Теорія конструкційних матеріалів

Матриця -- це порівняно пластичний матеріал, вона надійно з'єднана зі зміцнювальним компонентом, надає готовому виробу потрібної форми, міцності та жорсткості й захищає зміцнювальний компонент від можливих пошкоджень.

Матеріал матриці визначає загальну назву КМ, з огляду на що розрізняють композитні матеріали з металевою матрицею або металеві композитні матеріали (МКМ), з полімерною матрицею -- полімерні композитні матеріали (ПКМ) та з керамічною матрицею -- керамічні композитні матеріали (ККМ).

Зміцнювальний компонент повинен мати високу міцність і жорсткість, малу густину, добру хімічну тривкість й температурну стійкість, а також, максимально досяжну технологічність. Для армування композитних матеріалів застосовують порошкові компоненти, волоконні та шаруваті компоненти.

Порошкові зміцнювальні компоненти -- це зазвичай тверді важкоплавкі дрібні частинки карбідів, оксидів, нітридів, що не розчиняються у матриці в усьому інтервалі температур експлуатації КМ. Зі зменшенням їх розмірів і відстаней між ними підвищується міцність композитного матеріалу.

До волоконних компонентів належать неперервні та короткі волокна неорганічного й органічного походження, металевий дріт і сітки на їх основі. Волокна в МКМ гальмують поширення тріщини в напрямку, перпендикуляр-ному до них, і практично виключають раптове руйнування конструкції. Міцність волокноподібних кристалів залежить від гладкості їх поверхні та площі поперечного перерізу. Чим рівніша поверхня волокна, тим менше мікродефектів на його поверхні і воно міцніше.

Як пластинчастий (шаруватий) зміцнювальний компонент використовують, наприклад, тканину, шпон, папір.

Дисперснозміцнені МКМ

Структурною особливістю дисперснозміцнених мееталевих композитних матеріалів є спеціально введені в матеріал матриці дуже дрібні тугоплавкі частинки карбідів, оксидів, нітридів та ін., що не розчиняються в ній. Ці частинки характеризуються високою твердістю, хімічною тривкістю і модулем пружності та низькою густиною. Що дрібніші зміцнювальні частинки, менші відстані між ними й рівномірніше вони розподілені в матриці, то краще вони блокують рух дислокацій, підвищуючи міцність і жорсткість МКМ. Дисперснозміцнені МКМ можна виготовити на основі більшості застосовуваних у техніці металів і їх сплавів з використанням порошкових технологій. Металева матриця порівняно з іншими матрицями характеризується підвищеною міцністю, жорсткістю, електро- і теплопровідністю та задовільною пластичністю. У промисловості використовують дисперснозміцнені матеріали на основі алюмінію, берилію, заліза, кобальту, магнію, нікелю, вольфраму та ін.

Представником найпоширенішого виду МКМ на основі алюмінію є матеріали типу САП (спечена алюмінієва пудра). Матрицею служить алюміній, зміцнювальним компонентом -- частинки оксиду алюмінію А12Оа. Алюмінієва пудра з частинками завбільшки 1 мкм збагачується оксидом алюмінію під час її мелення в кульових млинах, де концентрація кисню менша, ніж а атмосфері. Виготовлення виробів з порошків Аl і Аl2О3 відбувається завдяки пресуванню й подальшому спіканню.

Матеріали типу САП (САП-1, САП-2, САП-З) містять 6...17 % А1203. Зі збільшенням об'ємної концентрації оксиду алюмінію зростають міцність, твердість і жаростійкість і знижується пластичність САП. При температурах експлуатації 300... 500 °С САП перевищують за жаростійкістю всі дефор-мівні промислові сплави алюмінію.

САП добре деформуються у гарячому стані, обробляються різанням, легко зварюються. З них виробляють профільні напівфабрикати, листи, фольгу і штамповки. САП успішно застосовують для деталей з високою питомою міцністю й корозійною тривкістю (штоки поршнів, лопатки компресорів, труби теплообмінників).

Волоконні МКМ

Для металевої матриці найчастіше використовують алюміній, магній, титан, нікель, кобальт або сплави на їх основі. Армують МКМ високоміцними й високомодульними волокнами з бору, вуглецю, важкоплавких оксидів, карбідів, нітридів, а також волокнами зі сталі, берилію, вольфраму. З огляду на істотну відмінність властивостей матриці й волокон МКМ з однонапрямленими волокнами анізотропні і найміцніші вздовж волокон. Волокна за об'ємом займають в МКМ від 10 до 75 %, вони добре сприймають осьові навантаження. У зв'язку з цим орієнтація волокон повинна збігатись з напрямом найбільших напружень.

Для виготовленнл волоконних МКМ використовують рідкофазові (лиття) й твердофазові (деформування) процеси, порошкові технології тощо.

Застосування алюмінію та його сплавів марок АМц, АМг2,
АМг6, АДЗЗ, Д16, В95 та ін. для матриці пояснюється їх низькою ціною, малою густиною, доброю корозійною тривкістю.

Найпоширенішим серед МКМ є бороалюміній ВКА-1. За міцністю при кімнатній температурі він перевищує конструкційні сплави алюмінію вдвічі, а за жорсткістю -- у 3,5 разу. Волокна бору, що займають у матеріалі ВКА-1 об'єм від 40 до 50 %, високоміцні (ув = 2800...3500 МПа). Їх недолік -- підвищена крихкість і висока хімічна активність.

У МКМ алюміній-вуглецеві волокна поєднуються низька густина матриці та арматури з високою міцністю і жорсткістю волокон, внаслідок чого композит характеризується значними питомою міцністю та жорсткістю. Окрім цього, вуглецеві волокна добре проводять тепло й електричний струм. Міцність вуглецевих волокон становить 1500...3500 МПа і більше.

Армування алюмінієвих сплавів безперервними волокнами з таких важкоплавких матеріалів як бор, карбіди кремнію, оксиди алюмінію істотно підвищує жароміцність МКМ.

Із МКМ алюмінієвий сплав-волокна SіС виготовляють труби, фасонні деталі, танкові траки, поршні для двигуна автомобіля тощо.

МКМ алюмінієва матриця-металевий дріт характеризуються підвищеними міцністю, модулем пружності та втомною міцністю. Металевий дріт використовують у вигляді волокон і сітки. Звичайно застосовують дріт Ш 20...1500 мкм, з високовуглецевих або легованих сталей з межею міцності ув = 1800...3150 МПа. Сталевий дріт належить до найдешевших зміцнювачів.

Перспективним зміцнювальним компонентом є берилієвий дріт з високою питомою міцністю й жорсткістю. Межа міцності берилієвого дроту Ш 50 мкм становить ув -- 1450 МПа, а густина -- 1,84-103 кг/м3.

Зі сплавів алюмінію, армованих сталевим і берилієвим дротом, виготовляють деталі корпусів ракет й паливні баки літальних апаратів,

МКМ, матрицею яких є технічний магній чи його сплави, мають високу питому міцність, а також добру хімічну тривкість до більшості матеріалів волокон. Для армування матриці використовують волокна бору, вуглецю, оксиду алюмінію, карбіду кремнію, сталевий і титановий дроти.

Відомі також магнієві композити, армовані волокнами SiС, дротом на основі титану або танталу. Всім їм властива висока хімічна стабільність.

МКМ на основі магнію, армовані сталевим дротом, мають високу міцність.

З волоконних композитних матеріалів на основі магнію виготовляють деталі літаків, космічних апаратів і ядерних реакторів.

Композитні матеріали на основі титану та його сплавів зміцнюють волокнами зі сплавів берилію, вольфраму, молібдену, бору, карбіду кремнію та оксиду алюмінію. Їх перевагою над МКМ з алюмінієвою та магнієвою матрицями є вищі температури оксидації та корозійна тривкість. Серед недоліків МКМ з титановою матрицею -- порівняно висока густина, вартість і технологічні труднощі, пов'язані з виготовленням виробів,

Найважливіші в техніці МКМ на основі сплаву титану з алюмінієм і ванадієм {90 % Ті, 6 % А1, 4 % V), армовані волокнами бору, берилію, карбіду кремнію. Оскільки сплави титану навіть без армування характеризуються підвищеною питомою міцністю, головна мета армування -- збільшення модуля пружності й підвищення температурного інтервалу експлуатації МКМ до 700...800 °С.

МКМ на основі нікелю мають вищу окалиностійкість і жароміцність порівняно зі спеціальними нікелевими окалиностійкими й жароміцними сплавами. Зміцнювачами МКМ на нікелевій основі можуть бути волокна вуглецю, оксиду й нітриду алюмінію, карбіду й нітриду кремнію, карбіду бору та дріт з тугоплавких металів.

ПКМ з порошкоподібним зміцнювачем

Полімерна матриця порівняно з металевою має меншу густину, вищу корозійну тривкість, ліпші технологічні, тепло- та електроізоляційні властивості, а подекуди міцніша й жорсткіша. Недоліком більшості полімерних композитних матеріалів є порівняно невисока міцність зв'язку між матрицею та зміцнювальним компонентом, втрата основних властивостей під час підвищення температури до 100...200 °С і схильність до старіння в кліматичних умовах.

Матрицею є різні полімери: фенолоформальдегідні, епоксидні, поліефірні та деякі інші термореактивні смоли і такі термопласти як поліетилен, поліпропілен, полістирол, поліаміди тощо. Порошкоподібними зміцнювальними компонентами, або наповнювачами служать тонко-дисперсні частинки сажі, оксиду кремнію, деревинної муки, крейди, тальку, графіту, металів. Розмір частинок наповнювача здебільшого не перевищує 40 мкм. Порошкоподібний зміцнювач підвищує міцність, твердість і жорсткість, зменшує усадку, а в окремих випадках надає виробам з ПКМ специфічних властивостей, зокрема заданих тепло- й електропровідності.

Волоконні ПКМ

Матрицею служать епоксидні, фенолоформальдегідні, поліефірні та інші смоли. Зміцнювальним компонентом волоконних полімерних композитних матеріалів є органічні, вуглецеві, борні, а також скляні волокна й металевий дріт.

Органічні волокна виробляють з льону, бавовни, лавсану, капрону, нейлону та ін.

Скловолокна мають високу міцність (ув = 3000...5000 МПа), задовільну теплостійкість (350...550 °С), добру корозійну тривкість, низьку тепло- та електропровідність.

Найпоширенішими з волоконних ПКМ є скловолокніти. Вони характеризуються підвищеною міцністю і низькою ціною. Незважаючи на порівняно низький модуль пружності скляних волокон, скловолокніти за питомою жорсткістю перевершують леговані сталі та сплави алюмінію і титану. Скловолокніти використовують у суднобудуванні, транспортному машинобудуванні, для виготовлення ємкостей і труб.

Широко застосовуються також органоволокніти (ПКМ, що складаються з полімерної матриці і синтетичних волокон), вуглеволокніти (полімерна матриця та високоміцні вуглецеві волокна) та бороволокніти (епоксидна, поліефірна, фенолоформальдегідна чи інша смола і волокна бору).

Волоконні ККМ

Особливістю волоконних керамічних композитних матеріалів (ККМ) є їх висока теплова стійкість, корозійна тривкість і водночас підвищена крихкість. Матрицею в ККМ служить нітрид та карбід кремнію, оксиди алюмінію і цирконію.

Як зміцнювальний компонент використовують волокна з вуглецю, карбіду кремнію або оксиду алюмінію. ККМ на основі нітриду кремнію Si3N4, армований волокнами з карбіду кремнію (40 % об'єму), характеризуються підвищеними теплостійкістю і густиною. Цей матеріал є перспективним для виготовлення деталей двигунів підвищеної економічності.

Тема 4.3 Скло та склокристалеві матеріали

Скло має високу міцність на стискування (600 - 1200 МПа), низьку міцність на розтягування (30 - 90 МПа) та дуже високу крихкість. При різкому і сильному нагріванні чи охолодженні в склі можуть виникати тріщини. При нагріванні скло розм'ягчується і при температурі близько 1000 °С починає плавитись. Більшість мінеральних кислот, за винятком плавикової, не руйнують скло.

Основною сировиною для виготовлення скла є чистий кварцовий пісок, вапняк, доломіти, кальцинована сода чи сульфат натрію. До складу окремих видів скла вводять оксиди бору (підвищує термостійкість), оксиди алюмінію (підвищує міцність і хімічну стійкість), оксиди фтору, цинку тощо. Для виготовлення кольорового скла використовують перекис марганцю, оксиди хрому, кобальту та інші мінеральні барвники.

Виробництво скла складається з таких технологічних операцій: підготовка сировинних матеріалів (збагачення, сушіння, подрібнення, змішування компонентів і брикетування); варіння скла в скловарільних печах при 1400 - 1500 °С; охолодження скломаси до температури, при якій вона має потрібну в'язкість; формування виробів та їх термічну, механічну чи хімічну обробку.

Спосіб формування залежить від виду виробу. Для отримання будівельного скла застосовують витягування, прокатування та пресування.

В будівництві найбільш широко застосовується неполіроване листове віконне скло товщиною 2 - 6 мм з світлопропускною здатністю 85 - 90 %.

Вітринне скло товщиною 6 - 10 мм для великих вікон випускається полірованим і неполірованим. Для компенсації температурних деформацій при монтажі таких вікон застосовують гумові чи пластмасові прокладки.

Армоване скло виготовляють методом прокатування розплавленої скломаси з металевою сіткою. Воно має підвищену вогнестійкість і безпечність.

Візерунчасте скло отримують прокатуванням прозорої чи кольорової скломаси на гравірованих валках. Таке скло добре розсіює світло і є декоративним.

Гартоване скло отримують шляхом термічної обробки скла шляхом нагрівання до 620 - 680 °С, витримки при цій температурі і швидкого охолодження в струмені повітря або в маслі. При цьому міцність скла на згинання зростає в 5 - 8 разів, міцність на удар збільшується в 4 - 6 разів, а термостійкість збільшується в 2 рази. Листи гартованого скла товщиною 6 мм, покриті зі зворотної сторони кольоровими керамічними фарбами, називають стемалітом. З нього виготовляють багатошарові панелі, перегородки тощо.

Безосколкове скло (триплекс) - це два або більше листів загартованого скла товщиною 2 - 3 мм, склеєних еластичним прозорим полімером, який утримує осколки скла після руйнування.

Із скла також виготовляють порожнисті скляні блоки, склопакети, скляні труби, облицювальну плитку та ін. Порожнисті скляні блоки отримують шляхом зварювання двох випресованих з скломаси половин. Для розсіювання світла на зовнішню сторону наносять рисунок. Блоки виготовляють прозорими та кольоровими.

Склопакети - вироби з двох чи більше листів скла, з'єднаних по периметру металевою рамкою так, що між ними утворюється замкнутий простір, заповнених сухим повітрям. Склопакети виготовляють із звичайного віконного, гартованого чи іншого листового скла. Вікна з склопакетів не потіють, не замерзають і мають в 2 - 3 рази кращу звукоізоляцію.

Профільне скло - це великогабаритні будівельні вироби коробчастого, таврового, ребристого та іншого профілю. Виготовляються такі вироби шляхом безперервного прокатування армованого чи неармованого, прозорого чи кольорового скла.

Скляні труби отримують методом витягування чи методом відцентрового формування. Вони випускаються діаметром 0,1 - 200 мм і розраховані на тиск до 0,3 МПа і температуру 120 °С.

Облицювальна скляна плитка за міцністю та експлуатаційними якостями краща за керамічну. Випускають скляну плитку емальовану, з нанесенням на одну сторону білої чи кольорової емалі, та з непрозорого різноколірного скла.

Склокристаліт отримують методом кристалізації з одночасним процесом вогневого полірування лицевої поверхні склокристалевого гранульованого матеріалу з наступною його термообробкою. Випускається у вигляді плит, що можуть мати поліровану різноколірну поверхню, чи імітують природний камінь.

Ситал - кристалічне скло спеціального складу, отримане внаслідок керованої кристалізації. До складу ситалів входять оксиди літію, кремнію, магнію, кальцію, а також каталізатори кристалізації: солі золота, срібла та міді. Розмір кристалів не перевищує 1 мкм. Кристали ситалу зцементовані склоподібною масою. За структурою ситали займають проміжне положення між звичайним склом і керамікою. Ситали мають високу твердість, міцність, термічну і хімічну стійкість.

Тема 4.4 Гумові матеріали

Гума -- це продукт вулканізації каучуку сіркою або іншою речовиною. Серед конструкційних матеріалів тільки гума характеризується еластичністю, тобто здатністю до великих зворотних деформацій у широкому інтервалі температур. Гумові вироби, крім еластичності, характеризуються значною міцністю, корозійною тривкістю та зносостійкістю. Вони газо- і водонепроникні, мають невелику густину та добрі електроізоляційні властивості. Вироби з гуми відіграють важливу роль в усіх галузях техніки, медицині й побуті.

Найважливішим складником гуми є полімер ізопрену з лінійною будовою молекул -- натуральний або синтетичний каучук. Від каучуку залежать основні властивості гумового матеріалу. Натуральний каучук, як матеріал рослинного походження, є високомолекулярною сполукою (С5Н6)n. Синтетичний ізопреновий каучук отримують, полімеризуючи ізопрен, а синтетичний бутадієновий каучук (С4Н6)n -- полімеризуючи бутадієн. Для поліпшення властивостей гуми до її складу, крім каучуку, додають вулканізатори, зміцнювані, пластифікатори, барвники, стабілізатори та інші компоненти.

Вулканізатори (частіше всього сірка) у суміші з каучуком утворюють поперечні ковалентні зв'язки між його лінійними макромолекулами. Коли вулканізатором є сірка кількістю 1...5 %, то при температурі 140...160 °С утворюється високоеластична гума рідкосітчастої будови. Якщо масову частку сірки в сирій гумі довести до 30 і більше відсотків, то утворюється твердий нееластичний матеріал густосітчастої просторової будови ебоніт, який використовується як ізолятор в електротехніці. Вулканізацію можна активізувати оксидами магнію, свинцю, цинку та ін.

Зміцнювачі -- дрібнодисперсні порошки вуглецевої сажі, оксиду кремнію або оксиду цинку -- підвищують міцність, твердість і стійкість гумовик виробів до спрацьовування. Для відповідальних гумових виробів (шини, шланги високого тиску, привідні паси та ін.) використовують волоконні зміцнювачі із синтетичних волокон або металевого дроту, покритого латунню, яка підвищує зчеплення дроту з полімером.

Пластифікатори -- парафін, каніфоль, стеаринова кислота, рослинні олії -- сприяють рівномірному розподілові компонентів у суміші, полегшують формування виробів й підвищують їх морозостійкість.

Барвники (мінеральні й органічні) надають гумовим виробам бажаного кольору.

Тема 4.5. Деревні матеріали

Основні відомості про деревину

Дерево складається з коренів, стовбура і крони. Корені призначені для кріплення дерева в грунті, та для всмоктування вологи і розчинених в ній мінеральних речовин та передачі їх до стволу. Стовбур підтримує крону і служить для руху води та живильних речовин від коренів через гілки до листя, а від листя назад до коренів.

Будова деревини, яку видно неозброєним оком або при невеликому збільшенні, називається макроструктурою, а під великим збільшенням - мікроструктурою.

Макроструктуру деревини вивчають за трьома розрізами стовбура (рис. 4.1): поперечному, радіальному поздовжньому і тангентальному поздовжньому. В поперечному і радіальному розрізах стовбура виділяють такі основні частини (рис. 4.2): кору, луб, камбій, деревину і серцевину.

Рис. 4.1. Основні розрізи стовбура Рис. 4.2. Торцевий розріз стовбура: дерева: 1 - поперечний (торцевий), 1 - кора, 2 - луб, 3 - камбій, 2 - радіальний, 3 - тангентальний. 4 - заболонь, 5 - ядро, 6 - серцевина.

Кора захищає дерево від дії зовнішнього середовища. Внутрішня частина кори називається лубом. Луб призначений для передачі живильних речовин з крони дерева донизу. В ньому також відкладаються запаси цих речовин.

Камбій - тонкий життєдіяльний шар тканини, що розташована за лубом. В шарі камбію до центра дерева відкладаються клітини деревини, а в сторону лубу - луб'яні клітини. Кожна клітина камбію при розмноженні ділиться на дві, одна з них, більш тонкостінна, відкладається до зовнішньої сторони стовбура, інша, товстостінна, одеревенівша клітина розміщується в сторону серцевини. Весною камбій утворює широкі клітини з тонкою оболонкою, так звану весняну деревину. В другій половині вегетаційного періоду, коли дерево навантажене гілково-листяною масою, камбій утворює товстостінні приплюснуті клітини, які виконують механічні функції і складають основну частину літньої деревини. Літня або пізня деревина є більш міцною. Шар, що утворився протягом вегетаційного періоду, називають річним. В окремих порід дерев річні кільця добре видно на поперечному перерізі.

Деревина частіше всього має світлий колір, але в окремих породах (дуб, кедр, сосна) ближче до серцевини розташована більш темна деревина, яка називається ядром або мертвою деревиною. В ялини, бука, пихти ядро за кольором не відрізняється від периферійної частини. У берези, вільхи, клена ядро відсутнє. Від ядра до зовнішньої сторони стовбура знаходиться світла деревина, яку називають заболонню (оболонню). В дерева, що росте заболонь складається переважно з живих клітин.

Вздовж всього стовбура в його центральній частині розташована серцевина, що складається з тонкостінних клітин. Ця частина стовбура є найбільш слабкою, вона погано протидіє загниванню.

Рух вологи в деревині листяних порід відбувається судинами, які розташовані вздовж стовбура. В дуба, ясена, в'яза більш крупні судини знаходяться в ранній частині річного шару, а в пізній деревині судини дрібні. В берези, липі, осики рання і пізня деревина не відрізняються.

Дерева хвойних порід судин не мають, а складаються з видовжених замкнутих клітин - трахеїд. Між трахеїдами в пізній деревині річного шару знаходяться смоляні ходи - міжклітинні простори, заповнені смолою.

Крім річних кілець, на поперечному перерізі видно вузькі стрічки, направлені по радіусу, які називаються серцевинними променями.

Властивості деревини

До основних фізичних властивостей деревини відносяться вологість, гігроскопічність, щільність, усушка та набухання, теплопровідність і стійкість до агресивних середовищ.

На властивості деревини дуже впливає вологість. В деревині може бути три види вологи: капілярна (вільна), яка знаходиться в клітинах і міжклітинному просторі, гігроскопічна, що знаходиться в стінках клітин і хімічно-зв'язана, яка входить до складу речовин, з яких складається деревина.

За ступенем вологості розрізняють деревину: свіжозрубану (вологість 35% і більше), повітряно-суху (вологість 15 - 20%), кімнатно-суху (вологість 8 - 12%). В будівництві застосовують деревину з вологістю 15 - 20%. Підвищення вологості може призвести до короблення і розтріскування виробів, а також сприяє враженню деревини грибками.

Гігроскопічність характеризується здатністю сухої деревини всмоктувати вологу із навколишнього середовища або віддавати вологу більш сухому повітрю. Внаслідок гігроскопічності змінюється вологість деревини, що призводить до зміни об'єму.

Середня щільність деревини залежить від породи дерева, його пористості, умов росту, вологості тощо. Її величина у більшості порід меншн одиниці і, частіше всього, знаходиться в межах 0,37 - 0,7 т/м3. Щільність деревини визначає її фізико-механічні властивості (міцність, теплопровідність, насичення водою).

Величина усушки та набухання деревини внаслідок неоднорідності її будови неоднакова в різних напрямках. Лінійна усушка вздовж волокон становить всього 0,1 - 0,3%, в радіальному напрямі - 3 - 6%, а в тангентальному напрямі - 6 - 12%. Неоднаковість усушки в різних напрямах призводить до розтріскування та короблення при швидкому сушінні.

Теплопровідність сухої деревини незначна, але зі збільшенням вологості теплопровідність зростає.

Механічні властивості. Внаслідок волоконної будови деревини її опір механічним діям в різних напрямах неоднаковий. Крім того, механічні властивості деревини залежать від породи дерева, вологості, наявності дефектів.

Деревина добре витримує стискування вздовж волокон. Також вздовж волокон деревина добре працює при згинанні та розтягуванні.

Таблиця 4.1. Середнє значення щільності і міцності деревини

(при вологості 12%)

Порода дерева	Середня щільність, кг/м3	Межа міцності, МПа, вздовж волокон при	Торцева твердість, НВ
		розтя-гуванні	стиску-ванні	статичному згині	радіальному сколюванні
Сосна Ялина Дуб Бук Береза Осика	534 426 723 673 653 524	110 120 130 130 125 120	48 44 58 56 55 42	85 80 106 105 110 78	7,5 6,8 10,0 12,0 9,2 6,2	2,8 2,6 6,7 6,1 4,6 2,6

Механічні властивості деревини визначають шляхом випробувань спеціально виготовлених зразків.

Механічні властивості деревини в значній мірі залежать від її вологості. Зі збільшенням вологості міцність деревини знижується, особливо при статичному згинанні і стискуванні. Наявність в деревині дефектів значно погіршує її механічні властивості.

Стійкість деревини різних порід до дії агресивних середовищ (розчинів солей, кислот і лугів) неоднакова. Більш стійкими є хвойні породи. При тривалій дії кислот та лугів деревина повільно руйнується. Інтенсивність руйнування залежить від концентрації розчинів. Так слаболугові розчини майже не руйнують деревину, а дію слабких розчинів мінеральних кислот вона сприймає краще ніж бетон.

Породи деревини та їх застосування

Сосна - найбільш розповсюджена порода. Деревина сосни має підвищені фізико-механічні та експлуатаційні властивості і добре піддається обробці. Застосовується для будівництва житла, мостів, інших конструкцій та для виготовлення столярних виробів.

Деревина ялини має добру міцність, але через малу смолистість швидко гниє в сирому середовищі.

Деревина листвениці за зовнішнім виглядом подібна до деревини сосни, але має більшу щільність та міцність. Листвениця має підвищену стійкість проти загнивання в умовах змінної вологості, тому її застосовують для гідротехнічних і підземних споруд та для виготовлення шпал.

Дуб має важку, щільну, тверду і дуже міцну деревину, яка добре зберігається як на повітрі, так і під водою.

Ясен має важку, в'язку, тверду і міцну деревину, яка по вигляду нагадує деревину дуба. Застосовується для столярних виробів та меблів.

Береза має тверду, міцну і в'язку деревину, але недовговічна в умовах частого зволоження і висушування. Виготовляється фанера, столярні вироби та меблі.

Осика має м'яку і легку деревину, яка в сухому середовищі досить міцна, але при наявності вологи швидко гниє. Застосовується при виготовленні фанери, тари тощо.

Дефекти деревини

Дефектами деревини називають відхилення будови деревини від нормальної, порушення зовнішньої форми стовбура дерева, а також різні пошкодження, що впливають на її технічні властивості. Дефекти знижують сортність деревини та обмежують область її застосування. За причинами появи дефекти поділяють на групи: сучки, тріщини, неправильності форми стовбура і будови деревини, ненормальний колір, гниль, пошкодження комахами, пошкодження грибками.

Сучки - це основа гілок, що відросли від стовбура. Сучки порушують однорідність будови деревини, затрудняють обробки і знижують її механічні властивості. Вони можуть бути зрослими з деревиною, тобто бути здоровими і не мати признаків загнивання. Незрослі з основною деревиною сучки утворюють в лісоматеріалах отвори або гнилі ділянки.

Тріщини можуть з'являтися під час росту дерева або на зрізаному дереві в результаті висихання. Під час росту в результаті всихання ядра, розкачування вітром, від морозів та з інших причин в дереві можуть виникати тріщини, що проходять через серцевину, але не доходять до лубу, тріщини, розташовані по річних кільцях та морозобійні тріщини, які звужуються до серцевини дерева. Часто тріщини з'являються під час висушування в результаті неоднакової усушки деревини. Тріщини знижують якість деревини, зменшують кількість корисної деревини та сприяють її загниванню.

Відхилення від нормальної форми стовбура виникають через ненормальні умови росту дерева та в результаті кліматичних дій. Дерево може викривлятись в одній або декількох площинах, волокна можуть мати гвинтоподібну форму, діаметр дерева може понад норму зменшуватись від кореня до вершини. Все це знижує якість деревини.

Грибки пошкоджують як дерева, що ростуть, так і деревину будівель та конструкцій. Вони розвиваються із спор, що розносяться вітром, птахами, комахами. Грибки можуть розвиватись при певних умовах: підвищена вологість (20 - 60%), відсутність вентиляції, температура навколишнього середовища в межах 0 - 60 єС. На морозі та під водою грибки не розвиваються, але і не гинуть. Вони гинуть при температурі понад 60 єС. Окремі грибки не руйнують деревину, а тільки змінюють її колір. Найбільш небезпечними є домові грибки. Спочатку з'являється грибниця, яка часто має вигляд ватоподібного нальоту з рожевим відтінком. Деревина набуває бурого або коричневого кольору, потім з'являються поздовжні та поперечні тріщини і деревина поволі розпадається на частинки.

Деревину можуть пошкоджувати різні комахи або їх личинки, які утворюють поверхневі чи глибинні червоточини. При цьому комахи заносять в деревину спори грибків, які викликають гниття.

Способи захисту деревини

Підвищення довговічності дерев'яних конструкцій та виробів досягається застосуванням різних способів захисту деревини від руйнування.

Одним з основних заходів для забезпечення тривалого використання деревини є її висушування. Природне сушіння є довготривалим і може довести вологість до 15%. Більш ефективним є висушування деревини в сушильних камерах, де можна регулювати вологість та температуру і доводити вологість до 6 - 8%. При цьому знищуються грибки та комахи-шкідники.

Для запобігання загниванню деревини в конструкціях її ізолюють від ґрунту, каменю та бетону, захищають від атмосферних опадів, покривають оліфою, фарбами чи лаками.

Для захисту деревини від гниття її оброблюють різними хімічними речовинами - антисептиками. Антисептики повинні мати високу токсичність до грибків, але бути нешкідливими для людини і домашніх тварин. Обробку деревини проводиться водорозчинними і маслянистими антисептиками та антисептичними пастами. Маслянисті антисептики частіше застосовують для деревини, яка знаходиться на повітрі, в землі чи під водою (сваї, шпали, елементи мостів тощо). Обробка антисептиками проводиться шляхом оприскування, насичення в гарячих та холодних ваннах, пропитуванням під тиском в автоклавах, обмазуванням антисептичними пастами.

Деревину від пошкодження комахами захищають хімічними інсектицидами у вигляді порошків, емульсій та аерозолів. Вони вбивають комах і їх личинок, але більшість інсектицидів є шкідливими для людей і тварин.

Для захисту деревини від загорання застосовують конструкційні заходи, тобто покривають дерев'яні конструкції покривають штукатуркою, азбестовим картоном або фарбами чи пастами на основі рідкого скла. На дерев'яні вироби можна наносити вогнезахисні суміші або пропитувати деревину хімічними речовинами - антипіренами.

Основні види пиломатеріалів та виробів з деревини

Пиломатеріали виготовляють шляхом поздовжнього розпилювання колод дерева. Основними пиломатеріалами є дошки, брус та бруски.

Дошки виготовляються товщиною 13 - 100 мм з відношенням товщини до ширини більше 2. Дошки за обробкою бокових кромок поділяють на необрізні та обрізні. За якістю деревини та за обробкою дошки випускаються п'яти сортів (вищий, 1, 2, 3 і 4).

Брус має товщину 100 - 250 мм при відношенні товщини до ширини менше 2. Брус може бути обрізаним з двох або з чотирьох сторін.

Бруски мають товщину до 100 мм з відношенням товщини до ширини менше 2. Часто бруски мають форму наближену до квадрата.

Будівельна фанера складається з трьох, п'яти і більше склеєних між собою шарів шпону. Товщина фанери від 1,5 до 19 мм. Шпон, товщиною 0,35 - 1,15 мм, отримують на лущильних верстатах шляхом зрізування шару деревини (берези, ялини, сосни, горіха, бука тощо) з попередньо розпареної колоди, що обертається. Шпон склеюють фенолоформальдегідними, карбамідними чи іншими клеями так, щоб волокна двох суміжних шарів були взаємно перпендикулярні. Залежно від виду клею і його водостійкості фанера буває підвищеної, середньої та обмеженої водостійкості. Шпон застосовується також для оздоблення меблів, виготовлення деревинних шаруватих пластиків, оздоблення ДСП тощо.

Деревиноволокнисті та деревиностружкові плити виготовляють з відходів деревини, костриці, соломи та інших органічних матеріалів. Такі плити мають високі тепло- та звукоізоляційні властивості. Процес їх виготовлення складається з подрібнення сировини, насичення її в'яжучими речовинами на основі формальдегідних смол, формування і термічної обробки. До складу плит вводять антипірени - для зниження горючості, та парафінові, масляні чи смоляні емульсії - для підвищення водостійкості.

Добрі теплоізоляційні властивості мають фібролітові та арболітові плити. Фіброліт виробляють з лущеної деревини шляхом змішування з цементним тістом, пресуванням в формах, пропарюванням плит в камерах і сушінням. Щільність фібролітових плит становить 250 - 500 кг/м3. Плити виготовляють товщиною 30 - 150 мм.

Арболіт виробляють з суміші цементу, органічних наповнювачів, хімічних добавок і води. Органічними наповнювачами є тирса деревини, костриця льону і конопель, січка соломи, очерету та кукурудзи. Арболіт має щільність менше 700 кг/м3, теплостійкий, морозостійкий, добре обробляється і погано горить.

Тема 4.6 Мінеральні в'яжучі речовини

Мінеральними в'яжучими речовинами називають тонкоперемелені порошки, які утворюють при змішуванні з водою пластичне тісто, що під дією фізико-хімічних процесів переходить в каменеподібний стан. Ця властивість в'яжучих речовин використовується для приготування на їх основі розчинів, бетонів, необпалюваних штучних кам'яних матеріалів та виробів.

Мінеральні в'яжучі матеріали поділяють на повітряні та гідравлічні. Повітряні в'яжучі речовини твердіють, довго зберігають і підвищують свою міцність тільки на повітрі. До них відносяться гіпсові та магнезійні в'яжучі, повітряне вапно і кислотостійкий цемент. Гідравлічні в'яжучі речовини здатні твердіти і довго зберігати свою міцність не тільки на повітрі, а й у воді. До гідравлічних в'яжучих речовин відносяться портландцемент і його різновидності, пуццоланові і шлакові в'яжучі, глиноземний і розширюючийся цементи, гідравлічне вапно та романцемент.

Наряду з цим є в'яжучі речовини, які ефективно тверднуть тільки в автоклавах.

Будівельне вапно

Будівельне вапно отримують шляхом обпалювання кальцієво-магнієвих гірничих порід - крейди і вапняків. В результаті обпалювання при 1000 - 1200 єС утворюється грудкове вапно (CaO, MgO). Після обпалювання проводять розмелювання грудкового вапна і отримують негашене мелене вапно або проводять гашення грудкового вапна водою і отримують гашене вапно.

Негашене мелене вапно можна застосовувати без попереднього гасіння. При цьому використовується тепло, що утворюється при гашенні вапна, збільшується міцність, водостійкість та щільність виробів. Мелене негашене вапно не можна зберігати тривалий час, тому що воно поступово гаситься вологою повітря і втрачає свою активність.

Гашення вапна проводиться водою: СаО + Н2О = Са(ОН)2. Процес супроводжується виділенням великої кількості тепла і пари. Об'єм вапна збільшується в 2 - 3 рази. Збільшуючи кількість води отримують вапняне молоко.

Вапняний розчин з піском на повітрі поступово твердне, перетворюючись в штучний камінь. При цьому дрібні частинки Са(ОН)2 зростаються між собою і утворюють каркас, що оточує зерна піску. Розчин твердне тим швидше, чим інтенсивніше випаровується вода.

Будівельне вапно застосовується для виробництва силікатної цегли, силікатних і піносилікатних блоків, для виготовлення будівельних розчинів і сумішей та для біління будівель і споруд. Розчини та вироби на повітряному вапні не варто застосовувати у вологих приміщеннях і при будівництві фундаментів, тому що вони не водостійкі.

Гіпсові в'яжучі речовини

Сировиною для виробництва гіпсових в'яжучих речовин є природній гіпсовий камінь CaSO4·2Н2О та природній ангідрит CaSO4. Будівельний гіпс отримують шляхом теплової обробки гіпсового каменю при 110 - 180 єС та дрібним розмелюванням. Такий гіпс при розмішуванні з водою протягом 4 - 30 хв. твердне. Твердіння гіпсу можна пришвидшити за рахунок нагрівання до 65 єС. Для сповільнення твердіння до складу гіпсу вводять певні реагенти. Застосовується будівельний гіпс для виробництва гіпсових та гіпсобетонних будівельних виробів для внутрішнього застосування, а також для виробництва гіпсоцементнопуцоланових в'яжучих речовин.

При нагріванні природного гіпсу під тиском 0,2 - 0,3 МПа з наступним сушінням при 160 - 180 єС отримують модифікований високоміцний гіпс.

Шляхом обпалювання природного гіпсу при температурі 600 - 700 єС з додаванням каталізаторів (вапно, доменний шлак та ін.) отримують ангідритовий цемент. Тверднути такий цемент починає через півгодини і продовжується процес твердіння до 24 годин. Випускається ангідритовий цемент марок М50, 100, 150 та 200.

Різновидністю ангідритових цементів є високообпалюваний гіпс, який обпалюється при температурі 800 - 1000 єС. Такий гіпс має більш високу морозостійкість і водостійкість, меншу тепло- і звукопровідність. Застосовується для будівельних розчинів, мозаїчної підлоги та виготовлення штучного мармуру.

Магнезитові в'яжучі речовини

Основою магнезитових в'яжучих речовин є оксид магнію MgO. Їх поділяють на каустичний магнезит і каустичний доломіт.

Каустичний магнезит отримують обпалюванням природного магнези-ту MgSO3 при 700 - 800 єС і наступним розмелюванням. Розчини каустичного магнезиту готують не на воді, а на водних розчинах хлористого чи сірчанокислого магнію. Твердне такий розчин від 20 хв до 6 годин. Марки каустичного магнезиту 400, 500 і 600. Каустичний магнезит є дуже гігроскопічним.

Каустичний доломіт отримують обпалюванням природного доломіту CaCO3·MgCO3 і розмелюванням. За якість він поступається каустичному магнезиту.

Магнезитові в'яжучі речовини добре з'єднуються з деревинною тирсою і стружкою та іншими органічними наповнювачами. Використовуються для виготовлення теплоізоляційних матеріалів (фіброліт, ксилоліт).

Рідке скло і кислотостійкий цемент

Рідким склом називають силікат натрію Na2O·nSiO2 або силікат калію К2O·nSiO2. Рідке скло представляє собою в'язкий розчин, що повільно твердне на повітрі. Для прискорення твердіння вводять каталізатор - кремнієфтористий натрій.

Рідке скло застосовується при виготовленні вогнетривких фарб, отримання кислотостійкого цементу, жаростійкого бетону тощо.

Кислотостійкий цемент отримують розмішуванням у водному розчині рідкого скла дрібно розмеленого кварцового піску (може бути інший наповнювач) та кремнієфтористого натрію. Розчини і бетони на кислотостійкому цементі мають високу стійкість проти дії ряду мінеральних та органічних кислот, але руйнуються у лугах та фосфорній фтористоводневій і кремнієфтористоводневій кислотах.

Портландцемент

Портландцемент та його різновиди є основними в'яжучими речовинами в сучасному будівництві. Портландцемент відноситься до гідравлічних в'яжучих речовин, які тверднуть у воді та на повітрі. Він утворюється в результаті тонкого розмелювання обпаленої до спікання сировинної суміші вапняку та глини.

Спечена сировинна суміш з розміром грудок до 15 - 25 мм називається клінкером. Клінкер після обпалювання складається з таких клінкерних матеріалів: трьохкальцієвого силікату 3СаО·SiO2 (40 - 65 %), двохкальці-євого силікату 2СаО·SiO2 (15 - 40 %), трьохкальцієвого алюмінату 3СаО·Al2O3 (2-15%) і чотирьохкальцієвого алюмофериту 4СаО·Al2O3·Fe2O3 (10-20 %). Властивості цементу залежать в значній мірі від співвідношення цих компонентів. Для регулювання термінів твердіння під час розмелювання до клінкеру додають гіпс. Під час розмелювання клінкеру можуть вводитись активні мінеральні добавки для отримання цементу з певними властивостями.

Твердіння портландцементу починається не раніше 45 хв. після утворення розчину і завершується не пізніше 12 годин. Якщо твердіння відбувається на повітрі, то через випаровування вологи відбувається усадка бетону. При твердінні у воді іде зворотній процес - набухання. В результаті усадки в бетоні можуть виникати тріщини.

В процесі твердіння цементного тіста утворюється цементний камінь. Міцність цементного каменю швидко зростає протягом перших 3 - 7 діб, в наступні 7 - 28 діб зростання міцності сповільнюється. У вологому та теплому середовищі міцність цементного каменю може повільно зростати протягом декількох років. Твердіння портландцементу можна прискорити введенням добавок (хлористий калій, хлористий натрій та ін.).

Швидкість твердіння і міцність портландцементу зростає також при зменшенні розмірів зерен при розмелюванні клінкеру. У звичайному портландцементі розмір зерна не перевищує 0,08 мм.

Міцність портландцементу характеризується його маркою. Марку цементу встановлюють за межею міцності на згін зразків розмірами 40 х 40 х 160 мм та стискання половинок зразків, виготовлених з цементно-піщаного розчину складу 1:3 через 28 діб після виготовлення. Межу міцності при стисканні через 28 діб називають активностю цементу і за нею встановлюють марку. Наприклад, якщо при випробуванні цементу встановлена межа міцності на стискування 43 МПа, то його відносять до марки 400. Портландцементи поділяють на марки 400, 500, 550 і 600.

Вироби з портландцементу не рекомендується застосовувати там, де вони можуть піддаватись дії мінералізованої та морської води. Під дією MgCl2, MgSO4, NaCl та інших солей ці вироби починають руйнуватись. Захист цементного каменю від корозії здійснюють введенням активних мінеральних добавок, створенням щільних бетонів, а також застосуванням захисних покриттів з бітуму чи полімерної плівки та облицюванням склом чи керамікою.

Поряд зі звичайним портландцементом промисловість випускає велику кількість спеціальних цементів, які мають певні властивості. Так за рахунок підвищення тонкості помолу клінкеру та збільшення вмісту активних мінералів (3СаО·SiO2) утворюється швидкотвердіючий портландцемент марок 400-700. Застосування швидкотвердіючого портландцементу дозволяє скоротити терміни виготовлення бетонних та залізобетонних виробів.

Додаванням до складу цементу гіпсу та пластифікованих добавок отримують пластифікований портландцемент. Розчини і бетони на цьому цементі мають підвищену пластичність, морозостійкість і водонепроникність

Гідрофобний портландцемент отримують введенням гідрофобних (водовідштовхуючих) добавок. Такий цемент підвищує водостійкість, водонепроникність і морозостійкість бетону.

Білі та кольорові портландцементи виробляють з сировини, що має низький вміст оксидів заліза, марганцю та хрому. До кольорових цементів додають сурик, охру, ультрамарин тощо.

Пуццолановий портландцемент отримують додаванням при розмелю-ванні клінкеру гіпсу та мінеральних добавок вулканічного походження. Такий цемент має підвищену сульфатостійкість, водостійкість та водонепро-никність, але морозостійкість невисока. Рекомендується для підводних та підземних бетонних споруд. Слід враховувати, що в сухих умовах твердіння бетону на цьому цементі практично припиняється, тому протягом двох тижнів бетони необхідно зволожувати.

Шлакопортландцементом називають гідравлічну в'яжучу речовину, яка утворюється при розмелюванні портландцементного клінкеру з доменним шлаком та невеликою кількістю гіпсу. Вміст шлаку становить 21 - 60 %. Процес твердіння такого цементу дещо сповільнений, особливо при невисоких температурах. Випускається шлакопортландцемент марок 300, 400 і 500. Він дешевший, має більшу жаро-, водо- і сульфатостійкість, але морозостійкість невисока. Випускається також швидкотвердіючий шлакопортландцемент, гіпсо-шлаковий, шлаковий безклінкерний, вапняно-пуццолановий цементи. Застосовуються портландцементи для виготовлення збірних залізобетонних виробів, які пропарюються в камерах, та для будівельних розчинів. Особливо ефективні вони в умовах дії сульфатних речовин.

Глиноземний цемент отримують обпалюванням і тонким розмелюванням вапняку з породами, що мають високий вміст глинозему Al2O3. Випускається він марок 400, 500 та 600. Такий цемент характеризу-ється інтенсивним набором міцності на початку твердіння: через добу він має 80 - 90 % марочної міцності. Має високу водонепроникність, водостійкість та морозостійкість, але є дорожчим за звичайний портландцемент. Глиноземний цемент використовують при термінових ремонтних та аварійних роботах, виконанні робіт в зимовий час, для бетонних і залізобетонних виробів, що працюють в середовищі сильно мінералізованих вод. Бетони на глиноземному цементі можуть працювати при температурі 1200 - 1400 єС. Але глиноземний цемент не можна змішувати з іншими цементами і вироби на цьому цементі не можна пропарювати.

Тема 4.7 Бетони і залізобетони

Загальні відомості про бетони та їх класифікація

Бетоном називається штучний камінь, що утворився в результаті твердіння раціонально підібраної, добре перемішаної і ущільненої суміші мінеральної в'яжучої речовини, води та наповнювача. Суміш цих матеріалів до початку твердіння називають бетонною сумішшю.

В результаті взаємодії між в'яжучою речовиною і водою утворюється нова сполука у вигляді клейкого тіста, яке покриває тонким шаром зерна дрібного і крупного наповнювача, а після твердіння перетворює бетонну суміш в міцний монолітний камінь - бетон.

Наповнювачі (пісок, щебінь чи гравій) займають до 80 - 85 % об'єму бетону і утворюють його жорсткий скелет. Застосовуючи наповнювачі з різними властивостями можна отримати бетони з різноманітними фізико-механічними показниками.

Основними признаками для класифікації бетонів є середня щільність, вид в'яжучої речовини, структура, вид наповнювача та призначення бетону.

За щільністю бетони поділяються на особливо важкі - більше 2500 кг/м3, важкі - 1800 - 2500 кг/м3, легкі - 500 - 1800 кг/м3 та особливо легкі (теплоізоляційні) - менше 500 кг/м3.

За видом в'яжучої речовини бетони поділяють на цементні, силікатні, гіпсові, асфальтобетонні, полімерцементні. Силікатні бетони отримують з суміші вапна і піску з наступним твердінням в автоклавах.

Залежно від структури бетони поділяють на щільні та пористі. В щільному бетоні всі проміжки між зернами наповнювача займає в'яжуча речовина. Легкі бетони виготовляють із застосуванням природних чи штучних наповнювачів або піно- чи газоутворювачів.

За призначенням бетони поділяють на конструкційні - для бетонних та залізобетонних несучих конструкцій будівель і споруд (фундаментні блоки, балки, колони, плити тощо); гідротехнічні - для будівництва гребель, шлюзів, облицювання каналів та ін.; бетон для стін будівель і легкого перекриття; дорожні - для доріг та аеродромів; спеціальні - хімічно стійкі, жаростійкі, декоративні, бетонополімери та інші.

Матеріали для важкого бетону

Міцність, довговічність та інші властивості бетону в значній мірі залежать від якості вихідних матеріалів. Залежно від призначення та умов експлуатації бетону в споруді його складові компоненти мають відповідати певним вимогам.

Цемент. Вибір виду і марки цементу визначається міцністю бетону, умовами його твердіння і експлуатації бетонної конструкції. Для важких бетонів рекомендуються такі марки цементів:

Марка бетону	М 100	М 150	М 200	М 300	М 400	М 500	М 600
Марка цементу	300	300	400	400	500	550-600	600

Якщо марка цементу вище рекомендованої, то можна застосувати мікро наповнювачі - тонко розмелені вапняки, доломіт, шлак, зола тощо.

Вода. Для приготування бетонних сумішей і для поливання бетону застосовують воду, яка не має шкідливих домішок (сульфати, мінеральні та органічні кислоти, жири, цукор тощо), що заважають нормальному твердінню бетону. Придатність води можна перевірити в лабораторії або перевіркою міцності зразків бетону на 28 добу з початку твердіння.

Пісок. Як дрібний наповнювач для важкого бетону застосовується природний пісок з розміром зерен від 0,14 до 5 мм. Глинисті та органічні домішки знижують міцність бетону.

В якості крупного наповнювача для важкого бетону застосовують гравій або щебінь гірничих порід, інколи шлаковий та цегляний щебінь.

Гравій - суміш зерен округлої форми розміром 5 - 70 мм, що утворилися в процесі руйнування гірських порід. Гравій часто має домішки піску, глини, пилу та органічних речовин, що негативно позначається на якості бетону.

Щебінь утворюється шляхом подрібнення гірничих порід, бою цегли, шлаків тощо. Отриману суміш зерен різної величини (5 - 70 мм) просіюють на різні фракції (5 - 10, 10 - 20, 20 - 40, 40 - 70 мм). Відсіяні частинки розміром до 3 мм можна використати як пісок. В щебені менше домішок ніж в гравії і щеплювання щебеню з піщано-цементною сумішшю краще. Доцільніше застосовувати щебінь більших розмірів, якщо це не обмежене розмірами бетонної конструкції, відстанню між арматурою та іншими чинниками. Для зменшення пустотності між щебенем великих фракцій при приготуванні бетонної суміші доцільно змішувати різні фракції у певному співвідношенні. Вміст глинистих і пилових частин в бетонах марок М300 - М600 допускається не більше 1%. На міцність бетону суттєво впливає міцність зерен щебеню. За міцністю та морозостійкістю щебінь також поділяють на певні марки.

Властивості бетонної суміші і бетону

Свіжо приготована бетонна суміш повинн мати добру удобоукладуваність, тобто здатність заповнювати форму і ущільнюватись. Ця властивість суміші оцінюється рухомістю або жорсткістю.

Рухомістю бетонної суміші називають здатність її розпливатися під дією власної маси. Ступінь рухомості оцінюють величиною осадки конуса, сформованого з цієї суміші. Рухомість бетонної суміші визначається на стандартному зрізаному металевому конусі висотою 300 мм з діаметрами основ 100 і 200 мм. Конус встановлюють на металеву поверхню і через верхній отвір заповнюють сумішшю з її ущільненням. Після ущільнення металевий конус знімають. Конус з бетонної суміші під дією власної маси починає осідати. Величину осадки замірюють лінійкою. Чим більша осадка конуса тим більша рухомість бетонної суміші.

Одночасно з рухомістю можна визначити зв'язаність компонентів суміші. При недостатній зв'язаності під час зняття металевого конуса бетонна суміш буде осипатись і бетонний конус може розвалитись.

Жорсткістю бетонної суміші називають її здатність розпливатись і заповнювати форму під дією вібрації. Величина жорсткості характеризується часом вібрації в секундах, необхідним для вирівнювання і ущільнення суміші у формі спеціального приладу.

Рухомість бетонної суміші залежить від виду цементу, кількості води і цементного тіста, зернистості і форми наповнювача, вмісту піску. Рухомість суміші слід вибирати якомога меншою, але достатньою для доброго укладування і ущільнення суміші.

Так для тонкостінних конструкцій рекомендуються суміші з рухомістю 40 - 60 мм і жорсткістю 10 - 15 сек, для для виготовлення балок, плит, колон - суміші з рухомістю 20 - 40 мм і жорсткістю 15 - 25 сек, для фундаментів - суміші з рухомістю 0 мм і жорсткістю 50 - 60 сек.

До основних властивостей важкого бетону відноситься міцність, щільність, водонепроникність, морозостійкість, усадка та розширюваність, стійкість проти корозії, вогнестійкість.

Міцність на стискування є основним показником механічних властивостей бетону. Вона визначається межею міцності при стискуванні зразків 150 х 150 х 150 мм, виготовлених з певної бетонної суміші і витриманих в нормальних умовах 28 діб.

За межею міцності на стискання для важких бетонів встановлені такі марки: М 100, М 150, М 200, М 250, М 300, М 350, М 400, М 450, М 500, М 600, М 700, М 800. Для фундаментів та інших масивних конструкцій застосовують бетон М 100 і М 150, для звичайних залізобетонних конструкцій - бетон М 200 та М 250, для попередньо навантажених залізобетонних конструкцій - бетон М 300 - М 600.

...