KAPITOLA 1: VELIČINY A JEDNOTKY Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology And Business In České Budějovice
Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07./2.2.00/29.0019. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
KLÍČOVÉ POJMY: jednotky SI, převody jednotek, objemová hmotnost, vlhkost, nasákavost, tepelný odpor, tepelná roztažnost, pevnost, pružnost, tvrdost, obrusnost, elektrická vodivost, obsah radioaktivních látek
CÍLE KAPITOLY: podat přehled o měřených veličinách stavebních hmot, jednotkách a způsobech zjišťování.
1.1 JEDNOTKY U nás se používají jednotky soustavy SI. Jsou to mezinárodně domluvené jednotky, domluva vznikla v roce 1960. U nás je závazná zákonem o metrologii 505/1990 Sb. 7 ZÁKLADNÍCH JEDNOTEK: metr (délka), gram (hmotnost), sekunda (čas), ampér (elektrický proud), kelvin (teplota), mol a kandela (svítivost). ODVOZENÉ JEDNOTKY – kombinace základních m/s (rychlost), N – Newton (kg*m/s2 -síla), Pa – Pascal (tlak) m/ s2 (zrychlení) apod. JEDNOTKY NÁSOBNÉ – obsahují předponu dle tab.1 například km, MPa, mA apod.
Tabulka.1 Předpony soustavy SI
Tabulka.1 Předpony soustavy SI - pokračování
1.2 VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ Vlastnosti stavebních materiálů se popisují fyzikálními veličinami. HLAVNÍMI SLEDOVANÝMI VLASTNOSTMI JSOU: indexové vlastnosti
mechanické vlastnosti tepelné vlastnosti akustické vlastnosti radioaktivita hygienické vlastnosti
ekologické vlastnosti
1.2.1 INDEXOVÉ VLASTNOSTI OBJEMOVÁ HMOTNOST • nutná pro zatížení, manipulaci a dopravu • jednotky kg/m3 • má mnoho variací - vysušený stav, přirozeně vlhký stav, vodou nasycený stav, v čerstvém stavu, v zatvrdlém stavu, volně sypané, zhutněné HUTNOST • poměr pevné fáze k celkovému objemu ( bezrozměrná) PÓROVITOST • poměr pórů k celkovému objemu (bezrozměrná) • póry mohou být otevřené nebo uzavřené MEZEROVITOST • určuje se u sypkých hmot, je to jiný název pro pórovitost
1.2.1 INDEXOVÉ VLASTNOSTI ZRNITOST • u sypkých látek MĚRNÝ (specifický) POVRCH • je celková povrchová plocha všech částeček, vyjadřuje se v m2/kg • užívá se u velmi jemných materiálů, kde sítový rozbor není možný • například se pomocí jeho udává jemnost mletí cementu VLHKOST • rozlišujeme hmotnostní a objemovou • voda se v materiálech vyskytuje jako: - volná, fyzikálně vázaná, kapilární, absorbovaná a chemicky vázaná NASÁKAVOST • je to množství vody, které se může v materiálu vyskytnout – maximální vlhkost
1.2.1 INDEXOVÉ VLASTNOSTI VZLÍNAVOST • dřívější název kapilarita • je to výška do které vystoupá hladina vody nad hladinu ponoru
1.2.2 MECHANICKÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ PEVNOST V TAHU A TLAKU • MPa • určuje možnost zatížitelnosti materiálů, tedy mezní hodnoty napětí, při kterém nedojde k jeho destrukci • vztah mezi napětím a deformací je různý pro různé materiály pevnost strukturální – na základě stavby, v praxi se využívá hodnota experimentálně zjištěná pevnost technická – pevnost z hlediska praxe – výpočty, např. mez kluzu, mez úměrnosti, krychelná pevnost, liší se podle konkrétního materiálu pevnost pravděpodobnostní – je zajištěna s určitou pravděpodobností. Ve stavebnictví se většinou uplatňuje 95% záruka pevnosti
1.2.2 MECHANICKÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ Podle způsobu určování se rozlišuje pevnost statická krátkodobá a dlouhodobá (podle rychlosti zatěžování) a pevnost jednorázová a cyklická. • příklady pevnsoti materiálů v mpa: ocel v tahu 210 – 280 beton krychelná pevnost 9 – 30 dřevo v tahu ve směru vláken 10 – 13 MODUL PRUŽNOSTI (MPa) • určuje poměr mezi napětím a deformací a je konstantou v Hookově zákoně. • označení E • v zatěžovacím diagramu je tečnou nebo sečnou zatěžovací křivky
1.2.2 MECHANICKÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ • používané moduly: tečnový, sečnový, počáteční a rozdílový. U betonu se používá sečnový modul odpovídající 30% meze pevnosti a nazývá se modulem pracovním • příklady modulu pro různé materiály (v MPa): ocel 210 000 beton 17 500 – 42 000 dřevo 10 000 – 12 500 HOUŽEVNATOST • je vlastnost charakterizovaná chováním před destrukcí. • materiály křehké – před porušením mají malé deformace a k destrukci dochází náhle. Například kámen, beton, litina • materiály houževnaté – před destrukcí vykazují velké deformace a tzv. ,,varují“. Například dřevo, ocel, plasty
1.2.2 MECHANICKÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ PŘÍČNÁ ROZTAŽNOST • určuje se koeficientem příčné roztažnosti (bezrozměrný) a je to poměr mezi deformací ve směru namáhání a kolmo na něj. • jedná se o důležitou informaci popisující chování materiálů a nazývá se Poissonovým číslem. Tvrdé látky vykazuji Poissonovo číslo 0,1-0,2 a houževnaté i 0,5. TVRDOST • není jednoznačně definovaná, většinou se definuje jako odolnost proti vrypu. • klasifikace podle Mohce – desetistupňová škála - mastek, kamenná sůl, vápenec, kazivec, apatit, živec, křemen, topas, korund, diamant
1.2.2 MECHANICKÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ OBRUSNOST • odolnost proti opotřebování povrchu – měří se na brusné dráze • přístroje na měření obrusnosti – abresery (pracují na principu smirkového papíru, triskání či kartáčování) ADHEZE • adheze neboli přilnavost • sledujeme přilnavost mezi různými materiály – betonem a ocelí, lepidlem a omítkou, omítkou a fasádní barvou • zkouší se odrhem, vyhodnocuje se síla odtrhu a kde k odtržení došlo ELASTICITA • na chování některých materiálů má velký vliv teplota – jejich chování se mění, výrazně klesají mechanické vlastnosti. Jedná se především o plasty a asfalty
1.2.2 MECHANICKÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ PLOUŽENÍ • je vlastnost, kdy při působícím konstantním napětí stále rostou deformace • u betonu nazýváme tuto vlastnost dotvarování RELAXACE • je vlastnost , kdy při dané deformaci klesá napětí, až nakonec může i vymizet • takto se chová např. předpínací výztuž a tento jev nazýváme ztráta předpětí
1.2.3 TEPELNÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ MĚRNÁ TEPELNÁ VODIVOST • vyjadřuje schopnost materiálu vést teplo • označení λ, jednotky W/m.K • jedná se o tepelný výkon ve W přenesený plochou 1m2 do vzdálenosti 1m při rozdílu teplot 1K. • u stavebních materiálů je ovlivňována – vlhkostí, pórovitostí, teplotou a strukturou. • pro stavební konstrukce se používá součinitel prostupu tepla U MĚRNÁ TEPELNÁ KAPACITA • jinak řečeno měrné teplo udává množství tepelné energie, kterou se ohřeje 1kg hmoty o 1K • označení c, jednotky J/kg.K • tato veličina je silně závislá na vlhkosti
1.2.3 TEPELNÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ TEPLOTNÍ LINEÁRNÍ DÉLKOVÁ ROZTAŽNOST • velikost změny ke které dochází při změně teploty je definována součinitelem teplotní délkové roztažnosti α (K-1). • u běžných materiálů se hodnota α pohybuje okolo 5-15 . 10-6 K-1 • pro změny objemu je definovaná objemová teplotní roztažnost • zvláštní chování vykazuje voda – tzv. anomálie vody -> led při ochlazení zvětšuje svůj objem. Vlivem tohoto jevu jsou mráz a vlhkost významným škůdcem stavebních materiálů TEPELNÁ JÍMAVOST • popisuje schopnost materiálu přijímat a uvolňovat teplo, je závislá na: tepelné vodivosti, měrné tepelné kapacitě a objemové hmotnosti TEPELNÝ ODPOR VRSTVY MATERIÁLU • označení R, jednotky W/m.K, udává tepelně izolační vlastnosti konkrétní tloušťky materiálu
1.2.3 TEPELNÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ SÁLAVÉ VLASTNOSTI MATERIÁLŮ • sálání je jedním z přenosů tepla • se sáláním jsou spojeny tyto vlastnosti: - emisivita - reflexe - absorbce
- výměna vzduchu - přestup tepla
1.2.4 AKUSTICKÉ VLASTNOSTI • zvuk se na povrchu konstrukce částečně odráží, pohltí a částečně prostupuje materiálem • vhodnost materiálu pro zvukově izolační konstrukce určuje vlnový odpor Z • součinitel zvukové pohltivosti – je závislý na frekvenci dopadajícího zvuku a vyjadřuje poměr mezi dopadajícím akustickým výkonem a odraženým
1.2.5 RADIOAKTIVITA STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ • je způsobena přítomností radioaktivních prvků a izotopů • jedná se především o přírodní radioaktivitu, kterou není možné zcela odstranit, pouze omezit např. volbou suroviny • úroveň radioaktivity nám v materiálu udává hmotnostní měrná
aktivita, její jednotkou je Bq/kg • stejně je posuzována i voda dodávaná do objektů (Bq/l). • hmotnostní měrná aktivita je sledována úřadem pro jadernou bezpečnost na základě atomového zákona
1.2.6 HYGIENICKÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ • s rostoucím podílem umělých stavebních materiálů a úpravou jejich vlastností se setkáváme s pronikáním škodlivin do prostředí staveb • jedná se o látky uvolňující se ze stavebních materiálů – lepidel, barev, impregnací apod. • z minulosti se setkáváme s přidáváním azbestu do betonových konstrukcí a s problematickými materiály podlahových konstrukcí • všechny tyto látky se mohou uvolňovat do vzduchu v místnosti • vyjadřujeme je v mg/m3.
1.2.7 EKOLOGICKÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ • sledují se zatím spíše okrajově a jedná se o takové vlastnosti jako je ekologická stopa ( = ekologické škody způsobené výrobou, použitím i likvidací materiálu) nebo recyklovatelnost materiálu
OTÁZKY A ÚKOLY 1) Jaké jsou druhy objemových hmotností a pro jaké materiály se užívají? 2) V jakých formách se vyskytuje voda ve stavebních materiálech? 3) V jakých jednotkách udáváme vlhkost? 4) Co je to pevnost materiálu, v jakých jednotkách se udává a jaké jsou orientační pevnosti dřeva, betonu a oceli? 5) Jaké jsou druhy modulu pružnosti a v jakých jednotkách se udávají? 6) Co je to adheze a její jednotky? 7) Co je elasticita? 8) Co je ploužení?
OTÁZKY A ÚKOLY 9) 10) 11) 12) 13)
Co je relaxace? Co udává měrná tepená vodivost? V jakých jednotkách se udává lineární tepelná roztažnost? Kde musíme s délkovo roztažností počítat? Vysvětli co je anomálie vody a její dopad pro stavební materiály. 14) V jakých jednotkách se udává obsah radioaktivních látek ve stavebním materiálu a kdo dohlíží na „radioaktivní nezávadnost“? 15) Jaké hygienické vlastnosti stavebníchmateriálů je možné sledovat 16) Co je ekologická stopa stavebního materiálu.
