poradnik_02_wlasciwosci.pdf

W³aciwoci materia³ów budowlanych

Spis treci rozdzia³u 2

2.0

W³aciwoci materia³ów budowlanych

Uwagi wstêpne

2.1

Wielkoci, oznaczenia, jednostki 2.1.1

Podstawowe cechy materia³ów budowlanych

2.2

Struktura wewnêtrzna 2.2.1

W³aciwoci wytrzyma³ociowe 2.2.2

Odkszta³cenia 2.2.3

W³aciwoci z zakresu fizyki budowli 2.2.4

Styropian

2.3

Produkcja 2.3.1

W³aciwoci fizyczne 2.3.2

W³aciwoci chemiczne 2.3.3

Reakcja na ogieñ 2.3.4

Wymagania fizykomechaniczne 2.3.5

Literatura i normy

2.4

2.1.1

Uwagi wstêpne

Wielkoci, oznaczenia, jednostki

Wielkoæ

oznaczenie

jednostka

masa

objêtoæ

gêstoæ

ka¿dorazowo z odpowiednim indeksem uwzglêdniaj¹cym

pory

materia³u szkieletu

wodê

stan suchy

wilgotnoæ

wilgotnoæ obliczeniow¹

m 3

kg/m 3

w,obl

porowatoæ

wilgotnoæ masowa

wilgotnoæ objêtociowa

si³a

sta³a si³a

powierzchnia przekroju

d³ugoæ

zmiany d³ugoci

z odpowiednim indeksem dla oznaczenia

pe³zania

odkszta³ceñ elastycznych

termicznych

skurczu/pêcznienia

naprê¿enie

odkszta³cenie

wytrzyma³oæ

wytrzyma³oæ na rozci¹ganie

wytrzyma³oæ na ciskanie

modu³ sprê¿ystoci

pe³zanie

wspó³czynnik rozszerzalnoci termicznej

skurcz

pêcznienie

temperatura

zmiany temperatury

wspó³czynnik przewodzenia ciep³a

ciep³o w³aciwe

wspó³czynnik przepuszczania pary wodnej

wspó³czynnik oporu dyfuzyjnego

opór dyfuzyjny

sztywnoæ dynamiczna

u m

u v

F o

m 2

s/p.

f r

f s

a T

e s

e p

1/K

o C

W/(m·K)

J/(kg·K)

kg/(m·Pa·s)

(m 2 ·Pa·s) /kg

MN/m 3

Z p

Podstawowe cechy materia³ów budowlanych

Struktura wewnêtrzna

2.2.1

Gêstoæ, porowatoæ, wilgotnoæ

Opis materia³u budowlanego, uwzglê-

dniaj¹cy w³aciwoci techniczne i jego

stan wilgotnociowy, wymaga wprowa-

dzenia trzech wielkoci: gêstoci, zarów-

no materia³u suchego jak i materia³u za-

wieraj¹cego wilgoæ w porach,

porowatoci, pozwalaj¹cej na opis nie tyl-

ko iloci ale i struktury porów w materia-

le oraz wilgotnoci odnoszonej do masy

lub objêtoci materia³u ®o 2.2.1/2.

Wielkie znaczenie dla oceny przydatnoci

materia³u do konkretnego zastosowania

maj¹ informacje o jego strukturze we-

wnêtrznej. Od niej bowiem zale¿¹ takie

w³aciwoci materia³u jak: wytrzyma³oæ,

odkszta³calnoæ, izolacyjnoæ termiczna

itp. Jedn¹ z podstawowych informacji

o materiale jest gêstoæ, okrelana jako

stosunek masy [kg] i objêtoci [m 3 ].

2.2.1/2

gêstoæ szkieletu materia³u

Niezale¿nie od w³aciwoci fizyczno-che-

micznych szkieletu materia³u, w przypad-

ku materia³ów budowlanych du¿e zna-

czenie ma obecnoæ i w³aciwoci porów

powietrznych zawartych w materiale. Pory

wewn¹trz materia³u mog¹ byæ ca³kowicie

suche, wype³nione wod¹ czêciowo lub

ca³kowicie. Ma to wiêc wp³yw na rzeczy-

wist¹ masê materia³u przy ró¿nych stop-

niach zawilgocenia i inne w³aciwoci fi-

zyczne ®o 2.2.1/1 .

gêstoæ suchego materia³u

gêstoæ materia³u wilgotnego

gêstoæ przy wilgotnoci obliczeniowej

porowatoæ

2.2.1/1

wilgotnoæ objêtociowa

Masa suchego materia³u

m s , kg

wilgotnoæ masowa

materia³ szkieletu

pory powietrzne

Wilgotnoæ materia³ów ju¿ wbudowanych

zale¿y ka¿dorazowo od warunków panu-

j¹cych w otoczeniu, a tak¿e od zastoso-

wanej technologii i czasu, jaki min¹³ od

ukoñczenia budowy. Dla celów projekto-

wych mo¿na jednak przyjmowaæ przeciêt-

ne, potwierdzone badaniami i obserwa-

cjami na obiektach rzeczywistych,

wartoci wilgotnoci ustabilizowanej, jak¹

osi¹gaj¹ materia³y w tzw. stanie powietrz-

no-suchym ®o 2.2.1/3.

Masa materia³u wilgotnego

m w , kg

m w,obl , kg

materia³ szkieletu

pory powietrzne

pory wype³nione

wod¹

Masa wody w materiale

m H = m w - m s , kg

2.2.1/3

Objêtoæ wody w materiale

materia³

u v , % u m , %

beton o szczelnej strukturze i kruszywie

beton o szczelnej strukturze i porowatym kruszywie

ceg³a

1.5

Objêtoæ materia³u

wapieñ

gips, anhydryt

styropian

0.075

zasypki nieorganiczne (perlit, wermikulit)

Objêtoæ szkieletu

drewno, materia³y drewnopochodne

V sz

organiczne, izolacyjne materia³y w³ókniste

Objêtoæ porów

V p = V - V sz

2.2.2

Podstawowe cechy materia³ów budowlanych

W³aciwoci wytrzyma³ociowe

Wytrzyma³oæ, modu³ sprê¿ystoci

Przebieg takiego badania przedstawiono

skrótowo poni¿ej, przyk³adowy materia³

jest w nim poddany ciskaniu/rozci¹ga-

niu:

na rozci¹ganie f r i ciskanie f s przedsta-

wiono w tabeli ®o 2.2.2/3 .

Ka¿de cia³o, na które dzia³a niezrówno-

wa¿ona si³a, porusza siê ruchem przy-

pieszonym, z przyspieszeniem zale¿nym

od masy cia³a, zgodnie z zale¿noci¹:

2.2.2/3

materia³

f, MPa

n sporz¹dzenie próbki w kszta³cie prêta

d³ugoæ l, mm

przekrój A, mm 2

n umieszczenie próbki w maszynie zry-

waj¹cej

n obci¹¿enie od zera do zerwania

n pomiar si³y zrywaj¹cej i odkszta³cenia

si³a F, N

wyd³u¿enie Dl, mm

n obliczenie naprê¿eñ oraz wzglêdnego

odkszta³cenia

naprê¿enia

stal

f r

370 do 690

si³a = masa · przypieszenie

beton

f s

5 do 55

mur

f s

1.5 do 25

Jednostkowa si³a (1 niutona, 1 N) nadaje

cia³u o jednostkowej masie (1 kg) jedno-

stkowe przypieszenie (1 m/s 2 ).

Szczególnym rodzajem si³y jest si³a przyci¹-

gania ziemskiego (si³a ciê¿koci, ciê¿ar),

która nadaje cia³u spadaj¹cemu swobo-

dnie przypieszenie zwane ziemskim. Je¿eli

cia³o nie mo¿e spadaæ - jest podparte - wy-

wiera na p³aszczyznê poziom¹ nacisk rów-

ny swojemu ciê¿arowi. W technice zwykle

przyjmuje siê przybli¿on¹ wartoæ przypie-

szenia ziemskiego, równ¹ 10 m/s 2 . Wów-

czas cia³o o masie 1 kg ma ciê¿ar 10 N.

drewno iglaste

f r

80 do 100

styropian

f r

0.1 do 0.5

modu³ sprê¿ystoci

E, MPa

Modu³ sprê¿ystoci jest definiowany jako

tangens k¹ta nachylenia wykresu naprê-

¿eñ w funkcji odkszta³ceñ w obszarze za-

le¿noci liniowej. Jego wartoæ liczbowa

jest równa ilorazowi naprê¿eñ i odpowia-

daj¹cej im wartoci odkszta³ceñ. Modu³

sprê¿ystoci mo¿na interpretowaæ jako

opór przeciwko odkszta³ceniom stawiany

przez materia³ obci¹¿ony si³¹.

wyd³u¿enie/skrócenie wzglêdne

Obecnoæ si³ jest w budownictwie zwi¹za-

na nie tylko z przyci¹ganiem ziemskim,

ale tak¿e z wiatrem, trzêsieniem ziemi

i innymi wp³ywami.

n przedstawienie zale¿noci pomiêdzy

naprê¿eniem a wyd³u¿eniem/skróce-

niem na wykresie ®o 2.2.2/2 .

Wartoci liczbowe modu³u sprê¿ystoci

ró¿nych materia³ów przedstawiono w ta-

beli ®o 2.2.2/4 .

Przy³o¿enie si³ do poszczególnych elemen-

tów budynku powoduje powstanie w nich

ró¿norodnych naprê¿eñ, najwa¿niejsze

z nich przedstawiono na rys. ®o 2.2.2/1 .

2.2.2/2

2.2.2/4

materia³

E, MPa

2.2.2/1

stal

21·10 4

beton

(2do3)·10 4

si³y

mur

(0.2 do 1.0)·10 4

drewno iglaste

çç

1.0·10 4

obszar zale¿noci liniowej

drewno iglaste

0.03·10 4

rozci¹-

ganie

czyste

ciskanie

z wybo-

czeniem

styropian

3.5 do 9.5

Dziêki wprowadzeniu pojêcia modu³u

sprê¿ystoci mo¿na w bardzo prosty spo-

sób zapisaæ, dla zakresu liniowego, za-

le¿noæ pomiêdzy naprê¿eniem i od-

kszta³ceniem, a mianowicie:

wyd³u¿enie/skrócenie, %

Przebieg krzywej na wykresie jest w po-

cz¹tkowej fazie liniowy, jest to tzw. obszar

prostej proporcjonalnoci naprê¿eñ i od-

kszta³ceñ, dalej ju¿ zale¿noæ ma charak-

ter krzywoliniowy.

zginanie

cinanie

s = E · e

Wystêpuj¹ce w elementach budynku sta-

ny obci¹¿eñ wymagaj¹ okrelenia ich no-

noci, a tak¿e mo¿liwoci w³aciwego

u¿ytkowania, a wiêc konieczne jest

sprawdzenie naprê¿eñ i odkszta³ceñ.

n wyznaczenie wytrzyma³oci i obliczenie

modu³u plastycznoci

wytrzyma³oæ

f, MPa

Do okrelania w³aciwoci materia³ów

zwi¹zanych z nonoci¹ i u¿ytkowaniem

s³u¿¹ takie wielkoci jak wytrzyma³oæ

i modu³ sprê¿ystoci. Okrela siê je dla

danego materia³u na podstawie badañ,

w których próbka materia³u jest podda-

wana obci¹¿eniom a¿ do zniszczenia.

Wytrzyma³oæ materia³u to najwiêksze

mo¿liwe naprê¿enia. Po osi¹gniêciu ta-

kiej wartoci naprê¿eñ dochodzi do zni-

szczenia materia³u. Tak wiêc wytrzyma-

³oæ odpowiada co do wartoci

naprê¿eniom niszcz¹cym. Wartoci licz-

bowe wytrzyma³oci ró¿nych materia³ów

Podstawowe cechy materia³ów budowlanych

Odkszta³cenia

2.2.3

strona 1

Modu³ sprê¿ystoci, pe³zanie,

wspó³czynnik wyd³u¿alnoci,

skurcz/pêcznienie

Odkszta³cenia sprê¿yste

Pozosta³e odkszta³cenia

Obci¹¿enie u¿ytkowe konstrukcji powo-

duje powstanie w jej elementach naprê-

¿eñ i odkszta³ceñ. Dla zakresu liniowej

zale¿noci odkszta³ceñ i naprê¿eñ mo¿na

zapisaæ:

Oprócz odkszta³ceñ sprê¿ystych, przy sta-

³ych obci¹¿eniach dzia³aj¹cych na kon-

strukcjê budynku, powstaj¹ w wyniku pe³-

zania materia³u tak¿e nieodwracalne

odkszta³cenia. Po przy³o¿eniu obci¹¿enia

ich wartoæ wzrasta pocz¹tkowo doæ

szybko, lecz póniejsze zmiany przebie-

gaj¹ ju¿ wolno a¿ do osi¹gniêcia wartoci

koñcowej.

Zmiana wymiarów elementu budynku

mo¿e byæ wywo³ana nastêpuj¹cymi przy-

czynami:

n dzia³aniem si³

n zmianami temperatury

n zmianami wilgotnoci.

Konstrukcja budynku musi byæ tak zapro-

jektowana, aby w wyniku odkszta³ceñ po-

szczególnych elementów nie dosz³o do

ich uszkodzenia, aby mog³y one spe³niaæ

dalej swoj¹ funkcja u¿ytkow¹ i aby nie

dosz³o do uszkodzenia elementów s¹sia-

duj¹cych.

s = E · e

jeli

to wzór na zmianê

d³ugoci prêta w wyniku dzia³ania si³y

F mo¿na zapisaæ w nastêpuj¹cej postaci:

Wartoæ odkszta³ceñ powstaj¹cych w wy-

niku pe³zania pod wp³ywem sta³ej si³y F o ,

mo¿na wyraziæ jako funkcjê liniow¹ od-

kszta³ceñ sprê¿ystych:

gdzie F

to bezwymiarowy wspó³czynnik

Jeli poprzez zabiegi projektowe nie jest

mo¿liwe wyeliminowanie przyczyn od-

kszta³ceñ (np. poprzez izolowanie ter-

miczne) to element konstrukcji albo musi

mieæ swobodê przemieszczania siê, albo

te¿ konieczne jest przejêcie powsta³ych si³

przez ustrój konstrukcyjny.

pe³zania.

W tabeli ®o 2.2.3/2 podano wartoci

wspó³czynnika pe³zania dla niektórych

materia³ów budowlanych.

Przyk³ady odkszta³ceñ pokazano na rys.

®o 2.2.3/1 .

2.2.3/2

materia³

2.2.3/1

metale

beton

1 do 3.5

wyd³u¿enie

zmiany

d³ugoci

ceg³a

1 do 1.5

skrócenie

wapienie

1 do 2

zginanie

beton komórkowy

2 do 2.5

drewno

0.1 do 0.5

ugiêcie

obrót

wywo³any

ugiêciem

zwichrzenie

skrêcanie

W³aciwoci materia³u, które maj¹ wp³yw

na odkszta³cenia pochodz¹ce od si³y ze-

wnêtrznej, przedstawiono na przyk³adzie

prêta o d³ugoci l i pola powierzchni prze-

kroju A.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: