Epitoanyagok I

Molnr Viktor

PTANYAGOK I.

Kszlt a HEFOP 3.3.1-P.-2004-09-0102/1.0 plyzat tmogatsval.

Szerz: dr. Molnr Viktor egyetemi docens

Lektor: dr. Jzsa Zsuzsanna egyetemi docens

Molnr Viktor, 2006

ptanyagok I. A dokumentum hasznlata

A dokumentum hasznlata | Tartalomjegyzk | Irodalomjegyzk Vissza 3


A dokumentum hasznlata

Mozgs a dokumentumban A dokumentumban val mozgshoz a Windows s az Adobe Reader meg-szokott elemeit s mdszereit hasznlhatjuk.

Minden lap tetejn s aljn egy navigcis sor tallhat, itt a megfelel hivatkozsra kattintva ugorhatunk a hasznlati tmutatra, a tartalomjegy-zkre, valamint a trgymutatra. A s a nyilakkal az elz s a kvet-kez oldalra lphetnk t, mg a Vissza mez az utoljra megnzett oldalra visz vissza bennnket.

Pozcionls a knyvjelzablak segtsgvel A bal oldali knyvjelz ablakban tartalomjegyzkfa tallhat, amelynek bejegyzseire kattintva az adott fejezet/alfejezet els oldalra jutunk. Az aktulis pozcinkat a tartalomjegyzkfban kiemelt bejegyzs mutatja.

A tartalomjegyzk s a trgymutat hasznlata

Ugrs megadott helyre a tartalomjegyzk segtsgvel Kattintsunk a tartalomjegyzk megfelel pontjra, ezzel az adott fejezet els oldalra jutunk.

Keress a szvegben A dokumentumban val keresshez hasznljuk megszokott mdon a Szerkeszts men Keress parancst. Az Adobe Reader az adott pozci-tl kezdve keres a szvegben.

ptanyagok I. Tartalomjegyzk



Tartalomjegyzk

1. ltalnos anyagismeret................................................................... 6 1.1. Az ptanyagok felosztsa......................................................................... 6 1.2. ptanyagok kmiai tulajdonsgai ........................................................... 7 1.3. Az ptanyagok fizikai tulajdonsgai ..................................................... 27 1.4. Az ptanyagok mechanikai tulajdonsgai............................................ 40

2. ptsi kanyagok, adalkanyagok ............................................. 56 2.1. ptsi kanyagok...................................................................................... 56 2.2. Adalkanyagok ...........................................................................................63

3. Szervetlen ktanyagok................................................................ 80 3.1. Ktanyagok fogalma s osztlyozsa.................................................... 80 3.2. Levegn szilrdul nem hidraulikus ktanyagok................................ 81 3.3. Hidraulikus ptlkok, gyengn hidraulikus ktanyagok .................... 90 3.4. Szervetlen hidraulikus ktanyagok, cementek..................................... 92

4. A beton ......................................................................................... 99 4.1. A beton fogalma, osztlyozsa................................................................. 99 4.2. A beton tovbbi alkoti ..........................................................................101 4.3. A friss beton tulajdonsgai .....................................................................105 4.4. A megszilrdult beton tulajdonsgai .....................................................113 4.5. A betonkszts technolgii..................................................................117

5. Habarcsok ...................................................................................124 5.1. A habarcsok osztlyozsa .......................................................................124 5.2. A habarcsok anyagai ................................................................................124 5.3. A friss habarcs tulajdonsgai ..................................................................126 5.4. Megszilrdult habarcs tulajdonsgai ......................................................129 5.5. Habarcsfajtk............................................................................................132

6. Manyagok..................................................................................138 6.1. A manyagok szerkezete, ltalnos tulajdonsgai, ellltsa ............138 6.2. A manyagok formzsa, feldolgozsa.................................................142 6.3. A manyag ptipari felhasznlsa.......................................................146

ptanyagok I. Tartalomjegyzk



7. Szerves ktanyagok: mgyanta, bitumen .................................148 7.1. Mgyanta ktanyagokkal kapcsolatos fogalmak ...............................148 7.2. Fekete ktanyagokkal kapcsolatos fogalmak.....................................151 7.3. Aszfaltok ...................................................................................................158

8. ptsi kermik s ptszeti vegek ........................................ 161 8.1. Kermik ...................................................................................................161 8.2. ptszeti vegek .....................................................................................171

9. ptfmek ..................................................................................174 9.1. A fmek jellemzse, felosztsa s alaptulajdonsgai ...........................174 9.2. A fmek korrzija..................................................................................176 9.3. A vas- s aclgyrts ................................................................................183 9.4. A vas s acl fizikai tulajdonsgai ..........................................................186 9.5. A vas s acl mechanikai tulajdonsgai.................................................187 9.6. Vas s aclfajtk .......................................................................................193 9.7. Egyb az ptiparban hasznlatos fmek.....................................201

10. Az ptfa .................................................................................. 208 10.1. Az ptfa fogalma ................................................................................208 10.2. A fa szerkezete, felptse.....................................................................208 10.3. A fontosabb hazai fafajtk....................................................................210 10.4. Fatermkek .............................................................................................213 10.5. Faktsek, fakapcsolatok ......................................................................217 10.6. Fahibk, betegsgek...............................................................................217 10.7. Faanyagvdelem.....................................................................................225

Irodalomjegyzk.............................................................................. 230

ptanyagok I. ltalnos anyagismeret



1. ltalnos anyagismeret

1.1. Az ptanyagok felosztsa A fldkregben tallhat tbb mint 100 elem alkotta vegyletek 99%-a az O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, s a C vegyletek, ahol a sznvegyletek alatt a szerves eredet nvnyi, llati anyagokat rtjk. Fenti elemek az ptanyagoknak is tbbsgi alkotja. Az ptanyagok tbb fle szem-pont szerint osztlyozhatk, ezek az albbiak: Elllts kitermels v. gyrts szerint lehet:

termszetes (agyag, k, fa, stb.); mestersges (cement, beton, acl, kermia, stb.); Kmiai tulajdonsgai, ill. vegyi jellege szerint lehet:

szervetlen (k, cement, beton, fm); szerves ( fa, bitumen, gyantk); Fizikai tulajdonsgai alapjn osztlyozhat:

halmazllapot szerint (szilrd, folykony); tmrsg szerint (porzus, tmr); hidrotechnikai tulajdonsgok szerint (vzzrsg, fagyllsg); htechnikai tulajdonsgok szerint (htguls, hterjeds, hvezets, h

s halmazllapot kapcsolata); tzllsg szerint (tzll, nem tzll, ghet, nem ghet); kemnysg, kopsllsg szerint (kemny, puha); szigetelkpessg szerint: vezet vagy szigetel (vz, elektromossg, hang); Mechanikai tulajdonsgai alapjn:

rugalmassg szerint: rugalmas (elasztikus), kplkeny (plasztikus), fo-lyadkszer (viszkzus);

alakvltozsi kpessg szerint: szvs, rideg; anyagi rendszere szerint: homogn, inhomogn, heterogn, izotrp,

anizotrp;

Alkalmazs szerint:

adalk-, kt-, szerkezeti-, szigetel anyagok;




Az ptanyagok ellltst, gyrtstechnolgijt, ill. alkalmazsi terlete-it az adott ptanyagok trgyalsa sorn ismertetjk. A kmiai, fizikai mechanikai anyag-tulajdonsgokat azonban clszer ltalnossgban is trgyalni.

1.2. ptanyagok kmiai tulajdonsgai

1.2.1. Alapismeretek

Anyag s energia

Az anyagnak kt megjelensi formja van, ezek a tmeg s az energia. A klnbz testek alakjban megjelen anyagra elssorban a tmeg a jel-lemz, mg pl. az elektromgneses sugrzsoknl az energia jelleg lp el-trbe. A tmeg s az energia kztti kapcsolatot matematikailag az Ein-stein-fle sszefggs fejezi ki:

E = m . c2 Ahol E az energia eljeles vltozst, m a tmeg eljeles vltozst, c pedig a fny sebessgt jelenti.

Az anyagmegmarads trvnye amely lnyegben a tmeg s az energiamegmarads elvt juttatja kifejezsre kimondja, hogy zrt rend-szerben a vltozsok sorn az anyagnak csak a megjelensi formja, min-sge vltozik, mennyisge lland marad.

Atom, molekula, elem, vegylet

Az anyag rszecskkbl ll, amelyek tulajdonsgainak megismershez az anyagokat rszeire kell bontatnunk.

Az egynem anyagok fizikai oszthatsgnak hatra a molekula, amely mg az eredeti anyag minden tulajdonsgval rendelkezik.

A molekulkat atomok ptik fel. Az atomok a kznsges rtelemben vett kmiai talakulsoknl, a reakcikban rsztvev legkisebb anyagr-szek, amelyek mint ltni fogjuk mg tovbbi elemi alkotrszekbl llnak.

Az azonos atomokbl felpl anyagok az elemek. Ezek lehetnek egy atomosak (pl. argon), vagy tbb atomosak (pl. oxign).

A vegyletek egynem molekulkbl llnak, de ezek a molekulk nem azonos atomokbl, hanem kt vagy tbb elem meghatrozott szm atomjaibl vannak felptve.




Atomsly, molekulasly

Az atomok s molekulk igen parnyi anyagrszecskk, gy tmegk is igen kicsi (pl. a hidrogn atom tmege 1,663 . 10-24 g). Ezeket a tmegeket sokszor mg rzkelni is nagyon nehz, de szmolni velk igen hossza-dalmas lenne. Ennek megfelelen atomtmegknt s molekulatmegknt nem az atomok illetve molekulk abszolt tmegt, hanem azok egyms-hoz val viszonyt vlasztottk alapul.

A megllapods szerint, egy elem atomtmege az a viszonyszm, amely megmutatja hogy a krdses elem egy atomja hnyszor nehezebb a korbban alkalmazott hidrogn s oxign utn a viszonytsi alapul elfo-gadott 12-es tmegszm szn atomtmegnek 1/12-ed rsznl.

A molekulatmeg az atomtmegekbl tevdik ssze, azaz a moleku-lkban szerepl atomok atomtmegnek sszege. Az anyagoknak az atom-, illetve molekulatmeg szmrtkvel egyez, grammokban kifeje-zett mennyisgt grammatom-, illetve gramm-molekulatmegnek ne-vezzk. gy pl. a vz molekulatmege, azaz mlnyi mennyisge 18 g, amelyben 2 g (2 gramm-atomtmegnyi) hidrogn s 16 g (16 gramm-atomtmegnyi) oxign van.

Vegyjel, kplet, egyenlet

Az elemek vegyjelt latin s grg eredet elnevezsk els, szksg ese-tn els s mg egy betjbl kpezik. (Pl. szn-carboneum: C, higany-hidragyrum: Hg stb.).

A vegyletek minsgi s mennyisgi sszettelt, esetleg az anyag bels szerkezetnek rvid, ttekinthet jelzseit a kmiai kpletek fejezik ki.

A minsgi sszettelt az elemek vegyjeleinek egyms mell rsval, a molekulkban elfordul egyfajta atomok szmt a vegyjel mellett jobbrl, als indexbe rt szmmal jelljk, pl. szndioxid CO2, vz H2O, ssav HCl, stb. gy jutunk a molekulk un. tapasztalati kplethez, amely lnyegben egyetlen molekula sszettelt jelli, valamint mennyisgileg az anyag mlnyi mennyisgt is jelenti.

A tapasztalati kplet lehetv teszi a kmiai talakulsok egyszer szemlltetst. Ezeket az talakulsokat az un. kmiai egyenletekkel fejezzk ki a kvetkez mdon: az egymsra hat elemek, vegyletek kp-leteit + jellel sszekapcsolva az egyenlet bal oldalra rjuk, s egyenlv tesszk a hasonlan lert keletkez anyagokkal. Ha valamely vegyletbl a




reakciban egynl tbb molekula vesz rszt, ezt a kplet el rt egytthat-val fejezzk ki, pl:

Ca (OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O

Kmiai reakcik

A kmiai folyamatok az albbi mdon osztlyozhatk:

a.) Egyesls esetn az egymsra hat anyagokbl egyetlen j vegylet keletkezik. pl.:

CaO + H2O = Ca(OH)2

b.) Bomls: az egyeslssel ellenttes folyamat. pl.:

2HgO = 2Hg + O2

A bomls klnleges esete a disszocici, amelyre jellemz, hogy a bomlstermkek a bomlst elidz okok megsznse utn zrt trben nknt visszaalakulnak a kiindulsi anyagg.

CaCO3 CaO + CO2

A disszocici lehet termikus vagy elektrolikus disszocici. c.) Cserebomls a leggyakrabban elfordul reakcitpus, amelynl a kt

egymsra hat vegyletbl, az azonos jelleg gykk egynem cserj-vel keletkezik kt j vegylet.

Mg SO4 + BaCl2 = MgCl2 + BaSO4

Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O

d.) Polimerizci: ugyanazon vegylet tbb molekulja egyeslhet egy nagyobb molekulv. Ilyenkor a szzalkos sszettel termszetesen ugyanaz marad. A legfontosabb polimerizcis folyamatok a szerves kmiban jtszdnak le, pl.: az acetilngz (C2H2) izz csvn tvezet-ve benzoll (C6H6) polimerizldik.

3C2H2 = C6H6

e.) Kondenzci: ktfajta vegylet vzkilps mellett reagl egymssal. Ilyen mdon kpzdnek (pl. diaminokbl s dikarbonsavakbl) a nylon-flk.

f.) Izomer talakuls: a reakci sorn a molekuln bell az atomok t-rendezdnek.




g.) Oxidci-redukci: klasszikus rtelemben az oxidci az a folyamat, amelyben valamely anyag oxignt vesz fel vagy hidrognt ad le. Reduk-cinl viszont az anyag ad le oxignt s hidrognt vesz fel. gy pl. az

FeO + C = Fe + CO

reakciban a vas (II) oxid redukldik, mert oxignt veszt, a szn vi-szont oxidldik, mert oxignt vesz fel. Mai rtelemben az oxidci elektron leadst- a redukci elektron felvtelt jelent. Knnyen beltha-t, hogy az oxidci s redukci mindig kapcsolt folyamatok.

1.2.2. Anyagi rendszerek

Az anyagi rendszerek felosztsa

Az anyagnak a klvilgtl elhatrolt rszt rendszernek szoktk nevezni. Ezek az anyagi rendszerek lnyegben a tmeggel jellemzett anyag kln-bz megnyilvnulsi formi. Felosztsukkal kapcsolatban tisztznunk kell a fzis s a komponens fogalmt: a fzist a rendszer tbbi rsztl fizikai hatrfellet (mechanikai ton, pl. szrssel, lentssel, stb. elklnthet) vlasztja el, amelyen thaladva az egyes anyagi sajtsgok ugrsszer meg-vltozst tapasztaljuk; a komponensek viszont a rendszerben jelenlev kmiai anyagflesgek.

gy pl. az oxign gz, a nitrogn gz vagy a vz egyenknt egy-egy komponens, ha viszont a vizet s a vz fltti, a levegnek megfelel arnyban sszekevert oxign s nitrogn gzt vizsgljuk, akkor kt fzist szlelnk: a vz s a leveg fzist, amelybl a leveg fzis ktkomponens.

Azokat az anyagi rendszereket, amelyek egy fzisbl llnak homo-gn, a tbb fzisbl llkat pedig heterogn rendszereknek nevezzk.

A fenti pldnak megfelelen a homogn rendszerek egykomponensek s tbbkomponensek (elegyek) lehetnek. Az egykomponens homogn rendszereket egyszer testek vagy elemek s vegyletek pthetik fel. gy pl. az oxign, nitrogn azonos atomokbl felpl elemek, mg a vz, a cukor stb. klnfle atomokbl sszetevd molekulk, vegyletek halmazai.

Egymstl relatve tvol es atomok, diszkrt molekulk, amelyek k-ztt a klcsnhats elhanyagolhat, csak igen kivteles krlmnyek k-ztt (ritktott gz, gzllapot) lteznek, de ezek is olyan kis anyagi egys-gek, hogy szlelsk is csak kzvetett ton lehetsges. gy egy elem vagy vegylet tulajdonsgait vizsglva, tulajdonkppen mindig az illet anyag halmaznak tulajdonsgait llaptjuk meg.




A vegyleteknek s elemeknek a heterogn rendszerekkel szemben kzs tulajdonsguk, hogy egyszer fizikai mdszerekkel alkotrszeikre nem bonthatk. A vegyletek olyan homogn rendszerek, amelyek kmiai elj-rsokkal alkotrszeikre (elemeikre) bonthatk, mg az elemek kmiai ton tovbb mr nem bonthatk. Pl.: a vizet elektromos rammal hidro-gngzra s oxigngzra bonthatjuk fel, amelyeket azonban tovbb bonta-ni kmiai ton mr nem tudunk.

222 OH2O2H + Az atom s az ion szerkezete

A radioaktivits vizsglata rvn olyan ismereteket szerzett a tudomny, amelyek bizonyoss tettk, hogy az atom nem oszthatatlan, hanem kisebb rszecskkbl pl fel, s hatrozott szerkezete van. A nagyobb tmeg rszecskk alkotjk az atommagot, amely pozitv tlts s ekrl kerin-genek a negatv tlts elektronok.

Az atommag felptsben tbb elemi rszecske vesz rszt, amelyek kzl a legfontosabbak a proton, a neutron s a mezonok.

A proton az atom pozitv tltsnek hordozja s szma megadja az il-let atomokbl felpl elem rendszmt, amely az elemek rendszernek az alapja.

A neutron a proton tmegvel kzel azonos tmeg, semleges elekt-romos tlts elemi rszecske, amelynek elssorban az atommag stabilit-snak biztostsnl van jelents szerepe.

A protonok s a neutronok mellett az atom tbbi rsznek tmege el-hanyagolhatan csekly.

Ha az atom a kls elektronhjrl kmiai reakci sorn elektront ad le vagy vesz fel, akkor ionok keletkeznek. Ha elektront ad le akkor pozitv ion, ha elektront vesz fel akkor negatv ion keletkezik. Ahny elektront ad le vagy vesz fel, annyiszor pozitv ill. negatv ion keletkezik. A pozitv tlts ionokat kationoknak, a negatv tlts ionokat anionoknak nevez-zk.

Kmiai ktsek

A molekulk mint a vegyletek kmiai tulajdonsgaival mg nllan rendelkez legkisebb rszecskk atomokbl plnek fel. A molekulk-ban az atomok egymshoz kmiai ktsekkel kapcsoldnak.

A kmiai ktseknek kt alapvet tpust ismerjk. Az els ktstpus-ban, a molekult alkot atomok elektromos tltsekkel rendelkeznek, ez




az ionos kts. A msik f ktstpus esetben, a molekulkat alkot ato-mok nem rendelkeznek elektromos tltssel. Ez utbbi tpushoz tartozik a kovalens s a datv kts.

a.) Ionos kts

Ez viszonylag knnyen megvalsthat, ha az egyik elem atomja elekt-ront kpes leadni, a msik pedig elektront kpes felvenni. gy az egyik tadva a msiknak elektronjt, pozitv s negatv tlts ionok kelet-keznek. Az gy keletkezett ionokat elektrosztatikus vonzerk tartjk ssze, s az gy kpzdtt vegyletek, a legalacsonyabb energiaszint el-rse rdekben tbbnyire kristlyrcsba plnek be (1.1. bra).

1.1. bra. Ionos kts [6]

b.) Kovalens kts A kovalens kts kialakulsnl a kapcsold atomok mindegyike egy-egy elektront ad a ktshez. Az gy kialakult elektronpr mindkt atomhoz tartozik. Valjban teht a kovalens ktst ltrehoz vegyr-tk-elektronok az sszes, a ktsben rsztvev atommaghoz illetve atomtrzshz tartoznak oly mdon, hogy plyjuk az sszes atomma-got krlveszi (1.2. bra).




1.2. bra. Kovalens kts (H2 molekula) [6]

c.) Datv kts A datv kts a kovalens ktsnek egy klnleges esete, amely gy jn ltre, hogy a ktst biztost elektronprt csak az egyik atom szolgl-tatja.

+

+

+

HOO

H::HHH::H

donor akceptor hidrnium vz

d.) Fmes kts A kmiai kts klnleges tpusa a fmes kts, amely ltrejttnek oka az, hogy a fmes elemek atomjainl a kls, vegyrtkelektronok viszonylag messze vannak az atommagtl, ennek megfelelen lazbban vannak ktve, gy ezek az elektronok knnyen levlnak az atomtrzs-rl, s kollektv elektronsereget alkotva a fmionok kztt szabadon mozognak. Az gy keletkezett elektrongz biztostja az sszetartst a pozitv fmionok kztt. A ltrejv fmszerkezet teht voltakppen egy atomtrzsbl s egy elektronfelhbl ll egyetlen molekulnak tekinthet. Ez a szerkezet a fmeknl olyan tulajdonsgot eredmnyez, amelyek a tbbi anyagok sajtsgaitl lnyegesen eltrnek, pl. vezet.

Molekulk kztti ktsek

A molekulk kztti ktsek kzl a legjelentsebbek a hidrognkts s a van der Waals-fle ktsek.

a.) Hidrognkts A hidrognkts polris kovalens molekulk kztt hoz ltre kapcsola-tot. A ktst a polris molekula hidrognje ltesti a szomszdos mole-




kulk ersen elektronegatv atomjaival, pl. fluorral, oxignnel, nitro-gnnel. (Annak az atomnak nagyobb az elektron-negatvitsa, amely jobban vonzza a ktsben lev elektront.) gy pl. vzmolekulkban a hidrognek nemcsak az oxignhez kapcsoldnak, hanem a szomszdos vzmolekulk oxignjvel is klcsnhatsban vannak. A vzmolekulk fentiek szerint kialakult asszocicija skban az 1.3. brn lthat.

1.3. bra. Hidrognkts [6]

b.) Van der Waals-fle kts

A molekulk kztti ktskapcsolatokat legtbbszr az un. van der Waals-fle erk hozzk ltre. A ktsben szerepl erhats onnan ered, hogy a molekulk elektromos szempontbl nem pontosan szim-metrikusak. A fenti tulajdonsgokkal rendelkez diplusmolekulk k-ztt fellp elektrosztatikus klcsnhats a van der Waals-fle er, (1.4. bra). A molekulk kztti ktsek energija megkzeltleg tized-rsze a tipikus kmiai ktsek energijnak, de jelentsgk a kln-bz halmazok kialakulsnl nagy.

1.4. bra. van der Waals-fle kts [6]




1.2.3. Klnbz halmazllapot anyagok tulajdonsgai

Gz halmazllapot anyagok tulajdonsgai

A gz halmazllapot a legnagyobb energiatartalm halmazllapot. Gz-halmazllapotban a molekulk kztt hat erk sokkal kisebbek, mint a molekulk hmozgsnak kinetikus energija, ezrt a gzokban klnll molekulk alakjban van jelen az anyag. Ennek folytn a gzoknak sem nll trfogatuk, sem nll alakjuk nincs, a rendelkezsre ll teret egyenletesen tltik ki. Nagymrtkben knnyen sszenyomhatk s anyagi minsgktl fggetlenl a hmrsklet vltozsval jelentsen vltoztat-jk trfogatukat is. Ezrt a gzok llapott a nyoms (p), a trfogat (V), s a hmrsklet (T) mrtkszmnak egyidej megadsa hatrozza meg sza-batosan. Egy gz nyomst, hmrsklett s trfogatt a gz llapotjel-lemzinek nevezzk. A gzok llapotjellemzinek vltozsa kztti ssze-fggseket a gztrvnyek: Boyle-Mariotte: 2211 VpVp = ; Gay-Lussac:

Tp2731pp 00 += , ill. az egyestett gztrvny: T)(1VpVp 00 +=

rjk le.

Folykony halmazllapot anyagok tulajdonsgai

A folykony halmazllapot, a gz s szilrd halmazllapot kztti tme-netnek tekinthet. Ha ugyanis a gzokat fokozatos nyomsnak vetjk al, akkor egy bizonyos nyomsrtknl a molekulk olyan kzel kerlnek egymshoz, hogy a molekulk kztti vonzerk nagymrtkben rvnye-slnek, s a molekulk szabad mozgst tbb-kevsb korltozzk. Ezek a van der Waals-fle erk a szilrd llapot ltrehozshoz mg nem elgs-gesek, vadyis, hogy a rszecskket a fzis valamely pontjhoz rgztsk, s az alaktartst biztostsk.

Teht a folyadkoknak nincs sajt alakjuk, azaz mindig felveszik az edny alakjt, de a trfogat-vltoztat erkkel szemben ellenllst fejtenek ki, nll trfogatuk van, nem nyomhatk ssze.

A folyadkoknak jellemz sajtsga a: viszkozits, felleti feszlt-sg, prolgs, gznyoms, nedveseds, adszorpci s abszorpci.

Az alakvltozssal szemben a folyadkok bizonyos ellenllst fejtenek ki, amely a folyadkok arnylag nagy bels srldsban jut kifejezsre. Ez a bels srlds vagy viszkozits nem ms, mint kt egymssal rintkez folyadkrteg, folyadkfilm elmozdulsakor fellp, s ezt az elmozdulst akadlyoz srld er. Termszetesen a viszkozits folyadkonknt vl-




toz, gy pl. az alkoholoknl kicsi a bels srlds, mg pl. a glicerin eset-ben viszonylag nagy.

A hmrsklet is nagymrtkben befolysolja a bels srldsi rtket. Folyadkok esetben a hmrsklet emelse cskkenti a bels srldst.

A folyadkok, ha kls erk nem akadlyozzk, gmb alakot vesznek fel. Ennek oka az, hogy a folyadkfelleten lev molekulknl gyakorlati-lag csak az egyik oldalon (a folyadk belsejben) rvnyesl a vele szom-szdos molekulk vonz hatsa. gy a felleten lev molekulkra a szom-szdos molekulk vonzereje csak a folyadk belseje fell hat (1.5. bra), amely a folyadkokra alapveten jellemz felleti rteg (meniszkusz) s a felleti feszltsg kialakulshoz vezet, (1.6. bra). A tiszta folyadkok felleti feszltsge az anyagi minsgen kvl a hmrsklettl fgg, spedig a hmrsklet emelsvel cskken.

1.5. bra. A folyadkmolekulk kztt hat erk [3]

1.6. bra. A felleti feszltsg [3]




A folyadk minden hmrskleten prolog. Nyitott ednyben a prolgs addig tart, amg a folyadk teljesen gzz alakul, zrt ednyben pedig ad-dig, amg a gz teltett nem lesz. A teltett gz a folyadkkal egyenslyban van, tovbbi prolgs nem kvetkezik be. Az egyenslyi llapot a hmr-sklet fggvnye. Ezt az egyenslyi llapotot dinamikus egyenslynak ne-vezik, mert a kt ellenttes irny folyamat a prolgs s a kondenzlds kiegyenlti egyms hatst.

A teltett gz nyomsa (tenzija) ltalban a folyadk anyagi mins-gn kvl csak a hmrsklettl fgg. Nagyon grblt folyadkfelletek gznyomsa azonban eltr a skfellet folyadkoktl. Ha a folyadk nedvesti a felletet, akkor a kapillrisban fellrl nzve homor fellet alakul ki, amelynek a gznyomsa kisebb a skfelletnl. A nyoms any-nyival kisebb, amekkora barometrikus nyomscskkens a h kapillris vz-szintemelkedsnek megfelel. A nyoms megvltozsa adott folyadknl annl nagyobb, minl nagyobb a felleti feszltsge. Ha a folyadk nem nedvesti a kapillrist (pl. higany az veget), akkor a kapillrisban lev gznyoms nagyobb.

Nedveseds akkor ll fenn, ha a szilrd anyag fellete s a folyadk molekuli kztt megfelelen nagy vonzer lp fel. Valamely folyadkra vonatkoztatva jl nedvesed anyagokat liofil, rosszul nedvesedket liofb anyagoknak nevezik. Ha a folyadk vz, akkor a jl nedvesedket hidrofil, a rosszul nedvesedket hidrofb anyagoknak nevezik. Az ptanyagok terletn az utbbinak van nagy jelentsge.

Egy ptanyag hidrofil vagy hidrofb voltnak mrtke a felleti fe-szltsgtl fgg.

1.7. bra. A folyadk viselkedse hidrofil (a, c) s

hidrofb (b, d) anyagokon [1]




A nedvesthetsg mrtkl a szilrd anyag s folyadk kzti szg ko-szinusza hasznlhat, amit peremszgnek neveznek, (1.7. bra). Ha < 90, akkor hidrofil, ha > 90, akkor hidrofb az anyag.

Adszorpcinak azt a jelensget nevezik, hogy szilrd anyagok a velk rintkez gzokat (gzket), ill. folyadkokat a felletkn megktik. Eb-ben az esetben a gz, ill. folyadk srsge a szilrd anyag felletn na-gyobb, mint a gz, ill. folyadk belsejben.

Az adszorpcival rokon jelensg az abszorpci, ami esetnkben azt jelenti, hogy a gz (gz) nem a szilrd test felsznr, hanem a belsejben ktdik meg. Az adszorpci s az abszorpci egyidejleg is vgbemehet. Ekkor szorpcinak nevezik. Az adszorpci ltalban gyors, az abszorpci lass folyamat.

A vz ionszorzata s a pH-rtk fogalma

A vz a kvetkez egyenlet szerint disszocil:

H2O H+ + OH- ill.

2H2O H3O+ + OH-

A tiszta vzben vagy brmely hg vizes oldatban tallhatk hidrognionok s hidroxid ionok. Ezek koncentrcijnak szorzata ([H+] x [OH-]) l-land hmrskleten lland. Ez a vz ionszorzata s ennek rtke a mrsi adatok alapjn 25 oC-on n = 10-14

Mivel egy vzmolekula disszocicijakor egy hidrogn s egy hidroxid ion keletkezik, tiszta vzben vagy vizes semleges oldatokban a kt ion kon-centrcija egymssal egyenl:

[H+] = [OH-] = 10-7

Ha vzben savakat vagy bzisokat oldunk fel a hidrogn s a hidroxid io-nok koncentrcijnak arnya vltozik meg, a koncentrcik szorzata l-land marad. Egy ers sav, pl. a ssav 0,01 ml/liter koncentrcij olda-tban

[H+] = 10-2 g . ion/liter,

az ionszorzat sszefggse alapjn az

literiong101010

][H10][OH 122

1414

===

+




Teht savas oldatokban is vannak kis szmban OH- ionok. Lgos olda-tokban viszont H+ ionokat tallunk kis szmban. A norml NaOH oldat-ban [OH-] = 1, ebben az oldatban teht H+-ion koncentrci:

1414

10][OH

10][H

+ ==

Teht egy oldat savas vagy lgos voltt a hidrogn, illetve hidroxil ion koncentrcijukkal jellemezhetjk. A savas oldatokban a hidrogn ion koncentrcija nagy, a hidroxil ion koncentrci ionszorzatnak megfelel-en kicsi, illetve lgos oldatokban a hidroxil ion koncentrci nagy, a hid-rogn ion koncentrci kicsi. A gyakorlatban az oldatok savas vagy lgos voltt a hidrogn ion koncentrcijuk megadsval jellemezhetjk. Ha egy oldatban a hidrogn ion koncentrci 10-110-6 g ion/l, akkor az savas-, ha 10-810-14 g ion/l, akkor az lgos-, s ha 10-7 g ion/l, akkor semleges km-hats.

A hatvnykitevk rsnak elkerlse miatt a savassg, illetve lgossg jel-lemzsre a hidrogn ion koncentrci negatv logaritmust adjk meg:

pH = - log [H+]

A definci rtelmben ha egy oldat pH-ja 1-6, akkor az savas, ha 7, akkor semleges, ha 8-14, akkor lgos kmhats.

Elegyek s oldatok

A homogn fzisok felptsben egynl tbb komponens is rszt vehet. Az ilyen kt vagy tbb komponensbl felptett homogn rendszereket elegyeknek nevezzk. Ha az egyik komponens (oldszer) jval nagyobb mennyisgben van jelen, mint a tbbi (az oldott anyagok), a rendszert oldatnak nevezzk. Ennek a szls esete igen kevs oldott anyagot tar-talmaz oldatok a hg oldatok. Az oldatok, elegyek llapotnak lers-hoz a mr trgyalt llapotjellemzk mellett szksges az sszettelek, va-gyis a koncentrci ismerete is.

Olds alkalmval az oldott anyag molekuli egyenletesen sztoszlanak a folyadk molekuli kztt. A szilrd anyagok folyadkban trtn old-dsa mindaddig tart, amg a szilrd fzisbl az idegysgben az oldatba lp s az oldatbl kristlyosod molekulk szma azonoss nem vlik. Az ilyen oldatot teltett oldatnak nevezzk.

Az anyagok molekulrisan (pl. cukor) vagy ionosan (pl. konyhas) ol-ddnak. ltalban az ionos ktst tartalmaz anyagok vzben ionok alak-




jban olddnak. Ezt a folyamatot az anyag disszocicijnak nevezzk. Azonban nemcsak az ionos kts kristlyos vegyletek disszocilnak vizes oldatban, hanem olyan anyagok is, melyek szilrd llapotban moleku-lkbl plnek fel. A klnbz anyagok disszocicija vizes oldatukban a vz molekulk sajtossgra vezethet vissza. A vzmolekult olyan oxign ionknt foghatjuk fel, melynek felletn kt hidrogn ion helyezkedik el. E szerkezet folytn a pozitv s negatv tlts a molekuln bell nem egyen-letesen oszlik el. Ennek kvetkezmnye, hogy a molekula elektromosan nem szimmetrikus, a pozitv s negatv tlts kpzelt slypontja nem esik egybe. gy a molekulban kt plus jn ltre (diplus) s kialakul a polris vzmolekula.

Szilrd kristlyos s amorf anyagok tulajdonsgai

A szilrd testek jellemz tulajdonsga az, hogy alakjukat megtartjk s az alakvltozsra irnyul ervel szemben nagy az ellenllsuk, gyakorlatilag sszenyomhatatlanok.

A szilrd testeket felpt anyagrszecskk (atomok, atomcsoportok, ionok vagy molekulk) a fzis egy adott pontjhoz vannak rgztve, de nincsenek nyugalomban, hanem nyugalmi helyzetk krl rezg mozgst vgeznek. A hmrsklet emelkedsvel termszetesen n a mozgs amp-litdja s elrhet egy olyan rtket, hogy a rszecskk eredeti, egyenslyi helyzetkbl vgleg kimozdulnak s megsznik a szilrd halmazllapot, a szilrd test megolvad.

A szilrd halmazllapot anyag lehet amorf vagy kristlyos szer-kezet aszerint, hogy a rszecskk elrendezse rendszertelen vagy bizo-nyos rendezettsget mutat. Az un. amorf anyagoknak nincs hatrozott bels szerkezetk. Ilyenek az vegek s a manyagok.

A kristlyos szerkezetet gy kpzelhetjk el, hogy abban az atomok, atomcsoportok vagy molekulk szablyszer peridikusan ismtld m-don helyezkednek el s un. kristlyrcsot alkotnak. Megklnbztetnk lineris-, sk- s trrcsokat. A trrcsok alakja, szimmetrija s mretei alapjn 230 trrcs tpus lehetsges pl. tetraderes, oktaderes, hexaderes (amely lehet mg trkzepes kbs vagy lapkzepes kbs),stb. (1.8. bra).




1.8. bra. Kristlyrcs tpusok (tetraderes, oktaderes, hexaderes) [6]

A szilrdsg elvi alapjai

Kristlyos anyagok, ezeken bell: ptanyagok, elmleti szilrdsga az egyes atomok kztti ktsi energia rtke. Az elmleti szilrdsg fogalma legjobban az ionos kts pldjn mint modellen szemlltethet.

Az ionok kztti elmleti szilrdsg azzal az ellenllssal jellemezhet, ami fellp, ha az ionokat egymshoz kzeltik (nyomer) vagy tvoltjk (hzer). Nyomer hatsra cskken az ionok kztti r tvolsg, n az ionok kztti vonz- s taszterk eredje. Az ionokat minden hatron tl csak vgtelen ervel lehetne kzelteni. Ez azt jelenti, hogy az ionok kztti kapcsolatot nyomervel nem lehet megszntetni, teht a nyomszi-lrdsg fizikai rtelemben nem rtelmezhet.

Hzer esetn az ionok tvolodnak egymstl. A vonz s taszt erk eredgrbje az r = rk helyen maximumot r el. A hzszilrdsg mind az rk kritikus iontvolsggal, mind a hozz tartoz Fk kritikus ervel jelle-mezhet (1.9. bra). Ha az er helyett feszltsg (), az ionok tvolsga helyett annak fajlagos rtkt () helyettestjk, akkor az arnyossgi t-nyezt vagy ms nven rugalmassgi modulust (E) kapjuk. Teht a hz-szilrdsg anyagjellemznek tekinthet. A nyr- s csavarszilrdsg a hz-szilrdsggal rokon anyagjellemz.




1.9. bra. A szilrdsg elvi alapja [3]

1.2.4. Kolloidkmiai alapfogalmak

A kolloid llapot jellemzse

A kolloid llapot mai fogalmaink szerint az anyagi rszecskk mreteitl fgg llapot, amely nincs kmiai sszettelhez vagy valamilyen anyagi tulajdonsghoz ktve. Az anyagi minsgtl fggetlenl, brmilyen anyag tvihet kolloid llapotba, illetleg brmely anyagbl felpthet olyan testrendszer, amely szubmikroszkpikus rszecskkbl ll. Ha teht az anyag 5105 cm-nl kisebb, de 10-7 cm-nl nagyobb rszecskkbl ll, akkor kolloid rendszert kpez. Hasonlan kolloid rendszer a fst vagy a kd is, ha az egyes korom, ill. vz rszecskk szubmikroszkpikus mret-ek. Kolloid rendszernek kell minstennk egy vkony fonalat vagy lemezt is, ha annak vastagsga 5105 s 10-7 cm mrettartomnyba esik.

Teht sohasem kolloid anyagokrl, hanem mindig kolloid llapotrl beszlnk.




Brmely fizikai vagy kmiai tulajdonsgot tekintnk, a kolloid rendszerek mind a heterogn mind a homogn rendszerektl eltren viselkednek. Ez az eltr viselkeds arra vezethet vissza, hogy a kolloid rendszerekben a fajlagos fellet kitntetett szerep. Ez hatrfelleti jelensgekhez vezet.

Hatrfelleti jelensgek

A rendszereket felpt rszecskket egymstl hatrfelletek vlasztjk el. A hatrfellet mentn helyet foglal atomokra, molekulkra hat erk nem azonosak a fzis belsejben lv atomokra, molekulkra hat erkkel, mert a fellet mentn mindkt fzis rszecskinek vonzereje hat. Ennek kvetkezmnye, hogy a hatrfelletek energiatartalma klnbzik az egy-mssal hatros fzisok belsejnek energiatartalmtl. Ha a hatrfelleten lev rszecskk szma kicsi (kicsi a fajlagos fellet), akkor a rendszer vi-selkedst dnten nem befolysolja. Ha a szmuk a trfogatukhoz kpest nagy - azaz nagy a fajlagos fellet akkor a rendszer viselkedsben dnt szerepet jtszanak.

A hatrfelleten lev atomok, molekulk eltr tulajdonsgaival kap-csolatos jelensgek a hatrfelleti feszltg s az adszorpci.

Kolloid oldatok szerkezete, tulajdonsgai

A kolloid rendszerek kzl taln a legnagyobb jelentsggel a kolloid oldatok, vagy ms nven szolok brnak. Szmos, a valdi oldatoktl elt-r tulajdonsgaik kzl a legfontosabbak, az llapotukat s szerkezetket is nagymrtkben meghatroz elektromos sajtsgaik.

A kolloid oldatok rszecski elektromos ertr hatsra tbbnyire az ertr irnyban elmozdulnak. Ez az elektroforzis jelensge, amely an-nak tulajdonthat, hogy a kolloid rszecskk felleti rtegben mkd erk, az oldatban lev ionokat (pl. vz disszocicijbl szrmaz H+ vagy OH- ionokat) adszorpci tjn megktik. Ez az adszorpci az anyagi mi-nsgtl fggen nem egyforma mrtk, gy mivel az adszorbelt ellent-tes tlts ionok szma nem egyezik meg, a rszecske maga is elektromos tltsv vlik.

Ha a kolloid oldathoz elektrolitot (ionokat tartalmaz oldatot) adunk, be-folysolhatjuk a rszecskk elektromos tltsnek nagysgt, st eljelt is.

Igen fontos tny, hogy a diszperzis kzeg ionkoncentrcijnak n-vekedsvel, megfelel ionkoncentrci mellett a rszecskk egyik ionfle-sgbl sem adszorbelnak felesleget, ilyenkor nincs szabad tltsk. Ez az un. izoelektromos llapot klnsen jelents a kolloid oldatok stabilitst illeten.




Stabilits szempontjbl a szlok kt csoportra oszthatk: liofil (vz disz-perzis kzeg esetn hidrofil) s liofb (hidrofb) kolloid oldatokra.

A liofil, vagy oldszerkedvel szolokban a kolloid rszecskket old-szer-molekulkbl ll un. szolvtburok veszi krl, amely mintegy me-chanikai akadlyul szolgl a rszecskk rintkezsnek, s gy kicsapds-nak is. Az ilyen szerkezet kolloidok teht viszonylag stabilak, kicsapsuk, koagullsuk legtbbszr csak a szolvtburok eltvoltsval kvetkezik be. Ez tmny elektrolit hozzadsval valsthat meg: pl. a szappant oldatbl konyhasval kiszzuk, amikor is a bevitt Na+ s Cl- ionok hidrtburkok kialaktshoz elvonjk a kolloid rszecskk hidrtburkt, s ezek gy, egymshoz kzel kerlve nagyobb rszecskv tmrlnek.

A liofb szoloknl nem alakulhat ki a szolvtburok, gy ezek kevsb stabilak, mg lls kzben is knnyen kicsapdnak. A koagullst elektroli-tok hozzadsval meggyorsthatjuk. Br az elektrolit bizonyos mrtkig, az ionok adszorpcija kvetkeztben stabill teheti a rendszert (a rszecs-kk azonos tltsek lesznek), de az ionkoncentrci nvekedse az izo-elektromos pont elrshez vezet, amikor a rszecskk elvesztik a tmr-lsket gtl azonos tltsket.

A liofil szlok elnys tulajdonsgai lehetsget adnak a liofb szlok stabilizlsra. gy pl. ha hidrofb szolhoz hidrofil szlt adunk, akkor az elbbi rszecski adszorbeljk az utbbi rszecskit, amelyek azt krlve-szik, beburkoljk, s gy felletkn hidrtburkot ltestve stabilizljk. Az ilyen vdhatst kifejt kolloidok a vdkolloidok.

A leggyakoribb kolloid oldatokat, az emulzikat s szuszpenzikat emulgtorokkal stabilizljk. Az emulgtorok kapillraktv anyagok, ame-lyek stabilizl hatsa a felleti feszltsg cskkentsben, gy a diszperzi-s kzeg s diszperz rsz kztti folytonos tmenet ltestsben, s szolvtburok biztostsban ll.

Glek

A kolloid rendszerek msik fontos megjelensi formjt a glek kpezik. Ezek mintegy tmenetet alkotnak a difform (nyjtssal alaktott) s disz-perz (aprtssal alaktott) kolloidok kztt.

A lioglek szerkezetre az a jellemz, hogy a kolloid rszecskk ssze-fgg vzat alkotnak bennk, amelyek kapillris rendszer hzagait az oldszer tlti ki. Ilyen pl. a zselatin, kovasav-kocsonya stb. Ezek kisebb-nagyobb mrtkben rugalmasak, de mr kis er hatsra is megvltoztatjk alakjukat, kplkenyek. Ezek a lioglekre jellemz un. reolgiai tulajdon-




sgok, az anyagi minsgen kvl elssorban a glszerkezettl, folyadk-tartalomtl s a glelemek kztti kterktl fggnek. Az oldszerek teljes elvonsval az un. xeroglekhez jutunk. Ezek a kolloid vzat tartalmaz, inkbb difform rendszernek tekinthet glek nagy felletk-nl fogva kitn adszorbensek (pl. szilikagl). A lioglek s xeroglek sz-rtssal illetve folyadkfelvtellel egymsba talakulhatnak.

Bizonyos glek mechanikus hatsra (pl. rzs) kplkenyek lesznek, szll alakulnak, s ezt a folykony jelleget rvidebb-hosszabb ideig meg-tartjk, majd a mechanikus hats megsznte utn folykonysgukat jra elvesztik, megszilrdulnak. Ez a tixotrpia jelensge. Ilyen tixotrp rend-szert alkotnak az agyagok, kaolin, bentonit stb. Lnyegben ez a jelensg teszi lehetv a porceln, kermia s agyagok formzst.

A glek idvel regednek, egyrszt kmiai, msrszt szerkezeti elvlto-zs kvetkeztben fajlagos felletk, s ezzel egytt a kolloidokra jellemz felleti sajtsgaik is megvltoznak. Ez a jelensg a szinerzis. Klnsen a manyagok, bitumen, gumi stb. regedsvel kapcsolatban nagy jelent-sg, mivel a gl mechanikai tulajdonsgainak lnyeges romlsval jr.

Kolloid rendszerek felosztsa

a.) A kolloid rendszerek ltrehozsnak mdja szerint lehetnek: a difformlssal elllthat difform rendszerek, amelyek ellltsa so-rn a fajlagos fellet folyamatosan nvekszik, gy hogy a testet egyet-len sszefgg fellet hatrolja. Pl. az aranylemez hengerlsnl (aranyfst) laminris, egy irnyban kolloid mret rendszer jn ltre, mg szlhzs sorn keletkez molekulris keresztmetszet szlak fibrillris, kt dimenziban kolloid mret rendszerek. A diszperg-lssal (aprtssal) keletkez diszperz rendszerek, egy (laminris), kt (fibrillris) s hrom (korpuszkulris) irnyban lehetnek kolloid mre-tek.

b.) A kolloid rendszerek szerkezetk szerint lehetnek: rismoleku-lkbl felplk, amelyeknl az anyag egy molekuljnak mrete a kol-loid tartomnyba esik. Ezek oldatainak tulajdonsgait a molekulk alakja, szerkezete dnt mrtkben befolysolja (tojsfehrje vizes ol-data, kolloid kovasav, kemnyt vizes oldata). Halmazokbl felpl diszperzis kolloidok, amelyekre jellemz, hogy bellk homogn rendszer is elllthat tovbbi fajlagos fellet nvelsvel. A micells kolloidokat olyan halmazok ptik fel, ame-lyek a kis molekulk kzt fellp, erhatsok ltal okozott asszocici




folytn alakultak ki, tmrdtek micellkk. Ezek llapota alapveten fgg az elegy koncentrcijtl s hmrsklettl. Ilyen micells rendszert alkot a bitumen.

c.) A diszperzis kzeg s diszperz rsz halmazllapota szerint nyolcfle kolloid, illetve finom diszperz rendszert klnbztetnk meg. (1.1. tb-lzat)

Diszperglkzeg

Diszperglt anyag

Elnevezs Pldk

szilrd szilrd szol rubinveg, sznes ks, heterogn tvzetek

folykony - folyadktartalm kzetzrvnyok

Szilrd

gznem szilrd kolloid habok

gznem kzet-zrvnyok, hor-zsak (rszben durva diszperz)

szilrd kolloid oldatok vagy szlok, szuszpenzik,

agyagpp, fest-kek

folykony emulzik tej vz-olaj (kolaj) keverk

Folykony

gznem habok szappanhab szilrd por s fst,

aeroszolok dohnyfst, szllpor

folykony kd lgkri kd, ssavkd

Gznem

gznem Nem alkotnak heterogn rendszert, mert a gzok azonnal homogn rend-szerr elegyednek

1.1. tblzat. Kolloid halmazllapot szerinti feloszts




1.3. Az ptanyagok fizikai tulajdonsgai Az ptanyagok tulajdonsgai kzl ebben a fejezetben az ptanyagok tmeggel kapcsolatos-, hidrotechnikai-, htechnikai- s a szilrdsg becsl-st lehetv tev (kemnysg s kopsellenll kpessg) tulajdonsgait vizsgljuk. A mechanikai-, szilrdsgi- s alakvltozsi tulajdonsgokat azok fontossga miatt- kiemeltk s nll pontban trgyaljuk.

A rszletesebb trgyalsok eltt clszer az alkalmazsra kerl mr-tkegysg-rendszerek s szoksok ismertetse. A mszaki fejlds sorn tbb mrtkegysg-rendszer alakult ki. Ezek ma mr felesleges ne-hzsgeket okoznak, s tbb ellentmondst tartalmaznak. A kialakult Nemzetkzi Mrtkegysgrendszer (SI) melynek alkalmazsa haznkban is ktelez igyekszik a kialakult zrzavart megszntetni. A leggyakrab-ban alkalmazott mrtkegysgeket, azok jelt s azok prefixumait az 1.2. tblzatban foglaltuk ssze.

alapmennyisgei megnevezse Jele

hosszsg mter m tmeg kilogramm kg

id msodperc s ramerssg amper A hmrsklet kelvin K fnyerssg kandela cd

Az SI-egysgek alkalmazsakor sok esetben szmtsra knyelmetlen, vagy kis szmok addnak. Ilyenkor a kvetkez decimlis szorzkat, prefixumokat clszer alkalmazni:

szorz prefixum prefixum jele

106 mega- M 103 kil- k 102 hekt- h 101 deka- da 10-1 deci- d 10-2 centi- c 10-3 milli- m

1.2. tblzat. Az SI-mrtkegysgek s az alkalmazott prefixumok




A legfontosabb leszrmaztatott mrtkegysgeket az 1.3. tblzatban fog-laltuk ssze.

Szrmaztatott mennyisg Szrmaztatott egysg

neve jele Mennyisg egyenlete jele neve

er, sly F F = m . a kg . m /s2 = N

newton

munka, energia W W = F . s N . m = J joule teljestmny P P = W / t J / s = W watt srsg = m / V kg / m3 kilogramm

per kbmter nyoms P P = F / A N / m2 = Pa pascal villamos tlts Q Q = I . t A . s = C coulomb feszltsg U U = W / Q J / C = V volt ellenlls R R = U / I V / A = ohm

1.3. tblzat. Leszrmaztatott mrtkegysgek

Az SI-egysgekkel szemben a mszaki egysgrendszer a legelterjedtebb, ahol a mter (m), msodperc (s) s Newton (N) az alapegysgek. Teht a tmeg helyett az er (sly) az alap. gy az SI rendszerben az er:

F = 1 kg . m . s2 = Newton = 1 N,

Mg a mszaki egysgrendszerben

1 kp = 1 kg . 9,81 m . s2 = 9,81 N.

1.3.1. A TMEGGEL KAPCSOLATOS ANYAGJELLEMZK Srsg az anyag tmegnek (m) s tmr reg s prusmentes tr-fogatnak (Vt) a hnyadosa. A tmr trfogat (abszolt trfogat), tiszta trfogat, az anyag hzagnlkli trfogata.

tVm

= [g/ml, kg/l]

Hasznlatos dimenzik mg kg/l, g/ml. A srsg gy is definilhat, mint az abszolt tmr (hzagnlkli) anyag trfogategysgnyi tmege.




Testsrsg valamely anyag tmegnek (m) s a prusaival egytt mrt trfogatnak (Vp) a hnyadosa:

pt V

m = [g/ml, kg/l]

Mskppen: a testsrsg a termszetes llapot anyag trfogategysgnyi tmege.

Halmazsrsg a szemcss anyagok trfogategysgnyi tmegnek (ahol a trfogatba beleszmt a szemcskben lev prusok s a szemcsk kztti hzagok trfogata is) s a trfogatnak (Vh) a hnyadosa. A halmaz-srsg teht:

hH V

m = [g/ml, kg/l]

kplettel szmthat. Tmrsg (t) az anyag testsrsgnek s a srsgnek a viszonya,

mskppen a trfogategysgben lev anyagmennyisg:

t t=

A tmrsg kifejezhet az anyaggal kitlttt trfogat (Vt) s a test befogla-l trfogatnak (Vp) %-os arnyval is:

mm

VV

t t

t

h

t ===

Porozits vagy hzagossg (h) a trfogategysgben lev hzagmennyisg mrszma:

t)1(

1

t tt ===

1.3.2. Hidrotechnikai alapfogalmak A szilrd lyukacsos anyagok hzagait abszolt szraz llapotban leveg tlti ki. Minden egyb llapotban azonban tbb-kevesebb vizet tartalmaz-




nak. A szilrd anyagok tulajdonsgait a hzagaikban lev vzmennyisg ltalban erteljesen befolysolja. Azokat az anyagtulajdonsgokat, ame-lyek az anyagban lev vzzel kapcsolatosak, hidrotechnikai tulajdonsgok-nak nevezzk. Hidrotechnikai tulajdonsgokrl csak porzus anyagok esetben beszlhetnk.

A nedvessgtartalom a lyukacsos anyag trfogat- vagy tmegegys-gben lev vz mennyisge. A nedvessgtartalom meghatrozsa cljbl a prbadarabot megmrjk nedves llapotban (mn), tovbb 105 C hmr-skleten tmegllandsgig kiszrtott llapotban (msz), s a kiszrtott anyag tmeghez viszonytjuk:

sz

szn

mmm

n= . 100 [%]

Ezt nett nedvessgnek nevezzk. Vzfelvtel (vzfelvev kpessg, szorpci) az anyagi test s a vz kz-

vetlen rintkezse ltal ltrejv nedvessgtartalom. A vzfelvtelt a k-vetkez kpletbl hatrozzuk meg:

sz

szv

mmm

v= 100 [%]

A kpletben mv a vzzel teltett anyag tmegt jelenti. Nedvessgfelvtel (egyenslyi nedvessgtartalom, adszorpci) a po-

rzus anyagok ama tulajdonsga, hogy a levegbl a kapillrisaikba vizet vesznek fel, illetve vizet adnak le mindaddig, amg egy egyenslyi llapot be nem kvetkezik. Ez az egyenslyi llapot fgg a krnyez leveg h-mrsklettl s a pra-tartamtl. A nedvessgfelvtelt a szraz anyag tmegszzalkban fejezzk ki.

Vzfelszvs a lyukacsos anyagoknak az a tulajdonsga, hogy a vzzel kzvetlenl rintkez rszeiken a kapillris hatsok folytn vizet kpesek felszvni. A felszvott vz mennyisge, a vzfelszvs magassga ltalban szemmel is megllapthat. Falazatainkat elssorban a kapillrisokban fel-szvott vz ellen szigeteljk.

Vzllsg, vzlgyulsi tnyez

Vzllsg. Azokat az anyagokat nevezzk vzllnak, amelyek rendeltets-szer hasznlhatsga a vz tarts hatsra nem sznik meg. (Megsznik, pl. a kznsges vlyog, nem sznik meg a beton.)




Vzlgyulsi tnyez. A vzzel teltett s teljesen kiszrtott anyag szilrdsg-nak a hnyadosa. Kvnatos, hogy az llandan nedves helyen trolt pt-

anyagok vzlgyulsi tnyezje legalbb 0,8 legyen

0,8

sz

m , ahol a m a nedves-, a sz a szraz ptanyag szilrdsga. A vz thatolsval szembeni viselkeds.

A lyukacsos anyagok termszetes tulajdonsga, hogy nyoms alatt a vizet vagy folyadkot tbb-kevsb teresztik. Az anyagokat a vztereszts mrtke szerint a kvetkez csoportokba soroljuk:

a) vzhatlan anyagrl beszlnk, ha az adott vastagsg s megadott folya-dknyoms mellett folyadkot nem bocst t (fmek, egyes manyag-ok, vzszigetel anyagok);

b) vzzrnak nevezzk az anyagot, ha az adott vastagsg s vznyoms mellett csak annyi vz hatol t rajta, amennyi a vznyomssal ellenttes felleten el is tud prologni. A porzus ptanyagokat, mint pl. a be-ton, legfeljebb ebbe a kategriba lehet sorolni, de nem vzhatlanok;

c) vztereszt anyagnak az a tulajdonsga, hogy a vznyoms hatsra a vz a prusokon keresztlhatol s tfolyik. A vztereszts mrszma valamely adott vastagsg prbatest esetn a felletegysgen idegysg alatt a vizsglat nyoms mellett thatolt vzmennyisg. Ennek a vz-mennyisgnek a mrtktl fggen tbb vagy kevsb vztereszt ptanyagokrl beszlnk.

Fagyllsg az ptanyagok ama tulajdonsga, hogy a vrhat lettarta-muk sorn a vz s a fagy egyttes hatsra anyagtulajdonsgaikat nem vltoztatjk. A fagyllsgot tbbnyire fagyasztkamrban vizsgljk. Egy fagyasztsi cikluson azt rtjk, hogy prbatestet elszr +20C hmr-sklet vzzel teltik, majd 4-6 rn t -20C hmrsklet fagyasztkam-rban troljk. Az ptanyagok ezt a fagyasztsi ciklust klnbz szm-ban lljk ki. A tglafalazatoktl ltalban 25-szrs fagyllsgot kv-nunk meg. A vzptsi s tptsi mtrgyaknl a megkvnt fagyasztsi ciklusok szma 100-150 is lehet. Fagyllnak nevezzk az ptanyagot, ha az elrt szm fagyasztsi ciklusok hatsra nem keletkeznek a felletn repedsek, nem kvetkezik be 5% tmegvesztesg, illetve ha a fagyasztott anyag szilrdsga az eredeti anyag szilrdsgnak legalbb 75%-t kiteszi. Ezt nevezzk fagylgyulsi tnyeznek is. ltalban fagyllk azok az p-




tanyagok, amelyeknek a vzfelvtele 0,5%-nl kisebb, illetve a fagylgyu-lsi tnyezje legalbb 0,8.

Pravezetsi tnyez (g/mhPa). Az ptanyagok pradiffzival (az anyagon belli pravndorlssal) szembeni viselkedst jellemzi. Meghat-rozza, hogy az 1 m vastag anyag 1 m2 keresztmetszetn 1 ra alatt 1 Pa nyomsklnbsg mellett llandsult llapotban hny gramm pra halad t.

1.3.3. Htechnikai alapfogalmak Tovbbiakban csak azokat a htechnikai alapfogalmakat ismertetjk, me-lyek a legszorosabb rtelemben anyagjellemzk.

Hmennyisg (Q). A h az energinak egy formja, az anyagok legki-sebb rszecskinek mozgsi energija. Mrtkegysge a joule (J). A mr-nki gyakorlatban ennek ezerszerest, a kiljoule-t (kJ) hasznljk. A h-mennyisget kifejezhetjk villamos-energia egysgekben is (Ws).

Hmrsklet a testek hllapotnak a jellemzsre szolgl. A hmr-sklet legltalnosabban hasznlt mrtkegysge a Celsius fok, melynek 0 pontja a desztilllt vz fagypontja, vagyis az a hfok, amelynl norml ( Pa101,01 5 ) nyomson a vz megolvad, illetleg megfagy. 100C a desz-tilllt vz forrspontja, vagyis az a hfok, amelyen a norml ( Pa101,01 5 ) nyomson melegtett vz teljesen felforr.

A termodinamika s a SI rendszer hmrsklet egysge a Kelvin-fok. Alappontja illetve nullapontja 273,15C, a vz fagypontja 273,15 K, a vz forrspontja 373,15 K. A hmrskletklnbsgek Celsius fokban s Kel-vin-fokban mrve megegyeznek. Brmely hmrsklet Kelvin-fokban egyenl a Celsius fokban megadott rtk + 273,15.

A fajh az a kJ-ban kifejezett hmennyisg, amely az anyag 1 kg-jnak hmrsklett 1C vagy K fokkal vltoztatja meg. Minl nagyobb az anyag fajhje, annl nagyobb a htrol kpessge.

A hmrskletvltozs okozta alakvltozs. A hmrsklet hats-ra a rd- vagy plca alak testek megnylnak, illetleg sszehzdnak. A hosszvltozs kifejezhet a kvetkez kplettel:

tll 0 = [mm] ahol l0 a test eredeti hossza mm-ben, t a hmrskletklnbsg C-ban, az anyag lineris htgulsi egytthatja. Teht az anyagnak azt a tulaj-donsgt, hogy 1 C hmrsklet hatsra a hosszt milyen mrtkben vltoztatja, lineris htgulsi egytthatnak nevezzk. A fontosabb pt-




anyagok lineris htgulsi egytthatjt () s hvezetsi tnyezjt () az 1.4. tblzatban kzljk.

. 10-6 1/C W/mK

Acl 12 76 Alumnium 24 216 Rz (vrs) 17 396 Rz (srga) 18 120 lom 29 73 n 27 67 Grnit 8 3,5 Kvarc 14 6,20 Mszk 6 2,3 Fa (rostokkal prhuzamos) 6 0,3 Tgla 5 0,53 veg 8 0,78 Porceln 3 1,32 Beton 10 0,98 Aszfalt 15 0,18 Habarcs 14 0,96

1.4. tblzat. Fontosabb ptanyagok lineris htgulsi egytthatja s hvezetsi tnyezje

A h terjedse. A h vezets, ramls s sugrzs tjn terjed. A hvezets a szilrd anyagok jellemzje, de fontos szerepet jtszik a

folyadkok s gzok szilrd falakkal rintkez hatrrtegeiben is. A hve-zets sorn az anyag molekuli nem keverednek ssze, a h rszecskrl rszecskre terjed, az egymssal szomszdos elemi rszecskk, atomok, vagy molekulk kzvettsvel, azok rugalmas tkzst felttelezve.

A hramls sorn maguk az anyagi rszecskk mozognak, kevered-nek, s mozgsuk kzben magukkal szlltjk a hmrskletnek megfelel henergijukat. Hramls csak folyadkokban s gzokban lehetsges, mivel ezek molekuli tudnak elmozdulni. Szilrd anyagokkal tkzve adjk le vagy veszik fel a ht.

A hsugrzs, a henergia terjedse elektromgneses hullmok alak-jban, a fny terjedsi sebessgvel. A hsugarak kibocstsa, elnyelse,




illetleg tbocstsa szempontjbl fontos szerepe van az anyag kmiai s fizikai felptsnek. Fnyes, csiszolt, tkrz felletek hsugrz s hel-nyel kpessge nagyon kicsi. Az anyagok ilyen felletei a hsugarak leg-nagyobb rszt visszaverik. Ezek utn a legjobb hsugrz s helnyel a fekete matt fellet, amelyik a res fnysugr legnagyobb rszt elnyeli.

A hterjedsnek legfontosabb jellemzje a hvezetsi tnyez. Hvezetsi tnyez () W/mK, (ill. J/Kms) egyenl azzal a hmeny-

nyisggel, amely az anyagnak llandsult hramban a hramls irnyra merleges 1 m2 felletn msodpercenknt tramlik, ha a hmrskletvl-tozs 1K/m.

A h, ill. a hmrsklet s a halmazllapot kapcsolata

Olvadspont az a hmrsklet, amelynl a szilrd halmazllapot test norml ( Pa101,01 5 ) nyomson folykony halmazllapotba megy t, s ekzben hkzls hatsra hmrsklett nem vltoztatja.

Forrspont az a hmrsklet, amelynl a cseppfolys halmazllapot test norml ( Pa101,01 5 ) nyomson gznem halmazllapotba megy t s ekzben hmrsklett a hkzls hatsra nem vltoztatja.

Dermedspont az a hmrsklet, amelynl a folykony halmazllapo-t test norml ( Pa101,01 5 ) nyomson szilrd halmazllapotba megy t s ekzben hmrsklett hkzls hatsra nem vltoztatja.

Olvadsi h az a hmennyisg, amely szksges valamely szilrd test 1 kg-nyi mennyisgnek ugyanolyan hmrsklet folyadkk val megol-vasztshoz, mikzben a nyoms vltozatlan.

Prolgsi h az a hmennyisg, amely szksges ahhoz, hogy 1 kg forrsponton lev folyadk lland nyomson s hmrskleten teltett gzz alakuljon t.

Dermedsi h az a hmennyisg, amely felszabadul akkor, ha egy fo-lykony test 1 kg-nyi mennyisge ugyanolyan hmrsklet szilrd testt alakul t, mikzben a nyoms vltozatlan.

ptanyagok tzllsga, ghetsge

Tzllsg: az ptanyagokat rendeltetsszer hasznlata kzben nagy hmrsklet rheti (kemenck, kohk, kmnyek). Ilyen magas hmrsk-leten csak olyan anyagok alkalmazhatk, amelyek ezen a magas hmrsk-leten sem szenvednek kros elvltozst (olvads, repeds, lepattogzs). Ezeket az anyagokat tzll anyagoknak nevezzk, ezt a tulajdonsgot pedig tzllsgnak..




Tzllsgon azt a Seger-kpban megadott hmrskletet rtjk, amely mellett a vizsglt anyagbl kifaragott, s az sszehasonlt Seger-kppal azonos geometrij prbatest meglgyul, s a cscsa az alapskig lehajlik. Az ptiparban hasznlt tzll anyagok olvadspontja 26-42 SK, vagyis 1580-2000 0C. Az ptanyagok hasznlhatsgt rendszerint az a krds dnti el, hogy bizonyos hmrskleten hogyan lgyulnak meg.

A terhels alatti lgyulspont az a hfok, amelyen a szabvnyos m-ret prbatest 0,2 N/mm2 terhels mellett 6%-os sszenyomdst szen-ved. A tzll anyagok terhels alatti lgyulspontja 1300-1750 0C.

Az ptanyagokat ghetsg s tzllsg alapjn az albbi cso-portokba sorolhatk:

Nem ghet, tzll ptanyag: 30 perces gets utn semmilyen elvltozst nem szenved, 45 perces gets utn a tmeg vagy a trfo-gatvesztesge 5%-nl kisebb (pl. ermia).

Nem ghet, flig tzll ptanyag: 15 perces gets utn a t-meg vagy a trfogatvesztesge 5%-nl kisebb, de a megmaradt rsz egyb fizikai tulajdonsgaiban lnyeges vltozsok kvetkeznek be (pl. veg, acl).

ghet, nehezen gyullad ptanyag: 4 percig tart gets utn a tmeg vagy trfogatvesztesge 5%-nl kisebb, nem izzik s nem lob-ban lngra (pl. kemnyfa, lngmentestett puhafa).

ghet, knnyen gyullad ptanyag: amely a fenti kvetelm-nyek egyiknek sem felel meg (pl. puhafa, bitumen).

Az ptanyagok ghetsgre, fstfejleszt kpessgre s gve csepeg-sre vonatkoz mai szabvnyos besorols a kvetkez:

Nem ghet (jele: A):

ghet alkotkat nem tartalmaz (jele: A1) pl. kvek ghet alkotkat is tartalmaz (jele: A2) pl. gipszkarton ghet (jele: B):

Nehezen ghet (jele: B1) pl. fagerenda Kzepesen ghet (jele: B2) pl. fadeszka Knnyen ghet (jele: B3) pl. faforgcs




Fstfejleszt kpessg szerint:

Fstt nem kibocst anyag (jele: F0) Mrskelt fstfejleszt kpessg anyag (jele: F1) Fokozott fstfejleszt kpessg anyag (jele: F2) gve csepegsi tulajdonsg szerint:

Az anyagbl tz vagy magas hmrsklet hatsra

olvadk nem kpzdik (jele: C0) gyulladst okoz olvadk nem kpzdik (jele: C1) gve csepeg s gyulladst okoz (jele: C2) 1.3.4. Kzvetett szilrdsgi jellemzk A szilrdsg becslsre alkalmas roncsolsmentes vizsglati mdok a ke-mnysg s a kopsi ellenllsi vizsglatok. A kemnysg az anyag ellenll kpessge idegen anyag behatolsval szemben. Ez mrhet a benyom-ds szlessgvel, ill. mlysgvel. A kopsi ellenlls valamilyen koptat hatssal szembeni ellenll kpessg, ami mrhet kopsi mlysggel, ill. tmegvesztesggel.

Kemnysgmrsi eljrsok

A Brinell-kemnysget (HB, KB) a terhel ernek (F, N) s a benyo-mdott gmbsveg felletnek (A, mm2) hnyadosa adja meg, (1.10. bra).

)dd(Dd2F

AFKBHB

2211

=== [N/mm2]

1.10. bra. Brinnell-kemnysg vizsglata [1]




A Rockwell-kemnysg meghatrozsakor a terhel test ltal okozott bemlyedst mrjk. A mrsi bizonytalansgok elhrtsa cljbl elter-helst (F0 = 100N) kell alkalmazni, ami e1 benyomdst okoz. A fteherrel (F1) egytt a benyomds h1-re fokozdik. A fteher levtelvel egy e-mrtk rugalmas visszahatssal fog cskkenni a benyomds, de h0-nl nagyobb benyomds fog jelentkezni, (1.11. bra).

1.11. bra. Rockwell-kemnysg vizsglata [1]

A Rockwell-kemnysg a h = h1 e h0

benyomdsi rtkre vonatkozik s ennek egysge 0,002 mm. Vickers-kemnysg (HV, KV) rtkt gy kapjuk meg, hogy egy 136 laphajls gymntglt nyomunk F terhel ervel (N) a vizsglt test fel-letbe, megmrjk a benyomdsi fellet tljt (d), s ebbl a benyomd-si fellet nagysgt (A, mm2) meghatrozzuk (1.12. bra). A kemnysg a

2dF1,854

AFKVHV === [N/mm2]

kpletbl szmolhat.

1.12. bra. Vickers-kemnysg vizsglata [1]




Janka-kemnysget ltalban a faanyagok kemnysgnek jellemzsre hasznljk. A nyomtest alul egy 11,28 mm-es flgmbben vgzdik, gy a nyomott fellet (A) = 1 cm2. A nyomszerszm alttje biztostja, hogy a benyomds pontosan a flgmbig hatoljon. A benyomdst elr ert (F) leolvassk, majd a kemnysg mrszmt a

FAFKJHJ === [N/mm2]

kplet, illetve maga az er (F) adja. Poldi-kalapcs a helyszni kemnysgmrsnek igen praktikus eszk-

ze (1.13. bra). A vizsglati eljrs lnyege ismert s ismeretlen aclok ke-mnysgnek sszehasonltsa. Egy 10 mm-es tmrj aclgolyt azonos tssel (ervel) nyomunk egy ismert kemnysg rdba (etalonrd), s a vizsgland trgyba (prbatest).

1.13. bra. Poldi-kalapcsos kemnysgvizsglat [1]

A goly az etalon-rdon de, a prbatesten dp tmrj lenyomatot hoz ltre. Az tmrket kzi mikroszkppal mrik. A prbatest kemnysge (Hx) a kvetkez sszefggsbl (tblzatokbl)




2

e

p

x

e )dd

(HH = [N/mm2]

hatrozhat meg, ahol He az etalonrd ismert kemnysge.

Kopsi ellenlls meghatrozsa

A legelterjedtebb vizsglberendezs a Bauschinger-Bhme-fle koptat-gp, amely az egyenletes koptatst utnozza. (1.14. bra)

1.14. bra. Bauschinger-Bhme-fle koptats vizsglat [1]

A koptatgpbe helyezett 50 cm2 alapterlet 7,07 cm lhosszsg, koc-ka alak kiszrtott, vagy vzzel teltett prbatestet a gp adott ervel egy vaskoronghoz szort. A vaskorongra elzetesen adott mennyisg csiszo-lport szrunk, 4x110 fordulat utn elll magassgcskkenst (cm), illetve tmegcskkenst (g/cm2) tekintjk a kops mrtknek. Minden 22 fordulat utn 20-20 g csiszolport ntnk a korongra az elz elhasz-nlt csiszolpor eltvoltsa utn.

A kopssal szembeni ellenlls fontos kvetelmny a zzott kveknl is. A vizsgl eljrsokat (Los Angeles, Deval) a 2.2.8. fejezetben fogjuk is-mertetni.




1.4. Az ptanyagok mechanikai tulajdonsgai

1.4.1. Terhek, terhel mozgsok s vizsglatok fajti A terheket a gyakorlatban csoportosthatjuk dinamikjuk, tartssguk, megoszlsuk s ismtldsi szmuk szerint.

Dinamikja szerint megklnbztetnk statikus s dinamikus, tar-tssguk szerint rvididej s tarts terheket. Megoszlsuk szerint isme-rnk koncentrlt, ill. valamilyen fggvny szerint megoszl terheket. Igen nagy ismtlsi szm esetn un. fraszt terheket.

A terhelerkn kvl a tartszerkezetekre hatnak az un. terhel moz-gsok is. Ilyenek pl. az egyenletes s egyenltlen hmrskletvltozsbl bekvetkez alakvltozsok, tovbb a beton zsugorodsbl s a tarts terhels hatsra bekvetkez lass alakvltozsbl szrmaz alakvltozs, amelyek hatsra a tartszerkezetben szintn bels erk jhetnek ltre.

A klnbz anyagvizsglatokkal az ptanyagoknak a terhelerkkel szembeni viselkedst akarjuk meghatrozni, ezrt a terhelerk jelleg-nek megfelelen beszlnk: statikus, dinamikus, tarts, s fraszt vizs-glatrl.

A vizsglatokat meg lehet klnbztetni tnkremenetel fggvnyben is. Amennyiben a vizsglat sorn a mintadarab tnkremegy, akkor roncso-lsos vizsglatrl, amennyiben nem megy tnkre, akkor roncsolsmentes vizsglatrl van sz. Ilyen roncsolsmentes anyagvizsglat, pl. a rntgen, az ultrahang, az izotpos, a mgneses vizsglat s a felleti kemnysg mrsn alapul vizsglat.

1.4.2. Feszltsg s szilrdsg Tekintsk az 1.15. brn lthat prizmatikus rudat, mind szilrd testet, amelyre egyenslyban lev errendszer hat, pl. a kt vgn egyenl nagy-sg ervel meghzzuk.

Vgjuk kett a bejellt keresztmetszet mentn a rudat s tvoltsuk el egymstl a kt rszt. Ilyen esetben mint mindig, amikor elvgst haj-tunk vgre az elvgsi felleteken erket kell mkdtetni, mind a kt klnvlasztott rddarab egyenslynak fenntartsa rdekben. Ezek gy-nevezett bels erk, amelyek a megszntetett anyagi sszefggst helyette-stik. Mivel az tvgsi fellet minden pontjn anyagi sszefggs volt a kt rsz kztt, ezrt az tvgsi fellet minden pontjban ert kell m-kdtetnnk. Az ilyen errendszert folytonosan megoszl errendszernek nevezzk.




1.15. bra. Hzott rdban keletkez bels erk [1]

Szilrd testek metszeteiben a felleten folytonosan megoszl bels erket feszltsgnek nevezzk.

A feszltsgek nagysgt az egysgnyi felletre jut ervel, az un. fajla-gos ervel vagy intenzitssal fejezzk ki. Dimenzija az SI mrtkrend-szerben: pascal. 1 Pascal = 1 N/m2. Mivel ez nagyon kicsiny rtk, a gya-korlati letben inkbb az 1MPa=1 N/mm2 dimenzi terjedt el.

Az anyagvizsglat szhasznlata szerint szilrdsgon a feszltsgnek azt a legnagyobb rtkt, azaz hatrrtkt rtik, amely mellett az anyag tnkremegy (elszakad, eltrik, elnyrdik), illetve amelyek az anyagtrst kzvetlenl megelz szilrdsgi hatrllapotban mg ppen elbr. A szi-lrdsg ebben az rtelemben a trfeszltsg.

Terhels hatsra az anyagi testben nemcsak bels erk, hanem alak-vltozsok is fellpnek. gy a tnkremenetelt magt az anyag fajtjtl fggen bizonyos jellemz alakvltozsok ksrik, illetve azt meg is elzik. A tnkremenetelt teht nemcsak egysgnyi felletre hat fajlagos bels trervel (trfeszltsggel), hanem egysghosszra vonatkoztatott fajla-gos trsi alakvltozssal is lehetne jellemezni.

Az alakvltozsnak a legnagyobb rtke a trsi alakvltozs. A tnkremenetelnek ezt a ktflekppen jellemezhet hatrllapott

szilrdsgi, ill. alakvltozsi hatrllapotnak nevezzk.

1.4.3. Szaktvizsglat A statikus terhels legegyszerbb esete hzvizsglattal mutathat be. A hzvizsglat sorn a vizsgland prbatestet a szaktgpbe fogjuk be gy, hogy az er a prbaplca tengelyben hasson.




A terheler s az egyidejen bekvetkez alakvltozs kztti sszefg-gst az er-nyls (F-; N-mm) diagramban szoks brzolni. Ezt rajzol-ja a vizsgl gp (1.16. bra).

1.16. bra. Er-megnyls diagram [1]

Ez a diagram mg nem jellemz az anyagra, mert alakja fgg a prbaplca vastagsgtl s hossztl. Az anyagokra jellemz diagramot akkor ka-punk, ha az ert a keresztmetszet egysgre (pl. 1 mm2) vonatkoztatjuk, azaz a feszltsget tntetjk fel.

AF

= [N/mm2] Egyidejleg a megnylsokat is egysghosszra (mm) vonatkoztatjuk, azaz a fajlagos alakvltozsokat

10010000

0 == ll

lll

[%]

brzoljuk, teht a feszltsg- fajlagos nylsdiagramot ( diagramot) szerkesztnk, (1.17. bra). Nemzetkzi megegyezs alapjn az ordintra a feszltsget, az abszcisszra a fajlagos nylst kell felmrni.




1.17. bra. Feszltsg-fajlagosnyls diagram [1]

Ha a terhelst nullra cskkentjk s jra fokozzuk (terhelsismtls) azt tapasztaljuk, hogy az R pontig a diagram ugyanazon a grbn halad lefel is felfel is. Teht az anyag visszanyeri eredeti hosszt, nincs marad alak-vltozs, azaz rugalmasan viselkedik.

Az R ponton felli terhelsek (C pont) tehermentestsnl azonban azt tapasztaljuk, hogy a diagram nem az eredeti grbn halad, bizonyos marad alakvltozs (m) fog fellpni.

Az anyagok R pontig terjed szakaszt rugalmassgi hatrnak ne-vezzk.

A rugalmas szakasz egy rszn a feszltsg arnyos az alakvltozssal, a diagram egyenesen halad. Ezt az arnyossgot nevezzk Hooke-trvnynek ( = E . ). A diagram A pontig terjed rsze rendszerint igen kzel van az R ponthoz az arnyossgi szakasz, az A pont az arnyossgi hatr.

A C pontbl leszll g prhuzamos az arnyossgi szakasszal, gy a C pontig bekvetkezett alakvltozs kt rszbl tehet ssze:

rugalmas alakvltozsbl (p) s marad alakvltozsbl (m).




A terhels tovbbi fokozsval egyes anyagok (lgyacl) az er nvekedse nlkl is jelents deformcit szenvednek. A jelensget folysnak, az F-pontot folyshatrnak nevezzk.

Ms anyagok diagramja (lsd: 1.18 bra, c, d, e grbk) fokozatosan gr-blve (laposodva) elr egy tetpontot (Sz), majd elszakad az anyag (T pont).

1.18. bra. Klnbz anyagok - diagramjai [1]

Terhelsmentests esetn a leszll gon akkor is egyenesen s kzel pr-huzamosan fog haladni a kezdeti szakasszal, ha a feszltsg (D pont) a folyshatr felett van. Ha most jra terheljk a prbaplct, felfel men g, mr nem mutat folyst, hanem egyenesen halad az eredeti grbig. A le- s felszll g a valsgban egy szk hurkot r le. A jelensget rugalmas




hiszterzisnek nevezzk s klnsen a fmek hidegalaktsnl van fontos jelentsge, lsd az 1.17. brt. A szaktvizsglat s a szaktdiagram alapjn a kvetkez anyagjellemzk nyerhetk:

a) Arnyossgi hatr:

0

AA A

F = [N/mm2]

A prbatestek keresztmetszet-vltozst mivel az acl viselkedsre vagyok kvncsi s nem a tnyleges feszltsgre nem vesszk figye-lembe, azaz mindig az eredeti A0 keresztmetszettel szmolunk.

b) Rugalmassgi hatr megllaptsnl azt a tnyt vesszk figyelembe, hogy marad alakvltozs ha igen kicsi is mindig fellp. Ezrt gya-korlatban megllapods szerint azt a feszltsget vesszk rugal-massgi hatrnak, amely 0,02% marad alakvltozst okoz, azaz

0

R0,02 A

F = [N/mm2]

c) Rugalmassgi modulus a diagrammok rintjnek a meredek-sgt jelenti, teht

E = [N/mm2]

Legjelentsebb a diagramok 0 pontjhoz hzott rintk irnytangense (rendszerint hosszabb-rvidebb egyenes szakasz) a kezdeti rugalmas-sgi modulus. Ezeket a rugalmassgi modulusokat hasznljuk az anya-gok jellemzsre s mretezseknl az alakvltozsi jellemzk szmt-sra.

d) A folyshatr les folyssal rendelkez anyagoknl

0

Ff A

F = [N/mm2]

Folyssal nem rendelkez anyagoknl a nvleges, (megegyezses) fo-lyshatr fogalmt vezettk be. Nvleges folyshatr az a feszltsg, amely 0,2% marad alakvltozst okoz. Szmtsra a




0

0,20,2 A

F = [N/mm2]

kplet alkalmas. A 0,2%-os hatr megllaptsra defincija rtelm-ben kt mdszer hasznlatos. A kzelt eljrsnl megszerkesztjk a - diagramot, majd a 0,2%-os marad alakvltozst jelz pontbl prhuzamost hzunk a diagram kez-deti szakaszval. Ez az egyenes elmetszi a - diagramot. A metszs-pont tengelyre val kivettsvel leolvashat a 0,2 rtke, (1.19. bra). Pontosabb eljrs az itercis szmts. A prbaplct egyre nagyobb ervel - tbbszr megterhelik, majd tehermentestik. A terhelst annyi-szor kell megismtelni, mg a tehermentests utni marad alakvltozs kzre nem fogja az elrt =0,2%-os marad alakvltozst. Az =0,2%-os folyshatr vgl interpollssal hatrozhat meg, (1.20. bra).

1.19. bra. A 0,2-es folyshatr meghatrozsa a diagrammal

prhuzamos metszssel [1]




1.20. bra. A 0,2-es folyshatr meghatrozsa itercival s

interpollssal [1]

e) A szaktszilrdsg a legnagyobb terhel erbl (FB) szmthat

0

BSz A

F = [N/mm2]

A vgn azrt esik vissza a grbe (1.17. bra), mert a dolgoz kereszt-metszet rohamosan cskken. Egsz pontosan szmolva a szaggatott vonal adn a helyes rtket.

f) A szakad nyls

100L

LL

0

0 = [%]

kpletbl szmthat ki, ahol L0 = a prbatesten a vizsglat eltt kijellt mrsi hossz; L = a mrsi hossz megvltozott hossza a szakads utn, melyben a szakads helye szimmetrikusan helyezkedik el.

g) A kontrakci szmtsa a

100A

AA

0

0 = [%]




kpletbl trtnik olyan anyagoknl (fmek) melyek szakadsnl er-sen elvkonyodnak (beszklnek, kontrahlnak). Az A0 prbaplca eredeti, az A az elszakadt prbaplca keresztmetszett jelenti a szaka-ds helyn.

1.4.4. Nyomvizsglat A nyomszilrdsg a rideg anyagok legfontosabb mechanikai tulajdonsga, melyet nyomksrlettel hatrozunk meg. A nyomsi ksrlet kockn (lhossza: k, keramzit esetn 5-10 cm, fa esetn 2-3 cm, habarcs esetn 4-7 cm, beton esetn 15-20 cm), formjt tekintve hengeren, vagy hasbon vgezzk. A nyomszilrdsgot

AF

tny = [N/mm2] kpletbl szmthatjuk, ahol Ft a legnagyobb er, A a keresztmetszeti fellet. Eszerint beszlnk kocka, henger- s hasbszilrdsgrl, (1.21. bra).

1.21. bra. Nyomvizsglati prbatestek [1]

1.4.5. Idealizlt feszltsg-alakvltozs diagramok Ertani szmtsaink sorn az anyagtulajdonsgokat idealizltan vesszk figyelembe s szerkezeti anyagainknl eszerint ngy csoportot klnbzte-tnk meg (1.22. bra).




1.22. bra. Idealizlt - diagramok [1]

Az idelisan rugalmas anyag (1.22/a. bra), amelyre rvnyes a Hooke-trvny. Ilyen anyag pl. az ntttvas s az edzett acl.

Rugalmasan kplkeny anyag (1.22/b. bra), amelynek a feszltsg-alakvltozs diagramja tisztn rugalmas s tisztn kplkeny szakaszra bonthat. Kzel ilyen a folysi hatrral rendelkez acl, mivel a folysi hatrt tekintjk tnkretev feszltsgnek. Vasbetonszerkezeteink mrete-zse sorn az aclt ltalban ilyennek tekintjk.

A rugalmas nszilrdul anyag (1.22/c. bra), amelynek feszltsg-nyls diagramja kt egyenes szakasszal behelyettesthet. Ebbe a cso-portba soroljuk a hatrozott folysi hatrral nem rendelkez aclokat s sznesfmeket. Ezeknl a folysi hatrnak azt a feszltsget tekintjk, amelynl 0,2% marad alakvltozs kvetkezik be.

A rugalmas-viszkzus anyag (1.22/d. bra). A viszkozits, nylk-pessg a folykony anyagnak az a tulajdonsga, hogy a folyadkrszecskk a folyadk egsze sszefggsnek megszakadsa nlkl elmozdulhatnak. Ebbe a csoportba tartoznak a porzus ptanyagok (beton, tgla, cserp, stb.). Az alakvltoz kpessgk nagymrtkben fgg a terhels sebessg-tl is. Ezeknek az anyagoknak tiszta rugalmas terhelsi szakaszuk nincs is.

1.4.6. Hajltvizsglat A vizsglathoz hasb alak gerendt alkalmazunk. A gerendt kt helyen tmasztjuk al (kttmasz tart) s fellrl egy, vagy kt ervel szimmet-rikusan terheljk (1.23/a. bra). Ha a gerendk kzps keresztmetszet-nek magassga mentn a terhels alatt mrjk a nylsokat, azt tapasztal-juk, hogy a fels szlak nyomottak, az alsk hzottak lesznek, (1.23/b.




bra). A megnylsok s sszenyomdsok arnyosan feszltsgeket jelen-tenek ( = ) s eloszlsuk az 1.23/c. bra szerinti.

1.23. bra. Hajlt vizsglat [1]

Az als szlakban fellp hzfeszltsget a tiszta hzstl megklnbz-tetve hajlt hzfeszltsgnek, a trst okoz feszltsget hajlt hzszi-lrdsgnak nevezzk.

A hajlt hzszilrdsgot a nyomatkbl (M) a

yJM

KM

H == [N/mm2]

kpletbl szmtjuk, ahol

2bI

eIK == a keresztmetszeti tnyez, az I az

inercia s y a keresztmetszet vizsglt pontjnak tvolsga a semleges ten-gelytl.

Az M-rtke, mivel a tmaszoknl fellp egyenslyoz er F/2 F/2, a tart kzepn (a legveszlyesebb helyen) a nyomatk

4F

22FM ll ==

A K meghatrozsa a mechanikban kerl ismertetsre. Fogadjuk el, hogy

6baK

2= [mm3] ; 12

baI3= [mm4]




A rugalmassgi modulus (E) meghatrozsa a hajlt vizsglattal az:

Je48FE

IE48Fe

33

=

= ll sszefggsbl trtnik, ahol az e a tart rugalmas lehajlst jelenti.

1.4.7. Nyrvizsglat A tiszta nyrs elvi vzlatt az 1.24 bra tnteti fel, ezt azonban ksrlettel csak megkzelteni tudjuk, hiszen egy skban nem tudunk ert mkdtet-ni. A nyrszilrdsgot az 1.25. bra szerinti prbatesteken hatrozzk meg. Az a s b jel prbatestet a fk vizsglatnl, mg a c jel elrendezst a fmek vizsglatnl alkalmazzk. Az elnyrds a szaggatott vonallal je-llt felleten kvetkezik be s aszerint, hogy ez hny fellet beszlnk egyszer nyrt, (a bra) s ktszer nyrt (b s c bra) prbatestrl (pl. sze-gecsrl). A nyrszilrdsg a

AT

= [N/mm2] illetve

2AT

= [N/mm2] kplettel hatrozhat meg. A hajltsbl szrmaz nyrs vizsglatval a mechanikban foglalkoznak.

1.24. bra. Tiszta nyrs vizsglata [1]




1.25. bra. Egyszer, ill. ktszer nyrt prbatestek vizsglata [1]

1.4.8. A tarts terhels hatsai Tarts terhelsek hatsra idbeni alakvltozsok, ill. feszltsgvltozsok kvetkeznek be. Az idben lejtszd folyamatokat reolgiai folyamatnak nevezzk.

Kszs jelensge ll fenn, ha a tarts terhels hossz ideje alatt a ter-hels nem vltozik ( = constans), teht az alakvltozsokat mrjk, (1.26/a. bra).

Ernyedsnek (relaxcinak) nevezzk a tarts terhelst, ha az alakvlto-zs lland ( = constans), teht a feszltsgvltozst mrjk, (1.26/b. bra).

1.26. bra. Reolgiai folyamatok: a) kszs, b) relaxci




1.4.9. Frads jelensge, fraszt vizsglatok Klnsen a fmek hasznlata sorn azt tapasztaltuk, hogy egyes gpele-mek, hdalkatrszek, snek, stb. megfelel statikus mretezsk ellenre is tnkrementek. Ezek az anyagok sokszor voltak ignybe vve, s a vizsg-latok kimutattk, hogy a fraszts nagymrtkben cskkenti az anyag ki-hasznlhatsgt. A hzszilrdsg vltozst pl. a terhelsismtlsek fggvnyben a Whler-grbn rzkelhetjk, (1.27. bra). Ha az anyagot csak egyszer vesszk ignybe (n = 1) a hzszilrdsgot (1) kapjuk. Ki-sebb feszltsggel (2) ismtelve a hzsokat azt tapasztaljuk, hogy az anyag tbbszr (n2) vehet ignybe. Majd a i - pontokat sszekt grbe egy hatrrtkhez tart. Ezt a legnagyobb feszltsget melyet az anyag vgtelenszer elbr kifradsi szilrdsgnak (K) nevezzk. A gyakorlati vgtelen 2-50 milli ismtls szokott lenni.

1.27. bra. Whler-grbe [1]

Aszerint, hogy a terhelsismtls als s fels rtke (feszltsge), milyen eljel hzs (+), nyoms (-), lktet (rezg) nyom, leng, vagy lktet (rezg) hz fraszt ignybevtelt klnbztetnk meg, ahol if, ,ik s ia a feszltsg fels-, kzp-, ill. als rtke.




1.28. bra. Fraszt ignybevtelek tpusai [1]

1.4.10. Dinamikus vizsglat (tve-hajlt vizsglat) Amint mr emltettk, a dinamikus vizsglatoknak az a cljuk, hogy a szerkezeti anyagokat klnleges zemi krlmnyeknek megfelel mdon vizsgljk meg. Gyakran tapasztaltk ui., hogy a szerkezetek anyagai hrte-len, lksszer ignybevtel esetben jval kisebb terhel erre mennek tnkre, mint statikus terhels alatt. Ez a ridegtrs jelensgvel magyarz-hat. A ridegtrs azt jelenti, hogy az anyag alakvltozs nlkl trik el pl. dinamikus terhels hatsra. Az ilyen lksszer ignybevtelt kzeltik meg a dinamikus vizsglatok. ltalban a statikus vizsglatok brmely faj-tja dinamikusan is vgrehajthat. Ezek az thz, tnyom, thajlt vizsglatok. Ezek kzl a legjobban a Charpy-fle t-hajlt vizsglat terjedt el.




1.29. bra. t-hajlt vizsglat elrendezsi vzlata [1]

Az thajlt-vizsglatok fknt szvs anyagok (fmek, manyagok, fa) vizsglatra hasznljk. A vizsglat az 1.29. bra szerinti elrendezs ings tmvel hajthat vgre. A prbatest (P) rendszerint ngyzet keresztmet-szet s kis kttmasz tartknt helyezkedik el a merev (A) altmaszt-son. A G tmeg tkalapcs thajlt munkja az

h)(HGL = [mkp] kplettel llapthat meg. Az inga kilengse rendszerint kalibrlt s a mun-ka rgtn leolvashat. Az tmunkt osztjuk a dolgoz keresztmetszettel (A) kapjuk a fajlagos thajlt szilrdsgot.

AL

= [mN/cm2] A prbatest keresztmetszett gyakran (fmeknl) bemetszve ksztik, majd az 1.29. bra szerint helyezik el.

ptanyagok I. ptsi kanyagok, adalkanyagok



2. ptsi kanyagok, adalkanyagok

2.1. ptsi kanyagok

2.1.1. Alapfogalmak Termszetes ptsi kanyagokon azokat a kzeteket rtik, amelyeket csak mreteikben vltoztatva (aprtva, hastva vagy faragva), vagy oszt-lyozva hasznlnak fel az ptsi tevkenysg sorn.

A termszetes ptsi kanyagoknak az elkszts utn meg kell felelnik a felhasznlsi terlet szerint velk szemben tmasztott mszaki (szilrdsg, megmunklhatsg, tartssg) gazdasgi s esetenknt esztti-kai kvetelmnyeknek.

A leggyakoribb kzetalkot svnyok: a karbontok (mszpt, mr-vny, stb.) a sziliktok (fldptok, fldptptlk, piroxnek, amfibolok, zeolitok, grntok s egyb sziliktok), az oxidok (kvarc, stb.), rcek (mag-nezit, limonit, stb.). Mindezek rszletesen szerepelnek a geolgia tan-trgyban.

Haznkban leggyakrabban elfordul ptsi kanyagok: a mlys-gi kzetek kzl a grnit, a gabbr; a kimlsi kzetek kzl a riolit, a fonolit, a dcit, az andezit, a bazalt, a diabz; a vulkni tufk; az led-kes kzetek kzl a homokoskavics, a homokk, a bauxit, dolomit, szi-derit.

2.1.2. Kbnyszat, kmegmunkls Az sszell kzetek ltalban felszni, mindig talajvz feletti kbnykban termelik ki. A kitermels munkamveletei

lefeds, jveszts, bels szllts, feldolgozs, trols s elszllts. A lefedsi mvelet sorn kotrkkal, markolkkal, fldgyalukkal, vz-gyukkal eltvoltjk a haszonkre telepedett meddanyagot.

A jveszts mdja a kzet teleplstl, jellegtl s a felhasznlsi te-rlettl fgg. A termskvet s zzottkvet rendszerint robbantssal (nagykamrs s oszlopos sorozatrobbants) jvesztik s kialaktjk a to-




vbbdolgozsra alkalmas mreteket. Dszt s pt kvek esetben a robbants nem hasznlhat, mert a kzetet repeszti. Ezrt az e clra sz-mtsba vehet mszkvet, riolittuft haznkban kzi (pl. kes hasts), vagy gpi (huzalfrszels, darabols trcss kvg gpekkel) mdsze-rekkel jvesztik.

A feldolgozs mdja a ksztend termktl fgg. Aprtssal s oszt-lyozssal zzottkvek s termskvek llthatk el. A zzottkvet tr-gpen tovbb aprtjk. Az aprzds mrtke fordtva arnyos a szemcse-szilrdsggal. Az eltrs sorn a kisebb szilrdsg szemcsk jobban ap-rzdnak. Ez a Z jel zzottk. Az els tret nagyobb s az tlagnl szilrdabb darabjait kivlasztva, jra trve s osztlyozva lltjk el az elbbinl nagyobb szilrdsg, egyenletesebb minsg NZ s KZ jel zzottkvet. A zzott kveket ltalban gumirosts rezonanciaoszt-lyozn bontjk nagysg szerinti csoportokba. A szem alakja jelenti a z-zottk egyik minsgi mrszmt. A szemalak fgg a kzet fajtjtl: pl. a kristlyos, szemcss szvet mrvny, a grnitok, a homokkvek, a mszkvek zmkebbre trnek. A szemalak befolysolhat a trberen-dezssel is.

Tmbkvek megmunklsa ltal hatrozott alak, s mret has-tott, pt s dsztkveket lltanak el. A bnyban a kzi eszk-zkkel, robbantssal vagy frszelssel jvesztett kveket a feldolgoz zembe szlltjk.

Az alak ellltsra szolgl a drtfrsz, a keretes (gatter) vagy trcss (krfrsz) lapfrsz. A figurlis alakokat kzi vagy gpi szerszmokkal faragjk ki.

Kzi vagy gpi szerszmokkal vgzik a felletkpzst: hastst, nagyo-lst, finoman hegyeselst (spiccelst), szemcszst (stokkolst), rovtkolst (sarrirozst), bordzst (spandlst). A finom felletet csiszolssal s f-nyezssel lltjk el. gy ksztik a fal- s padlburkol lapokat, oszlopfe-lleteket, tagozott elemeket pl. kemny mszkbl, mrvnybl, grnitbl.

A laza ledkes kzetek legjellemzbbje a homokos kavics. Kotrssal jvesztik el folyvizekbl, bnykbl, gyakran vzszint all. A kotrs so-rn agyaglencsk kerlhetnek a kibnyszott anyagba. Ezek eltvoltsa mg nem megoldott. Az egyenletesen jelentkez anyag s iszaptartalmat mosssal tvoltjk el. A jvesztett anyagot a moss utn haznkban szl-ltszalagszer Decolt-szalagon vztelentik. A szemnagysg szerinti osz-tlyozs leggyakoribb eszkze haznkban a vibrorosta, amellyel elg le-sen lehet osztlyozni 10 mm-nl nagyobb szem, szraz, vagy kis nedves-



A dokumentum hasznlata | Tartalomjegyzk | Irodalomjegyzk

Documents

Epitoanyagok I