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/s 2 -síla), Pa Pascal (tlak) m/ s 2 (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/m 3 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 m 2 /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 1m 2 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/m 3.
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) Co je relaxace? 10) Co udává měrná tepená vodivost? 11) V jakých jednotkách se udává lineární tepelná roztažnost? 12) Kde musíme s délkovo roztažností počítat? 13) 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.