2020-04-12
661
Учебное пособие
СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………………………………… 7
РАЗДЕЛ 1. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА 10
1.1. Основные свойства строительных материалов……………….. 14
1.2. Основные потребительские свойства строительных
материалов и изделий……………………………………………….. 38
РАЗДЕЛ 2. ДРЕВЕСНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И ИЗДЕЛИЯ…………………………………………………………. 42
2.1. Физические и механические свойства ………………………… 43
2.2. Эстетические свойства …………………………………………. 46
2.3. Потребительские свойства …………………………………….. 47
2.4. Пороки древесины ……………………………………………… 49
2.5. Древесные материалы, применяемые в строительстве ………. 53
2.6. Ассортимент древесных материалов и изделий ……………… 55
2.7. Требования к качеству лесоматериалов и изделий из них …… 66
2.8. Защита древесины от воздействий окружающей среды ……… 69
РАЗДЕЛ 3. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ……………………. 70
|
|
|
3.1. Цветные металлы и их сплавы ………………………………….. 72
3.2. Основы производства чугуна и стали ………………………….. 78
3.3. Свойства и обработка сталей …………………………………… 80
3.4. Производство металлических изделий ………………………… 85
3.5. Требования к качеству металлических материалов и изделий. Маркировка, хранение, транспортировка ………………………….. 86
РАЗДЕЛ 4. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРОВ ……………………………………… 89
4.1. Общие сведения, состав и свойства полимерных материалов.. 89
4.2. Полимерные материалы для покрытия полов ……………….. 93
4.3. Конструкционные и отделочные полимерные материалы ….. 101
4.4. Санитарно-технические изделия ……………………………… 110
4.5.Кровельные материалы на основе пластических масс ………. 111
4.6. Требования к качеству строительных материалов и изделий на основе полимеров. Упаковка, маркировка, транспортировка и хра-
нение ……………………………………………………………… 113
РАЗДЕЛ 5. СТЕКЛО И СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ
МАТЕРИАЛЫ ……………………………………………………… 115
5. 1. Основы производства и свойства стекла …………………….. 115
5.2.Классификация стекломатериалов …………………………….. 117
| 5.3. Строительные изделия из стекла……………………………….. 5.4. Требования к качеству материалов и изделий из стекла. Упаковка, транспортировка и хранение ……………………………….. | 121 128 | |
| РАЗДЕЛ 6. КЕРАМИЧЕСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ………….. | 130 | |
| 6.1. Глина – сырьё для производства керамических материалов и | ||
| изделий ………………………………………………………………. | 131 | |
| 6.2. Производство строительных керамических материалов и изделий | 134 | |
| 6.3. Классификация строительных керамических материалов и изделий | 137 | |
| 6.4. Требования к качеству. Упаковка, транспортировка и хране- | ||
| ние ……………………………………………………………………. | 158 | |
| РАЗДЕЛ 7. ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА. | 165 | |
| 7.1. Виды, классификация и потребительские свойства природных | ||
| каменных материалов и изделий из них …………………………… | 166 | |
| 7.2. Породообразующие минералы ………………………………… | 173 | |
| 7.3. Изверженные горные породы ………………………………….. | 175 | |
| 7.4. Осадочные горные породы …………………………………….. | 180 | |
| 7.5. Метаморфические горные породы ……………………………. | 188 | |
| 7.6. Горные работы и защита каменных материалов | ||
| от разрушения………………………………………………………… 7.7. Транспортирование и хранение природных каменных мате | 191 | |
| риалов …………………………………………………… | 192 | |
| РАЗДЕЛ 8. ИСКУССТВЕННЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ ….. | 192 | |
| 8.1. Изделия на основе извести …………………………………….. | 193 | |
| 8.2. Материалы и изделия из гипса ………………………………… | 199 | |
| 8.3. Асбестоцементные материалы и изделия …………………….. | 202 | |
| 8.4. Изделия на основе портландцемента …………………………. | 206 | |
| 8.5. Материалы на основе магнезиальных вяжущих веществ …… | 207 | |
| РАЗДЕЛ 9. МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА……. | 209 | |
| 9.1. Общие сведения и классификация ……………………………. | 209 | |
| 9.1.1. Воздушные вяжущие вещества ……………………………… | 210 | |
| 9.1.2. Гидравлические вяжущие вещества ………………………… | 222 | |
| 9.2. Бетоны …………………………………………………………… | 246 | |
| 9.2.1. Общие сведения и классификация …………………………… | 246 | |
| 9.2.2. Материалы для тяжёлого бетона …………………………….. | 248 | |
| 5 |
9.2.3. Свойства бетонной смеси и бетона ………………………….. 255
|
|
|
9.2.4. Технология производства бетона ……………………………. 262
9.2.5. Лёгкие бетоны ………………………………………………… 264
9.3.Железобетон …………………………………………………….. 271
9.3.1. Общие сведения и классификация ………………………….. 271
9.3.2. Способы производства железобетонных изделий ………….. 273
9.4. Строительные растворы и сухие растворные смеси …………. 276
9.4.1. Общие сведения, свойства и классификация ……………….. 276
9.4.2. Растворы для каменной кладки ……………………………… 281
9.4.3. Отделочные растворы ………………………………………… 282
9.4.4. Специальные растворы ………………………………………. 285
9.4.5. Растворы, модифицированные полимерами ………………… 286
9.5. Качество минеральных вяжущих веществ. Маркировка. Транспортирование и хранение……………………………………… 287
РАЗДЕЛ 10. ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА ….. 291
10.1. Общие сведения ……………………………………………….. 291
10.2. Битумные вяжущие вещества ………………………………… 293
10.3. Дёгтевые вяжущие вещества ………………………………… 300
10.4. Асфальтовые и дёгтевые растворы и бетоны ………………. 304
РАЗДЕЛ 11. ЛАКОКРАСОЧНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ (ЛКМ) …………………………………………….. 307
11.1. Общие сведения об ЛКМ ……………………………………… 307
11.2. Пигменты и наполнители………………………………………. 309
11.3. Связующие вещества ………………………………………….. 318
11.4. Красочные составы ……………………………………………. 321
11.5. Подготовительные и вспомогательные малярные материалы…………………………………………………………….. 324
11.6. Применение ЛКМ ………………………………………………. 326
11.7. Особенности приёмки и оценки качества лакокрасочных то-
варов ………………………………………………………………….. 327
РАЗДЕЛ 12. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА ………………… 329
РАЗДЕЛ 13. ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ ………….. 334
ЛИТЕРАТУРА ………………………………………………………. 337
|
|
|
6
Введение
Производство строительных материалов и изделия – одно из самых мощных, прогрессивно развивающихся отраслей народного хозяйства Рос- сии. Общим направлением развития подотраслей промышленности строй- материалов является расширение ассортимента, выпуск конкурентоспо- собной продукции, внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий.
Такие строительные материалы отечественного производства, как известь, цемент, керамзит, ячеисто-бетонные блоки, кирпич керамический и силикатный, плитка керамическая, гипсокартонные листы, линолеум, стекло, рубероид, шифер, сборный железобетон и др. являются конкурен- тоспособными на строительном рынке. В промышленности строительных материалов существуют общие тенденции развития предприятий. Напри- мер, в цементной промышленности происходит совершенствование по- мольного и подготовительного оборудования на основе энергонасыщен- ных технологических процессов. В производстве листового стекла проис- ходит вытеснение вертикального вытягивания стекла флоатпроцессами. Данный способ является наиболее совершенным и высокопроизводитель- ным, позволяет получать стекло с высоким качеством поверхности и обес- печивать снижение расхода топлива. Автоматизированный технологиче- ский комплекс по производству полированного стекла осуществляется способом термического формования на расплаве олова (способ «плаваю- щей ленты») взамен систем вертикального вытягивания стекла.
В настоящее время осуществляется выпуск битумно-полимерных материалов на биостойкой (негниющей) основе (битумной черепицы) пу- тем замены картонной основы стеклотканевой или синтетической.
Повышение качества строительных материалов и изделий – одна из главных задач промышленности строительных материалов.
Для регламентации качества промышленной продукции в России действует государственная система стандартизации и аттестации качества, основой которой являются объединенные достижения науки, техники и передового опыта. На каждый строительный материал и изделие имеются стандарты различных категорий - Государственный стандарт (ГОСТ) или технические условия (ТУ). Качество всех основных строительных мате- риалов и изделий должно соответствовать требованиям данных стандартов, которые распространяются как на материальные предметы (продукцию, эталоны, образцы веществ), так и на методы испытаний, правила приемки, технические требования различного характера.
|
|
|
7
В зависимости от сферы действия и условий утверждения стандарты подразделяют на ряд категорий, основными из которых являются: государ- ственный стандарт (ГОСТ), технические условия (ТУ) и строительные нормы и правила (СНиП).
Государственный стандарт (ГОСТ) -документ, в котором дается краткое описание материала и способа его изготовления, классификация, конкретно указаны форма, размеры, классы (марки) и сорта (если они имеются), технические показатели, правила приемки, упаковки, транспор- тирования и хранения, методы испытаний материала или изделия, которые иногда выделяются в отдельный ГОСТ. В обозначении ГОСТа дается два числа: первое обозначает порядковый номер материала, а второе после ти- ре – год утверждения стандарта. Например, в ГОСТ 530-95 «Кирпич и камни керамические» или ГОСТ 376-95 «Силикатный кирпич и камни» цифры 530 и 376 обозначают порядковый номер соответственно керамиче- ского и силикатного кирпича, а цифра 95 – год утверждения ГОСТа – 1995. Нормативно-техническая документация периодически (не реже одного раза в 5 лет) пересматривается и обновляется. Основанием для пересмотра действующих документов являются совершенствование технологии и строительного производства, завершение научно-исследовательских, опытно-конструкторских и экспериментальных работ, обобщение отечест- венного и зарубежного опыта проектирования и строительства, повышение требований к качеству материала. Новый ГОСТ имеет силу закона и отме- няет действие старого ГОСТа.
Технические условия (ТУ) или отраслевые временные технические условия (ВТУ). Эти документы устанавливают комплекс требований к конкретным типам, маркам, артикулам продукции, которая не стандарти- зирована или ограниченно применяется. ТУ действуют в пределах ведом- ства или министерства и содержат правила приемки, методы испытаний и требования к качеству, форме, размерам и сортам выпускаемой продукции. Строительные нормы и правила (СНиП). Кроме ГОСТов и ТУ строите- ли пользуются также строительными нормами и правилами (СНиП). СНиП
– это свод нормативных документов по проектированию, строительству и строительным материалам, обязательных для всех организаций и предпри- ятий. ГОСТы разрабатываются преимущественно на строительные мате- риалы и изделия массового изготовления, а СНиПы устанавливают требо- вания ко всей строительной продукции. Оба комплекса нормативных до- кументов по строительству – СНиП и ГОСТ – взаимно дополняют друг друга.
5
Эти документы регламентируют основные положения строительного проектирования, производства строительных работ и требования к строи- тельным материалам и изделиям. СНиПы распространяются на все виды строительства и являются общеобязательными. По каждому виду строи- тельных материалов и изделий даны требования по важнейшим физиче- ским, механическим и другим свойствам, а также условия, области приме- нения материалов, изделий и конструкций для строительства. Технические требования СНиП направлены на повышение качества и снижение стоимо- сти строительства путем максимального использования эффективных ма- териалов, изделий и конструкций.
При оценке качества большинства строительных материалов исполь- зуют условные показатели – классы (марки) и сорта, которые устанавли- ваются по основной эксплуатационной характеристике или по комплексу важнейших свойств материала.
Так, для конструкционных материалов класс (марка) определяется по прочности на сжатие в МПа (кгс/м2) (бетон, раствор, природные каменные материалы) или по совокупности показателей прочности на сжатие и изгиб (минеральные вяжущие, кирпич).
Сорт древесины устанавливают по допускаемым порокам; механиче- ская прочность в определении сорта не учитывается.
Определение марки для теплоизоляционных материалов ведется по средней плотности в кг/м3, а для битумов – по комплексу главнейших свойств (температура размягчения, вязкость и др.).
Кроме основных показателей качества существуют специальные марки и классы, характеризующие какие-либо основные свойства материа- ла, например морозостойкость, водонепроницаемость, теплопроводность.
Значение стандартизации огромно. Она является важнейшим стиму- лом совершенствования промышленных предприятий, определяет выпуск строительных материалов и изделий качеством не ниже обусловленного, что позволяет уже при проектировании создавать надежные и долговечные элементы и конструкции независимо от технологии изготовления материа- лов. Стандартизация способствует улучшению качества готовой продук- ции, повышению уровня унификации, взаимозаменяемости, а также авто- матизации производственных процессов, росту эффективности ремонта изделий.
9
РАЗДЕЛ 1. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА
Строительные материалы – материалы, которые в процессе приме- нения или перед ним дозируются, перемешиваются, подвергаются обра- ботке и используются в строительстве.
Строительные материалы делят на:
· сырьевые (известь, гипс, портландцемент, необработанная дре- весина я т.д.);
· материалы-полуфабрикаты (ДВП и ДСП, фанера, металли- ческие профили, брусья и др.);
· материалы, готовые к применению (кирпич, облицовочная плитка, стеклоблоки и др.).
Строительные изделия - это продукция, имеющая законченную геометрическую форму. К группе строительных изделий относятся:
· столярные (оконные и дверные блоки, щитовой паркет и др.);
· скобяные (столярная фурнитура, замки, ручки и др.);
· электротехнические (розетки, выключатели, осветительная ар- матура и др.);
· санитарно-технические (мойки, раковины, ванны и др.) изделия
· детали строительных конструкций - бетонные и железобетон- ные стеновые блоки и панели, фундаментные плиты и блоки, колонны, плиты перекрытий и т.д.
Более сложные элементы – фермы, рамы, арки, лестничные марши и т.п. относят к группе конструкций.
Строительные товары классифицируют по назначению, происхожде- нию и виду сырья, способу получения, структуре, окраске, отделке, разме- ру, наименованию, марке.
По назначению строительные товары делят на следующие группы изделий:
· вяжущие;
· стеновые и конструкционные;
· крепежные;
· кровельные;
· тепло- и звукоизоляционные;
· для остекления;
· облицовочные и отделочные;
· для пола;
· санитарно-технические.
По происхождению различают:
· природные;
· искусственные и синтетические;
10
· минеральные и органические. По химической природе:
· органические (древесина, битум, пластмассы) материалы; горючи;
· минеральные (природный камень, керамика, строительный рас- твор, асбестоцемент и т.п.); не горючи;
· металлы (сталь, алюминий, медь); хорошо проводят электриче- ский ток и тепло.
По технологическому признаку материалы делятся на следующие группы:
· изготовляемые механической обработкой природного сырья
(изделия из древесины и природные каменные материалы);
· получаемые обжигом минерального сырья (неорганические вяжущие вещества, строительная керамика, стекло);
· изготовляемые на основе неорганических вяжущих веществ
(строительный раствор, гипсовые и силикатные изделия);
· получаемые в результате химической переработки органиче- ского сырья (синтетические смолы, растворители, олифа, битум);
· изготовляемые технологической переработкой органических вяжущих веществ (строительные пластмассы, мастики, клеи).
По виду основного исходного сырья ассортимент строительных то- варов подразделяют на:
· минеральные вяжущие вещества;
· изделия на основе минеральных вяжущих веществ;
· материалы и изделия из керамики, стекла, металлов, древесины, бумаги и пластических масс.
По виду сырья и способу получения:
· природные каменные материалы;
· минеральные вяжущие материалы;
· материалы на основе вяжущих (безобжиговые);
· керамические (обжиговые);
· металлические материалы;
· материалы из стекла и ситалла;
· древесные материалы;
· битуминозные;
· полимерные материалы.
По структуре строительные материалы могут быть:
· рыхлыми;
· плотными;
11
· пустотелыми;
· пористыми.
Рыхлые материалы - различные минеральные и органические веще- ства, получаемые дроблением или рассевом смеси, имеющие зерна (куски) размером не более 10 см. Плотные – материалы с раковистым или стекло- видным изломом (граниты, известняки, стекло и др.).
Пустотелые - материалы с крупными сквозными или несквозными каналами, отверстиями, заполненными воздухом.
Пористые – материалы с более мелкими каналами, отверстиями, за- полненными воздухом или газом.
По окраске различают материалы:
· неокрашенные;
· окрашенные в различные цвета.
По отделке строительные материалы подразделяют на:
· неофактуренные – с поверхностью, созданной тем или иным способом формования без специальной обработки;
· офактуренные – с поверхностью с различными рельефными
(фактурными) узорами.
По видам сырья материалы подразделяют на:
· древесные;
· природные каменные;
· керамические;
· материалы из минеральных расплавов;
· материалы на основе минеральных вяжущих;
· металлы и сплавы;
· материалы на основе битумных вяжущих и полимеров.
К природным каменным материалам относятся материалы, по- лучаемые:
· из различных горных пород в естественном виде;
· в результате механической обработки (дробления, раскалывания, распиливания, шлифования и полирования).
Применяются они для постройки и облицовки инженерных и гидро- технических сооружений (мостов, плотин, каналов и др.), настилки дорож- ных покрытий и строительства железных и шоссейных дорог, в качестве заполнителей для производства бетона и железобетона (песок, гравий, ще- бень и др.), а также для декоративной облицовки стен и фасадов различных зданий.
12
В ассортимент этой группы входят:
· бутовый камень;
· булыжник;
· щебень и гравий;
· песок;
· плиты и камни;
· плитки кровельные (шифер природный) и т.д.
К материалам природного происхождения относятся природные ка- менные материалы в виде горных пород изверженных, осадочных или ви- доизмененных, образовавшихся в результате физико-химических процес- сов в различных слоях земной коры. К искусственным относятся материа- лы и изделия, полученные заводской обработкой природного сырья. Син- тетические – это материалы в виде смол и пластмасс, т.е. материалы, по- лученные синтезом простых веществ при соответствующих условиях.
Как природные, так и искусственные строительные материалы могут
быть:
· минеральными (неорганическими) – граниты, глины, пески,
стекло, кирпич, вяжущие, металлические;
· органическими – асфальты, битумы, битуминозные кровельные материалы и др.
Форма изделий может быть весьма разнообразной – панели, плиты, листы, камни, кирпичи, плитки, трубы, профильные элементы. Она опре- деляется соотношением отдельных конструктивных элементов, граней.
Размеры определяются в зависимости от формы линейными пара- метрами (мм) или массой.
Наименования обусловливаются различными факторами:
· исторически сложившимися функциональными особенностями материала (обои, панели);
· местом производства (портландцемент, пуццолановый цемент, метлахская плитка);
· химическим или минералогическим составом (гипс, известь, гра- вий, песок);
· назначением (стекло оконное, витринное, мозаичные плитки) и др.
Марка строительных материалов часто определяется показателями их свойств, например прочностью на сжатие, объемной массой, массой 1м2, а также особенностями состава, назначением и является низшим зве- ном квалификации.
Торговый ассортимент строительных товаров складывается из изде- лий, используемых в индивидуальном строительстве, а также при ремонте и отделке жилых помещений.
13
В настоящее время в строительстве применяется более тысячи на- именований различных конструкционных и отделочных материалов и из- делий; номенклатура строительных материалов достаточно широкая и не- прерывно обновляется. Одним из важнейших направлений развития ассор- тимента является разработка легких, прочных, надежных, экономичных материалов и изделий с применением химических видов сырья.
1.1. Основные свойства строительных материалов
Строительные материалы являются материальной базой строи- тельства. Для того чтобы рационально использовать строительные мате- риалы, необходимо знать специфику их свойств.
К основным свойствам строительных материалов относятся:
· физические;
· механические;
· химические;
· технологические.
Физические свойства
К физическим свойствам относят:
· плотность;
· пористость;
· гигроскопичность;
· водопоглощение;
· водостойкость;
· водопроницаемость;
· морозостойкость;
· теплопроводность;
· паро-, воздухо- и газопроницаемость;
· теплоемкость;
· огнестойкость;
· огнеупорность;
· звукопроводность;
· звукопоглощение;
· радиационную стойкость.
Плотность – масса единицы объема материала. Различают среднюю, истинную и насыпную плотности.
Средняя плотность – масса единицы объема материала в ес- тественном состоянии, т.е. с порами и пустотами. Среднюю плотность q 0, кг/м3, г/см3, вычисляют по формуле:
14
q 0 = т/V,
где т - масса материала (образца) в сухом состоянии, кг или г; V- объем материала (образца) в естественном состоянии, м3 или см3. Массу материала определяют путем взвешивания образцов на весах различного типа.
Определение объема зависит от формы образца. Образцы бывают правильной (куб, параллелепипед, цилиндр) и неправильной геометриче- ской формы. В первом случае объем образца определяют путем вычисле- ний по геометрическим размерам. Например, для куба V = аЬс, где a, b, с - размеры сторон куба. Если образец неправильной формы (кусочек кирпи- ча), то объем образца определяют по объему вытесненной жидкости (закон Архимеда).
Средняя плотность для материала не является величиной постоянной.
Истинная плотность, кг/м3, г/см3 - масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот). Это плотность вещест- ва, из которого состоит материал, поэтому истинная плотность материала является физической постоянной характеристикой.
q и = т/V а,
где V - абсолютный объем материала, м3 или см3.
У плотных материалов числовые значения истинной и средней плот- ности одинаковы. Например, у стали q 0 = q и = 7850 кг/м3. У пористых ма- териалов истинная плотность больше средней (например, у керамического кирпича q 0 = 1600...1900, а q и = 2500 кг/м3).
Для сыпучих материалов (щебень, гравий, песок) определяют на- сыпную плотность.
Насыпная плотность q н, кг/м3, г/см3 - масса единицы объема рыхло насыпанных зернистых материалов. В объем таких материалов входят не только поры материала, но и пустоты между зернами и кусками материала. Например, насыпная плотность кварцевого песка равна 1500 кг/м3, а гра- нитного щебня 1650 кг/м3.
Плотность материала в большой степени влияет на его долго- вечность. Средняя плотность материалов непосредственно влияет на эф- фективность строительства, поэтому снижение средней плотности строи- тельных материалов при сохранении необходимых прочности и долговеч- ности - путь к снижению материалоемкости строительства, повышению его технико-экономической эффективности.
15
Пористость материала П – это степень заполнения объема мате- риала порами. Поры (от греч. роrоs - выход, отверстие) в материале - по- лости между элементами структуры материала, заполненные воздухом или водой. Они появляются в материалах на различных стадиях их приготов- ления (у искусственных материалов) и образования (у природных материа- лов), отсюда и поры бывают искусственные и естественные. Форма, разме- ры и структура пор различны. Более крупные поры в изделиях или полости между кусками рыхло насыпанного сыпучего материала (песок, гравий, щебень) называют пустотами.
Пористость по значению дополняет плотность до единицы или до
100% и определяется по формуле П = V п/ V, где
V п - объем, занимаемый порами, V- объем материала в естественном состоянии, т.е. вместе с порами.
Преобразовав эту формулу, получим П = (1- q 0 / q и)100%, или П = (q и - q 0 / q и) 100%.
Пористость выражают в процентах.
Пористость строительных материалов колеблется в широком диапа- зоне: от 0 (сталь, стекло) до 90...95 (пено- и поропласты); у тяжелого бето- на - 5...15%.
В зависимости от пористости различают:
· низкопористые (конструкционные материалы - П<30%)
· среднепористые (П = 30...50%)
· высокопористые (теплоизоляционные материалы - П > 50%) ма- териалы.
Для рыхлых (сыпучих и волокнистых) материалов (песок, щебень, цемент, минеральная и стекловата), а также для материалов с искусствен- ными пустотами (пустотелые керамические кирпичи и камни, бетонные и железобетонные плиты с технологическими пустотами) отношение объема пустот к общему объему материала называют пустотностью.
Показатели пустотности строительных материалов и изделий также колеблются в широком диапазоне: для песка и гравия в зависимости от крупности зерен 4...50%, для пустотелого кирпича 2,25...45%. Пустотностъ вычисляют по той же формуле, что и пористость. Плотность и пористость оказывают влияние на многие свойства строительных материалов: водопо- глощение, водопроницаемость, теплопроводность, прочность и др. Для конструкций, которые должны быть водонепроницаемыми, нужны мате- риалы с высокой плотностью; конструкции малотеплопроводные необхо- димо сооружать из мелкопористых материалов с пониженной теплопро- водностью и т.д. Некоторые физические свойства распространенных строительных материалов приведены в табл. 1.
16
Таблица 1 – Основные физические свойства некоторых строительных материалов (в воздушно-сухом состоянии)
| Материал | Истинная плотность, кг/м3 | Средняя плотность, кг/м3 | Пористость, % | Теплопро- водность, Вт/(м К) |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Древесина: | ||||
| сосновые доски | 1555 | 500 | 67 | 0,17 |
| ДВП | 1500 | 850 | 87 | 0,08 |
| Природный камень: | ||||
| гранит | 2700 | 2650 | 1,4 | 2,8 |
| вулканический | 2700 | 1400 | 52 | 0,5 |
| Сталь строительная | 7800 | 7800 | 0 | 50 |
| Керамический | ||||
| кирпич: | ||||
| полнотелый | 2500 | 1800 | 32 | 0,75 |
| пустотелый | 2500 | 1400 | 50 | 0,55 |
| Стекло: | ||||
| оконное | 2650 | 2650 | 0 | 0,56 |
| пеностекло | 2650 | 300 | 85 | 0,11 |
| Бетон: | ||||
| тяжелый | 3000 | 1800…2500 | 5…15 | 1,16 |
| легкий | 2900 | 500…1800 | 30…80 | 0,2…0,35 |
| Полимерные мате- | ||||
| риалы: | ||||
| стеклопластик | 2000 | 2000 | 0 | 0,5 |
| мипора-пенопласт | 1500 | 40…60 | 95…98 | 0,06 |
Гигроскопичность – свойство пористого материала поглощать во- дяной пар из воздуха. Степень гигроскопичности зависит от количества и величины пор в материале, его структуры, температуры и относительной влажности воздуха. Материалы с одинаковой пористостью, но с более мелкими порами обладают более высокой гигроскопичностью, чем круп- нопористые. Это отрицательно сказывается на физико-механических ха- рактеристиках материалов (например, цемент при хранении поглощает из воздуха водяные пары, теряет активность, образует комочки и теряет прочность; древесина при влажном воздухе разбухает, коробится, образует трещины усушки; изменяется форма и размеры деревянных изделий).
Гигроскопичность строительных материалов различна: одни из них активно притягивают своей поверхностью молекулы воды (т.е. гидрофиль-
17
ны - глина, минеральные вяжущие – гипс, цемент); другие, наоборот, от- талкивают воду, - их называют гидрофобными (битумы, стекло, полимеры).
Гигроскопичность строительных материалов необходимо учитывать при их сушке, длительном хранении, транспортировании в определённых эксплуатационных условиях.
Влажность (W) - это количество воды в материале. Различают аб- солютную влажность (г) и относительную (%). Относительную влажность вычисляют по формуле
W = [(m В -m С)/ m С ]100.
где m С — масса сухого образца, г; m В — масса влажного образца, г.
При увлажнении материалы изменяют свои свойства: увеличиваются
плотность, теплопроводность и снижается прочность. Поэтому при хране- нии и перевозке строительных материалов ГОСТ требует предохранения их от увлажнения.
Водопоглощение – свойство материалов впитывать и удерживать воду. Водопоглощение определяют по стандартной методике, погружая образцы материала в воду с температурой 20±2°С и выдерживая их в воде определенное время. Вычисляют его по формулам (в %):
W m = [(m Н - m С)/ m С ]100,
W о = [(m Н -m С)/ V]100,
где m С - масса сухого образца, г; m Н - масса образца, насыщенного водой, г; V - объем образца в естественном состоянии, см3.
У высокопористых материалов (древесина, минераловатные и стек-
ловолокнистые плиты) водопоглощение по массе может быть более 100%;
объемное водопоглощение всегда меньше 100%.
Показатели водопоглощения строительных материалов различны. Например, водопоглощение по массе гранита 0,1...0,8%, керамических плиток для полов - 1...4, тяжелого бетона - 2...3, керамического кирпича - 8...15, теплоизоляционных газосиликатных материалов - 50...75%.
Увлажнение и насыщение водой отрицательно влияет на прочность материалов, снижая ее.
Водостойкость материала является важной характеристикой строи- тельных материалов, применяемых в гидротехнических сооружениях, так как определяет способность данных материалов сопротивляться разруши- тельному действию влаги и сохранять прочность в насыщенном водой со- стоянии. Количественно водостойкость материала оценивают коэффици- ентом размягчения Кр., который может колебаться в пределах от 0 (у раз- мокающих материалов - глиняных необожженных материалов) до 1 (у аб- солютно плотных, не поглощающих воду материалов – у стали, битумов). Материалы с коэффициентом размягчения больше 0,8 являются водостой-
18
кими. К ним следует отнести гранит, мрамор, цементный строительный раствор и др.
Данный коэффициент равен отношению предела прочности мате- риала, насыщенного водой Кн, к пределу прочности сухого материала Rс: Кр = Rн I Rс.
Водостойкость можно повысить искусственно путём нанесения гид- рофобных покрытий. Высокая гидрофобность и водостойкость некоторых материалов позволяют применять их в качестве гидроизоляционных мате- риалов (битумы, полимерные пленки).
Влагоотдача – свойство материала отдавать воду при соответст- вующих условиях в окружающей среде (повышении температуры, движе- нии воздуха, снижении влажности воздуха). Каждый строительный мате- риал обладает определённой влажностью.
Влагоотдача характеризуется скоростью высыхания материала, т.е. количеством воды, которое он теряет за сутки при относительной влажно- сти воздуха 60% и температуре 20 °С (в % массы или объема стандартного образца стройматериала). Величина влагоотдачи имеет большое значение для многих строительных материалов: для мокрой штукатурки стен жела- тельна быстрая влагоотдача, для твердеющего бетона - замедленная.
Водопроницаемость называют способность материала пропускать воду под давлением. Величина водопроницаемости характеризуется коли- чеством воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 см2 площади испытуемого материала (образца) при постоянном давлении. Степень водопроницаемо- сти зависит от строения и пористости материала.
Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации Кф (м2/ч). Коэффициент фильтрации обратно пропорционален водонепро- ницаемости материала. Чем больше коэффициент фильтрации, тем ниже марка материала по водонепроницаемости. Например, водонепроницае- мость бетона характеризуется марками W2, W4, W6, W8, W10, W12 (циф- ры обозначают максимальное давление в МПа: 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2).
Материалы особо плотные (металл, стекло), являются водонепрони- цаемыми. Водонепроницаемость имеет особое значение при выборе кро- вельных, гидроизоляционных материалов, канализационных труб и др.
Водонепроницаемость – свойство материала не пропускать через свою толщу воду под давлением. Данное свойство находится в тесной за- висимости от пористости, размера и характера пор и оценивается по- разному с учетом специфики условий эксплуатации конкретного материа- ла: для рулонных и мастичных кровельных и гидроизоляционных материа- лов – временем, по окончании которого вода при определённом давлении начинает просачиваться через образец, для гидроизоляционных строитель- ных растворов и бетонов – односторонним гидростатическим давлением, при котором вода в стандартных условиях еще не проходит через образец цилиндрической формы.
19
Водонепроницаемыми являются плотные материалы (металлы, би- тум, полимеры) и материалы с мелкими замкнутыми порами (пенопласты). Высокой водонепроницаемостью обладают тонкодисперсные глины, из- давна применявшиеся для гидроизоляционных обмазок.
Паро-, воздухо - и газонепроницаемость – свойства материала про- пускать через свою толщу при перепаде давления соответственно водяной пар, воздух или газы. Эти свойства зависят от строения материала. Прони- цаемость выражается количеством пара (газа), проходящего в единицу времени через единицу поверхности образца материала определенной толщины при данном равномерном перепаде давления.
Абсолютно плотные материалы (стекло, полимеры, металлы) непро- ницаемы для газов. Паро- и газопроницаемость зависят в основном от по- ристости материала и характеризуются соответствующими коэффициента- ми, которые определяются стандартными испытаниями.
Например, паропроницаемость стенового керамического кирпича с пористостью около 30% в 2,2 раза ниже, чем у теплоизоляционного тре- пельного кирпича с пористостью 58%.
Паро- и газопроницаемость резко уменьшаются при увлажнении: ма- териал, насыщенный водой, почти не пропускает газообразные вещества. Данное свойство учитывается при применении отделочных материалов: в жилых помещениях и общественных зданиях необходима достаточно вы- сокая паро- и газопроницаемость для обеспечения естественной вентиля- ции помещений и создания комфортных для человека условий. В банно- прачечных комплексах с высокой влажностью воздуха в помещении целе- сообразна внутренняя отделка паронепроницаемыми материалами (поли- винилхлоридной пленкой, масляными красками).
Морозостойкость – свойство насыщенного водой материала, рабо- тающего в условиях совместного действия воды и отрицательных темпера- тур, выдерживать многократные попеременные замораживания и оттаи- вания без признаков разрушения и значительного снижения прочности,
Морозостойкость является определяющим фактором долговечности строительных материалов в конструкциях. У пористых материалов она за- висит от характера пористости и прочности на растяжение: чем больше в материале замкнутых пор, тем выше морозостойкость (материалы являют- ся морозостойкими, если коэффициент насыщения пор водой не превыша- ет 0,7).
В осенний период материалы в конструкциях испытывают воздейст- вие атмосферных факторов (дождь). При наступлении даже небольших морозов вода в крупных порах наружных стен замерзает и, переходя в лед, увеличивается в объеме более чем на 9%. Лед давит на стенки пор и посте- пенно разрушает их из-за возникновения внутренних растягивающих на- пряжений. При дальнейших циклически повторяющихся воздействий сис-
20
тема «вода + лёд» проникает еще глубже в материал, образуя разрывы
(микротрещины) в стенках пор, и разрушает его.
Определение морозостойкости материалов проводят в лабораториях на стандартных образцах (бетонные кубы, кирпич и т.п.). Перед испытани- ем образцы насыщают водой. После этого их помещают в холодильные камеры, замораживают при температуре от -15 до -20°С и выдерживают некоторое время (4...8 ч.), чтобы вода замерзла даже в тонких порах. Затем образцы оттаивают в воде комнатной температуры +20°С в течение 4 ч. и более. Одно такое испытание называют циклом. Число циклов поперемен- ного замораживания и оттаивания, которое должен выдерживать материал без разрушения при условии, что прочность его понизится не более чем на 25%, а потеря массы не превысит 5%, и характеризует морозостойкость материала. По степени морозостойкости, т.е. по числу выдержанных цик- лов, материалы подразделяют на марки: F10, F15, F25, F35, F50, F100, F150, F200, F300, F400, F500. Например, керамический кирпич по морозостой- кости подразделяют на марки F15, F25, F35, F50; тяжелый бетон — F50, F75, F150, F150, F200, F300.
Пористые материалы, как правило, являются достаточно моро- зостойкими, если при насыщении вода заполняет не более 85% объема пор, т.е. наибольшей морозостойкостью будут обладать плотные материалы и материалы с закрытой структурой пор и пустот. Обычно после заморажи- вания наблюдается понижение прочности материала по сравнению с проч- ностью в водонасыщенном состоянии.
Отношение предела прочности при сжатии замороженного образца к пределу прочности при сжатии образца, насыщенного водой, называется коэффициентом морозостойкости К F.
К F = R F / R H.
У морозостойких материалов К F > 0,75. Результаты лабораторных испытаний строительных материалов на морозостойкость могут опреде- лить срок их службы в естественных условиях: один цикл испытаний при- мерно соответствует трем годам эксплуатации.
Теплопроводность – свойство материала проводить через свою толщу тепловой поток при перепаде температур на противоположных по- верхностях, ограничивающих материал. Свойство проводить тепло являет- ся общим для всех строительных материалов, однако теплопроводность разных материалов различна (см. табл. 1). Она зависит от характера пор и вида материала, степени и характера пористости, химического состава и строения твёрдого вещества, влажности, плотности и средней температуры, при которой происходит передача тепла, и характеризуется количеством теплоты, передаваемой через 1 м2 поверхности материала толщиной 1 м за 1 ч при разности температур 10С (Вт/(м·К).
21
Материалы волокнистого и слоистого строения имеют различную теплопроводность в зависимости от направления теплового потока: вдоль или поперек волокон (древесина).
Органические вещества имеют, как правило, меньшую теплопровод- ность, чем минеральные; вещества в кристаллическом состоянии лучше проводят теплоту, чем в аморфном при том же химическом составе. Но в любом случае теплопроводность твердого вещества во много раз выше, чем сухого воздуха, равная 0,023 Вт/(мК).
При повышении температуры теплопроводность большинства мате- риалов возрастает и лишь у некоторых (например, металлов) уменьшается.
Теплопроводность - важное свойство материалов для наружных стен, полов, перекрытий и покрытий, изоляции теплосетей, холодильников и т.д., которое особенно должно учитываться при подборе материалов, исполь- зуемых для устройства ограждающих конструкций зданий (т.е. наружных стен, верхних перекрытий, полов в нижнем этаже) и теплоизоляционных материалов, назначение которых способствовать сохранению тепла в по- мещениях и тепловых установках.
Теплопроводность обозначается λ.
Теплоемкость — свойство материала поглощать при нагревании и отдавать при охлаждении определенное количество теплоты. Иначе это – количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг материала на 10С. Отношение теплоемкости к единице массы называют удельной тепло- емкостью или коэффициентом теплоёмкости °С и принято выражать в Дж/(кг·К):
С=Q / m (t2 – t1),
где Q – количество теплоты, затраченное на нагревание материала; m - масса материала, кг; t2 – t1 – разность температур материала до и
после нагревания, °С.
Теплоемкость материала зависит от химической природы и влажно- сти. Удельная теплоемкость древесины различных пород составляет от 2,4 до 2,7 кДж/ (кгК), природных и искусственных каменных материалов – от 0,75 до 0,95 кдж/ (кг К), металлов (сталь, чугун) — от 0,4 до 0,5 кдж/(кг· К). Наибольшая теплоёмкость у воды: С = 4,2 кДж/ (кгК), поэтому при увлаж- нении материала теплоемкость возрастает.
Тепловое расширение — свойство материала деформироваться при изменении температуры: расширяться — при нагревании, сжиматься — при охлаждении. Характеризуется температурным коэффициентом линей- ного расширения (ТКЛР), равным относительной деформации материала в рассматриваемом направлении при изменении температуры на 1°С.
Тепловое расширение зависит от химической природы материала и энергии связи между структурными элементами твердого вещества. Значе- ния ТКЛР для стали и материалов из камня малы и достаточно близки ме-
22
жду собой, для древесины и особенно пластмасс – существенно выше. Во- локнистые и слоистые материалы по-разному деформируются вдоль и по- перек волокон (слоев).
Тепловое расширение может привести к деформации материала в наружных конструкциях (растрескивание и коробление) под влиянием термических факторов и достигать высоких значений.
Строительные материалы и конструкции при возгорании в помещё- нии могут, с одной стороны, способствовать возникновению опасных про- явлений пожара (высокой температуры, пламени, дыма и др.) и его разви- тию, а с другой стороны, ограничивать распространение огня и сохранять несущий каркас здания до ликвидации пожара. Поведение материалов и конструкций в условиях пожара характеризуется пожарной опасностью и огнестойкостью.
Пожарная опасность – комплекс свойств, способствующих возник- новению и развитию пожара. Негорючие материалы не обладают пожар- ной опасностью. Для горючих отделочных материалов пожарная опасность характеризуется:
· степенью горючести;
· воспламеняемостыо;
· дымообразующей способностью;
· токсичностью продуктов горения.
Материалы для покрытия полов испытывают на распространение пламени по поверхности.
По степени горючести материалы делят на четыре группы:
· Г1 – слабо горючие;
· Г2 – умеренно горючие;
· Г3 – нормально горючие;
· Г4 – сильно горючие.
Горючесть – свойство материала гореть, т.е. участвовать в сложном быстро протекающем химическом процессе, сопровождающемся выделе- нием теплоты и света. Основа горения – экзотермические окислительно- восстановительные реакции веществ, составляющих материал, с кислоро- дом воздуха.
Степень горючести устанавливают испытанием строительного мате- риала в камере сжигания под действием пламени газовой горелки. При этом образец должен иметь длину 100 см и ширину 19 см; толщину не бо- лее 7 см. Продолжительность действия открытого пламени вдоль образца – 10 мин. В ходе испытания определяют степень повреждения образца по массе и длине, продолжительность самостоятельного горения и (или) тле- ния после выключения горелки и температуру дымовых газов.
Горючесть определяется содержанием в материале органических веществ. Если органики более 2% массы, то материал без предварительной
23
проверки относят к горючим и оценивают его степень горючести. К по- вреждениям образца относят выгорание и обугливание материала.
Для понижения горючести древесину пропитывают специальными веществами – антипиренами, которые разлагаются при нагревании и выде- ляют негорючие газы, поэтому после удаления огня горение и тление пре- кращаются. Антипирены вводят и в состав полимерных материалов (само- затухающий пенопласт).
Показатели пожарной опасности учитываются при выборе материа- лов для внутренней отделки помещений: общих коридоров, холлов, фойе лестничных клеток, вестибюлей.
Огнестойкость – свойство материала в конструкции сопротивляться действию огня, высоких температур, воды и ограничивать его распростра- нение. Огнестойкость характеризуется пределом огнестойкости – време- нем (в минутах) от начала теплового воздействия в условиях стандартных испытаний до наступления предельного состояния, зависящего от назначе- ния конструкции. Предельным состоянием считают: чрезмерные деформа- ции конструкции (потеря несущей способности); образование сквозных трещин или отверстий, через которые могут проникать пламя и дым (поте- ря целостности);
– слишком большой нагрев необогреваемой поверхности, что может вызвать самопроизвольное воспламенение горючих материалов (потеря теплоизолирующей способности).
В огнестойких конструкциях должны использоваться негорючие ма- териалы (бетон, сталь, керамический кирпич). Но необходимо учитывать, что при пожаре температура достигает 1 000оС и некоторые негорючие ма- териалы (гранит) растрескиваются, другие (сталь) – сильно деформируют- ся и разрушаются, у третьих (известняк, мрамор, доломит, органические материалы) – огонь вызывает химическое разложение, четвёртые (алюми- ний, пластмассы) плавятся.
Ко всем материалам, используемым в строительстве, предъявляются требования по огнестойкости, зависящие от категории здания и сооруже- ния по пожарной безопасности, определяемой СНиПом.
Строительные материалы по степени огнестойкости подразделяются
на:
· несгораемые;
· трудносгораемые;
· сгораемые.
Несгораемые материалы в условиях пожара не воспламеняются, не
тлеют и не обугливаются. К ним относятся:
· керамический кирпич;
· черепица;
· бетон;
· асбестоцементные и природные каменные материалы.
24
Трудносгораемые материалы под действием огня и высокой темпе- ратуры с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но только при наличии источника огня (при удалении источника огня горение и тление прекращаются). К этим материалам относят:
· фибролит;
· стеклопластики;
· асфальтовый бетон;
· оштукатуренную древесину.
Сгораемые материалы под действием огня и высокой температуры воспламеняются, горят или тлеют и продолжают гореть после удаления источника огня. К сгораемым материалам относят:
· древесину;
· рубероид;
· войлок;
· пластмассы;
· обои;
· битумы;
· полимерные материалы.
Для повышения огнестойкости материалов их пропитывают или об- рабатывают специальными огнезащитными составами – антипиренами. Эти составы под действием огня выделяют газы, не поддерживающие го- рения, или образуют на материале пористый защитный слой, замедляющий его нагрев.
Огнеупорность – свойство материала выдерживать длительное воз- действие высоких температур без деформаций и размягчения. По степени огнеупорности материалы подразделяют на:
· огнеупорные;
· тугоплавкие;
· легкоплавкие.
Огнеупорные материалы могут выдерживать длительное воз- действие температуры свыше 1580°С. Их применяют для футеровки внут- ренних поверхностей промышленных печей (шамотный кирпич, магнези- товые и графитовые материалы).
Тугоплавкие материалы способны выдерживать без размягчения температуру 1350...1580°С (гжельский кирпич для кладки печей).
Легкоплавкие материалы размягчаются при температуре ниже
1350°С (полнотелый и пустотелый керамический кирпич).
Радиационная стойкость – способность материала противостоять воздействию ионизирующих излучений. Под воздействием радиации у ме- таллов заметно возрастает предел текучести, у алюминиевых сплавов и уг- леродистой стали, уменьшается пластичность, у керамических материалов уменьшаются плотность и теплопроводность; стекло окрашивается.
25
Основным источником радионуклидов (песок, галька, шлаки ТЭС содержат радионуклиды), радона, добавок на основе нафталинсульфокис- лоты является бетон. Для защиты от радиоактивных излучений применяют особо тяжелые бетоны, приготовленные на заполнителях: барите, металли- ческом скрапе, чугунной дроби и т.п.; гидратные бетоны с добавками кар- бида бора, хлористого лития и др.; свинец; ячеистое стекло.
Согласно санитарно-гигиенических норм введены ограничения в за- висимости от значения суммарной удельной эффективной активности ес- тественных радионуклидов Аэфф: в стеновых камнях для производственных зданий допускается до 740 Бк/кг, для жилых и общественных зданий – до 370 Бк/кг.
Акустические свойства материалов характеризуют их способность ослаблять энергию распространяющихся по воздуху и через конструкции зданий слышимых звуковых волн. К ним относят звукопроводность и зву- копоглощение.
Звукопроводность – способность материала проводить через свою толщу звуковые колебания. Звукопроводность материала влияет на звуко- изолирующую способность ограждения. Для эффективного снижения уровня воздушного шума ограждение должно иметь большую массу. Если масса велика, то энергии звука не хватает, чтобы пройти сквозь огражде- ние, так как для этого необходимо привести частицы материала в колеба- тельное движение. Ударный звук возникает и распространяется в материа- ле при ударных, вибрационных и других механических воздействиях непо- средственно на конструкцию. Наибольшей проницаемостью ударного зву- ка обладают плотные материалы с высокой упругостью. Низкая звукопро- водность у пористых малоупругих материалов волокнистого, ячеистого и губчатого строения, т.к. звуковая энергия поглощается и рассеивается раз- витой внутренней поверхностью материала, переходя в тепловую.
Звукопоглощение — способность материала поглощать и отражать звуковую энергию. Характеризуется коэффициентом звукопоглощения, равным отношению поглощенной звуковой энергии к энергии, падающей на поверхность материала в единицу времени.
Звукопоглощение зависит от степени и характера пористости мате- риала, а также от состояния его поверхности. Чем больше пористость и больше доля пор, сообщающихся между собой и выходящих на поверх- ность материала, тем выше коэффициент звукопоглощения. Для повыше- ния звукопоглощающей способности материалы дополнительно перфори- руют (создают сквозные отверстия) или делают лицевую поверхность рельефной.
Звук или звуковые волны — механические колебания, распро- страняющиеся в твердых, жидких и газообразных средах. Различают звуки воздушные, распространяемые в воздухе, и ударные (по конструкциям). Для изоляции воздушного шума используют плотные, тяжелые материалы
26
с коэффициентом звукопоглощения на средних частотах больше 0,2 (кир- пичная кладка, бетон, шлакобетон, слоистые панели из плотных звукопо- глощающих материалов). Для изоляции ударного шума применяют упру- гие материалы (древесно-волокнистые плиты, маты из стекловаты и шла- коваты). Для звукопоглощения используют пористые материалы (вату ми- неральную, пористые плиты, штукатурку, мипору).
Механические свойства
Механические свойства материалов имеют важное значение для строительных материалов и конструкций, работающих под нагрузкой. Ос- новными механическими свойствами являются:
· прочность;
· твердость;
· истираемость;
· упругость;
· пластичность;
· хрупкость;
· сопротивление удару, износ.
Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению от внутренних напряжений, возникающих в нем при воздействии внешних сил. В конструкциях строительные материалы при действии нагрузок ис- пытывают различные деформации и соответствующие им напряжения: сжатия, растяжения, изгиба, среза и др.
В зависимости от того, как материалы ведут себя под нагрузкой, все они подразделяются на:
· пластичные (углеродистые стали, алюминий, медь);
· хрупкие (бетон, природные камни, чугун и др.).
Различные материалы по-разному сопротивляются деформациям. Например, природные и искусственные камни (гранит, бетон, кирпич и т.д.) хорошо сопротивляются сжатию и значительно (в 5... 50 раз) хуже – растяжению, поэтому их следует применять в строительных конструкциях, работающих на сжатие (стены, колонны и др.). Другие материалы (древе- сина, сталь) одинаково хорошо сопротивляются сжатию и растяжению, хо- рошо работают на изгиб, поэтому их можно применять в конструкциях, работающих на изгиб (фермы, балки и др.).
Мерой прочности материалов является предел прочности.
Предел прочности –- максимальное напряжение, при котором про- исходит разрушение образца материала.
Предел прочности при сжатии R сж или предел прочности при рас- тяжении R р, МПа, равен отношению разрушающей нагрузки F к площади поперечного сечения образца А, подвергающегося испытанию, и вычисля- ется по формуле:
R сж (R р ) =F/A,
27
где F - разрушающая нагрузка, Н; А — площадь поперечного сече- ния образца, мм2.
Предел прочности при изгибе образца прямоугольного сечения при действии одной сосредоточенной силы, приложенной по середине образца, вычисляют по формуле:
R изг = 3 Fl / 2 bh 2
где, l - расстояние между опорами, мм; b и h – ширина и высота по- перечного сечения образца, мм.
Предел прочности материалов определяют при испытании стандартных образцов до разрушения в лабораториях на гидравлическом прессе или разрывных машинах. Для испытания материалов на сжатие об- разцы изготовляют в виде куба или цилиндра, на растяжение – в виде призмы или стержня или в виде восьмерки (для битума), на изгиб – в виде балочки (призмы), кирпича (в натуре) на двух опорах.
Прочность конструкционных строительных материалов характе- ризуется маркой (М), которая является важнейшим показателем его каче- ства.
Для каменных материалов марку определяют по пределу прочности при сжатии (в ряде случаев с учетом прочности при изгибе): 4, 7, 10, 15, 25,
35, 50, 75; 100, 125, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000. Например, марка
прочности материала М150 означает, что предел прочности при сжатии материала составляет 15...19,9 МПа.
В табл. 2 приведены пределы прочности при сжатии, изгибе и растя- жении некоторых строительных материалов.
Таблица 2 –Прочность некоторых строительных материалов
| Материалы | Предел прочности, МПа, при | ||
| сжатии | изгибе | растяжении | |
| Гранит | 150…250 | - | 3…5 |
| Тяжелый бетон | 10…50 | 2…8 | 1…4 |
| Керамический кир- пич | 7,5…30,0 | 1,8…4,4 | - |
| Сталь | 210…600 | - | 380…900 |
| Древесина | 30…65 | 70…120 | 55…150 |
| Стеклопластик | 90…150 | 130…250 | 60…120 |
Прочность материалов зависит от структуры, пористости, влажности, дефектов строения, длительности и характера приложения нагрузки, среды, температуры, состояния поверхности и других факторов.
Прочность при износе – способность материала сопротивляться раз- рушению при совместном действии истирания и удара. Эта способность
28
оценивается потерей в массе образца материала, выраженной в процентах. Показатель прочности определяется обычно при исследовании об- разца материала в барабане, куда вместе с образцом загружают стальные шары. Расчет ведется по формуле:
Rизн= G - G 1 ×100,
G 1
где Rизн — показатель прочности при износе, %; G — масса образца материала до испытания, г; G1 — масса образца после испытания, г;
G – G1— потеря в массе испытуемого материала, г.
Прочность при износе является одним из важнейших факторов, определяющих долговечность строительных материалов, предназначен- ных для устройства полов. Высокой прочностью при износе обладают гра- нит, стекло, керамика. Относительно высокую прочность имеет древесина. Меньшую прочность при износе проявляют полимерные материалы, по- этому их не рекомендуется применять при устройстве полов в по- мещениях с интенсивным движением.
Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела. Для определения твердости материа- лов в зависимости от вида и назначения существует несколько методов. Самый простой метод оценки твердости каменных материалов однородно- го строения – по шкале твердости. В эту шкалу входят 10 минералов с ус- ловным показателем твердости от 1 до 10; самый мягкий – тальк (1), самый твердый – алмаз (10). Показатель твердости испытуемого материала нахо- дят, последовательно царапая его входящими в шкалу твердости минера- лами. Для более точного определения твердости некоторых материалов (сталь, пластмассы) используют специальные приборы, на которых в по- верхность испытуемого образца с установленным усилием вдавливают твердый наконечник правильной геометрической формы – шарик, конус или пирамиду. Чем меньше отпечаток, оставляемый наконечником на по- верхности материала после снятия нагрузки, тем выше будет твердость ма- териала.
Характеристика твердости имеет важное значение при выборе отде- лочных материалов и материалов для покрытий полов, дорожных покры- тий, п
