Физические свойства. Классификация и свойства строительных материалов

Классификация и свойства строительных материалов

Лекция № 1

Месторождения нефти и газа

Под месторождением нефти и газа понимается совокупность залежей одной и той же группы (например, сводовых пластовых или массивных и т. д.), находящихся в недрах земной коры единой площади.

Приведенное определение нуждается в пояснении, так как оно содержит некоторую условность и обобщенность. Условность состоит в том, что нефть и газ никогда не залегают в месте своего образования. Поэтому под термином «месторождение» надо понимать не место рождения нефти и газа, а место залегания ловушки, в которую попали эти полезные ископаемые вследствие миграции.

Обобщенность заключается в том, что месторождение нефти и газа может иметь от одной до нескольких десятков залежей. Единичная залежь может считаться месторождением в том случае, если она содержит запасы нефти и газа, обусловливающие целесообразность ее разработки. Несколько залежей могут входить в одно месторождение при условии, если они характеризуются однотипными структурами, определяющими общность организации поисков, разведки и добычи нефти и газа.

Однако не всегда можно определять границы месторождения только с учетом типа структуры. Иногда крупная структура характеризует целую зону нефте - газонакопления, содержащую несколько месторождений нефти и газа. Примером такой зоны может служить залегание осадочных горных пород, характеризующееся одним типом структуры — моноклиналью. Но моноклиналь на своем протяжении может иметь различного рода экранированные залежи. В этом случае не исключена возможность образования нескольких разрозненных залежей нефти и газа, требующих разного подхода к организации работ по разведке и добыче полезного ископаемого.

К строительным материалам относят природные и искусственные вещества и изделия из них, которые применяют для возведения домов и сооружений.

Огромное количество строительных материалов, наименования которых составляют многообразную их номенклатуру, обычно представляют в виде системных классификаций. Природные, или естественные, строительные материалы и изделия получают непосредственно из недр земли, путем переработки лесных массивов и др. К искусственные обжиговым материалам относят вяжущие, керамику, стекло, шлаки. К искусственным материалам автоклавного твердения относят силикатный кирпич, газобетон, асбестоцементные изделия.

Рис. 1. Классификация строительных материалов.

При выборе материала и обосновании целесообразности применения в строительной конструкции учитывают его способность сопротивляться реальным нагрузкам без нарушения сплошности и размеров. Поэтому совокупность различных свойств предопределяет назначение материала и граничные условия его эксплуатации.

Свойство – это качественная, отличительная характеристика вещества, материала или изделия. Все свойства строительных материалов подразделяют на 4 группы: физические, химические, механические и технологические.

Плотность.Плотность характеризует массу вещества в единице объема. Различают истинную плотность вещества (ρ) – это плотность абсолютно плотного материала, и среднюю плотность материала с учетом находящихся в нем пор и пустот (ρ_о). Плотность вещества и материала вычисляют по формулам:

где m – масса; V_a – объем вещества, из которого состоит материал, в абсолютно плотном состоянии; V – объем материала.

Отношение средней плотности материала ρ_о к плотности эталона (чаще всего воды при t 4 °С) называется относительной плотностью:

Сыпучие материалы (песок, щебень, цемент и др.) характеризуются насыпной плотностью (ρ_н) – отношением массы зернистых или порошкообразных материалов ко всему занимаемому ими объему, включая пространство между частицами.

Пористость.Пористость показывает степень заполнения объема материала порами:

.

Поры – это мелкие ячейки в материале, заполненные воздухом или водой. Поры бывают открытые или закрытые, мелкие и крупные. Пористость – важнейший показатель структуры материалов, с ней тесно связаны их технические свойства. Например, морозостойкость бетона при увеличении открытых пор, заполненных водой, уменьшается, а с увеличением закрытых наоборот увеличивается. Мелкие закрытые поры, заполненные воздухом, придают материалам теплоизоляционные свойства.

От объема капиллярных пор зависит водопоглощение, морозостойкость, водонепроницаемость и др. свойства материала.

Пустотность – это количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпанного материала (песка, щебня и т.п.). Пустотность определяется по формуле:

.

Водопроницаемость –способность материала поглощать воду при увлажнении и отдавать ее при высушивании. Насыщение материала водой может происходить при действии на него воды в жидком состоянии или в виде пара. В связи с этим различают два свойства материала: гигроскопичность и водопоглощение.

Гигроскопичность – свойство материала поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их вследствие капиллярной конденсации.

Гигроскопичность зависит от температуры воздуха, его относительной влажности, вида, количества и размера пор, а также от природы вещества. Одни материалы энергично притягивают своей поверхностью молекулы воды, и их называют гидрофильными, другие отталкивают воду, и их относят к гидрофобным.

Водопоглощение– способность материала впитывать и удерживать воду. Характеризуется оно количеством воды, поглощаемой сухим материалом, погруженным полностью в воду, и выражается в процентах от массы.

Различают водопоглощение по массе W_m и объему W_о:

где m₁, m₂ – массы сухого и насыщенного водой материала, V – объем образца в естественном состоянии.

Водопоглощение по объему показывает степень заполнения объема материала водой, т.е. открытую пористость. Водопоглощение определяется выдерживанием образцов в воде при нормальной температуре или кипячением в течение определенного времени.

Водостойкость -способность материала сохранять прочность при насыщении его водой.

При насыщении материала водой прочность его снижается в результате растворения контактов срастания кристаллов, расклинивающего эффекта водных слоев, химического взаимодействия воды с отдельными компонентами и других процессов.

Показателем водостойкости служит коэффициент размягчения:

Коэффициент размягчения приближается к нулю для глинистых необжиговых материалов и к единице – для металлов, стекла, полимеров. Для водостойких материалов К_р ≥0,8.

Морозостойкость –способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.

Морозостойкость обусловлена сопротивлением материала высокому давлению, возникающему в порах при замораживании воды. Вода, находящаяся в порах материала, при замерзании увеличивается в объеме примерно до 9 %. При этом развивается давление до 200 МПа. Показателем морозостойкости является число циклов, которые выдерживают образцы при допустимой степени разрушения. Для большинства строительных материалов после испытания их на морозостойкость снижение прочности допускается не более 25 %, а потеря массы – 5 %. Испытание на морозостойкость ведут в морозильных камерах при температуре обычно -15…-18 ^оС.

По числу выдерживаемых циклов попеременного замораживания и оттаивания (степени морозостойкости) материалы имеют марки F10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и более.

Звукопроницаемость -способность материалов пропускать через свою толщу звуковую волну. Характеризуется звукопроницаемость строительных материалов коэффициентом звукопроницаемости, который показывает относительное уменьшение силы звука при прохождении его через толщу строительного материала. Звукопроницаемость практически является отрицательным свойством строительных материалов. Например, коэффициент звукопроницаемости деревянной перегородки толщиной 2,5 см равен 0,65, а бетонной стены такой же толщины – 0,11.

Теплопроводность –свойство материала пропускать тепло через свою толщину, возникающее вследствие разности температур на поверхностях, ограничивающих материал.

Теплопроводность материала оценивают количеством тепла, проходящим через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м² за 1 ч при разности температур на противоположных поверхностях образца в 1 °С и выражают коэффициентом теплопроводности λ [Вт/(м·°С)].

где δ – толщина материала, м.

Теплопроводность материала зависит от вида материала и характера пор, его пористости, влажности, объемного веса и средней температуры, при которой происходит передача тепла. Материалы с закрытыми порами обладают меньшей теплопроводностью, чем материалы с сообщающимися порами. Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые. Это объясняется тем, что в крупных и сообщающихся порах возникает движение воздуха, сопровождающееся переносом тепла.

Теплопроводность однородного материала зависит от плотности: чем меньше плотность материала, тем выше теплопроводность, и наоборот.

На теплопроводность существенно влияет влажность: влажные материалы более теплопроводны, нежели сухие. Это объясняется тем, что теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха.

Теплоемкость –свойство материала поглощать при нагревании тепло.

Характеризуется теплоемкость удельной теплоемкостью с [кДж/(кг·°С)], которая представляет собой количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг материала на 1 °С.

где Q – количество теплоты, кДж; m – масса, кг; t₁ и t₂ – температура до и после нагревания, ^оС.

Огнестойкость –способность материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определенного времени.

По степени огнестойкости строительные материалы делят на:

- несгораемые – это бетон, кирпич, сталь и др.

- трудносгораемые – это материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры тлеют, но после прекращения действия огня их горение и тление прекращаются (асфальтобетон, пропитанная антипиренами древесина, фибролит, некоторые пенопласты);

- сгораемые органические материалы, которые горят открытым пламенем.

Огнеупорность –свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур не деформируясь и не расплавляясь.

По степени огнеупорности материалы подразделяют на огнеупорные (выдерживают длительное воздействие температуры от 1580 °С и выше), тугоплавкие (1350…1580 °С) и легкоплавкие (менее 1350 °С).

Радиационная стойкость –свойство материала сохранять свою структуру и физико-механические характеристики после воздействия ионизирующих излучений.

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 439; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!