Химическая стойкость и долговечность
Химическая стойкость - способность материала сопротивляться воздействию кислот, щелочей, растворов солей и газов. Наиболее часто подвергаются действию агрессивных жидкостей и газов санитарно-технические сооружения, канализационные трубы, животноводческие помещения, гидротехнические сооружения (находящиеся в морской воде, имеющей большое количество растворенных солей). Не способны сопротивляться действию) даже слабых кислот карбонатные природные каменные материалы - известняк, мрамор и доломит; не стоек к действию концентрированных растворов щелочей битум. Наиболее стойкими материалами по отношению к действию кислот и щелочей являются керамические материалы и изделия, а также многие изделия на основе пластмасс.
Долговечность - способность материала сопротивляться комплексному действию атмосферных и других факторов в условиях эксплуатации. Такими факторами могут быть: изменение температуры и влажности, действие различных газов, находящихся в воздухе, или растворов солей, находящихся в воде, совместное действие воды и мороза, солнечных лучей. Потеря материалом механических свойств при этом может происходить в результате нарушения сплошности структуры (образования трещин), обменных реакций с веществами внешней среды, а также в результате изменения состояний вещества (изменения кристаллической решетки, перекристаллизации, перехода из аморфного в кристаллическое состояние). Процесс постепенного изменения (ухудшения) свойств материалов в эксплуатационных условиях иногда называют старением.
Долговечность и химическая стойкость материалов непосредственно связаны с величиной затрат на эксплуатацию зданий и сооружений. Повышение долговечности и химической стойкости строительных материалов является наиболее актуальной задачей в техническом и экономическом отношениях.
Коэффициент конструктивного качества : ККК=R/γ(прочность на относит. плотность), для 3-й стали ККК=51 МПа, для высокопрочной стали ККК=127 МПа, тяжёлого бетона ККК=12,6 МПа, древесины ККК=200 МПа.
Петрогра́фия (греч. πέτρος «камень» + γράφω «пишу») - наука, описывающая горные породы и составляющие их минералы. Основной метод исследования - оптическая микроскопия.
Прочность – это свойство твердых тел сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы под воздействием внешних сил. Поэтому увеличению прочности придают первостепенное значение, стремясь одновременно обеспечить и достаточную пластичность.
Техническая прочность металлов значительно меньше теоретической. Фактическая прочность уменьшается главным образом вследствие наличия в металле несовершенств.
К наиболее прогрессивным методам упрочнения относят легирование, термическую и термомеханическую обработки, деформационное упрочнение и др. Прочность металлов может быть повышена за счет создания бездефектных структур. После термической обработки (закалки) стали ее твердость увеличивается в 2,5-3 раза.
Повысить прочность металла – значит, продлить жизнь машин, оборудования, уменьшить их массу, улучшить надежность, повысить долговечность, экономичность и снизить металлоемкость.
Методы повышения прочности металлических материалов:
* Легирование;
* Термическая обработка;
* Химико-термическая обработка;
* Пластическое деформирование;
* Термомеханическая обработка;
* Композиционные и многослойные материалы;
* Порошковые и гранулированные материалы.
ударная прочность(вязкость)
Ударная вязкость - способность материала поглощать механическую энергию в процесседеформации и разрушения под действием ударной нагрузки.
Основным отличием ударных нагрузок от испытаний на растяжение-сжатие или изгибявляется гораздо более высокая скорость выделения энергии. Таким образом, ударная вязкость характеризует способность материала к быстрому поглощению энергии.
Обычно оценивается работа до разрушения или разрыва испытываемого образца при ударной нагрузке, отнесённой к площади его сечения в месте приложения нагрузки. Выражается в Дж/м 2 или в кДж/м 2
[править]Методы испытаний
Существующие лабораторные методы отличаются по
· способу закрепления образца на испытательном стенде
· способу приложения нагрузки - падающая гиря, маятник, молот…
· наличию или отсутствию надреза в месте приложения удара
Для испытания «без надреза» выбирается лист материала с равной толщиной по всей площади. При проведении испытания «с надрезом» на поверхности листа проделывается канавка, как правило, на стороне обратной по отшению к месту удара, на всю ширину (длину) образца, глубиной на 1/2 толщины.
Ударная вязкость при испытании «без надреза» может превышать результат испытаний «с надрезом» более чем на порядок.
Среди распространенных методов испытаний на ударопрочность следует отметить:
· Испытания по Шарпи (англ.)
· Испытания по Гарднеру
· Испытания по Изоду (англ.)
…. Объёмный модуль упругости (K ) характеризует способность вещества сопротивляться всестороннему сжатию. Эта величина определяет, какое нужно приложить внешнее давление для уменьшения объёма в 2 раза. Например, у воды объёмный модуль упругости составляет около 2000 МПа - это означает, что для уменьшения объёма воды на 1 % необходимо приложить внешнее давление 20 МПа. С другой стороны, при увеличении внешнего давления на 0,1 МПа объём воды уменьшается на 1/20000 часть. Единицей измерения объёмного модуля упругости является Паскаль (Па).
Объёмный модуль упругости K >0 может быть определён по формуле:
где P - давление, V - объём, ∂P /∂V - частная производная давления по объёму.
Величина, обратная объемному модулю упругости, называется коэффициентом объёмного сжатия.
Коэффициент Пуассона и модуль Юнга полностью характеризуют упругие свойства изотропного материала.
При приложении к телу растягивающего усилия оно начинает удлиняться (то есть продольная длина увеличивается), а поперечное сечение уменьшается. Коэффициент Пуассона показывает, во сколько раз поперечная деформация деформируемого тела больше продольной деформации, при его растяжении или сжатии. Для абсолютно хрупкого материала коэффициент Пуассона равен 0, для абсолютно несжимаемого - 0,5. Для большинства сталей этот коэффициент лежит в районе 0,3, для резины он примерно равен 0,5.
Безразмерен, но может быть указан в относительных единицах: мм/мм, м/м. ……
14 Генетическая классификация горных пород.
Минера́л (нем. Мinеrаl илифр. minéral , отпозднелат. (аеs) minerale -руда ) - природное тело с определённым химическим составом и упорядоченной атомной структурой (кристаллической структурой), образующееся в результате природных физико-химических процессов и обладающее определёнными физическими свойствами. Является составной частьюземной коры, горных пород,руд, метеоритов. Изучением минералов занимается наука минералогия.
Минералы представляют собой природные физически и химически однородные тела, образовавшиеся в земной коре в результате совершающихся физико-химических процессов
Го́рные поро́ды - природная совокупность минералов более или менее постоянного минералогического состава, образующая самостоятельное тело в земной коре. Планеты земной группы и другие твёрдые космические объекты состоят из горных пород.
Горные породы есть природные минеральные агрегаты, сложенные из одного или нескольких минералов
РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ МАТЕРИАЛОВ
(твёрдых) - способность материалов сохранять свойства (механич., электрич., оптические и др.) при воздействии радиации. Изменение свойств обусловлено смещениями атомов в кристаллич. решётке (см. Радиационные дефекты),
ядерными реакциями, разрывами хим. связей и др. Изменения могут быть обратимыми и необратимыми. Последние обусловлены преим. хим. превращениями молекул.
Наиб. воздействие оказывают нейтронное и g-излу-чение. На практике изменение свойств материала сопоставляется с величиной, характеризующей воздействующее , напр. с флюенсом
нейтронов или поглощённой дозой
g-излучения.
Мн. свойства кристаллов
чувствительны к повреждениям кристаллич. решётки. Одиночные обычно упрочняют металл, но снижают его пластичность.
Электросопротивление металлов или сплавов возрас -тает за счёт образования дефектов, хотя в сплавах возможно уменьшение электросопротивления, если радиац. воздействие приводит к упорядочению структуры. В полупроводниках под действием облучения точечных дефектов
увеличивается, что приводит к изменению электрич. и оптич. свойств.
Изменение свойств органич. веществ связано гл. обр. с процессами возбуждения и ионизации молекул. При этом образуются неравновесные электроны, ионы, ионные радикалы, в возбуждённом состоянии. Взаимодействие излучения с органич. веществами сопровождается газовыделением.
Радиац. стойкость органич. веществ зависит от кол-ва растворённого в них O 2 и скорости его поступления из окружающей среды. В присутствии О 2 происходит радиац.-хим. окисление вещества. В результате изменяется хим. и термич. стойкость вещества, может возрасти его хим. агрессивность по отношению к конструкц. материалам. "Сшивание" и деструкция полимеров -
необратимые процессы, к-рые приводят к наиб. значит. изменениям структуры.
Осн. показатели, характеризующие необратимые изменения для механич. свойств полимерных материалов,- предел прочности, модуль упругости, предел деформируемости; для электрич. свойств - изменения диэлектрич. проницаемости, тангенса угла диэлект-рич. потерь, электрич. прочности, проводимости.
Обратимые изменения обусловлены установлением стационарного равновесия между генерацией нестабильных продуктов радиолиза и их гибелью, поэтому они зависят от мощности дозы. Сопротивление органич. изоляц. материалов падает с увеличением мощности дозы на неск. порядков. При больших дозах снижение остаточного электрич. сопротивления металлов носит необратимый характер. У мн. полимерных материалов, облучённых до доз 10 6 Гр, исходная электрич. изменяется в неск. раз (при дозе ~ 10 4 Гр изменения, как правило, незначительны).
В органич. материалах может возникать послерадиац. старение, к-рое обусловлено в осн. хим. реакциями свободных радикалов, образовавшихся при облучении полимеров с кислородом воздуха. Радиац. стойкость полимерных диэлектриков определяется, как правило, их механич. (а не электрич.) свойствами, т. к. большинство полимеров становятся хрупкими и теряют способность нести механич. нагрузки после доз, к-рые ещё не вызывают существ. изменений электрич. свойств.
Радиац. стойкость неорганич. веществ зависит от их кристаллич. структуры и типа хим. связи. Наиб. стойкими являются ионные . Плотные структуры с высокой симметрией наиб. устойчивы к воздействию излучений. Для стёкол характерны изменение прозрачности и появление окраски, возникновение кристаллизации (см. Стеклообразное состояние).
Силикаты начинают изменять свойства после оолучения флюенсом нейтронов ~10 19 см -2 . В результате облучения происходит анизотропное расширение кристалла, аморфизация его структуры, уменьшение плотности, упругости, теплопроводности и др. Окислы меняют свойства аналогично силикатам, но в меньшей степени. Существ. изменения в свойствах бетонов отсутствуют при облучениях нейтронными потоками с флюенсом до 3·10 19 см -2 .
| Табл. 1. |
|
| Органические материалы | Доза g-излучения, Гр |
| Термореактивные смолы
| |
| Фенольная смола с наполнителем | |
| из стекловолокна | 3·10 7 -10 8 |
| Фенольная смола с асбестовым | |
| наполнителем | 10 6 - 3·10 7 |
| Полиэфир с наполнителем из | |
| стекловолокна | 10 7 - 3·10 7 |
| Эпоксидная смола | 10 6 - 2·10 7 |
| Майлар | 2·10 5 - 2·10 6 |
| Полиэфирная смола без напол- | |
| нителя | 3·10 3 -10 4 |
| Силикон без наполнителя | 10 6 - 5·10 6 |
| Термопластичные смолы
| |
| Полистирол | 5·10 6 - 5·10 7 |
| Поливинилхлорид | 10 6 - 10 7 |
| Полиэтилен | 10 5 - 10 6 |
| Полипропилен | 5·10 3 - 10 5 |
| Ацетилцеллюлоза | 10 4 - 3·10 5 |
| Нитроцеллюлоза | 5·10 3 - 2·10 5 |
| Полиметилметакрилат | 5·10 3 - 10 5 |
| Полиуретан | |
| Тефлон | 2·10 3 - 5·10 3 |
| Тефлон 10 ОХ | 5·10 2 -10 3 |
| Эластомеры
| |
| Натуральный каучук | 5·10 4 - 5·10 5 |
| Полиуретановые каучуки | 10 4 - 3·10 5 |
| Акриловые эластомеры | 10 4 - 7·10 5 |
| Кремнийорганические эластоме- | |
| 10 4 - 10 5 |
|
| Бутиловые эластомеры | 10 4 - 3·10 5 |
| Табл. 2. | ||
| Неорганические материалы | Доза g-излучения, Гр | Флюенс нейтронов, см -2 |
| Стекло | ||
| Керамика | 10 20 - 3·10 20 |
|
| Железо | 2·10 18 - 3·10 19 |
|
| Сталь конструкционная | ||
| 10 20 -5·10 20 |
||
| Si (кремниевые транзисторы) | 10 3 - 10 5 | 3·10 11 - 10 13 |
| Ge (германиевые транзисторы) | 10 4 - 10 6 | 4·10 12 - 10 14 |
В табл. 1 и 2 приведены мин. уровни облучения, вызывающие заметные (20-30%) изменения свойств нек-рых материалов.
Лит.: Вавилов В. С., Ухин H. А., Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах, М., 1969; Радиационная стойкость материалов. Справочник, под ред. В. Б. Дубровского, М., 1973; Радиационная стойкость материалов радиотехнических конструкций. Справочник, под ред. Н. А. Сидорова, В. К. Князева, М., 1976; Радиационное электроматериаловедение, М., 1979; Действие проникающей радиации на изделия электронной техники, под ред. Е. А. Ладыгина, М., 1980; Радиационная стойкость органических материалов. Справочник, под ред. В. К. Милинчука, В. И. Туликова, М., 1986; Вавилов В. С., Кекелидзе Н. П., Смирнов Л. С., Действие излучений на Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Радиационная стойкость пеноблока - – способность пеноблока сохранять свои первоначальные физико механические свойства во время и после ионизирующего облучения. [Портик А. А. Все о пенобетоне. – СПб.: 2003. – 224 с.] Рубрика термина: Легкие бетоны Рубрики энциклопедии:… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
радиационная стойкость изделия - Свойство аппаратуры, комплектующих элементов и материалов выполнять свои функции и сохранять параметры в пределах установленных норм во время и после действия ионизирующего излучения. Примечание В дальнейшем для краткости вместо слов… … Справочник технического переводчика
Радиационная стойкость полимерного материала - 7. Радиационная стойкость полимерного материала Radiation resistance Способность полимерного материала сохранять значения характерных показателей в пределах, установленных нормативно технической документацией, в процессе и (или) после… …
Радиационная стойкость изделия - 1. Радиационная стойкость изделия Свойство аппаратуры, комплектующих элементов и материалов выполнять свои функции и сохранять параметры в пределах установленных норм во время и после действия ионизирующего излучения. Примечание. В дальнейшем для … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
радиационная стойкость - способность материала противостоять воздействию радиоактивного излучения. Различают радиационную стойкость веществ и материалов в поле так наваемого «реакторного излучения» (в потоке осколков деления, быстрых нейтронов, α… … Энциклопедический словарь по металлургии
Способность материалов сохранять исходный хим. состав, структуру и св ва в процессе и (или) после воздействия ионизирующих излучений (ИИ). Р. с. существенно зависит от вида радиации, величины и мощности поглощенной дозы, режима облучения… … Химическая энциклопедия
Радиационная - 59 . Радиационная безопасность населения состояние защищенности настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения.
Морозостойкость. Способность материала противостоять разрушению при циклическом замораживании.
Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности. Основная причина разрушения материала под действием низких температур - расширение воды, заполняющей поры материала, при замерзании. Морозостойкость зависит главным образом от структуры материала: чем выше относительный объём пор, доступных для проникновения воды, тем ниже морозостойкость.
Морозостойкость - один из важнейших показателей качества бетона, кирпича и других строительных материалов, обеспечение которых особенно важно для России в связи с ее географическим положением и климатическими условиями. Сотни тысяч конструкций из различных строительных материалов находятся на открытом воздухе, увлажняются при действии природных факторов, подвергаются многократному замораживанию и оттаиванию. Конструкции из неморозостойкого материала со временем теряют несущую способность, подвергаются поверхностному износу и получают различного рода повреждения.
Почему повсеместно встречаются морозные повреждения деталей строений, почему крошатся и рассыпаются на второй или третий год бордюры и асфальт на дорогах, бетонные ступени, балконные плиты, брусчатка тротуаров, кирпич и другие конструкции и материалы? Причиной преждевременного разрушения изделий является их низкая морозостойкость или, говоря техническим языком, несоответствие марки по морозостойкости требованиям нормативных документов. Маркой по морозостойкости является количество циклов попеременного замораживания и оттаивания насыщенных водой образцов без нарушений целостности и изменения прочности. Кирпич и бетон по-хорошему должны без видимых разрушений служить не менее 100 лет.
Изделия с недостаточной морозостойкостью появляются при нарушении изготовителем регламента и технологии изготовления и отсутствии текущего контроля морозостойкости.
Например, для бетона обеспеченной морозостойкости решающими факторами кроме расхода цемента являются: водоцементное отношение, вид цемента, условия твердения бетона, наличие воздухововлекающих добавок и др.
В жестких условиях находится тот материал, который увлажняется при резких температурных перепадах. Вода, поглощенная материалом, особенно порами в поверхностном слое, замерзает при переходе через нулевую температуру с расширением на 8,5%. Ритмично чередующаяся кристаллизация льда в порах с последующим оттаиванием приводит к дополнительным внутренним напряжениям. Могут возникнуть микро- и макротрещины со снижением прочности, с возможным разрушением структуры. Способность материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное (циклическое) замораживание и оттаивание без значительных технических повреждений и ухудшения свойств называется морозостойкостью. Установлены нормативные пределы допустимого снижения прочности или уменьшения массы образцов после испытания материала на морозостойкость при определенном количестве циклов замораживания и оттаивания. Некоторые материалы, например бетоны, маркируются по морозостойкости в зависимости от количества циклов испытания, которые они выдерживают без видимых признаков разрушения. Обычно замораживание образцов, насыщенных водой, производится в специальных морозильных камерах, а оттаивание организуется в воде, имеющей комнатную температуру. Продолжительность одного цикла составляет одни сутки. Многие материалы выдерживают 200 ... 300 циклов и более. Могут применяться и ускоренные методы испытания на морозостойкость, или сохранность в солевых растворах при чередующейся кристаллизации соли в порах материала. В отношении некоторых материалов, например природного камня, о морозостойкости судят по величине коэффициента размягчения.
12. Теплопроводность и теплоёмкость строительных материалов.
Теплопроводность
Теплопроводность – способность материала проводить тепловой поток через свою толщину при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Показателем теплопроводности является коэффициент теплопроводности λ. Иногда теплопроводность выражают величиной, обратной λ,- термическим сопротивлением (R = 1 / λ).
Коэффициент теплопроводности зависит от природы материала, его строения, пористости и влажности. Материал кристаллического строения обычно более теплопроводен по сравнению с материалом аморфного строения. Коэффициент теплопроводности слоистых (слоистые пластики) и волокнистых (древесина) материалов существенно зависит от направления теплового потока по отношению к слоям или волокнам. Так, у древесины вдоль волокон он примерно вдвое больше, чем поперек.
Величина λ тем больше, чем крупнее поры в материалах. Коэффициент снижается с уменьшением средней плотности однородных материалов, причем наименьшую теплопроводность имеют материалы с развитой пористостью и небольшой влажностью. При увлажнений материала теплопроводность его увеличивается, так как коэффициент теплопроводности воды примерно в 25 раз больше, чем воздуха. Ниже приводятся коэффициенты теплопроводности различных материалов, Вт / (м · °С); для сравнения даются значения λ воды и воздуха:
медь……………………. 403,00
сталь……………………. 58,00
гранит……………………. 2,92
бетон тяжелый…………. 1,28-1,55
кирпич глиняный………. 0,70-0,85
туф……………………….. 0,35-0,45
вдоль волокон 0,30
поперек волокон 0,17
минеральная вата 0,06-0,09
бетон теплоизоляционный. .0,03-0,08
вода… … 0,599
воздух 0,023
Теплопроводность имеет практическое значение при выборе материалов для наружных стен, перекрытий и покрытий зданий, изоляции теплосетей, холодильников, котлов и т. п.
Теплоемкость
Теплоемкость – свойство материала поглощать тепло при нагревании и отдавать при охлаждении. Отношение теплоемкости к единице количества материала (по массе или объему) называется удельной теплоемкостью, которая численно равна количеству тепла (в Дж), необходимому для нагревания I кг материала на I °С. Удельная теплоемкость, кДж / (кг -°С), приведенных ниже материалов составляет:
сталь 0,46-0,48
алюминиевые сплавы 0,90
природные каменные материалы 0,75-0,93
бетон тяжелый 0,80-0,92
кирпич 0,74
сосна. . 2,51
Теплоемкость учитывают при определении теплоустойчивости наружных ограждений отапливаемых зданий (требуются материалы с наиболее высокой удельной теплоемкостью), при расчете подогрева составляющих бетона и раствора, также мастик для работ в зимнее время и т. п.
Термическая стойкость материалов.
Термической стойкостью огнеупоров называют способность их не разрушаться, т. е. сохранять первоначальную форму без отколов, трещин и посечек при резком изменении температуры.
Указанные разрушения огнеупорных изделий могут пройти в связи с возникновением в них внутренних напряжений, обусловленных появлением градиента температуры по сечению изделий. Следовательно, внутренние напряжения (сдвиг или растяжение) в огнеупорном материале при прочих равных условиях зависят от его температурного коэффициента линейного расширения: они увеличиваются с увеличением последнего. Когда значение этих напряжений становится больше прочности материала на сдвиг или растяжение, происходит разрушение изделия сухая градирня.
Силы сцепления, противодействующие разрушению изделий, характеризуются наличием упругого состояния материала-.модулем упругости при сдвиге или растяжений. Сопротивление материала возникающим в нем термическим напряжениям уменьшается с увеличением значения модуля упругости. Модуль упругости материала прямо пропорционален его пределу прочности при.сжатии, следовательно, термическая стойкость материала находится в обратной зависимости от его предела прочности при сжатии.
Разрушение (деформация) огнеупорных материалов от термических напряжений происходит в две стадии: в первой происходит зарождение трещин, во второй - их распространение и развитие.
Термическая стойкость огнеупорных материалов в общем виде, т. е. если не учитывать их размеры, структурные особенности и условия испытания, может быть охарактеризована коэффициентом термостойкости Kт.
где λ - теплопроводность материала; σ - предел,прочности при растяжении; с-теплоемкость; ρ - объемная масса; а - температурный коэффициент линейного расширения; E - модуль упругости.
Термическую стойкость плотных огнеупорных материалов определяют в соответствии со стандартной методикой (по ГОСТ 7875-56) числом теплосмен (нагревов и резких охлаждений), которые может выдержать материал до определенной степени разрушения: Для испытания берут Целые изделия или выпиливают из них образцы размерам 230×113×65 мм. Образцы перед испытанием высушивают и взвешивают с точностью до 5 г. Нагревают их в специальной электрической печи с карборундовыми нагревателями. Образцы вводят в разогретую до 1300°С печь торцом (наименьшей гранью) на глубину 50 мм (по длине образца) и выдерживают в течение 10 мин при этой температуре. После нагревания образцы вынимают из печи и опускают нагретым концом в бак с проточной водой температурой 5-259С на глубину 50 мм на 5 мин. Затем образцы,выдерживают 5-10 мин на воздухе. Нагрев и резкое охлаждение повторяют до тех пор, пока образец не потеряет 20% массы. Один нагрев с последующим охлаждением составляет теплосмену. Результаты испытаний выражают числом целых теплосмен, которые выдержал образец до потери 20% своей первоначальной массы. Теплосмену, в которой потеря /массы образца превысила 20%, не засчитывают гари определении термостойкости образца.
Для определения термической стойкости огнеупорных легковесов (теплоизоляционных огнеупорных изделий) стандартной методики в настоящее время нет.
Известны и применяются следующие методы определения термической стойкости любых пористых материалов.
1.Материал нагревают до различных температур на керамических или металлических плитах, затем охлаждают на воздухе. Эти процессы проверяют и фиксируют число циклов нагревание- охлаждение до появления трещин или разрушения испытуемых образцов.
2.Метод тот же, но охлаждают материал струей сжатого воздуха или,в холодной воде.
3.Определяют потери прочности материала при сжатии после одного или нескольких циклов нагревания - охлаждения на воздухе (воздушные теплосмены).
4.В процессе нагревания или охлаждения испытуемого образца определяют максимальный температурный перепад в его стенке до появления трещин, т. е. допустимую скорость нагревания и охлаждения
Термическая стойкость.
Термич. напряжения возникают вследствие градиента темп-ры. Они наблюдаются при неравномерном распределении темп-ры, при неоднородности фазового состава (и обусловленного им термич. расширения), а также при анизотропии термич. расширения. Степень влияния термич. напряжений в разных изделиях зависит от величины этих напряжений, их распределения по объему, а также от структуры и св-в материала.
Термическая стойкость, термостойкость - способность хрупких материалов выдерживать без разрушения термич. напряжения при одно- и многократных изменениях темп-ры. Обычно критерием Т.е. является критич. тепловое состояние, соответствующее появлению видимой термич. трещины. Часто Т.е. характеризуют темп-рой, нагрев до к-рой и последующее быстрое охлаждение резко снижают механич. прочность материала вследствие появления в нем повреждений, обусловл. действием термич. напряжений. Т.е. определяют также по изменению прочности образцов до и после резкого темп-рного скачка (теплосмена), напр. путем резкого охлаждения на воздухе или в воде нагретого в печи образца.
В большинстве случаев количеств, мерой сопротивления термич. напряжениям считают макс, разность темп-р между изотермич. поверхностями, при к-рой происходит разрушение тела в определ. условиях теплопередачи. При разрушении величина термич. напряжений равна пределу прочности материала; в общем виде макс, разность темп-р при этом определяется произведением двух показателей - сопротивления материала термич. напряжению R и фактора формы S: А tmax ** RS. Критерий R зависит от условий нагрева и осн. св-в материала. Фактор 5 учитывает зависимость термич. напряжений от формы и размеров изделий.
Роль термич. напряжений существенна только для поведения хрупких материалов; при наличии пластичности или в обл. пластичности при высоких темп-рах хрупких материалов эти напряжения ре-лаксируют. Их роль увеличивается при скоростях изменения темп-ры больше скорости пластич. деформирования.
В большинстве случаев Т. оценивают экспериментально по качеств, показателям; методика испытаний при этом должна приближаться к условиям службы изделий. Методики заключаются в определении состояния опытных образцов до и после воздействия темп-рного градиента. Их можно разделить на испытания с одним термич. циклом, повторные или циклические нагревания и охлаждения и в пост. темп-рном режиме. Чаще определяют кол-во теплосмен, к-рое может выдержать изделие. Т. характеризуют кол-вом теплосмен до появления трещин и до потери 20% массы. В исследоват. практике применяют и др. методики: меняют вид теплосмен (напр., нагревают до 800 °С или охлаждают на воздухе), определяют потерю прочности после одной теплосмены или неск., разрушающий темп-рный перепад и т.д.
Сравнение материалов по Т. проводят часто по измерению комплекса их св-в, комбинируя св-ва в разл. критерии, к-рые показывают способность материала сопротивляться возникновению и распространению трещин. Разность темп-р, вызывающая разрушение (или появление трещины), при полном ограничении темп-рной деформации R- Соь(1 -ft)/Ea, где С - const; оь - предел прочности; /и - коэф. Пуассона; Е - модуль упругости; а - коэф. линейного термич. расширения. При мгновенном изменении темп-ры поверхности константа С равна 1, при малых скоростях теплопередачи она равна коэф. теплопроводности и при изменении темп-ры с пост, скоростью - коэф. температуропроводности. Иногда разрушением считается не появление трещины, а распространение ее через тело, поскольку зародышевые трещины существуют в структуре материала. Тогда критерием термостойкости может служить величина, по смыслу обратно пропорциональная разрушающей упругой деформации, накопленной в ед. объема R - Е/оь, или сопротивление материала распространению трещины R - Eu/ст ъ (и - уд. эффективная поверхностная энергия).
СТОЙКОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ - способность сохранять прочность, структурные качества и другие полезные свойства при различных физических и химических воздействиях. Лабораторными методами определяют стойкость материалов к воздействиям температуры, влаги, электрического поля, света, а также к действию окислителей, кислот, щелочей, солей и др. Свойства каменных строительных материалов, насыщенных водой, сопротивляться разрушению при замерзании и образовании в их порах льда называется морозостойкостью. Обычно она определяется числом циклов стандартных лабораторных испытаний, при которых замораживание насыщенных водой образцов чередуется с оттаиванием их в воде.
Длительное сопротивление материала действию повышенных и высоких температур носит название теплостойкости или жаростойкости. Сопротивление действию весьма высоких температур, называется жароупорностью, а сопротивление действию пламени - огнеупорностью. При действии высоких температур металлы размягчаются и расплавляются, бетоны и камни дегидратируются, резко снижая свою прочность, вплоть до разрушения. Особенно сильно изменяются и разрушаются материалы, имеющие органическую основу,- древесина, асфальтобетон, пластмассы.
Снижение прочности материалов при действии повышенных температур происходит постепенно, а по достижении определенной температуры - весьма быстро.Важным свойством каменных материалов и термопластиков (или композиций на основе синтетических смол) является их водостойкость, оцениваемая по величине потери прочности при насыщении их водой. Показателем водостойкости является коэффициент размягчения - отношение предела прочности насыщенного водой материала к прочности того же материала в сухом состоянии.Для материалов на органической основе важна также стойкость против гниения и разрушения грибками и микроорганизмами - биостойкость (особенно для древесины) - и стойкость против «старения» при действии света и солнечных лучей для пластмасс.
В некоторых особых случаях имеет значение стойкость материалов против действия излучений разной природы (рентгеновских, гамма лучей, нейтронов). При воздействии на материалы агрессивных жидкостей и влажных газов важна химическая стойкость (стойкость против коррозии). Существенным видом этой стойкости является кислотостойкость. Условный метод ее определения в лаборатории - кипячение в течение часа размельченной пробы материала в концентрированной серной кислоте. Однако некоторые металлы, например сталь, будучи не стойкими, в разбавленных кислотах, являются стойкими к действию кислот высокой концентрации, что объясняется образованием на металле защитного слоя.
Особенно агрессивны по отношению к металлам и многим пластмассам сильные окислители: азотная, хромовая и некоторые другие кислоты, а также перекиси и некоторые газы - кислород, озон, хлор.Щелоче-стойкость материалов характеризует способность их противостоять действию слабых оснований - растворов извести, соды, поташа, аммиака, а также сильных или едких щелочей - едких натра и кали. Стойкость при кристаллизации солей в порах материала (или, в частности, для цементных бетонов сульфатостойкость) выражается в способности материала противостоять разрушению при образовании в порах материала кристаллогидратов двуводного гипса или гидросульфоалюмината, формирующихся с увеличением объема и разрушающих пористые бетоны.
Существенной является стойкость многих материалов на органической основе - асфальтобетонов, термопластиков и других к маслам и неполярным растворителям: бензину, бензолу, толуолу и т. п. Она зависит от величины растворимости материалов в этих жидкостях. Стойкость материалов (особенно металлов) к действию тех или иных агентов оценивается во времени по изменению веса или потере прочности, а также по глубине поражения. Часто такая оценка выражается условными баллами или знаками.Основными средствами повышения стойкости строительных материалов являются увеличение их плотности, уменьшение числа пор, доступных для проникания влаги и растворенных ею веществ, изменение химического состава материала с учетом конкретного агрессивного воздействия.
