Раздел 2.
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Физико-механические свойства строительных материалов
Механические свойства
Прочность—способность материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузки или других факторов. Если нагрузка превысит определенный предел, конструкция может разрушиться.
Упругость - способность материала деформироваться и восстанавливать первоначальные форму и объем.
Хрупкость - свойство материала разрушаться внезапно под действием сил, без деформации.
Пластичность - способность материала под действием усилий изменять размеры и форму без образования трещин и. сохранять их после снятия нагрузки.
Твердость - способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела.
Истираемость - способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий.
Сопротивлением удару называется способность материала противостоять ударным воздействиям.
Физические свойства
Объемная масса (средняя плотность) - величина, измеряемая отношением массы вещества к единице его объема в естественном состоянии (кг/м3, т/ м3), т. е. с имеющимися в нем порами и пустотами. Чем плотнее материал, тем меньше в нем пустот и пор, тем больше его объемная масса. От объемной массы материала зависят масса конструкций, теплоизоляционные качества и прочность.
Объемная масса некоторых материалов
Наименование материала Масса 1 м3 (кг)
Железобетон 2500
Бетон на гравии или щебне из природного камня 2400
Газо- и пенобетон газо- и пеносиликат 300-1000
Растворы известково-песчаные на обычном песке 1600-1800
Растворы легкие 1200-1600
Цемент 1100-1300
Песок сухой 1600
Мокрый песок 1900
Щебень известняковый 1400
Щебень гранитный 1800
Глина 1500
Известняк 1400-2000
Гранит, мрамор 2800
Сосна 500
Сталь 7850
Кирпич глиняный 1600-1800
Стекло 2500
Фанера 600
Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные 200-1000
Плиты минераловатные 50-350
Плиты из стекловолокна 50
Пенополистирол 40-150
Пенопласт ПХВ 100-125
Пенополиуретан 40-80
Пеностекло или газо-стекло 200-400
Рубероид 600
Линолеум 1600-1800
Пористость - степень содержания в материале пор.
Водопроницаемость - способность материала пропускать воду под давлением и определяется количеством воды, прошедшей за 1 час через 1 см2 поверхности материала при заданном давлении.
Водопоглощение - способность материала впитывать и одерживать в себе воду, выражается в процентах, определяется по разности весов насыщенного водой и абсолютно сухого материала.
Влажность - весовое содержание воды в материале, %;
Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения прочности.
Газопроницаемость - способность материала пропускать через свою толщу газ (воздух).
Теплопроводность - способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Чем меньше теплопроводность, тем лучше теплозащитные качества материала.
Огнестойкость - способность материала выдерживать действие высоких температур и воды (при пожарах) без потери прочности. Предел огнестойкости конструкций из различных материалов оценивается по времени (в ч.), которое выдерживает конструкция до потери прочности или устойчивости.
По огнестойкости все материалы делятся на три группы:
Несгораемые - не горят, не тлеют, не обугливаются (бетон, кирпич);
трудносгораемые - горение и тление которых прекращается после удаления источника огня, (фибролит);
сгораемые - которые горят и тлеют после удаления источника огня (дерево).
Огнеупорность - способность материала противостоять длительному воздействию высоких температур не деформируясь.
Химические свойства
Химическая стойкость - способность материала противостоять действию кислот, солей, растворенных в воде, щелочей и газов.
Технологические свойства
Технологические свойства характеризуют отношение материала к технологическим процессам - уплотнению, формованию, перемешиванию, распиловке, гнутью.
Природные каменные материалы
Природные каменные материалы получают из горных пород. Они обладают высокой прочностью, атмосферостойкостью и красивой окраской.
Все горные породы делятся на три основные группы: первичные, вторичные и метаморфические.
Первичные (изверженные) горные породы образовались путем остывания на поверхности земли или в недрах земной коры расплавленной магмы. Глубинные - гранит, габбро; излившиеся - диабазы, базальты; обломочные рыхлые - вулканические пеплы, песок, пемза; цементированные - вулканические туфы, трасы, туфовая лава.
Глубинные материалы имеют плотную структуру, большую объемную массу, высокую механическую прочность и теплопроводность. Такие материалы применяют для приготовления щебня, кладки фундаментов зданий, облицовки стен и пола.
Вторичные горные породы образовались в результате воздействия на первичные породы воды, переменной температуры, газов (обломочные и рыхлые породы), а также в результате осаждения на дне водоемов раковин и панцирей простейших организмов (осадочные породы).
К вторичным породам относятся ангидрит, магнезит, известяк - ракушечник, гипс.
Известняки применяют как сырье для изготовления вяжущих, а также в качестве стенового и облицовочного материала.
Метаморфические горные породы (кварциты, сланцы,мрамор,) получились в результате воздействия на них различных внешних факторов (высокой температуры и давления). Например, мрамор является известняком, получившим вследствие давления и высокой температуры кристаллическое плотное строение.
Метаморфические породы используют для облицовки стен зданий, настилки полов.
Все природные каменные материалы разделяются на рваный камень (неправильной формы), штучный камень (блоки) и плиты.
Область применения природного камня разнообразна. Рваный камень - бут (камень с кусками массой 20 - 40 кг) используется для кладки фундаментов, стен подвалов, подпорных стенок, переработки на щебень.
Штучный камень - из твердых пород, применяется для наружной и внутренней отделки зданий, для возведения инженерных сооружений, устройства полов, дорог и т. п.
Отходы от переработки камня в виде щебня и гравия применяются как крупный заполнитель в бетонных, железобетонных конструкциях и изделиях. Камни легких пород применяются для кладки стен, перегородок и устройства перекрытий. Особо легкие применяются как теплоизоляционные материалы. Некоторые горные породы камней используются в качестве сырья для изготовления вяжущих веществ (цемента, извести, гипса). Отдельные массивы горных пород подвергают обработке (сколке, отеске и распиловке), таким образом получают материал в виде тесаных и пиленых плит, которые используются для облицовки стен, полов.
Лесные строительные материалы
Лесные материалы подразделяются на круглый лес, пиломатериалы и фанеру.
Путем продольной распиловки бревен получают доски, пластины, четвертины, горбыль, бруски и брусья (рис. 1).
Рис. 1. Пиломатериалы:
а) пластина; б) двухкантный брус; в) четвертина; г) горбыль; д) четырехкантный брус; е) бруски; ж) обрезная доска; з) необрезная доска; и) обзольная доска.
По форме обработки кромок различают доски необрезные с необработанной кромкой, обрезные и шпунтованные, имеющие с одной стороны кромку в виде гребня, а с другой - в виде паза.
Из древесины изготовляют оконные переплеты, подоконники, дверные полотна, коробки к окнам и дверям, наличники, плинтуса и даже готовые дома.
Древесину твердых пород (дуб, бук и т.д.) широко используют для производства материалов для покрытия полов (штучный паркет, паркетная доска).
Для того, чтобы изделия из дерева были долговечны, пиломатериалы сушат в специальных камерах или на открытых площадках, или обрабатывают антисептиками (защита от гниения) и антипиренами (защита от возгорания).
Вяжущие вещества.
Вяжущие материалы разделяются на минеральные (неорганические) и органические.
Минеральные (неорганические) вяжущие вещества - порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой образуют пластичную массу (тесто), которое со временем твердеет и переходит в каменное состояние.
Минеральные вяжущие материалы наиболее распространены в строительстве. Они используются при кладке стен, для приготовления бетонов и возведения бетонных и железобетонных сооружений, для приготовления растворов, для устройства стяжки полов и т. д.
Вяжущие вещества получают путем обжига в печах из природных каменных материалов (гипса, ангидрида, доломита, магнезита, известняков). Куски, полученные после обжига, путем помола превращают в порошок. Чем меньше размер зерен после помола (тонкость помола), тем выше активность вяжущего. Процесс твердения вяжущих включает процессы схватывания и твердения. Срок схватывания отсчитывают от момента затворения вяжущего водой до потери подвижности теста.
Все минеральные вяжущие вещества подразделяются на две группы: воздушные и гидравлические. Вяжущие, твердеющие на воздухе, называются воздушными, в воде - гидравлическими.
Воздушные вяжущие - воздушная известь, строительный гипс.Известь поступает на строительство негашеной (кипелка). При гашении извести водой, она превращается в тонкий белый порошок - пушонку. При затворении пушонки водой получается известковое тесто, которое используют для приготовления кладочных и штукатурных растворов.
Строительный гипс получают путем обжига природного гипса с последующим размолом в тонкий порошок. При смешивании гипса с водой образуется гипсовое тесто, которое постепенно густеет и переходит в камневидное состояние. При воздействии влаги прочность затвердевшего гипса значительно снижается, поэтому его применяют для штукатурки внутренних стен, изготовления перегородок, архитектурных деталей.
Гидравлические вяжущие - цементы классифицируют по виду клинкера и вещественному составу; прочности при твердении (маркам); скорости твердения; срокам схватывания; специальным свойствам.
Классификация цементов по виду клинкера и вещественному составу.
1. Цементы на основе портландцементного клинкера (портландцемент без минеральных добавок; портландцемент с добавками (с активными минеральными добавками не более 20 %); шлакопортландцемент (с добавками гранулированного шлака более 20%); пуццолановый портландцемент (с активными минеральными добавками свыше 20 %).
2. Цементы на основе глиноземистого цементного клинкера (глиноземистый цемент с содержанием Al2O3 более 30 и менее 60 %; высокоглиноземистый цемент с содержанием Аl2О3 60 % и более; гипсоглиноземистый цемент).
Классификация цементов по прочности при твердении.
1. В зависимости от прочности цементы подразделяются на марки:
500 и более - высокопрочные; 300 и 400 - рядовые; менее 300 - низкомарочные.
По скорости твердения цементы делятся на нормально и медленнотвердеющие, быстротвердеющие и особобыстротвердеющие.
По срокам схватывания цементы делятся на медленносхватывающиеся, нормальносхватывающиеся и быстросхватывающиеся.
По объемной деформации при твердении – безусадочные; расширяющиеся; напрягающие.
По декоративным свойствам): цветные и белые.
Цементы используются для приготовления растворов и бетонов. В строительстве чаще применяют портландцемент. Его получают путем обжига смеси известняков и глин. После обжига производят помол спекшейся смеси - клинкера в тонкий порошок. Порошок, затворенный водой, превращается в тесто, схватывается и начинает твердеть. В течение первых трех дней твердение идет быстро, затем замедляется.
КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ.
Материалы, полученные из глины с добавками или без них путем формования, просушки и последующего обжига, называются керамикой.
К ним относятся: кирпич глиняный, обыкновенный, пористый и пустотелый, керамические стеновые блоки, кровельная черепица и т. д. Кирпич и камни предназначаются для кладки и одновременной облицовки наружных и внутренних стен зданий и сооружений.
После обжига кирпич имеет красный цвет, поэтому его часто называют красным..
В РФ выпускаются кирпич обыкновенный (250*120*65 мм), утолщенный (толщиной 88 мм) и модульный (размером 288*138*63 мм); керамические камни обычные. (250*120* 128 мм), укрупненные (шириной 250 мм), модульные (288 * 138*138 мм), а также камни с горизонтальным расположением пустот (250*250* 120 мм). Камень массой не более 4,4 кг называют «одноручным», а массой до 13 - 16 кг - «двуручным» в зависимости от того, одной или двумя руками его может укладывать каменщик. Объемная масса обыкновенного глиняного кирпича – 1700 - 1900 кг/м3.
По прочности глиняный кирпич и камни подразделяются на марки: 300, 250, 200, 150, 125, 100 и 75.
По морозостойкости кирпич и камни подразделяют на марки: Мрз 25; Мрз 35 и Мрз 50.
По виду лицевой поверхности кирпич и камни подразделяются: с гладкой лицевой поверхностью; с рельефной лицевой поверхностью; с офактуренной лицевой поверхностью.
В строительстве применяют также силикатный (белый) кирпич. Его изготовляют из смеси кварцевого песка с воздушной известью. По своим показателям силикатный кирпич хуже, чем глиняный, поэтому его не применяют в стенах подземной части здания и некоторых других ответственных конструкциях.
Силикатные кирпич и камни, изготавливаются способом прессования увлажненной смеси из кремнеземистых материалов и извести или других известесодержащих вяжущих с последующим твердением под действием насыщенного пара в автоклаве.