Примен-ие прир кам-ых мат-лов в стр-веи и технич треб-ия к ним

Осн св-ва мат-лов

Структура мат-лов

Хар-ся кач-вом и кол-вом составляющих, а также их взаимным расположением и связями между ними. По методу изучения различают: макроструктуру – строение, видимое невооружённым глазом; микроструктуру – строение, видимое в микроскоп; ультра микроструктуру – внутреннее строение, изучаемое методом электронной микроскопии. Идеальный кристалл имеет пространственную решётку расположения атомов, ионов и молекул. Строение реальных кристаллических и аморфных веществ существенно отличается по следующим позициям:

1. Стр-ра мат-ла у пов-ти существенно отлич-ся от стр-ры в их толще. Атомы и молекулы на поверхности вещ-ва более активны, поэтому пов-ть мат-ла покрыта слоями других веществ, что существенно изменяет св-ва мат-ла в целом. Вследствие этого структура всегда находится в неравновесном внутренне-напряжённом состоянии.

2. Важнейшими критериями качества стр-ры явл-ся плотность, объёмная масса и пористость материала. Зная эти показатели можно судить о прочности и долговечности материала. Наиболее высокой прочностью обладает идеально однородный материал. Появление неоднородности вызывает концентрацию напряжений, вследствие чего образуются микротрещины.

3. Стр-ра материала может быть 1,2 или многокомпонентной. Различают конгломератную (бетон), волокнистую (древесина), слоистую (текстиль) и рыхлозернистую (песок, щебень) макроструктуру. Для простоты изучения многокомпонентные структуры обычно различают на 2 компонентные.

4. В формировании свойств материалов важное значение имеет их микроструктура, по характеру связи между компонентами можно выразить 3 типа микроструктур: коагуляционная – пространственные микросетки, возникшие путём беспорядочного сцепления мельчайших частиц дисперсионной фазы через тонкие прослойки жидкой или газообразной среды. Св-ва коагуляционной стр-ры обусловлены наличием тонких плёнок в местах контакта частиц фазы, поэтому эти структуры характеризуются малой прочностью, хорошей пластичностью и способностью восстанавливать структуру после её разрушения металлическими или температурными воздействиями (тиксотропность). Конденсационная – представляет собой хрупкие пространственные микросетки, которые образуются из коагуляционных стр-ур вследствие уменьшения в системе жидкой фазы (высушенная глина). Возникает непосредственным контактом между частицами фазы. При этом прочность увеличивается, но утрачивается пластичность и тиксотропность. Кристаллизационная структура – пространственные сетки образуются в результате непосредственного срастания отдельных кристаллов. Структура обладает большой прочностью, разрушается без заметных остаточных деформаций и характеризуется отсутствием тиксотропных свойств. Данная структура характерна для горных пород и цементобетона. Между рассматриваемыми структурами могут быть промежуточные структуры. По крупности зёрен, составляющих материал различают крупно, средне и мелкокристаллические структуры. С уменьшением крупности зерен существенно изменяются свойства материала. Это связано с повышением неоднородности материала и увеличением его внутреннего напряжённого состояния. Структура оказывает большое влияние на изоляционные, технологические и эксплутационные свойства материала, а также на их долговечность.

Взаимосвязь разл факторов

ДСМ в период экспл-ции сооружения подвер-ся воздействию внешних механич сил и физ-хим факторам окр среды. Внешние механич воздействия: ударные эстетические нагрузки транспортных средств, масса элементов конструкции, механическая работа воды, льда и ветра. Физ-хим факторы: колебания температуры воздуха, атм осадки, поверхностные и грунтовые воды. В зав-ти от того, в каком элементе Д.О. работает мат-ал, они по-разному подвергаются воздействию внешних сил. С течением времени стр материалы постепенно разрушаются. Пригодность мат-ла для того или иного конструктива определяется по их св-вам. Показатели св-в нормир-ся в гос стандартах и других нормативно-технических документах, и явл-ся важнейшим критерием кач-ва мат-ла. Выделяют следующие свойства: физические. Механические, химические, конструкционные, технологические и эксплутационные.

Физ св-ва

Физ св-ва хар-ют физическое состояние мат-ла, а также определяют его отношение к физическим процессам окружающей среды. Важнейшими физическими св-ми явл-ся: плотность – масса вещ-ва мат-ла в единице его объёма, объёмная масса – масса единицы объёма мат-ла в естественном состоянии с порами и пустотами. Чем меньше пористость материала, тем ближе значение объёмной массы к плотности. У рыхлых зернистых мат-лов различают насыпную массу – это масса единицы объёма материала в рыхлом состоянии. Пористость – характер количества пор и микротрещин в единице объёма материала.

Влажность – определяется в процентах по объёму или массе.

Водопоглащение – это количество воды, которое может поглотить материал, погруженный в воду, и затем удерживать молекулярными и капиллярными силами при атмосферном давлении. Водонасыщение – определяет количество воды, которое может поглотить материал при вакууме или повышенном давлении. Теплопроводность – способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на поверхностях, ограничивающих материал.

Механич св-ва

Это способность мат-ла сопрот-ся деформированию и разрушению под действием напряжений, возникающих в рез-те приложенных внешних сил. Нагрузки вызывают у мат-ла нормальные и касат напряжения, которые обуславливают процессы деформирования. Прочность – важнейшее св-во мат-ла, которое в большинстве случаев определяет возможность его использования в строительной конструкции. Упругость – св-во мат-ла обратимо поглощать энергию передаваемую внешними воздействиями, что выражается восстановлению первонач формы и объёма образца после прекращения действия внешних сил. Упругость хар-ся модулем упругости.

Вязкость – св-во твёрдых тел под действием внешних сил необратимо поглощать механич энергию при пластической деф-ции. Вязкость жидких мат-лов – хар-ет способность сопротивляться перемещению одного слоя мат-ла отн-но другого. Хар-ся коэф-ом вязкости. Пластичность – способность мат-ла необратимо деформироваться под влиянием действующих на него усилий без разрыва сплошности. Хрупкость – св-во мат-ла под влиянием внешних сил разрушаться, не давая остаточных пластических деформаций. Это св-во противоположное пластичности. Хрупкость и пластичность может изменяться от температуры и режима нагружения. Ползучесть – св-во мат-ла длительно деформироваться под действием постоянной нагрузки. Ползучесть возрастает с уменьшением вязкости, поэтому большей ползучестью обладают пластичные мат-лы и меньшей хрупкие.

Хим св-ва

Определяют способность мат-ла вступать в хим взаимодействие с вещ-вом среды, в которой он находится. Растворимость – способность образовывать истинные растворы в результате взаимодействия мат-ла с водой или другими растворителями. Строительные материалы в большинстве случаев должны быть нерастворимы в условиях их эксплуатации. Коррозионная стойкость – св-во мат-ла не разрушаться в агрессивных средах (щелочная, кислотная, проточная вода). Атмосферастойкость – св-во не разрушаться под воздействием климатических условий. Это свойство связано со склонностью к старению. Характерно для полимеров, битумов и выражается в ухудшении свойств. Твердение – свойство материала затвердевать, т.е. переходить из пластического состояния в твёрдое в рез-те хим процессов и приобретать ряд новых свойств. Адгезия – св-во первого мат-ла прилипать к пов-ти другого. Адгезия имеет важное значение в технологии изготовления мат-лов и конструкций.

5) Конструкционные свойства

обуславливают возможность создания из мат-лов конструкций с заданными механическими свойствами. Твёрдость – способность мат-ла сопротивляться проникновению в него наиболее твёрдого материала. Истираемость – способность мат-ла уменьшаться в массе и объёме под действием усилий. Износ - св-во мат-ла сопротивляться одновременному воздействию истиранию и ударов.

Природные каменные мат-лы

Класс-ция горных пород

Горные породы представляют собой плотные или рыхлые агрегатные состояния из разных минералов и обломков других пород. Условия образования горных пород предопределяет их состав, строение, характер залегания и св-ва. По генезису горные породы делят на 3 группы: магматические, осадочные, метаморфические.

Магматические горные породы подразд-ся на: глубинные (гранит, лабрадорит), излившиеся древние (диабаз, порфирит) и новейшие (базальт, липарит). Они образовались в рез-те застывания магмы, как в слоях земной коры, так и на пов-ти. При поднятии магмы из толщи вследствие снижения температуры с уровнями, она постепенно застывает. От быстроты охлаждения менялась форма кристаллов, при медленном охлаждении образовывались крупные кристаллы, при быстром мелкие, при очень быстром охлаждении образуются породы стекловатой структуры. Осадочные горные породы. 1. Обломочные рыхлые - рыхлые продукты механического разрушения в виде скопления осколков различной величины и формы (гравий, галька, пески). 2. Обломочные сцементированные образования посредством уплотнения и цементирования природными веществами (глина). Песчаники, опока, бретечи. 3.Химические осадки образовались путём осаждения минеральных веществ из водных растворов с последующим уплотнением (гипс, тололит, магнезит). 4. Органические осадочные породы являются продуктом отложения остатками различных отмерших организмов посредством уплотнения и цементации (мел, известняк, опока).

Метаморфические горные породы–это продукты видоизменения магматических и осадочных пород под влиянием высокой температуры и давления. Метаморфизм выражается в изменении стр-ры, текстуры и минералогического состава. Породы для произв-ва ДСМ качественно определяются их минералогическим составом и стр-рой. Породы, состоящие из 1 минерала, называются мономинеральными или простыми. Породы, состоящие их нескольких минералов – сложными или полиминеральными.

Структура горной породы определяется размерами и формой кристаллов, их сочетаниями и размещением между собой. Различают следующие виды структур: кристаллическую, парфированную, стекловидную и зернистую. Однородная магмо-зернистая структура служит признаком более высокой прочности и стойкости против выветривания, а также хорошей колкостью. Различают также текстуру, которая характеризует наличие микротрещин и пор в породе. Породы с плотной текстурой более плотны и прочны по сравнению с пористыми разновидностями.

Примен-ие прир кам-ых мат-лов в стр-веи и технич треб-ия к ним

1) Щебень из горных пород – это сыпучий неорганический зернистый мат-ал с зёрнами крупностью свыше 5 мм, получаемый дроблением горных пород, гравия и валунов, некондиционных отходов горных предприятий от переработки руд и неметаллических ископаемых других отраслей пром-ти с последующим рассевом продуктов дробления. Применяется для устр-ва конструктивных щебеночных слоёв и в качестве природного заполнителя в асфальтобетон.

2) Гравий из горных пород– это неорганический зернистый материал с зёрнами крупностью свыше 5 мм, получаемый при рассеве природных гравийных песчаных смесей

Щ, Гр изгот-ся в соотв с треб-ми ГОСТ8267-93 по технологич док-ции, утвержденной предприятием-изготовителем.

Щебень и гравий выпускают в виде следующих основных фракций: 1) от 5 до 10 мм, 2) свыше 10 до 15 мм, 3) свыше 10 до 20 мм, 4) свыше 15 до 20 мм, 5) свыше 20 до 40 мм, 6) свыше 40 до 70 (80) мм. Смесь фракций от 5 до 20мм. По согласованию изготовителя с потребителем может выпускаться щебень и гравий в виде других смесей, состоящих из отдельных фракций, а также фракций свыше 80 -120 и 120 – 150.

Щебень из гравия должен содержать дроблёные зёрна в количестве не менее 80% по массе. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем содержание дроблёных зёрен не менее 60%.

Полные остатки на контр ситах Щ, ГР должны соотв след треб-ям:

3) ПГС. Подразд на природные и обогащенные.

Природные ПГС применяются для устройства дорожных покрытий верхних слоёв оснований под покрытия дренирующих слоёв, устройства и укрепления обочин, а также в других целях дорожного строительства. Обогащённые получают из природных ПГС, путем добавления мат-ла разл фр-ций в зав-ти от назначения конечного продукта. ПГС характеризуют: 1. содержание гравия и песка в смеси; 2. наибольшей крупностью зёрен гравия; 3. показатели, принятые для оценке гравия по ГОСТ 826793; 4. показатели, принятые для оценки песка по ГОСТ 873693 (зерновой состав, модуль крупности содержания глинистых пылевидных частиц в глине в комках).

В природной ПГС содержание гравия более 5 мм должно быть более 10 и не более 99%. 5 групп обогащения ПГС: 1. от 5 до 25; 2. свыше 35; 4. свыше 50 до 65; 5. свыше 65 до 75. Допускается обогащать ПГС щебнем. В этом случае щебень исключается в гравийную составляющую ПГС. Наибольшая крупность зёрен гравия природной ПГС должна быть не свыше 10 и не более 70 мм. Обогащённые ПГС должны иметь зёрна гравия наибольшей крупности 1 и из следующих значений: 10, 20, 40, 70 мм. По согласованию потребителя с изготовителем допускается составить ПГС зёрнами гравия свыше 70 мм, но не более 150мм. Прочность гравия, входящего в состав природных и обогащенных ПГС, а также содержащие сплавы пород, и морозостойкость должны соответствовать требованиям 926793. Пески, входящие в состав природных ПГС по зерновому составу и модулю крупности должны отвечать требованиям крупным, мелким, средним и очень мелким. Пески, входящие в состав обогащенных ПГС должны отвечать по зерновому составу и модулю крупности, крупным, мелким и средним. Содержание частиц, проходящих через сито с сеткой 0,14. В песках, входящих в состав природной ПГС не должно превышать 20%, а обогащенной ПГС – 10% по массе. Содержание пылевидных и глинистых частиц в природных ПГС не должно превышать 5%, в том числе и глинных комках не более 1%, а в обогащённой – 3 и 0,5 по массе. ПГС не должны содержать … включений. Кроме того, по величине суммарной эффектной удельной активности естественных радио природный и обогащённый ПГС должны соответствовать тем же требованиям, что и щебень. Испытания гравия и песка, входящих в состав ПГС по всем показателям, кроме зернового состава, производят отдельно. Для гравия – ГОСТ 8269097. Для подготовки смеси к испытанию её разделяют на гравий и песок, обеспечивая при этом прерывное содержание гравия в песке и песка в гравии.

4) Смеси ЩГП для покр-ий и осн-ия дорог.

Применяются для устройства покрытий дорог меньшей категории, оснований и дополнительных слоёв оснований, автомобильных дорог всех категорий и аэродромов, а также креплении обочин. Требования на данный вид продукции изложены в ГОСТе 2560792. Требования к щебню при использовании из ГПС для устройства покрытий и оснований по способу заклинки должны соответствовать ГОСТу 8267. Кроме того, марка подробимости щебня из осадочных пород не должна быть ниже 300. На щебне из извержённых и метаморфических пород марки подробимости ниже 600, а также осадочных пород марки 400 и ниже. Требования к готовым смесям для стр-ва осн-ий и покр-ий: 1) марка по пластичности: ПЛ1, ПЛ2, ПЛ3. Число пласт-ти: Ip=Wт-Wр. 2) Марка по водост-ти: В1, В2. Марка по пласт-ти смесей опред-ся на зернах размером <0,63мм. Смеси, исп-ые в дополнит слоях осн-ий должны иметь в сутки коэф фильтрации не < 1м/сут, для дренирующих слоев а/д не < 7м/сут, для дрен слоев аэродромов не < 0,2м/сут.

5) Песок.

Для строительных работ применяют песок следующих видов:

1. Природный песок – это неорганически сыпучий материал с крупностью зерен до 5мм образовавшийся в результате разрушения скальных пород и получаемый при разработки песчано и песчано гравийных месторождений без использования специального обогатительного оборудования.

2. Дробленый песок – песок изготовленный из скальных горных пород и гравия с использованием специального дробильного размольного оборудования.

3. Фракционированный песок – песок разделенный на две или более фракций с использованием специального оборудования.

4. Песок из отсевов дробления – материал получаемый из отсева дробления горных пород при производстве щебня, а так же из отходов обогащения черных и цветных металлов и неметаллических ископаемых.

Песок в зависимости от зернового состава и содержания пылевидно глинистых частиц подразделяют на два класса:

1. очень крупный, повышенной крупности, крупный, средний и мелкий.

2. очень крупный, повышенной крупности, крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий и очень тонкий.

Каждую группу песка характеризуют модулем хрупкости который характеризует свыше 3,5 для песков очень крупных, до 0,7 для песков очень тонких. В песке содержание зерен крупностью свыше 5мм недолжно превышать 5%, для песков 1 класса и для 2 класса в зависимости от группы песка: для очень крупных и повышенной крупности до 20%, для крупных и средних до 15%, мелких и очень мелких до 10%, для тонких и очень тонких не допускается.

Содержание в песке пылевидно глинистых частиц колеблется от 2% для песков 1 класса, до 10% для очень тонких песков 2 класса. При этом содержание глины в комках недолжно превышать 0,25 и 1% соответственно.

Пески из отсева дробления в зависимости от прочности исходной горной породы и гравия разделяют на марки.

Песок применяемый в качестве заполнителя для бетонов должен обладать стойкостью к химическим воздействиям щелочей цемента. Стойкость песка определяется миниралого петрагрфическому составу и содержанию вредных компонентов и примесей. Допускается состав песка и песка отсева дробления содержание последнего не может превышать 20% по массе.

Песок не должен содержать посторонних засоряющих примесей.