Vlastnosti stavebních materiálů

Znalost struktury stavebního materiálu je nezbytná pro pochopení jeho vlastností a v konečném důsledku pro vyřešení praktické otázky, kde a jak materiál použít, aby bylo dosaženo co největšího technického a ekonomického efektu.

Struktura materiálu je studována na třech úrovních: 1) makrostruktura materiálu – struktura viditelná pouhým okem; 2) mikrostruktura materiálu – struktura viditelná pod optickým mikroskopem; 3) vnitřní struktura látek, které tvoří materiál na úrovni molekulárních iontů, studovaná rentgenovou strukturní analýzou, elektronovou mikroskopií atd.

Makrostruktura

Makrostruktura pevné stavební materiály se dělí na tyto druhy: slepené, celulární, jemně porézní, vláknité, vrstvené, sypké (práškové).

Umělé konglomeráty

Umělé konglomeráty – Jedná se o rozsáhlou skupinu, která kombinuje různé druhy betonu, řadu keramických a dalších materiálů.

Buněčná struktura

Buněčná struktura vyznačující se přítomností makropórů charakteristických pro plynový a pěnobeton, lehčené plasty.

Jemná porézní struktura

Jemná porézní struktura charakteristické například pro keramické materiály porézní metodami míchání s vysokým obsahem vody a zaváděním vypalovacích přísad.

Vláknitá struktura

Vláknitá struktura vlastní dřevu, sklolaminátu, výrobkům z minerální vlny atd. Jeho zvláštností je ostrý rozdíl v pevnosti, tepelné vodivosti a dalších vlastnostech podél a napříč vlákny.

Vrstvená struktura

Vrstvená struktura jasně vyjádřené ve válcovaných, hotových deskových materiálech, zejména v plastech s vrstveným plnivem (papírový plast, textolit atd.).

Volně zrnité materiály

Volně zrnité materiály – jedná se o kamenivo do betonu, zrnité a práškové materiály pro matné tepelné izolace, zásypy apod.

Mikrostruktura látek

Mikrostruktura látek, tvořící materiál, může být krystalický a amorfní. Krystalické a amorfní formy jsou často jen různé stavy téže látky. Příkladem je krystalický křemen a různé amorfní formy oxidu křemičitého. Krystalická forma je vždy stabilnější. Technologie vápenopískových cihel využívá k vyvolání chemické interakce mezi křemičitým pískem a vápnem autoklávové ošetření formované suroviny nasycenou vodní párou o teplotě minimálně 175 °C a tlaku 0,8 MPa. Mezitím tripoli (amorfní forma oxidu křemičitého) spolu s vápnem po smíchání s vodou tvoří při běžné teplotě 15-25 °C hydrokřemičitan vápenatý. Amorfní forma látky se může přeměnit na stabilnější krystalickou formu.

Fenomén polymorfismu má praktický význam pro přírodní i umělé materiály – kdy stejná látka může existovat v různých krystalických formách, nazývaných modifikace. Například jsou pozorovány polymorfní přeměny křemene doprovázené změnou objemu.

Znakem krystalické látky je určitá teplota tání (při konstantním tlaku) a určitý geometrický tvar krystalů každé její modifikace.

Vlastnosti monokrystalů nejsou v různých směrech stejné. Jedná se o mechanickou pevnost, tepelnou vodivost, rychlost rozpouštění, elektrickou vodivost atd. Fenomén anizotropie je důsledkem zvláštností vnitřní struktury krystalů.

Ve stavebnictví se používají polykrystalické kamenné materiály, ve kterých jsou různé krystaly orientovány náhodně. Takové materiály jsou svými konstrukčními a technickými vlastnostmi považovány za izotropní. Výjimkou jsou vrstvené kamenné materiály (ruly, břidlice apod.).

Vnitřní struktura

Vnitřní struktura látky tvořící materiál určují mechanickou pevnost, tvrdost, žáruvzdornost a další důležité vlastnosti materiálu.

Krystalické látky, zahrnuté ve složení stavebního materiálu, se vyznačují povahou spojení mezi částicemi, které tvoří prostorovou krystalovou mřížku. Může být tvořen: neutrálními atomy; ionty; celé molekuly.

kovalentní vazba, je obvykle tvořen elektronovým párem v krystalech jednoduchých látek (diamant, grafit) a v krystalech některých sloučenin dvou prvků (křemen, karborundum, jiné karbidy, nitridy). Tyto materiály mají velmi vysokou mechanickou pevnost a tvrdost;

Iontové vazby se tvoří v krystalech těch materiálů, ve kterých je vazba převážně iontové povahy. Běžné stavební materiály tohoto typu, sádra a anhydrid, mají nízkou pevnost a tvrdost a nejsou odolné vůči vodě.

Ve složitých krystalech, které se často vyskytují ve stavebních materiálech (kalcit, živce), se vyskytují jak kovalentní, tak iontové vazby. Živce kombinují relativně vysokou pevnost a tvrdost, i když jsou horší než diamantové krystaly s čistě kovalentní vazbou.

— O všech pracích provedených v rámci výzkumu a zkoumání se podrobně dozvíte v části: „Výzkum konstrukcí a materiálů. Zkoumání dílů, výrobků, sestav, prvků atd.“

Molekulární krystalové mřížky a odpovídající molekulární vazby se tvoří převážně v krystalech těch látek, v jejichž molekulách jsou vazby kovalentní. Krystal těchto látek je tvořen celými molekulami, které jsou drženy blízko sebe relativně slabými van der Waalsovými silami mezimolekulární přitažlivosti (jako u ledových krystalů). Při zahřátí se vazby mezi molekulami snadno ničí, a proto mají látky s molekulárními mřížkami nízké teploty tání.

Silikáty, které zaujímají zvláštní místo ve stavebních materiálech, mají složitou strukturu, která určuje jejich vlastnosti. Vláknité materiály (azbest) se tedy skládají z paralelních silikátových řetězců propojených kladnými ionty umístěnými mezi řetězci. Iontové síly jsou slabší než kovalentní vazby v každém řetězci, takže mechanické síly nedostatečné k rozbití řetězců rozdělují takový materiál na vlákna. Lamelové minerály (slída, kaolinit) se skládají ze silikátových skupin vázaných do plochých sítí.

Autoři: úvodník TekhStroyEkspertiza

2 skupiny stavebních materiálů
Skupina 1 – strukturální
Materiály
Skupina 2 – speciální materiály
schůzky nutné pro
ochrana konstrukcí před škodlivými
vlivy prostředí, jakož i pro
zlepšení provozu
vlastnosti a pohodlí

3.

Konstrukční materiály
1) materiály z přírodního kamene;
2) anorganická a organická pojiva;
3) materiály z umělého kamene:
a) získané na bázi pojiv (beton,
železobeton, malty);
b) získané tepelným zpracováním nerostných surovin
(keramické materiály a výrobky, sklo, sklokeramika);
4) kovy (ocel, litina, hliník, slitiny);
5) polymery;
6) dřevěné materiály;
7) kompozitní materiály (azbestocement, betonový polymer,
vláknobeton, sklolaminát atd.)

4.

Materiály pro speciální účely
1) tepelná izolace;
2) akustické;
3) hydroizolace, střešní krytiny a
těsnění;
4) konečná úprava;
5) antikorozní;
6) ohnivzdorné;
7) materiály na ochranu před zářením
dopady

5.

Vlastnosti jsou schopnost materiálů
reagovat určitým způsobem
dopad jednotlivých nebo kumulativních vnějších
nebo vnitřní napájení, smrštění, tepelné a
další faktory
2 skupiny vlastností:
– provozní a technické,
– estetický.
4 skupiny provozní a technické
vlastnosti:
– fyzické,
– mechanické,
– chemické,
– technologické.

6.

Mechanické vlastnosti
určit schopnost
materiál odolávat
vliv vnějších
mechanické síly,
způsobující kompresi
natahování, ohýbání, stříhání,
kroucení, otěr

7.

Chemické vlastnosti
charakterizovat schopnost materiálu
k chemickým přeměnám pod
vliv látek, se kterými
tento materiál je in
kontakt, stejně tak
schopnost udržovat konstantní
složení a struktura materiálu v
podmínky prostředí

8.

Technologické vlastnosti
• schopnost materiálu vnímat
některé technologické operace,
provádí s cílem jej změnit
tvar, velikost, charakter povrchu,
hustota atd. Stanovují se v
číselné nebo vizuální indikátory pro
schopnost tvořit (tvrdý,
plastové a lité směsi),
praskavost, brousitelnost,
leštitelnost, hřebíkovatelnost, drtitelnost a
jiné

9.

Fyzikální vlastnosti
• Průměrná hustota – hmotnost na jednotku objemu
materiál v jeho přirozeném stavu (spolu s
občas)
ρm = m/v, g/cm3, kg/m3, kg/dm3
3
● Pro skleněné vlákno – 10 kg/m,
• Pro pórobeton – 250 kg/m1200,
• Pro běžný (těžký) beton – 2200. 2500 kg/m3
• Skutečná hustota – hmotnost na jednotku objemu
homogenní materiál v absolutně hustém stavu
stavu, tzn. s výjimkou pórů, prasklin nebo dutin

10.

Pórovitost – stupeň plnění
objem materiálu póry
– žula, čedič – 0,2. 0,8 %;
– tepelně izolační cihla, pěnobeton – až 75. 85%;
– porézní plasty, skleněné vlákno – nad 90. 95%
P=
o
100%

11.

Absorpce vody – schopnost materiálu
absorbovat a zadržovat vodu. Vyjadřuje se resp
stupeň naplnění objemu materiálu vodou
(absorpce vody objemově Bv) nebo poměr
množství absorbované vody k suché hmotě
materiál (absorpce vody hmotností Bm).
=
100,%
=
100,%
=

12.

Absorpce vody hmotnostně:
– hliněné cihly – 8. 20%,
-keramické dlaždice – ne více než 2
%, – těžký beton – asi 3 %,
– žula – 0,5…0,7 %
Hygroskopicita je fyzikální
absorpční proces
materiál vodní páry z
vzduchu

13.

Přenos vlhkosti – schopnost materiálu
uvolňovat vlhkost do okolí
Kapilární sání (kapilár
difuze) – speciální typ
absorpce vody pozorována pro
materiály s úzkými kapilárami, podle
které vlivem povrchových sil
vodní napětí způsobuje její vzestup
do určité výšky
kontaktu materiálu s
povrchu vody

14.

Smrštění je snížení v
objem a rozměry materiálu, když je
vysychání
Dřevo (přes vlákno)……….30…100
Pórobeton……………………………….1…3
Malta………………………0,5…1
Hliněná cihla…………………………0,03…0,1
Těžký beton………………………………………..0,3…0,7
Žula………………………………………..0,02…0,06
Mmm

15.

Voděodolnost je schopnost materiálu zadržet
do té či oné míry, jejich pevnostní vlastnosti při
hydratace.
Voděodolnost je charakterizována koeficientem
změkčení (Krasm) – poměr pevnosti v tahu
při stlačení materiálu nasyceného vodou
stavu (Rв) na pevnost v tlaku v
suchý stav (Rdry)
Stavební materiály jsou voděodolné
materiály, koeficient měknutí
což je více než 0,8, např.
žula, beton, azbestocement atd.

16.

Voděodolnost – charakterizovaná značkou,
označující jednosměrný hydrostatický
tlak, při kterém vzorkový válec neprojde
vody za standardních testovacích podmínek
Vodopropustnost – schopnost materiálu
propouštět vodu pod tlakem
Mrazuvzdornost je schopnost nasycení
s vodou materiál vydrží opakované
střídejte zmrazování a rozmrazování bez
viditelné známky destrukce a bez výrazných
snížení síly.
Podle počtu udržovaných cyklů se rozlišují
materiály s mrazuvzdorností Mrz 10, 15, 25, 35,
50, 100, 150, 200

17.

Propustnost plynů a par –
stavební schopnost
procházet materiály přes váš
tloušťka plynu nebo páry.
— stavební cihla — 0,34,
– cementovo-písková omítka – 0,02,
– střešní lepenka – 0,01 l/h.m

18.

Chemické nebo žíravé
houževnatost
schopnost
materiály
odolávat kyselinám,
alkálie rozpuštěné ve vodě
plyny
и
soli.

19.

Tepelná vodivost – vlastnost
přenést materiál přes váš
tloušťka tepla z jednoho povrchu
k jinému.
Žula – 3,2. 3,5 W/(mK),
keramická cihla – 0,8…0,85;
těžký beton – 1,0. 1,5;
minerální vlna – 0,06…0,09;
Polystyrenu
– 0,04…0,06

20.

Tepelná kapacita je schopnost materiálu absorbovat při
ohřátí určitého množství tepla. Je posuzována
měrnou tepelnou kapacitu, která ukazuje množství
teplo potřebné k ohřátí 1 kg materiálu o 1 °C
Kamenné materiály – 0,75. 0,92,
dřevo – 2,4…2,7,
ocel – 0,5,
voda – 4,19 kJ/(kg оС)
Požární odolnost – schopnost materiálu
odolávat ohni.
Materiály se dělí na: ohnivzdorné,
ohnivzdorné a hořlavé

21.

Požární odolnost je vlastnost materiálu, která dlouho vydrží
odolávat vyšším teplotám
1580 °C, bez měknutí nebo deformace
Teplotní odolnost nebo tepelná odolnost
– schopnost materiálu odolávat
střídání (cyklů) ostrého žáru
změny, často s přechodem z vys
pozitivní až nízko negativní
teploty

22.

Pohlcování zvuku
• Zvuková pohltivost – schopnost
absorbovat stavební materiály
zvukové vlny.
Koeficient zvukové pohltivosti –
poměr množství zvukové energie
vibrace absorbované materiálem popř
design, na celkové množství
dopadající zvuková energie
izolovaný povrch na jednotku
času.

23.

Mechanické vlastnosti
Pevnost je schopnost materiálu odolávat
destrukce pod vlivem vnitřního pnutí,
způsobené vnějšími silami nebo jinými
faktory (zátěž, teplota atd.)
Druhy síly
Pevnost v tlaku
Pevnost v tahu
Pevnost v ohybu
Torzní pevnost
Pevnost ve smyku
Dynamická síla nárazu

24.

Pevnost v tlaku

25.

Pevnost v tlaku

26.

Pevnost v ohybu

27.

Pevnost v tlaku
Rcom = Рrazr/ S ,
kde Rrupt je mez pevnosti (N, kN, kgf),
S – vzorová průřezová plocha
(cm2).
Pevnost v ohybu
RRI = 3PL/2bh2
kde P je mez pevnosti, N (kN);
l – rozpětí nosníku mezi podporami, cm;
b a h – šířka a výška průřezu
ukázka, viz

28.

29.

30.

31.

Pevnost ve smyku

32.

Dynamická síla nárazu
Kyvadlový beranidlo

33.

Obrus ​​- schopnost stavebního materiálu
snížení objemu a hmotnosti v důsledku
zničení povrchové vrstvy pod vlivem
abrazivní síly
Tvrdost – schopnost stavebního materiálu
bránit pronikání cizího člověka
tvrdší materiál
Faktor strukturální kvality (k.k.k.)
materiál se rovná poměru indexu pevnosti R
(MPa) k relativní hustotě d

34.

Estetické (dekorativní a umělecké)
vlastnosti
Barvy:
achromatické (bílá, černá a šedá všech odstínů)
chromatické (červená, oranžová, žlutá, zelená,
modrá, modrá, fialová a vše mezi tím
odstíny)
Barevný tón ukazuje, která oblast
viditelné spektrum se vztahuje k barvě budovy
materiál
Sytost barev – stupeň odlišnosti
chromatická barva od achromatické stejné
lehkost
Světlost je charakterizována relativním jasem
povrchy stavebních materiálů

35.

Textura – viditelná struktura povrchu
stavební materiál, charakteristický
reliéf a stupeň lesku
Vzor – různý tvarem, velikostí,
umístění, barva jednotlivých komponentů
prvky na povrchu budovy
materiál
Textura – přirozený vzor na povrchu
dřevo nebo přírodní kámen