Opracowała: dr inż. Teresa Rucińska
Opracowała: dr inż. Teresa Rucińska
1.
Budownictwo ogólne - tom 1. Materiały i wyroby budowlane.
Praca zbiorowa pod kierunkiem prof. dr hab. inż. B. Stefańczyka, Arkady
2005
2.
Szymański E., Kołakowski J.: Materiały budowlane z
technologią betonu.
Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej,
W-wa 1996
3.
Gantner E., Wrońska Z. Wędrychowski W., Nicewicz S.:
Materiały budowlane z technologią betonu. Ćwiczenia
laboratoryjne.
Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, W-wa
2000
2
4.
Domin T.: Materiały budowlane - skrypt dla studentów
Wyższych Szkół Technicznych.
Wydawnictwo Uczelniane
Politechniki Krakowskiej, 1990 r.
5.
Mickiewicz D., Lipczyńska I., Rucińska T.: Materiały i wyroby
budowlane. - cz. II.
Wydawnictwo Uczelniane Politechniki
Szczecińskiej, 1998 r.
6.
Jamroży Z.: Beton i jego technologie
. Nowe wydanie
uwzględniające normę PN-EN 206-1. Wydawnictwo Naukowe PWN,
Warszawa 2008
3
7.
Matyszewski T., Mickiewicz D.: Materiały i wyroby
budowlane stosowane w inżynierii sanitarnej - cz. I.
Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, 1983 r.
8.
Matyszewski T., Mickiewicz D.: Materiały i wyroby
budowlane stosowane w inżynierii sanitarnej - cz. II.
Metale i
wyroby z metali. Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej,
1984 r.
9.
Aprobaty Techniczne i Certyfikaty dopuszczenia do
stosowania w budownictwie
4
10.
Normy P N, PN
– EN, EN ISO, PN-EN ISO, ISO
11.
Aktualne wydawnictwa przedmiotowe.
Materiały Budowlane
Cement Wapno Beton
Przegląd Budowlany
Inżynieria i Budownictwo
Murator
Warstwy
Drogownictwo
5
MATERIAŁY BUDOWLANE
Wyroby (substancje,
ciała fizyczne) użyte do
wykonania obiektu budowlanego,
także do jego
naprawy,
remontu,
modernizacji
poprzez
zastosowanie na
stałe w obiekcie.
Materiałem budowlanym jest każdy wyrób
budowlany na
stałe połączony z budowlą.
6
PODZIAŁ WEDŁUG POCHODZENIA
NATURALNE
-
kamień, drewno, trzcina, słoma, itd.
Z PRZERÓBKI SUROWCÓW NATURALNYCH
-
ceramika, szkło, metale, spoiwa, kruszywa, wypalane
z gliny, lepiszcza bitumiczne, wyroby
drewnopochodne, betony, zaprawy
SYNTETYCZNE
-
tworzywa sztuczne, powstające na
drodze syntezy chemicznej związków organicznych
Z ODPADÓW PRZEMYSŁOWYCH
7
PODZIAŁ MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH ZE
WZGLĘDU NA WŁAŚCIWOŚCI TECHNICZNE
KONSTRUKCYJNE
(nośne) przenoszące obciążenia
mechaniczne -
beton, żelbet, stal
NIEKONSTRUKCYJNE
-
nie przenoszą obciążeń
mechanicznych
MATERIAŁY TERMOIZOLACYJNE,
DŹWIĘKOIZOLACYJNE, HYDROIZOLACYJNE, itp
8
PODZIAŁ WEDŁUG ZASTOSOWANIA
ELEMENTY MUROWE
ELEMENTY STROPOWE
WYROBY DO POKRYĆ DACHOWYCH
(dekarskie)
WYROBY IZOLACYJNE
– termoizolacyjne,
hydroizolacyjne
, ognioodporne, przeciwdźwiękowe
9
WYROBY DO OCHRONY PRZED KOROZJĄ
-
chemoodporne
WYROBY INSTALACYJNE
-
wodociągowe,
kanalizacyjne, gazowe, armatura, przewody
elektryczne
WYROBY WYKOŃCZENIOWE
-
okładziny
wewnętrzne i zewnętrzne, wyprawy tynkarskie, tapety,
farby, lakiery, emalie, posadzki, kleje, kity, itd.
10
WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW/WYROBÓW
BUDOWLANYCH
fizyczne
mechaniczne
chemiczne
higieniczne
technologiczne
11
Dzięki określonym właściwościom materiałów
budowlanych budynek z nich wykonany spełnia tzw.
podstawowe wymagania:
bezpieczeństwo konstrukcyjne
bezpieczeństwo pożarowe
bezpieczeństwo użytkowe
higiena, zdrowie, środowisko
ochrona przed hałasem
oszczędność energii, zachowanie ciepła
12
cechy zewnętrzne
: wymiary, kształt, makrostruktura
rozdrobnienie
– uziarnienie, powierzchnia właściwa
związane ze strukturą materiału
: masa, gęstość,
porowatość
13
GĘSTOŚĆ
-
jest to stosunek masy suchego materiału
do jego objętości "absolutnej" (bez porów).
Wyrażana jest w kg/m
3
, kg/dm
3
, g/cm
3
m
s
-
masa próbki suchej, [g; kg]
V
a
-
objętość próbki bez porów (objętość absolutna),
[cm
3
; m
3
]
14
15
250
0 cm3
20 cm3
24 cm3
Objętościomierz Le Chateliera o wysokości 25 cm
GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA
- jest to stosunek masy
suchego materiału do jego objętości łącznie z porami.
Wyrażana jest w kg/m
3
, kg/dm
3
, g/cm
3
m
s
-
masa próbki suchej, [g; kg]
V
p
-
objętość próbki z porami (objętość w stanie
naturalnym), [cm
3
; dm
3
, m
3
]
16
17
Gęstość i gęstość objętościowa wybranych
materiałów budowlanych
Rodzaj materiału
Gęstość
Gęstość objętościowa
[g/cm
3
] [g/cm
3
]
DREWNO
1,55
0,45
÷ 0,95
CERAMIKA PEŁNA 2,70
1,80
÷ 1,95
BETON ZWYKŁY 2,80
2,00
÷ 2,20
STAL
7,85
-
SZKŁO OKIENNE ~2,65
-
18
hydrostatyczną
, gdy materiał nie odpowiada
wymaganiom wymienionym w poprzednim punkcie
Określając gęstość objętościową materiału metodą
hydrostatyczną należy wybrać z partii badanego
materiału sześć próbek o kształcie nieregularnym,
jednak zbliżonym do graniastosłupa lub sześcianu o
wymiarach 40 mm x 60 mm
. Łączna masa próbek nie
może być mniejsza niż 0,25 kg.
20
Wszystkie próbki należy oczyścić z gliny, kurzu itp.
zanieczyszczeń oraz ponumerować farbą niezmywalną
w wodzie. Następnie próbki wysuszone do masy stałej
w temperaturze 105
÷ 110°C, nasyca się wodą.
Po nasyceniu wodą każdą próbkę przeciera się lnianą
ściereczką i następnie waży z dokładnością do 0,02 g w
powietrzu (m
1
) oraz całkowicie zanurzoną w zlewce z
wodą na wadze hydrostatycznej (m
2
).
21
Objętość próbki V oblicza się według wzoru:
22
w którym:
m
1
-
masa próbki zważonej w powietrzu, [g]
m
2
-
masa próbki zważonej na wadze
hydrostatycznej, [g]
ρ
h
-
gęstość wody, g/cm
3
; przyjmuje się
ρ
h
=1 g/cm
3
GĘSTOŚĆ NASYPOWA (dotyczy tylko materiałów
sypkich - np. kruszyw)
- jest stosunkiem masy do
objętości badanego kruszywa w stanie luźnym lub
zagęszczonym, niezależnie od stopnia jego wilgotności.
Wyrażana jest w kg/m
3
, kg/dm
3
, g/cm
3
m
kr
-
masa kruszywa, [g; kg]
V
kr
-
objętość kruszywa, [cm
3
; dm
3
, m
3
]
23
24
SZCZELNOŚĆ
-
określa zawartość substancji materiału
w jednostce jego objętości :
25
S -
szczelność
-
gęstość
o
-
gęstość objętościowa
POROWATOŚĆ
-
określa zawartość wolnych
przestrzeni (porów) w jednostce objętości materiału:
26
P -
porowatość
S -
szczelność
-
gęstość
o
-
gęstość objętościowa
Porowatość wybranych materiałów
Bazalt
do 4%
Granit
4-6%
Cegła ceramiczna zwykła do 20%
Szkło zwykłe
0%
Metale
0%
27
WILGOTNOŚĆ
-
jest to zawartość wilgoci w
materiale; określa się ją stosunkiem masy wody
zawartej w materiale do masy suchego materiału:
28
m
w
- masa
próbki w stanie wilgotnym [g]
m
s
- masa
próbki w stanie suchym [g]
29
WILGOTNOŚĆ JEST CECHĄ ZMIENNĄ.
Zależy od:
• temperatury otoczenia
• ciśnienia panującego
• wilgotności względnej otoczenia
30
WILGOTNOŚĆ WZGLĘDNA POWIETRZA
-
wyrażony w procentach stosunek ilości pary wodnej
w powietrzu do maksymalnej ilości pary wodnej w
powietrzu przy tej samej temperaturze powietrza.
'
'
-
masa pary wodnej znajdująca się w 1m
3
powietrza, [kg/m
3
]
-
wilgotność nasycenia, maksymalna zawartość pary wodnej znajdująca się w 1m
3
powietrza, [kg/m
3
]
''
31
W celu zminimalizowania ryzyka wystąpienia
problemów związanych z korozją, pleśnią i co
za tym idzie estetyką budynku, wilgotność
względna (poza sytuacjami tymczasowymi)
nie powinna przekraczać 70-80%.
32
Wyższa wilgotność powietrza od podanej
powyżej jest wysoce nie komfortowa dla
przebywających w pomieszczeniu ludzi.
Dla porównania, średnia wilgotność względna
w lesie deszczowym wynosi 75-90%.
33
NASIĄKLIWOŚĆ
-
jest to zdolność do wchłaniania
wody przez materiał.
Wyróżnia się:
• nasiąkliwość wagową
• nasiąkliwość objętościową
34
NASIĄKLIWOŚĆ WAGOWA
-
określa procentowy
stosunek masy wody pochłoniętej przez materiał do
jego masy w stanie suchym.
m
n
-
masa próbki nasyconej wodą [g]
m
s
-
masa próbki wysuszonej do stałej masy [g]
35
NASIĄKLIWOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA
-
określa
procentowy stosunek objętości wody wchłoniętej
przez materiał do objętości tego materiału w stanie
suchym.
m
n
-
masa próbki nasyconej wodą [g]
m
s
-
masa próbki wysuszonej do stałej masy [g]
V -
objętość próbki w stanie suchym [cm
3
]
36
NASIĄKLIWOŚĆ JEST CECHĄ STAŁĄ.
Zależy od:
• porowatości
• charakteru porów oraz ich wielości
37
PRZESIĄKLIWOŚĆ
-
jest to zdolność materiału do
przepuszczania wody pod ciśnieniem.
Stopień przesiąkliwości mierzy się ilością wody
przechodzącej przez 1 cm
2
próbki w ciągu 1
godziny
przy stałym ciśnieniu.
Wartość tego ciśnienia zależy od warunków, w jakich
dany materiał będzie pracował. Przesiąkliwość
materiału zależy od jego szczelności i budowy.
38
PRZEPUSZCZALNOŚĆ PARY WODNEJ
-
miarą
przepuszczalności pary wodnej jest współczynnik
paroprzepuszczalności
d
, który wyraża ilość pary w
gramach, jaką przepuszcza materiał o powierzchni
1
m
2
i grubości 1 m w ciągu 1 godziny, jeżeli różnica
ciśnień pary między przeciwległymi powierzchniami
wynosi 1 Pa.
39
m - masa pary wodnej, [g]
d -
grubość próbki, [m]
p -
różnica ciśnień, [Pa]
F
– powierzchnia próbki, [m
2
]
t - czas przenikania pary wodnej, [h]
)
(
,
Pa
h
m
g
p
t
F
d
m
d
40
Współczynniki paroprzepuszczalności
d
wybranych materiałów budowlanych
Rodzaj materiału
d
Szkło, blacha
0
Beton zwykły
3 • 10
-5
Cegła pełna
10 • 10
-5
Drewno
6,2 • 10
-5
Beton komórkowy
15 • 10
-5
41
Materiały o większym współczynniku
paroprzepuszczalności zastosowane do
budowy domów zapewniają
w pomieszczeniach lepszy klimat niż
materiały o małej jego wartości
42
KAPILARNOŚĆ (włoskowatość)
-
jest to zdolność
do podciągania wody przez włoskowate, otwarte
kanaliki materiału (kapilary) pozostającego w
zetknięciu z wodą.
Ze względu na kapilarność materiałów ściennych,
podczas wznoszenia budynków, układa się warstwę
poziomej izolacji przeciwwilgociowej, która
uniemożliwia podciąganie wody z zawilgoconego
gruntu.
43
Schemat oznaczenia włoskowatego podciągania wody
przez piasek
44
HIGROSKOPIJNOŚĆ
-
jest to zdolność materiału
do wchłaniania wilgoci z otaczającego go powietrza.
Materiały higroskopijne mają zwykle podwyższoną
wilgotność.
Małą higroskopijnością odznaczają się np. wyroby
ceramiczne.
Dużą higroskopijnością odznacza się np. drewno
45
PRZEWODNOŚĆ CIEPLNA
-
jest to zdolność
materiału do przewodzenia strumienia cieplnego
powstającego na skutek różnicy temperatury na
jego powierzchniach. Właściwość tę charakteryzuje
współczynnik przewodzenia ciepła
.
46
WSPÓŁCZYNNIK PRZEWODZENIA CIEPŁA (
)
równy jest ilości ciepła przepływającego w ciągu 1
godziny przez
jednolitą (jednorodną) warstwę
materiału o powierzchni 1m
2
i grubości 1m , jeżeli
różnica temperatury po obu stronach warstwy
wynosi 1K.
47
gdzie:
Q -
ciepło, b - grubość, T – czas, F - powierzchnia
Zależy od:
• wielkości i struktury porów
• wilgotności materiału
• gęstości pozornej
• temperatury i składu chemiczny
)
/(
,
)
(
1
2
K
m
W
T
t
t
F
b
Q
48
Współczynnik przewodności cieplnej wybranych
materiałów budowlanych
Rodzaj materiału
Współczynnik
[W/m
K]
Styropian
0,037
÷ 0,045
Płyty pilśniowe porowate
0,058
÷ 0,069
Drewno sosnowe
0,163
÷ 0,300
Beton komórkowy
0,160
÷ 0,275
Mur z cegły pełnej
0,756
Szkło okienne
1,00
Beton zwykły
1,220
÷ 1,50
Granit
3,200
÷ 3,50
Stal
58,00
49
Wartość współczynnika przewodności cieplnej
zależy od:
• struktury materiału
• składu chemicznego
• stopnia zawilgocenia
W miarę wzrostu zawilgocenia materiału wartość
współczynnika zwiększa się, a zatem izolacyjność
cieplna pogarsza się.
50
WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA „U”
OPÓR CIEPLNY „R
Im
R
większe tym „cieplejsza” przegroda budowlana
Przenikanie ciepła przez przegrodę:
51
ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA
-
jest to właściwość
materiału wyrażająca się zmianą wymiarów pod
wpływem wzrostu temperatury.
Wielkością charakterystyczną rozszerzalności
cieplnej jest:
52
• współczynnik cieplnej rozszerzalności liniowej
a
t
-
przyrost względnej długości materiału przy
ogrzaniu o 1
°C
∆l – różnica długości na początku i końcu pomiaru
l
0
– długość pierwotna
∆t – różnica temperatur
t
l
l
t
a
0
53
• współczynnik cieplnej rozszerzalności
objętościowej
b
-
oznacza przyrost objętości
materiału przy ogrzaniu o 1°C
54
ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA WYBRANYCH MATERIAŁÓW
• materiały kamienne
0,3
÷0,9*10
-5
• drewno sosnowe
0,37*10
-5
• ceramika
0,6*10
-5
• szkło
0,9*10
-5
• betony cementowe
1
÷1,2*10
-5
• stal
1,2*10
-5
• aluminium
2,4*10
-5
55
WSPÓŁCZYNNIK ROZMIĘKANIA:
gdzie :
R
n
-
wytrzymałość w stanie nasycenia wodą [MPa]
R
s
-
wytrzymałość w stanie suchym [MPa]
56
ODPORNOŚĆ NA ZAMRAŻANIE (1)
-
odporność
wyrobu na zamarzającą wodę w jego porach.
Jeżeli materiał nasycony wodą nie wykazuje
podczas wielokrotnego zamrażania i odmrażania
widocznych oznak rozpadu lub znaczniejszego
obniżenia wytrzymałości, mówimy o nim, że jest
odporny na zamrażanie.
57
ODPORNOŚĆ NA ZAMRAŻANIE (2)
-
właściwość
polegająca na przeciwstawianiu się całkowicie
nasyconego wodą materiału niszczącemu działaniu
zamarzającej wody, znajdującej się wewnątrz
materiału po wielokrotnym zamrażaniu i
odmrażaniu.
58
Ocena mrozoodporności polega na:
• ocenie makroskopowej
- stwierdzeniu, czy
badany materiał ulega zniszczeniu (powstanie
rys, złuszczeń, pęknięć, rozwarstwień lub
zaokrągleń, krawędzi i naroży, itp.)
59
• określeniu zmiany masy próbki
(max. strata
masy wynosi 5%
). Zmianę masy
m
(stratę)
oblicza się wg wzoru:
gdzie:
m
1
-
masa próbki nasyconej wodą przed badaniem [g]
m -
masa próbki nasyconej wodą po badaniu [g]
60
• określenie spadku wytrzymałości
-
porównaniu
wytrzymałości na ściskanie próbki przed
zamrażaniem i po ostatnim zamrożeniu (max.
strata wytrzymałości wynosi 20%)
R
c1
-
wytrzymałość na ściskanie próbki nasyconej wodą po
ostatnim
zamrożeniu [MPa]
R
c2
-
wytrzymałość na ściskanie próbki nasyconej wodą
przed
zamrażaniem [MPa]
61
OGNIOTRWAŁOŚĆ
-
to trwałość kształtu materiału
podczas długotrwałego działania wysokiej
temperatury.
Do ogniotrwałych zalicza się materiały, które
wytrzymują długotrwałe działanie temperatury
powyżej 1580°C bez odkształceń i rozmiękczenia
(np. wyroby szamotowe).
62
OGNIOODPORNOŚĆ:
wiąże się z ochroną przeciwpożarową budynków,
dotyczy całych elementów budynków (np. ścian,
stropów), które mogą być wykonane z więcej niż z
jednego materiału,
w zależności od czasu jaki wytrzymuje element
podczas badania kwalifikuje się go do
odpowiedniej klasy odporności ogniowej.
63
RADIOAKTYWNOŚĆ NATURALNA -
radioaktywność naturalna materiałów budowlanych
wpływa na warunki higieniczno-zdrowotne w
środowisku mieszkalnym i może stanowić
zagrożenie zdrowia mieszkańców.
64
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.
65
Badania kontrolne polegają na oznaczeniu stężenia:
potasu
40
K [SK], radu
226
Ra [SRa] i toru
232
Th [STh]
.
Do oceny badanego materiału przyjęto dwa
współczynniki kwalifikacyjne
f
1
i
f
2
:
f
1
=0,00027 S
K
+ 0,0027 S
Ra
+0,0043 S
Th
f
2
= S
Ra
185 Bq/kg
Pierwiastki radioaktywne mogą być zawarte w
surowcach odpadowych, które stosuje się do produkcji
materiałów budowlanych.
66
Rodzaj
surowca lub
materiału bud.
Stężenie radionuklidu [Bq/kg]
Współczynnik
f1
Współczynnik
f2
Potas K-40 Rad Ra-226 Tor Th-228
wapno
46
24
3
0,09
24
piasek
228
8
9
0,12
8
margiel
257
21
14
0,18
21
glina
621
47
48
0,50
47
ił
692
38
44
0,48
38
popioły lotne
676
127
82
0,88
127
żużel (miedź)
902
295
45
1,23
295
fosfogips
109
358
15
1,08
358
cement
204
48
20
0,27
48
beton
500
65
36
0,45
65
ceramika
bud.
722
51
49
0,54
51
Średnie stężenia radionuklidów naturalnych w wybranych surowcach i materiałach
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
Zjawiska radiacyjne
Zjawiska radiacyjne
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
Cechy mechaniczne
charakteryzują odporność
materiału na działanie sił powodujących niszczenie
ich struktury.
70
Cechy te zależą od:
• budowy wewnętrznej materiału
• jego porowatości
• stanu zawilgocenia
• kierunku działania sił przy materiałach
anizotropowych
• temperatury
71
72
WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCISKANIE
-
wyraża się
stosunkiem siły ściskającej F
c
do przekroju
poprzecznego próbki A:
F
c
-
siła ściskająca niszcząca próbkę [N]
A -
przekrój poprzeczny próbki prostopadły do
kierunku działania siły [mm
2
]
73
WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCISKANIE
jest to największe naprężenie, jakie wytrzymuje
próbka badanego materiału podczas ściskania.
Schemat oznaczania
wytrzymałości na ściskanie
Fc
jest wypadkową siły działającej na
powierzchnię póbki A
74
WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE
-
wyraża się
stosunkiem siły rozciągającej F
r
do przekroju
poprzecznego próbki A:
F
r
-
siła rozciągająca niszcząca próbkę [N]
A -
przekrój poprzeczny próbki prostopadły do
kierunku działania siły [mm
2
]
75
WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE
jest to największe naprężenie, jakie wytrzymuje
próbka badanego materiału podczas rozciągania.
Schemat oznaczania wytrzymałości na rozciąganie
Fr
jest wypadkową siły działającej na powierzchnię póbki A
76
WYTRZYMAŁOŚĆ NA ZGINANIE
- jest to
naprężenie, które wyraża się stosunkiem
niszczącego momentu zginającego M
z
do wskaźnika
wytrzymałości przekroju W elementu zginanego:
M
z
-
moment zginający [N
m]
W -
wskaźnik wytrzymałości przekroju [m
3
]
77
Jeśli siła ustawiona jest w środku rozpiętości
badanej próbki między dwoma podporami, moment
zginający wynosi:
gdzie:
F -
siła niszcząca [N]
l - rozpiętość próbki między podporami [m]
78
W wypadku beleczki o przekroju prostokątnym (w
tym i kwadratowym) wskaźnik wytrzymałości W
obliczamy według wzoru:
w którym:
h -
wysokość beleczki [cm]
b -
szerokość beleczki [cm]
79
TWARDOŚĆ
-
jest to odporność danego materiału
na wciskanie weń innego materiału o większej
twardości (odporność na działanie siły skupionej).
Zależnie od rodzaju materiału stosuje się różne
metody pomiaru.
80
Wzorce twardości uszeregowane są w skali Mohsa:
od 1 (najbardziej miękki - talk) do 10 (najtwardszy -
diament).
Stopnie twardości
Minerał
Uwagi
1
Talk - Mg
3
[(OH)
2
Si
4
O
10
] Bardzo miękki, rysuje się paznokciem
2
Sól kamienna - NaCl
Gips - CaSO
4
2H
2
O
Miękkie, rysują się paznokciem
3
Kalcyt - CaCO
3
Miękki, rysuje się ostrzem miedzianym
4
Fluoryt - CaF
2
Dość twardy, rysuje się drutem
stalowym
5
Apatyt - Ca
5
F(PO
4
)
3
Twardy, rysuje się nożem stalowym
6
7
Ortoklaz - K[AlSi
3
O
8
]
Kwarc - SiO
2
Twarde, rysują szkło
8
9
10
Topaz - Al
2
F
2
SiO
4
Korund - Al
2
O
3
Diament - C
Bardzo twarde, przecinają szkło
81
Schemat oznaczania twardości
Metoda Brinella
D
– średnica kulki, mm
d
– średnica odcisku, mm
P
– siła obciążająca, N
82
K
– wartość stała, zależna od zastosowanego
wgłębnika oraz skali twardości Rockwella [mm],
h
– trwały przyrost głębokości odcisku [mm],
c
– wartość działki elementarnej czujnika [mm].
Metoda Rockwella (PN-91/H-04355 i PN-82/H-04362)
Przebieg obciążania
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.
K
h
HR
c
83
ŚCIERALNOŚĆ
-
jest to podatność materiału na
ścieranie. Określa się ją jako zmniejszenie
wysokości próbki podczas badania normowego lub
utratę masy próbki.
Oznaczanie ścieralności
naturalnych i sztucznych
materiałów kamiennych przeprowadza się na tarczy
Boehmego.
84
Płytkę kamienną w kształcie sześcianu o boku
7,1cm umocowuje się w uchwycie maszyny tak, aby
przylegała do tarczy, i odpowiednio obciąża siłą
300N. Tarczę posypuje się proszkiem ściernym i
wprawia w ruch . Po 110 obrotach tarczę zatrzymuje
się, próbkę umocowuje się ponownie w uchwycie,
przekręcając ją wokół osi pionowej o 90° i wprawia
ponownie maszynę w ruch.
85
Czynność tę powtarza się czterokrotnie. Następnie
określa się stratę masy próbki na skutek tarcia materiału
i oblicza ścieralność s według wzoru:
M -
strata masy próbki po 440 obrotach tarczy [g]
A -
powierzchnia próbki [cm
2
]
o
-
gęstość objętościowa próbki [g/cm
3
]
lub
S = 7,1-
86
KRUCHOŚĆ
– jest to cecha charakterystyczna dla
materiałów, które nie wykazują odkształcenia
plastycznego pod działaniem sił zewnętrznych.
WSPÓŁCZYNNIK KRUCHOŚCI
- jest to stosunek
wytrzymałości na rozciąganie R
r
do wytrzymałości
na ściskanie R
c
87
Jeżeli wartość k jest mniejsza niż 1:8 (0,125) -
mamy wówczas do czynienie z materiałem kruchym.
Do materiałów kruchych zaliczamy:
• żeliwo
• Szkło
• beton
• ceramika, itp
88
SPRĘŻYSTOŚĆ
-
jest to zdolność materiału do
przyjmowania pierwotnej postaci po usunięciu siły,
pod wpływem której próbka materiału zmieniła swój
kształt.
Sprężyste właściwości materiału charakteryzuje
współczynnik sprężystości E obliczany ze wzoru:
89
w którym:
s
-
naprężenie powstające przy ściskaniu siłą F
n
[kN
] próbki o przekroju A [m
2
]
e
-
odkształcenie sprężyste wywołane naprężeniem
s
, obliczone ze stosunku zmiany długości
l do
długości pierwotnej l
90
Przebieg krzywej na wykresie
jest w początkowej fazie
liniowy, jest to tzw. obszar
prostej proporcjonalności
naprężeń i odkształceń, dalej
już zależność ma charakter
krzywoliniowy.
91
PLASTYCZNOŚĆ
-
zdolność materiału do
zachowania odkształceń trwałych bez zniszczenia
spójności np. glina, asfalt, metale, polimery.
CIĄGLIWOŚĆ
-
zdolność materiałów do
przyjmowania dużych, trwałych odkształceń pod
wpływem sił rozciągających, bez objawów
zniszczenia np. metal, asfalt, lepiszcze bitumiczne.
92
RELAKSACJA
-
zanik w materiałach / spadek /
naprężenia przy stałym obciążeniu.
93
Oznaczanie cech chemicznych
-
określenie
właściwości chemicznych materiału staje się
konieczne wtedy, gdy zachodzące wewnątrz
materiału procesy chemiczne grożą zniszczeniem
lub obniżeniem jego wartości użytkowych.
Właściwości chemiczne materiałów zależą przede
wszystkim od ich składu chemicznego.
94
Skład ten można podawać jako skład:
• pierwiastkowy
• tlenkowy
• mineralny
Oznaczenie właściwości chemicznych
przeprowadza się w wyspecjalizowanych
laboratoriach.
95