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 Jaké jsou druhy objemových hmotností a pro jaké materiály se užívají? V jakých formách se vyskytuje voda ve stavebních materiálech? V jakých jednotkách udáváme vlhkost? Co je to pevnost materiálu, v jakých jednotkách se udává a jaké jsou orientační pevnosti dřeva, betonu a oceli? Jaké jsou druhy modulu pružnosti a v jakých jednotkách se udávají? Co je to adheze a její jednotky? Co je elasticita? Co je ploužení?

OTÁZKY A ÚKOLY 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. V jakých jednotkách se udává obsah radioaktivních látek ve stavebním materiálu a kdo dohlíží na „radioaktivní nezávadnost“? Jaké hygienické vlastnosti stavebníchmateriálů je možné sledovat Co je ekologická stopa stavebního materiálu.