ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ
Кулакова Наталья Олеговна, С.А. Пиявский, Н.Г. Чумаченко
Самарский государственный архитектурно-строительный университет
г. Самара
Все строительные материалы различаются по своей структуре, составу. У каждого материала свои значения свойств и они, показывают для чего этот материал лучше использовать. В статье рассматривается подход проектирования строительных материалов с заданными свойствами. Прогнозирование свойств материала на основе его структуры или прогнозирование структуры на основе свойств. На данном этапе исследования упор сделан на пористость материалов (величина пор, их количество в материале, распределение), потому что это свойство можно регулировать, тем самым добиться желаемых показателей для свойств материала. Основная задача – это разработать информационную систему, которая автоматизирует процесс проектирования строительных материалов на основе вводимых исходных данных.
Под структурой, или внутренним строением строительных материалов, как и других физических тел, понимают пространственное расположение частиц разной степени дисперсности (измельченности) с совокупностью устойчивых взаимных связей и порядком сцепления их между собой. Структуру строительного материала изучают на трех уровнях: макроструктура — строение материала, видимое невооруженным глазом; микроструктура — строение, видимое через микроскоп; внутреннее строение вещества, изучаемое на молекулярно-ионном уровне (физико-химические методы исследования — электронная микроскопия, термография, рентгеноструктурный анализ и др.) [1].
Под микроструктурой подразумеваются расположение, взаимоотношение и взаимосвязь различных по размеру атомов, ионов и молекул, из совокупности которых слагаются различные вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях. Атомно-молекулярное строение определяет макроскопические особенности материала. На макроскопическом уровне устанавливаются в той или иной мере устойчивое расположение, взаимосвязь и порядок сцепления макромолекул, мицелл, кристаллов, кристаллических обломков и сростков, аморфных сравнительно крупных частиц, составляющих материалы, а также соотношения компонентов, фаз и поверхностей раздела более сложных материальных систем типа конгломератов (композиционных материалов). Макроструктура различима невооруженным глазом. Для наиболее распространенных строительных материалов с конгломератным типом структуры она образована совмещением микроструктуры вяжущего вещества и полизернистых или иных видов (волокнистых, пластинчатых, угловатых и т. п.) грубодисперсных частиц заполнителя, а также в ней содержится капиллярно-поровая часть. В большой группе особо легких бетонов (ячеистых бетонов) макродисперсные поры в виде замкнутых ячеек являются как бы своеобразной разновидностью «заполнителя».
Свойства строительного материала определяются его структурой. Для получения материала заданных свойств следует создать его внутреннюю структуру, обеспечивающую необходимые технические характеристики. В конечном итоге знание свойств материалов необходимо для наиболее эффективного его использования в конкретных условиях эксплуатации. Все свойства строительных материалов по совокупности признаков подразделяют на физические, химические, механические и технологические.
К физическим свойствам относятся весовые характеристики материала, его плотность, проницаемость для жидкостей, газов, тепла, радиоактивных излучений, а также способность материала сопротивляться агрессивному действию внешней эксплуатационной среды. Последнее характеризует стойкость материала, обусловливающую в конечном итоге сохранность строительных конструкций [2].
Химические свойства оцениваются показателями стойкости материала при действии кислот, щелочей, растворов солей, вызывающих обменные реакции в материале и разрушение его.
Механические свойства характеризуются способностью материала сопротивляться сжатию, растяжению, удару, вдавливанию в него постороннего тела и другим видам воздействий на материал с приложением силы.
Технологические свойства — способность материала подвергаться обработке при изготовлении из него изделий. Эти свойства рассматриваются в соответствующих разделах курса применительно к конкретному материалу.
По показателям свойств определяется, для чего лучше будет служить данный материал и, наоборот, при изготовлении материала учитывают, какими свойствами он должен обладать на выходе.
В основе данного исследования лежит попытка прогнозирования структуры строительного материала за счет заданных и регулируемых свойств. Когда рассматривается материал, мы знаем его структуру и его свойства. А если нам понадобиться изменить значение свойств, увеличить или уменьшить показатели, нам потребуется модифицировать структуру материала. Один из способов изменения структуры это изменение пористости материала. Пористость — характеристика материала, совокупная мера размеров и количества пор в твёрдом теле. Является безразмерной величиной от 0 до 1 (или от 0 до 100 %). 0 соответствует материалу без пор; 100 %-я пористость недостижима. Пористость материала характеризуют не только с количественной стороны, но и с качественной, т.е. по характеру пор: замкнутые и открытые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2…5 мм) [3].
Пористость является основной структурной характеристикой, определяющей такие свойства материала, как водопоглощение, теплопроводность, морозостойкость, прочность, акустические свойства и др.
Рассмотрим такой материал, как газобетонные блоки. Это блоки пористой структуры, благодаря которым они обладают свойствами хорошего теплоизолятора, при этом позволяют возводить несущие стены. Значение пористость для него от 55 до 85%, при этом поры радиусом от 1 до 3 мм. Получается, чем больше пор, тем меньше его плотность, а теплоизоляционные свойства выше. Получается регулирование пористости материала, позволяет улучшать его свойства при необходимости.
Таким образом, проанализированы и другие материала (пенобетон, керамзит, керамический кирпич, керамическая черепица, пенопласт и д.р.)
Сейчас в работе идет этап поиска, накапливания и анализа информации. Формируется база данных для будущей информационной системы. В эту базу заноситься вся необходимая информация для дальнейшего исследования: названия строительных материалов, существующие свойства, значения свойств для каждого материала, вещества из которых могут быть созданы строительные материалы, их пропорции в материалах и различные технологии для создания материалов.
База данных сформирована в Microsoft Access 2010. Она состоит из 5 таблиц: строительные материалы, вещества, технологии, свойства и сводная.
На основе созданной и заполненной базы данных в дальнейшем планируется разработать программу, которая позволит проектировать, структуру материла на основе его свойств, компонентов, применяемых технологий для изготовления и наоборот. Это поможет увидеть все необходимые характеристики для будущего материала и позволит увидеть, как можно улучшить, изменить имеющиеся материалы за счет свойств.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Попов, Л.Н. Строительные материалы, изделия и конструкции./Л.Н. Попов//Учебное пособие. – М.:ОАО «ЦПП», 2010. 12-28 с.
2. Микульский, Г.И. Строительные материалы./В.Г. Микульский, Г.И. Горчаков, В.В. Козлов//Учебное издание. –М.: Издательство Ассоциации строительных вызов, 2004. 31- 56 с.
3. Каддо, М.Б. Основные свойства строительных материалов./ М.Б. Каддо, К.Н. Попов, С.М.Пуляев// Методические указания. –М.: Издательство Москва, 2011. 4 – 13 с.
|
