CECHY FIZYCZNE MATERIAŁÓW

Gęstość - masa jednostki objętości materiału bez uwzględnienia porów wewnętrznych,

Gęstość pozorna - masa jednostki objętości materiału wraz z porami wewnątrz,

Gęstość nasypowa - masa jednostki objętości materiałów sypkich (w stanie luźnym lub wstrząśnionym),

Szczelność - procentowa objętość wolnych przestrzeni w materiale,

Nasiąkliwość - zdolność materiałów do wchłaniania wody i jej utrzymywania w maksymalnej zawartości,

Wilgotność - procentowa zawartość wody w materiale,

Higroskopijność - zdolność materiałów do wchłaniania wilgoci z otaczającego powietrza,

Szybkość wysychania - zdolność materiałów do wydzielania wody w określonych warunkach,

Kapilarność - zdolność podciągania wody przez kapilary ku górze,

Przesiąkliwość - podatność materiałów na przepuszczanie wody pod ciśnieniem,

Paro przepuszczalność - podatność materiałów na przepuszczanie pary wodnej pod ciśnieniem,

Mrozoodporność - odporność nasączonego materiału na wpływ niskich temperatur,

Przewodność cieplna - zdolność przewodzenia strumienia cieplnego do różnicy temperatur na powierzchniach materiałów,

Pojemność cieplna - zdolność kumulowania ciepła przez materiał przy jego ogrzewaniu,

Rozszerzalność cieplna - zmiana wymiarów pod wpływem zmiany temperatury,

Ogniotrwałość - jest to cecha mówiąca o zdolności zachowania kształtów pod długotrwałym działaniem wysokiej temperatury;

• ogniotrwałe - 1580˚C <

• trudnotopliwe - 1350 - 1580˚C

• łatwo topliwe - 1350˚C >

Ognioodporność - brak niszczącego działania ognia w temperaturze 825˚C,

• niepalne - szkło, azbest, ceramika, materiały kamienne,

• trudnopalne - tlą się, zwęglają przy czynnym źródle ognia,

• palne - rozpalają się płomieniem bez źródła ognia,

• łatwopalne - zapalają się pod wpływem wysokiej temperatury,

Rozróżniamy pięć klas odporności ogniowej.

IV - ciało nie rozpala się w temperaturze 825˚C prędzej niż po upływie 4 h,

II - 2 h

I - 1 h

0,5 - 0,5 h

h - poniżej 15 min,

radioaktywność - zdolność Materiałów do emitowania pierwiastków radioaktywnych do otoczenia,

Układ - fragment materii w którym skupiona jest uwaga - wyodrębniony z otaczającego świata - wszystko co poza nim i co ma jakiś wpływ na jego zachowania nazywamy otoczeniem;

Monolit - materiał w którym zawartość porów = 0 (szkło okiennr, metale, asfalt, - są to mat.szczelne, nieprzenikliwe dla gazów)

Materiały pochodzenia:

+organicznego 1,16[Mg/m³];

+mineralnego 2,5-3,5[Mg/m³];

+metale 1,7-(7-8)-20[Mg/m³];

beton komórkowy (ρ=2,7; ρ_p=0,7 ->z uwzględnieniem porów);

POROWATOŚĆ - objętość wolnych przestrzeni w jednostce obj.mat. P=[1-(ρ_p/ρ)] lub w procentach *100%

wpływ na:

+zmniejszenie obciążenia konstrukcji; zmniejszenie zużycia surowców, energii na utrwalenie kształtów wysokotemperaturową obrubka; zwiększenie bariery przepływu ciepła i dźwięku itd.;

Zawartość porów:

+zmniejsza masę bez zmiany objętości; pogarsza właściwości mechaniczne; zwiększa opór przepływu ciepła i dźwięku; umożliwia przenikanie przez materiał gazów i cieczy; umożliwia utrzymywanie wody w materiale; zwiększa rozwinięcie pow. Kontaktu mat. z otoczneiem, przyśpiesza korozję, zmniejsza trwałość;

*pory zamknięte różnej wielkości (przepuszczalność mała lub żadna, kapilarność mała lub żadna);

*duże otwarte pory (duża przepuszczalność, mała kapilarność);

*podwójne otwarte pory(mała przepuszczalność, duża kapilarność);

porowatość całkowita=porowatość otwarta+porowatość zamknięta;

SZCZELNOŚĆ - ułamek objętości fazy stałej w mat. S=(ρ_p/ρ) lub w procent.*100%

S+P=1 lub procentowo = 100%

+dla mat.szczelnych:ρ_p=ρ, S=1, P=0

+dla mat.porowatych: ρ_p<ρ, S<1, P>0

JAMISTOŚĆ - procentowa zawartość przestrzeni międzyziarnowych w mat.sypkim

w stanie luźnym j_l i zagęszczonym j_z:

j_l=[1-(ρ_nl/ρ_p)]*100% ; j_z=[1-(ρ_nz/ρ_p)]*100%

Wartość jamistości wykorzystuje się przy ustalaniu składu mieszanek betonowych - zaczynu należy dodać co najmniej tyle ile wynosi jamistośc stanu okruchowego;

NASIĄKLIWOŚĆ - zdolność mat.do wchłaniania i utrzymywania wody przy max. zawartości;

Nasiąkliwość wagowa:n_w=[(m_w-m)/m]*100%

Nasiąkl.objętościowa:n_o=[(m_w-m)/V]*100%

m_w- masa próbki nasyconej wodą[g]

m - masa próbki wysuszonej do stałej masy;

ρ_p=1 =>n_w=n_o ; ρ_p>1 =>n_w<n_o ; ρ_p<1 =>n_w>n_o

porowatość otwarta =>nasiąkliwość objętościowa: P_o=n_o ;P=P_o+P_z

Siły kohezji - międzycząsteczkowe w jednej fazie;

Siły adhezji - na granicy faz;

Napięcie powierzchniowe - praca potrzebna do odpowiedniego powiększenia powierzchni w wyniku wyprowadzenia cząsteczek z głębi cieczy na jej powierzchnię (praca rozciągania powierzchni przez zwiększenie na niej cząsteczek);

KAPILARNOŚĆ - zachowanie się wody w cienkich rurkach, jest konsekwencją różnych ciśnień (zdolność podciągania wody przez włoskowate kanaliki)

Wysokość podnoszenia wody:

ΔP=h=[(2*δ*cosΘ)/(r*g*ρ_H2O)]

δ-napięcie powierzchniowe wody 20°C;

r - promień kapilary;

g - przyśpieszenie ziemskie;

Wielkość porów w betonie

r=10^-2-10^-4 makropory h=15^-3 nasiąkliwość

r=10^-5-10^-7 mezopory h=15-150 kapilarne

r=10^-8-10^-10 mikropory h=15000 żelowe

PRZESIĄKLIWOŚĆ - podatność mat. Na przepuszczanie wody pod ciśnieniem (ilość wody w gramach przepływająca przez mat. W ciągu 1 godz. Przez 1cm² pod stałym ciśnieniem;

1ATM=1bar=kg/cm²=0,1 MPa

Stopień wodoszczelności betonu:

W2;W4;W6;W8;W10;W12

(gdzie cyfra oznacza dziesiątą część MPa)

Sorpcja - zdolność materiału do przyjmowania i utrzymywania wilgoci;

Adsorpcja - powierzchniowe wiązanie wody z atmosfery;

Absorpcja - objętościowe wchłanianie wody (nasiąkliwość - niepełna)

Absorpcja betonu [%]:

H₂O - 30 min. - 4,7%

H₂O - 24 godz. - 7,4%

H₂O - 48 godz. - 7,5%

H₂O - 53 godz. - 8,1%

Higroskopijność - zdolność do wiązania cząsteczek wody z otaczającej atmosfery (woda wykorzystywana na wiązania nie jest utrzymywana);

skutki wahań wilgotn. materii

+sorpcja; + skurcz; +pęcznienie; +wytrzymałość (pełzanie, współczynnik rozmiękania, mrozoodporność); +dyfuzyjność;

WILGOTNOŚĆ - woda absorbowana w przeliczeniu na masę materiału suchego:

W=[(m_w-m)/m]*100%

Adsorpcja (zawilgocenie materiału):

Szkło,metale 0% <ceramika,wapienie < beton,gliny,gips<gazobeton<drewno 16%

Stopień nasycenia (N) - stosunek ilości wody w materiale do jego nasiąkliwości;

Wilgotność względna powietrza (φ) - stosunek wilgotności w danej chwili do max.

φ _dla t=20°C = 60% => φ _dla t=10°C=80% =>φ _dla t=6°C =100% =>φ _dla t=4°C = punkt rosy

Wilgotność równowagowa - wilgotność pozostająca w równowadze z wilgotnością względną powietrza.

Wilgotność drewna po ścięciu = 30%

Wilg.wzgl. - dla mokrego materiału:

W_w=W/(1+W) dla drewna 15%

W=W_w/(1-W_w) _bezwzględna dla drewna 18%

Skurcz drewna (W=30%)

W 30%=>0% - skurcz= 7-22%

Pełzanie - odkształcanie się elementów w czasie przy stałym obciążeniu;

WSPÓŁCZYNNIK ROZMIĘKANIA (k) - stosunek wytrzymałości materiału w stanie pełnego nasycenia wodą f_H2O do suchego f_C;

k=(f_H2O/f_C); k=1 nasiąkliwe; k<0,5 gips; k=0 gliny;

MROZOODPORNOŚĆ - przeciwstawianie się materiału nasyconego wodą cyklicznym zmianom objętości w wyniku zmiany stanu skupienia;

Współczynnik mrozoodporności (Wz) - stosunek wytrzym. Na ściskanie po ostatnim cyklu f_cyk do wytrzym. Próbki przed zamrażaniem f_C

Wz=(f_cyk/f_C); Wz>0,75 - mrozoodporne

Ocena mrozoodporności=> ubytek masy, spadek wytrzymałości;

Właściwości związane z ruchem wody:

*ΔP - różnica ciśnień; ΔP≠0

+podciąganie kapilarne;

+przepuszczalność dla gazów i cieczy;

*ΔP=0 różnica stężeń:

+dyfuzja - nieprzepuszczalność dla gazów i cieczy;

PRZEPUSZCZALNOŚĆ (μ) - właściwość mat. Do przepuszczania cieczy w określonych warunkach (związana z gradientem ciśnienia) ΔP≠0; miarą jest obj. cieczy jaka przeniknie przez materiał w czasie 1 godz. Przez 1 m² przy ΔP=1[MN/m²]

μ=[(V_H2O)/(F*t*ΔP)] [m/s]

Kamień cementowy μ=0,002*10^-6

Granit μ=1,6*10^-6

PAROPRZEPUSZCZALNOŚĆ - wł.mat. do przepuszczania pary wodnej w określonych warunkach ΔP≠0

μ=[(mol)/(F*t*ΔP)] [g/(m*hPa)]

ΔP-zależy od różnicy temp. (różnicy wilg. Po obu stronach przegrody);

Przy jednakowej temp.dyfuzja będzie przebiegać od większej do mniejszej wilgotności względnej;

OPÓR DYFUZYJNY R - wyraża zmniejszenie szybkości przenikania pary ze wzrostem grubości przegrody;

R=(d/μ) [(m²*hPa)/g]

Względny opór dyfuzyjny - ile razy opór dyfuzyjny mat. jest większy od oporu dyfuz. Warstwy powietrza o tej samej grubości i w tej samej temp.

Dyfuzja - dążność do wyrównania stężeń (proces samorzutny), cząsteczki przemieszczają się z obszarów o większym do obszarów o większym ich stężeniu

Prawo Fick`a:

I=-D*(dc/dx)

I - liczba cząstek dyfundujących;

D - współczynnik dyfuzji;

dc - stężenie cząstek;

dx - grubość próbki;

Właściwości cieplne.

Ciepło - suma energii kinetycznej wszystkich jednostek budujących materiał, miarą tej energii jest temperatura.

Jedn.ciepła - Joul - ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 kg wody o 1K

4186,8 J = 1 kCal = 4,186 kJ

Drgania normalne sieci - wywołanie drgań energią cieplną jednego węzła przekazywane jest w postaci fali sprężystej kolejno na następne aż do wzbudzenia wszystkich węzłów budujących sieć;

Temperatura Debaya - charakterystyczna dla każdego ciała, temp.w której wszystkie węzły sieciowe drgają;

Fonon - min.porcja energii lub inaczej kwant energii drgań cieplnych jaką może pochłonąć lub wydzielić sieć drganiami cieplnymi to jest przejściem wzbudzonego drgania od jednego poziomu energetycznego na sąsiedni;

Ciepło wł. - miara zdolności materiału do pobierania ciepła - ilość ciepła Q jaką należy dostarczyć aby podnieść temp.jedn.masy mat. o 1K

C_p=[Q/(m*(T₂-T₁))] [kJ/(kg*K)]

Dostarczana energia zużywana jest na:

+zwiększenie energii drgań (częstotliwości i amplitudy);

+tworzenie defektów punktowych;

+zwiększenie stanu energetycznego niektórych elektronów;

Ciepło molowe [J/(mol*K)] - ilość C_p jaką trzeba dostarczyć do ogrzania mat. do charakt. Temp. Deboya przeliczonego na mol (drganie z max amplitudą 6,02*10²³ węzłów sieciowych); dla ciał stałych = 15kJ/molK

Pojemność cieplna - zdolność do kumulowania ciepła przez mat. wyrażoną ilością ciepła potrzebnego do ogrzania 1m³ mat.o 1K

C_V=[Q/(V_c*{T₂-T₁})]=C_p*(m/V_c);[kJ/(m³*K)]

Duże różnice w gęstości pozornej mat. i jej zmienność powoduje że porównywanie zdolności do kumulacji ciepła liczbowymi wartościami C_p może okazać się mylące;

Rozszerzalność cieplna - zmiana jakiegokolwiek wymiaru liniowego mat. nazywana jest rozszerzaln.liniową. Jest ona proporcjonalna do zmiany wymiarów liniowych mat.ze wzrostem temp.

Różnica długości:l_k-l_p=Δl=αl_o*(T₂-T₁)

α=(Δl/l_o)*(l/ΔT) ;[1/K * 10^-6]

współczyn.proporcjon.α - względna zmiana długości przy zmianie temp. o 1 stopień - współczyn.rozszerzalności liniowej;

dla ciała o budowie izotopowej β=3*α

rozszerzalność - temp.rośnie ze wzrostem amplitudy drgań sieci.

+mat. o więszej wytrzymałości charakteryzują się mniejszym α;

+porowate w stosunku do monolitów charakteryzuje mniejsze α;

+przy dużych ΔT lepiej zachowują się mat. o mniejszym α;

Przewodność cieplna - transport energii cieplnej (różnica temp.punktów - dążenie do jej wyrównania)

Sposoby przekazywania ciepła:

+unoszenie - konwekcja zderzenie cząstek w cieczach i gazach;

+przewodzenie - przekazywanie ruchu jednych cząstek drugim bez zmiany ich położenia - w ciałach stałych:

*fononowe-drganiami normalnymi sieci-diaelektryki;

*ruch elektronów i ich zderzeniami - przewodniki I-go rodzaju.

+przez promieniowanie - fale elektro-magn.

Przewodzenie- miarą przewodności jest współczynnik przewodzenia λ który określa ilość ciepła Q jaka przejdzie przez jednostkę powierzchnii

(dQ)/(dt)=-λF*[(dT)/(dx)]; [W/(m*°C(K))]

stała materiałowa λ;

asymptota drgań - uwarunkowana różnicami mas budujących sieć jednostek, im bardziej złożony skład tym mniejsza przewodność cieplna zmniejszają:+roztwory stałe, + defekty sieciowe;

w metalach 80% ciepła przenoszą elektrony

przewodność temperaturowa

k=(λ/C_V); λ>C_V (mat. szybciej przekazuje ciepło niż akumuluje);

bezwładność cieplna

λ*d_p*C_p=λ*C_V

λ-zdoln.mat. do przekaz.ciepła;

C_V-jak szybko mat. zareaguje na przekazane ciepło;

Promieniowanie cieplne - zdolność przyjm. Promieniowania cieplnego przez mat. lub jego wysyłania określa się współczyn promieniowania cieplnego C, który podaje ile ciepła przyjmuje lub wysyła 1m² pow.mat. w czsie 1 godz.

C-zależy od składu i struktury mat.stanu powierzchni i jej temp.

Sadza>śnieg>szkło

Wyprawa wapien.>drewno dąb>żeliwo szare

Beton C=12>Al. C=20>>srebro poler. C=0,5

DŹWIĘK - mechaniczna fala podłużna, impulsowa zmiana ciśnienia;

Drgania akustyczne - rozchodzą się w postaci fal dźwiękowych i wywołują wrażenia słuchowe;

Przemieszczenie energii przez materię jest wynikiem przemieszcz.się zaburzeń materii, a nie w skutek jej postępującego ruchu;

Ucho ludzkie słyszy dźwięk o częstotliwości 16-20000Hz

W<16 Hz - infra dźwięki (trzęsienia ziemi);

w>20000 - ultra dźwięki, duża częstotliwość;

Do rozchodzenia się fal potrzebny jest ośrodek materialny, a głównie jego:

+bezwładność; +sprężystość;

Dźwięki:

+powietrzne - wytwarzane w atm.powietrza rozchodzi się we wszystkich kierunkach;

+uderzeniowy-materiałowy - wytw.w ośrodku stałym wskutek drgań przenoszonych na mat.(uderzenie, chodzenie)

Fale akustyczne mogą ulec:

+odbiciu; +pochłonięciu; + rozproszeniu;

Odbicie - zmiana kierunku fali na granicy 2 ośrodków;

Dźwiękochłonność mat. - wartość liczbowa współczyn.α ,którego miarą jest stosunek natężenia fali pochłoniętej [I] do nat. Fali padającej [I_P]

Współczynnik odbicia β - natężenia fali odbitej / natęzenie dźwięku fali padającej;

Zasada zachowania energii: α+β=1

Duże β mają materiały szczelne o dużej gęstości, nie są to mat. dźwiękochłonne;

Drewno: absorbuje 5-10% dźwięki

Odbija 95%

α=0,5 - dobry mat.dźwiękochłonny

1

1

---