2010-12-27

1

Podstawowe informacje

Podstawowe informacje

o trwało

ś

ci materiałów

o trwało

ś

ci materiałów

i wyrobów budowlanych

i wyrobów budowlanych

Jedna z definicji poj

ę

cia trwało

ś

ci

Ogólnie trwało

ść

to

czas

przebywania obiektu w

danych

warunkach

w stanie

zdatno

ś

ci

.

W przypadku materiałów i wyrobów

budowlanych to

czas

, w którym materiał

eksploatowany w danych

warunkach

zachowuje swoje

wła

ś

ciwo

ś

ci u

ż

ytkowe

na

odpowiednim poziomie, pozwalaj

ą

cym pełni

ć

mu swoje

funkcje

w obiekcie.

2010-12-27

2

Warunki, wła

ś

ciwo

ś

ci u

ż

ytkowe i funkcja

Warunki:

zespół wszystkich czynników zewn

ę

trznych

oddziałuj

ą

cych na materiał w czasie jego

eksploatacji

(obci

ąż

enia, oddziaływanie czynników

atmosferycznych, itp.)

Wła

ś

ciwo

ś

ci u

ż

ytkowe:

np. zespół cech wytrzymało

ś

ciowych,

izolacyjno

ść

, itp.

Funkcje:

konstrukcyjne, izolacyjne, itp.

Typowy kształt krzywej przebiegu zmian wła

ś

ciwo

ś

ci u

ż

ytkowych

materiału (wyrobu)

w czasie eksploatacji w warunkach normalnych

Ś

ci

ś

lewski Z.: Materiał a trwało

ść

obiektów budowlanych, materiały XLVII Konferencji KILiW PAN i KN PZITB,

Krynica 2001

2010-12-27

3

Inne rodzaje przebiegu zmian wła

ś

ciwo

ś

ci u

ż

ytkowych materiału

(wyrobu)

przypadek korozji p

ę

cznieniowej

tworzyw mineralnych

produkty korozji najpierw wypełniaj

ą

pory

i cecha u

ż

ytkowa materiału, w tym

przypadku wytrzymało

ść

, ulega

polepszeniu, nast

ę

pnie nast

ę

puje

gwałtowne jej pogorszenie

przypadek korozji

mi

ę

dzykrystalicznej stali

nagłe, kruche zniszczenie przekroju

elementu

Główne przyczyny pogarszania si

ę

wła

ś

ciwo

ś

ci

materiału

- działanie obci

ąż

e

ń

stałych i zmiennych,

dora

ź

nych i długotrwałych,

- działanie czynników atmosferycznych:

- cykliczne zmiany temperatury

(dylatacja termiczna),

- cykliczne zmiany wilgotno

ś

ci

(zawilgocenie i wysychanie),

- działanie

ś

rodowiskowych mediów

gazowych i ciekłych, w tym

działanie

wody „

ś

rodowiskowej”

(roztwory)

2010-12-27

4

Mechanizmy negatywnego oddziaływania wody na

materiał

-

wypłukiwanie

rozpuszczalnych w wodzie

składników szkieletu (ługowanie),

-

destrukcja mrozowa

, w wyniku wzrostu

obj

ę

to

ś

ci wody zamarzaj

ą

cej w porach

materiału,

-

korozja chemiczna

pod wpływem

agresywnych wobec szkieletu substancji
rozpuszczonych w wodzie

ś

rodowiskowej.

Ługowanie

Woda wypłukuje rozpuszczalne w niej składniki szkieletu

(zjawisko cykliczne !)

Efekt:

wzrost zawarto

ś

ci porów otwartych, rozlu

ź

nienie

struktury materiału -> systematyczne pogorszenie wła

ś

ciwo

ś

ci

2010-12-27

5

Destrukcja mrozowa

Zamarzanie wody

-> przej

ś

cie ze stanu ciekłego w stan stały (krystalizacja)

-> uporz

ą

dkowanie struktury ->

wzrost obj

ę

to

ś

ci o ok. 9,5%

Ź

ródła: http://www.fizyka.net.pl, http://www.chem1.com/acad/sci/aboutwater.htm

Destrukcja mrozowa

lód

woda

Temperatura zamarzania wody zale

ż

y od wielko

ś

ci porów, w których

si

ę

ona znajduje.

Im pory mniejsze, tym temperatura zamarzania ni

ż

sza.

Zamra

ż

anie i rozmra

ż

anie wody

w materiałach budowlanych

eksploatowanych w kontakcie z czynnikami atmosferycznymi

jest zjawiskiem cyklicznym.

2010-12-27

6

Destrukcja mrozowa

Efekt:

wzrost zawarto

ś

ci porów otwartych, rozlu

ź

nienie

struktury materiału -> systematyczne pogorszenie wła

ś

ciwo

ś

ci

Napr

ęż

enia wywołane ekspansj

ą

zamarzaj

ą

cej wody s

ą

zazwyczaj

wi

ę

ksze od wytrzymało

ś

ci szkieletu i powoduj

ą

kreowanie nowych

pustek w materiale.

Korozja chemiczna

Rozpuszczone w wodzie

ś

rodowiskowej

substancje chemiczne

mog

ą

wchodzi

ć

w reakcje

ze składnikami szkieletu.

Efektem tych reakcji jest zazwyczaj

destrukcja

materiału o ró

ż

nym charakterze i nasileniu.

Bardziej szczegółowe informacje

w ramach przedmiotu Chemia

2010-12-27

7

Podci

ą

ganie kapilarne jako główny mechanizm

nasycania si

ę

materiałów porowatych wod

ą

Czynnikiem niezb

ę

dnym dla wyst

ą

pienia podci

ą

gania

kapilarnego cieczy jest

zwil

ż

alno

ść

ś

cian kapilar przez t

ą

ciecz.

θ

K

ą

t zwil

ż

ania

θ

im k

ą

t

Θ

mniejszy, tym zwil

ż

anie lepsze

Θ

> 90

o

ciecz

zwil

ż

a

materiał

Θ

< 90

o

ciecz

nie zwil

ż

a

materiału

θ

θ

Podci

ą

ganie kapilarne jako główny mechanizm

nasycania si

ę

materiałów porowatych wod

ą

ξ

θ

ξ

θ

Θ

< 90

0

zwil

ż

anie -> menisk wkl

ę

sły

Θ

> 90

0

brak zwil

ż

ania -> menisk wypukły

2010-12-27

8

Podci

ą

ganie kapilarne jako główny mechanizm

nasycania si

ę

materiałów porowatych wod

ą

Napi

ę

cie powierzchniowe N

- praca potrzebna do zwi

ę

kszenia powierzchni o jednostk

ę

[J/m

2

],

lub

- siła styczna do powierzchni cieczy, działaj

ą

c

ą

na jednostk

ę

długo

ś

ci

obrze

ż

a powierzchni cieczy [N/m].

Cz

ą

steczka wewn

ą

trz cieczy:

siły przyci

ą

gania pochodz

ą

ce

od otaczaj

ą

cych j

ą

cz

ą

steczek

kompensuj

ą

si

ę

tak,

ż

e ich

wypadkowa równa si

ę

zeru.

Cz

ą

steczka na powierzchni cieczy:

brak kompensacji sił. Wypadkowa

Podci

ą

ganie kapilarne jako główny mechanizm

nasycania si

ę

materiałów porowatych wod

ą

F

p

= 2

π

r N cos

θ

F

c

=

π

r

2

h

ρ

c

g

θ

θ

N

N cos

θ

F

p

r

F

c

h

h = 2N cos

θ

/r

ρ

c

g

2010-12-27

9

Mo

ż

liwo

ś

ci redukowania zdolno

ś

ci materiału do

podci

ą

gania wody

h = 2N cos

θ

/

r

ρ

c

g

- redukcja porowato

ś

ci otwartej,

- redukcja zawarto

ś

ci porów o małej

ś

rednicy

(kapilarnych),

- redukcja k

ą

ta zwil

ż

ania – słabo zwil

ż

alny

materiał szkieletu lub powlekanie wn

ę

trza

kapilar

ś

rodkiem hydrofobowym

(hydofobizacja)