Коэффициент конструктивного
качества: ККК=R/γ(прочность на относит.
плотность), для 3-й стали ККК=51 МПа, для
высокопрочной стали ККК=127 МПа, тяжелого
бетона ККК=12,6 МПа, древесины ККК=200 МПа.
Твердость — показатель, характеризующий
св-во материалов сопротивляться проникновению
в него другого, более плотного материала.
Показатель твердости: НВ=Р/F (F — площадь
отпечатка, P — это сила), [НВ]=МПа. Шкала
Мооса: тальк, гипс, известь…алмаз.
Истирание — потеря первоначальной
массы образца при прохождении этим образцом
определенного пути абразивной пов-ти.
Истирание: И=(m1-m2)/F, где F — площадь истираемой
поверхности.
Износ — св-во материала сопротивляться
одновременно воздействию истирающих
и ударных нагрузок. Износ определяют
в барабане со стальными шарами или без
них.
2.ВИДЫ ПРИРОДНЫХ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
2.1Каменные природные
строительные материалы
В качестве природных каменных
материалов в строительстве используют
горные породы, которые обладают необходимыми
строительными свойствами.
По геологической классификации
горные породы подразделяют на три типа:
1) изверженные (первичные) , 2) осадочные (вторичные) и 3) метаморфические
(видоизменённые) .
1) Изверженные
(первичные) горные породы образовались при остывании
поднявшейся из глубин земли расплавленной
магмы. Строения и свойства изверженных
горных пород в значительной степени зависят
от условия остывания магмы, в связи с
чем эти породы подразделяют на глубинные иизлившиеся .
Глубинные горные
породы образовались при медленном
остывании магмы в глубине земной коры
при больших давлениях вышележащих слоёв
земли, что способствовало формированию
пород с плотной зернисто-кристаллической
структурой, большой и средней плотностью,
высоким пределом прочности при сжатии.
Эти породы обладают малым водопоглащением
и высокой морозостойкостью. К этим породам
относят гранит, сиенит, диорит, габбро
и др.
Излившиеся
породы образовались в процессе выхода
магмы на земную поверхность при сравнительно
быстром и неравномерном охлаждении. Наиболее
распространёнными излившимися породами
являются порфир, диабаз, базальт, вулканические
рыхлые породы.
2) Осадочные (вторичные)
горные породы образовались из первичных
(изверженных) горных пород под воздействием
температурных перепадов, солнечной радиации,
действия воды, атмосферных газов и др.
В связи с этим осадочные горные породы
подразделяют на обломочные (рыхлые) , химические иорганогенные .
К обломочным рыхлым горным породам относят
гравий, щебень, песок, глину.
Химические
осадочные породы : известняк, доломит, гипс.
Органогенные
горные породы : известняк-ракушечник, диатомит,
мел.
3) Метаморфические
(видоизменённые) горные породы образовались из изверженных
и осадочных горных пород под влиянием
высоких температур и давлений в процессе
поднятия и опускания земной коры. К ним
относят глинистый сланец, мрамор, кварцит.
Классификация и основные виды
природных каменных материалов.
Природные каменные материалы
и изделия получают путём обработки горных
пород.
По способу получения каменные материалы подразделяют
на рваный камень (бут) – добывают взрывным
способом; грубоколотый камень – получают
раскалыванием без обработки; дроблёный
– получают дроблением (щебень, искусственный
песок); сортированный камень (булыжник,
гравий).
Каменные материалы по форме
делят на камни неправильной формы (щебень,
гравий) и штучные изделия, имеющие правильную
форму (плиты, блоки).
Щебень – остроугольные куски горных
пород размером от 5 до 70 мм, получаемые
при механическом или природном дроблении
бута (рваный камень) или естественных
камней. Его используют в качестве крупного
заполнителя для приготовления бетонных
смесей, устройства оснований.
Гравий – окатанные куски горных пород
размером от 5 до 120 мм, также используется
для приготовления искусственных гравийно-щебёночных
смесей.
– рыхлая смесь зёрен горных
пород размером от 0,14 до 5 мм. Он образуется
обычно в результате выветривания горных
пород, но может быть получен и искусственным
путём – дроблением гравия, щебня, и кусков
горных пород.
2.2Глинистые материалы
Важнейшими сырьевыми материалами для
производства керамических изделий являются
каолины и глины, применяемые в чистом
виде, а чаще — в смеси с добавками. Под
каолинами и
глинами понимают природные водные алюмосиликаты
с различными примесями, способные при
замешивании с водой образовывать пластичное
тесто, которое после обжига необратимо
переходит в камнеподобное состояние.
Каолины. Каолины состоят почти исключительно
из минерала
каолинита (Al203-2Si02-2H20) и содержат значительное
количество частиц меньше 0,01 мм; после
обжига сохраняют белый или
почти белый цвет. Резкого разграничения
между каолинами и глинами
провести нельзя. Некоторые глины (например,
огнеупорные) близки к каолинам по составу
и свойствам. Все же глины более разнообразны
по минеральному составу, они больше загрязнены
минеральными и органическими примесями.
Глинистое вещество (с час82
тицами меньше 0,005 мм) состоит преимущественно
из каолинита
и родственных ему минералов — монтмориллонита
(Al203-4Si02X
ХпН20), галлуазита (Al203-2Si02-4H20) и др. Тонкодисперсные
водные силикаты глинозема находятся
в кристаллической и отчасти коллоидальной
формах. Возможно присутствие в глинах
минеральных коллоидов в виде несвязанных
А120з и Si02 с переменным
количеством воды, а также коллоидальных
органических веществ,
например гумуса.
Содержание тонких частиц определяет
пластичность и другие
свойства глин. Высокопластичные глины
содержат частицы размером менее 0,005 мм
80—90% и частицы менее 0,001 мм — 60% и
более, в то время как в умеренно пластичных
глинах находится
лишь 30—60% частиц размером до 0,005 мм. Более
крупные зерна
пыли (до 0,14 мм) слюды и песка (0,14—5 мм) снижают
пластичность глин. В глинах могут быть
примеси, снижающие температуру
плавления (их называют плавнями). Это
углекислый кальций, полевой шпат, Fe(OH)3,
Fe203 и др. Камневидные включения СаС03
являются причиной появления «дутиков»
и трещин в керамических
изделиях, так как гидратация СаО, получившейся
при обжиге
керамических изделий, сопровождается
увеличением ее кажущегося объема. Часто
встречающаяся примесь окиси железа придает
глине привычную красную окраску, водная
окись железа сообщает
буро-желтый цвет. Вообще же окраски глин
весьма разнообразны:
от белой, коричневой, зеленой, серой до
черной. Окраска глин зависит от примесей
как минерального, так и органического
происхождения, богатых углеродом.
Бентонитами называют высокодисперсные
глинистые породы с
преобладающим содержанием монтмориллонита.
Содержание в
них частиц размером меньше 0,001 мм достигает
85—90%.
0тощающие материалы
Отощающие добавки вводятся в состав керамической
массы для
понижения пластичности и уменьшения
воздушной и огневой усадки глин. В качестве
отощающих добавок используют шамот, дегидратированную
глину, песок, золу ТЭС, гранулированный
шлак.
Шамот — это зернистый керамический материал
(с зернами
0,14—2 мм), получаемый измельчением глины,
предварительно
обожженной при той же температуре, при
которой обжигаются изделия. Его можно
получить, измельчая отходы обожженного
кирпича. Шамот улучшает сушильные и обжиговые
свойства глин, поэтому его применяют
для получения высококачественных изделий-
лицевого кирпича, огнеупоров и т. д.
Дегидратированная глина при температуре
700—750°С, добавляемая в количестве 30—50%,
улучшает сушильные свойства сырца и внешний
вид кирпича.
Песок (с зернами 0,5—2 мм) добавляют в количестве
10—25%,
при большей добавке песка снижается прочность
и морозостойкость керамических изделий.
Гранулированный шлак (с зернами до 2 мм)
является эффективным отощителем глин
при производстве кирпича.
Роль отощителей выполняют также золы
ТЭС и выгорающие
добавки.Выгорающие добавки: древесные
опилки (бурые угли, отходы углеобогатительных
фабрик, золы ТЭС и лигнин) не только повышают
пористость стеновых керамических изделий,
но также способствуют равномерному спеканию
керамического черепка. Благодаряэтому
снижается процент недожога. Большого
эффекта добиваются, сочетая различные
добавки. Например, лигнин (отход производства
древесного спирта) комбинируют с опилками
или углем, повышая трещиностойкость изделий
в период сушки и обжига.
Пластифицирующими добавками являются
высокопластичные
глины, бентониты, а также поверхностно-активные
вещества-
сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) и др.
Глазури представляют собой стекла, используемые
для поверхностного покрытия керамических
изделий. Главными сырьевымикомпонентами
глазури являются: кварцевый песок, коалин,
полевой шпат, соли щелочных и щелочноземельных
металлов,окислы свинца, борная‘кислота,
бура и др. Их применяют либо в сыром виде,
либо сплавленными — в виде фритты. Окислы
свинца заменяют менее вредной окисью
стронция.
Ангоб приготовляют из белой или цветной
глины и наносят тонким слоем на поверхность
еще не обожженного изделия. При обжиге
ангоб не плавится, поэтому цветная поверхность
получается
матовой. Ангоб по своим свойствам должен
быть близок к основному черепку.
2. 3 Древесные материалы
2.3.1 Физические свойства древесины
Физическими называются
свойства, наблюдаемые без изменения химического
состава и целостности древесины. Остановимся
на следующих физических свойствах:
Это интересно
Исследования показали, что древесина
дуба на сжатие выдерживает давление 450…500 килограммов
на квадратный сантиметр, а на растяжение —
до 1050 килограммов! То есть ее прочность
на растяжение соперничает с лучшими сортами
нейлоновых тканей. Для разных пород эти
показатели могут меняться.
Внешний вид
Внешний вид древесины характеризуется
цветом, блеском, текстурой.
Цвет древесине придают находящиеся в ней
экстрактивные вещества.
Древесина пород, произрастающих в различных
климатических условиях, имеет различный
цвет: от молочно-белого (осина, ель, липа)
до черного (эбеновое дерево).
Породы древесины, произрастающие в тропических
и экваториальных районах имеет более
яркую окраску по сравнению с древесиной
пород умеренного пояса.
В пределах климатической зоны каждой
древесной породе присущ свой особый цвет,
который может служить дополнительным
признаком для ее распознавания. Например,
древесина граба имеет светло-серый цвет,
дуба и ясеня — бурый, ореха — коричневый.
Под влиянием света и воздуха древесина
многих пород теряет свою яркость, приобретая
на открытом воздухе сероватую окраску.
Блеск — это способность древесины отражать
световой поток. Блеск древесины зависит
от ее плотности, количества, размеров и расположения
сердцевидных лучей.
Особым блеском отличается древесина
дуба, бука, платана, чинары, белой акации.
Матовый блеск имеют тополь, липа, осина,
тик; шелковистый — ива, вяз, ясень, черемуха;
золотистый — черешня; серебристый — сибирский
кедр; муаровый — береза, серый клен, лавровишня.
Текстура — это рисунок, который получается
на разрезах древесины при перерезании
ее волокон, годичных слоев и сердцевинных
лучей. Текстура зависит от особенностей
анатомического строения отдельных пород
древесины и направления разреза. Она определяется
шириной годичных слоев, разницей в окраске
ранней и поздней древесины, наличием сердцевинных
лучей, крупных сосудов, неправильным
расположением волокон (волнистое или
путаное). Хвойные породы на тангенциальном
разрезе из-за резкого различия в цвете
ранней и поздней древесины дают красивую
текстуру. Лиственные породы с ярко выраженными
годичными слоями и развитыми сердцевинными
лучами (дуб, клен, каргач, ильм, платан)
имеют очень красивую текстуру на радиальном
и тангенциальном разрезах. Особенно красивый
рисунок имеет древесина с неправильным
расположением волокон. Текстура определяет
декоративную ценность древесины, что
особенно важно при изготовлении художественного
паркета, различных поделок, музыкальных
инструментов и др.
Влажность
Свойства древесины очень сильно зависят
от содержания влаги.
Абсолютной влажностью древесины называется
отношение массы влаги, находящейся в данном
объеме древесины, к массе абсолютно сухой
древесины, выраженное в процентах.
Относительная влажность древесины —
это отношение массы влаги, содержащейся
в древесине, к массе древесины во влажном
состоянии, выраженное в процентных. Общее
количество влаги в древесине складывается
из свободной и связанной влаги. Влага,
находясь в полостях клеток и межклеточных
пространствах, называется свободной,
или капиллярной, а в клеточных стенках —
связанной или гигроскопичной. В первую
очередь из древесины испаряется свободная
влага, при дальнейшей сушке начинается
процесс испарения связанной влаги, в результате
которого происходит значительное изменение
физико-механичеких свойств древесины.
У живого (свежесрубленного) дерева содержание
влаги будет обычно находиться в районе
50% -100%. После рубки содержание влаги снижается.
Вначале испаряется свободная влага, пока
не будет достигнута так называемая точка
насыщения волокна.
Рис. Схема содержания воды в древесине
Это та точка, при которой вся свободная
вода ушла, а оставшаяся влага связана
внутри стенок клетки. Эта точка зависит
от температуры, но для большинства видов
древесины составляет 30% (в пересчёте на сухой
вес).
При удалении из древесины связанной
влаги происходит уменьшение линейных
размеров и объема древесины. Такой процесс
называется усушкой. Усушка по разным направлениям
не одинакова.
В поперечном направлении степень усушки
вдвое выше усушки в радиальном направлении.
Продольная усушка незначительна и практически
не имеет значения.
Усушка обычно зависит от плотности древесины,
при этом лиственные породы дают большую
усушку, чем хвойные. Вследствие различий
в усушке по трем основным направлениям,
высыхание древесины может приводить
к деформации.
Процесс потери влаги продолжается до тех
пор, пока уровень влаги в древесине не достигнет
определенного предела (равновесной влажности),
который напрямую зависит от температуры
и влажности окружающего воздуха.
Это интересно
Только что срубленное бальсовое дерево
может иметь влажность, доходящую до 600%
и весить очень много. В высушенном состоянии
это дерево легче пробки.
Из бальсового дерева был сделан плот
Kon Tiki знаменитого норвежского путешественника
Тура Хейердала.
Плотность
Плотность древесины — это отношение
массы древесины к ее объему. Выражается
плотность в кг/м3 . Плотность древесины
зависит от ее влажности. Все показатели
физико-механических свойств древесины
определяются при влажности 12%. Между прочностью
и плотностью существует тесная связь.
Более тяжелая древесина, как правило,
является более прочной. Плотность определяется
количеством древесинного вещества в единице
объема.
По плотности при влажности 12% древесину
можно разделить на 3 группы:
Порода |
Плотность, г/куб.см |
Легкая |
Бальса |
0.15 |
Пихта сибирская |
0.39 |
Ель |
0.45 |
Ива |
0.46 |
Осина |
0.51 |
Сосна |
0.52 |
Липа |
0.53 |
Средняя плотность |
Конский каштан |
0.56 |
Орех грецкий |
0.64 |
Береза |
0.65 |
Вишня |
0.66 |
Лиственница |
0.66 |
Тиковое дерево |
0.67 |
Бук |
0.68 |
Дуб |
0.69 |
Свитения (махагони) |
0.70 |
Платан |
0.70 |
Плотные породы |
Ясень |
0.75 |
Слива |
0.80 |
Пекан (кария) |
0.83 |
Самшит |
0.96 |
Хурма эбеновая |
1.08 |
Плотность древесины имеет большое практическое
значение. Более плотная древесина хуже
пропитывается антисептиками, менее подвержена
истиранию на таких местах как полы, лестницы,
перила.
Твердость
Твердостью называется способность древесины
сопротивляться внедрению в нее более
твердых тел. На величину твердости оказывает
влияние влажность древесины.