Свойства строительных материалов. Виды и методы их исследований в испытательной лаборатории

Оглавление
  1. Физические свойства
  2. Механические свойства
  3. Химические свойства
  4. Технологические свойства
  5. Эксплуатационные свойства
  6. Виды механических испытаний. Методы разрушающего контроля
  7. Методы измерения твердости
  8. Неразрушающие методы контроля
  9. Методы исследования прочности бетона

К категории строительных материалов относят те, которые используются для возведения, реконструкции и ремонта промышленных, жилых зданий, а также инженерных сооружений. В эту группу входят как природные материалы (такие как песок, глина, камень, древесина), так и искусственные (включая бетон, цемент, стекло, кирпич, композитные строительные материалы). Кроме того, сюда относятся конструкционные материалы, изоляционные (для гидро- и теплоизоляции), а также отделочные материалы.

Свойство представляет собой качественную характеристику вещества, материала или изделия, которая определяет его уникальные особенности. Комплекс этих свойств формирует функциональные возможности стройматериала и обосновывает области его целесообразного использования. Тщательная оценка качественных показателей материалов необходима для обеспечения их корректного применения, а также создания экономичных, надежных и долговечных конструкций.

Свойства строительных материалов традиционно подразделяются на четыре крупные группы: физические, механические, химические и технологические. Каждая группа включает в себя множество специфических характеристик, определяющих поведение материала в различных условиях эксплуатации.

Физические свойства

Параметры состояния и структурные характеристики материалов

Удельная поверхность

Плотность

Пористость

Удельный вес

Физические свойства
  • Параметры состояния и структурные характеристики материалов
    • Плотность
    • Пористость
    • Удельный вес
    • Удельная поверхность
  • Гидрофизические свойства
    • Гигроскопичность
    • Влажность
    • Водопоглощение
    • Водонепроницаемость
    • Паропроницаемость и газопроницаемость
    • Водостойкость
    • Морозостойкость
  • Теплофизические свойства
    • Теплопроводность
    • Теплоемкость
    • Огнестойкость
    • Огнеупорность
    • Термическая стойкость
  • Специальные свойства
    • Акустические свойства
    • Радиационная стойкость
    • Долговечность
Механические свойства строительных материалов
  • Прочностные свойства
    • Прочность
    • Твердость
    • Истираемость
    • Ударная вязкость
    • Износ
  • Деформативные свойства
    • Упругость
    • Пластичность
    • Хрупкость
    • Ползучесть
Химические свойства строительных материалов  
Технологические свойства строительных материалов  

 

Рассмотрим подробнее каждую из этих категорий.

Физические свойства

Физические свойства определяют отношение материала к различным физическим процессам и воздействиям. К основным физическим свойствам материала можно отнести:

  • Плотность (характеристика, представляющая собой величину, равную отношению массы вещества к занимаемому им объему.
  • Пористость (степень заполнения объема материала порами).
  • Влажность (процентное содержание влаги в материале при данных условиях).
  • Водопоглощение (способность впитывать влагу и удерживать ее).
  • Морозостойкость (свойство насыщенного водой материала выдерживать многократно попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и снижения прочности).
  • Теплопроводность (свойство материала передавать тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на противоположных поверхностях.

Механические свойства

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться разрушающему или деформирующему воздействию внешних сил. К этому виду свойств можно отнести:

  • твердость (способность материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела под действием нагрузки),
  • хрупкость (свойство материалов разрушаться под действием внешних сил без остаточных деформаций),
  • прочность (способность материала сопротивляться разрушению),
  • упругость (свойство материалов восстанавливать свои размеры и форму после прекращения действия нагрузки),
  • пластичность (способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом),
  • истираемость (способность материала изменяться в объёме и массе под действием истирающих усилий),
  • водостойкость (способность материала сопротивляться длительному разрушающему действию воды) и прочие.

Химические свойства

Химические свойства характеризуют склонность материала к взаимодействию с различными веществами и способность противостоять их вредному воздействию (коррозионная или химическая стойкость).

Технологические свойства

Технологические свойства определяют способность материала подвергаться различным видам обработки, изменяющих состояние материала, придающих нужную форму и размеры.  К ним относятся:

  • Дробимость (способность природных и искусственных материалов при ударе делиться на части различных размеров и форм).
  • Шлифуемость (способность продукта полностью скрывать цвет поверхности, на которую он наносится).
  • Ковкость (деформируемость, штампуемость – способность к значительными пластическим деформациям без разрушения и образования пороков).
  • Свариваемость (способность материалов образовывать сварное соединение, свойства которого близки к свойствам свариваемых материалов).
  • Обрабатываемость резанием (способность материалов поддаваться обработке резанием).
  • Уплотняемость (способность материала пластически деформироваться (сжиматься) под действием собственной массы и приложенного нормаль­ного давления без нарушения структурной сплошности.
  • Литейные свойства (способность жидких материалов заполнять литейные формы и образовывать плотные отливки).
  • Укрывистость (способность продукта полностью скрывать цвет поверхности, на которую он наносится).

Эксплуатационные свойства

К эксплуатационным (оценивающим пригодность материала для работы в специальных условиях) можно отнести такие свойства, как – жаростойкость, жаропрочность, износостойкость.

Для чего необходимо анализировать свойства материалов?

Для возведения строительных объектов различного назначения требуется огромное количество материалов и изделий разной номенклатуры. В общей сложности сумма может достигать нескольких сотен единиц. Затраты на их приобретение могут составлять 50-70% сметы.

Надежность и безопасность будущего сооружения определяет выбор качественных строительных материалов, использование необходимых технологий их применения. Именно поэтому необходимо своевременно проводить объективную оценка качества материалов у специалистов.

Изучение характеристик строительных материалов также может потребоваться при:

  • проверке сооружений на соответствие нормам и требованиям,
  • анализе продукции с целью оценки качества и соблюдения норм изготовления,
  • судебных разбирательствах,
  • входном контроле, техническом надзоре.

Заказать исследования строительных материалов в лаборатории "И.Д.К"

ЗАКАЗАТЬ ЗВОНОК

Виды механических испытаний

Механические испытания по характеру действующей на испытуемый объект во время испытания нагрузки, делятся на три вида: статические, динамические, усталостные.

Статические испытания

Статическими называют испытания, при которых испытуемый образец подвергают постоянной или медленно возрастающей нагрузке. Наиболее важны следующие виды статических испытаний:

  • Испытания на растяжение (все материалы). Позволяет выяснить предел текучести, прочности, упругости, относительное удлинение и сужение.
  • Испытания на сжатие (дерево, кирпич, бетон, металлы и полимеры). Применяются реже, позволяют выявить предел прочности, текучести, упругости, относительное укорочение).
  • Испытания на изгиб (полимеры, дерево, стекло, керамика, металлические материалы). Для определения предельной пластичности. Измеряется углом изгиба, вызывающего в изогнутой зоне появление первой трещины.
  • Испытания на сдвиг (дерево, металлы)
  • Испытания на кручение (арматура, металл, сталь).

По результатам определяют прочностные, упругие и пластические свойства материалов.

Динамические испытания

Динамическими называют испытания, при которых материал подвергают воздействию ударным нагрузкам (резкое изменение величины нагрузок и большой скоростью деформации). По результатам динамических испытаний определяют величину работы, затраченной на деформацию или разрушение образца

  • Ударное растяжение используют для определения прочности и пластичности материала при его растяжении с высокой скоростью.
  • Ударная вязкость (ударная вязкость по Шарпи) имеет наибольшее значение для определения сопротивления хрупкому разрушения вязких металлических и высокополимерных материалов.
  • Ударное кручение применяют для определения вязкости материалов.
  • Ударный изгиб.

Усталостные испытания

Усталостные испытания могут длится сотни часов и проводятся при многократном циклическом приложении, нагрузки к образцу. В конечном итоге определяется предел выносливости материала (предельные напряжения, которые образец выдерживает без разрушения). Испытания на усталость проводятся на растяжение, кручение, изгиб, сжатие — со всеми материалами.

Механические испытания проводятся в процессе проведения разрушающего контроля (исследование образцов, во ходе которого происходит его разрушение).

Статические методы измерения твердости (твердометрия):

  • по Бринеллю (твердость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому вдавливанием металлического шарика);
  • на пределе текучести (вдавливанием шара);
  • по Виккерсу (вдавливанием алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды);
  • по Роквеллу (вдавливанием в поверхность образца алмазного конуса или стального сферического наконечника);
  • по Супер-Роквеллу (вдавливанием в поверхность образца алмазного конуса или стального шарика);
  • по Шору (твердость определяется методом упругого отскока бойка от поверхности);
  • измерение методом ударного отпечатка;
  • измерение твёрдости металлов по Либу (твёрдость определяется как отношение скоростей до и после отскока бойка от поверхности);
  • микротвердость (вдавливанием алмазных наконечников);
  • кинетический метод.

Испытания на растяжение

Испытания на растяжение проводятся на испытательных машинах и являются одними из наиболее распространенных методов механического контроля. Измеряя образец во время его растяжения, получают полные характеристики его свойств на растяжение. При нанесении этих данных на график кривой напряжение/деформация – отслеживают реакцию материала на силу напряжение в каждой точке.  Самой важной будет являться точка разрушения образца, но не менее ценными станут и точки предела пропорциональности, предела текучести, предшествующие пределу прочности (разрушения). Во время испытания на растяжение определяются:

  • предел прочности при растяжении;
  • линейная зависимость между приложенным усилием или нагрузкой и удлинением (закон Гука);
  • модуль упругости;
  • предел текучести;
  • метод смещения;
  • секущий и касательный методы;
  • деформация.

Неразрушающие методы контроля

Неразрушающие методы контроля позволяют без ущерба для конструкции исследовать ее техническое состояние. К неразрушающим методам относится ВИК (визуальный и измерительный контроль), радиационный, ультразвуковая дефектоскопия, магнитнопорошковый и вихретоковый метод, контроль на непроницаемость (капиллярный) и ряд других методов. Работа приборов неразрушающего контроля основывается на принципах изменения свойств предмета при наличии дефектов.

Ультразвуковой контроль (УЗК) основан на способности ультразвуковых колебаний отражаться от поверхности, разделяющей среды с разными акустическими свойствами. Это метод неразрушающей проверки, в основе которого лежит поиск механических дефектов недопустимого размера и химических отклонений от заданного параметра.

Магнитографический метод контроля основан на обнаружении магнитных полей рассеяния, возникающих в местах дефектов соединений при намагничивании контролируемых деталей, с последующим воспроизведением и расшифровкой полученной записи. Этот метод применяют для контроля сварных швов трубопроводов, конструкций с длинными швами из сталей.

Капиллярный метод контроля (люминесцентная и цветная дефектоскопия) используется для определения дефектов в сварочных швах металлов (черных и цветных), пластмасс, стекла, керамики. Проникая в тело металла, индикаторные жидкости оставляют следы, по которым и определяются дефекты. Следы обнаруживаются визуально, либо при помощи специальных приборов-преобразователей.

Неразрушающие методы исследования прочности бетона

Поскольку при неразрушающем контроле прочность бетона рассчитывается косвенным образом (исходя из величины усилия) перед проведением испытаний необходимо установить градуировочные зависимости (ГЗ).

Отрыв со скалыванием – самый распространенный метод оценки прочности бетонных конструкций.  В бетоне просверливаются отверстия, в нем закрепляется анкер, который отрывается специальным прибором с замером усилия вырыва. При скалывании ребра, прибор закрепляется в зоне ребра конструкции.

Упругий отскок – косвенный метод оценки прочности бетона. Замеры осуществляются специальным прибором (склерометром), состоящим из ударного механизма и стрелки-индикатора, данные соотносятся с графиком ГЗ.

Ударный импульс –также относится к косвенным методам анализа. В момент испытания проводится серия ударов в одну точку конструкции. Прибором фиксируется энергия удара, возникающая при взаимодействии ударного бойка (молотка Шмидта) и поверхности. С помощью предварительно установленных градуировочных зависимостей, определяется прочность или класс бетона.

Пластическая деформация – измерение отпечатка, оставшегося после удара металлическим шариком. Это устаревший, но часто используемый метод с использованием молотка Кашкарова.

Ультразвуковой метод – измерение скорости колебаний ультразвука, проходящего сквозь толщу бетона. Применяется, чтобы определить прочность бетона в промежуточном и проектном возрасте. Прочностные характеристики определяют по ГЗ.

по вашему техническому заданию

Узнать стоимость работ

Технадзор, инжиниринг, строительная дорожная лаборатория