Właściwości materiałów budowlanych

1Właściwości materiałów budowlanych: Właściwości związane z masą i teksturą: Ciężar właściwy (gęstość)-ciężar właściwyw jest to ciężar jednostki objętości materiału Va bez uwzględnienia porów , wyrażony w G/cm3 lub kG/m3 , natomiast gęstość materiału Q określa się stosunkiem masy materiału do jego objętości bez porów . w = G/Va = Qgz (pomiary w piknometrze lub objętościomierzu Le Chateliera ) . Ciężar objętościowy(gęstość pozorna)-(w stanie naturalnym) ciężar jednostki objętości badanego materiału wysuszonego do stałego ciężaru wraz ze znajdującymi się w nim porami , oznaczanie ciężaru próbek o kształcie nieregularnym odbywa się metodą hydrostatyczną 0 = G/Vn G-sucha próbka , Vn- objętość próbki w stanie naturalnym . Ciężar nasypowy- ciężar jednostki objętości materiałów sypkich w stanie luźnym , do badań stosuje się objętościomierz . Szczelność i porowatość- S określa się stosunkiem ciężaru objętościowego 0 materiału do jego ciężaru właściwego γw lub stosunkiem gęstości pozornej Qp do gęstości materiału S=γ0/γw= Qp/Q , porowatość p materiału oznacza , jaką część całkowitej objętości w procentach stanowią pory p=(γw-γ0)/γw100%
Wilgotność-określa się stosunkiem ciężaru wody zawartej w badanym materiale do jego ciężaru w stanie suchym w=(Gw – Gs)/Gs100% Gw-ciężar badanego materiału w stanie wilgotnym Gs- ... w stanie suchym w temp. 105-110C . Nasiąkliwość- zdolność pochłaniania wody przez materiał przy ciśnieniu atmosferycznym i jest jednym z decydujących czynników świadczącym o przydatności materiałów do celów budowlanych . Zależy od szczelności materiału , rodzaju porów oraz ich wielkości . Im większa szczelność i więcej zamkniętych porów , tym bardziej materiał jest odporny na działanie czynników atmosferycznych . Rozróżnia się : nasiąkliwość wagową , objętościową , względ-ną Wagowa- stosunek ciężaru wody pochłoniętej przez próbkę materiału o ciężarze Gn , badanego pod ciśnieniem atmosferycznym , do cię-żaru próbki w stanie suchym Gs n=(Gn-Gs)/Gs100% Objętościowa – stosunek objętości wody pobranej przez badany materiał do objętości tego materiału w stanie suchym n0=(Gn-Gs)/V100% , Gn- ciężar próbki nasyconej wodą bez gotowania , Gs- ciężar próbki wysuszonej do stałego ciężaru , V- objętość próbki , n0max- gdy próbka nasycona w próżni lub przez dłuższy czas znajduje się we wrzącej wodzie , Względna – stosunek nasiąkliwości objętościowej próbki po gotowaniu n0g do jej porowatości p nwz = nog/p . Właściwości związane z występowa-niem wody w materiale: Sorpcja- zjawisko kompleksowe charakteryzujące się zdolnością pochłaniania przez materiały pewnego czynnika np.: pary wodnej znajdującej się w powietrzu . Rozróżniamy dwa rodzaje sorpcji: adsorpcję i absorpcję : Adsorpcja- zjawisko pochłaniania par pewnego czynnika przez powierzchnię materiału i jego pory, wywołane uderzeniami molekuł pary o powierzchnię materiału . Absorpcja- zjawisko przenikania par pewnego czynnika w masę sorbentu . Materiały organiczne cechuje większa sorpcyjność niż materiały nie orga-niczne . Higroskopijność- zdolność szybkiego wchłaniania z powietrza pary wodnej i pary cieczy . Dzięki tej właściwości wilgotność mate-riału jest zwykle większa niż wilgotność otoczenia , ponieważ materiały zawierają zwilżalne kapilary , które łatwo nasycają się wilgocią . Temperatura oraz wilgotność względna materiału wpływają na stopień wchłaniania pary . Higroskopijność powoduje zmianę wymiarów lub postaci materiału (cement , drewno , gips) . Kapilarność-zawilgocenie materiału następuje wskutek włoskowatego podciągania wody przez kapilary przy zetknięciu się z wodą lub inną cieczą . Kapilarność występuje szczególnie wyraźnie w materiałach o strukturze mikroporowatej z otwartymi porami .
Przesiąkliwość- rodzaj zawilgocenia występujący w materiale pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego . Obserwuje się je w ścianach zbiorników na ciecze . Stopień przesiąkliwości mierzy się ilością wody przechodzącej przez 1cm2 próbki w ciągu 1h przy stałym ciśnieniu .
Stopień nasycenia- ma znaczenie dla materiałów podlegających działaniu mrozu. Gdy stopień nasycenia jest duży (powyżej 85%) wówczas woda , która przeniknęła do porów , nie mogąc się w nich pomieścić po zamarznięciu , rozsadza tworzywo k= no/nomax . Współczynnik roz-miękczania- k , cecha charakteryzująca przydatność materiału w różnych warunkach wilgotnościowych . Określa się go stosunkiem wytrzy-małości na ściskanie materiału nasyconego wodą Rn do wytrzymałości na ściskanie materiału w stanie suchym Rs k=Rn/Rs , materiały o war-tości k< 0,8 nie mogą być stosowane w miejscach narażonych na działanie wilgoci . Zdolność odparowania- określa się czasem zużytym do wysuszenia nasyconego wilgocią materiału dla osiągnięcia ciężaru stałego . Badania przeprowadza się w eksykatorze (naczynie szklane ,wypełnione w dolnej części kwasem siarkowym) . Infiltracja- powietrza , zjawisko polegające na przepuszczaniu powietrza lub gazu przez masę materiału . Zwiększenie zawilgocenia zmniejsza zdolność infiltracji . Zjawisko to związana jest z porowatością materiału i ma wpływ na naturalną wentylację pomieszczeń oraz na przenikanie dźwięków przez przegrody wykonane z tych materiałów . Właściwości związane ze zjawiskiem ciepła : Rozszerzalność cieplna- pod wpływem zmian temperatury zmieniają się właściwości materiału . Zmieniają się jego wymiary liniowe i objętość . Przewodność cieplna- cecha charakteryzująca zdolność danego materiału do przewodzenia ciepła od jednej po-wierzchni do drugiej ; jest ona określana współczynnikiem przewodności cieplnej  . Współczynnik ten zależy od wilgotności , temperatury, porowatości , struktury materiału i składu chemicznego . Pojemność cieplna-właściwość materiału polegająca na zdolności pochłaniania mniejszej lub większej ilości ciepła Q przy jego nagrzaniu tj. ogrzaniu materiału o temperaturze t1 do temperatury t2
Q=c(t2-t1)G c- ciepło właściwe , G- ciężar próbki . Ciepło właściwe- wyraża się ilością kcal potrzebnych do ogrzania 1kg tworzywa i pod-niesienia jego temperatury o 1C. Im większe ciepło właściwe ma np.: tworzywo ścian , tym więcej ciepła mogą one zmagazynować w cza-sie ogrzewania i tym dłużej przechowują je po przerwaniu ogrzewania . c=Q/G(t2-t1) G- ciężar materiału Q- ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała od t1 do t2 . Żaroodporność- odporność materiału na działanie wysokich lub podwyższonych temperatur(50 do 350C) , przy którym następujące po sobie zmiany temp. powtarzają się okresowo . Materiały narażone są na korozyjne działanie gazów spalinowych i ognia i zachodzi potrzeba określenia granicznych temperatur , w których będą one spełniały przeznaczone im zadania ( ceramika , betony , stal)
Żarowytrzymałość- cecha materiału charakteryzująca się tym , że zachowuje on pierwotne swe właściwości w wysokich lub podwyższonych temperaturach . Odporność na zamrażanie- zdolność materiału nasyconego wodą do przeciwstawiania się zniszczeniu jego struktury przy wielokrotnych cyklach zamrażania i odmrażania bez widocznych skutków rozmrażania go przez zamarzniętą wodę i znaczniejszego obniże-nia wytrzymałości . Zamarznięcia w porach materiałów woda zwiększa swą objętość o ok. 10% i może powodować pęknięcie lub odkrusze-nie się ich części . W celu sprawdzenia zmian wytrzymałościowych poddaje się próbki badaniom na ściskanie , a wyniki porównuje się z wy-trzymałością próbek w stanie suchym nie zamrożonym s=(Gn-G2)/Gs*100% Gs- ciężar próbki wysuszonej , Gn- c. P. nasyconej wodą , G2- c. P. nasyconej wodą po jej badaniu na zamrażanie . Skurcz- zjawisko występujące albo przy wysychaniu wilgotnego materiału , albo przy twardnieniu betonu, gipsu, zapraw itp. Skurcz występuje przy oziębianiu materiałów organicznych i nie organicznych . Cechy mechaniczne : Wytrzymałość mechaniczna- opór stawiany przez materiał zniszczeniu jego struktury pod działanie obciążenia . Wytrzymałość na ściskanie- Kc= P/F [N/m2] , wytrzymałość na rozciąganie Kr= P/F , Wytrzymałość na zginanie- Rg= M/W M- mom. zginający , W- wskaźnik wytrzyma-łości , Sprężystość- zdolność ciała do przyjmowania pierwotnej postaci o tych samych wymiarach po usunięciu obciążenia , pomimo że pod obciążeniem zmieniało ono swój kształt . Sprężyste właściwości charakteryzuje współczynnik sprężystości E . Plastyczność- zdolność mate-riału do zachowania odkształceń tj. do zachowania trwałych zmian w jego postaci pomimo usunięcia sił , które odkształcenia te spowodowa-ły . Pełzanie- zjawisko wywierające znaczny wpływ na wytrzymałość materiału , charakteryzujące się nieprzerwanym wzrostem odkształceń plastycznych przy niezmiennym obciążeniu . Wielkość pełzania zależy od struktury , wieku materiału i od działania obciążenia . Relaksacja- zjawisko związane z pełzaniem , charakteryzujące się spadkiem naprężeń przy stałym odkształceniu . Ciągliwość- charakteryzuje się tym , że materiały nie wykazują zniszczenia przy znacznym odkształceniu plastycznym . Kruchość-Przeciwieństwo ciągliwości i charakteryzuje się tym , że materiał ulega nagłemu zniszczeniu bez wyraźnych odkształceń poprzedzających zniszczenie materiału . Określa się je stosunkiem wytrzymałości na rozrywanie do wytrzymałości na ściskanie . Gdy stosunek ten jest <1/8 , to materiał zalicza się do kruchych . Twardość- odporność badanego materiału na odkształcenia trwałe przy wciskaniu w niego ciała bardziej twardego . Odporność na uderzenie- zdolność wytrzymywania nagłych uderzeń dynamicznych , jest specjalnie ważna dla posadzek . Miarą wytrzymałości na uderzenie jest praca potrzeb-na do stłuczenia płytki lub przełamania innych elementów . Odporność ogniowa : zdolność opierania się wpływom wysokich temperatur w czasie pożaru i zależy od odporności materiału na : zmianę struktury chemicznej i fizycznej , wytrzymałości mechanicznej , kształtu , prze-wodzenie ciepła . Cechy odporności : zapalność , izolacyjność pożarowa , szczelność , powierzchniowe rozprzestrzenianie się ognia , pal-ność: podatność materiału na zapalanie się . Rozróżnia się materiały : niepalne , trudno palne , łatwo palne . toksyczność- zdolność wydziela-nia przez materiały w podwyższonej temperaturze szkodliwych gazów , oparów lub dymów . Klasy odporności ogniowej:0,25 ;0,5;1;2;4. 2. Spoiwa mineralne : Ogólna charakterystyka : Spoiwa są to ciała chemicznie aktywne , które po sproszkowaniu i zmieszaniu z wodą tward-nieją . Aktywność chemiczna- zdolność reagowania , czyli tworzenia związków z innymi ciałami , np. w przypadku spoiw z wodą lub dwu-tlenkiem węgla . Procesy chemiczne zachodzące przy twardnieniu właściwych spoiw budowlanych są w normalnych warunkach nieodwra-calne . Obecnie stosowane tworzywa są pochodzenia mineralnego wyjątek stanowią tworzywa sztuczne , które coraz częściej są stosowane jako dodatek do spoiw lub nawet jako samodzielne spoiwa . Rodzaje i odmiany- spoiwa wapienne i marglowe , których głównym składni-kiem jest wapień lub też margiel , który składa się z wapienia i gliny ,spoiwa gipsowe – głównym składnikiem jest uwolniony siarczan wap-niowy lub anhydryt , spoiwa magnezjowe – głównym składnikiem jest węglan magnezowy ,spoiwa mieszane – wapienno magnezowe , gip-sowo-żużlowe itp. Pod względem zachowania się w środowisku wodnym spoiwa dzieli się na: powietrzne- po zarobieniu wodą wiążą na po-wietrzu , nie wiążą i nie twardnieją pod wodą , nie są odporne na działanie wody . i hydrauliczne- mogą wiązać na powietrzu i pod wodą , po związaniu są odporne na działanie wody . Zaczyn-mieszanina spoiwa z wodą , Zaprawa- zaczyn zmieszany z piaskiem lub innym drob-nym kruszywem , Masa betonowa-Zaprawa zmieszana z grubym kruszywem . Spoiwa stanowią główny składnik zapraw budowlanych , słu-żących do łączenia mniejszych elementów budowlanych (cegła , bloki), zapewniają równomierny rozkład obciążeń w murach , służą do for-mowania niektórych części budowli(gzymsy, ozdoby) , stosuje się je do wyrobu betonów .Wapno budowlane- otrzymuje się przez wypalenie skał składających się głównie z węglanu wapniowego , czyli najczęściej z wapieni lub kredy . Skały te zawierają zwykle domieszki (węglan magnezu , glinę i części organiczne) . Im czystsze są wapienie tym lepsze uzyskuje się z nich wapno . Gatunki w zależności od zawartości węglanu wapiennego : Gatunek 1- zawartość CaCO3 co najmniej 96%(G1) , G2-93 do 96% , G3- od 91 do 93% , G4- od 82 do 91% , tempe-ratura wypalania dla czystych wapieni – 1000 do1200C , dla węglanów z domieszkami temperatura ulega obniżeniu . W czasie wypalania wapienia następuje reakcja CaCO3→CaO+CO2 – 425 kcal/kg : na rozkład 1kg wapienia zużycie ciepła wynosi425kcal . Teoretyczna wydaj-ność wynosi 56%- na otrzymanie 1kg wapna palonego teoretyczny wydatek ciepła wynosi 760kcal , w praktyce przekracza 2000 kcal/kg . Zużycie węgla , zależnie od wartości opałowej , wynosi od 170 do 200kg na 1 tonę wapna palonego przy piecach nowoczesnych , do ponad 450kg na 1 tonę w piecach starego typu . Przy wypalaniu wapienie tracą najpierw wodę , a potem dwutlenek węgla i przechodzą w tlenek wapniowy , czyli wapno palone , przy wypaleniu niecałkowitym mamy do czynienia z wapnem niedopalonym , przy zbyt wysokiej tempera-turze następuje spieczenie , bryły stają się bardziej zwarte , pory zanikają i wapno trudniej się gasi . Najbardziej szkodliwe domieszki to dom. gliniaste i krzemionkowe , niewielkie ilości żelaza , magnezu i bitumów nie wpływa ujemnie na właściwości wapnia , domieszki związków chloru obniżają jakość wapna – zwiększają higroskopijność zapraw (zawilgocenie ścian , plamy i wykwity na powierzchniach), te same kłopoty mogą stwarzać siarczany . Wapno palone jest ciałem porowatym , bezpostaciowym , bez zapachu . Barwa zależy od domieszek – im mniej tym barwa bardziej biała . Wapno palone wystawione na działanie powietrza wchłania stopniowo wilgoć i dwutlenek węgla i tra-ci swoje właściwości , przechodząc stopniowo w wodorotlenek a następnie w węglan wapniowy – wietrzenie wapna. Wapno palone w proszku- zastosowanie : zaprawy wapienne murarskie i tynkowe , do lekkich betonów z żużla , do piano i gazosylikonów , do betonów wzbudzonych , jako dodatek do trocin (1/10) w wypełnieniach ścian drewnianych szkieletowych , Gaszenie wapna- wapno gaszone zwykłe : proces łączenia się wapna palonego a wodą (lasowanie) CaO+H2O = Ca(OH)2 , wapno hydratyzowane – gaszenie wapna palonego w kawał-kach na sucho , gaszenie wykonuje się przez dodanie do wapna palonego 50-60% wody ciężarowo , zastosowanie do przygotowywania su-chych mieszanin do tynków , zwłaszcza szlachetnych , zapraw murarskich i tynkarskich . ciasto wapienne – wapno palone w kawałkach ga-szone na mokro Wapno hydrauliczne- surowcem do wypalania są wapienie margliste zawierające od 6 do 20% domieszek gliniastych , jak również wapienie krzemionkowe , charakterystykę składu chemicznego surowców nadających się do wypalania spoiw określa wskaźnik hy-drauliczny h=CaO/(SiO2+Al2O3+Fe2O3) , dla cementu portlandzkiego h=1,8±2,1 , wapna silnie hydraulicznego h=1,7±4,5 , wapna słabo hy-draulicznego h=4,5±9 , wapna zwykłego h=9 , temperatura palenia 900-1000C , gaszenie i produkcja- wapna hydraulicznego jest znacznie trudniejsza niż zwykłego , ponieważ kawałki zawierające znaczną ilość nie gaszących się składników są bardziej ścisłe , bywają otoczone twardą powłoką krzemianów i wydzielają mniej ciepła . Gaszenie zwykle poprzedzone jest rozdrabnianiem na kruszarkach , twardnienie- obejmuje zjawiska twardnienia powietrznego( wodorotlenek wapniowy po wyparowaniu nadmiaru wody wykrystalizowuje się i przekształca w warstwach powietrznych w węglan wapniowy) i hydraulicznego (rozdrobnione krzemiany, gliniany i żelaziany wapienne przy udziale wo-dy tworzą twardniejące związki (hydrokrzemiany, hydrogliniany i hydrożelaziany wapienne . Zastosowanie- do zapraw murarskich lecz nie w czasie zimowym , do tynków zewnętrznych , silnie hydrauliczne wapno do murów fundamentów i piwnic i tynków w miejscach wilgot-nych , betonów niewielkiej wytrzymałości , farb wapiennych , zalety i wady- większa wytrzymałość i odporność na działanie wilgoci , nie-równomierne właściwości wapna , znaczne zużycie paliwa przy wypalaniu .