Основные свойства дорожно-строительных материалов

Пористость в значительной мере обус­ловливает физические, механические и другие свойства материалов.
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

Чем больше пористость, тем меньше прочность и теп­лопроводность, больше водо- и газопро­ницаемость. Опытный инженер по порис­тости может определить многие свойства материалов. Для рыхлых материалов ана­логично пористости определяется пустот­ность — объем пустот между зернами ( обычно в процентах) . Важное значение в определении ка­чества материалов имеют их гигрофи­зические свойства. Обычно материалы имеют влагу на внутренней поверхности пор, микротрещин и других дефектов.

Влажность определяют в процентах по объему или массе:
Wv=(mb-mc/V)100 или Wm=(mb-mc/mc)100; Wv=Wm Pm; где mb и mc- масса соответственно влажного и сух􀀌го о􀀍разца материала, г; V -объем материала.
Различают равновесную (природную) влажность материала, обусловленную его гигроскопичностью -свойством капил­лярно-пористого материала поглощать во­дяной пар из влажного воздуха за счет адсорбции пара на внутренней поверх­ности пор и капилляров. Чем больше внутренняя поверхность материала, тем больше гигроскопичность, а следователь­но, и равновесная влажность. Для древе­сины она равна 12 … 18 %, для стеновых каменных материалов -4 … 7 % (по массе).

Водопоглощение -количество воды, которое может поглотить погруженный в воду материал, а затем удержать моле­кулярными и капиллярными силами при атмосферном давлении. Водопоглощение, как и влажность, определяют в процен­тах по массе W т или по объему W V’ . Водопоглощение определяется количеством воды которое может поглотить материал при вакууме или повышенном давлении. Тогда из открытых пор вьпес­няется воздух, вследствие чего матери­ал насыщается водой больше, чем при ат­мосферном давлении.

Водопоглощение и водонасыщение изменяются в пределах: у гранита 0,02 … 0,7 %, у асфальтобето­на 2 … 5%, у кирпича 8 … 15 %, у порис­тых теплоизоляционных материалов они зависят от характера пор (закрытые или открытые) и колеблются в широких пре­делах — от 50 до 400 % и более.

Водопроницаемость(газопроницаемость) -способность материала пропус­кать воду (газ) при заданных условиях (давлении). Она определяется значением предельного давления (МПа, бары), когда еще не проходит вода (газ) через опре­деленную толщину материала.

Водопрони­цаемость (газопроницаемость) тесно свя­зана с пористостью, ее размером и ха­рактером (открытая, закрытая).
Теплопроводность-способность материала передавать тепло через свою
толщу за счет разности температур.  Коэф­фициент о теплопроводности К т имеет размерность Вт/(м · °С) . Наименьшей теплопроводностью обладают порис1ые матери­алы, поскольку теплопроводность «защем­ленного» воздуха Кт = 0,02 Вт/(м · °С) бетона тяжелого 1,3 … 1,5; бетона ячеистого -0,45 … 0,7; кирпича — 0,45 … 0,60; воды — 0,55; льда — 2,5; дерева -0,11 … 0, 17; металла — 45 … 60 Вт/(м · С).

Акустические свойства характеризуют сопротивляемость материалов распростра­нению звуков. В зависимости от среды, в которой распространяется звук (вол­нообразные колебательные движения), различают воздушные звуки и структур­ные (распространяющиеся в твердых те­лах) . Скорость распространения звука зависит от упругих свойств материала. Например, скорость звука (м/с): в воде 1450, в кирпичной кладке, бетоне 3500 … 4000, в стали 5000, в пробке 500, а в резине всего 40.

По назначению акустические материа­лы разделяются на звукопоглощающие и звукоизолирующие. Звукопоглощающие материалы характеризуются большой от­крытой пористостью: минераловатные плиты, перфорированные плиты с резо­нансным поглощением . Их свойства ха­рактеризуются коэффициентом звуко­поглощения, который представляет собой отношение доли звуковой энергии, погло­ ­щаемой материалом,ко всей падающей на ее поверхность, и выражается в долях единицы(0,2…0,9).

Звукоизолирующие (структурных звуков) это материалы обладающие повышенной упругостью,состоящие из пористо-волокнистой массы на основе пластмасс или резины и которые применяются как прокладки в строительных конструкциях.Акустические материалы могут применяться как материалы при строительстве бесшумных участках дорог, в тоннелях и других сооружений.

Рисунок-1.Влияние напряжений на относительные деформации материалов:

1-сталь;2-бетон;

Механические свойства

Они оцениваются показателями механических свойств, характеризующих способность материалов сопротивляться всем видам механических воздействий.Под видам воздействий разразличают прочность на сжатие, растяжение, изгиб, удар, твердость и др.  Для определения показателей, харак­теризующих взаимосвязь между деформа­цией и напряжением, строят диаграммы (рис. 1).  По этим диаграммам можно определить относительные деформации ма­териалов.

Прочность — важнейшее свойство ма­териала, в боm,шинстве случаев опреде­ляет возможность его использования в строительной конструкции. Методы оп­ределения прс􀂲шости приведены в табл. 1 и 2. Прочность материала зависит от размера и формы образца, скорости его нагружения и других факторов. Поэ­тому методика определения прочности строительных материалов строго регла­ментируется нормативно-техническими до­кументами. В настоящее время принято прочность материалов измерять мегапаска­лями (МПа).

Таблица-1. Методы определения прочности

Наиболее прочными материалами яв­ляются металлы, например сталь (проч­ность при сжатии и растяжении 150 … 500 МПа) , прочность гранитов при сжа­тии 120 … 150 МПа, при растяжении 10 МПа, прочность бетонов при сжатии изменяется от 1 до 100 МПа, а при рас­тяжении их прочность в 10 . . . 15 раз меньше. Прочность асфальтобетонов при сжатии 5 … 7 МПа (температура при испытании 20 … 25° С) .

Наряду со статической прочностью (пределы прочности при сжатии, растя­жении, изгибе и др.) в необходимых слу­чаях определяют динамическую прочность(при однократной динамической нагруз­ке) и усталостную (при повторных нагруз­ках).

Таблица-2. Таблица результатов испытаний  строительных материалов

Упругость — свойство материалов об­ратимо поглощать энергию, передаваемую внешними воздействиями, что выражает­ся в восстановлении первоначальной фор­мы и объема образца после прекращения действия внешних сил, под влиянием ко­торых форма материала в той или иной мере изменилась.

Вязкость — свойство материала под действием внешних сил необратимо пог­лощать механшескую энергию при пласти­ческой деформации. Вязкость жидких ма­териалов характеризует способность соп­ротивляться перемещению одного слоя материала относительно другого. Абсолют­но упругих и абсолютно вязких материа­лов нет, реальные материалы обладают в той или иной степени упругостью и вязкостью.

Упругость и вязкость материала ха­рактеризуют соответственно модулем уп­рутости и коэффициентом вязкости:
Е=σ/Є;η=τ/(de/dt),где σ,τ -напряжение ,соответственно нормальное и касательное,МПа; Є, de/dt-относительная деформация и скорость изменения относительной деформации,с. С вязкостью и упрутостью материа­лов в известной мере связаны пластич­ность и хрупкость.

Пластичность -способность материала необратимо деформироваться под влиянием действующих на него усилий без разрыва сплошности ( образования тре­щин). Хрупкость -свойство материала под влиянием внешних сил разрушаться, не да­вая остаточных пластических деформаций. Хрупкость противоположна пластичности.

Хрупкость и пластичность материалов из­меняются от температуры и режима на­гружения. Например, битумы хрупки при пониженной температуре и быстро нарас­тающей нагрузке и пластичны при мед­ленно действующей нагрузке и повышен­ной температуре. Глины хрупки в сухом состоянии и пластичны во влажном. Хруп­кие материалы плохо сопротивляются растяжению, динамическим и повторным нагрузкам.

Ползучесть — способность материала длительно деформироваться под действи­ем постоянной нагрузки. Ползучесть мате­риалов возрастает с уменьшением их вяз­кости, поэтому большей ползучестью обла­дают вязкие, пластичные материалы (нап­ример, асфальтобетон) и меньшей — хруп­кие упругие материалы (например, цемен­тобетон). Ползучесть учитывают, если ее деформации влияют на прочность или экс· плуатационные свойства материалов и со­оружений.

В ряде случаев (например, в расче­тах и технологии· изготовления предвари­тельно напряженньiх бетонных конструк­ций)учитывают релаксацию напряжений -способность к их уменьшению в дефор­мированном на заданную величину ма­териале. Скорость релаксации напряжений так же, как и скорость ползучести, воз­растает с уменьшением вязкости материа­ла.

Твердость -способность материала сопротивляться проникновению в него более твердого материала. От твердости зависит, в частности, истираемость по­верхностных слоев дорожных покрытий. Для металлов твердость определяют мето­дом вдавливания шарика (метод Бринел­ля), величиной отскока падающего груза (метод Шopa).

Твердость каменных. ма­териалов можно определить по шкале Мооса, в которой минералы распо.rrожены в порядке возрастающей твердости: 1 -тальк, 2 -гипс, 3 -кальцит, 4 -флюорит, 5 -апатит, 6 -ортоклаз, 7 -кварц, 8 — топаз, 9 -корунд, 10 -алмаз.

Коэффициент конструктивного ка­чества (удельная прочность) материала представляет собой отношение прочнос­ти к средней плотности. Лучшие конструктивные материалы имеют высокую· проч­ность при малой средней плотности, что способствует созданию легких конструк­ций.

У сплавов из алюминия коэффи­циент конструктивного качества превы­шает 250, стеклопластиков больше 200, у высокопрочных сталей 100 …150,обычных сталей -больше 50, бето­нов -15 … 25, кирпича -5 … 6. Важ­ной задачей современной технологии ма­териалов является повышение удельной прочности строительных. материалов.

***** РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!

*****