Materiały pomocnicze do nauki przedmiotu „Materiały budowlane” na kierunku „Budownictwo” na Wydziale Inżynierii WAT. Na prawach rękopisu. Prawa autorskie zastrzeżone. Wyrażam zgodę na kserowanie wyłącznie na potrzeby studentów Wydziału Inżynierii WAT. mgr inż. Tadeusz Błażejewicz

PODSTAWY PRAWNE STOSOWANIA

MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH

1. Ustawa „Prawo budowlane” z 7 lipca 1994 r. (jednolity tekst Dz. U. Nr 207/2003).

W art. 10 Ustawa nakazuje stosowanie przy wykonywaniu robót budowlanych wyłącznie wyrobów wprowadzonych do obrotu zgodnie z odrębnymi przepisami. Te „odrębne przepisy” zawarte są w „Ustawie o wyrobach budowlanych” z 16 kwietnia 2004 r. (Dz. U. Nr 92, poz. 881). Ustawa Prawo budowlane normuje postępowanie na etapie projektowania obiektu oraz jego budowy, a za stosowanie przy wykonywaniu robót budowlanych materiałów dopuszczonych czyni odpowiedzialnymi wszystkich uczestników procesu budowlanego, to jest:

• inwestora,

• inspektora nadzoru inwestorskiego,

• projektanta,

• kierownika budowy.

W pierwszej kolejności odpowiedzialność ponosi inspektor nadzoru, do którego obowiązków zgodnie z art. 25 Ustawy należy zapobieganie zastosowaniu wyrobów budowlanych wadliwych i niedopuszczonych do stosowania. Inspektor nadzoru poprzez wpisy do Dziennika budowy powinien wymusić na kierowniku budowy stosowanie wyłącznie materiałów budowlanych o udokumentowanym dopuszczeniu do obrotu. Zgodnie z art. 46 Ustawy Kierownik budowy (lub inwestor, gdy nie jest wymagane ustanowienie kierownika budowy) jest zobowiązany przez okres wykonywania robót budowlanych do przechowywania dokumentów stanowiących podstawę wykonania robót. Jest pożądane, aby Kierownik budowy na dokumentach stanowiących podstawę dopuszczenia materiałów budowlanych do stosowania odnotował, w jaką część obiektu wbudowano materiał. Dokumenty te kierownik budowy przekazuje inwestorowi w ramach dokumentacji powykonawczej. Nadzór i kontrolę nad przestrzeganiem przepisów prawa budowlanego prowadzą organy administracji architektoniczno-budowlanej i nadzoru budowlanego (Powiatowy inspektor nadzoru budowlanego). Mogą one badać dokumenty, nakazać wykonanie badań i ekspertyz oraz nakazać usunięcie wadliwego materiału. Nie stosowanie się do przepisów ustawy jest zagrożone karą grzywny do 100 000 złotych oraz karami z zakresu odpowiedzialności zawodowej (zakaz wykonywania samodzielnych funkcji technicznych w budownictwie).

2. Ustawa o wyrobach budowlanych z 16 kwietnia 2004 r. (Dz. U. Nr 92/2004).

Ustawa określa zasady wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych. Wprowadzenie do obrotu jest zgodnie z Ustawą Prawo budowlane warunkiem koniecznym, aby można było wyrób wbudować w obiekt. Wyrób budowlany może być wprowadzony do obrotu, jeżeli:

• nadaje się do stosowania w zakresie odpowiadającym jego właściwościom i przeznaczeniu;

• ma właściwości użytkowe umożliwiające prawidłowo zaprojektowanym i wykonanym obiektom budowlanym spełnienie wymagań podstawowych (zapewnienie wymagań bezpieczeństwa konstrukcji, bezpieczeństwa pożarowego, bezpieczeństwa użytkowania, odpowiednich warunków higienicznych i zdrowotnych, ochrony środowiska, ochrony przed hałasem i drganiami oraz oszczędności energii i izolacyjności cieplnej).

Jeżeli wyrób nie zapewnia spełnienia wymagań podstawowych, nie może być dopuszczony do obrotu, choćby miał znakomite właściwości techniczne(np.: wyroby azbestowo-cementowe, kruszywo z żużla pomiedziowego). Wyrób budowlany nadaje się do stosowania przy wykonaniu robót budowlanych, jeżeli:

• jest oznakowany CE;

• jest oznakowany znakiem budowlanym B;

• jest umieszczony w wykazie wyrobów mających niewielkie znaczenie dla zdrowia i bezpieczeństwa, a producent wydał Deklarację zgodności z uznanymi regułami sztuki budowlanej.

Oznakowanie CE oznacza, że dokonano oceny zgodności wyrobu z normą europejską zharmonizowaną, europejska aprobatą techniczną lub krajową specyfikacją techniczną uznaną przez Komisję Europejską za zgodną z wymaganiami podstawowymi. Minister właściwy do spraw budownictwa, to jest Minister Infrastruktury wydał Rozporządzenie z dnia 11.07.2004 r (Dz. U. nr 195) w sprawie systemów oceny zgodności , którym wprowadzono 6 systemów oceny zgodności: 1+, 1, 2+, 2, 3 i 4. W najostrzejszym (o największym stopniu zaufania) systemie 1+ ocena zgodności polega na certyfikacji wyrobu przez notyfikowaną jednostkę na podstawie:

• badań próbek,

• certyfikacji zakładowej kontroli produkcji,

• inspekcji wstępnej zakładu,

• ciągłego nadzoru nad jakością,

• badań sondażowych wyrobu.

W najłagodniejszym 4 systemie oceny zgodności wstępne badania typu wyrobu dokonywane są przez producenta, a nadzór nad jakością prowadzi zakładowa kontrola produkcji (nie certyfikowana).

Wymagany system oceny zgodności wyrobów będzie podawany w normach lub aprobatach technicznych. Obecnie wymagane systemy oceny zgodności dla poszczególnych grup wyrobów zawarte są w załączniku do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury (Dz. U. nr 198/2004).

Minister właściwy do spraw budownictwa może w drodze rozporządzenia wprowadzić wykaz wyrobów (produkowanych według europejskich norm zharmonizowanych lub europejskich aprobat technicznych ) podlegających obowiązkowemu oznakowaniu CE (analogia do obowiązku uzyskania certyfikatu zgodności dla elementów budowlanych o deklarowanej odporności ogniowej). Obowiązek taki dotyczyłby wyrobów budowlanych mogących stwarzać szczególne zagrożenie dla zdrowia lub bezpieczeństwa.

Normy zharmonizowane są to normy europejskie, zgodne z tzw. Dyrektywami nowego podejścia Wspólnoty Europejskiej, opublikowane w Dzienniku Urzędowym Unii Europejskiej. Wykazy norm zharmonizowanych będą również publikowane w „Monitorze Polskim”. Pierwszy taki wykaz jest zawarty w MP nr 7/2004 poz. 117. Nie wszystkie normy europejskie są normami zharmonizowanymi (np. norma PN-EN 206-1 : 2003 „Beton - wymagania, właściwości, produkcja i zgodność” nie jest normą zharmonizowaną). Harmonizacja techniczna polega na opracowaniu i wdrożeniu specyfikacji technicznych o zasięgu europejskim (europejskich norm zharmonizowanych), umożliwiających swobodny przepływ towarów. Dyrektywy nowego podejścia do harmonizacji technicznej 89/106/EEC regulują w sposób kompleksowy całość spraw dotyczących bezpieczeństwa stosowania wyrobów poprzez:

• określenie wymagań podstawowych;

• wprowadzenie obowiązku informowania odbiorcy o właściwościach i ograniczeniach w stosowaniu wyrobów;

• określenie systemu atestacji zgodności wyrobu z normą zharmonizowaną;

• ustalenie warunków notyfikacji upoważnionych jednostek (jednostek certyfikujących oraz laboratoriów akredytowanych);

• obowiązkowe wskazanie jednostek nadzoru nad rynkiem wyrobów.

Polska wprowadziła dotychczas ponad 80% norm europejskich i jest zobowiązana do wprowadzenia do zbioru Polskich Norm 100% norm europejskich w ciągu roku od akcesji Unii. W tym czasie powinny być też wycofane wszystkie normy krajowe sprzeczne z normami europejskimi (zostanie np. wycofana norma PN-B- 12050 : 1996 „Cegły budowlane” i zastąpiona normą zharmonizowaną PN-EN-771-1 : 2003 „Elementy murowe ceramiczne - cegły i pustaki”). Znakiem budowlanym można oznakować wyrób, którego producent (lub jego upoważniony przedstawiciel), mający siedzibę na terytorium Rzeczypospolitej Polskiej, dokonał oceny zgodności wyrobu z Polską Normą lub Aprobatą Techniczną i wydał krajową deklarację zgodności. (Znak budowlany - litera B w perspektywie równoległej, umieszczona w kwadracie). Obydwa systemy dopuszczania wyrobów do obrotu wymagają więc oceny zgodności właściwości wyrobu z dokumentami odniesienia. Gdy dokumentem odniesienia jest zharmonizowana norma europejska lub europejska aprobata techniczna wyrób należy oznakować CE. W pozostałych przypadkach należy wystawić deklarację zgodności i oznakować wyrób znakiem budowlanym. Za wprowadzenie do obrotu uważa się przekazanie po raz pierwszy wyrobu użytkownikowi, konsumentowi lub sprzedawcy przez producenta, jego upoważnionego przedstawiciela lub importera (Dz. U. Nr 170/2003 poz. 1652). Za wyrób budowlany uważa się materiał lub gotowy uformowany wyrób przeznaczony do wbudowania w sposób trwały w obiekt budowlany. Wyrób budowlany może występować jako wyrób pojedynczy lub zestaw wyrobów. Materiały występujące w dokumentach odniesienia jako zestaw wyrobów (np.: zestaw wyrobów do ocieplania budynku metodą lekką mokrą; zestaw wyrobów do wykonywania lekkiej ściany osłonowej; zestaw wyrobów do wykonywania posadzki epoksydowej) muszą być stosowane we wzajemnym połączeniu, bez zmiany składników zestawu.

3. Normy.

W procesie dopuszczania wyrobów budowlanych do obrotu podstawowym dokumentem odniesienia jest Polska Norma (PN). Status Polskiej Normy mają również normy europejskie wprowadzone decyzją Polskiego Komitetu Normalizacyjnego do zbioru norm polskich (PN-EN). Mogą również występować normy międzynarodowe wprowadzone do zbioru Polskich Norm (PN-ISO lub PN-EN-ISO). Symbol Polskiej Normy według starego sposobu zapisu: PN-88/B-06250. Symbol według nowego zapisu: PN-B-06250 : 1988. Poszukiwania normy w katalogu prowadzi się według dziedziny i wyróżnika normy, które są niezmienne. Dziedziny: S - normy drogowe, B - budowlane, C - chemiczne, H - hutnicze, V - jawne z dziedziny obronności. Normy są okresowo aktualizowane (lub wycofywane), dlatego przed skorzystaniem z normy należy upewnić się, czy wersja normy z danego roku wydania jest aktualna. (Normy obronne niejawne prowadzi Biuro Wojskowej Służby Normalizacyjnej. Mają one odmienną symbolikę:

NO - ‘‘ - A - ››› : 1999

Nr grupy nr porządkowy rok wydania

Grupy: 38 - sprzęt budowlany,; 22 - tabor i sprzęt kolejowy. A - norma zgłoszona przez MON).

Normy zagraniczne (oraz europejskie nie wprowadzone do zbioru Polskich Norm) nie mogą być podstawą dopuszczenia wyrobów budowlanych do obrotu. Normy czynnościowe nie mogą być również dokumentami odniesienia. Każda norma określa przedmiot normy oraz zakres stosowania wyrobu, podaje również wymagania techniczne dla wyrobu. Przed skorzystaniem z normy należy upewnić się, czy oceniany wyrób odpowiada przedmiotowi normy. Wyrób może być stosowany tylko w takim zakresie, jaki określa norma. Stosowanie Polskich Norm jest z definicji dobrowolne (na podstawie ustawy o normalizacji - Dz. U. nr 55/93). Według oświadczenia Prezesa PKN, Polski Komitet Normalizacyjny prowadzi 2 zbiory norm: zbiór aktualny i zbiór archiwalny, i nie będzie decydował, którą normę zainteresowani zechcą stosować. Ustawa o normalizacji upoważniła ministrów do wprowadzenia (w zakresie ich kompetencji) wykazu norm do obowiązkowego stosowania. Kolejni ministrowie właściwi do spraw budownictwa wprowadzili takie wykazy, umieszczając w nich normy decydujące o bezpieczeństwie obiektów. Całkowite zniesienie tych wykazów nastąpiło 15.12.2002 r. (Dz. U. Nr 156/2002 poz. 1304) na mocy rozporządzenia ministra infrastruktury. Zniesienie wykazu norm do obowiązkowego stosowania wytłumaczono tym, że wszystkie normy dotyczące wyrobów budowlanych oraz projektowania konstrukcji są normami obowiązującymi na mocy innych przepisów, w związku z czym nie ma potrzeby tworzenia ich odrębnego wykazu. Normy dotyczące wyrobów budowlanych są obowiązujące, ponieważ stanowią dokumenty odniesienia podczas obowiązkowego dopuszczenia wyrobów budowlanych do obrotu (dla wydania certyfikatu lub deklaracji zgodności należy dokonać oceny zgodności właściwości wyrobu z wymaganiami Polskiej Normy). Normy dotyczące projektowania stały się obowiązujące na mocy „Rozporządzenia w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie” (Dz. U. Nr 75/2002), które podaje: „Warunki bezpieczeństwa konstrukcji uznaje się za spełnione, jeżeli konstrukcja ta odpowiada Polskim Normom dotyczącym projektowania i obliczania konstrukcji”. W Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 7.04.2004 r. (Dz. U. nr 109) w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki podano ponownie wykaz obowiązujących norm. Są to normy związane z bezpieczeństwem użytkowania obiektów. Aby mieć pewność, że zakupiony wyrób będzie miał właściwości zgodne z wymaganiami konkretnej normy, należy symbol tej normy podać w zamówieniu. Norma ta stanie się obowiązująca na zasadzie umowy kupna - sprzedaży. Zamawiając wyrób należy bardzo dokładnie sprecyzować jego rodzaj, odmianę, gatunek itp., stosując symbolikę zgodną z przywołaną normą. Dla wyrobów podlegających obowiązkowej certyfikacji wolno jest stosować wyłącznie normy ze zbioru norm aktualnych, ponieważ wymagają tego procedury w laboratoriach akredytowanych i w jednostkach certyfikujących (na mocy ustawy o badaniach i certyfikacji - Dz. U. Nr 55/1994). Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z 11.07.2004 r. w sprawie sposobów deklarowania zgodności wyrobów budowlanych i ich znakowania (Dz. U. nr 198), deklarowanie zgodności wyrobów budowlanych może nastąpić wyłącznie na podstawie oceny zgodności z Polską Normą niemającą statusu normy wycofanej lub Aprobatą Techniczną.

4. Aprobaty Techniczne (AT).

Są wydawane dla wyrobów nie posiadających Polskiej Normy (nowych lub importowanych)lub o właściwościach odmiennych od wymagań PN. Dotychczasowy tryb wydawania aprobat określa Rozporządzenie MSWiA z 5.08.1998 r. (Dz. U. Nr 107/1998). Aprobata nie jest dokumentem dopuszczającym wyrób do obrotu, lecz stanowi tylko podstawę do dopuszczenia. Jest ona rodzajem dokumentu normalizacyjnego. Do udzielania aprobat jest upoważnionych 17 instytucji - każda w osobnym zakresie. Najszerszy zakres posiada Instytut Techniki Budowlanej. W zakresie dróg i mostów aprobaty wydaje Instytut Badawczy Dróg i Mostów, a w zakresie instalacji COBR Instal. Aprobaty wydawane są na okres 5 lat, dla konkretnego producenta.

5. Europejskie Aprobaty Techniczne.

Wydawane są dla wyrobów, które nie maja zharmonizowanej normy europejskiej lub krajowej specyfikacji technicznej uznanej przez Komisję Europejską za zgodną z wymaganiami podstawowymi. Wydawane są na okres 5 lat. Wniosek o wydanie aprobaty jest opiniowany przez Europejską Organizację do spraw Aprobat Technicznych EOTA, a aprobata jest wydawana według procedur Unii Europejskiej. Do udzielania europejskich aprobat technicznych jest upoważniony Instytut Techniki Budowlanej (członek EOTA).

6. Deklaracja zgodności.

Producent sam deklaruje zgodność wyrobu z PN lub AT. Stopień zaufania do tej deklaracji może być różny, w zależności od systemu oceny zgodności stosowanego przez producenta. Przy najsłabszym systemie oceny (system 4 - bez udziału jednostki notyfikowanej) producent sam prowadzi badania typu wyrobu oraz bieżącą kontrolę jakości poprzez zakładową kontrolę produkcji. Deklarację zgodności wydaje się dla każdej partii wyrobów (powinna w związku z tym zawierać numer partii i datę produkcji).

Deklaracja zgodności powinna też zawierać następujące oświadczenie producenta: „deklaruję z pełną odpowiedzialnością, że wyrób jest zgodny z dokumentem odniesienia ............... (PN lub AT)”.

7. Certyfikat zgodności.

Jest wydawany przez jednostkę notyfikowaną w danym zakresie (Polskie Centrum Badań i Certyfikacji - Oddział w Gdańsku; Cebet - w zakresie wyrobów betonowych). Certyfikacja może być dobrowolna (wyjątek: elementy budowlane o deklarowanej odporności ogniowej, np.: styropian do ociepleń - Dz. U. Nr 55/1998), lub wynikać z przyjętego systemu oceny zgodności 1+ lub 1. Certyfikat jest wydawany na okres 3 lat. Dla zapewnienia, że wszystkie wyroby wyprodukowane w tym okresie są zgodne z dokumentami odniesienia, jednostka certyfikująca oprócz badania próbek wyrobu (badania typu, bieżące i sondażowe) dokonuje inspekcji zakładu produkcyjnego i prowadzi nadzór nad zakładową kontrolą produkcji (Dz. U. Nr 209/2002).

8. Certyfikat na znak bezpieczeństwa.

Jest to certyfikacja obowiązkowa, wynikająca z Ustawy o badaniach i certyfikacji (Dz. U. nr 55/1994). Wykaz wyrobów budowlanych podlegających obowiązkowej certyfikacji na znak bezpieczeństwa B był podawany w Rozporządzeniach Rady Ministrów. Ostatni wykaz jest zawarty w Dz. U. nr 5/2000. Wyroby z wykazu musiały mieć wydany certyfikat oraz deklarację zgodności. W wykazie tym umieszczone były wyroby mogące stwarzać zagrożenia, np.:

• zawierające odpady przemysłowe potencjalnie promieniotwórcze (np.: popiół lotny w papach);

• służące do przesyłania mediów niebezpiecznych (rury gazowe, elementy instalacji elektrycznych);

• mogące wydzielać substancje szkodliwe (masy, emulsje i roztwory asfaltowe hydroizolacyjne; kity budowlane);

• decydujące o nośności konstrukcji (profile stalowe konstrukcyjne, pręty i liny do zbrojenia betonu);

• zagrażające upadkiem (dachówki ceramiczne i cementowe, płyty dachowe).

Certyfikaty na znak bezpieczeństwa są wydawane przez jednostki certyfikujące upoważnione przez Polskie Centrum Akredytacji (PCBC - Gdańsk). Badania dla potrzeb certyfikacji mogą być wykonywane tylko przez Laboratoria Akredytowane. Karą za nie poddanie się procesowi obowiązkowej certyfikacji jest grzywna o wartości równej wartości sprzedanych wyrobów bez wymaganego certyfikatu. Wyroby budowlane z wykazu wyrobów podlegających obowiązkowej certyfikacji na znak bezpieczeństwa zostały Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury (Dz. U. nr 198/2004) przeniesione do wykazu wyrobów podlegających obowiązkowi stosowania systemu 1 oceny zgodności (to jest wydania certyfikatu przez jednostkę notyfikowaną).

9. Jednostkowe stosowanie wyrobów.

Ze względu na bardzo wysokie koszty wydania Aprobaty Technicznej dopuszcza się jednostkowe stosowanie nowych wyrobów, przeznaczonych tylko dla jednej budowy i nie wprowadzanych do sieci handlowej. Warunkiem jest:

• sporządzenie indywidualnej dokumentacji technicznej wyrobu;

• wydanie przez producenta oświadczenia, że wyrób jest zgodny z dokumentacją oraz przepisami;

• wbudowanie materiału w jeden konkretny obiekt.

Dla wyrobów jednostkowo stosowanych nie ma potrzeby uzyskiwania Aprobaty Technicznej.

10. Najczęstsze odstępstwa od przepisów dotyczących wprowadzenia materiałów do obrotu.

1. Zakup materiału bez dokumentów dopuszczających do obrotu (kupujący powinien żądać deklaracji zgodności).

2. Dołączenie kopii Aprobaty Technicznej, która nie jest dokumentem dopuszczającym do obrotu.

3. Dołączenie Atestu higienicznego, który nie jest dokumentem dopuszczającym do obrotu i nie gwarantuje właściwości użytkowych wyrobu.

4. Dołączenie deklaracji zgodności dotyczącej innego wyrobu lub innej partii wyrobu.

5. Dołączenie „Świadectwa z badań”, często dotyczącego badań innego wyrobu (najczęściej dotyczy to ceramiki budowlanej) lub badań wybiórczych tylko tych parametrów, które są zgodne z wymaganiami normy.

Materiały pomocnicze do nauki przedmiotu „Materiały budowlane” na kierunku „Budownictwo” na Wydziale Inżynierii WAT. Na prawach rękopisu. Prawa autorskie zastrzeżone. Wyrażam zgodę na kserowanie wyłącznie na potrzeby studentów Wydziału Inżynierii WAT. mgr inż. Tadeusz Błażejewicz

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH

1. WŁAŚCIWOŚCI CHARAKTERYZUJĄCE STRUKTURĘ.

Gęstość materiału jest to stosunek masy materiału do jego objętości bez uwzględnienia objętości porów wewnątrz materiału.

Gęstość objętościowa (pozorna) jest to stosunek masy do objętości materiału wraz z porami wewnętrznymi. Gęstość objętościowa danego rodzaju materiału może się zmieniać w zależności od jego porowatości. Wraz ze spadkiem gęstości objętościowej maleje wytrzymałość materiału, rośnie nasiąkliwość, pogarsza się mrozoodporność, poprawiają się właściwości termoizolacyjne, maleje ciężar własny konstrukcji. Pomiar gęstości pozornej pozwala oszacować poziom innych cech materiału.

Gęstość nasypowa jest to stosunek masy materiałów sypkich (kruszyw, gruntu, spoiw) do ich objętości wraz z porami wewnętrznymi i międzyziarnowymi. Może być oznaczona w stanie luźnym lub zagęszczonym (po ubiciu w znormalizowanych warunkach).

Szczelność materiału wylicza się jako stosunek gęstości objętościowej materiału do jego gęstości i najczęściej wyraża w procentach. Szczelność „S” określa, jaki procent objętości materiału stanowi jego lita masa. Porowatość „P” materiału określa, jaki procent całkowitej objętości materiału stanowią pory (P + S = 1).

2 WŁAŚCIWOŚCI CHARAKTERYZUJĄCE ZACHOWANIE SIĘ MATERIAŁÓW WOBEC WODY.

2.1. Wilgotność.

Rozróżnia się wilgotność masową i objętościową (np.: dla styropianu wilgotność objętościowa według normy nie powinna być większa niż 1,8%. Oznacza to, że w 1 m³ styropianu nie powinno być więcej niż 18 litrów wody. Dla styropianu do dociepleń, o gęstości objętościowej 15 kg/m³, masa 1 m³ suchego styropianu wynosi 15 kg. Wynika stąd, że wilgotność masowa styropianu dopuszczalna normą może wynieść
= 120%). Wilgotność jest to stosunek masy wody zawartej w materiale (lub objętości wody) do masy (lub objętości) materiału wysuszonego. Za dokładne wyniki oznaczeń wilgotności uważa się wyniki uzyskane metodą suszarkowo-wagową, polegającą na suszeniu próbki materiału do stałej masy. Materiały suszy się w temperaturze nie powodującej ich rozkładu (określonej w normach). Dla większości materiałów (betony, zaprawy, ceramika, drewno) suszenie prowadzi się w temperaturze 105^oC, dla materiałów wrażliwych (gips, styropian) w temperaturze 50^oC. Wilgotność można też oszacować bezpośrednio na konstrukcji przy pomocy przyrządów różnego typu. Aparatem karbidowym (CM-Gerãt) wyznacza się wilgotność powierzchniową na podstawie pomiaru ilości wydzielonego gazowego acetylenu w reakcji karbidu z wodą (wilgocią zawartą w powierzchniowej warstwie materiału). Dokładność tego pomiaru jest rzędu 1 - 2%. Wilgotnościomierze elektroniczne określają wilgotność materiału na podstawie pomiaru oporności lub stałej dielektrycznej materiału w powierzchniowej warstwie o grubości do 3 cm. Ponieważ wskazania tych przyrządów zależą nie tylko od zawartości wody w materiale (stężenia elektrolitu), ale również od porowatości materiału, zawartości domieszek soli lub obecności metali (np.: włókien stalowych), przyrządy elektroniczne należy zawsze przed pomiarem wycechować na dany materiał na podstawie oznaczeń metodą suszarkowo-wagową. Zaletą przyrządów elektronicznych jest duża szybkość pomiarów oraz możliwość wykonania wielu pomiarów w sposób nieniszczący. Odmiana wilgotnościomierza mierzącego opór elektryczny, wyposażonego w szpilkową elektrodę, umożliwia pomiar wilgotności do głębokości 15 cm wgłąb materiału. Wilgotność materiału w danych warunkach zależy od struktury materiału (od wielkości i ilości porów oraz tego, czy pory są otwarte, czy zamknięte) i do charakteru powierzchni (hydrofobowa czy hydrofilowa). Aktualna wilgotność materiału nie może być wyższa od jego nasiąkliwości. Wilgotność materiału jest wypadkową procesów pochłaniania wody z otoczenia oraz wysychania materiału wskutek odparowywania wody z powierzchni. W przypadku uniemożliwienia odparowywania wody z powierzchni (np.: przez nałożenie paroszczelnej powłoki malarskiej, paroszczelnej posadzki żywicznej lub szczelnej wykładziny z PCW) wilgotność materiału w konstrukcji może wzrosnąć w stosunku do stanu sprzed nałożenia powłoki. Materiały różnią się szybkością odsychania. Do materiałów o długim czasie odsychania należy gazobeton (suporeks), dla którego czas odsychania od pełnego nawilżenia do stanu powietrzno-suchego może dochodzić do 3 miesięcy. Materiałem długo odsychającym jest styropian.

Dla betonów i zapraw cementowych szacuje się, że czas wysychania wody zarobowej ze świeżego betonu do wilgotności 4% wynosi 1 dobę na 1 mm grubości wyrobu. Zawilgocenie materiału jest zawsze niekorzystne:

• pogarsza izolacyjność termiczną materiału;

• pogarsza właściwości mechaniczne, czego miarą jest niski współczynnik rozmiękania (stosunek wytrzymałości materiału nasyconego wodą do wytrzymałości materiału suchego; np.: dla gipsu współczynnik rozmiękania jest rzędu 0,3);

• umożliwia procesy korozyjne;

• umożliwia zniszczenia mrozowe (przy wypełnieniu kapilar w materiale wodą w co najmniej 80%);

• uniemożliwia niektóre procesy technologiczne (np.: układanie posadzek);

• sprzyja rozwojowi pleśni i grzybów;

• powoduje zmiany wymiarów elementów (pęcznienie przy nawilżaniu, skurcz przy wysychaniu), duże dla materiałów drewnianych.

Zawilgocenie materiału w konstrukcji może wynikać z:

• pozostałości wody zarobowej i technologicznej (w zaprawach, betonach itp., zwłaszcza w elementach masywnych);

• zalania (wycieki z instalacji, wody opadowe, wody gruntowe);

• podciągania kapilarnego wody (np.: z gruntu);

• wykraplania wilgoci z powietrza wskutek przemarzania przegród budowlanych.

2.2. Nasiąkliwość.

Jest to ilość wody, jaką materiał może maksymalnie wchłonąć i utrzymać. Jest ona równa maksymalnej wilgotności, jaką może osiągnąć dany materiał. Nasiąkliwość zależy od ogólnej porowatości materiału, ilości porów otwartych oraz ich średnicy. Nasiąkliwość oznacza się dla większości materiałów przez stopniowe zanurzanie próbek materiału (o określonym normą kształcie i wymiarach) w wodzie i przetrzymanie do ustalenia się masy. Stopniowe zalewanie próbek wodą ma na celu wyparcie powietrza z porów materiału. Tą metodą bada się nasiąkliwość kamienia, drewna, betonu, zapraw i ceramiki czerwonej.

Dla materiałów mało porowatych i o drobnych porach stosuje się bardziej ostre metody nasycania:

• przez gotowanie (dla płytek podłogowych ceramicznych);

• pod próżnią (dla asfaltobetonów).

Na podstawie nasiąkliwości materiału można wnioskować o jego mrozoodporności, np.: nasiąkliwość betonów narażonych na oddziaływania atmosferyczne powinna być niższa od 5%, ceramiki podłogowej niższa od 3%, kamienia od 1%. Dla niektórych materiałów podłogowych (np.: wykładzin z PCW) określa się również nasiąkliwość powierzchniową (po zaparafinowaniu pozostałych płaszczyzn).

2.3. Wodoszczelność

Badana była dla betonów wg PN-88/B-06250. Wodoszczelność W jest to ciśnienie wody w atmosferach (1 atn = 0,1 MPa), przy którym w ciągu 24 godzin nie wystąpił przeciek wody przez próbkę o wysokości 150 mm (stopnie wodoszczelności wg PN-88/B-06250 : W 2, W 4, W 6, W 8, W 10, W 12). Według normy PN-EN-206-1 na beton, zamiast wodoszczelności badana będzie głębokość penetracji wody pod ciśnieniem. Badanie to wykonuje się według PN-EN 12390-8 : 2001, na próbkach walcowych lub sześciennych o krawędzi 150 mm, poddając jedną z płaszczyzn próbki działaniu wody o ciśnieniu 0,5 MPa przez czas 72 godzin. Następnie badaną próbkę rozłupuje się wzdłuż płaszczyzny prostopadłej do powierzchni w którą wnikała woda i mierzy głębokość penetracji. Brak jest wymagań dla głębokości penetracji oraz przeliczenia głębokości penetracji na dotychczasowe stopnie wodo-szczelności. Istnieją przyrządy (komora ciśnieniowa Germann's Water permeation Test - GWT), umożliwiające pomiar głębokości penetracji wody w beton bezpośrednio na konstrukcji.

2.4. Kapilarność.

Kapilarność polega na podciąganiu wody przez pory kapilarne siłami adhezji wody do ścian kapilar oraz siłami napięcia powierzchniowego wody. Zdolność do podciągania kapilarnego wykazują mineralne materiały o otwartych połączonych ze sobą porach o wymiarach kapilarnych oraz sypkie materiały drobnoziarniste (piaski). Miarą kapilarności jest szybkość podciągania wody (cm/s) lub wysokość podciągania (dla betonów komórkowych normowa wysokość podciągania wody nie powinna być wyższa od 10 cm; dla płyt gipsowo-kartonowych zwykłych jest ona rzędu 100 cm). W przypadkach, gdy woda nie może swobodnie odparowywać z powierzchni materiału ponad lustrem wody, podciąganie kapilarne może być znacznie wyższe i dochodzić do kilku metrów. Dla przerwania podciągania kapilarnego w murach stosuje się izolacje przeciwwilgociowe poziome, a w gruntach (pod podłogą na gruncie ) układa warstwy osączające (antykapilarne) z grubego tłucznia lub żwiru.

2.5. Przepuszczalność pary wodnej.

Jest to cecha istotna dla materiałów tworzących warstwy przegród budowlanych, w tym materiałów wykończeniowych oraz dla materiałów na izolacje przeciwwilgociowe (paroszczelne). Miarą przepuszczalności pary wodnej jest współczynnik przepuszczalności δ, równy masie pary wodnej w gramach, która dyfunduje przez 1 m² przegrody o grubości 1 m, w czasie 1 godziny, przy różnicy ciśnień pary wodnej po dwóch stronach przegrody równej 1 Pa. Opór dyfuzyjny, jaki stawiają przepływowi pary wodnej poszczególne warstwy przegrody budowlanej powinien być coraz mniejszy w kierunku na zewnątrz pomieszczeń. W przeciwnym przypadku może wystąpić gromadzenie się wody pod warstwą o dużym oporze, co bywa przyczyną pęcherzenia się farb, odparzania tynków lub zawilgacania termoizolacji bądź całych przegród budowlanych. Opór dyfuzyjny wylicza się jako stosunek grubości warstwy danego materiału do jego współczynnika przepuszczalności pary wodnej.

Dla materiałów powłokowych (np.: farb elewacyjnych) częściej używane jest pojecie zastępczego (porównawczego) oporu dyfuzyjnego. Zastępczy opór dyfuzyjny jest równy grubości warstwy nieruchomego powietrza, stawiającej taki sam opór dyfuzji pary wodnej, jak warstwa materiału o grubości d. Dla farb elewacyjnych zastępczy opór dyfuzyjny S_d dla pary wodnej nie powinien być większy, niż 4 metry, aby mury mogły odsychać.

2.6. Mrozoodporność.

Mrozoodporność bada się najczęściej poprzez cykliczne zamrażanie i rozmrażanie próbek nasyconych wodą. Zakres temperatur mrożenia (najczęściej do -15^oC lub -20^oC) i rozmrażania (około +20^oC), kształt i wielkość próbek oraz liczba cykli określona jest w normach przedmiotowych. Miara mrozoodporności jest ubytek masy lub ubytek wytrzymałości po cyklach przemiennego mrożenia i rozmrażania. Do materiałów szczególnie narażonych na zniszczenia mrozowe należą materiały drobnoporowate o znacznej porowatości (piaskowce i kruszywa z piaskowców, ceramika czerwona), ponieważ zniszczenia mrozowe występują , gdy pory wypełnione są wodą w co najmniej 80%. Zamarzająca w porach woda zwiększa swą objętość o około 9%, wywołując w materiale naprężenia rozciągające, powodujące powierzchniowe złuszczenia mrozowe. W porach drobnych woda utrzymuje się dłużej, szybciej występuje krytyczne (80%) nasycenie porów wodą, pory kapilarne zasysają wodę siłami napięcia powierzchniowego.

3. WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH.

3.1. Rozszerzalność cieplna.

Jest ona charakteryzowana współczynnikiem rozszerzalności termicznej liniowej α_t . Współczynnik rozszerzalności jest równy względnemu przyrostowi długości materiału przy zmianie temperatury o 1 K, (1^oC). Materiały pracujące jako zespolone powinny mieć zbliżone współczynniki rozszerzalności termicznej, gdyż inaczej może dochodzić do odspojenia się i zarysowania w miejscu styku (np.: nadproża żelbetowe o dużym współczynniku rozszerzalności, w przypadku ścian z porotermu, powinny być wylewane w korytkach z porotermu, aby podłoże pod tynk było jednorodne, gdyż inaczej wystąpi trudna do usunięcia rysa w tynku na złączu żelbetu i porotermu). Znajomość współczynnika rozszerzalności termicznej materiału jest niezbędna do wyliczenia rozstawu dylatacji termicznych oraz szerokości szczeliny (szerokość szczeliny dylatacyjnej powinna być co najmniej 4 - krotnie większa, niż przewidywane wydłużenie termiczne elementu, gdyż najbardziej elastyczne kity dylatacyjne mogą znieść odkształcenia względne do 25%). Do materiałów o dużej rozszerzalności termicznej należą wszystkie tworzywa sztuczne. Beton i żelbet mają współczynnik rozszerzalności około 2 razy większy, niż ceramika, dlatego konstrukcje żelbetowe w warunkach pożarowych ulegają silniejszym odkształceniom i zarysowaniom, niż mury z cegły.

3.2. Przewodność cieplna.

Przewodnictwo jest dominującym sposobem przekazywania ciepła w ciałach stałych. Energia cieplna przepływa z miejsc o temperaturze wyższej do miejsc o temperaturze niższej. Proces ten można spowolnić ustawiając na drodze strumienia cieplnego przegrodę z materiału o niskim współczynniku przewodzenia ciepła. Zdolność materiału do przewodzenia ciepła jest charakteryzowana współczynnikiem przewodzenia ciepła λ [W/m ⋅ K]. Współczynnik λ jest równy ilości ciepła przepływającej przez przegrodę o powierzchni 1 m² i grubości 1 m, w ciągu 1 sek., przy różnicy temperatur 1 K. Współczynnik λ jest zależny od rodzaju materiału, od jego gęstości, od wielkości i struktury porów oraz od wilgotności materiału. Do najlepszych materiałów termoizolacyjnych (o najmniejszym λ) należą silnie spienione tworzywa sztuczne o drobnych zamkniętych porach. Wysokim współczynnikiem λ charakteryzują się wszystkie metale, dlatego stal obecna w przegrodzie budowlanej (zbrojenie wieńców, nadproży, krokwie stalowe itp.) stanowi zawsze tzw. mostek cieplny (miejsce dobrze przewodzące ciepło) wymagający docieplenia. Opór cieplny warstwy materiału przegrody jest wprost proporcjonalny do grubości warstwy i odwrotnie proporcjonalny do współczynnika λ:

R =

Całkowity opór cieplny płaskiej przegrody, złożonej z termicznie jednorodnych warstw (bez mostków cieplnych) jest równy:

R_T = R_si + R₁ + R₂ + .....+ R_n + R_se

gdzie:

R_si - opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni;

R_se - opór przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni;

R₁ , R₂ - obliczeniowe opory każdej warstwy.

Wartości R_si , R_se oraz współczynników λ wielu materiałów podaje PN-EN-ISO-6946 : 1999 „Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła”.

Współczynnik przenikania ciepła U przez przegrodę budowlaną jest równy:

U =
[W/m² ⋅ K].

Wymagane wartości współczynnika przenikania ciepła dla poszczególnych przegród budowlanych podaje Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12.04.2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. nr 75, poz. 690). Ściany o niskiej termoizolacyjności mają niska temperaturę wewnętrzną ścian i dają użytkownikom wrażenie zimna, gdyż organizm wypromieniowuje ciepło w kierunku zimnej powierzchni. Organizm reaguje na tzw. temperaturę odczuwalną, to jest średnią z temperatury powietrza wewnętrznego i wewnętrznej powierzchni przegród budowlanych. Jeżeli temperatura na wewnętrznej powierzchni przegród będzie niższa od temperatury punktu rosy, to jest temperatury, w której zaczyna wykraplać się wilgoć zawarta w powietrzu, to nastąpi trwałe zawilgocenie powierzchni i zaczną się na niej rozwijać pleśnie. Objawy takie nazywa się przemarzaniem ścian. Zawilgocenie materiału dodatkowo pogarsza termoizolacyjność.

3.3. Ciepło właściwe i pojemność cieplna.

Ciepło właściwe c jest to ilość energii potrzebna do podniesienia temperatury ciała o 1 K. Materiały o dużym cieple właściwym mają dużą pojemność cieplną, to jest zdolność do akumulacji (gromadzenia) ciepła podczas ogrzewania.

Q = m ⋅ c ⋅ Δt ,

gdzie:

Q - ilość ciepła zgromadzonego w materiale;

m - masa materiału;

Δt - przyrost temperatury wskutek ogrzewania.

Do materiałów o dużym cieple właściwym należy drewno (c = 2,5 kJ/kg ⋅ K). Materiały ceramiczne mają ciepło właściwe o około 20% większe, niż beton (na poziomie około 0,8 kJ/kg ⋅ K). Przegrody budowlane o dużej pojemności cieplnej zapewniają stabilność cieplną pomieszczeń, co jest korzystne dla zdrowia użytkowników.

4. WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE.

4.1. Wytrzymałość materiału.

Materiał budowlany w konstrukcji ma do spełnienia 2 podstawowe zadania: przenieść obciążenia bez naruszenia struktury - do czego wymagana jest wytrzymałość oraz zachować kształt elementów konstrukcji w dopuszczalnych granicach - o czym decyduje moduł sprężystości materiału. Obciążenie materiału w konstrukcji może być spowodowane przyłożeniem siły lub zespołu sił działających na konstrukcję bezpośrednio (np.: ciężar własny konstrukcji, obciążenia użytkowe wynikające z przeznaczenia obiektu, obciążenie wiatrem, śniegiem itp.) lub ograniczeniem odkształceń konstrukcji (np.: uniemożliwienie ruchów termicznych lub wilgotnościowych). Obciążenie materiału powoduje jego odkształcenie. Odkształcenie liniowe ε jest równe stosunkowi zmiany długości elementu do długości bazy (długości elementu), na której mierzymy zmianę długości.

ε =
[mm/m; %].

Odkształcenie materiału powoduje powstanie w nim naprężeń wewnętrznych, przeciwstawiających się odkształceniom. Naprężenie definiuje się jako stosunek elementarnej siły ∂P do elementarnej płaszczyzny przekroju ∂F, na którą działa siła. Jednostką naprężenia jest
. Jednostka ta ma własną nazwę Paskal [Pa]. Ponieważ jest to jednostka bardzo mała, w budownictwie stosuje się jej wielokrotność 10⁶ Pa = 1 MPa. Jeżeli wartość naprężeń wewnętrznych przekroczy wytrzymałość materiału, to materiał ulegnie zniszczeniu, najczęściej wzdłuż płaszczyzn, na których występuje największe wytężenie materiału (najwyższy stosunek naprężeń do wytrzymałości materiału). Dla materiałów kruchych, jak beton, ceramika, materiały kamienne, zaprawy, to jest materiałów o małej wytrzymałości na rozciąganie, zniszczenie rozpoczyna się w strefach występowania naprężeń rozciągających. Powstające wskutek obciążenia rysy są bardzo ważnym elementem diagnostycznym konstrukcji - ich przebieg i zmiany rozwartości umożliwiają często ustalenie przyczyn zniszczenia (rysy skurczowe, rysy wskutek odkształceń termicznych lub wilgotnościowych, wskutek przeciążenia, wskutek osiadania budowli itp.). Ustalenie przyczyn uszkodzenia jest podstawowym warunkiem podjęcia skutecznej naprawy. Przy badaniu wytrzymałości materiału na próbkach, wygląd próbek po zniszczeniu świadczy, czy próba przebiegła prawidłowo, to jest czy wystąpił zakładany model stanu naprężeń w próbce. Szereg norm na badanie wytrzymałości materiałów wymaga, aby oprócz wyniku oznaczenia wytrzymałości protokół z badań zawierał również opis próbki po zniszczeniu (np.: wg PN-EN 12390-3 : 2002 „Badania betonu. Wytrzymałość na ściskanie próbek do badania” prawidłowo zniszczona próbka sześcienna powinna po badaniu mieć kształt zbliżony do dwóch ostrosłupów foremnych złączonych wierzchołkami).

W zależności od sposobu przyłożenia siły wyróżnia się naprężenia ściskające, rozciągające, zginające, ścinające, skręcające i złożone. Wytrzymałością materiału nazywa się zdolność do przeciwstawienia się naprężeniom. W zależności od czasu działania siły wyróżnia się wytrzymałość doraźną (obciążenie do zniszczenia w krótkim czasie - w badaniach normowych na ogół próba trwa około 1 minuty) lub wytrzymałość długotrwałą (wytrzymałość długotrwała jest zawsze niższa). Wytrzymałość materiału zależy nie tylko od siły więzów wewnętrznych, ale i od wielkości i kształtu próbki oraz szybkości obciążenia. Ze wzrostem szybkości obciążenia wytrzymałość materiałów na ogół rośnie, bo rozwój naprężeń nie nadąża za odkształceniami (dla stali przy szybkości odkształcenia 800 m/s wytrzymałość na rozciąganie wzrasta około 5 razy w porównaniu z próbą statyczną). Wraz ze wzrostem wielkości próbki wytrzymałość materiałów niejednorodnych (np.: betonu) maleje, gdyż dla dużych próbek większe jest prawdopodobieństwo wystąpienia defektu, niż w próbkach małych. Zniszczenie materiału rozpoczyna się w miejscu defektu: mikropęknięcia, pęcherzyka powietrza, wtrącenia obcego, słabego ziarna kruszywa itp. Kształt próbki ma wpływ na to, na ile rzeczywisty stan naprężeń w próbce jest zgodny z założonym modelem statycznym. Szybkość obciążenia, kształt i wielkość próbki do badania wytrzymałości materiału jest zawsze podana w normie na materiał. Jeżeli z ważnych przyczyn trzeba badanie wykonać na próbkach o innym kształcie i wielkości (np.: na rdzeniach betonowych wywierconych z konstrukcji, zamiast na normowych próbkach sześciennych), to należy znać sposób przeliczenia tak wyznaczonej wytrzymałości na wytrzymałość próbek normowych. Należy zwrócić uwagę, aby przy badaniu wytrzymałości na ściskanie nie stosować próbek o wysokości mniejszej od średnicy (lub krawędzi podstawy) próbki, to jest próbek zbliżonych kształtem do płyty, gdyż w próbkach o takim kształcie może wystąpić trójosiowy stan naprężeń (wskutek zaciśnięcia zewnętrznych części próbki w maszynie wytrzymałościowej), a wynik oznaczenia wytrzymałości na ściskanie może być zawyżony nawet kilkakrotnie. Wytrzymałość na ściskanie w jednoosiowym stanie naprężeń f_c jest równa stosunkowi maksymalnej siły zarejestrowanej podczas badania F do pola przekroju próbki (prostopadłego do kierunku działania siły):

f_c =

Schematem statycznym w badaniu wytrzymałości na ściskanie są 2 siły równe, przeciwnie skierowane, działające wzdłuż osi pręta. Wyróżnia się następujące rodzaje wytrzymałości na ściskanie:

f_cm - wytrzymałość średnia;

f_ck - wytrzymałość charakterystyczna (wykorzystywana przy sprawdzaniu sta-nów granicznych użytkowania konstrukcji; jej wartości określone są w normach przedmiotowych na dany materiał. Dla betonu jest ona zbliżona do wytrzymałości badanej na próbkach 20 x 20 x 60 cm, dla stali do granicy plastyczności);

- wytrzymałość gwarantowana betonu (gwarantowana z prawdopodobień-stwem 95% przy poziomie ufności 0,5; wytrzymałość gwarantowana występowała w symbolu klasy betonu wg PN-88/B-06250);

f_cd - wytrzymałość obliczeniowa (wykorzystywana przy wymiarowaniu meto-dą stanów granicznych nośności; f_cd jest równa wytrzymałości charaktery-stycznej podzielonej przez częściowy współczynnik bezpieczeństwa).

Wytrzymałość na rozciąganie f_ct =
występuje, gdy 2 siły równe lecz przeciwnie skierowane działają wzdłuż osi pręta.

f_ctm - wytrzymałość średnia na rozciąganie

f_ctk - wytrzymałość charakterystyczna na rozciąganie.

Wytrzymałość na zginanie (na rozciąganie przy zginaniu) występuje, gdy siły działają prostopadle do osi pręta, leżą w jednej płaszczyźnie, a linie działania sił są oddalone od siebie. W badaniach normowych występują sche-maty, gdzie swobodnie podparta przy końcach beleczka jest obciążona jedną lub dwiema siłami skupionymi w pobliżu środka rozpiętości. Wytrzymałość na zginanie
jest równa stosunkowi maksymalnego momentu zginającego M do wskaźnika wytrzymałości przekroju poprzecznego próbki W:

Wskaźnik wytrzymałości przekroju dla przekroju prostokątnego jest równy:

W =

gdzie:

b - szerokość belki,

h - wysokość belki.

Moment zginający dla beleczki swobodnie podpartej (rozpiętość l miedzy podporami) i obciążonej 1 siła skupioną P w środku rozpiętości wynosi:

Wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu jest bardzo ważna dla płyt i płytek podłogowych ceramicznych i kamiennych oraz dla betonu na niezbrojone nawierzchnie drogowe oraz podłogi betonowe na gruncie.

Wytrzymałość na ścinanie τ występuje, gdy na ciało działa para sił, a istniejące (małe) więzy zapobiegają obrotowi ciała. Na ścinanie pracują połączenia śrubowe i nitowe oraz materiały zespolone różniące się rozszerzalnością termiczną.

4.2. Marka i klasa wytrzymałościowa.

Badanie wytrzymałości prowadzi się na pewnej liczbie próbek określonej w normach na dany materiał, zawsze większej niż 1. Liczba próbek powinna być tym większa, im bardziej niejednorodny jest materiał. Na ogół minimalna dopuszczalna ilość próbek nie jest mniejsza, niż 3. Jeżeli materiał jest charakteryzowany wytrzymałością średnią, to nazywana jest ona marką materiału (marką są charakteryzowane zaprawy). Znajomość tylko średniej wytrzymałości nie jest wystarczająca dla określenia bezpieczeństwa konstrukcji, gdyż przy dużym rozrzucie wytrzymałości zniszczenie może wystąpić przy naprężeniach znacznie niższych od wytrzymałości średniej (w najsłabszym miejscu materiału). Dla pełnej charakterystyki oprócz średniej potrzebna jest znajomość odchylenia standardowego wytrzymałości lub znajomość wytrzymałości gwarantowanej. Jeżeli materiał jest charakteryzowany wytrzymałością gwarantowaną lub charakterystyczną, wówczas mówimy o klasie wytrzymałościowej materiału (klasą jest charakteryzowany beton, cement, cegły). Ogólną tendencją jest zastępowanie marki klasą. Dla materiałów, dla których wyniki badań wytrzymałości stosują się do prawa rozkładu normalnego Gaussa - Laplace'a (np.: dla betonu) wytrzymałość gwarantowaną wylicza się ze wzoru:

gdzie:

s - odchylenie standardowe.

4.3. Odkształcalność materiałów.

Materiały różnią się odkształcalnością. W zależności od charakteru materiału oraz od poziomu naprężeń w materiale mogą wystąpić odkształcenia sprężyste lub plastyczne, lub oba rodzaje. Odkształcenia sprężyste zanikają po usunięciu obciążenia, plastyczne (trwałe) pozostają. W zakresie odkształceń sprężystych obowiązuje prawo Hooke'a mówiące, że odkształcenia względne ciała są proporcjonalne do naprężeń:

σ = E ⋅ ε ,

gdzie:

E - moduł sprężystości podłużnej (moduł Younga).

Materiały o niższym E przy tym samym poziomie naprężeń wykazują większe odkształcenia. Ze względu na odkształcalność wyróżniamy materiały kruche i ciągliwe. Kruche ulegają nagłemu zniszczeniu bez uprzednich wyraźnych odkształceń. Dla kruchych R_r/R_c ≤ 1/8. Do kruchych należą: szkło, ceramika, kamień, beton. Materiałów kruchych nie wolno stosować w strefach rozciąganych konstrukcji (muszą być zbrojone materiałem ciągliwym) oraz przy obciążeniach dynamicznych. Do ciągliwych należą metale zwłaszcza stal węglowa i niektóre tworzywa sztuczne. Pomiar odkształceń konstrukcji wykonuje się metodami tensometrycznymi (tensometry szklane, przykładane mechaniczne, elektrooporowe).

Niektóre materiały wykazują zjawisko pełzania, polegające na narastaniu w czasie odkształceń trwałych materiału pod stałym obciążeniem. Pełzają w zasadzie wszystkie materiały, bardziej tworzywa sztuczne oraz metale w podwyższonych temperaturach (stąd konieczność ochrony ppoż. konstrukcji stalowych budynków). Prędkość pełzania rośnie ze wzrostem obciążenia i temperatury. Po przekroczeniu pewnego poziomu wytężenia pełzanie nie stabilizuje się w czasie i biegnie aż do zniszczenia. Z pełzaniem wiąże się tzw. relaksacja naprężeń. W materiałach poddanych stałemu odkształceniu, naprężenia w czasie stopniowo maleją (szkodliwe przy konstrukcjach wstępnie sprężonych - uwzględnia się przy obliczeniach nośności; przy złączach śrubowych). Miarą pełzania jest współczynnik pełzania ϕ =

gdzie:

ε_p - odkształcenia przy pełzaniu,

ε_s - odkształcenia sprężyste.

Zmęczenie materiału - zjawisko obniżenia się wytrzymałości przy na-prężeniach zmiennych w czasie, a szczególnie przemiennych (zginanie dwu-stronne, ściskanie - rozciąganie). Wytrzymałość zmęczeniowa wynosi 0,4 (R_g) ÷ 0,7 (R_r) doraźnej.

---