Изменить размер шрифта

Раннее развитие детей

 


Новая темаКомментировать Страница 1 из 1   [ Сообщений: 3 ]
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Материалы, их свойства и цены
СообщениеДобавлено: Вс ноя 16, 2008 1:15 am 
Главный механик
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Вс май 18, 2008 1:25 am
Сообщения: 545
Откуда: Подмосковье
3. Материалы, их свойства и цены

Введение.
Начну понемногу и этот раздел. Вообще то им занимается предмет "Материаловедение". Этот предмет дается не только при преподавании почти во всех технических специальностей (каждой со своей спецификой, ес-но), но и во многих гуманитарных. Его изучают художники и скульпторы, врачи и финансисты.
В нашей теме вопрос практически полностью покрывается разделом "Строительное материаловедение". Всякому, обладающему какой-то недвижимостью, этот раздел строительного образования крайне необходим. Я настоятельно рекомендую любому человеку покупать такой учебник и читать (а также иметь постоянно под рукой). На мой ориентированный взгляд нет книги интереснее. Уж, кажется, все наизусть знаю, а, перечитывая, нахожу для себя новое и интересное.
Здесь же я сделаю лишь краткий обзор для ориентировки.

Бетон
Появился в 19 веке вместе с изобретением цемента. До него были прародители в виде глиняных растворов (тот же саман) и т.п. Но цемент явился на редкость недорогим и технологичным материалом. При смешивании цемента с водой (1-6 весовых частей цемента на одну часть воды) образуется цементное "молочко", которое через некоторое время начинает твердеть. Процесс твердения длится несколько лет, но 90% прочности этот состав набирает уже через месяц, а 50% - через несколько дней. Получаемый цементный камень обладает довольно высокой прочностью (до 5 кг\мм2 на сжатие, и примерно в 5-20 раз слабее на растяжение). Учитывая относительно невысокую цену цемента (сегодня это примерно 100$/тн), простую технологию использования, достаточно универсальные свойства (например, негорючесть), сегодня не существует адекватной замены цементу.
Что такое бетон? Это смесь цементного молочка с песком (примерно 1 к одному) и щебнем (щебень, это камушки). Последний заполняет до 80% объема бетона и, будучи прочным и дешевым, предопределяет прочность и дешевизну бетона, как материала. Наличие же небольшой доли цементно-песчанного раствора придает бетону легкость формовки, обеспечивая реализуемость практически не ограниченной фантазии архитекторов и конструкторов. Есть разновидность: пескобетон (в простонародье называемый "раствор"). На раствор кладут кирпичи, но его также и льют в формы. Чтобы получить у пескобетона туже прочность, что у бетона, в него надо положить на объем примерно вдвое больше цемента (т.е. смесь получится дороже).
Свойства: Прочность на сжатие - 1-8 кг на мм2 (обычные бетоны редко бывают прочнее 2кг\мм2, но бетон плит перекрытия доходит до 5 кг\мм2. Более прочны лишь специальные бетоны). Без специальных знаний и добавок непрофессионал более 3 кг\мм2 на сжатие не получит. На растяжение бетон в 5-10 раз слабее, чем на сжатие. Плотность бетона - около 2.5 кг\м3. Теплоемкость на кг - в 4 раза меньше, чем у воды. Теплопроводность в 20 раз выше, чем у самых лучших теплоизоляторов (воздух, пенопласты), в 1.5 раза выше, чем у кирпича, в 4-6 раз выше, чем у древесины. Важно помнить о таком неприятном свойстве составов на основе цемента, как ползучесть. Это явление, при котором под воздействием нагрузок, приближающихся к предельным, цементный камень начинает очень медленно деформироваться (недели, месяцы, годы - для кратковременных нагрузок это несущественно, но в строительстве долговечность, обычно, измеряется десятилетиями, а то и веками).

Сталь.
Пожалуй, самый замечательный из конструкционных материалов, придуманных человеком. В основе (обычно, более 90%) -железо. Добавки углерода и других веществ значительно влияют на свойства. Она имеет очень большой температурный диапазон использования (почти от абсолютного нуля до 300-500 град С). Одну из самых высоких прочностей (от 20 у обычных сталей до 150-200 кг\мм2 у лучших арматурных сталей). Лишь немногие материалы способны посоревноваться со сталью по удельной прочности, а из недорогих - вообще единицы. Очень высокий (200ГПа) модуль упругости (она тверже многих камней, того же бетона). Изотропность прочности (практически одинаковая очень высокая прочность и на растяжение, и на сжатие, и на сдвиг\срез). При этом она легко формуется при высоких температурах, куется. Ее можно весьма недорого соединять посредством сварки. Можно наносить различные борозды (например, резьбу) и т.д. Обычно нас окружает сталь прочностью 20 кг\мм2, в монолитных зданиях используют сталь прочностью от 400 кг\мм2. Этот самый дешевый (менее 2 долларов за кг) металл является практически и самым прочным. Свойства: плотность 7.6-7.9 кг\литр, теплопроводность в 40-100 раз больше, чем у бетона.

Железобетон.
Определяющим для появления железобетона явился тот факт, что к-ты температурного расширения бетона и стали - практически одинаковые. Вдобавок, у цементных растворов отличная адгезия к стали, и сталь практически не окисляется в щелочной цементной среде. В железобетоне удачно соединены высокая прочность на растяжение, и относительная дешевизна стали с крайней дешевизной и относительно высокой прочностью на сжатие у бетона. В изделиях из жб в те места, где эти изделия будут работать на растяжение, укладывают прутки стальной арматуры (армируют). Таким образом, изготавливая изделия, по стоимости близкие к чисто бетонным, получают их по прочности мало уступающими стальным. Доля арматуры в объеме ж\б изделий составляет, обычно, несколько %, а в массе - в 3 раза меньше. Вдобавок, бетон, окружающий арматуру, служит защитным слоем для стали в случае пожара.

Напрягаемые ж\б конструкции.
Это гениальнейшее изобретение 20 века. Сталь можно растянуть во много раз больше, чем бетон. Обычные балки из ж\б прогибаются не ломаясь, и в месте прогиба образуются микротрещины. Через эти трещины к стали добирается агрессивная среда, разрушая ее коррозией (ржавчиной). Для того чтоб это не происходило, придумали преднапряженные конструкции. В них сталь находится в растянутом состоянии, натянутая на бетон, который в свою очередь находится в сжатом состоянии. По мере приложения нагрузки на перекрытие, все больше ее переходит с нижних слоев бетона на верхние, а сталь остается в неизменном (большом) напряжении. Такие перекрытия практически не прогибаются независимо от того, какая на них нагрузка. Чтоб понятнее было, постройте на горизонтальной ладони башню из 4 детских кубиков. Слегка удерживая верхний кубик, поверните башню горизонтально. Средние 2 кубика вывалятся. Это неармирванная конструкция. Просверлите в кубиках отверстие и продерните нитку, завязав не натягивая. В горизонтальном положении башня провиснет. Это обычная армированная конструкция. А теперь, прежде чем поворачивать башню горизонтально, сожмите верхнюю и нижнюю ладони и, так сжатыми, поворачивайте. При достаточном усилии кубики даже без армирующей нити сохранят строгую прямую форму первоначальной башни. Это и есть модель преднапряженного бетона. В 30-е годы это казалось далекой от практики теоретической моделью. Сегодня все мы живем под преднапряженными ж\б изделиями.

Для нашего с вами повествования это понимание имеет одно важное значение. Когда сверлим отверстия в бетоне, ни в коем случае не надо сверлиться сквозь сталь. Если дошли до стали (твердосплавное тупое сверло ее все равно не возьмет) - не надо упорствовать! Отступитесь и сверлитесь в другом месте. Особенно опасно сверить преднапряженную арматуру. Обычно она имеет прочность 140-150 кг на мм2, а преднапряжена до 100. Т.е. достаточно Вам выщербить 25-30% сечения прутка, и он с резким звуком лопнет. Нет, плита, скорее всего, на Вас не обрушится, ибо таких жил в ней еще несколько - они удержат. Плита, скорее всего, даже не прогнется (хоть и потеряет ощутимую долю своей прочности). Но вот увесистая «щепка» из бетона от потолка отколоться может и этот изъян заделать будет потом очень сложно - любые заплаты будут через некоторое время отваливаться, т.к. они не будут там в преднапряженном состоянии вместе с окружающим бетоном.

Начало использования бетона не только предопределило облик городов 20-21 веков, но и продолжает определять. Бетон позволил решать множество вопросов в смежных отраслях (энергетике, машиностроении), да и вообще нет отрасли, которая бы буквально не стояла на фундаменте из бетона (даже самые оторванные от жизни гуманитарии и мечтатели живут в домах, а практически все современные дома стоят на фундаментах из бетона, перекрыты бетонными плитами и невозможны были бы, не будь на вооружении строителей железобетона). Но эта тема далеко не исчерпана, и все больше и чаще появляется новых применений бетонам. Например, как ни странно, уникальные по своим свойствам гоночные яхты делают из специальных бетонов.


Вернуться к началу
 Не в сетиПрофиль  
Ответить с цитатой  
 Заголовок сообщения:
СообщениеДобавлено: Ср ноя 26, 2008 2:12 am 
Главный механик
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Вс май 18, 2008 1:25 am
Сообщения: 545
Откуда: Подмосковье
Древесина.Удивительный материал. Исключительной прочности, низкой плотности, неплохой утеплитель и т.д. Природный полимер. Сочетание его свойств с невысокой ценой делает его просто уникальным. Но капризный, и если не знать, не учитывать его свойств.
Механические. Это анизотропный материал, т.е. у него разная прочность в разных направлениях. Самая высокая - на разрыв вдоль волокон (достигает 70МПа, т.е. в лишь 3 раза меньше, чем у стали3). К сожалению, неизбежные дефекты (сучки и т.п.) вынуждают принимать при расчетах прочность не более 15 МПа, т.е. 1.5 кг\мм2. На сжатие вдоль волокон как раз такая прочность (причем, сучки почти не влияют). А вот перпендикулярно волокнам прочность менее 5МПа.

У древесины довольно низкий модуль упругости. Например, у сосны примерно в 20 раз ниже, чем у стали. Это означает, что если нагрузить одинаковой нагрузкой одинаковые по длине и сечению балки из стали и сосны, последняя прогнется в 20 раз больше при том, что по прочности уступит лишь в 5-7 раз. Поэтому из древесины не делают перекрытия длинее 4 м не используя особых инженерных приемов (фермы и т.п)
При намокании прочность древесины сильно падает. Кроме того, при повышении влажности древесина меняет размеры. К счастью, вдоль волокон незначительно (не более 1.5% от сухого до перенасыщенного влагой), а вот перпендикулярно - до 25%. Этим обуславливаются торцевые трещины - неравномерное высыхание вызывает внутренние напряжения. А поскольку влажность воздуха постоянно меняется, то и древесина постоянно "корректирует" свои размеры. Если, например, засунуть сухую деревяшку больших поперечных размеров плотно в бетон или кирпичную кладку, и намочить, она может просто разорвать этот бетон. По этой же причине высохшие деревянные дюбели часто не держатся в стенке.

Прежде чем сломаться, некоторое время "сообщает о намерениях" потрескиванием. Это важное свойство следует помнить во время пожаров, при нахождении под перегруженным перекрытием.

Я не описал лишь немногие свойства. Этот материал из всех строительных имеет, наверное, самые длинные описания. О нем можно говорить бесконечно. Полистайте И-нет, почитайте книжки.


Вернуться к началу
 Не в сетиПрофиль  
Ответить с цитатой  
 Заголовок сообщения:
СообщениеДобавлено: Чт дек 04, 2008 4:33 am 
Главный механик
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Вс май 18, 2008 1:25 am
Сообщения: 545
Откуда: Подмосковье
Немного отвлекусь на цены.
Выбирая материал на первом этапе важен методологический подход. Это потом, определившись, мы будем искать и выбирать самого дешевого, удобного и качественного поставщика. Но на этапе проектирования, выбора технологий и решений, важна именно методология. Именно методологический подход позврояет быстро и просто сделать оценки стоимости и свойств, чтобы правильно остонавить выбор на оптимальном материале.

И тут полезно мыслить в правильных единицах измерения.
Например, работая с металлом, важно понимать, что его обычно оценивают за массу. Т.е. непременно надо помнить плотность (для стали 7.8 тн\м3). Понимая, что на сегодня цена пляшет от 30 руб за кг можно легко делать рассчеты расходов. Но также важно и понимать, что покупая материал мы покупаем в первую очередь какие-то его свойства. Как правило критичны для нас далеко не все из них. Если скажем металл будет работать на разрыв, важна его прочность. А если на сжатие - то важен также и профиль, чтоб можно было посчитать устойчивость на сжатие. Если металл будет работать на растяжение, иной раз стоит рассмотреть и альтернативы его замены. Например, лавсановая стреплента во многих случаях оказывается и прочнее и удобнее при более низкой цене. Для таких случаев я, например, для себя ввожу понятие "стоимость прочности", понимая под этим ответ на вопрос : "сколько будет стоить метровая тяга, выдерживающая на разрыв одну тонну". Если мы таскаем материал на горбе на 10-й этаж, важна его масса, прибавляющая к стоимости транспортировку. Если же это пенопласт, то ограничителем будет объем. Если это габаритные материалы, ограничением может послужить один из линейных размеров. И т.д. часто приходится выщитывать несколько стоимостей для разных свойств, составлять и решать в уме оптимизационные уравнения.

Древесина измеряется, обычно в кубах. Но в переводе на стоимость прочности на разрыв она существенно превосходит сталь. Но сложно прочно закрепить концы. Да к тому же горит, деформируется, меняет объем от влажности. Ее нельзя сварить и сложно склеить, но хорошо шурупить и гвоздить. Это все тоже те свойства, которые оцениваются в деньгах.

Если же говорить о стоимости прочности, или упругости при сжатии, то лидерами будут каменные материалы (бетон, кирпич).

Для ориентировки полезно держать в голове основные оптовые цены основных материалов. На сегодня, например:

Сосновый пиломатериал 2-го сорта - 3-4 тыс руб\м3, а высшего сорта - дороже 6 тыс руб\м3
Бетон, раствор - 3-4 тыс руб\м3
Листовая оцинкованная жесть - 120-150 руб\м2, а неоцинкованная - 100-120 руб\м2
Гипсокартон - 75-100 руб\м2
Полиэтиленовая пленка - 50 70 р\кг (зная толщину и плотность, которая без малого единица, легко вычислить цену за м2)
Сталь - от 30 руб\кг
И т.д., и т.п.

Выбирая оптимальный по цене вариант надо помнить также о стоимости перевозки и хранения. Не забывать и о стоимости работы при его использовании, а то может получиться, что материал то недорог, да его использование станет столь дорого, что будет неприемлемо даже если он будет бесплатным.

Я не буду здесь приводить все цены. Но если будут заданы конкретные вопросы о выборе материала для какой то цели, попробую на примерах продемонстрировать этот методологический подход.


Вернуться к началу
 Не в сетиПрофиль  
Ответить с цитатой  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Новая темаКомментировать Страница 1 из 1   [ Сообщений: 3 ]


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 4


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения

Найти:
Перейти:  
cron


Создано на основе phpBB® Forum Software © phpBB Group