ГРАЂЕВИНСКИ МАТЕРИЈАЛИ 1 ДОБРО ДОШЛИ НА ГРАЂЕВИНСКЕ МАТЕРИЈАЛЕ

Transcript

1 ГРАЂЕВИНСКИ МАТЕРИЈАЛИ 1 ДОБРО ДОШЛИ НА ГРАЂЕВИНСКЕ МАТЕРИЈАЛЕ 1! Проф. др Драгица Јевтић, дипл.инж.тех. Доц. др Димитрије Закић, дипл.инж.грађ. Асист. Александар Савић, дипл.инж.грађ. Асист. Александар Радевић, дипл.инж.грађ. ЛАБОРАНТ: Саво Ставњак Грађевински факултет Универзитета у Београду ГРАЂЕВИНСКИ МАТЕРИЈАЛИ 1 ШКОЛСКА 2013/14 ГОДИНА

2 ЛИТЕРАТУРА 1. М. Мурављов: Грађевински материјали (уџбеник) 2. М. Мурављов, И. Стојиљковић, С. Живковић, Д. Јевтић, Т. Ковачевић, М. Красуља: Практикум за вежбања из Грађевинских материјала 3. М. Мурављов: Грађевински материјали - збирка решених испитних задатака 4. М. Мурављов, С. Живковић: Грађевински материјали - збирка решених испитних задатака 5. С. Живковић: Грађевински материјали - збирка решених тестова DOBRODOŠLI U SVET MATERIJALA!

3 UVOD Naučna disciplina koja se bavi izučavanjem građevinskih materijala nesumnjivo je jedna od najstarijih u oblasti tehničkih ih nauka. Njeni izvori dosežu u do samih početaka evolucije ljudskog društva, što je i razumljivo, pošto je građenje oduvek predstavljalo jednu od najznačajnijih ajnijih ljudskih aktivnosti. Potrebe građenja i dometi u poznavanju materijala uvek su bili tesno povezani. Štaviše, dostignuti nivo poznavanja materijala često je bio pokazatelj ostvarenog nivoa celokupnog društvenog razvoja: kameno doba, bakarno doba, bronzano doba, gvozdeno doba. UVOD Dok su u najranijim istorijskim periodima korišćeni jedino prirodni materijali drvo, kamen, po pravilu uz veoma skroman stepen obrade, vremenom su počeli da se primenjuju i materijali koje danas nazivamo vešta tačkim (opeka, malter, beton, čelik i dr.) Zahvaljujući i tehničkom napretku, vremenom je postalo moguće e uticati na pojedina svojstva materijala. Danas su stvorene takve mogućnosti, koje omogućavaju ne samo visok stepen obrade i poboljšanje svojstava tradicionalnih materijala, već i stvaranje potpuno novih materijala, sa unapred definisanim svojstvima.

4 UVOD Istorijski razvoj građevinskih materijala u osnovi odgovara prikazu na donjoj slici. Deceniju karakteriše e važan an događaj u tehnologiji materijala pojava konstrukcionih čelika. UVOD Do tog vremena uglavnom su se koristili drvo, kamen i opeka, dok je beton počeo široko da se primenjuje tek nakon pojave čelika u obliku sprege beton čelik (armirani beton, prednapregnuti beton)

5 UVOD Vrlo intenzivan razvoj na području sintetičkih organskih materijala već danas je doveo do njihove primene u nizu oblasti građevinarstva,, a prema nekim prognozama, već u prvim decenijama 21. veka obim njihove primene mogao bi da prevaziđe mnoge danas nezamenljive materijale. Prema uslovima primene u građevinskim objektima i konstrukcijama, građevinski materijali se,, u opštem slučaju, mogu podeliti na 2 grupe: Materijali univerzalnog tipa ili Konstrukcioni materijali (prirodni kameni materijal, vešta tački kameni materijali malteri i betoni, keramički ki materijali, metali, drvo i dr.) Materijali specijalne namene (termo - i zvukoizolacioni, hidroizolacioni materijali, antikorozioni premazi, boje, lakovi, lepkovi i dr.)

6

7 UVOD Građevinske materijale treba posmatrati u širem kontekstu: kao materijale, ali i kao sirovine za dobijanje drugih građevinskih materijala.. Drugim rečima, oni čine celokupan kompleks materijalnih komponenata, na osnovu kojih se formiraju građevinske konstrukcije i objekti. Poznavanje građevinsk evinskih materijala podrazumeva poznavanje niza činjenica i uticajnih faktora, relevantnih za njihovu primenu u građevinarstvu.. Radi se o sintezi stavova više e naučnih nih disciplina: hemije, fizike, tehnologije, otpornosti materijala i dr. Ovo poznavanje je od prvorazrednog značaja aja za pravilnu i racionalnu primenu materijala: osnovni podaci o materijalu, tehnološki proces proizvodnje, oblast primene, način prerade, bitna svojstva, ponašanje anje u različitim itim uslovima eksploatacije i metode ispitivanja svojstava.

8 UVOD Svojstva i ponašanje anje materijala pod određenim uslovima načelno se mogu tumačiti polazeći i od atomsko-molekularne molekularne strukture, rasporeda elementarnih čestica, unutrašnjih njih sila veze i drugih stavova na kojima se zasnivaju savremena termodinamička shvatanja o strukturi materije. Kako je ovakav pristup komplikovan i sa praktičnog stanovišta necelishodan, a ponekad se radi i o pojavama koje još nisu sasvim rasvetljene, to se primenjuje tzv. Fenomenološki pristup: Proučavanje pojave kao takve, na bazi objektivnih eksperimentalnih rezultata ispitivanja, bez dubljeg ulaženja u fizičku ili hemijsku suštinu fenomena.

9

10 Razvoj na području materijala, a to važi i za građevinske materijale, danas i dalje teče na osnovama naučne discipline pod nazivom Nauka o materijalima. Ova nauka, koja povezuje fiziku i fizičku hemiju čvrstog stanja materije, predstavlja veoma efikasan aparat za uspešno tumačenje i rešavanje praktično svih problema na području materijala, prvenstveno u segmentu opštih zakonitosti dobijanja određenih tipova materijala, ali i na polju ispitivanja i istraživanja materijala u najopštijem smislu.

11 Okosnicu ove nauke predstavlja tzv. strukturalistički koncept, prema kome se uslovi formiranja određenih materijala i determinisanje njihovih svojstava u najvećoj meri svode na funkcionalnu relaciju koja povezuje karakteristike materijala i njihov sastav, odnosno strukturu. Međutim, zbog kompleksnosti problematike o kojoj je reč, karakteristike materijala se nužno moraju sagledavati i kroz faktor tehnologije, tako da se u okviru nauke o materijalima svojstva materijala uvek razmatraju kao rezultat simultanog delovanja sledećih uticajnih parametara: sastava u najširem smislu reči, tehnologije proizvodnje i ostvarene strukture. DISPERZNI SISTEMI

12 OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH MATERIJALA OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH MATERIJALA Opšta i specifična svojstva

13 OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH MATERIJALA Parametri stanja i strukturna svojstva OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH MATERIJALA Parametri stanja i strukturna svojstva

14 OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH MATERIJALA Fizička svojstva Sadržaj aj podpoglavlja OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH MATERIJALA ka svojstva Hidrofizička svojstva Fizička svojstva Higroskopnost: Sposobnost kapilarno poroznih materijala (kapilare <10-4 mm) da iz vlažnog vazduha upijaju vodenu paru. Ovo upijanje je uslovljeno: -Polimolekularnomabsorpcijom vodene pare na zidovima kapilara, -Kapilarnom kondenzacijom. Higroskopskisadržaj vlage je funkcija: -Relativne vlažnosti vazduha i -Temperature vazduha Maksimalni sadržaj vlage: -Onaj ravnotežni sadržaj koji odgovara datoj temperaturi i relativnoj vlažnosti vazduha od 100%. -Raste sa poroznošću materijala, -Raste sasmanjenjem prečnika kapilara

15 OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA ka svojstva Hidrofizička svojstva Fizička svojstva m Upijanje vode: 0v m0 mv u = 100 = 100 (%) m m 0 0

16 Slide 29 D1 Dusan, 2/18/2007

17 OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA ka svojstva Hidrofizička svojstva Fizička svojstva Vlažnost, upijanje vode i zapreminska masa vlažnog, odnosno vodom zasićenog materijala OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Hidrofizička svojstva Upijanje vode po zapreminskim i masenim jedinicama, otvorena poroznost i upijanje vode, koeficijent zasićenostimaterijala u p vol o Vv mv/ γ v γ = 100 = 100 = u V m / γ γ Koeficijent zasićenosti: 0 V po Vv, p mv, p / γ v = 100 = 100 = 100 = u V V m / γ 0 v V v, m v - Zapremina, odnosno masavode u stanju zasićasićei uzorka vodom p γ γ v V v,p, m v,p -Zapremina, odnosno masavode u uzorku zasićenom vodom pod pritiskom u ' ku = ; ku = u p u vol p Kada su sve pore otvorene i ispunjene vodom: u vol = p, k u = k u =1

18 OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA ka svojstva Hidrofizička svojstva Fizička svojstva Vodopropustljivost, vodonepropustljivost Koeficijent Vv a filtracije : k f = ( m / h) S t p Vodopropustljivostje svojstvo materijala da usled poroznosti propušta vodu pod pritiskom Vodonepropustljivostje svojstvo materijala da pod unapred definisanimpritiskom ne propušta vodu Smatra se da je neki materijal vodonepropustljivako se nakon određenog tretmana, u smislu porasta i dužine trajanja pritiska, kroz njega ne registruje prolaz vode Vodonepropustljivost je veća ukoliko je njegova otvorena poroznost manja. Vrlo kompaktni materijali su, po pravilu, praktičnovodonepropustljivi OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Hidrofizička svojstva Skupljanje i bubrenje materijala Skupljanje i bubrenje su zapreminske deformacije koje se javljaju usled promene vlažnosti materijala Veličine skupljanja nekih materijala: Pri sušenju dolazi do smanjivanjaslojeva vode koja okružuje čestice materijala, što dovodi do povećanja unutrašnjih kapilarnih sila, koje teže da čestice materijala približe. Naizmenično sušenje i vlaženje poroznih materijala dovodi do neprekidnog smenjivanja deformacija skupljanja i bubrenja. Ove višekratne ciklične promene vrlo često izazivaju pojavu prslina u materijalui ubrzavaju njegovu destrukciju!

19 OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Termotehnička svojstva Toplotna provodljivostmaterijalaogledase u njegovompropuštanju stacionarnog toplotnog fluksa (protoka) usled razlike temperatura DT=T 1 T 2 na dvema graničnimpovršinama. Ovo svojstvo materijala karakteriše koeficijent toplotne provodljivosti λ, koji je definisan izrazom: q f Stacionarni toplotni fluks, q Specifični toplotni fluks Toplotna izolacija objekata može se posmatrati kroz tri zasebne celine:

20 OSNOVNI TEHNIČKI PODACI O TERMOIZOLACIONIM SVOJSTVIMA STANDARDNIH GRAĐEVINSKIH MATERIJALA l - koeficijent toplotne provodljivosti c - specifična toplota m - faktor otpora difuziji vodene pare a t - koeficijent toplotnog izduženja g - zapreminska masa SRPS U.J5.600:1998 OSNOVNI TEHNIČKI PODACI O TERMOIZOLACIONIM SVOJSTVIMA STANDARDNIH GRAĐEVINSKIH MATERIJALA SRPS U.A2 A2.020 Termoizolacioni materijali imaju l < 0.3 W/(mK) pravi termoizolacioni materijali: l < 0.06 W/(mK) termoizolacioni materijali sa konstrukcionim svojstvima: 0.06 < l < 0.3 W/(mK)

21 Pravilan izbor određenog enog termoizolacionog materijala je tesno povezan sa: analizom svojstava termoizolacionih materijala u odnosu na svojstva ostalih materijala od kojih se izvode pojedini elementi konstrukcije, analizom položaja elementa konstrukcije u odnosu na okruženje i analizom sredine. termo-higrometrijskih uslova OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Termotehnička svojstva Ukupno propuštanje toplote i otpor propuštanja toplote a) Toplotni fluks upravan na slojeve pregrade b) Toplotni fluks paralelan sa slojevima pregrade

22 OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Termotehnička svojstva Koeficijent prolaza toplote k, otpor prolaza toplote 1/k i temperature na granicama pojedinih slojeva pregrade T j

23 OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Termotehnička svojstva Koeficijenti prelaza toplote Recipročne vrednosti ovih koeficijenata otpori prelaza toplote : 1/α i =1/8=0,125 0,12; (1/6=0,16 0,17); 1/α e =1/23=0,043 0,04 OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Termotehnička svojstva Zapreminske mase i koeficijenti toplotne provodljivosti nekih materijala Vrednostima iz tabeletrebadodati još i sledeće vrednosti: g l - Vazduh - 0,023 -Voda ,85 -Led 917 2,30

24 OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Termotehnička svojstva Otpor propuštanja toplote za vazdušne slojeve OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Termotehnička svojstva Postupak eksperimentalnog određivanja vrednosti koeficijenta toplotne provodljivosti l

25 OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Termotehnička svojstva Toplotnaprovodljivost u funkcijiporoznosti, odnosno zapreminskemasematerijala 1. -Suvi materijali 2, 3-Vlažni materijali 4. -Materijali zasićeni vodom OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Termotehnička svojstva Koeficijent l je i funkcija temperature T, prema sledećem em empirijskom obrascu: l T = l ( ,005 T) gde je: l T - Koeficijent toplotne provodljivosti za proizvoljno T l 0 - Koeficijent toplotne provodljivosti za T=0 0 C Vlaga koja ulazi u pore materijala povećava njegovu toplotnu provodljivost,, pošto je koeficijent l za vodu oko 37 puta veći nego za vazduh! Smrzavanje vode u porama još više e povećava toplotnu provodljivost,, pošto je l za led 2,7 puta veće nego za vodu, a oko 100 puta veće nego za vazduh! Toplotna provodljivost ne zavisi samo od ukupne zapremine pora u njemu, već u velikoj meri i od veličine ine pora. U porama malog prečnika vazduh miruje, dok se u većim porama i šupljinama vazduh kreće, e, čime se povećava toplotna provodljivost! (Pri temperaturi T=0, npr., u porama prečnika 3 mm toplotna provodljivost vazduha je skoro 2 puta veća a nego u porama prečnika 0,5 mm; pri temperaturi T=100 0 C ovaj odnos je 3!

26 Zavisnost koeficijenta termičke provodljivosti stiropora l od zapreminske mase KLASIFIKACIJA TERMOIZOLACIONIH MATERIJALA NA OSNOVU POREKLA SIROVINE ZA PROIZVODNJU TERMOIZOLACIONI MATERIJALI MINERALNOG POREKLA ORGANSKOG POREKLA TI MALTERI I BETONI Kamena vuna Polimeri Prirodni materijali Termoizolacioni malteri Staklena vuna Ekspandirani polistiren Trska Termoizolacioni betoni Ekstrudirani polistiren Drvena vlakna sa min. vezivom EPS betoni Poliuretan Reciklirana celuloza Gas-betoni (siporeks) 50

27 EKSTRUDIRANI POLISTIREN DELTADUR (XPS) Osnovna svojstva dominantna je zatvorena poroznost, mala paropropustljivost i izrazito malo upijanje vode.

28 Visina kapilarnog upijanja SIMPROLITA

29 Ispitivanje kapilarnog upijanja DELTADUR-a

30

31

32

33

34 Da bi bili konkurentni na tržištu tu savremeni građevinski termoizolacioni materijali treba da zadovolje niz strogo postavljenih zahteva,, u koje svakako spadaju: niska zapreminska masa, tj. visoka poroznost; zadovoljavajuće e mehaničke čvrstoće; malo upijanje vode; dobra termoizolaciona svojstva; zadovoljavajuća a provodljivost pare i gasova; otpornost na dejstvo mraza; hemijska i biološka postojanost; otpornost na dejstvo požara; netoksičnost; nost; prihvatljiva cena; mogućnost recikliranja.

35 Nepoznavanje svojstava termoizolacionih materijala u praksi može dovesti do: značajnog ajnog smanjenja efekata termoizolacije, pojave pratećih neželjenih eljenih efekata: vlaga, truljenje materijala, buđ, klobučenj enje,, ljuspanje i otpadanje paronepropusnih završnih slojeva i oštećenja enja usled dejstva mraza. 67 OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Termički koeficijent linearnog širenja Termički koeficijent linearnog širenja materijala a T (1/ 0 C) predstavlja dilataciju štapa izrađenog od nekog materijala pri promeni temperature za 1 0 C Primer: Ako usvojimo za čelik α t = , tada se lako može e dobiti promena dužine ΔL čeličnog nosača dužine L=50 m pri promeni tempera- ture T za vrednost ΔT=20 0 C, naime: ΔL L = = m ΔL L = 12 mm

36 OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Termička stabilnost i otpornost na dejstvo požara Termička stabilnost materijala ocenjuje se prema njegovom stanju nakon izlaganja višekratnim oštrim o promenama temperature Za materijal se kaže e da je termički stabilan ako se na njemu nakon propisanog tretmana oštrih o promena temperature, na njemu ne pojave prsline, pukotine ili neki drugi oblici destrukcije Ovo svojstvo tesno je povezano sa homogenošću u materijala i sa koeficijentom α T (termička stabilnost materijala je tim veća što je α T manje i što je materijal homogeniji). Primeri: - Kvarcno staklo ima α T =5 10-7, pa njega karakteriše e visoka termička stabilnost, - Monomineralni kamen (npr. mermer) ima veću u termičku stabilnost, nego kamen sastavljen od više e minerala (npr. granit) Otpornost materijala na dejstvo požara predstavlja sposobnost materijala da se suprotstavi kratkotrajnom delovanju visokih temperatura koje deluju u vreme požara (do C). Konstrukcijski materijali moraju nakon požara u potpunosti da sačuvaju svoja mehanička svojstva. Otpornost na dejstvo požara zavisi od stepena sagorivosti i sposobnosti paljenja materijala OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva - Viskozitet Viskozitet je jedno od najznačajnijih svojstava tečnosti, a pod njim se podrazumeva unutrašnje trenje koje karakteriše sila, potrebna da se izvrši pomeranje jednog sloja tečnosti u odnosu na drugi. Viskozitet se najčešće razmatra pri laminarnom kretanju tečnosti u cevima. U tom slučaju sile trenja deluju paralelno osi kretanja

37 OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva - Viskozitet Za koeficijent viskoziteta η u sistemu jedinica SI, polazeći od Njutnovog zakona, dobija se jedinica Pa s (videti dole, levo). Za praktične potrebe, međutim, viskozitet se ponekad ne računa iz definicionog izraza i ne izražava u Pa s, već se kao mera viskoziteta uzima ono vreme u sekundama koje je potrebno da određena zapremina tečnosti istekne kroz otvor propisanih dimenzija. Na ovom principu radi Redvudovviskozimetar (dole, desno) OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Postojanost na mrazu Ovo svojstvo materijala ogleda se u njegovoj sposobnosti da u stanju zasićenosti vodom, bez vidljivih tragova destrukcije i bez značajnijeg ajnijeg pada čvrstoće, podnese određen broj ciklusa smrzavanja i odmrzavanja Smatra se da je materijal postojan na mrazu ako se po završetku tretmana smzavanje odmrzavanje njegova čvrstoća a ne smanji više e od 25% i ako gubitak mase uzorka nije veći i od 5% ku = u/u p DV > 0 fi k u < 0,92 (ледима местаза ширење), DV < 0 fi k u > 0,92 (леднема местаза ширење k u 0,80

38 OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizička svojstva Postojanost na mrazu

39

40

41

42

43