Эксплуатационные свойства материалов

Эксплуатационные свойства материалов ха­рактеризуются показателями эксплуатаци­онных свойств, обеспечивающих высокую надежность работы материалов в течение заданного срока службы.
Содержание статьи:

◊ Свойства дорожных материалов

◊ Основные свойства дорожно-строительных материалов

◊ Эксплуатационные свойства материалов

◊ Взаимосвязь состава свойств и структуры материалов

◊  Микроструктура веществ

◊ Основные технологические принципы получения материалов

◊ Оценка качества строительных материалов

Эксплуатационные показатели чрезвычайно разнообраз­ны, у каждого материала они свои и оце­ниваются обычно условными величинами. Наиболее важными эксплуатационными свойствами материалов являются их дол­говечность, надежность, ремонтопригод­ность, истираемость, износ и др.

Долговечность материала характеризу­ет продолжительность его работы ( срок службы) в конструктивных элементах сооружений и в условиях эксплуатации до предельного изменения свойств. Дол­говечность обусловлена способностью ма­териала сопротивляться комплексному воздействию механических нагрузок, из­менению температуры и влажности, дей­ствию растворов солей, газов, совмест­ному воздействию воды, мороза, солнеч­ных лучей.

Обычно долговечность материа­ла измеряют временем, в течение которого сохраняется возможность эксплуатации материалов и изделий. Например, для же­лезобетонных конструкций предусмотре­ны три степени долговечности: I- соот­ветствует сроку службы не менее 100 лет, II- — 50 лет, III — 25 лет. В ряде случаев долговечность мате­риала характеризуют показателями его морозостойкости.

Морозостойкость — свойство насы­щенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаива­ние .. Основная- причина разрушения мате­риалов вызьшается давлением воды на по­ры при ее замерзании и увеличении объе­ма примерно на 9 %. Морозостойкость определяется количеством циклов попе­ременного замораживания, которое вы­держивает образец без снижения проч­ности более 15 %, заметных повреждений, выкрашивания, потери массы более 5 %.

Морозостойкость бетонов, применяемых при строительстве дорог и мостов, долж­на бьпь 50 … 200. Долговечность ма­териала зависит от уровня напряжений, имеющих место в теле материала, а также от условий агрессивности среды, т. е. от атмосферной, коррозионной стойкости.

Коррозионная стойкость -свойство материала не разрушаiься · в агрессивных средах (щелочная, кислотная среда, про­точная вода и др.). Наиболее стойкими по отношению к

агрессивным средам (воздействию кислот и щелочей) являются керамические материалы, а также изде­лия из пластмасс. Неустойчивы в кислот­ной среде известняки, доломиты, древе­сина, портландцементы, в щелочной сре­де — древесина, битумы.

Атмосферостойкость — свойство мате­риала не разрушаться под воздействием климатических условий (температура воз­духа, осадки, солнечная радиация и др.). С атмосферостойкосIЬю материала часто связана его склонность к старению вслед­ствие протекания в нем физико-хими­ческих процессов и ухудшения свойств. Старение характерно для полимеров, биту­мов, асф альтобетонов.

С долговечностью материалов связы­вают выносливость — способность со­противляться многократно прилагаемым механическим воздействиям, которые ус­коряют разрушщше строительных матери­алов, вследствие чего снижается их цол­говечность. Выносливость обычно измеря­ется количеством нагружений, которые выдержал материал до разрушения.
Надежность — это свойство материала работать безотказно, а безотказностью называют свойство материала сохранять работоспособность в определенных усло­виях в течение заданного времени без вынужденных перерывов··на ремонт. Для дорожно-строительных материалов важ­ное значение имеют показатели истирае­мости и износа.

Истираемость — способность материа­ла уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий. Истирае­мость определяют на стандартных маши­нах, вычисляя массу истертого образца к его площади (г/см2). Истираемость имеет большое значение для строитель­ных материалов, используемых в дорож­ных покрытиях.

Износ — свойство материала сопро­тивляться одновременному воздействию истирания и ударов, Износ определяют на образцах, которые испытывают на вращающихс:я барабанах со стальными ша­рами. Показатель износа — потеря мас­сы образца (%) в процессе испьпания.

Важной характеристикой дорожно­строительных материалов является коэффицuент сцепления с колесом автомо­биля κ=H/P
где Н — горизонтальное усилие, необходимое для перемещения пневматического колеса авто­мобиля по материалу; Р — сила вертикального· давления.

При оценке эксплуатационных свойств необходимо учитывать горючесть, огнестойкость, огнеупорность и токсич­ность материала. Горючесть -свойство материала при­нимать участие в быстро протекающей химической реакции, сопровождающейся вьщелением тепла и света.

Материалы могут быть негорючими, горючими, труд­но-и леrкосrораемыми, что учиrывают в противопожарных нормах при проек­тировании и эксплуатации зданий и соору­жений.

Огнестойкость -свойство материала сопротивляться действию высокой темпе­ратуры (огня при пожаре) в течение оп­ределенного времени. Она зависит от способности материала воспламеняться и гореть. В зависимости от огнестойкости материалы разделяют на несгораемые (бе­тон, кирпич, сталь), трудносгораемые — древесина, пропитанная огнезащитными составами — антипиренами), сгораемые (древесина, органические вяжущие).

Огнеупорность — свойство материала выдерживать без разрушения длительное воздействие высоких температур. Огне­упорные материалы выдерживают темпе­ратуру более 1580 °С, тугоплавкие
1350 ° … 1580 С, легкоплавкие — ниже 1350 С. Устойчивость к воздействию высо­ких температур учитывают для материа­лов, применяемых в аэродромном стро­ительстве.

Токсичность — свойство некоторых материалов вызывать отравление и за­болевание у людей. В работе с такими материалами, как дегти, клеи и др., не­обходимо строго соблюдать правила ох­раны труда.
Декоративные свойства. Эти свойства материалов обеспечивают эстетические требования к сооружению. К ним относят цвет, яр􀁑ость, рисунок и особенности поверхности материала (шероховатость и др.). Этим свойствам все больше и боль­ше уделяют внимание.

Исследованиями установлено, что производительность тру­да работающих в значительной мере оп­ределяется эстетическим оформлением по­мещений и оборудования.

Технологические свойства

Они ха­рактеризуют поведение материала при тех­нологических процессах обработки и пере­работки (например, буримость, дроби­мость скальных горных пород, форму­емость, слеживаемость, нерасслаиваемость бетонных смесей, вязкость жидкообраз­ных материалов и смесей, твердение, ад­гезия и др.). По технологическим свой­ствам судят о возможности переработ­ки и получения доброкачественной про­дукции иэ исходных материалов при при­нятой технологии и имеющемся техноло­гическом оборудовании.

Так, в технологии керамических мате­риалов, бетонов, растворов особое зна­чение имеют технологические свойства исходных сырьевых смесей -удобоукла­ дываемость, формуемость, нерасслаивае­мость, консистенция. Зная их, можно правильно подобрать машины и назначить режимы перемешивания и уплотнения сме­сей.

Однако в большинстве случаев кон­систенцию, или вязкость материалов, очень трудно измерить строгими физическими методами, поэтому предложено много ус­ловных показателей вязкости: пенетра­ция бщума (глубина погружения в битум стандартной иглы при температуре 25 °С), удобоукладываемость бетонных смесей (скорость переформирования в секундах стандартного конуса из бетонной смеси в равновеликий цилиндр) и др. Формуемость -свойство смесей, сос­тавленных из различных компонентов, приобретать заданную форму при мини­мальных затратах средств.

Нерасслаuваемость — свойство смеси сохранять однородность при транспорти­ровании и формовании.
Перечень технологических свойств ма­териалов большой, поэтому их описание будет приводиться по мере изложения технологии получения и применения ма­териалов.

Свойства материалов исключительно многообразны, их необходимо знать длятого, чтобы правильно выбирать и эффек­тивно применять материалы в данных кон­кретных условиях, оптимизировать техно­логию получения искусственных материа­лов с требуемыми свойствами, выбирать наиболее эффективные проектные реше­ния конструкций и сооружений при ис­пользовании данных материалов.

Условия строительства и эксплуатации зданий и со­оружений формулируют требования к свойствам, которые в свою очередь обес­печиваются оптимизацией химического (вещественного, минерального) состава и структуры материала.