2010-12-05
MATERIAA
Y BUDOWLANE
wykład
ProwadzÄ…cy:
dr inż. Tomasz Tracz
pok. 219, email: [e-mail]
www.l-11.pk.edu.pl
Materiału budowlane  wykład 1
PLAN PRZEDMIOTU
Semestr 1: Wykład - 15 h Ćwiczenia lab. - 15 h
WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU
1. uczestnictwo w zajęciach
2. zaliczenie kolokwium pisemnego
ZAMIERZONE EFEKTY KSZTAA
CENIA
Znajomość istoty i właściwości podstawowych grup materiałów
służących do produkcji głównych grup wyrobów budowlanych.
Znajomość podstawowych właściwości materiałów i wyrobów oraz
metod ich wyznaczania.
Znajomość podstawowych asortymentów wyrobów budowlanych i
ich charakterystyk oraz kierunków zastosowań.
Materiału budowlane  wykład 2
1
2010-12-05
ZALECANA LITERATURA
1. Praca zbiorowa pod redakcją B. Stefańczyka: Budownictwo ogólne. Tom I:
Materiały i wyroby budowlane, Arkady, Warszawa 2005 lub wyd.2 z roku 2007
2. Praca zbiorowa pod redakcją J. Śliwińskiego: Materiały budowlane. Ćwiczenia
laboratoryjne, wyd. III, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2001
3. Praca zbiorowa pod redakcją J. Małolepszego: Materiały budowlane. Podstawy
technologii i metody badań, wyd. II, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-
Dydaktyczne AGH, Kraków 2008
4. Furtak K., Śliwiński J.: Materiały budowlane w mostownictwie, Wydawnictwa
Komunikacji i A
ączności, Warszawa 2004
5. Artykuły w czasopismach: Materiały budowlane, Przegląd budowlany,
Inżynieria i budownictwo, Cement-Wapno-Beton, Murator itp.
Materiału budowlane  ćwiczenia audytoryjne 3
PODZIAA
MATERIAA
ÓW BUDOWLANYCH ZE WZGL
DU NA
POCHODZENIE I STOSOWANE SUROWCE
materiały naturalne: kamień, drewno, trzcina, słoma itp.
materiały z przeróbki surowców naturalnych: ceramika, szkło, beton,
spoiwa, lepiszcza bitumiczne, wyroby drewnopochodne itp.
materiały syntetyczne pochodzące z syntezy chemicznej związków
organicznych, określane jako tworzywa sztuczne,
materiały z odpadów przemysłowych: kruszywa żużlowe, popioły, gips z
odsiarczania spalin, cementy żużlowe i popiołowe.
Materiału budowlane  wykład 4
2
2010-12-05
PODZIAA
MATERIAA
ÓW BUDOWLANYCH ZE WZGL
DU NA
CHARAKTER PRACY W OBIEKCIE BUDOWLANYM
materiały konstrukcyjne (nośne) przenoszące obciążenia mechaniczne 
beton, żelbet, kształtowniki metalowe, stal zbrojeniowa, ceramiczne
elementy murowe, elementy kamienne, drewno, itp.
materiały niekonstrukcyjne (nie nośne), a więc takie które nie przenoszą
obciążeń mechanicznych, za wyjątkiem ciężaru własnego.
Materiału budowlane  wykład 5
PODZIAA
MATERIAA
ÓW BUDOWLANYCH ZE WZGL
DU NA
FUNKCJE PEA
NIONE W OBIEKCIE BUDOWLANYM (BUDYNKU)
materiały ścienne,
materiały stropowe,
materiały do pokryć dachowych,
materiały izolacyjne  termoizolacyjne, hydroizolacyjne, ognioochronne ,
dz
więkochłonne,
materiały wykończeniowe,
materiały instalacyjne,
materiały do ochronny przed korozją.
Materiału budowlane  wykład 6
3
2010-12-05
PODZIAA
MATERIAA
ÓW BUDOWLANYCH ZE WZGL
DU NA
POSTAĆ WYST
POWANIA  GOTOWOŚĆ DO ZASTOSOWANIA
materiały całkowicie gotowe do zastosowania  wyroby budowlane,
materiały wymagające dalszego przetworzenia  beton, zaprawa itp.
OGÓLNA TENDENCJA STOSOWANA W TRAKCIE BUDOWANIA OBIEKTÓW BUDOWLANYCH TO
OGRANICZENIE PRAC ZWI
ZANYCH Z PRZETWORZENIEM MATERIAA
ÓW NA BUDOWIE
Materiału budowlane  wykład 7
UMOWNA KLASYFIKACJA WA
AÅšCIWOÅšCI
Fizyczne: zawierające informacje o budowie wewnętrznej materiału i relacjach
woda-materiał oraz właściwości cieplne
(np. gęstość, gęstość objętościowa, porowatość całkowita, otwarta, zamknięta, wilgotność,
nasiąkliwość, ciepło właściwe, pojemność cieplna, przewodność cieplna, rozszerzalność
cieplna, odporność ogniowa, itp.)
Mechaniczne: właściwości informujące o zachowaniu się materiału pod
obciążeniem mechanicznym
(np. wytrzymałość w różnych stanach obciążeń: ściskanie, rozciąganie itp., odkształcalność pod
obciążeniem: krzywa naprężenie-odkształcenie, moduł Younga, itp.)
Chemiczne: informujące o składzie chemicznym
(udział pierwiastków i związków chemicznych np. tlenków lub minerałów, odczyn pH itp.)
Technologiczne
(czas wiązania spoiw, łupliwość materiałów kamiennych, podatność (np. drewna) na różne
rodzaje obróbki, itp..)
Materiału budowlane  wykład 8
4
2010-12-05
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE - materiał budowlany jako ciało
kapilarno-porowate
Rodzaje porów występujących w materiale
1. zamknięte,
2. otwarte przelotowe,
3. pseudoślepe,
4. ślepe,
5.  korek np. cieczy,
6. szkielet materiału
Pcał + S = 1
Właściwości kompozytu = f ( vP, włP, vS, włS, & ..)
Materiału budowlane  wykład 9
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE - wpływ porowatości na właściwości
n
fC
fC = fC0(1- P)
H" 840 MPa
fC0
Gdzie:
fC0  hipotetyczna wytrzymałość
materiałów mineralnego o p = 0%
fC  rzeczywista wytrzymałość na
ściskanie materiału
P  porowatość
n  dla materiałów o szkielecie
mineralnym n=6
zakres badań
P
Materiału budowlane  wykład 10
5
2010-12-05
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE - wpływ charakterystyki porów na właściwości
Przesiąkliwość mała lub jej brak,
Podciąganie kapilarne słabe lub brak,
Przesiąkliwość duża,
Podciąganie kapilarne słabe,
Przesiąkliwość mała,
PodciÄ…ganie kapilarne mocne,
Materiału budowlane  wykład 11
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE - porowatość
KLASYFIKACJA PORÓW ZE WZGL
DU NA ICH WIELKOŚĆ (ŚREDNIC
)WG. INPAC
INTERNATIONAL UNION OF PURE AND APPLIED CHEMISTRY - MI
DZYNARODOWA UNIA CHEMII CZYSTEJ I STOSOWANEJ
mikropory d < 2 nm (2·10-9 m),
mezopory 2 nm < d < 50 nm
makropory d > 50 nm
1 m = 103 mm (mili) = 106 źm (mikro) = 109 nm (nano)
Materiału budowlane  wykład 12
6
2010-12-05
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE - porowatość
METODY OZNACZANIA POROWATOÅšCI
znając gęstość i gęstość objętościową możemy obliczyć porowatość
całkowitą, brak informacji o charakterystyceporowatości,
mikroskopia optyczna pozwala na obserwacje rozmiaru porów oraz ich
geometrii,
mikroskopia elektronowa,
adsorpcja gazowa, oznaczenie rozkładu porów,
porozymetria rtęciowa, oznaczenie rozkładu porów.
elektr. mikroskopia optyczna
porozymetr rtęciowy
sorpcja
10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 promień porów [m]
Materiału budowlane  wykład 13
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE  porowatość, metoda porozymetrii rtęciowej
Gdzie:
równanie Washburna
r  promień porów [nm]
2Å‚ cos¸ 7500 p  ciÅ›nienie bezwzglÄ™dne [kg/cm2]
r = - r =
ł  napięcie powierzchniowe rtęci
p p
¸  kÄ…t zwilżania rtÄ™ci
Materiału budowlane  wykład 14
7
2010-12-05
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE
G
STOŚĆ  masa jednostki objętości materiału, bez uwzględnienia porów wewnątrz
materiału
gdzie:
ms
ms  masa materiału w stanie suchym
Á = [g/cm3]
v  objętość materiału bez porów (tylko szkielet)
v
G
STOŚĆ OBJ
TOŚCIOWA  masa jednostki objętości materiału wraz z zawartymi w niej
porami
gdzie:
ms
ms  masa materiału w stanie suchym
Á0 = [g/cm3]
v0  objętość materiału z porami (tylko szkielet)
v0
Materiału budowlane  wykład 15
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE
POROWATOŚĆ  objętościowy udział porów w całej objętości materiału
Á - Á0 Á0 gdzie:
Á  gÄ™stość, g/cm3
p = = 1-
Á Á Á0  gÄ™stość objÄ™toÅ›ciowa, g/cm3
p  porowatość, %
SZCZELNOŚĆ  objętościowy udział szkieletu w całej objętości materiału
gdzie:
Á0
Á  gÄ™stość, g/cm3
s =
Á Á0  gÄ™stość objÄ™toÅ›ciowa, g/cm3
s  szczelność, %
Materiału budowlane  wykład 16
8
2010-12-05
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE
Gęstość Gęstość
Materiał objętościowa
[g/cm3] [g/cm3]
Beton zwykÅ‚y 2,8 2,0÷2,2
Cement 3,05÷3,15 1,1÷1,2
Ceramika czerwona 2,7 1,8÷1,95
Drewno 1,55 0,45÷0,95
Piasek 2,72 1,55÷1,65
Smoła 1,15 1,15
Szkło 2,65 2,65
Stal budowlana 7,85 7,85
Styropian 1,10 0,015÷0,040
Materiału budowlane  wykład 17
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE
G
STOŚĆ NASYPOWA  masa jednostki objętości materiału sypkiego
gdzie:
ms
Ánl,z  gÄ™stość nasypowa w stanie luz
nym bÄ…dz
zagęszczonym
Ál,z = [g/ cm3]
n
ms  masa materiału sypkiego w stanie suchym,
vl,z
n
vnl  objętość materiału sypkiego w stanie luz
nym,
vnz  objętość materiału sypkiego w stanie zagęszczonym,
JAMISTOŚĆ objętościowy udział jam (przestrzeni pomiędzy ziarnami) w całej objętości
materiału sypkiego
Á0 - Ál,z Ál,z gdzie:
n n
jl,z = = 1- jl,z  jamistość w stanie luz
nym bÄ…dz
zagęszczonym, %
Á0 Á0 Ánl,z  gÄ™stość nasypowa w stanie luz
nym
bÄ…dz
zagęszczonym, g/cm3
Á0  gÄ™stość objÄ™toÅ›ciowa, g/cm3
z
Ál d" Án jl e" jz
n
Materiału budowlane  wykład 18
9
2010-12-05
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE
WILGOTNOŚĆ  zawartość wody (wilgoci) w materiale (w danej chwili)
gdzie:
W  wilgotność, %
mw - ms
W =
ms  masa materiału w stanie suchym, g
ms
mw  masa materiału w stanie wilgotnym, g
NASI
KLIWOŚĆ MASOWA  stosunek masy wchłoniętej wody do masy materiału suchego
gdzie:
mn -ms
nw  nasiąkliwość, %
nw =
ms  masa materiału w stanie suchym, g
ms
mn  masa materiału w stanie nasyconym, g
Materiału budowlane  wykład 19
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE
NASI
KLIWOŚĆ OBJ
TOŚCIOWA  stosunek masy wchłoniętej wody do objętości materiału
suchego
gdzie:
mn -ms n0  nasiąkliwość objętościowa, %
n0 =
ms  masa materiału w stanie suchym, g
v
mn  masa materiału w stanie nasyconym, g
Ó! Á0  gÄ™stość objÄ™toÅ›ciowa, g/cm3
n0 = nw Å"Á0
Materiału budowlane  wykład 20
10
2010-12-05
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE
NASI
KLIWOŚĆ OBJ
TOŚCIOWA  stosunek masy wchłoniętej wody do objętości materiału
suchego
gdzie:
mn -ms
n0  nasiąkliwość objętościowa, %
n0 =
v ms  masa materiału w stanie suchym, g
mn  masa materiału w stanie nasyconym, g
Ó!
Á0  gÄ™stość objÄ™toÅ›ciowa, g/cm3
n0 = nw Å"Á0
NASI
KLIWOŚĆ POWIERZCHNIOWA  ilość wody wchłanianej przez jednostkę powierzchni
materiału
gdzie:
vw
n0  nasiąkliwość powierzchniowa, m3/m2s
np =
vw  objętość wchłoniętej wody, m3
FÅ" t
t  czas wchłaniania wody, s
Materiału budowlane  wykład 21
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE
POJEMNOŚĆ CIEPLNA  ilość ciepła jak jest potrzebna do ogrzania 1 m3 materiału o 1 K
gdzie:
Vc  pojemność cieplna, J/m3K
Vc = C Å"Á0 C  ciepÅ‚o wÅ‚aÅ›ciwe, J/kgK
Á0  gÄ™stość objÄ™toÅ›ciowa, kg/m3
CIEPA
O WA
AŚCIWE  ilość ciepła jak jest potrzebna do ogrzania materiału o masie 1 kg o 1 K
Ilość ciepła jest wprost proporcjonalna do jego
Q = mÅ" CÅ" "T
masy, ciepła właściwego i różnicy temperatur
gdzie:
C  ciepło właściwe, J/kgK
Q
Q  ilość ciepła potrzebna do ogrzania materiału o "T, J
C =
m  masa materiału, kg
mÅ" "T
"T  różnica temperatur, K
Materiału budowlane  wykład 22
11
2010-12-05
PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE
PRZEWODNOŚĆ CIEPLNA  ilość ciepła jaka przepływa przez warstwę materiału o
powierzchni 1 m2 i grubości 1 m, w jednostce czasu, przy różnicy temperatur po obydwu
stronach warstwy równej 1 K
gdzie:
  współczynnik przewodności cieplnej, W/mK
Q Å"d
Q  ilość ciepła przechodzące przez materiał, kcal
 =
F  powierzchnia na które ma miejsce przepływ, m2
FÅ" "TÅ" t
"T  różnica temperatur, K
t  czas trwania przepływu ciepła, h
Materiału budowlane  wykład 23
PODSTAWOWE CECHY MECHANICZNE
WYTRZYMAA
OŚĆ NA ŚCISKANIE  maksymalne naprężenie jakie wytrzymuje próbka
badanego materiału podczas ściskania
gdzie:
fc  wytrzymałość na ściskanie, N/mm2
Pcmax
Pc max  maksymalna siła niszcząca, N
Ãc max = fc =
F  powierzchnia przekroju próbki, mm2
F
N kN
MPa = = 10 Å"
mm2 cm2
Materiału budowlane  wykład 24
12
2010-12-05
PODSTAWOWE CECHY MECHANICZNE
WYTRZYMAA
OŚĆ NA ROZCI
GANIE  maksymalne naprężenie jakie wytrzymuje próbka
badanego materiału podczas rozciągania
Pt max
Ãt max = ft =
F
gdzie:
ft  wytrzymałość na ściskanie, N/mm2
Pt max  maksymalna siła niszcząca, N
F  powierzchnia przekroju próbki, mm2
Materiału budowlane  wykład 25
PODSTAWOWE CECHY MECHANICZNE
Wytrzymałość na Wytrzymałość na
Materiał ściskanie rozciąganie
fc [N/mm2] ft [N/mm2]
Beton zwykÅ‚y 8÷60 0,8÷5
Granit 118÷236 4,4÷7,8
Ceramika czerwona 5÷25 0,2÷2
Drewno (wzdÅ‚uż włókien) 40÷60 78÷150
SzkÅ‚o 340÷980 9,8÷77,5
Stal budowlana 294÷440 294÷490
Materiału budowlane  wykład 26
13
2010-12-05
PODSTAWOWE CECHY MECHANICZNE
WYTRZYMAA
OŚĆ NA ZGINANIE  maksymalne naprężenie jakie wytrzymuje próbka
badanego materiału podczas zginania
gdzie:
Mmax
ff  wytrzymałość na zginanie, N/mm2
Ãf max = ff =
Mmax  maksymalna moment zginajÄ…cy, Nmm
W
W  wskaz
nik wytrzymałości przekroju, mm3
F
Dla przekrojów prostokątnych
MA = FÅ"r
bÅ"h2
W =
r
6
X A
Materiału budowlane  wykład 27
PODSTAWOWE CECHY MECHANICZNE
WYTRZYMAA
OŚĆ NA ZGINANIE możliwe schematy badania
P
P/2
P/2
P/2 P/2 P/2 P/2
L/3 L/3
L/3
L/2 L/2
L L
P Å"L P Å"L
M = Mmax =
max
4 6
Materiału budowlane  wykład 28
14
2010-12-05
PODSTAWOWE CECHY MECHANICZNE
WYTRZYMAA
OŚĆ NA ZGINANIE rozkład naprężeń w przekroju podczas zginania
Ãcf
P
h
P/2
P/2
b
Ãtf
Materiału budowlane  wykład 29
PODSTAWOWE CECHY MECHANICZNE
WYTRZYMAA
OŚĆ NA ZGINANIE możliwe przypadki zniszczenia belki w trakcie zginania
fc > ft
fc < ft
fc = ft
Materiału budowlane  wykład 30
15
2010-12-05
PODSTAWOWE CECHY MECHANICZNE
WSPÓA
CZYNNIK (MODUA
) SPR
ŻYSTOŚCI  zależność pomiędzy naprężeniem a
odkształceniem
Ã
Odkształcenia sprężyste
E =
po usunięciu siły zewnętrznej
µ materiaÅ‚ wraca do postaci
poczÄ…tkowej
gdzie:
Ä…
E  moduł sprężystości, MPa
µ [%,0 ]
à  naprężenie, MPa
µ  odksztaÅ‚cenie
"l  skrócenie lub wydłużenie, m
Odkształcenia plastyczne
l0  długość początkowa, m po usunięciu siły zewnętrznej
materiał nie wraca do postaci
początkowej, odkształcenia
"l
trwałe
µ =
l0
µ [%,0 ]
Materiału budowlane  wykład 31
PODSTAWOWE CECHY MECHANICZNE
ŚCIERALNOŚĆ  podatność materiału na działanie sił ścierających
ODPORNOŚĆ NA UDERZENIA (UDARNOŚĆ)  zdolność do przeciwstawiania się nagłym siłom
uderzeniowym
KRUCHOŚĆ  zjawisko zniszczenia materiału pod wpływem działania sił, bez wyraz
nych
oznak odkształceń
ITP..
Materiału budowlane  wykład 32
16
Ã
[MPa]
Ã
[MPa]
2010-12-05
MATERIAA
BUDOWLANY A WYRÓB BUDOWLANY
Ustawa z 16 kwietnia 2004 r. o wyrobach budowlanych (Dz.U. nr 92, poz. 881)
Art. 1.
Ustawa określa zasady wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych, zasady
kontroli wyrobów budowlanych wprowadzonych do obrotu oraz zasady działania
organów administracji publicznej w tej dziedzinie.
Art. 2.
Ilekroć w ustawie jest mowa o:
1) wyrobie budowlanym - należy przez to rozumieć rzecz ruchomą, bez względu
na stopień jej przetworzenia, przeznaczoną do obrotu, wytworzoną w celu zastosowania
w sposób trwały w obiekcie budowlanym, wprowadzaną do obrotu jako wyrób
pojedynczy lub jako zestaw wyrobów do stosowania we wzajemnym połączeniu
stanowiącym integralną całość użytkową i mającą wpływ na spełnienie wymagań
podstawowych, o których mowa w art. 5 ust. 1 pkt 1 ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. - Prawo
budowlane (Dz.U. z 2003 r. Nr 207, poz. 2016 oraz z 2004 r. Nr 6, poz. 41).
Materiału budowlane  wykład 33
MATERIAA
BUDOWLANY A WYRÓB BUDOWLANY
Normy
Obszar stosowania
- EN europejskie,
- PN-EN krajowe zharmonizowane z EN,
- PN krajowe,
- BN branżowe
- ZN zakładowe
Rodzaj
- Przedmiotowe: definiujące wyrób i opisujące stawiane przed nim
wymagania,
- Czynnościowe: opisujące metody i sposoby określania
wymaganych właściwości
Materiału budowlane  wykład 34
17
2010-12-05
MATERIAA
BUDOWLANY A WYRÓB BUDOWLANY
- Certyfikaty zgodności (np. Instytut Techniki Budowlanej, Instytut
Badawczy Dróg i Mostów i inne uprawnione)
- Aprobaty techniczne (np. ITB, IBDiM i inne uprawnione)
na wniosek producenta lub grupy producentów wyrobu
budowlanego,
- Atesty (np. Państwowy Zakład Higieny i inne uprawnione)
Materiału budowlane  wykład 35
18