osnovna svojstva građevinskih materijala

1K M G

Fond: 3+1

Prof. dr Vlastimir RADONJANIN

Prof. dr Mirjana MALEEV

PREDAVANJE br. 2

Osnovna svojstva graevinskih materijala

ta utie na izbor materijala za graenje / ureenje?

2


Osnovna svojstva graevinskih materijala mogu se podeliti na:

3

fizika svojstva

fiziko-mehanika svojstva

hemijska svojstva

reoloka svojstva

eksploataciona svojstva...

U okviru svake od navedenih grupa postoje:

opta svojstva3

specifina svojstva3


Sva svojstva materijala zavise u najveoj meri od njihove strukture i sastava.

Pod STRUKTUROM se generalno podrazumeva graa, odnosno nain na koji su povezani delovi neke celine.

Prema rasporedu svojih delova u prostoru struktura moe biti ureena, neureena i delimino ureenaStruktura materijala se moe prouavati na 3 nivoa, i to:

4

ultramikrostruktura

mikrostruktura

makrostruktura

ULTRAMIKROSTRUKTURA

ULTRAMIKROSTRUKTURA je unutranja struktura materijala, odnosno struktura na

atomsko-jonsko-molekulskom nivou

Ova struktura analizira se metodama:

rentgenostrukturne analize i

elektronske mikroskopije.

5

Unutranju strukturu supstance karakteriu:

veze izmeu elementarnih estica atoma, koje se nazivaju primarne veze (jonska, kovalentna i metalna veza) i

veze izmeu molekula meumolekulske veze, koje se nazivaju i sekundarne veze i Van der Walsove veze.

ULTRAMIKROSTRUKTURA

6

AGREGATNO STANJE

Od intenziteta meumolekularnih sila zavisi agregatno stanje supstance.

vrsto agregatno stanje karakterie:

malo rastojanje izmeu molekula i

jake meumolekularne sile,

zbog ega molekuli materijala ne mogu slobodno da se kreu,ve osciluju oko ravnotenog poloaja.

vrsta supstanca zbog toga ima DEFINISAN OBLIK i KONSTANTNU ZAPREMINU.

2ULTRAMIKROSTRUKTURA

7

AGREGATNO STANJEZa gasovito agregatno stanje karakteristino je da su molekuli na veem meusobnom rastojanju, a meumolekularne sile su manjeg intenziteta, pa se molekuli kreu slobodno ispunjavajui u potpunosti prostor u kome se nalaze i po obliku i po zapremini.

Teno agregatno stanje je prelazni oblik izmeu vrstog i gasovitog agregatnog stanja.

Za ovo stanje je karakteristino da su rastojanja izmeu molekula manja nego kod gasova, pa je intenzitet meumolekularnih sila vei, odnosno dovoljan da tenostima obezbedi stalnost zapremine.

ULTRAMIKROSTRUKTURA

8

AGREGATNO STANJEMeutim sile su nedovoljne da obezbede konstantan oblik, ve zbog kretanja molekula tenosti zauzimaju oblik prostora u kome se nalaze.

PRIMER: voda se moe javiti u sva tri agregatna stanja u

zavisnosti od temperature

Agregatno stanje

Gasovito-vodena para

Teno- voda vrsto - led

Gustina,

kg/m3

600 (na 1000C i pri atm. pritisku)



MIKROSTRUKTURA

9

Kod vrstih materijala razlikuju se dve vrstemikrostruktura vrstih materijala:

kristralna i

nekristalna (amorfna).

Kod kristalne strukture atomi se reaju uprostoru na pravilan nain pa se za njih kae daimaju pravilnu konfiguraciju na velikimrastojanjima.

Kristali su tela pravilnog geometrijskog oblika,oiveeni pravilnim i ravnim povrinama

Kristalna struktura

MIKROSTRUKTURA

10

Pravilnost u konfiguraciji je posledicapostavljanja atoma u procesu ovravanja namesta koja se u prostoru ponavljaju, tako da jesvaki atom povezan sa susednim atomom.

Kristalnu strukturu imaju:

Metali,

Deo stenskih i keramikih materijala i

Led, dijamant, drago kamenje,

MIKROSTRUKTURA

11

Kristali su graeni od manjih strukturnih jedinica koje su pravilno rasporeene u trodimenzionalnu mreu ili kristalnu reetku.

Ove manje strukturne jedinice su ili atomi ili grupe atoma ili celi molekuli (grupe molekula).

Idealni kristal se zamilja kao prostorni sistem dobijenbeskonanim ponavljanjem jednakih strukturnih jedinica.

MIKROSTRUKTURA

12

Kristalna reetka NaCl

3MIKROSTRUKTURA

13

Materijali sa kristalnom strukturom imaju: definisanu taku topljenja i usmerena (anizotropna svojstva)

Tip kristalne strukture u velikoj meri odreuje sledee osobine materijala:

Termike, Elektrine, Optike, Magnetne.

MIKROSTRUKTURA

14

AMORFNI MATERIJALI su oni materijali koji su ureeni na malim rastojanjima, a na velikim nisu.

Ova vrsta strukture nastaje pri brzim procesima ovravanja (npr. brzo hlaenje), kada nema dovoljno vremena da atomi zauzmu poloaj kojim se formira ureena kristalna reetka.

Materijali koji imaju amorfnu strukturu su:

Obino staklo

Neke vrste stenskih materijala i

Plastine mase i polimeri, guma.

MIKROSTRUKTURA

15

Za amorfne materijale je karakteristino da:

Omekavaju pre topljenja,

Imaju neusmerena (izotropna) svojstva

esto su prozirni.

Kristalna forma je stabilnija od amorfne, pa se esto uoava tenja materijala ka prelazu iz amorfnog u kristalno stanje (period kristalizacije traje od nekoliko meseci do nekoliko miliona godina).

Postoje materijali koji se mogu javiti i u jednoj i u drugoj formi (SiO2), a i materijali sa meovitom strukturom, kao npr. gruba graevinska keramika (opeka, crep).

MIKROSTRUKTURA

16

a) Kristalna reetka SiO2 b) Amorfna reetka SiO2

Mikrostruktura materijala (moe se klasifikovati i na

metalnu, polimernu,keramiku i kompozitnu), moe veoma mnogo uticati

na svojstva, kao to su vrstoa, duktilnost, tvrdoa, otpornost na

koroziju, ponaanje na visokim / niskim temperaturama, otpornost na

habanje i tako dalje, koje, u stvari, odreuju primenu materijala.

MAKROSTRUKTURA

17

MAKROSTRUKTURA je struktura koja je vidljiva golim okom. Za vrste materijale razlikuju se sledei tipovi struktura:

Konglomeratina,

elijasta,

Porozna,

Vlaknasta,

Slojevita i

Rastresita.

MAKROSTRUKTURA

18

Konglomeratina struktura

javlja se kod prirodnih i vetakih konglomerata, npr. beton

Keramzit beton

4MAKROSTRUKTURA

19

Konglomeratina struktura

Obian beton

MAKROSTRUKTURA

20

karakterie je postojanje makropora zatvorene poroznosti, javlja se kod gas-betona, peno-betona,

elijastih plastinih masa..

elijasta struktura

Ekspandirani polistiren -Stropor

MAKROSTRUKTURA

21

Gas beton - Siporeks

elijasta struktura

MAKROSTRUKTURA

22

Otvorena kapilarna poroznost, tipina za najvei broj keramikih materijala)

Porozna struktura

Opeka od peene gline

MAKROSTRUKTURA

23

(karakteristina za drvo, neke plastine mase, proizvode na bazi mineralne vune)

Vlaknasta struktura

Drvena graa

MAKROSTRUKTURA

24

ovu strukturu imaju vieslojni plastini materijali i materijali dobijeni lepljenjem tankih listova razliitih vrsta

materijala

Slojevita struktura

Furnirska ploa per ploa

5MAKROSTRUKTURA

25

Nevezani nekoherentni materijali (razne vrste agregata i prakasti materijali kao to su cement, gips, kre...)

Rastresita struktura

Kvarcni pesak


26

Osim strukture graevinske materijale karakteriu:

hemijski sastav (omoguava ocenu trajnosti, mehanikih karakteristika, otpornosti na

povienim temperaturama i dr.)

mineraloki sastav (pokazuje koji minerali i u kojim koliinama ulaze u sastav nekog

materijala. Vaan je kod prirodnih stenskih

materijala i mineralnih veziva)

fazni sastav (definie prisustvo faza - vrste, tene i gasovite u materijalu)

FIZIKA SVOJSTVA MATERIJALA

27

Fizika svojstva materijala mogu se podeliti u dve grupe:

fizika svojstva koja definiu stanje ili osobenost materijala (parametri stanja)

fizika svojstva koja definiu ponaanjematerijala prema spoljanjem fizikom dejstvu

Zapreminska masa materijala

28

Podrazumeva se masa jedinice zapremine materijala zajedno sa porama i upljinama, odnosno masa jedinice zapremine u prirodnom stanju.

Izraunava se prema sledeem obrascu:

(g/cm3, ili kg/m3)

m - masa suvog materijala

V - zapremina materijala sa porama i upljinama


29

Zapreminska masa se za sve materijale odreuje eksperimentalnim putem, na uzorcima pravilnog i nepravilnog geometrijskog oblika,

merenjem mase i odreivanjem zapremine.

Zapreminska masa materijala obuhvata i pore koje ulaze u sastav prirodnih ili vetakih materijala, pa zato z jednog istog materijala zavisi od poroznosti (primer - beton). ...


30

Veliina zapreminske mase u velikoj meri utie na druge osobine materijala (provoenje toplote, mehanike osobine, trajnost).

Zapreminske mase materijala koji se koriste u graevinarstvu variraju u irokim granicama.

Na primer: stiropor od 10-20 kg/m3,

graevinska keramika od 1200-1600 kg/m3,

beton 2200-2500 kg/m3,

elik 7800 kg/m3.

6Zapreminska masa materijala

31

Rastresiti (nekoherentni - disperzni) materijali imaju sledee vrste zapreminskih masa:

zapreminska masa samih zrna (odgovara zapreminskoj masi vrstih materijala koja je ve definisana - obuhvaene samo pore unutar zrna)

zapreminska masa u rastresitom stanju(odgovara prirodnom stanju materijala, odnosno obuhvaene su i pore izmeu zrna)

zapreminska masa u zbijenom stanju (odgovara stanju materijala nakon odreenog zbijanja, smanjena je zapremina praznog prostora izmeu zrna)


32

M1, V1 M1, V2 M2, V2

Specifina masa materijala

33

Pod specifinom masom materijala podrazumeva se masa jedinice zapremine materijala bez pora i upljina, odnosno u apsolutno gustom stanju.


(g/cm3, ili kg/m3)

m - masa suvog materijala

Vs - zapremina materijala bez pora i upljina


34

Specifina masa se odreuje eksperimentalnim putem:

usitnjavanjem suvog materijala u fini prah,

merenjem njegove mase i

odreivanjem zapremine pomou odgovarajuihtenosti (koje hemijski ne reaguju sa materij.).

Za razliite vrste materijala u odgovarajuim standardima propisan je postupak ispitivanja.

Za neke graevinske materijale koji ne sadre pore, kao to su metali i staklo, zapreminska i specifina masa su jednake.


35


36

Specifine mase materijala koji se koriste u graevinarstvu, takoe variraju u irokim granicama.

Na primer, specifina masa:

drveta oko 1500 kg/m3,

betona oko 2600 kg/m3,

elika 7800 kg/m3.

Specifina masa nema tako iroku upotrebnu vrednost kao zapreminska masa i najee se koristi za sraunavanje poroznosti.

7Zapreminska i specifina masa materijala

37

Materijal Granit Vul. tufObinaopeka

upljaopeka

Pesak ljunak

z(kg/m3)

2670 1400 1800 1400 1800 1700

s(kg/m3)

2700 2700 2650 2650 2700 2700

Materijal Normalnibeton

Lakibeton

elik Alumin. Staklo Stiropor

z(kg/m3)

1800-2500

400-1800

7860 2700 2650 15-30

s(kg/m3)

2600 2600 7860 2700 2650

38

MaterijalMin. vuna

Drvo bor

Drvo hrast

Kreni malter

Cem. estrih

Perlitni malter

z(kg/m3)

30-200400-600

700-900

1600 2200 500

s(kg/m3)

1540 1540

Zapreminska i specifina masa materijala

Poroznost materijala

39

Pod poroznou se podrazumeva stepen ispunjenosti odreene zapremine praznim prostorima.

Ovi prazni prostori mogu se grubo podeliti na:

pore (sitni prazni prostori)

upljine (vei prazni prostori)


40


(%)


Vs - zapremina materijala bez pora i upljina

z - zapreminska masa

s - specifina masa


41

Oblik i veliina pora i upljina moe biti veoma razliit.

Na osnovu veliine pora i upljina (prema kriterijumu vidljivosti golim okom) razlikuju se sledee vrste poroznosti:

mikroporozni materijali (pore se ne mogu videti golim okom)

makroporozni materijali (pore se jasno uoavaju), dele se na:

gruboporozni materijali (pore do 2mm)

upljikavi materijali (dimenzije vee od 2mm)


42

U optem sluaju razlikuju se:

zatvorene pore otvorene pore

8Poroznost materijala

43

zatvorene pore otvorene pore


44

Uee otvorenih i zatvorenih pora u okviru ukupne koliine pora menja se u zavisnosti od:

prirode samog materijala,

naina njegove proizvodnje i

vrste materijala koje ulaze u njegov sastav.

Na primer: plastine mase, vulkanske stene, lakovi itd.,

sadre uglavnom zatvorene pore, neke vrste betona, maltera i gruba graevinska

keramika sadre uglavnom otvorene pore.


45

Oblik pora moe biti vrlo razliit i uglavnom je nepravilan, sa glatkim ili hrapavim povrinama zidova.

Zatvorene pore su najee priblino izometrinog oblika (lopta).

Otvorene pore mogu imati kanalni oblik, ravast oblik, oblik boice za mastilo itd.


46

Same pore se prema veliini mogu podeliti na:

nekapilarne (cevice prenika veeg od 10-3m = 1mm)

kapilarne (cevice prenika od 10-3 do 10-7m)

subkapilarne (cevice prenika od 10-7 do 10-9m)


47

Poroznost se moe definisati preko:

zapreminskog udela pora u materijalu i

veliine, oblika, raspodele veliina i prostornog rasporeda pora u materijalu.

Zapreminski udeo pora u okviru nekog materijala moe da se kree od cca. 0%, kod metala i stakla, preko nekoliko procenata kod betona, desetak procenata kod graevinske keramike, pa do cca. 90% kod penoplasta i stiropora.


48

Poroznost materijala se deli na:

optu ili ukupnu,

otvorenu i

zatvorenu poroznost.

Opta poroznost (p) se odreuje preko KOEFICIJENTA POROZNOSTI koji predstavlja procentualni odnos zapremine svih pora i upljina sadranih u materijalu prema ukupnoj zapremini materijala.

9Poroznost materijala

49

Otvorena poroznost (po) se definie kao procentualni odnos zapremine otvorenih pora prema ukupnoj zapremini materijala.

mv - masa vodom zasienog materijala

ms - masa suvog materijala


w - zapreminska masa vode (1g/cm3)


50

Zatvorena poroznost (pz) se definie kao procentualni odnos zapremine zatvorenih pora prema ukupnoj zapremini materijala.

Veliina ukupne poroznosti ima veliki uticaj na termofizika i mehanika svojstva materijala 3

Od posebne vanosti je poznavanje karaktera poroznosti kada se analiziraju akustina svojstva (bolje je to vie otvorenih pora) i trajnost materijala (bolje je to manje otvorenih pora).

pz = p - po

Kompaktnost materijala

51

Koeficijent kompaktnosti predstavlja stepen ispunjenosti odreene zapremine samim materijalom (suprotno definiciji poroznosti). Odreuje se pomou izraza:

Oito je da kod materijala koji ne sadre pore iupljine vrednost koeficijenta kompaktnostiiznosi 100%.

Specifina povrina materijala

52

Ova osobina karakteristina je samo za zrnaste i prakaste materijale, tj. materijale koji se sastoje od meusobno nevezanih zrna (primer - pesak, ljunak, cement).

Pod specifinom povrinom podrazumeva se razvijena povrina svih zrna koja ulaze u sastav jedinice mase materijala.

Specifina povrina materijala

53

Obeleava se sa S, a jedinica mere je cm2/g ili m2/kg.

Kod nekih materijala je veoma vano svojstvo zato to utie na hemijsku aktivnost (primer - cement S3000 cm2/g, kre S10.000 cm2/g, silikatna praina100 000 cm2/g).

to su zrna nekog materijala sitnija to je specifina povrina vea. Primer sa kockom: stranice 1cm S = 6 cm2/g, stranice 1mm S = 60 cm2/g, stranice 0.01mm S = 6000 cm2/g).

Odreuje se eksperimentalnim putem.

osnovna svojstva građevinskih materijala

Documents