2010-12-27
1
Podstawowe informacje
Podstawowe informacje
o trwało
ś
ci materiałów
o trwało
ś
ci materiałów
i wyrobów budowlanych
i wyrobów budowlanych
Jedna z definicji poj
ę
cia trwało
ś
ci
Ogólnie trwało
ść
to
czas
przebywania obiektu w
danych
warunkach
w stanie
zdatno
ś
ci
.
W przypadku materiałów i wyrobów
budowlanych to
czas
, w którym materiał
eksploatowany w danych
warunkach
zachowuje swoje
wła
ś
ciwo
ś
ci u
Ŝ
ytkowe
na
odpowiednim poziomie, pozwalaj
ą
cym pełni
ć
mu swoje
funkcje
w obiekcie.
2010-12-27
2
Warunki, wła
ś
ciwo
ś
ci u
Ŝ
ytkowe i funkcja
Warunki:
zespół wszystkich czynników zewn
ę
trznych
oddziałuj
ą
cych na materiał w czasie jego
eksploatacji
(obci
ąŜ
enia, oddziaływanie czynników
atmosferycznych, itp.)
Wła
ś
ciwo
ś
ci u
Ŝ
ytkowe:
np. zespół cech wytrzymało
ś
ciowych,
izolacyjno
ść
, itp.
Funkcje:
konstrukcyjne, izolacyjne, itp.
Typowy kształt krzywej przebiegu zmian wła
ś
ciwo
ś
ci u
Ŝ
ytkowych
materiału (wyrobu)
w czasie eksploatacji w warunkach normalnych
Ś
ci
ś
lewski Z.: Materiał a trwało
ść
obiektów budowlanych, materiały XLVII Konferencji KILiW PAN i KN PZITB,
Krynica 2001
2010-12-27
3
Inne rodzaje przebiegu zmian wła
ś
ciwo
ś
ci u
Ŝ
ytkowych materiału
(wyrobu)
przypadek korozji p
ę
cznieniowej
tworzyw mineralnych
produkty korozji najpierw wypełniaj
ą
pory
i cecha u
Ŝ
ytkowa materiału, w tym
przypadku wytrzymało
ść
, ulega
polepszeniu, nast
ę
pnie nast
ę
puje
gwałtowne jej pogorszenie
przypadek korozji
mi
ę
dzykrystalicznej stali
nagłe, kruche zniszczenie przekroju
elementu
Główne przyczyny pogarszania si
ę
wła
ś
ciwo
ś
ci
materiału
- działanie obci
ąŜ
e
ń
stałych i zmiennych,
dora
ź
nych i długotrwałych,
- działanie czynników atmosferycznych:
- cykliczne zmiany temperatury
(dylatacja termiczna),
- cykliczne zmiany wilgotno
ś
ci
(zawilgocenie i wysychanie),
- działanie
ś
rodowiskowych mediów
gazowych i ciekłych, w tym
działanie
wody „
ś
rodowiskowej”
(roztwory)
2010-12-27
4
Mechanizmy negatywnego oddziaływania wody na
materiał
-
wypłukiwanie
rozpuszczalnych w wodzie
składników szkieletu (ługowanie),
-
destrukcja mrozowa
, w wyniku wzrostu
obj
ę
to
ś
ci wody zamarzaj
ą
cej w porach
materiału,
-
korozja chemiczna
pod wpływem
agresywnych wobec szkieletu substancji
rozpuszczonych w wodzie
ś
rodowiskowej.
Ługowanie
Woda wypłukuje rozpuszczalne w niej składniki szkieletu
(zjawisko cykliczne !)
Efekt:
wzrost zawarto
ś
ci porów otwartych, rozlu
ź
nienie
struktury materiału -> systematyczne pogorszenie wła
ś
ciwo
ś
ci
2010-12-27
5
Destrukcja mrozowa
Zamarzanie wody
-> przej
ś
cie ze stanu ciekłego w stan stały (krystalizacja)
-> uporz
ą
dkowanie struktury ->
wzrost obj
ę
to
ś
ci o ok. 9,5%
Ź
ródła: http://www.fizyka.net.pl, http://www.chem1.com/acad/sci/aboutwater.htm
Destrukcja mrozowa
lód
woda
Temperatura zamarzania wody zale
Ŝ
y od wielko
ś
ci porów, w których
si
ę
ona znajduje.
Im pory mniejsze, tym temperatura zamarzania ni
Ŝ
sza.
Zamra
Ŝ
anie i rozmra
Ŝ
anie wody
w materiałach budowlanych
eksploatowanych w kontakcie z czynnikami atmosferycznymi
jest zjawiskiem cyklicznym.
2010-12-27
6
Destrukcja mrozowa
Efekt:
wzrost zawarto
ś
ci porów otwartych, rozlu
ź
nienie
struktury materiału -> systematyczne pogorszenie wła
ś
ciwo
ś
ci
Napr
ęŜ
enia wywołane ekspansj
ą
zamarzaj
ą
cej wody s
ą
zazwyczaj
wi
ę
ksze od wytrzymało
ś
ci szkieletu i powoduj
ą
kreowanie nowych
pustek w materiale.
Korozja chemiczna
Rozpuszczone w wodzie
ś
rodowiskowej
substancje chemiczne
mog
ą
wchodzi
ć
w reakcje
ze składnikami szkieletu.
Efektem tych reakcji jest zazwyczaj
destrukcja
materiału o ró
Ŝ
nym charakterze i nasileniu.
Bardziej szczegółowe informacje
w ramach przedmiotu Chemia
2010-12-27
7
Podci
ą
ganie kapilarne jako główny mechanizm
nasycania si
ę
materiałów porowatych wod
ą
Czynnikiem niezb
ę
dnym dla wyst
ą
pienia podci
ą
gania
kapilarnego cieczy jest
zwil
Ŝ
alno
ść
ś
cian kapilar przez t
ą
ciecz.
θ
K
ą
t zwil
Ŝ
ania
θ
im k
ą
t
Θ
mniejszy, tym zwil
Ŝ
anie lepsze
Θ
> 90
o
ciecz
zwil
Ŝ
a
materiał
Θ
< 90
o
ciecz
nie zwil
Ŝ
a
materiału
θ
θ
Podci
ą
ganie kapilarne jako główny mechanizm
nasycania si
ę
materiałów porowatych wod
ą
ξ
θ
ξ
θ
Θ
< 90
0
zwil
Ŝ
anie -> menisk wkl
ę
sły
Θ
> 90
0
brak zwil
Ŝ
ania -> menisk wypukły
2010-12-27
8
Podci
ą
ganie kapilarne jako główny mechanizm
nasycania si
ę
materiałów porowatych wod
ą
Napi
ę
cie powierzchniowe N
- praca potrzebna do zwi
ę
kszenia powierzchni o jednostk
ę
[J/m
2
],
lub
- siła styczna do powierzchni cieczy, działaj
ą
c
ą
na jednostk
ę
długo
ś
ci
obrze
Ŝ
a powierzchni cieczy [N/m].
Cz
ą
steczka wewn
ą
trz cieczy:
siły przyci
ą
gania pochodz
ą
ce
od otaczaj
ą
cych j
ą
cz
ą
steczek
kompensuj
ą
si
ę
tak,
Ŝ
e ich
wypadkowa równa si
ę
zeru.
Cz
ą
steczka na powierzchni cieczy:
brak kompensacji sił. Wypadkowa
Podci
ą
ganie kapilarne jako główny mechanizm
nasycania si
ę
materiałów porowatych wod
ą
F
p
= 2
π
r N cos
θ
F
c
=
π
r
2
h
ρ
c
g
θ
θ
N
N cos
θ
F
p
r
F
c
h
h = 2N cos
θ
/r
ρ
c
g
2010-12-27
9
Mo
Ŝ
liwo
ś
ci redukowania zdolno
ś
ci materiału do
podci
ą
gania wody
h = 2N cos
θ
/
r
ρ
c
g
- redukcja porowato
ś
ci otwartej,
- redukcja zawarto
ś
ci porów o małej
ś
rednicy
(kapilarnych),
- redukcja k
ą
ta zwil
Ŝ
ania – słabo zwil
Ŝ
alny
materiał szkieletu lub powlekanie wn
ę
trza
kapilar
ś
rodkiem hydrofobowym
(hydofobizacja)