Дәріс №4. Табиғи тас негізіндегі өңдеулік материалдардың қасиеттері.

 

Сабақтың мақсаты. Дәріс сабағының мақсаты студенттерге табиғи тас материалдар негізіндегі өңдеулік материалдардың физика-механикалық және құрылыстық-қолданыстық қасиеттері туралы білім беру. Өңдеулік маериалдарды қасиеттріне байланысты таңдау жолдарын үйрету.

 

 

Табиғи тас материалдардың қасиеттері олардың қолданыс салаларын анықтайды.

Құрылыс материалдары қасиеттерінің барлық түрлерін төрт топқа бөліп қарау қабылданған.

1. Физикалық қасиеттер материалды физикалық дене ретінде және оның әр түрлі физикалық факторларға (судың, температураның, электр тогының т.б.) қатынасын сипаттайды.

2. Механикалық қасиеттер материалдың сыртқы механиалық күштер әсеріне (сығылу, созылу т.б.) қарсыласу қабілетін сипаттайды.

3. Технологиялық қасиеттер материалдың өңделуге (тегістеу және жылтырату, пішінін өзгерту, тығыздау т.б.) қабілетін сипаттайды.

4. Химиялық қасиеттер материалдың әртүрлі заттар мен факторлар әсерінен химиялық өгерістерге қабілетін сипаттайды.

 

Нақты тығыздық ρ (г/см³, кг/м³) – материалдың абсолютті тығыз күйіндегі көлем бірлігінің массасы. Егер материал массасы , абсолютті тығыз күйіндегі көлемі болса

(5.1)

 

Нақты тығыздық материалдың жеңілдігі немесе ауырлығы туралы қорытынды жасауға мүмкіндік береді, өйткені материал затының 1см³ немесе 1м³ көлемінің массасын көрсетеді. Нақты тығыздықты берілген материалдың физикалық константасы деп айтуға болады.

Материалдың нақты тығыздығына химиялық құрамы, материалдың ішкі құрылымы, бөлшектерінің орналасу тығыздығы әсер етеді.

 

Орташа тығыздық ρ_т (г/см³, кг/м³) – материалдың табиғи күйіндегі (қуыстары және кеуектерімен бірге) көлем бірлігінің массасын сипаттайды. Егер материал массасы , табиғи күйіндегі көлемі болса

 

(5.2)

Құрылыс материалдарының орташа тығыздығы өте кең ауқымда ауытқиды: 15кг/м³ (кеуекті пластмасса) -7850кг/м³ (болат).

Кеуекті материалдардың орташа тығыздығы нақты тығыздығынан төмен болады. Мысалы, жеңіл бетонның орташа тығыздығы 500-1800кг/м³, ал нақты тығыздығы 2600кг/м³.

Орташа тығыздыққа мына факторлар әсер етеді:

–материалдың кеуектілігі (кеуектілік артқан сайын орташа тығыздық кемиді);

–материалдың ылғалдылығы (ылғалдылық неғұрлым жоғары болса, орташа тығыздық та жоғары).

Орташа тығыздық материалдың құрғақ күйінде анықталады.

Материал көлемі үлгінің немесе бұйымның пішініне (дұрыс немесе дұрыс емес) байланысты әртүрлі әдістермен өлшенеді.

Орташа тығыздық жылу оқшаулағыш материалдардың маңызды қасиеттерінің бірі, сондықтан орташа тығыздық көрсеткіші жылу оқшаулағыш материалдың маркасы болып табылады. Мысалы, жылу оқшаулағыш газдыбетон маркасы Д400 болса, оның орташа тығыздығы 400кг/м³ шамасынан аспайды.

 

Кеуектілік (П) материал көлемінің кеуектермен толу дәрежесі.

бұл жерде, - материалдағы кеуектер көлемі

Кеуектілікті арнайы құралдар-порометр көмегімен анықтауға немесе мына формулалармен есептеуге болады:

, немесе

Құрылыс материалдарының кеуектілігі кең диапазонда өзгереді: П = 0 % – шыны, битум, болат, полимерлер; П = 0,2–0,8 % – гранит; П = 75–85 % – газдыбетон; П = 90–98 % – ұялы пластмассалар.

Кеуектер өлшемі, пішіні және сипаты бойынша әр түрлі болады.

Кеуектердің өлшемдері 10^-3 – 10^-9м: микрокапиллярлар (кіші), r <0,1 мкм (1 мкм = 10^-6 м = 10^–3 мм); – макрокапиллярлар (орташа), r = 0,1 - 10 мкм; – капиллярлық емес кеуектер (ірі).

Пішіні мен сипаты бойынша: оқшау, жабық кеуектер; өзара қатынасты кеуектер; ашық кеуектер.

Материалдағы кеуектер ауамен немсе сумен толтырылуы мүмкін.

Кеуектілік артқанда материалдың орташа тығыыздығы, жылу өткізгіштігі кемиді, су сіңіруі және су өткізгіштігі (ашық кеуектепр болса) артады.

Көптеген материалдар үшін ең жайлы құрылым-біркелкі таралған тұйық кеуектері бар макрокеуекті құрылым.

«Кеуектілік» түсінігімен қатар дайындау кезінде арнайы жасалатын дұрыс пішінді қуыстары бар құрылыстық бұйымдар үшін «қуыстылық» деген түсінік қолданылады.

Қуыстылық – бұйым көлемінің қуыстармен толу дәрежесі, %.

 

Қуыстар бұйым денесінен өтетін немесе тұйық болуы мүмкін. Мысалы, қуысты керамикалық кірпіш және тастар. Қуыстылық бұйымның массасын, орташа тығыздығын төмендетеді және басқа қасиеттеріне әсер етеді.

Тұрақты пішіні жоқ, сусымалы дәнді материалдар сипаттамасы дәндердің тығыздығы, материалдың үйме тығыздығы және дәндер арасындағы қуыстылық болып табылады.

Дәннің тығыздығы (ρ_дән) табиғи күйдегі дәннің көлем бірлігінің массасы, яғни дән үшін орташа тығыздық.

Үйме тығыздық (ρ_үйме , кг/м³) қопсыған-үйме күйдегі түйіршікті материал (құм, қиыршық тас т.б.) көлем бірлігінің массасын сипаттайды. Оның шамасында қопсыған күйдегі дәндер арасындағы қуыстылықпен қатар әрбір дәндегі кеуектер есептеледі.

 

Мысал: құмның үйме тығыздығы 1600 кг/м³, насыпная плотность цементтің үйме тығыздығы 1100–1300 кг/м³, жеңіл толтырғыштардың үйме тығыздығы 250–1100 кг/м³.

Дәндер арасындағы қуыстылық қопсыған үйме материал көлемінің дәндер арасындағы қуыстармен толу дәрежесі.

Дәндер арасындағы қуыстылық материалдағы әртүрлі өлшемді дәндердің болуымен және олардың ара қатынасына байланысты болады. Егер барлық дәндердің өлшемдері бірдей болса қуыстылық максимальді. Сондықтан құм мен қиыршық тас үшін МСТ гранулометриялық құрамы бойынша талаптар қояды.

Ұнтақтау арқылы алынатын ұсақ дисперсті материалдар үшін ұнтақтық дәрежесінің маңызды сипаттамасы стандартық елеуіште елеу арқылы анықталатын ұнтақтау ұсақтығы көрсеткіші.

Ұнтақтау ұсақтығы - % көрсеткішімен алынған елеуіште қалатын қалдық мөлшері. Мысалы цемент үшін №008 елеуіште қалатын қалдық мөлшері 15% шамасынан аспауы керек. Елеуіш номері жарық бойынша елеуіш тесіктерінің өлшемін (мм) көрсетеді. Мысалы, №008 елеуіште 0,08мм. Бұл елеуіштің 1см² ауданында 6400 тесік болады.

Су сіңіруі материалдың сумен жанасқан кезде капиллярлық сору, диффузия, ірі кеуектердің толуы т.б. себептермен суды сіңіріп және ұстап тұру қасиеті.

Су сіңіру материал кеуектерінің суға толу дәрежесімен бағаланады. Құрылыс материалдарының су сіңіруі негізінен кеуектердің көлеміне, олардың түрлері мен өлшемдеріне байланысты өзгереді: кеуектілік неқұрлым жоғары болса су сіңіру соғұрлым жоғары. Су сіңіру шамасына заттың табиғаты, гидрофильділік дәрежесі әсер етеді

Әр тұрлі материалдардың су сіңіруі стандарттық әдістермен, үлгілерді белгіленген мерзім аралығында температурасы (20 2)°С суда ұстау арқылы анықталады.

Материал үлгілерін суға батыру арқылы анықталған су сіңіру судың жабық кеуектерге өтпеуіне байланысты негізінен ашық кеуектілікті сипаттайды. Оның үстіне үлгілерді судан шығарған кезде су ірі кеуектерден ағып кетеді, сондықтан су сіңіру кеуектіліктен кіші болады.

Мысалы, жеңіл бетонның кеуектілігі 50–60 % болуы мүмкін, ал су сіңіруі көлемінің 20–30 % құрайды.

Су сіңіру шамасы масса және көлем бойынша бағаланады.

Көлем бойынша су сіңіру материал көлемінің суға толуы дәрежесін көрсетеді:

бұл жерде, -суға қаныққан үлгінің массасы, г; - материал үлгісінің құрғақ күйдегі массасы, г; -материалдың табиғи күйдегі көлемі, см³.

шамасы 100% -тен аспайды және материалдың ашық кеуектілігін, яғни су өте алатын кеуектер шамасын сипаттайды. Сондықтан W_V ≤ П.

Масса бойынша су сіңіру Wm (%) құрғақ материалдың массасына қатысты анықталады:

 

Жоғары кеуекті материалдардың Wm 100 %-тен артық болуы мүмкін.

Масса және көлем бойынша су сіңіру белгілі болса есептеуге болады:

. г/см³

 

Әр түрлі материалдардың су сіңіруі кең ауқымда өзгереді: граниттің су сіңіруі 0,02–0,7%, тығыз ауыр бетон үшін 2–4%, – кірпіш үшін 8–15%, – кеуекті жылу оқшаулағыш материалдар үшін 100 % және жоғары.

Су сіңіру материалдың құрылымын қосымша сипаттайды. Мысалы, құрылыстық керамикалық материалдар үшін масса бойынша су сіңіру топтастыру сипаттамасы болып табылады: тығыз сүйекті бұйымдар (Wm ≤5 % - еден тақталары), кеуекті сүйекті бұйымдар (Wm >5 % - кірпіш, қабырғалық тақталар, черепица).

Сумен қанықтыру материалдың негізгі қасиеттеріне теріс ықпал етеді: орташа тығыздық артады: , материал ісінеді, жылу өткізгіштік артады, беріктік пен аязға төзімділік кемиді.

Тау жынысының түріне және оны алу әдісіне қарамастан табиғи тас материалдардардың тығыздығы, беріктік шегі, аязға төзімділігі және жұмсару коэффициенті олардың негізгі сапалық көрсеткіштері болып табылады.

Тас материалдар тығыздығы бойынша жеңіл және ауыр болып бөлінеді. Тығыздығы 1800кг/м³ және жодан төмен жеңіл тастар (жанартаулық туф, пемза, әк тасы-ракушечник) кеуекті құрылымды және негізінен ғимараттар қабырғалары үшін тастар мен блоктар және жеңіл бетон толтырғыштары ретінде қолданылады. Тығыздығы 1800кг/м³ және жоғары ауыр тас материалдар (гранит, сиенит, диорит) еден тақталары, гидротехникалық және жол құрылысы үшін қолданылады.

Ауалық құрғақ күйде үлгілерінің сығылуға беріктік шегі бойынша табиғи тас материалдар мына маркаларға бөлінеді (МПа): 0,4; 0,7; 1,5; 2,5; 3,5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 30; 40; 50; 60; 80 и 100. Әр түрлі кеуектіліктегі жеңіл тастар үшін 0,4 - 20 аралығында.

Аязға төзімділік. Стандарттық сынақ жағдайында үлгілерінің қайталама мұздату және еріту циклдарының санына сәйкес табиғи тас материалдар аязға төзімділігі бойынша мына маркаларға бөлінеді: F 10; 15; 35; 100; 150; 200; 300 и 500.

Біркелкі түйіршікті құрылымды тығыз тастардың аязға төзімділігі өте жоғары. Біркелкі емес порфирлі құрылымды тастар температураның шұғыл өзгерісі кезінде ұсақ кристаллды масса мен ірі түйіршікті араласпалар арасындағы температуралық ұлғаю әсерінен тезірек шытынайды.

Жаңа алынған әк тастары, доломиттер, құмтастар, туфтар кеуектекрі «тау суые мен» толуына және кеуекткрдің қанығу коэффициентіінің 1-ге жақын болуына байланысты аяздан тез бұзылады. Табиғи кебуден кейін олар жеткілікті аязға төзімді және берік болады.

Су әсеріне төзімділік. Гидротехникалық құрылыс және іргетастар үшін қолданылатын тастың жұмсару коэффициенті 0,8 кем болмау керек, ал үйдің сыртқы қабырғасы үшін 0,6 кем болмауы керек.

Үйкеліске төзімділік және тозу. Тас материалдың бұл қасиеттері жол жабындарын, едендер, баспалдақтар т.с.с. орнатуда өте маңызды.

Сақ кристаллды материалдар үйкелген кезде тым сырғанақ болады, сондықтан баспалдақтар және жол жабындары үшін үйкелген кезде бұдырлы қалыпта болатын дәндері оташа іріліктегі материалдарды пайдалану керек.