Materiały Budowlane wykład

PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH

Uwagi ogólne

W budownictwie stosowanych jest wiele materiałów różniących się pod względem właściwości. Z tego względu dla ułatwienia identyfikacji ich właściwości korzystne jest sprowadzenie technicznych cech materiałów do następujących czterech podstawowych grup:

cechy fizyczne,
cechy mechaniczne,
cechy fizyko-chemiczne,
cechy chemiczne.

Cechy fizyczne określają właściwości stanu fizycznego materiału, takie jak: gęstość, gęstość objętościową, porowatość, wilgotność, nasiąkliwość, przesiąkliwość, higroskopijność, mrozoodporność, ognioodporność, ogniotrwałość, rozszerzalność termiczną, przewodność elektryczną, pojemność i przewodność cieplną.

Cechy mechaniczne zasadniczo określają zdolność materiału do przeciwstawiania się niszczącemu oddziaływaniu wewnętrznych naprężeń wywołanych siłami zewnętrznymi, takimi jak obciążenia, wpływ temperatury lub czynników atmosferycznych takich jak wiatr. Obejmują one wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie, zginanie, skręcanie, kruchość, twardość, sprężystość, ciągliwość, ścieralność, pełzanie i relaksację.

Cechami fizyko-chemicznymi przyjęto określać takie właściwości, których stan fizyczny materiału wywiera charakterystyczny wpływ na przebieg określonych procesów chemicznych. Typowym przykładem takich cech jest stopień rozdrobnienia cementu, który wywierając bardzo istotny wpływ na przebieg reakcji chemicznych z wodą wpływa na zmianę właściwości technicznych stwardniałego materiału. W niektórych przypadkach stopień rozdrobnienia może doprowadzić do takich zmian cech fizyko-chemicznych, że materiał którego proces spalania w powietrzu przebiega umiarkowanie po doprowadzeniu do stanu pyłu tworzy materiał wybuchowy (pył węglowy i inne).

Cechy chemiczne charakteryzują zdolność materiału do przemian chemicznych pod wpływem substancji na niego oddziaływujących. Należy tu mieć na uwadze zarówno przemiany korzystne z uwagi na zastosowanie materiału, np. reakcje cementu z wodą w procesie twardnienia zapraw i betonów, jak również szkodliwe, z których najczęściej występującymi są niszczące oddziaływania agresywnych środowisk na beton i stal w konstrukcjach budowlanych.

Właściwości materiałów w znacznym stopniu zależą od budowy ich struktury wewnętrznej. Typowym przykładem jest tu beton, gdzie w wyniku zmiany cech fizycznych (np. gęstości objętościowej i porowatości), pod wpływem odpowiedniego ukształtowania struktury wewnętrznej, uzyskuje się materiały o zróżnicowanych właściwościach technicznych, a mianowicie wytrzymałości, przewodności cieplnej λ, nasiąkliwości, odporności na wpływ czynników agresywnych i inne. Na podstawie jednego rodzaju spoiwa, np. cementu portlandzkiego, przez zmianę proporcji pozostałych składników w mieszance i technologii formowania wyrobów, można w szerokim zakresie wytwarzać betony o zróżnicowanej porowatości oraz o różnych gęstościach objętościowych, czyli o zróżnicowanych właściwościach pod względem wymagań użytkowych : ciężkie, zwykłe, lekkie, jamiste i inne.

Właściwości materiałów budowlanych zazwyczaj określane są ilościowo to jest na podstawie liczbowych wskaźników, wyznaczanych z badań doświadczalnych, a rzadziej określanych z obliczeń analitycznych.

Właściwości fizyczne

2.1. Gęstość

Gęstość (ρ) określa masę jednostki objętości materiału w stanie absolutnej szczelności.

ρ , (2.1)

gdzie:

m- masa suchej sproszkowanej próbki wyrażona w g lub kg,

V- objętość próbki bez porów wyznaczona w lub .

Sposób oznaczenia gęstości uzależniony jest od rodzaju badanego materiału. W przypadku badania materiałów zwartych, takich jak metale lub szkło próbki waży się z wymaganą dokładnością a następnie określa ich objętość metodą bezpośrednią, na próbkach regularnych lub hydrostatyczną, na próbkach o dowolnym kształcie. Gęstość oblicza się ze wzoru (2.1).

W przypadku badania materiałów porowatych oznaczenie gęstości można przeprowadzić metodą dokładną w piknometrze lub przybliżoną w kolbie Le Chateliera. Jednak w laboratoriach najczęściej z uwagi na dokładność uzyskiwanych wyników pomiarów stosowana jest metoda z zastosowaniem piknometru.

Kolba Le Chateliera

W badaniach gęstości materiału pobrane próbki laboratoryjne rozciera się na proszek tak, aby całość przeszła przez sito o boku oczka # 0,08mm, a następnie suszy, do stałej masy, w temperaturze 105-110 oC. Tak wysuszoną próbkę studzi się w eksykatorze, nad chlorkiem wapnia, w temp. 20±2 oC i przechowuje do czasu badania.

Wysuszony piknometr o pojemności 50 ml należy zważyć z dokładnością do 0,001g. Z naczynka wagowego wsypuje się do piknometru ok.10g badanego materiału i ponownie waży z dokładnością do 0,001g. Z różnicy wyników obu ważeń należy wyznaczyć masę pobranej próbki wysuszonego materiału (m). W dalszej kolejności napełnia się piknometr wodą destylowaną lub spirytusem albo inną cieczą o znanej gęstości, gdy badany materiał wchodzi w reakcję chemiczną z wodą. W celu usunięcia powietrza znajdującego się w materiale piknometr umieszcza się w eksykatorze próżniowym i odpowietrza. Po usunięciu powietrza i ustaleniu temperatury w granicach 20±1 oC usuwa się wodę z naczynia i całość waży.

W celu wyznaczenia wszystkich danych potrzebnych do obliczenia gęstości badanego materiału należy wyznaczyć masę piknometru napełnionego zastosowaną cieczą. Dla zapewnienia właściwej dokładności wszystkie oznaczenia należy wykonać w temperaturze t=20±2 oC.

Gęstość badanego materiału należy obliczyć z dokładnością do trzeciego miejsca po przecinku ze wzoru

(2.2)

gdzie:

m - masa próbki wysuszonej do stałego ciężaru, kg;

- masa piknometru wraz z cieczą, kg;

- masa piknometru wraz z cieczą i próbką, kg;

- gęstość cieczy zastosowanej w badaniach przy temperaturze 20 oC,

Główną zaletą tej metody pomiaru gęstości materiału jest to, że objętość badanej próbki określa się na podstawie ważenia masy piknometru, piknometru z prubką, piknometru z próbką i cieczą oraz piknometru napełnionego cieczą.

Natomiast w metodzie wykorzystującej kolbę Le Chateliera objętość wsypanego do naczynia materiału określa się z różnicy poziomu cieczy wypartej przez wsypany proszek.

Gęstość materiału zależy od składu chemicznego i mineralogicznego. Na przykład dla stali gęstość jest równa , piasku kwarcowego 2650, a różnych gatunków drewna od 1520-1650 .

W praktyce gęstość najczęściej służy do obliczenia szczelności lub porowatości badanego materiału. Dla określenia tych właściwości fizycznych niezbędna jest znajomość gęstości objętościowej.

2.2. Gęstość objętościowa (gęstość pozorna)

Gęstość objętościowa, określana również gęstością pozorną, wyraża stosunek masy jednostki objętości suchego materiału, w stanie naturalnym. Wyznacza się ją jako stosunek masy próbki wysuszonego materiału do całkowitej objętości, wraz z porami i szczelinami charakterystycznymi dla budowy jego struktury. Gęstość objętościową wyznacza się ze wzoru

, (2.3)

gdzie:

m - masa próbki wyrażona w g lub kg,

V - objętość ciała próbnego określona w .

Oznaczenie gęstości objętościowej powinno odbywać się dla materiału w stanie suchym. Jeżeli warunek ten nie jest spełniony, to wielkość gęstości objętościowej jest jedynie orientacyjna i wówczas należy podać przy jakiej wilgotności oznaczenie zostało wykonane. W tym przypadku nie można z tego oznaczenia określać szczelności materiału.

Bardzo proste jest oznaczenie gęstości objętościowej dla materiałów i wyrobów o regularnych geometrycznych kształtach. W tym celu należy próbkę wysuszyć, zważyć, zmierzyć i obliczyć gęstość objętościowa ze wzoru (2.3).

Gęstość objętościowa materiałów budowlanych zależy od struktury materiału i zawiera się w szerokich granicach. Szkło, metale oraz bitumy mają gęstość objętościową równą gęstości. Natomiast gęstość objętościowa materiałów porowatych, stosowanych w izolacjach termicznych jest znacznie niższa od ich gęstości. Typowym przykładem może być tu spienione szkło o gęstości objętościowej =10¸30 kg/ , styropian o =15¸50 kg/ , czy gazobeton o =220¸700 kg/ .

W praktyce gęstość objętościową najczęściej określa się na próbkach o regularnym kształcie geometrycznym, a zwłaszcza sześciennych lub cylindrycznych. Mierząc wszystkie krawędzie bryły, na podstawie średnich wartości, oblicza się jej objętość. W celu określenia masy próbkę należy wysuszyć do stałego ciężaru. Większość materiałów suszy się w temperaturze 105-110 oC. W przypadku suszenia gipsu i wyrobów gipsowych należy utrzymywać temperaturę w suszarce w granicach 50-70 oC.

Po wysuszeniu i ostudzeniu materiału w eksykatorze nad chlorkiem wapnia próbkę waży się i oblicza gęstość objętościową ze wzoru (2.3).

Dla zapewnienia wymaganej dokładności badanie powinno być przeprowadzone na pięciu próbkach, a wartość średnia stanowi wynik oznaczenia.

Gęstość objętościową próbek materiałów o nieregularnych kształtach określa się najczęściej metodą hydrostatyczną. Przy oznaczeniu gęstości objętościowej próbek o nieregularnych kształtach zasada postępowania jest następująca:

próbkę suszy się do stałej masy,

waży,

nasyca wodą przez zanurzenie w wodzie na dwie godziny do 1/3, następnie do 2/3, i na całkowitą wysokość.

Następnie należy wyznaczyć masę próbki materiału po nasyceniu (wytartego z wody) oraz jej masę po zanurzeniu w wodzie, na wadze hydrostatycznej lub innym stanowisku podobnie skonstruowanym.

Objętość próbki oblicza się z różnicy masy próbki nasyconej oraz zanurzonej w wodzie. Pozostałe obliczenia gęstości objętościowej przeprowadza się w sposób analogiczny jak dla próbek o regularnym kształcie.

2.3. Szczelność

Szczelnością nazywana jest procentowa zawartość substancji materiału w jednostce jego objętości. Wyraża się ją jako stosunek gęstości objętościowej do gęstości tego materiału ze wzoru

gdzie:

jest gęstością objętościową,

gęstością.

Zatem pod pojęciem szczelności należy rozumieć objętość absolutną tworzywa szkieletu, tworzącego strukturę materiału, a zawartego w jednostce jego objętości.

2.4. Porowatość.

Porowatość natomiast określa procentowy udział wolnych przestrzeni szkieletu struktury materiału w jednostce jego objętości. Odejmując od jednostki objętości materiału absolutną objętość jego szkieletu, to wynikiem tego działania będzie zawartość wolnych przestrzeni, którą można wyrazić w procentach ze wzoru

. (2.4)

Porowatość materiałów budowlanych waha się w szerokich granicach. Dla materiałów szczelnych, takich jak szkło, metale bitumy itp. porowatość p=0%, natomiast dla styropianu, pianki poliuretanowej oraz wełny mineralnej może dochodzić do 95%.

2.5. Wilgotność

Wilgotnością materiału nazywana jest procentowa zawartość wody, która znajduje się w materiale w danych warunkach. Liczbową wielkość wilgotności określa się ze wzoru:

, (2.5)

gdzie :

mw – masa materiału w stanie wilgotnym,

m – masa materiału suchego.

Wyznaczenie wilgotności polega na dokładnym wysuszeniu materiału we właściwej temperaturze, zważeniu i obliczeniu wilgotności z powyższego wzoru.

2.6. Nasiąkliwość

Nasiąkliwością nazywana jest maksymalna procentowa zawartość wody, jaką może wchłonąć dany materiał. Jeżeli wielkość ta obliczona zostanie w odniesieniu do masy materiału to wyznacza ona nasiąkliwość wagową (nw), a jeżeli do objętości próbki, to objętościową. Wielkości te obliczamy ze wzorów:

100%, (2.6)

100%. (2.7)

Nasiąkliwość jest cechą , którą wyznacza się dla materiałów porowatych o stałym kształcie.

2.7. Higroskopijność

Higroskopijność określa zdolność materiału do wchłaniania wilgoci z otoczenia. Materiały higroskopijne zazwyczaj charakteryzują podwyższona wilgotnością, co znacznie może ograniczać ich zastosowanie. Niektóre domieszki do materiałów mogą powodować wzrost ich higroskopijności. Typowym przykładem jest dodawanie chlorku wapnia do zapraw i betonów oraz stosowanie tego środka do impregnacji, np. polepy, czy płyt wiórowo-cementowych, co w konsekwencji noże być przyczyną nadmiernego wzrostu wilgotności ścian.

2.8. Szybkość wysychania

Szybkość wysychania określa zdolność materiału do oddawania wody do otoczenia. Podaje ona ilość wody w % wagowych lub objętościowych, jaką materiał wydziela w ciągu doby w powietrzu o temperaturze 20 OC i wilgotności względnej 60%.

W konstrukcji budowlanej, po odpowiednio długim okresie, wytwarza się stan równowagi pomiędzy wilgotnością materiału i wilgotnością otaczającego powietrza, określany wilgotnością w stanie powietrzno-suchym.

Betony komórkowe wykazują wilgotność w stanie powietrzno-suchym ok. 8%, keramzytowe ok. 6%, a najmniejszą wilgotność w tym stanie wykazuje ceramika – ok. 6% wagowo.

2.9. Kapilarność.

Kapilarność określa zdolność materiału do podciągania wody przez pory znajdujące się w strukturze. Zjawisko to występuje najczęściej w materiałach mikroporowatych z dużą ilością porów otwartych lub materiałach sypkich takich jak mieszanki żwirowo-piaskowe, czy grunt. Ze względu na kapilarność materiałów budowlanych, na fundamentach wznoszonych budynków układa się warstwę izolacji przeciwwilgociowej, która nie pozwala na podciaganie wody z zawilgoconego gruntu.

Sposób badania kapilarności materiałów sypkich przedstawia poniższy rysunek.

Badanie kapilarności materiałów sypkich

2.10. Przesiąkliwość

Przesiąkliwością nazywana jest zdolność materiału do przepuszczania wody pod ciśnieniem. Wielkość przesiąkliwości wyraża się ilością wody w gramach przenikającej w ciągu 1 godziny przez materiał o grubości 1m i powierzchni 1m2 przy zachowaniu stałej różnicy ciśnień.

Przesiąkliwość jest bardzo istotnym zjawiskiem w pierwszym rzędzie w izolacjach przeciwwilgociowych, zbiornikach na ciecze lub różnego rodzaju pokryciach dachowych.

Sposób badania przesiąkliwości jest różny i zależy zarówno od materiału jak i jego przeznaczenia. Dla poszczególnych rodzajów materiałów sposób badania przesiąkliwości określają normy przedmiotowe. Przesiąkliwość materiałów zależy od budowy wewnętrznej. Materiały szczelne, takie jak szkło, metale tworzywa sztuczne i wyroby bitumiczne nie są przesiąkliwe. Materiały o porach zamkniętych również mogą być nieprzesiąkliwe.

2.11. Przepuszczalność pary wodnej

Miarą przepuszczalności pary wodnej jest współczynnik, który określa ilość pary przenikająca przez materiał o powierzchni 1 m2 i grubości 1 m w ciągu 1 godziny, przy różnicy ciśnień między przeciwległymi powierzchniami wynoszącej 133,3 Pa 1 (Tr).

2.12. Mrozoodporność

Mrozoodpornością określana jest właściwość materiału polegająca na przeciwstawianiu się niszczącemu działaniu wielokrotnego zamarzania w stanie nasyconym. Mrozoodporność materiału ocenia się ubytkiem masy i spadkiem jego wytrzymałości. Dla poszczególnych materiałów wymagania te są określone w normach przedmiotowych. W betonach przeznaczonych do nawierzchni drogowych dopuszcza się 5% ubytku masy i 20% spadku wytrzymałości na ściskanie po 50 cyklach zamrażania.

Oznaczenie mrozoodporności polega na wielokrotnym zamrażaniu i rozmrażaniu próbki materiału nasyconego wodą. Zamrażanie próbek odbywa się w środowisku powietrznym o temp. –20OC, a rozmrażania w wodzie o temp. +20OC.

Mrozoodporności materiału ocenia się na podstawie:

opisu makroskopowego, obecności rys, spękań, rozwarstwień lub zaokrągleń krawędzi i naroży;

straty masy, które ustala się w stosunku procentowym do suchej masy przed badaniem,

współczynnika odporności na zamrażanie, ze wzoru

w którym

Rz – wytrzymałość materiału na ściskanie po ostatnim cyklu zamrożenia,

R – wytrzymałość materiału na ściskanie przed zamrożeniem.

2.13. Przewodność cieplna

Współczynnik przewodności cieplnej l określa ilość ciepła którą przewodzi materiał o powierzchni 1 m2, grubości 1m, w czasie 1 godz. i różnicy temperatury 1K.

Badanie współczynnika przewodzenia ciepła prowadzi się w:

jednopłytowym aparacie Bocka,

dwupłytowym aparacie Poensgena

Współczynnik l oblicza się ze wzoru

w którym:

Q - ilość ciepła wydzielanego przez grzejnik pomiarowy w ciągu godziny, [W],

d - grubość próbki, [m],

F - powierzchnia materiału, przez którą przenika ciepło, [m2],

ti – te - różnica temperatury na powierzchni ogrzewanej i chłodzonej materiału, [K].

Przewodność cieplną materiałów w stanie wilgotnym określa się metodą nieustalonego strumienia ciepła, najczęściej przy zastosowaniu sondy liniowej o stałym wydatku ciepła.

Wielkość współczynnika przewodzenia ciepła dla powietrza wynosi l = 0,023 W/m2K, a dla wody l = 0,594 W/m2K i jest ok. 25 razy wyższy niż dla powietrza. Z przedstawionych zależności wynika wpływ zawilgocenia materiału na wzrost współczynnika przewodzenia ciepła.

2.14. Pojemność cieplna materiałów

Pojemność cieplną materiałów charakteryzuje ich ciepło właściwe, które określa ilość ciepła potrzebną do podgrzania masy 1kg danego materiału o 1OC. Ciepło właściwe oznacza się symbolem c, a mianem jest [J/(kgK)] lub [kJ/(kgK)].

Ciepło właściwe materiałów zmienia się od 0,75 do 2,5 kJ/(kgK). Największe ciepło właściwe ma woda c = 4,1868 kJ/(kgK), które jest równe 1 kalorii.

2.15. Rozszerzalność cieplna

Rozszerzalność cieplna materiału określa zmianę jego wymiarów pod wpływem temperatury. Charakterystycznymi wielkościami rozszerzalności cieplnej są:

współczynnik rozszerzalności liniowej

, ,

gdzie:

Dl – przyrost względny grubości próbki w [M] lub [cm],

Dt – przyrost temperatury w [K],

Dl – długość pierwotna elementu w [m] lub [cm].

współczynnik rozszerzalności objętościowej

Vt – objętość próbki po podgrzaniu o Dt, [K], m3,

V – objętość próbki przed podgrzaniem, [m3].

Współczynnik rozszerzalności objętościowej oblicza się wg uproszczonego wzoru

b = 3×µ

2.16. Ogniotrwałość

Ogniotrwałością określana jest taka cecha materiału, która decyduje o zachowaniu trwałości kształtu wykonanego z niego wyrobu przy długotrwałym działaniu podwyższonej temperatury.

Pod względem ogniotrwałości materiały budowlane dzielimy na trzy grupy:

ogniotrwałe – wytrzymujące długotrwale działanie temperatury powyżej 1580oC,
trudnotopliwe - wytrzymujące długotrwale działanie temperatury od 1350¸1580oC,
łatwo topliwe - wytrzymujące długotrwale działanie temperatury poniżej 1350oC.

1.17. Ognioodporność

Ognioodpornością określana jest taka cecha, która charakteryzuje brak niszczącego wpływy ognia na materiał w czasie pożaru.

Pożarem określane jest zjawisko samorzutnego i niekontrolowanego rozprzestrzeniania się ognia.

Temperatury w czasie pożaru dochodzą do 900oC, podczas pierwszej godziny i wzrastają do ok. 1300oC, po dłuższym okresie trwania pożaru.

Niszczący wpływ pożaru na materiał może objawiać się zmianą kształtu i struktury, a także cech wytrzymałościowych elementów wykonanych z danego materiału.

1.18. Palność

Palnością określana jest taka cecha materiału, która sprzyja podtrzymaniu i rozprzestrzenianiu się ognia. Określa się ja w piecu probierczym w temp. 700oC. Z uwagi na palność materiały dzieli się na trzy grupy:

materiały niepalne,
materiały trudno palne,
materiały łatwo palne (często określane łatwopalnymi).

Materiały niepalne pod wpływem płomienia lub wysokiej temperatury nie zapalają się płomieniem, nie tlą się i nie ulegają zwęgleniu.

Materiały trudno palne pod wpływem płomienia lub wysokiej temperatury z trudem zapalają się płomieniem, tlą się i w efekcie tego ulegają zwęgleniu. Palenie się takich materiałów zachodzi tylko wówczas, gdy istnieje dodatkowe źródło ognia (jeżeli płomień przestanie oddziaływać materiał przestaje się palić).

Materiały palne pod wpływem płomienia lub wysokiej temperatury zapalają się płomieniem lub tlą się i proces ten przebiega dalej, jeżeli nawet źródło ognia przestanie oddziaływać.

Do materiałów niepalnych zalicza się: azbest, materiały kamienne, ceramikę, metale, farby wapienne, wyroby z wełny mineralnej, betony, zaprawy itp. Typowymi materiałami trudno palnymi są: drewno impregnowane, farby olejne i kazeinowe, płyty pilśniowe twarde oraz wiórowo-cementowe, zaprawy i betony asfaltowe. W skład materiałów palnych wchodzą między innymi: wszystkie gatunki drewna nieimpregnowanego, płyty paździerzowe, pilśniowe miękkie, trzcinowe, filce mineralne impregnowane asfaltem, lakiery asfaltowe, lepiszcza bitumiczne, papy.

2.2. Właściwości mechaniczne

2.2.1. Wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie

Siły zewnętrzne oddziałujące na element wywołują w materiale stan naprężeń. Graniczne wielkości tych naprężeń, zwane wytrzymałością materiału zależą od cech danego materiału.

Wytrzymałością na ściskanie i rozciąganie nazywamy naprężenia powodujące zniszczenie próbki materiału. Pod pojęciem naprężenia ściskającego lub rozciągającego (s) należy rozumieć wielkość siły (P) przypadającą na jednostkę powierzchni przekroju poprzecznego materiału (F), usytuowaną prostopadle do kierunku działania siły

[MPa].

Jednostką naprężeń jest N/m2 = Pa. Wielkość liczbową wytrzymałości oblicza się ze stosunku siły niszczącej (P) odniesionej do powierzchni przekroju (F) na jaką siła ta oddziałuje.

Orientacyjne wytrzymałości na ściskanie i rozciąganie materiałów

Materiał

Wytrzymałość na ściskanie

MPa

Wytrzymałość na rozciąganie

MPa

Stal budowlana

294-440

Szkło

340-980

9,8-77,5

Ceramika porowata

4,9-24,5

0,2-1,06

Drewno wzdłuż włókien

39,2-59,0

77,5-147

Tworzywa sztuczne

5,9-480

88-775

Beton zwykły

8-60

0,8-5,0

Granit

118-236

4,4-7,75

2.2.2. Kruchość

Kruchością określany jest stosunek wytrzymałości materiału na rozciąganie (Rr) odniesiony do jego wytrzymałości na ściskanie

Ze względu na powyższy warunek do materiałów kruchych zalicza się:

żeliwo,
szkło,
granit,
beton,
ceramikę.

2.2.3. Podatność na rozmiękanie

Podatność na rozmiękanie określa destrukcyjny wpływ wilgoci na cechy wytrzymałościowe materiału. Wpływ ten charakteryzuje się współczynnikiem rozmiękania, który określa stosunek wytrzymałości materiału na ściskanie, w stanie nasyconym wodą do wytrzymałości na ściskanie w stanie suchym. Materiałem szczególnie podatnym na rozmiękanie jest gips, gdzie współczynnik rozmiękania może wynosić 0,7-0,3.

2.2.4. Twardość

Twardość charakteryzuje materiał pod względem odporności na odkształcenia wywołane działaniem sił skupionych na jego powierzchnię. Badanie twardości dokonuje się przez pomiar odkształcenia powierzchni pod wpływem wciskania wgłębnika wykonanego z twardszego materiału, bądź też przez zarysowanie powierzchni badanego tworzywa twardszym materiałem.

Oznaczenie twardości materiału przy użyciu wzorcowego zestawu minerałów polega na zarysowaniu powierzchni badanego materiału jednym z kolejnych minerałów, a twardość próbki określa się stopniem twardości minerału poprzedzającego ten, którym dokonano rysy na próbce. Do badania twardości stosuje się zestaw dziesięciu minerałów. Skala ta nosi nazwę skali twardości minerałów lub skali Mosha, i odejmuje następujący zestaw minerałów:

1– talk; 2 – gips; 3 – kalcyt; 4 – fluoryt; 5 – apatyt; 6 – ortoklaz; 7 – kwarc: 8 – topaz; 9 – korund; 10 – diament.

Do oznaczenia twardości metali stosuje się najczęściej metodę Brinella (HB) lub Rockwella (HR). Metoda badania twardości Brinella polega na wciskaniu w powierzchnię metalu twardej kulki o średnicy 2,5; 5 lub 10,5 mm. Po odciążeniu mierzy się średnicę wgniecenia kulki w metal. Twardość metalu oblicza się ze wzoru

gdzie:

P- siła obciążająca w N lub kN,

D- średnica kulki w m,

Średnica wgniecenia w m.

Twardościomierz Brinella

1 – siłownik, 2 – obciążniki, 3 – wieszak, 4 – stalowa kulka, 5 – trzpień, 6 – badany materiał, 7 –oprawka, 8 – pokrętło dociskowe

Twardość materiału metodą Brinella należy określać na próbkach o powierzchni wygładzonej.

Badanie twardości metodą Rokwella stosuje się dla materiałów bardzo twardych. Sposób określenia twardości polega na wciskaniu w powierzchnie diamentowego stożka o kącie wierzchołkowym120O. Zagłębienie stożka (h) pod naciskiem siły 1370 N jest podstawą do określenia twardości Rockwella. Twardość Rockwella jest wielkością bezwymiarową i oblicza się ze wzoru

2.2.5. Sprężystość

Sprężystość materiału określa jego zdolność do przyjmowania pierwotnej postaci po usunięciu zewnętrznej siły obciążającej, pod wpływem której próbka materiału zmieniła swój kształt. Sprężyste właściwości materiału charakteryzuje moduł sprężystości „E”, który oblicza się ze wzoru:

gdie:

a ,

s - naprężenia powstające przy rozciąganiu lub ściskaniu próbki o przekroju F,

e -odkształcenie sprężyste, wywołane naprężeniem s obliczonym ze stosunku przyrostu długości Dl , m do długości pierwotnej próbki l m.

Przykładowe wielkości modułu sprężystości są równe:

dla stali 2×105 MPa,
dla betonu zwykłego około 2×104 MPa,
dla drewna od 9,8×103 do 12×103 MPa.

2.2.6. Plastyczność

Plastycznością materiału określa się jego zdolność do zachowania trwałych odkształceń po usunięciu sił, które te odkształcenia spowodowały. Każdy materiał wykazuje właściwości plastyczne, zwłaszcza po przekroczeniu pewnej wielkości naprężeń. Jednak niektóre materiały wykazują w szczególności właściwości plastyczne. Do takich materiałów zalicza się wszelkiego rodzaju kity, materiały bitumiczne, glinę i grunty.

2.2.7. Ciągliwość

Ciągliwością określana jest zdolność materiału do znacznych odkształceń plastycznych wywołanych siłami rozciągającymi. Wysoką wielkością ciągliwości odznaczają się asfalty, folie z tworzyw sztucznych i kity trwale plastyczne.

2.2.8. Pełzanie

Pojęciem pełzania materiału określa się stały przyrost odkształceń plastycznych, wywołany niezmiennym obciążeniem w umownym przedziale czasowym, np. 1 roku.

2.2.9. Relaksacja

Pod pojęciem relaksacji materiału rozumiemy spadek naprężeń w materiale przy stałym odkształceniu.

2.2.10. Ścieralność

Ścieralnością określana jest podatność materiału na zmniejszenie masy, objętości lub grubości pod wpływem czynników ścierających. Ścieralność jest ważną cechą, która określa przydatność materiału w zastosowaniu do takich elementów jak: podłogi klatki schodowe, zbiorniki na materiały sypkie lub nawierzchnie drogowe.

Ścieralność określa się różnymi metodami, w zależności od rodzaju materiału. Ścieralność materiałów kamiennych, betonu i elementów przeznaczonych do nawierzchni drogowych bada się na tarczy Bohmego, przez określenie ubytku masy po 440 obrotach tarczy ściernej lub zmniejszenia grubości przypadającej na 1 m2 ścieranej powierzchni.

Schemat tarczy Bohmego do badania ścieralności materiałów

1 – badana próbka, 2 – zacisk utrzymujący próbkę, 3 – tarcza ścierna, 4 – obciążenie próbki

Do badania ścieralności drewna stosowane jest urządzenie Alpha, którego zasada działania polega na szlifowaniu próbki drewnianej taśmą ścierną pod odpowiednim naciskiem. Z różnicy grubości próbki przed szlifowaniem i po badaniu określa się wielkość liczbową ścieralności drewna.

Badanie ścieralności materiałów podłogowych i z tworzyw sztucznych prowadzi się przy zastosowaniu urządzenia Stuttgart. Zasada pomiaru tą metodą jest następująca:

badana próbka jest wprowadzona w ruch posuwisty i obrotowy;

na próbce ustawione jest wahadło, powleczone materiałem ściernym, które wykonując ruch wahadłowy powoduje ścieranie powierzchni próbki.

Po 300 podwójnych ruchach (tam i z powrotem) mierzy się ubytek grubości w miejscu starcia.

Wahadło ścierające powierzchnię

1 – podstawa, 2 – ruchomy stół pomiarowy, 3 – talerz obrotowy, 4 – badana próbka, 5 – materiał ścierny, 6 – wahadło

Badanie ścieralności kruszyw przeznaczonych do nawierzchni drogowych bada się przy zastosowaniu urządzenia określanego bębnem Los Angeles. Istota pomiaru polega na określeniu ubytku masy kruszywa w wyniku ścierania się ziaren kruszywa oraz przez ścieranie kulami stalowymi znajdującymi się wewnątrz bębna.

Spoiwa mineralne

Ogólna charakterystyka.
Podział spoiw.

Spoiwa powietrzne.
Spoiwa hydrauliczne.

3. Spoiwa powietrzne.

3.1. Wapno palone

CaCO3 (950¸1050oC)®CaO+CO2 

3.2. Wapno gaszone

CaO+H2O®Ca(OH)2

3.3. Wapno hydratyzowane

3.4. Wapno pokarbidowe

3.5. Wiązanie wapna w zaprawie

Kwaśny deszcz

CO2+H2O®H2CO3

Karbonizacja zaprawy wapiennej

Ca(OH)2+H2CO3®CaCO3+2H2O

4. Spoiwa gipsowe

Skała gipsowa

CaSO4 × 2H2O

Gips budowlany

CaSO4 × 2H2O (180¸190oC)® CaSO4 × 0,5H2O + 1,5 H2O

Estrychgips

CaSO4 × 2H2O (800oC)® CaSO4 + 2H2O

Wiązanie z wodą i twardnienie gipsu budowlanego

CaSO4 × 0,5H2O + 1,5H2O® CaSO4 × 2H2O

Spoiwa hydrauliczne

Surowce

wapień,
wapień marglisty,
margiel,
glina,
łupek,
w niewielkich ilościach: piasek i ruda żelaza,
boksyt.

W praktyce mieszaninę surowców należy zestawiać z dwóch lub trzech składników w odpowiednich proporcjach. Są one bogate w węglan wapnia (CaCO3), krzemionkę (naturalną) (SiO2) oraz tlenek glinu (Al2O3) i (w mniejszej ilości) tlenek żelaza (Fe2O3).

Mieszanina tych surowców, po zmieleniu i homogenizacji, jest wypalana w piecu obrotowym. Przechodząc przez poszczególne strefy temperaturowe surowce wsadowe w temperaturze 1450 OC ulegają procesowi rozkładu, spiekania i granulacji, tworząc nowe związki chemiczne, określane fazami klinkierowymi.

Schemat technologii produkcji cementu

Produktem wypału jest klinkier cementowy, który po zmieleniu z siarczanem wapnia (gipsem półwodnym – CaSO4×0,5H2O) w ilości do 5% tworzy gotowy produkt – cement portlandzki.

Schemat młyna do cemenu

Młyn wyposażony w wykładzinę samosortującą mielniki w komorze roboczej

Klinkier zmielony tylko z dodatkiem gipsu daje w wyniku cement portlandzki.

Niejednokrotnie oprócz gipsu dodaje się do klinkieru także znaczniejsze ilości dodatków o utajonych właściwościach hydraulicznych, bądź o działaniu utajonym. Takie postępowanie prowadzi do produkcji cementów o określonych właściwościach, jak cementy hutnicze lub pucolanowe.

Najczęściej do oceny stopnia rozwinięcia powierzchni cementu służą sita 200 i 800 mm. Oznaczenie pozostałości na tych sitach informuje wystarczająco o stopniu zmielenia surowca. Jednak powszechnie stosowana metoda kontroli mielenia cementu oparta jest na systematycznym, stałym oznaczaniu powierzchni właściwej metodą Blaine’a, wyrażonej w cm2/g Bl.

Jednak często stosowanym wskaźnikiem stopnia rozdrobnienia cementu jest współczynnik K80. Wskaźnik ten wyraża w mm największy wymiar oczka sita, przez które przechodzi 80% badanego cementu.

Orientacyjne współzależności wskaźnika K80 i powierzchni właściwej, wyznaczonej wg Blain’a przedstawiono w poniższej tablicy

Cement portlandzki

Powierzchnia cm2/g Bl

Wskaźnik K80 mm

Zwykły

2800¸3200

45¸55

Szybko twardniejący

3500¸4000

30¸35

Bardzo szybko twardniejący

Powyżej 4500

Powyżej 25

Nazwy i oznaczenia cementów

wg nowej normy PN-B-19701

Nowa norma PN-B-19701, podobnie jak poprzednia, dzieli cementy powszechnego użytku w zależności od ilości dodatku wprowadzanego do głównych składników na cztery rodzaje:

Cement portlandzki CEM I,
Cement portlandzki mieszany CEM II,
Cement hutniczy CEM III,
Cement pucolanowy CEM IV.

Nazwa cementu

Symbol cementu

Rodzaj dodatku

Ilość dodatku %

Cement portlandzki

CEM I

0 – 5

Cement portlandzki

żużlowy

CEM II/A-S

CEM II/B-S

Granulowany żużel wielkopiecowy

6-20 S

21-35 S

Cement portlandzki krzemionkowy

CEM II/A-D

Pył

Krzemionkowy

6-10 D

Cement portlandzki pucolanowy

CEM II/A-P

CEM II/B-P

Pucolana naturalna

6-20 P

21-35 P

CEM II/A-Q

CEM II/B-Q

Pucolana przemysłowa

6-20 Q

21-35Q

Cememt portlandzki

popiołowy

CEM II/A-V

CEM II/B-V

Popiół lotny krzemionkowy

6-20 V

21-35V

CEM II/A-W

CEM II/B-W

Popiół lotny wapienny

6-20 W

21-35W

Cement portlandzki wapienny

CEM II/A-L

CEM II/B-L

Wapień

6-20 L

21-35 L

Cement portlandzki

żużlowo-popiołowy

CEM II/A-SV

CEM II/B-SV

Żużel granulowani +krzemionka

6-20 SV

21-35 SV

Cement hutniczy

CEM III/A

CEM III/B

Granulowany żużel wielkopiecowy

36-65 S

66-80 S

Cement pucolanowy

CEM IV/A

CEM IV/B

Popiół lotny

krzemionkowy

11-35 V

36-55 V

Oznaczenia cementów

A – cementy o niskiej zawartości alkaliów, do 1,1%,

B – cementy o wyższej zawartości alkaliów, do 2%,

N – cement normalnie twardniejący,

S – cement szybkotwardniejący,

R – cement o wysokiej wytrzymałości wczesnej.

Oznaczenia dodatków

S – granulowany żużel wielkopiecowy,

D – pył krzemionkowy,

P – pucolana naturalna,

L – wapień,

D – pył krzemionkowy,

Q – pucolana przemysłowa,

W – popiół lotny wapienny.

Oznaczenia rodzaju cementu na workach

Badanie cementów

Aparat Vcata

1 – pierścień, 2 – płytka szklana, 3 – igła p powierzchni przekroju 1 mm2,

4 – trzonek, 5 – podziałka pomiarowa

Wymagania wytrzymałościowe stawiane poszczególnym klasom cementów

Ceramika

Technologia produkcji wyrobów ceramicznych

Kopalnia surowców

Taśmociąg transportujący urobek

Wzbogacanie surowców przez dodanie

piasku, mączki ceglanej, melafiru itp.

Rozdrabnianie gliny w gniotowniku na ażurowym dnie misy

Mieszanie gliny w dołowniku

i utrzymywanie w odpowiedniej

wilgotności

Zasilacz skrzyniowy spełniający

rolę dozownika

Prasa próżniowa, ślimakowa

odpowietrzająca glinę i formująca pasma

Formowanie dachówek na podkładach gipsowych

Suszenie dachówek na podkładach

Nanoszenie angoby na wysuszone dachówki

1050 oC

Strefa podgrzewania Strefa wypalania końcowego Strefa chłodzenia

Sortowanie i pakowanie wyrobów

Wyroby ceramiczne o strukturze porowatej

Wyroby ceramiczne o strukturze porowatej

2.1. Cegła pełna tradycyjna

Nowe wersje cegły

a) tradycyjna b) drążona c) szczelinowa

Wymiary cegieł [mm]

Tradycyjnych

Modularnych

Długość

250

188, 238, 288

Szerokość

120

Wysokość h

65, 140, 220

104, 138, 188, 220

W zależności od wytrzymałości na ściskanie cegłę dzieli się na następujące klasy:

5,0; 7,5; 10; 15 i 20.

Cyfry te odpowiadają minimalnej wytrzymałości cegły na ściskanie wyrażonej w MPa.

Po badaniu odporność na działanie mrozu dla cegły pełnej, po 25 cyklach zamrażania i odmrażania w temperaturze 20 OC, nie powinny być widoczne uszkodzenia. Cegła klasy 5 nie musi spełniać wymagań mrozoodporności.

2.2. Cegła dziurawka

2.3. Cegła kratówka

2.3. Pustaki szczelinowe o wymiarach modularnych

2.4. Pustaki poryzowane

2.5. Pustaki do przewodów spalinowych i wentylacyjnych

2.6. Pustaki stropowe

Zużycie pustaków: 17 szt./m2.

Rozpiętość stropów 4,25 – 7,2 m.

2.7. Dachówki ceramiczne

Badanie dachówek ceramicznych

Zgodnie z PN-97/B-12020 normowe wymagania dotyczące dachówek ceramicznych podzielone zostały na :

cechy zewnętrzne,
cechy fizyczne.

Cechy zewnętrzne dotyczą sprawdzenia:

- kształtu, który powinien zgodnie z dokumentacja techniczną powinien zapewniać łatwe łączenie dachówek, zapewniać szczelność pokrycia,

- wymiary nominalne,

- odchyłki wymiarów,

- dopuszczalne wady, takie jak skrzywienia powierzchni i krawędzi, pęknięcia od strony zaczepu, pęknięcia od strony zakładek, odpryski i wytopy na powierzchni górnej, zgniecenia rowków, żłobków, wypustów, kąt pochylenia zaczepu,

- ukształtowanie powierzchni licowej, powierzchnie licowe gładkie lub gładkie lub zdobione w ramach partii

- barwa, zgodna ze wzorem, dopuszcza się nieznaczne różnice odcieni i barwy,

- otwory montażowe.

Cechy fizyczne:

- nasiąkliwość,

- masa, dopuszcza się różnice w stosunku do masy deklarowanej nie większe niż 10%,

- odporność na działanie siły łamiącej,

- przesiąkliwość,

- odporność na działanie mrozu, powinna wytrzymać 50 cykli zamrażania i odmrażania,

- obecność szkodliwych zawartości marglu.

Przykład urządzenia do pomiaru wichrowatości dachówek

Schemat badania przesiąkliwości metodą 1

Metoda ta polega na określeniu ilości wody jaka przepływa przez 1 cm2 górnej powierzchni materiału dachówki pod ciśnieniem słupa wody o wysokości 10 cm, w czasie 48h. Wynik oblicza się z następującego wzoru:

IF=(V1-V2):(Ax2) [cm3/(cm2 dobę);

gdzie: A - powierzchnia próbki w cm2;

V1- ilość wody jaka przepływa przez próbkę w czasie 48 godzin;

V2- ilosc wody jaka odparuje w tym czasie z cylindra w cm3.

Schemat badania przesiąkliwości metodą 2

Badanie polega na oznaczeniu czasu jaki upływa od momentu rozpoczęcia badania do chwili spadku pierwszej kropli z dolnej powierzchni dachówki pod wpływem ciśnienia słupa wody o wysokości 60 mm wywieranego na górną powierzchnię dachówki. Maksymalny czas badania wynosi 20h. Podczas badania określa się czas do chwili spadku pierwszej kropli wody. Wynik badania określa się jako współczynnik spadku pierwszej kropli wody w stosunku do maksymalnego czasu (20h) ze wzoru:

IC=(20- t1):20.

Badanie nośności na zginanie wg PN-EN 538

Badanie polega na podparciu dachówki na dwóch podkładkach w rozstawie 2/3 długości dachówki i obciążeniu w połowie rozpiętości poprzez podkładkę wyrównującą połączoną przegubowo z urządzeniem wywierającym nacisk. Obciążenie powinno wzrastać z prędkością 0,05kN/s, aż do momentu zniszczenia.

Obciążenie niszczące F w N, oblicza się jako średnią arytmetyczną z wyników badań 10 próbek.

Badanie mrozoodporności wg projekt normy PN-EN 539-2

Badanie mrozoodporności przeprowadza się w specjalnej komorze chłodniczej. Temperaturę zmienia się zgodnie z określonym programem.

Krzywa chłodzenia próbki

W czasie chłodzenia próbki zraszane są wodą w ilości 4,5 l/min, co 5min przez 5s, do czasu az temperatura w komorze spadnie do 0 OC. Po utrzymaniu próbek w tej temperaturze przez 35min obniża się temperaturę w komorze aż do uzyskania temperatury w próbce –15 OC i utrzymuje się przez 30 min.

Następnie badane próbki rozmrażane przez polewanie wodą o temperaturze 5 do 10 OC, aż poziom wody będzie powyżej próbek na wysokości 50 mm. Próbki powinny pozostać w kąpieli wodnej przez następne 15 min, po czym następuje wypuszczenie wody i rozpoczęcie następnego cyklu.

Cykle powtarza się przez 150 razy, a wyroby ocenia się jako mrozoodporne jeżeli nie wystąpią zmiany:

na powierzchni górnej – rysy i pęknięcia, początkowe odspojenia, odspojenia, odpryski,
na powierzchni górnej i dolnej – odłupywanie, złamanie i łuszczenie się powierchni

2.8. Wyroby ceramiczne o czerepie spieczonym

2.8.1. Cegła klinkierowa

wymiary: 250 x 120 x 65 mm,

klasy: 25, 35,

nasiąkliwość: do 12%, do 6%

gęstość objętościowa ro=2000kg/m3.

2.8.2. Cegła kanalizacyjna

typy: KP - cegła prosta 250 x120 x65 mm,

KG-55 - o kształcie graniastosłupa 250 x 120 x 65 x 55,

KG-45 - o kształcie graniastosłupa 250 x 120 x 65 x 45.

Minimalna wytrzymałość na ściskanie w stanie nasyconym wodą 15 MPa dla typu KP i 8 MPa dla pozostałych klas.

2.8.3. Cegła kominówka

Klasy: 18, 25,

nasiąkliwość: do 10%.

2.9. Rury i kształtki kamionkowe kanalizacyjne

Typy:

prostki,

kształtki.

Nasiąkliwość poniżej 8%.

a) - prostka, b) i c) – trójniki, d) – kolano, e) – korek , f) – łuk, g) – osadnik, h) – syfon

2.10. Wyroby fajansowe

Surowce:

glina ilasta,

kwarc,

szamot,

koalin i skalenie.

Temperatura wypalania 1470 oC

Umywalki

Muszle ustępowe, dolnopłuki i bidety

Szkło budowlane

4.1. Ogólna charakterystyka

Szkło jest bezpostaciową (niekrystaliczną) substancją otrzymywaną w wyniku stopienia, a następnie ostudzenia mieszaniny składników szklarskich.

4.2. Składniki

Głównym składnikiem jest piasek z dodatkiem: wapieni, dolomitów, sody, potażu i innych substancji.

4.3. Rodzaje szkła

Rodzaje szkła produkowane są w zależności od zastosowanych dodatków.

Najpopularniejsze szkło sodowo-wapienne do celów budowlanych składa się z około:

76% SiO2, 15-17% Na2O i 5-8%CaO.

Szkło kwarcowe zawiera 99,9% SiO2,

Włókno szklane wytwarzane jest z następujących składników: 66% SiO2, 17%Na2O i 17%CaO.

Składnikami barwiącymi szkło są głównie tlenki metali, dozowane do składników w ilości ok. 5% masy.

Topienie składników prowadzi się w temp. ok. 1570 oC, a formowanie wyrobów zwykle w temp. 1270 oC.

W celu usunięcia wewnętrznych naprężeń gotowe wyroby po ostygnięciu ogrzewa się do temp. 800-900 oC i następnie studzi (tzw. proces odprężenia).

Szkło budowlane charakteryzuje się gęstością w granicach 2500-2700 kg/m3 i wytrzymałością na ściskanie powyżej 400MPa, a dla niektórych gatunków nawet powyżej 1200 MPa.

3.4. Etapy technologii produkcji, wytwarzania i przetwarzania szkła

Produkcja szkła

- pławienie

- chłodzenie

Wytwarzanie tworzywa szklanego

Huty i fabryki szkła

Wytwarzanie szkła

- walcowanie

- obróbka termiczna

- rozwłóknianie i spienianie

Wytwarzanie gotowych produktów

Zakłady związane z producentami szkła

Przetwarzanie szkła

- cięcie

- szlifowanie

- fazowanie

- wiercenie

- hartowanie

Produkcja wyrobów w oparciu o półfabrykaty szklane:

- szyby hartowane,

- szyby zespolone,

- szyby klejone,

- szyby laminowane,

- szyby absorpcyjne,

- szyby refleksyjne,

- szyby ognioodporne,

- szyby niskoemisyjne,

- szyby dzwiękochłonne,

- lustra,

- szkło meblowe

4.4. Nowoczesne technologie

4.4.1. Produkcja szkła float

Obecnie podstawowym szkłem stosowanym powszechnie na świecie jest szkło float. Charakteryzuje się wysoką przejrzystością, odpornością na wpływy atmosferyczne i praktycznie pozbawione jest deformacji.

Technologia produkcji szkła float opatentowana została w 1957 r. przez angielską firmę Pilkington. W technologii tej stopione składniki po wystudzeniu wylewane są do wanny z roztopionym metalem, najczęściej ceną, i pławione po jej powierzchni. Uzyskany ciągły pas szkła jest nie zdeformowany, płaski, z naturalną lśniącą powierzchnią. Zastosowane odprężenie i ochładzanie powietrzem gwarantuje uzyskanie szkła niemal idealnie płaskiego i łatwego w krojeniu. Produkowane jest o grubości 2 – 10 mm, jako bezbarwne, kolorowe, refleksyjne i hartowane.

Szkło tego typu używane jest do szklenia okien, fasad, a także w meblarstwie i przemyśle samochodowym.

4.4.2. Szkło bezpieczne

Ze względów bezpieczeństwa takie elementy jak daszki ogrodów zimowych, świetliki, schody, balustrady, drzwi, ścianki działowe, duże partie szklanych ścian fasadowych musza być wykonane ze szkła bezpiecznego. Szkło takie po rozbiciu rozpada się na większe części o nieostrych krawędziach lub na bardzo wiele drobnych fragmentów, względnie tafla nie rozpada się, a tylko ulega pęknięciu. Szkło bezpieczne uzyskuje się przez hartowanie wyrobów lub klejenie warstw szklanych i tworzywa.

Ze szkła klejonego wykonuje się głównie szyby ochronne, stosowane jako antywłamaniowe, odporne na przebicie przez pociski z ręcznej broni palnej.

Odporność tych szyb badana jest przez zrzucenie na szybę umieszczoną w ramie okiennej kuli o masie 4 kg z wysokości 1,2 do 9m, w zależności od klasy. Uwzględniając to kryterium szyby antywłamaniowa dzieli się następująco:

szyby bezpieczne - klasy 01; 02; P1 i P2;
szyby o zwiększonej odporności na włamanie – klasy P3; P4; P5;
szyby antywłamaniowe – klasy P6; P7; P8.

Szyby kuloodporne dzieli się na pięć klas - S1 do S5. Dodatkowo szyby kuloodporne dzieli się na odpryskowe i bezodpryskowe. Szyby odpryskowe oznaczone są symbolem z literą „o” a bezodpryskowe „b”, np. SO4.

Szyby antywłamaniowe i jednocześnie kuloodporne nazywane są pancernymi, antydetonacyjnymi i oznaczane są symbolami podwójnymi, np. P7-SB1, co oznacza szybę antywłamaniową kl. P7, o odporności na 51-70 uderzeń siekierą testową, kuloodporną i bezodpryskową.

Szkło ognioodporne E stanowi przeszkodę przed płomieniami na czas od 15 min do 2 godzin.

Produkowane są również zestawy wielowarstwowe, wypełnione żelem lub szkłem wodnym. Są to szkła ogniochronne oznaczone symbolem EI. Wymagają one zastosowania specjalnych ram okiennych.

Szkło przeciwsłoneczne

Szkło przeciwsłoneczne występuje jako:

- absorpcyjne,

- refleksyjne (odbijające promieniowanie podczerwone),

- uniwersalne.

4.5. Szyby zespolone „Vitroterm”

Kaszt szyby z membraną HEAT MIRROR o współczynniku przenikania ciepła:

U = 0,7 W/(m2K) - 290 zł/m2,

U = 0,7 W/(m2K) - 410 zł/m2.

Metale stosowane w budownictwie

Uwagi ogólne

Metalami nazywamy takie materiały, które w stanie skupienia stałym i ciekłym charakteryzują się bardzo dobrą przewodnością cieplną i elektryczną, charakterystycznym połyskiem metalicznym oraz nieprzezroczystością.

Większość metali otrzymuje się ze złóż rud w procesie redukcji, poza nielicznymi takimi jak: platyna Pt, srebro Au, złoto Ag, miedź Cu, i rtęć Hg, które mogą występować w stanie rodzimym.

W technice otrzymywanie metali przebiega w zasadzie w trzech stadiach:

1 – wzbogacanie rudy (wstępna przeróbka rudy mająca na celu oddzielenie rudy od zanieczyszczeń skały płonnej),

2 – Właściwy proces wytopu, polegający na redukcji rudy danego metalu przy pomocy koksu w obecności specjalnych topników,

3 – rafinację (oczyszczanie) metalu hutniczego celem otrzymania surowca o odpowiedniej czystości (np. elektrorafinacja miedzi hutniczej prowadzi do otrzymania miedzi elektrolitycznej o zawartości 99,99% Cu).

Metale stosowane w budownictwie dzielą się zasadniczo na dwie grupy:

I metale żelazne stanowiące stopy żelaza z węglem i innymi metalami uszlachetniającymi. Należą do nich stale, staliwo oraz żeliwo.

II metale nieżelazne, zwane często kolorowymi – metale i ich stopy nie zawierające żelaza. Do grupy tej zalicza się: aluminium, cynk, miedź, cynę, ołów, brąz (stanowiący stop Cu-Sn), mosiądz (stop Cu-Zn) oraz spiże (stopy Cu-Sn-Zn).

2. Metale żelazne

Do metali żelaznych zalicza się różnego rodzaju stopy żelaza. Pierwiastki stanowiące domieszki w stopach żelaza z węglem, wprowadzane dodatkowo do stopu w stanie czystym lub też pozostające w stopie w wyniku procesu wytopu rudy poprawiają znacznie właściwości mechaniczne i odpornościowe stopów, nadając im nowe, specyficzne cechy.

2.1. Stal budowlana

W Procesie wytopu rudy żelaza uzyskuje się produkt główny tzw. surówkę – stop żelaza z węglem (od 3do 5%), krzemem, magnezem, fosforem i siarką. Łączna zawartość domieszek dochodzi do ok. 6%. Z surówki szarej, w której węgiel występuje w postaci grafitu, wytwarza się na drodze przetapiania ze złomem stalowym i odpadkami odlewniczymi, koksem oraz topnikami tzw. żeliwo. Charakteryzuje się ono wieloma cennymi właściwościami, dzięki którym jest szeroko stosowane w odlewnictwie. Główne cechy żeliwa to: dobra lejność, mały skurcz odlewniczy, dobra skrawalność, duża odporność na ścieranie przy równoczesnej małej wytrzymałości na rozciąganie (120do260 MPa) i zginanie (około 800 MPa), stosunkowo dużej kruchości, a jednocześnie większej od stali odporności na korozję.

Z surówki białej przez usuwanie nadmiaru węgla, krzemu i innych domieszek w piecach Simens-Martina, gruszkach Bessemera lub konwertorach Thomsona otrzymuje się płynną stal. Stopioną stal odlewa się do specjalnych form otrzymując tzw. wlewki – poddane w dalszej kolejności przeróbce plastycznej, mającej na celu nadanie odpowiedniego kształtu, poprawę jakości lub też uzyskanie odpowiedniej postaci użytkowej.

Materiałem pośrednim pomiędzy żeliwem i stalą jest staliwo. Staliwo może być węglowe (o składzie takim jak posiadał wytop) lub stopowe (dodatkowo wprowadzone takie metale jak: Ni, Cr, W, V i inne). Staliwo z uwagi na gruboziarnistą, niejednorodną budowę charakteryzuje się gorszymi właściwościami mechanicznymi od stali, a lepszymi od zeliwa.

Z tych trzech postaci stopów żelaza stal ma największe znaczenie praktyczne dla budownictwa. Stale, stanowiące stopy żelaza z węglem (od 0.01 do 1,5% wag.) oraz innych pierwiastków dzielimy na niskostopowe (poniżej 5% dodatków) i wysokostopowe (powyżej 5% dodatków). Właściwości stali można w znacznym stopniu modyfikować poddając ją obróbce termicznej (wyżarzaniu, hartowaniu i odpuszczaniu). Wyżarzanie polega na ogrzaniu stali, jej wygrzaniu i następnie powolnemu ostudzeniu. W wyniku tego procesu następuje ujednolicenie struktury, likwidacja naprężeń wewnętrznych i polepszenie właściwości mechanicznych stali.

Hartowanie polega na ogrzaniu stali i następnie gwałtownym jej ochłodzeniu przez zanurzenie w zimnej cieczy. Powoduje to podwyższenie właściwości wytrzymałościowych oraz trwałości przy jednoczesnym obniżeniu plastyczności stali. Stal taką stosuje się do produkcji narzędzi. Procesem odwrotnym do hartowania jest odpuszczanie stali, które polega na jej ogrzaniu i powolnym chłodzeniu. Uzyskuje się w ten sposób materiał mniej twardy i mniej wytrzymały lecz pozbawiony naprężeń wewnętrznych i bardziej plastyczny oraz ciągliwy.

Właściwości stali zależą w głównej mierze od zawartości węgla. Ze wzrostem zawartości węgla w stali rośnie jej wytrzymałość, twardość, hartowność, a maleje ciągliwość, udarność i odporność na korozję.

Identyczny wpływ na właściwości stali wywiera obecność krzemu Si w stopie. Obecność siarki w stali jest niekorzystna, gdyż powoduje kruchość, szczególnie na gorąco. Obecność fosforu obniż jej udarność i plastyczność. Mangan (Mn) jest dodatkiem pożądanym, gdyż powoduje podniesienie wytrzymałości i udarności stali, a ponadto neutralizuje szkodliwy wpływ siarki.

Znakowanie stali

Stale węglowe

W zależności od składu chemicznego i właściwości stale są odpowiednio znakowane. Znak stali węglowej zwykłej jakości składa się z liter i cyfry porządkowej. Gatunki przeznaczone do spawania mają w końcówce oznakowania literę S. Zatem stal węglowa zwykłej jakości oznakowana jest jako St‑0, a stal węglowa zwykłej jakości przeznaczona do spawania oznakowana jest następująco: St-0S. Na końcu oznakowania stali może być litera X lub Y. Litera X oznacza stal o tzw. nieuspokojonej granicy plastyczności, a litera Y dotyczy stali o półuspokojonej granicy plastyczności. Określenia X i Y odnoszą się do specjalnych zabiegów technologicznych w czasie procesu hutniczego, w wyniku którego następuje odtlenienie stali przy końcu wytopu, przez co uzyskuje się zmniejszenie wydzielanie gazów w czasie krzepnięcia stali. Stal nieuspokojona jest bardziej miękka od stali w stanie półuspokojonym.

Stale stopowe

Znak stali niskostopowej składa się z liczby określającej zawartość węgla, w setnych częściach procentu, z liter określających składniki stopowe oraz z liczby oznaczającej zawartość tych dodoatków stopowych, w całkowitych jednostkach procent. Przy ograniczeniach składu chemicznego znak uzupełnia się na końcu literą A.

Oznaczenia składników stopowych są następujące:

G – mangan,

S – krzem.

Dlatego oznaczenie 18G2 określa stal manganową o zawartości 2%wag. Mangany i 0,18% wag. węgla.

Znak 34GS oznacza niskostopową stal manganowo-krzemową o zawartości 0,34% węgla i ok. 2% krzemu i manganu.

W przemyśle mechanicznym stosowane są również następujące rodzaje stali:

St-2M, St-4M – stale węglowe konstrukcyjne, stosowane głównie do wyrobu nitów,

R 35, R 44 – stale stosowane do wyrobu rur,

10H, 10HA – stale o zwiększonej odporności na korozję,

D-90 – stal do wyrobu drutów i zbrojenia.

Oznaczenie wytrzymałości na rozciąganie i charakterystyki odkształceniowe

Badania przeprowadza się na próbkach okrągłych (toczonych), kwadratowych i sześciokątnych (struganych) oraz płaskich. Najczęściej jednak stosowane są próbki okrągłe o średnicy do³3 mm z główkami do chwytania w szczęki maszyny wytrzymałościowej.

Długość pomiarowa badanej próbki wynosi:

Lo=5do lub Lo=5,65 , dla próbek krótkich,

Lo=10do lub Lo=11,3 , dla próbek długich,

gdzie : s0 – powierzchnia przekroju początkowego próbki, mm2;

do – średnica próbki, mm2.

Kształt próbki do badania wytrzymałości przedstawiono na poniższym rysunku

Kształt próbki do badań wytrzymałości stali na rozciąganie

Podczas badania sporządza się wykres zależności odkształcenia od naprężenia

Odkształcenia stali w zależności od działającej siły

Charakterystycznymi wielkościami naprężeń są:

Rs – granica sprężystości, jest to największa wielkość naprężenia, przy której stal zachowuje cechy sprężyste,

Rh – granica proporcjonalności, punkt, do którego wydłużenie próbki jest wprost proporcjonalne do naprężenia – prawo Hooke’a),

Re – granica plastyczności, wielkość naprężeń, przy których materiał próbki zaczyna odkształcać się przy niewielkim wzroście naprężeń,

Rm – granica wytrzymałości, określona ze wzoru:

[NPa],

gdzie: Fm – największa siła obciążająca, osiągnięta w czasie badania, MN;

So – pole pierwotnego przekroju poprzecznego próbki, m2.

Po zerwaniu próbki określa się także jej wydłużenie, będące stosunkiem trwałego wydłużenia bezwzględnego próbki po zerwaniu do długości pomiarowej, według wzoru

gdzie: Lu – długość pomiarowa po zerwaniu, mm,

Lo – pierwotna długość pomiarowa próbki, mm.

Właściwości mechaniczne oraz skład chemiczny stali podawany jest dla poszczególnych rodzajów. Dla wszystkich gatunków stali przyjmuje się następujące właściwości fizyczne:

współczynnik cieplnej rozszerzalności liniowej a=0,0000012 [1/K],

gęstość r=7850 [kg/m3]

współczynnik przewodności cieplnej l=39,6[W/mK],

współczynnik sprężystości podłużnej E=2,06×105 MPa,

współczynnik sprężystości poprzecznej G=7,95×104 MPa,

współczynnik Poissona m=0,3.

Wyroby ze stali stosowane w budownictwie

W budownictwie stosowanych jest kilka rodzajów prętów, które rozróżniamy w zależności od zastosowania i wykonania.

Pręty okrągłe gładkie, rakowane na gorąco o średnicy od 8 do 40 mm i długościach od 6 do 12 mm, przeznaczone do zbrojenia konstrukcji.

Walcówka okrągła stosowana do zbrojenia, może być wykonana ze stali StO, StOS, i St3SX. Średnica waha się od 5,5 do14 mm. Rozprowadzana jest w kręgach.

Pręty okrągłe żebrowane o żebrowaniu skośnym, wykonane są ze stali 34GS i mają wymiary: średnica od 6-40 mm, długość10-12m. Wytrzymałość stali w tych prętach wynosi powyżej 600 MPa.

Profile walcowane

Kształtowniki stalowe gięte na zimno

Metale nieżelazne

Ościeżnice stalowe

Rury stalowe instalacyjne

Rura żebrowana

Siatki

Siatki plecione

Siatka jednolit (cięto-ciągniona)

Gwoździe budowlane

Wpust żeliwny podłogowy

Przykłady łączników zwężkowych z żeliwa ciągliwego

Wanny kąpielowe

Aluminium jest metalem produkowanym od przeszło 100 lat. Podstawą produkcji są rudy glinu-boksyty. Wyróżnia się dużą lekkością (gęstość 2,8 g/cm3), odpornością na korozję oraz dużą przewodnością elektryczną i cieplną. Do celów konstrukcyjnych stosuje się wyłącznie stopy aluminium z innymi metalami, głównie z miedzią, krzemem, magnezem i cynkiem. Największą wytrzymałością na rozciąganie, w granicach 580 do 700 MPa, charakteryzuje się stop Al-Zn-Mg-Cu.

Asortymenty:

blachy aluminiowe, produkowane w grubościach od 0,3 do 10 mm,

taśmy o szerokości 10 do 400 mm i grubości od 0,2 0,3 mm,

folie aluminiowe o grubości od 0,005 do 0,2 mm

pręty z aluminium o przekroju okrągłym, kwadratowym i sześciokątnym,

kształtowniki.

Zastosowanie aluminium jest szczególnie uzasadnione wówczas, gdy stosunek obciążenia do ciężaru własnego jest niewielki.

Miedź stasuje się w postaci cienkich blach o grubości od 0,1 do 2 mm. Znajduje zastosowanie do krycia dachów, wykonania rynien i rur spustowych oraz innych robót blacharskich.

Wyroby blacharskie pod wpływem wilgotnego środowiska pokrywają się odporną na dalszą korozję warstwą patyny.

Szerokie zastosowanie znajduje stop miedzi do armatur i wszelkiego rodzaju okuć budowlanych. Stop miedzi z cynkiem tworzy mosiądz, miedzi z cyną – brąz, a miedzi z cyną i cynkiem – spiż.

Cynk

Ołów

Tworzywa sztuczne

1. Uwagi ogólne

Związki wielocząsteczkowe, które mogą być traktowane jako pierwowzór tworzyw sztucznych stworzyła przyroda. Są to celuloza, która stanowi główny składnik drewna, włókien lnianych, bawełnianych i konopnych, białka, będące podstawowym składnikiem tkanek organizmów żywych, a zwłaszcza ich skóry, owłosienia oraz jedwabiu naturalnego. Wytworzone w przyrodzie polimery naturalne, a zwłaszcza kauczuk naturalny – koloidalna zawiesina roślin kauczukodajnych, były surowcami do wytworzenia pierwszych tworzyw sztucznych.

Wykorzystując celulozę oraz kamforę w USA (1869) uruchomiona została pierwsza wytwórnia celuloidu. Z tego względu rok 1869 przyjmuje się jako początek wytwarzania tworzyw sztucznych. Następnymi opracowaniami w tym zakresie było wynalezienie z kazeiny galalitu, z którego produkowano guziki, grzebienie itp. wyroby oraz nitrocelulozy i octan celulozy – stanowiących materiałów na taśmy filmowe. Dodając duże ilości siarki do kauczuku naturalnego uzyskano ebonit, który znalazł szerokie zastosowanie do produkcji skrzynek radiowych, słuchawek telefonicznych, jak również w innych dziedzinach elektrotechniki.

Powyższe tworzywa uzyskane zostały z naturalnych związków wielkocząsteczkowych. Natomiast pierwszym syntetycznym tworzywem polimerowym było wynalezienie w Niemczech w 1909 roku przez chemika Baekelenda żywicy fenolowo-formaldehydowej, nazwanej bakelitem. Produkowane z niej wyroby znalazły szerokie zastosowanie w elektrotechnice, ponieważ charakteryzowały się wysokimi właściwościami dielektrycznymi, dobrą odpornością na temperaturę, trwałością, nie rozpuszczał się w wodzie oraz wielu rozpuszczalnikach. Również w Niemczech w 1915 roku otrzymano pierwszy kauczuk syntetyczny.

Dalszy bardzo szybki rozwój tworzyw syntetycznych nastąpił w okresie międzywojennym. W tym okresie uruchomiona została produkcja tworzyw termoplastycznych, a mianowicie polistyrenu, poliamidu i polietylenu. Jednakże największy postęp w produkcji tworzyw sztucznych nastąpił w okresie II wojny świtowej, co wynikało z zaspokojenia potrzeb militarnych. W tym okresie opracowane zostały tworzywa silikonowe, kauczuk butylowy, żywica epoksydowa, żywica poliestrowa, polietylen wysokociśnieniowy oraz włókna poliamidowe , opracowanego przez zespół chemików amerykańsko—brytyjskich, a wykorzystywane w tkaninach na spadochrony pod nazwą nylonu (New York-London).

Osiągnięty w czasie wojny postęp przyczynił się do gwałtownego wzrostu technologii produkcji tworzyw sztucznych w okresie powojennym. Do największych producentów tworzyw sztucznych należy zaliczyć: Niemcy, Stany Zjednoczone, Francję, Japonię, Wielką Brytanię i Włochy. Uwzględniając światową produkcję tworzyw sztucznych, to w 1970 r. na jednego mieszkańca Ziemi przypadało średnio ok. 8,2 kg produkowanych z nich różnych wyrobów, a w 1980 r. ilość ta wzrosła do 13,6 kg. Dla porównania można podkreślić również że w latach tych Stany Zjednoczone produkowały 112 kg tworzyw sztucznych na statycznego mieszkańca, natomiast w Polsce ten wskaźnik wynosił zaledwie 15,4 kg, co przewyższało o niecałe 2 kg średnią dla całego globu.

Tak duże zapotrzebowanie nowoczesnych rozwiązaniach współczesnego przemysłu na zastosowanie tworzyw sztucznych wynika ze szczególnych zalet i właściwości tych materiałów, do których należy zaliczyć w szczególności:

- wysoka odporność na korodujące działanie czynników atmosferycznych, większość rozpuszczalników i środków chemicznych,

- łatwość formowania wyrobów o skomplikowanym kształcie w jednej operacji metodą wtryskową lub prasowania,

- dobre właściwości mechaniczne oraz szerokie możliwości ich poprawy po wzmocnieniu tworzywa włóknem szklanym lub węglowym,

- korzystny stosunek wytrzymałości mechanicznej do masy z uwagi na stosunkowo niską gęstość tworzyw sztucznych,

- łatwość barwienia i uzyskiwania gładkich powierzchni,

- możliwość dokonywania różnorodnych modyfikacji.

Jednakże pomimo znaczących osiągnięć uzyskanych w modyfikacji właściwości tworzyw sztucznych nie są w dalszym ciągu one pozbawione również wad. Należy tu zaliczyć:

- niższą od metali konstrukcyjnych wytrzymałość mechaniczną,

- niższą twardość,

- gorsze właściwości reologiczne, zwłaszcza większe płynięcie pod obciążeniem w wysokiej temperaturze,

- podatność na procesy starzeniowe,

- stosunkowo mała odporność cieplna, zwłaszcza na bezpośrednie działanie ognia,

- podatność na procesy starzenia, zwłaszcza pod wpływem oddziaływania różnych form energii.

Tworzywa sztuczne są materiałami wytwarzanymi z cząsteczek związków organicznych o malej masie cząsteczkowej, lecz o dużej funkcjonalności ( muszą być co najmniej dwufunkcyjne). Cząsteczki te noszą nazwę monomerów. Z nich to w wyniku reakcji chemicznych zwanych polireakcjami otrzymuje się polimery (homopolimery – zbudowane z elementów jednakowych, lub kopolimery – zbudowane z elementów rożnych).

Do polireakcji zaliczane są reakcje polimeryzacji, poliaddycji i polikondensacji. Jeżeli w reakcji biorą udział mononery dwufunkcyjne, to wynikiem jest polimer o łańcuchu prostym, natomiast jeżeli monomer o większej funkcyjności niż dwa, to produktem jest polimer o łańcuchu rozgałęzionym.

Reakcja polimeryzacji jest procesem połączenia się ze sobą wielu cząsteczek monomeru (bez produktów ubocznych) w cząsteczki polimeru. Powstający w taki sposób polimer składa się z całego szeregu monomerów i różni się od substratu dużą masą cząsteczkową oraz związanymi z tym zupełnie innymi właściwościami.

Poliaddycja jest to reakcja polegająca również na przyłączeniu monomerów do tworzącego się polimeru, połączona z równoczesnym przegrupowaniem się atomów, zwłaszcza tzw. ruchliwego wodoru. Reakcja ta odbywa się również bez wydzielania się produktów ubocznych, a polimer rózni się od monomeru jedynie odmienną budową.

Polikondensacja jest reakcją polegającą na łączeniu się wielu cząsteczek różnych substratów w jeden polimer z równoczesnym wydzielaniem się produktów ubocznych. Z tego względu skład polimeru znacznie różni się od składu reagujących ze sobą substratów.

Właściwości fizykochemiczne polimerów zależą zarówno od składu chemicznego, od budowy makrocząsteczek polimeru, jak również od struktury cząsteczek. W związku z tym właściwości techniczne różnych wyrobów są bardzo różne. Gęstość ich zawiera się w granicach od 900-1900 kg/m3, a twardość od 15 do 180 MPa w zależności od rodzaju tworzywa. Pozostałe cechy też mogą różnić się w szerokich granicach, co determinuje praktyczne ich zastosowanie.

W ostatnim okresie na rynkach światowych pojawiło się wiele różnorodnych typów i rodzajów tworzyw sztucznych. Co roku pojawiają się setki nowych gatunków i nowych wyrobów.

2. Podział tworzyw sztucznych i zastosowanie

Z uwagi na podstawowe właściwości fizykochemiczne tworzywa sztuczne dzieli się na: elastomery i plastomery.

Elastomerami nazywane są te tworzywa sztuczne, które w temperaturze pokojowej (20 oC) mogą być poddawane znacznym odkształceniom, przekraczającym nawet 100%. Typowym przykładem tego typu materiałów jest kauczuk syntetyczny i guma.

Plastomerami nazywane są takie tworzywa sztuczne, które w temperaturze pokojowej pod wpływem obciążenia ulegają jedynie niewielkim odkształceniom, ponieważ w przeciwnym przypadku ulegają zniszczeniu. Plastomery dzielą się na dwa rodzaje, a mianowicie na termoplasty i duroplasty.

Tworzywa termoplastyczne – termoplasty miękną pod wpływem ciepła, dają się w ten sposób formować i przeformowywać, natomiast po ostudzeniu twardnieją i zachowują trwale nadany kształt. Proces mięknienia i twardnienia tych tworzyw jest powtarzalny. Typowymi przykładami tych tworzyw w budownictwie są polietylen PE, polichlorek winylu PVC, polistyren PS, poliwęglan PC, polipropylen PP, poliamid PA, żywice winylowe i inne.

Zastosowanie

Polistyren PS

Polistyren zwykły o symbolu S oznaczany jest dodatkową literą określającą gatunek. Jest to tworzywo fizjologicznie obojętne, dopuszczone do kontaktu z żywnością (oprócz alkoholi i tłuszczów). Jest nieelastyczne i łatwo pęka. Zakres zastosowania w temperaturze od –40OC do +75OC. Produkowane są następujące rodzaje.

SO – ogólnego przeznaczenia – odznacza się łatwym formowaniem i wysokim połyskiem w wyrobach. Wytwarza się z niego zabawki, artykuły gospodarstwa domowego, galanterię, opakowania oraz artykuły techniczne nie narażone na uderzenia i działanie podwyższonej temperatury.

SM – o podwyższonych właściwościach mechanicznych – zalecany jest do wytwarzania wyrobów poddanych niewielkiej obróbce wiórowej. Jest przeźroczysty i charakteryzuje się wysokim połyskiem. Wytwarza się z niego galanterię kuchenną i łazienkową, wieszaki do ubrań, zabawki, opakowania cienkościenne i detale techniczne narażone na stosunkowo niewielkie naprężenia.

SP – łatwo płynący w formie – zalecany do wytwarzania kształtek o skomplikowanych kształtach i cienkich przekrojach. Wytwarza się z niego tacki, miseczki przykrywki, podstawki itp.

SF i SC – o podwyższonej odporności termicznej – odmiana o właściwościach dielektrycznych i przetwórczych. Górna granica stosowania wynosi 80 – 85OC. Wytwarza się z niego skrzynki na baterie i akumulatory, żyłki o dużej wytrzymałości i elastyczności do wyrobu szczotek, a także zestawy naczyń turystycznych o różnych bardzo żywych barwach.

Zbyt mała odporność na uderzenia polistyrenu zwykłego S spowodowała konieczność opracowania metod modyfikacji polistyrenu w kierunku podwyższenia tej właściwości. W wyniku zastosowania dodatku kauczuku butadienowego w ilości 2 – 20% uzyskano polepszenie udarności przy niewielkim obniżeniu temperatury mięknienia i wytrzymałości na rozciąganie. Otrzymane tworzywo oznaczono jako polistyren K – wysokoudarowy. Znajduje on wszechstronne zastosowanie w produkcji zabawek, elementów aparatów radiowych lodówek itp. przedmiotów

Polietylen

W zależności od metody otrzymywania rozróżnia się polietylen wysokociśnieniowy i niskociśnieniowy. Polietylen niskociśnieniowy ma lepsze właściwości od polietylenu wysokociśnieniowego ale obecność katalizatora pogarsza właściwości dielektryczne.

Charakteryzuje się giętkością i odpornością na chemikalia. Znajduje zastosowanie w produkcji przedmiotów sposobem prasowania wtryskowego, np. zabawek, wytłaczania folii, włókien, izolacji przewodów elektrycznych itp.

Polipropylen

Polipropylen jest jednym z najlżejszych tworzyw sztucznych, gdyż gęstość jego wynosi od 0,89 – 0,90 g/cm3. Może być stosowany w zakresie temperatur –5 do + 100OC. Jest bardzo odporny na działanie agresywnych chemikaliów. Ulega jednak procesom starzeniowym pod wpływem czynników atmosferycznych.

Polichlorek winylu PVC (PCV)

Polichlorek winylu jest białym, bezpostaciowym tworzywem termoplastycznym, o temperaturze płynięcia 145 – 170OC, w zależności od typu. Zakres temperatury stosowania czystego PVC zawiera się miedzy –10OC i +60OC.

Rozróżnia się dwa podstawowe typy PVC twardy i zmiękczony.

Z miękkiego PVC produkuje się:

- węże do wody, kwasów i CO2, benzyny,

- osłony przewodów instalacji elektrycznych i osłony zewnętrzne kabli energetycznych niskiego napięcia,

- profile w budownictwie, takie jak osłony poręczy, listwy podłogowe, obrzeża drzwi, stołów, uszczelnienia okien, listwy mocujące szyby w drzwiach, uszczelnienia w samochodach,

- płyty osłonowe i wykładziny galwanierskie,

- folie na opakowania środków spożywczych i technicznych, namioty dla ogrodnictwa, płaszcze przeciwdeszczowe, odzież ochronną, materace i zabawki,

- wykładziny podłogowe, tapicerskie, ścienne, stołowe, sztuczne skory, itp.,

- materiały spienione do przemysłu samochodowego i meblowego, maty gimnastyczne, podkłady głuszące, itp.,

- powlekanie blach i taśm powłoką trwałą.

Z twardego PVC wytwarza się:

- płyty profilowe twarde chemoodporne,

- rury do przesyłania wody pitnej pod ciśnieniem, rury kanalizacyjne, zawory do chemikaliów, itp.,

- naczynia i pojemniki do produktów żywnościowych (twarogu, śmietany, dżemu, kubki jednorazowego użytku do napojów, itd.) butelki i opakowania jednorazowe.

Tworzywa termoutwardzalne – duroplasty twardnieją pod wpływem ogrzania do odpowiedniej temperatury, a reakcja ta jest nieodwracalna. Do najczęściej stosowanych tworzyw termoutwardzalnych należą: poliestry, polamidy, tłoczywo i żywice fenolowe.

Zastosowanie

Duroplasty termoutwardzalne – tworzywo mocznikowe

Charakteryzują się dobrymi właściwościami dielektrycznymi, odpornością na warunki atmosferyczne, duża stabilnością wymiarów w podwyższonej temperaturze. Najczęściej znajdują zastosowanie w produkcji osprzętu elektrycznego sposobem prasowania.

Tworzywa fenolowe

Stosowane są z różnymi wypełniaczami. Znajdują zastosowanie w produkcji sposobem prasowania wyrobów technicznych o dużym obciążeniu mechanicznym i termicznym.

Poliwęglany PW

Poliwęglany otrzymuje się przez polikondensację difenoli z fosgenem lub przez wymianę estrową difenolu z węglanem difenolowym.

Tworzywa te mają wysoką udarność, w takim stopniu, że można rozklepywać je młotkiem, szeroki zakres temperatury stosowania (-100 do +130OC), bardzo dobre właściwości dielektryczne i mały skurcz. Są to tworzywa drogie, mało odporne na działanie mocnych kwasów zasad i trudnoprzetwarzalne.

Na specjalne wyróżnienie zasługują właściwości optyczne poliweglanów. Zdolność przepuszczania światła poliwęglanów wynosi 90%, dlatego nadają się do wytwarzania osłon, szyb kuloodpornych, obudowy świateł w samochodach i samolotach, kaset i błon filmowych. Z poliwęglanów wykonuje się też naczynia kuchenne i pojemniki na żywność, obudowy robotów, ekspresów do kawy, odkurzaczy oraz sprzętu narażonego na uderzenie.

Poliwęglan o nazwie Bistan wytwarzany jest przez zakłady „Zchem” w Bydgoszczy, Makrolany – Bayer Niemcy, Lexany – General Electric USA, Ipilan – Mitsubishi Japonia.