Osobine i karakteristike građevinskih materijala -...

Osobine i karakteristike građevinskih materijala

Predavanje, 15.03.2012.

Parametri stanja i strukturne karakteristikeFizičke osobineFizičko-mehaničke osobineKonstrukcione osobineReološke osobineTehnološke osobineHemijske osobineEksploatacione osobine

Struktura materijala:• Ultramikrostruktura• Mikrostruktura• Makrostruktura (konglomeratna, ćelijasta, porozna,

vlaknasta, slojevita i rastresita)Sastav materijala:• Hemijski• Minerološki• Fazni (čvrsto, tečno, gasovito)

Parametri materijala:• Specifična masa • Zapreminska masa

Strukturne karakteristike:• Poroznost • Rastresitost

Strukturne karakteristike:

• Poroznost

Tipovi pora

• Rastresitost

Fizičke osobine materijalaHidrofizičke osobine:

• Higroskopnost • Upijanje• Vlažnost• Vodopropusnost• Vodonepropusnost

Termotehničke osobine:• Vodljivost toplote • Termička stabilnost• Otpornost na dejstvo požara

Ostale važnije fizičke osobine:• Vodljivost zvuka (akustične osobine) • Viskozitet• Propustljivost gasova i para• Postojanost na mraz

Fizičke osobine materijala

Hidrofizičke osobine materijala:• Higroskopnost

• Upijanje( )%100⋅

−=

o

oov

mmm

u

swvol uu

γγ

=

Fizičke osobine materijala

Hidrofizičke osobine materijala:• Vlažnost

• Vodopropusnost• Vodonepropusnost

( )%100⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

o

va m

mH

( )%100⋅−

=ov

oovr m

mmH

a

aa

ov

or H

HH

mm

H01.01+

=⋅=

Fizičke osobine materijala

Termotehničke osobine:• Vodljivost toplote

Koeficijent provodljivosti toplote (λ)

Koeficijent prolaza toplote (k)

Prolaz toplote kroz materijal

Fizičke osobine materijalaTermoteničke osobine:

• Vodljivost toplote

Toplotne osobine nekih materijala

Fizičke osobine materijalaTermotehničke osobine:

• Vodljivost toplote

Prolaz toplote kroz višeslojnu pregradu

[ ]WCmRRk ei

jenij

/)(1111 2

,,...1,1,°⋅+

Λ+=== Σ

= αα

),,...2,1,( enijRR

TTt j

eij =

−=Δ

ii tTT Δ−=1

ene

nnn

tTTtTT

tTTtTT

Δ−=Δ−=

Δ−=Δ−=

+

+

1

1

223

112

.....................

Fizičke osobine materijala

Termotehničke osobine:Termički koeficijent linearnog širenja materijala αT(1/C°)

Termička stabilnostOtpornost na dejstvo požara

10,1x10-6Skriljac 8,1x10-6Granit

8,5-9x10-6Staklo 6x10-6Drvo

12,4x10-6Peščar 10-13x10-6Čelik

4,5x10-6Opeka 8-12x10-6Beton

5-10x10-6Mermer 10-12x10-6Cementni malter

9-10x10-6Krečnjak 23,8x10-6Aluminijum

Ostale fizičke osobine materijala

Vodljivost zvuka (akustične osobine):Faktor izolacije (omjer inteziteta ulaznog i propuštenog zvuka)

Koeficijent apsorpcije (omjer apsorbirane i upadne zvučne energije)

Ostale fizičke osobine materijala

Vodljivost zvuka :

Ostale fizičke osobine materijala

Viskozitet

Propustljivost gasova i para

Postojanost na mraz

Fizičko-mehaničke osobine materijalaČvrstoća materijala na:

• pritisak

• zatezanje

0

grp

PA

σ =

0

grz

PA

σ =

Fizičko-mehaničke osobine materijala• savijanje

• smicanje

Fizičko-mehaničke osobine materijala

• torziju

Fizičko-mehaničke osobine materijala

Zamor materijala

Wohlerova kriva zamora čelika

Fizičko-mehaničke osobine materijalaŽilavost materijala:

• Statičko ispitivanje

• Dinamičko ispitivanje

Konstrukcione osobine materijala

Tvrdoća materijala (puzanje, utiskivanje, odskok)

Otpornost na habanje (habanje, struganje)

Koeficijent konstrukcione povoljnosti (odnos čvrstoće materijala i zapreminske mase)

Reološke osobine materijala

Skupljanje i bubrenjeTečenje

Reološke osobine materijala

Relaksacija napona

Tehnološke osobine (kod metala: savijanje, uvijanje izvlačenje zavarljivost, i sl.; kod betona: konzistencija)

Hemijske osobine (CaCO3→CaO + CO2)

Eksploatacione: trajnost

Ispitivanje materijala bez razaranja

Metoda ultrazvukaMetoda gama zračenjaMetoda neutronskog zračenjaMetoda mjerenja površinske tvrdoćeMagnetna metodaVibraciona metoda

Ispitivanje materijala bez razaranja

Prednosti:• Očuvanje cjeline elementa• Veliki broj mjernih mjesta• Višekratno ponavljanje mjerenja• Skraćuje vrijeme mjerenja• Mjerenje i na standardnim uzorcima materijala

Nedostaci:• indirektni rezultati ispitivanja

HVALA NA PAŽNJI

Građevinski kamenPredavanje, 22.03.2012.

Prirodan kamen se najčešće koristi:

1) Veći ili manji komadi različitog stepena obrade(za zidanje, oblaganje zidova, popločavanje, izradu gornjih slojeva kolovoza)

2) Prirodno ili vještački usitnjen materijal(za nasipanje,za zastore na željezničkim prugama, za izradu kolovoznih konstrukcija, za spravljanje betona)

Karakteristične osobine građevinskog kamena:ČvrstoćaTvrdoćaTrajnostObradljivostBoja

Važniji minerali koji grade stijene● Oksidi:– Kvarc (SiO2)– Kasiterit (SnO2)– Magnetit (Fe3O4)– Hematit (Fe2O3)– Korund (Al2O3)

● Sulfidi:– Sfalerit (ZnS)– Pirit (FeS2)– Halkopirit (CuFeS2)– Galenit (PbS)– Cinabarit (HgS)

● Hidroksidi– Opal (SiO2xnH2O)– Boksit (Al2O3xnH2O)– Limonit (Fe2O3xnH2O)

● Karbonati– Kalcit (CaCO3)– Magnezit (MgCO3)– Dolomit (CaCO3xMgCO3)

● Sulfati– Anhidrit (CaSO4)– Gips (CaSO4x2H2O)

● Silikati– Liskuni– Feldspati – Kaolin (Al2O3 SiO2x2H2O)

Vrste stijena● Magmatske stijene:– Granit (liskun:kvarc:feldspat=1:1,75:2,25)– Sijenit (feldspat, biotit, manji sadržaj kvarca)– Gabro:

– Porfiri – Lava – Vulkanski tufovi– Pucolani

Vrste stijena● Sedimentne stijene:– Pješčari a) Glinoviti pješčar b) Krečnjački pješčarc) Gvožđeviti pješčard) Zeleni pješčare) Kvarcni pješčar

– Konglomerati i brečea) Krečnjački konglomeratb) Krečnjačke brečec) Konglomerat kvarca

– Krečnjaci a) Jedri krečnjakb) Olitski krečnjakc) Glinoviti krečnjakd) Krečnjački tuf i travertine) Bitumenski krečnjaci

– Dolomiti– Glinovite stijene

Vrste stijena● Karakteristike olitskog krečnjaka:

Vrste stijena

Mermer u kamenolomu Mermer u primjeni

● Metamorfne stijene:– Gnajs (granit, sijenit)– Mermeri (krečnjak, dolomot)

Približna ocjena upotrebljivosti kamena

Osobine kamena i postupci ispitivanjaMinerološko-petrografska ispitivanja:Boja kamenaStruktura kamena (kristalna, staklasta, klastična, porfirska)

Tekstura kamena (masivna, paralelna, mjehurasta, fluidna, i sl.)

Fizičko-mehanička ispitivanja: Parametri stanja i strukturne karakteristikeUpijanje vodeOtpornost na dejstvo mrazaPonašanje pod opterećenjemOtpornost na habanjeNaročita ispitivanja:Utvđivanje hemijskog sastava kamenaIspitivanje adhezije kamen-malter, kamena i nekog vezivaIspitivanje postojanosti kamena pod uticajem atmosferilija (CO2, HCl, SO2)

Osobine kamena i postupci ispitivanja

Parametri stanja i strukturne karakteristikeZapreminska masa

Specifična masa (postupkom usitnjavanja u prah)

Poroznost kamena

0γ = mV

0

0s

mV

γ =

Osobine kamena i postupci ispitivanja

Fizičko-mehanička ispitivanja

Upijanje vode:upijanje pri postupnom potapanju (u) upijanje u ključaloj vodi (u1)upijanje pod pritiskom (up)

Otpornost na dejstvo mraza (25 ciklusa)– teorijski ku ≤ 0,92 – za praksu ku ≤ 0,80

( )%100⋅−

=o

oov

mmm

u

1≤=p

u uukuu >1 uuu p >> 1

0,1-0,5Mermer

0,1-0,5Kvarcit

0,5-4,0Pješčar

0,5-4,0Dolomit

0,5-4,0Krečnjak

0,1-0,5Bazalt

0,1-0,5Andezit

0,1-1,0Gabro

0,1-0,5Granit

Upijanje vode (%)Vrsta stijene

Osobine kamena i postupci ispitivanja

Ponašanje pod opterećenjem:Čvrstoća pri pritiskuČvrstoća pri zatezanjuČvrstoća pri savijanjuČvrstoća pri smicanju

Otpornost na habanje (Bemeova mašina)

Osobine kamena i postupci ispitivanja

Fizičko-mehaničke karakteristike nekih vrsta građevinskog kamena

Primjena kamena

Lomljen kamenLomljen kamen za zidanje:

• Običan kamen (bez ikakve obrade)• Pločast (dvije ravne površine)• Dotjeran (dvije ravne površine, a vidna dotjerana djetlom ili špicem)

Običan lomljen kamen(veličine veće od 15cm, mase veće od 30kg)

Primjena kamenaObrađen kamenPolutesan kamenTesan kamen (tesanik)Naročito obrađen kamenKocke i prizmePloče i pločice

Svodovi od tesanog kamena

Tradicionalni pokrov od kamene ploče Fasada od obrađenog kamena

Primjena kamena

Kamenolom sa postrojenjem za drobljenje i separaciju

Drobljen i mljeven kamenTucanik (30,0-60,0 mm)

Grus (1,0-30,0 mm)

Mljeveni kamen• Fina kamena sitnež (1,0-1,5 mm)• Fini pijesak (0,09-1,0 mm)• Kameno brašno (0,0-0,09 mm)

Obrada kamenaTesanje (čekić, krampa, špica i sl.)

Rezanje (testere prave i kružne, sa zubcima, bez zubaca, vodeni mlaz pod visokim pritiskom i sl.)

Površinska obrada kamenaUdarni postupci:

• Bunjasta obrada• Obrada špicanjem• Ozrnjavanje• Brazdanje

Abrazivni postupci:• Brušenje• Glačanje• Poliranje

Obrada kamenaUdarni postupci

a) Bunjasta obrada (dijetlo ili sjekač)

b) Obrada špicanjem (špicasto dijetlo)

Obrada kamenac) Ozrnjavanje (nazubljeni čekić) d) Brazdanje (nazubljeno dijetlo)

Obrada kamenaAbrazivni postupci

• Brušenje• Glačanje:– Pješčari – Kvarcni pijesak– Korun– Šmigl i sl.• Poliranje:– Šmigl – Korund– Kamen plovućac– Oksidi gvožđa– Oksidi kalaja– Talk– Kreda i td.

Poliran kamen

HVALA NA PAŽNJI

AgregatPredavanje, 26.04.2012.

Šematski prikaz agregata

Prirodni agregat

● Prirodno nevezane stijene− Drobina: raspadnuti stijenski materijal sa nezaobljenim i uglastim

zrnima homogenog sastava

− Šljunak: nevezani sediment sa manje ili više zaobljenim zrnima heterogenog sastava, krupnoće od 4 do125mm

− Pijesak: stepen usitnjenosti znatno veći, zrna krupnoće do 4mm

− Standardni pijesak: 96% SiO2 i 0,5% muljevitih sastojaka-fina frakcija 0,09/0,5mm 33%-srednja frakcija 0,5-1,0mm 34%-krupna frakcija 1,0-2,0mm 33%

Prirodni agregat

● Drobljen i mljeven kamen: usitnjavanjem lomljenog kamena

-drobljenac od 4 do 125mm-drobljeni pjesak ispod 4mm-kameno brašno ispod 0,125mm

Tehnološka šema dobijanja drobljenog i mljevenog kamena

Prirodni agregat

Separacija šljunka različitih frakcija

Vještački agregat● Otpadni materijali i industrijski nusproizvodi− Ložišna zgura (ostatak sagorijevanja uglja ili koksa):

materijal za nasipanje, za izradu šljako betona ili šljako blokova za zidanje

− Leteći (elektrofiltarski) pepeo (ostatak na elektofilterima, sagorijevanjem uglja u termoelektranama):izrada različitih elementa za zidanje, slojeva stabilizacije na putevima i sl.

− Kristalna zgura visokih peći (sporim hlađenjem rastopljene zgure visokih peći):za spravljanje maltera i betona, nasipanje podloga na putevima, izrada zastora kod željeznica i sl.

Vještački agregat● Otpadni materijali i industrijski nusproizvodi− Granulisana zgura (naglim hlađenjem potapanjem u vodu

troske visokih peći):dodatak cementima, slična po sastavu klinker portland cementu

− Pjenušava zgura (naglim hlađenjem mlazovima vode rastopljene zgure):materijal za toplotnu i zvučnu izolaciju

Vještački agregat● Specijalni proizvodi za primjenu u

malterima i betonima− Ekspandirana glina – keramzit (posebnim postupkom

pečenja glinenog tijesta):agregat za lake betone

− Ekspandirani perlit (perlit-kamen silikatnog sastava izložimo temperaturama od 700 do 1200ºC):agregat za maltere i lake betone

− Ekspandirani vermikulit (vermikulit-stijena alumasilikat magnezija izložimo kratkotrajno 3 do 5min temperaturama od 800 do 1000ºC):malteri i betoni visokih termoizolacionih osobina

Granulometrijski sastav agregata● Procentualno učešće pojedinih kategorija zrna

(frakcija) u ukupnoj masi agregata

Kumulativni ostatak na situ di

Procenat ostatka na situ di

Procenat prolaza na situ di

Količnik članova geometrijske progresije

Granulometrijski sastav agregata

Sita za prosijavanje agregata

Granulometrijski sastav agregata

Granulometrijska kriva agregata

Granulometrijski sastav agregata

● A) kontinualana granulometrijska kriva● B) diskontinualna granulometrijska kriva● C) granulometrijska kriva koja odgovara jednoj frakciji agregata

Karakteristični oblicigranulometrijskih krivih

Granulometrijski sastav agregata● Fuler je predložio krivu oblika:

● EMPA (Švicarski institut za ispitivanje materijala i konstrukcija)je predložio krivu oblika:

Referentne granulometrijske krive

Granulometrijski sastav agregata

( )

( )

100100

nn S

s

nn s s n

s

n nn s s n

s s

LX xL

DX X D DD

D LX X L LD L

= ⋅

−= − +

−

−= − +

−

STVARNI DIJAGRAM PROSIJAVANJA

STVARNA KRIVA PROSIJAVANJA

0,2 0,5 1 2 4 8 15 30 40 60

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

FULER

prolazi kroz sito [%]

EMPA

otvor sita [mm]

POPRAVLJENI DIJAGRAM PROSIJAVANJA

0,2 0,5 1 2 4 8 15 30 40 60

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

prolazi kroz sito [%]

FULER

EMPA

otvor sita [mm]

POPRAVLJENA KRIVA PROSIJAVANJA

Popravke agregata

Granulometrijski sastav agregata

PBAB 87(DIN 1048)

Modul finoće agregata

Elementi za modul finoće agregata

Oblik površine zrna agregata● Stepen zaobljenosti: zaobljen, nepotpuno zaobljen i uglast

● Odnos dimenzija:● Loptasta zrna l : b : δ ≈ 1● Duguljasta zrna l : b : δ ≥ 1.5● Pljosnata zrna δ : b ≤ 0.5

Oblik zrna agregata

Mjerenje oblika zrna agregata

Oblik površine zrna agregata

Zapreminski koeficijent po Foriju

Elementi za određivanje zapreminskog koeficijenta

kF>0,15 za drobljeni agregatkF>0,18 za prirodni agregat

VV

= sF

k

k ∑=

=n

ik dV

1

3

6π

kF=0,26-0,28 za riječni agregat

Izgled površine zrna agregata

Posmatra se vidna neobrađena ili obrađena površina zrna agregata, prema važećim standardima:

● Staklast (crni kamen, opal)

● Gladak (valutice šljunka, meki krečnjaci)

● Fino hrapav (bazalt, trahit, porfir, neki krečnjaci)

● Pjeskovito hrapav (pješčari)

● Grubo hrapav (granit, gabro, gnajs)

● Saćast i šupljikav (bigar, plovućac)

Površina zrna agregata

Srednje zrno

Masa srednjeg zrna

Ukupna masa zrna

Ukupna površina zrna

( )112

i i id d d += +

( ) ( )i l i l im V γ= ⋅

( )i i i l im Z V γ= ⋅ ⋅

( )i i i lF Z F= ⋅

( )( ) ( )

i ii i i l i

i l i l

F FZ m VF F

γ= ⇒ = ⋅ ⋅

( )

( )

i lii

i i l

FmFVγ

= ⋅2

366 ii i

iii ii

m mu dFdu dγ γ

⋅= ⋅ ⋅ = ⋅

⋅3

66 ii ii

ii ii

m mdFddγ γ

= ⋅ ⋅ = ⋅

Riječni zaobljeni agregat Oštroivični drobljeni agregat

Fizičko-mehaničke osobine agregata

Zapreminska masa: 1700-2000 kg/m3

Upijanje vode i vlažnost agregata

Smrzlost agregata

ovzz

mV

γ′

= Zap.masa vodom zasićenih površinski suhih zrna agregata

zz sγ γ≅

ozs

mV

γ = Zap.masa zrna suhog agregata

0

0

100(%)ovm mum′ −

= ⋅

Fizičko-mehaničke osobine agregata

Drobljivost agregata

2

1

100(%)mDm

= ⋅m1- masa uzorka prije djelovanja sile

m2- masa sitnježi

1 100(%)mDm

= ⋅

2 100(%)mDm

= ⋅

m1- masa uzorka koja je prošla kroz sito

m2- masa uzorka koja je ostala na situ

m- ukupna masa uzorka

Fizičko-mehaničke osobine agregata

Drobljivost i habanje

Mašina “Los Angeles”

Postojanost agregata (natrijumsulfat)

0 1

0

100(%)Am mL

m−

= ⋅m0- masa uzorka prije ispitivanja

m1- masa ostatka uzorka na situ 1,6mm

HVALA NA PAŽNJI