VBM012: F1 Byggnads- och materialegenskaper, porositet och densitet

Kursplan: http://kurser.lth.se/kursplaner/14_15/VBM012.html

Kursmaterial, exempel på byggnader, viktiga byggnadsegenskaper, krav på byggnad, materialgrupper, viktiga materialegenskaper, materialens strukturella uppbyggnad (bindningstyper, homogenitet, isotropi), porositet, densitet, exempel.

Kursplan

http://kurser.lth.se/kursplaner/14_15/VBM012.html

0. Kursmaterialet

  • Kursboken
    • Förstå sammanhängen
      • Porositet
      • Fukt
      • Behöver dock veta vissa fakta – t.ex. vad ingår i betong?
  • Kursprogrammet
    • Utskickad på mailen
    • I slutet – introducerande övningsuppgifter.

1. Exempel på byggnader

  • Homogen vägg
  • Skalmursfasad – flera skikt, många material
  • Stommar
    • Stål – brandegenskaper
      • Tunt, värms upp snabbt. Böjer sig.
      • ”Never trust the truss!” – Brandman WTC
    • Trä – brandegenskaper
      • Kan förbättras med brandskyddande färg
  • Lufttäthet
    • OSB-skiva
    • Duk på utsidan, ”Tyvek”
  • Betongbro med fläckar på utsidan
    • Armering som rostat, varför?
      • Betong är poröst material. Fukt och gaser tar sig in genom betongen.
        • Porsystemet i betongen

40% av byggkostnaden – materialet!

2. Översikt byggandet

2.1. Viktiga egenskaper

  • God beständighet
  • Låg energiförbrukning
  • God funktion
  • Hälsosam innemiljö
  • God arkitektur

2.2. Vilka krav ställs på en byggnad?

  • Yttre  påverkan
    • Vindtryck
    • Jordtryck
    • Vindsug
  • Stabil
  • Värmeisolering
  • Fuktisolering
  • Ljudisolering
  • Motstå brand

3. Materialgrupper

  • Stommaterial
  • Värmeisolerande material
  • Beklädnad och beläggningsmaterial
  • Ytbehandlingsmaterial
  • Övriga material

3.1. Stommaterial

  • Betong
  • Stål
  • Tegel
  • Trä
  • Lättbetong

3.2. Värmeisolerande material

  • Mineralull
  • Cellplast
  • Cellulosabaserade

3.3. Beklädnad och beläggningsmaterial

  • Mattor
  • Takläggningsmaterial

3.4. Ytbehandlingsmaterial

  • Målarfärg
  • Puts

3.5. Övriga material

  • Glas
  • Fogmaterial
  • Lim
  • Skivmaterial
  • Plast

4. Viktiga materialegenskaper

Brand – övergripande!

  • Hållfasthet
  • Deformation
  • Volymbeständighet – behålla sina mått
  • Nedbrytning
  • Vind
  • Vatten
  • Värmeisolering
  • Ljudisolering
  • Fuktfixering/-transport

5. Materialens strukturella uppbyggnad

Materialets uppbyggnad är olika utifrån vilken nivå som undersöks.

5.1. Bindningstyper

Atomär uppbyggnad.

5.1.1. Jonbindning och kovalent bindning

Atomer till molekyler.

  • Salter, keramiska material, glas, plastmolekyler
  • Hög bindningsenergi
  • Hårda och spröda material.

5.1.2. Metallbindning

Regelbundet system mellan atomer. Kristallint.

  • Alla metaller
  • Ganska hög bindningsenergi
  • God deformerbarhet (sega). God ledningsförmåga för elektricitet och värme.

5.1.3. van der Waals bindning (vdW) och vätebindning (H)

Mellan molekyler.

  • vdW: plast, lim till underlag. H: vatten i is.
  • vdW: låg bindningsenergi. H: ganska låg bindningsenergi.

5.2. Homogenitet

Vad består materialet av?

5.2.1. Homogent material

  • Ett enda ämne
  • Ex.: metaller

5.2.2. Heterogent material

  • Flera ämnen
  • Ex.: Betong, glasfiberarmerad plast

5.2.3. Dispersion

  • En fas är finfördelad i den andra.
  • Ex.: Bindemedel i vattenbaserad målarfärg.

5.3. Isotropi

Vilka egenskaper har materialet i olika riktningar?

5.3.1. Isotropa

  • Lika egenskaper i alla riktningar.
  • Ex.: Betong.

5.3.2. Anisotropa

  • Olika egenskaper i någon riktning.
  • Ex.: Trä.

6. Porositet och densitet

Porositet: förhållandet mellan porvolymen och den totala volymen.

P=\frac{V_P}{V}. [%]. P \leq 100

Densitet: förhållandet mellan massan och volymen.

\rho=\frac{m}{V} . \left[\text{kg}/{m^3}\right]

6.1. Portyper

Uppdelning av porerna.

6.1.1. Öppna

  • Genomströmningsbara porer.
  • Icke genomströmningsbara porer.

6.1.2. Slutna

  • Tillåter ingen transport.

6.2. Densitet

Delas in i skrymdensitet och kompaktdensitet.

6.2.1. Skrymdensitet

Den som i vardagligt tal benämns densitet, dvs. även porvolymen inkluderas.

6.2.2. Kompaktdensitet

Endast det kompakta materialets densitet beräknas, alltså tas inte porvolymen med vid beräkningen.

\rho_k=\frac{m}{V-V_P} .

7. Exempel

Skrymdensitet och porositet

7.1 (3.2.1) Skrymdensitet

  • Tegelsten
  • Måtten: (243 x 118 x 63) mm

Beräkna skrymdensiteten!

Lösning

\rho=\frac{m}{V}=\frac{3,562}{\underbrace{0,001806}_{0,243*0,118*0,063=0,001806}}=1971,81\approx 1972kg/m^{3}

7.2. (3.2.2) Porositet

  • Samma tegelsten

Beräkna porositeten!

Lösning

P=\frac{V_P}{V}

Vet ej porvolymen, V_P .

Boken (ekv 3.4) ger P=1-\frac{\rho}{\rho_k} .

Kompaktdensiteten hämtas från boken (tabell 3.2, sid. 30): \rho_k=2650 \, kg/m^3.

P=1-\frac{\rho}{rho_k}=1-\frac{1972}{2650}\approx 25,6\%

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *

Denna webbplats använder Akismet för att minska skräppost. Lär dig hur din kommentardata bearbetas.