, zważonej na
wadze hydrostatycznej, [g]
mkr - masa kruszywa, [g; kg]
Vkr - objętość kruszywa,
[cm3; dm3, m3]
ρh - gęstość wody, g/cm3;
przyjmuje się
ρh =1 g/cm3
25
27
SZCZELNOŚĆ – określa zawartość substancji
POROWATOŚĆ
materiału w jednostce jego objętości :
–
określa
zawartość
wolnych
przestrzeni (porów) w jednostce objętości materiału:
P - porowatość
S - szczelność
 - gęstość
o - gęstość objętościowa
S - szczelność
 - gęstość
o - gęstość objętościowa
29
30
5
2015-09-30
Porowatość wybranych
materiałów budowlanych
 Bazalt
do 4%
 Granit
4-6%
WILGOTNOŚĆ – zawartość wilgoci w materiale;
określa stosunek masy wody zawartej w materiale
do masy suchego materiału:
 Ceramika porowata do 20%
 Szkło zwykłe
0%
 Metale
0%
mw - masa próbki w stanie wilgotnym [g]
ms
- masa próbki w stanie suchym [g]
31
32
WILGOTNOŚĆ
WILGOTNOŚĆ JEST CECHĄ ZMIENNĄ
WZGLĘDNA
–
POWIETRZA
wyrażony w procentach stosunek ilości pary wodnej
w powietrzu do maksymalnej ilości pary wodnej w
powietrzu przy tej samej temperaturze powietrza.
Zależy od:

• temperatury otoczenia
• ciśnienia panującego

• wilgotności względnej otoczenia
''

''
- masa pary wodnej znajdująca się w 1m 3 powietrza, [kg/m3]
- wilgotność nasycenia, maksymalna zawartość pary wodnej znajdująca się w 1m 3
powietrza, [kg/m3]
33
34
W celu zminimalizowania ryzyka wystąpienia
Wyższa wilgotność powietrza od podanej
problemów związanych z korozją, pleśnią i co
powyżej
za tym idzie estetyką budynku, wilgotność
przebywających w pomieszczeniu ludzi.
względna (poza sytuacjami tymczasowymi)
Dla porównania, średnia wilgotność względna
nie powinna przekraczać 70-80%.
w lesie deszczowym wynosi 75-90%.
35
jest
wysoce
niekomfortowa
dla
36
6
2015-09-30
NASIĄKLIWOŚĆ – zdolność do wchłaniania wody
przez materiał.
NASIĄKLIWOŚĆ WAGOWA – określa procentowy
stosunek masy wody pochłoniętej przez materiał do
jego masy w stanie suchym.
Wyróżnia się:
• nasiąkliwość wagową
• nasiąkliwość objętościową
mn
- masa próbki nasyconej wodą [g]
ms
- masa próbki wysuszonej do stałej masy [g]
37
NASIĄKLIWOŚĆ
OBJĘTOŚCIOWA
–
określa
procentowy stosunek objętości wody wchłoniętej
przez materiał do objętości tego materiału w stanie
suchym.
38
NASIĄKLIWOŚĆ JEST CECHĄ STAŁĄ
Zależy od:
• porowatości
• charakteru porów
??
oraz ich wielości
mn - masa próbki nasyconej wodą [g]
ms - masa próbki wysuszonej do stałej masy [g]
V - objętość próbki w stanie suchym [cm3]
Gęstość wody w funkcji temperatury, np.:
• (+4)st.C
999,9720kg/m3
• (+20)st.C
998,2071kg/m3
39
PRZESIĄKLIWOŚĆ – zdolność materiału
PRZEPUSZCZALNOŚĆ PARY WODNEJ – miarą
do przepuszczania wody pod ciśnieniem.
przepuszczalności pary wodnej jest współczynnik
Stopień przesiąkliwości mierzy się ilością
wody przechodzącej przez 1
cm2
próbki w
paroprzepuszczalności
ciągu 1godziny przy stałym ciśnieniu.
Wartość
tego
ciśnienia
zależy
40
d, który wyraża ilość pary w
gramach, jaką przepuszcza materiał o powierzchni
od
warunków, w jakich dany materiał będzie
1m2 i grubości 1 m w ciągu 1 godziny, jeżeli różnica
pracował.
ciśnień pary między przeciwległymi powierzchniami
Przesiąkliwość
materiału
zależy od jego szczelności i budowy.
wynosi 1 Pa.
41
42
7
2015-09-30
md
d
,
F  t  p
Współczynniki paroprzepuszczalności d
wybranych materiałów budowlanych
g
(m  h  Pa )
d
Rodzaj materiału
m - masa pary wodnej, [g]
Szkło, blacha
d - grubość próbki, [m]
0
Beton zwykły
p - różnica ciśnień, [Pa]
F – powierzchnia próbki, [m2]
t - czas przenikania pary wodnej, [h]
43
3 • 10-5
Ceramika porowata
10 • 10-5
Drewno
6,2 • 10-5
Beton komórkowy
15 • 10-5
44
KAPILARNOŚĆ (włoskowatość) – zdolność do
podciągania
Materiały o większym współczynniku
kanaliki
paroprzepuszczalności zastosowane
wody
materiału
przez
włoskowate,
(kapilary)
otwarte
pozostającego
w
zetknięciu z wodą.
do budowy domów, zapewniają
Przykład
występowania
kapilarnego
podciągania wody - ze względu na
kapilarność wyrobów ściennych, podczas
wznoszenia budynków, układa się
warstwę
poziomej
izolacji
przeciwwilgociowej, która uniemożliwia
podciąganie wody z zawilgoconego
gruntu.
w pomieszczeniach lepszy klimat,
niż materiały o małej jego wartości
45
Schemat oznaczenia
włoskowatego podciągania
wody przez piasek
46
HIGROSKOPIJNOŚĆ – zdolność
do
wchłaniania
wilgoci
z
otaczającego go powietrza.
Badanie kapilarnego podciągania
wody zaprawy cementowej na
lekkim kruszywie Liapor,
Źródło: inż. Kamila Radecka
Wyroby higroskopijne mają zwykle
podwyższoną wilgotność.
Małą
Badanie kapilarnego podciągania
wody próbek izolowanych z zaprawy
cementowej,
Źródło: dr inż. Agata Wygocka-Domagałło 47
higroskopijnością
odznaczają
się
np.
wyroby
ceramiczne.
Dużą higroskopijnością odznacza się np. drewno
48
8
2015-09-30
PRZEWODNOŚĆ
CIEPLNA
–
zdolność
WSPÓŁCZYNNIK
do
przewodzenia strumienia ciepła, powstającego na
skutek
różnicy
temperatury
na
zewnętrznych
Właściwość
tę
charakteryzuje
współczynnik
CIEPŁA
WYROBU BUDOWLANEGO () – równy jest ilości
ciepła przepływającego w ciągu 1 godziny przez
jednolitą
powierzchniach wyrobu budowlanego.
PRZEWODZENIA
(jednorodną)
warstwę
budowlanego o powierzchni
1m2
wyrobu
i grubości 1m ,
jeżeli różnica temperatury po obu stronach warstwy
przewodzenia ciepła .
wynosi 1K.
49

Q b
,
F  (t2  t1 )  T
50
Współczynnik przewodności cieplnej wybranych
materiałów/wyrobów budowlanych
W /( m  K )
Rodzaj materiału
gdzie:
Q - ciepło, b - grubość, T – czas, F - powierzchnia
Zależy od:
• wielkości i struktury porów
• wilgotności materiału
• gęstości objętościowej
• temperatury i składu chemiczny
51
Współczynnik  [W/(mK)]
0,037 ÷ 0,045
0,058 ÷ 0,069
0,163 ÷ 0,300
0,160 ÷ 0,275
0,756
1,000
1,220 ÷ 1,50
3,200 ÷ 3,50
58,00
Styropian
Płyty pilśniowe porowate
Drewno sosnowe
Beton komórkowy
Mur z cegły pełnej
Szkło okienne
Beton zwykły
Granit
Stal
52
Przenikanie ciepła przez przegrodę:
OPÓR CIEPLNY „R
ROZSZERZALNOŚĆ
CIEPLNA
–
właściwość
materiału/wyrobu wyrażająca się zmianą wymiarów
Im R większe tym „cieplejsza” przegroda budowlana
pod wpływem wzrostu temperatury.
Wielkością
charakterystyczną
rozszerzalności
cieplnej jest:
WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA „U”
53
54
9
2015-09-30
• współczynnik cieplnej rozszerzalności
• współczynnik cieplnej rozszerzalności
liniowej at - przyrost względnej długości przy
objętościowej b - oznacza przyrost objętości przy
ogrzaniu o 1°C
at 
ogrzaniu o 1°C
l
l0  t
∆l – różnica długości na początku i końcu pomiaru
l0 – długość pierwotna
∆t – różnica temperatur
55
ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA WYBRANYCH MATERIAŁÓW
•
•
•
•
•
•
•
materiały kamienne
drewno sosnowe
ceramika
szkło
betony cementowe
stal
aluminium
0,3÷0,9*10-5
0,37*10-5
0,6*10-5
0,9*10-5
1÷1,2*10-5
1,2*10-5
2,4*10-5
56
WSPÓŁCZYNNIK ROZMIĘKANIA
gdzie :
Rn - wytrzymałość w stanie nasycenia wodą [MPa]
Rs - wytrzymałość w stanie suchym [MPa]
57
ODPORNOŚĆ NA ZAMRAŻANIE (1) – odporność
materiału/wyrobu na zamarzającą wodę w jego
porach.
Jeżeli materiał/wyrób nasycony wodą nie wykazuje
podczas wielokrotnego zamrażania i odmrażania
widocznych oznak rozpadu lub znaczniejszego
obniżenia wytrzymałości, mówimy o nim, że jest
odporny na zamrażanie.
59
58
ODPORNOŚĆ NA ZAMRAŻANIE (2) – właściwość
polegająca
na
się
przeciwstawianiu
całkowicie
nasyconego wodą materiału/wyrobu niszczącemu
działaniu
wewnątrz
zamarzającej
wody,
materiału/wyrobu
znajdującej
po
się
wielokrotnym
zamrażaniu i odmrażaniu.
60
10
2015-09-30
• określeniu zmiany masy próbki – ubytek masy,
Ocena mrozoodporności polega na:
oznaczony na podstawie masy próbek po badaniu i
• ocenie makroskopowej - stwierdzeniu, czy
badany
materiał/wyrób
ulega
zniszczeniu
przed badaniem – max. strata może wynieść 5%.
Ubytek masy m (stratę) oblicza się wg wzoru:
(powstanie rys, złuszczeń, pęknięć, rozwarstwień
lub zaokrągleń, krawędzi i naroży, itp.)
gdzie:
m1 - masa próbki przed badaniem [g]
m - masa próbki po badaniu [g]
61
• określenie spadku wytrzymałości - porównanie
wytrzymałości
na
ściskanie
próbki
przed
zamrażaniem i po ostatnim zamrożeniu (max.
strata wytrzymałości wynosi 20%)
62
OGNIOTRWAŁOŚĆ – trwałość kształtu materiału
podczas
długotrwałego
działania
wysokiej
temperatury.
Do
ogniotrwałych
wytrzymują
się
zalicza
długotrwałe
materiały,
działanie
które
temperatury
powyżej 1580°C bez odkształceń i rozmiękczenia
Rc1 - wytrzymałość na ściskanie próbki nasyconej wodą po
ostatnim zamrożeniu [MPa]
Rc2 - wytrzymałość na ściskanie próbki nasyconej wodą
przed zamrażaniem [MPa]
(np. wyroby szamotowe).
63
64
OGNIOODPORNOŚĆ:
 wiąże się z ochroną przeciwpożarową budynków,
RADIOAKTYWNOŚĆ NATURALNA –
 dotyczy zarówno wyrobów budowlanych, jak i całych
elementów budynków (np. ścian, stropów), które mogą
być wykonane z więcej niż z jednego
radioaktywność
budowlanych
naturalna
wpływa
na
materiałów/wyrobów
warunki
higieniczno-
zdrowotne w środowisku mieszkalnym i może
materiału/wyrobu,
 w zależności od czasu jaki wytrzymuje materiał/wyrób
stanowić zagrożenie zdrowia mieszkańców.
czy też element budowlany podczas badania,
kwalifikuje się go do odpowiedniej klasy odporności
ogniowej.
65
66
11
2015-09-30
Zagrożenie radiacyjne może występować wewnątrz
budynków,
jak
i
na
obszarach
większych
aglomeracji, gdzie między innymi są skupione
odpady przemysłowe, jak np. żużle paleniskowe i
hutnicze. Odpady te z reguły zawierają zwiększone
ilości naturalnych pierwiastków promieniotwórczych
w porównaniu z innymi surowcami mineralnymi.
Badania kontrolne polegają na oznaczeniu stężenia:
potasu
40K
[SK], radu
226Ra
[SRa] i toru
232Th
[STh].
Do oceny badanego materiału/wyrobu, przyjęto dwa
współczynniki kwalifikacyjne f1 i f2:
f1=0,00027 SK + 0,0027 SRa +0,0043 STh 
f2 = SRa  185 Bq/kg
Pierwiastki
radioaktywne
mogą
być
zawarte
w
surowcach odpadowych, które stosuje się do produkcji
67
materiałów/wyrobów budowlanych.
68
Zjawiska radiacyjne
Średnie stężenia radionuklidów naturalnych w wybranych surowcach i materiałach
Stężenie radionuklidu [Bq/kg]
Rodzaj
Współczynnik
surowca lub
f1
materiału bud. Potas K-40 Rad Ra-226 Tor Th-228
wapno
piasek
margiel
glina
ił
popioły lotne
żużel (miedź)
fosfogips
cement
beton
ceramika
bud.
Współczynnik
f2
46
228
257
621
692
676
902
109
204
500
24
8
21
47
38
127
295
358
48
65
3
9
14
48
44
82
45
15
20
36
0,09
0,12
0,18
0,50
0,48
0,88
1,23
1,08
0,27
0,45
24
8
21
47
38
127
295
358
48
65
722
51
49
0,54
51
Średnie oraz ekstremalne (minimalne i maksymalne) wartości współczynników
kwalifikacyjnych niektórych wyrobów budowlanych: 1 - beton komórkowy piaskowy, 2 - beton
komórkowy popiołowy, 3 - beton zwykły, 4 - keramzytobeton, 5 - cegła i wyroby ceramiczne,
6 - żużlobeton, 7 - cegła silikatowa.
wg. Osieckiej E.: Materiały budowlane- właściwości techniczne i zdrowotne. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2002
69
Zjawiska radiacyjne
Cechy
mechaniczne
charakteryzują
odporność
materiału/wyrobu na działanie sił powodujących
niszczenie ich struktury.
Średnie oraz ekstremalne (minimalne i maksymalne) wartości współczynników
kwalifikacyjnych niektórych wyrobów budowlanych: 1 - beton komórkowy piaskowy, 2 - beton
komórkowy popiołowy, 3 - beton zwykły, 4 - keramzytobeton, 5 - cegła i wyroby ceramiczne, 6
- żużlobeton, 7 - cegła silikatowa.
wg. Osieckiej E.: Materiały budowlane- właściwości techniczne i zdrowotne. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2002
72
12
2015-09-30
Cechy te zależą od:
• budowy wewnętrznej materiałów/wyrobów
• porowatości
• stanu zawilgocenia
• kierunku działania sił przy
materiałach/wyrobach anizotropowych
• temperatury
73
74
WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCISKANIE
WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCISKANIE - wyraża się
stosunkiem
siły
ściskającej
Fc
do
przekroju
poprzecznego próbki A:
jest to największe naprężenie, jakie jest w stanie
przenieść próbka badanego materiału/wyrobu
podczas ściskania.
Schemat oznaczania
wytrzymałości na ściskanie
Fc - siła ściskająca niszcząca próbkę [N]
A - przekrój poprzeczny próbki, prostopadły do
Fc, jest wypadkową siły działającej na
kierunku działania siły [mm2]
75
powierzchnię próbki A
76
WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE – wyraża się
stosunkiem
siły rozciągającej
Fr
do przekroju
poprzecznego próbki A:
Fr - siła rozciągająca niszcząca próbkę [N]
A - przekrój poprzeczny próbki, prostopadły do
kierunku działania siły [mm2]
78
13
2015-09-30
WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE
jest to największe naprężenie, jakie jest w stanie
przenieść próbka badanego materiału/wyrobu
podczas rozciągania.
Badanie wytrzymałości betonu
na rozciąganie przez rozłupanie,
Źródło: inż. Dominik Szynal
Schemat oznaczania wytrzymałości na rozciąganie
Fr, jest wypadkową siły działającej na powierzchnię próbki A
Archiwum własne
79
WYTRZYMAŁOŚĆ NA ZGINANIE – wyraża się
stosunkiem niszczącego momentu zginającego Mz
80
Przykład badania wytrzymałości zapraw na zginanie
Próbki do badania stanowią beleczki wymiarach 4x4x16cm
do wskaźnika wytrzymałości przekroju W elementu
zginanego:
Mz - moment zginający [Nm]
W - wskaźnik wytrzymałości przekroju [m3]
81
Przykład: Jeśli siła przyłożona jest w środku
rozpiętości
badanej
próbki
między
dwoma
podporami, moment zginający wynosi:
W wypadku beleczki o przekroju prostokątnym (w
tym i kwadratowym) wskaźnik wytrzymałości W
obliczamy według wzoru:
gdzie:
F - siła niszcząca [N]
l - rozpiętość próbki między podporami [m]
w którym:
h - wysokość beleczki [cm]
b - szerokość beleczki [cm]
83
84
14
2015-09-30
Wzorce twardości uszeregowane w skali Mohsa od 1 (najbardziej miękki - talk) do 10 (najtwardszy TWARDOŚĆ – odporność danego materiału/wyrobu
Stopnie twardości
diament).
na wciskanie weń innego, o większej twardości
1
2
(odporność na działanie siły skupionej).
3
Zależnie od rodzaju materiału/wyrobu stosuje się
4
5
6
7
8
9
10
różne metody pomiaru.
Minerał
Uwagi
Talk Bardzo miękki, rysuje się paznokciem
Mg3[(OH)2Si4O10]
Sól kamienna - NaCl
Miękkie, rysują się paznokciem
Gips - CaSO42H2O
Kalcyt - CaCO3
Miękki, rysuje się ostrzem miedzianym
Dość twardy, rysuje się drutem
Fluoryt - CaF2
stalowym
Apatyt - Ca5F(PO4)3 Twardy, rysuje się nożem stalowym
Ortoklaz - K[AlSi3O8]
Twarde, rysują szkło
Kwarc - SiO2
Topaz - Al2F2SiO4
Korund - Al2O3
Diament - C
Bardzo twarde, przecinają szkło
85
86
Metoda Rockwella (PN-91/H-04355 i PN-82/H-04362)
Metoda Rockwella polega na
wciskaniu
dwustopniowym
wgłębnika w postaci stożka
diamentowego
o
kącie
wierzchołkowym 120 stopni
lub kulki stalowej o średnicy
1,588 mm lub 3,175 mm, przy
określonych obciążeniach.
Schemat oznaczania twardości
Metoda Brinella
D – średnica kulki, mm
Przebieg obciążania
d – średnica odcisku, mm
P – siła obciążająca, N
87
K – wartość stała, zależna od zastosowanego
wgłębnika oraz skali twardości Rockwella [mm],
h – trwały przyrost głębokości odcisku [mm],
c – wartość działki elementarnej czujnika [mm].
HR 
K h
c
88
ŚCIERALNOŚĆ – podatność materiału na ścieranie.
Płytkę kamienną w kształcie sześcianu o boku 7,1cm
Określa się ją jako zmniejszenie wysokości próbki
mocuje się w uchwycie tak, aby przylegała do tarczy i
podczas badania normowego lub utratę masy
odpowiednio obciąża siłą 300N.
próbki.
Tarczę
posypuje
się
proszkiem
ściernym
(elektrokorundowym, w ilości 20g) i wprawia w ruch.
Oznaczanie ścieralności naturalnych i sztucznych
Po 110 obrotach tarcza zatrzymuje się, próbkę mocuje
materiałów
się ponownie w uchwycie, przekręcając ją wokół osi
pochodzenia
mineralnego,
pionowej o 90° i wprawia ponownie maszynę w ruch.
przeprowadza się na tarczy Boehmego.
89
90
15
2015-09-30
Czynność tę powtarza się czterokrotnie. Następnie
KRUCHOŚĆ
określa się stratę masy próbki na skutek tarcia materiału
materiałów,
i oblicza ścieralność S według wzoru:
plastycznych pod działaniem sił zewnętrznych.
Miarą
–
cecha
które
kruchości,
lub
wykazują
nie
jest
WSPÓŁCZYNNIK
M - strata masy próbki po 440 obrotach tarczy [g]
A - powierzchnia próbki [cm 2]
o - gęstość objętościowa próbki [g/cm3]
charakterystyczna
odkształceń
współczynnik
KRUCHOŚCI
dla
–
kruchości
stosunek
wytrzymałości na rozciąganie Rr do wytrzymałości
na ściskanie Rc
S = 7,191
Materiały kruche charakteryzuje wartość
92
SPRĘŻYSTOŚĆ
–
zdolność
materiału
do
przyjmowania pierwotnej postaci po usunięciu siły,
k mniejsza od 1:8 (0,125).
Do materiałów kruchych zaliczamy:
pod wpływem której próbka materiału zmieniła swój
• żeliwo
kształt.
• Szkło
Sprężyste
• beton
moduł sprężystości E, obliczany ze wzoru:
właściwości
materiału
charakteryzuje
• ceramika, itp
93
94
Przebieg krzywej na wykresie
w którym:
jest
s - naprężenie powstające przy ściskaniu siłą Fn [kN]
liniowy, jest to tzw. obszar
w
prostej
próbki o przekroju A [m2]
e - odkształcenie sprężyste, wywołane naprężeniem
s, obliczone ze stosunku zmiany długości l do
długości pierwotnej l
95
początkowej
fazie
proporcjonalności
naprężeń i odkształceń, dalej
już zależność ma charakter
krzywoliniowy.
96
16
2015-09-30
PLASTYCZNOŚĆ
–
zdolność
materiału
do
zachowania odkształceń trwałych bez zniszczenia
spójności np. glina, asfalt, metale, polimery.
RELAKSACJA – zanik w materiałach (spadek)
naprężenia przy stałym obciążeniu.
CIĄGLIWOŚĆ
–
zdolność
materiałów
do
przyjmowania dużych, trwałych odkształceń pod
wpływem
sił
rozciągających,
bez
objawów
zniszczenia np. metal, asfalt, lepiszcze bitumiczne.
97
98
Oznaczanie cech chemicznych - określenie
Skład ten można podawać jako skład:
właściwości
• pierwiastkowy
konieczne
chemicznych
wtedy,
gdy
materiału
staje
zachodzące
się
wewnątrz
materiału procesy chemiczne grożą zniszczeniem
lub
obniżeniem
jego
wartości
użytkowych.
• tlenkowy
• mineralny
Oznaczenie
Właściwości chemiczne materiałów zależą przede
przeprowadza
wszystkim od ich składu chemicznego.
laboratoriach.
99
właściwości
się
w
chemicznych
wyspecjalizowanych
100
101
17