Современные строительные материалы ВВЕДЕНИЕ В современном строительстве применяется

Современные строительные материалы ВВЕДЕНИЕ В современном строительстве применяется много новых: -Строительных материалов; -Технологий; -Оборудования. Изменились требования к строителям и архитекторам

№ 1

№ 2

№ 3

№ 4

№ 5

№ 6

№ 7

№ 8

ОСП Ориентированно-стружечная плита ( oriented strand board, OSB) МДФ (мелкодисперсная фракция) – это древесно-волокнистая плита средней плотности. № 9

№ 10

№ 11

№ 12

№ 13

I. Общие сведения о строительных материалах

Строительные материалы – совокупность различных материалов используемых при: строительстве, здания или сооружения в ремонте, реконструкции которые в процессе применения: транспортируются, дозируются, вылеживаются, пилятся, разрезаются, разламываются, подвергаются измельчению, помолу, рассеву, перемешиваются, укладываются, а так же могут подвергаться: вибрации, сушке, тепловлажностной обработке и т. д. (пример: глина, гипс, известь, цемент, гравий, песок, щебень, мел и т. д. )

§ 1. Общие сведения о строительных материалах. 1. 1. Классификация строительных материалов Материалы, применяемые в строительном производстве и архитектуре, подразделяются на отдельные группы по: 1. Происхождению 2. Строению 3. Составу 4. Области применения 5. Назначению 6. Особым свойствам

1. 1. 1. По происхождению Строительные материалы и изделия: Природные - естественные лесные, каменные плотные, пористые, рыхлые, горные породы, гравий, песок, глина и т. д. . Возведение различных элементов зданий (стен, перекрытий, покрытий, полов). Искусственные ВЯЖУЩИЕ — цемент, известь, ИСКУССТВЕННЫЕ КАМНИ — кирпич, блоки, растворы, бетоны, керамические изделия, ТЕПЛО И ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ материалы, краски, лаки и др. материалы на полимерной основе. Специальное назначение

1. 1. 2. -1. 1. 3. Строение и состав строительных материалов Свойства материала определяются его структурой. Структуру изучают на трех уровнях: Макроструктура Строение материала, видимое невооруженным глазом Микроструктура Внутреннее строение вещества (изучаемое на молекулярно-ионном уровне) Строение, видимое через микроскоп Физико-химические методы исследования — электронная микроскопия, термография, рентгеноструктурный анализ и др.

Макроструктура Макроструктуру твердых строительных материалов (кроме горных пород) делят на следующие группы: Искусственные конгломераты – бетоны Конгломератная различного вида, керамические и др. Ячеистая Мелкопористая Волокнистая Слоистая Рыхлозернистая (порошкообразная) Наличие макропор (газо- и пенобетоны, газосиликаты и др. ). Например, керамические материалы, получаемых в результате выгорания введенных органических веществ Древесина, минеральная вата и др. Листовые, плитные и рулонные м-лы Заполнители для бетонов, растворов, различного вида засыпка для теплозвукоизоляции и др

Микроструктура Кристаллическая Аморфная Эти формы – м. б. различным состоянием одного и того же вещества (например кварц и различные формы кремнезема). Амфорная форма вещества может перейти в более устойчивую кристаллическую Трепел* (амфорная форма диоксида кремнезема) с известью при затворении водой образует гидросиликат кальция (кристаллическая) при нормальной температуре 15. . . 25°С. Производство силикатного кирпича - химическое взаимодействие кварцевый песок <=> известь (автоклавная обработка сырца насыщенным водяным паром с температурой 175°С и давлением 0, 8 Мпа)

Тре пел* Рыхлая или слабо сцементированная, тонкопористая осадочная порода,

1. 1. 4 - 1. 1. 5. По применению, назначению Конструкционные материалы обеспечивают защиту от различных физических воздействий (климатических факторов, шума и др. ), прочность и долговечность зданий, сооружений. Эти материалы скрыты в «теле» конструкции, например, кирпич керамический обыкновенный, теплоизоляционный материал. §для несущих конструкций §для несущее-ограждающих конструкций §тепло и звукоизоляционные §кровельные §гидро и пароизоляционные §герметизирующие для светопрозрачных ограждений, окон, дверей §для инженерно-технического оборудования зданий §спец. назначения (жаростойкие, огнеупорные)

Конструкционно-отделочные материалы также обеспечивают определенную защиту, прочность, а их одна или несколько поверхностей, которые называют лицевыми, воспринимаются визуально в процессе эксплуатации. Например, кирпич керамический лицевой, линолеум. §для лицевых слоев огражд. конструкций типа сэндвич §для ограждения балконов и лоджии §для покрытия ковров и лестниц §для сборно-разборных, мобильных идр. перегородок §для подвесных (акустич. и др. потолков) §для станционного оборудования и мебели §для дорожных покрытий

Отделочные материалы, влияют на восприятие среды жизнедеятельности человека. Функция защиты им также присуща (даже обоям ), но основная функция - визуальное восприятие (одной или нескольких лицевых поверхностей) и непосредственное влияние на эстетический облик фасада, интерьера здания, сооружения. К таким материалам относятся, например, плитки керамические для фасада или внутренней облицовки стен, обои и др. §для наружных покрытий зданий и сооружений §для внутр. отделки зданий и сооружений §для специальных декоративных защитных покрытий (антикоррозионные, огнезащитные, и др. )

1. 2. Основные виды строительных материалов и изделий 1)Каменные природные и строительные материалы из них 2)Вяжущие материалы 3)Лесные материалы и 4)Металлические изделия Стройматериалы подбираются в зависимости: 1)От назначения 2)Условий строительства 3)Условий эксплуатации неорганические изделия из них зданий и сооружений

v. На строительные материалы, изготовляемые предприятиями, существуют Государственные стандарты — ГОСТ’ы и технические условия — ТУ. В ГОСТах: транспорт основные области сорта методы сырье ировка и сведения применения марки испытания хранение в «Строительных нормах и правилах» СНи. П’ах: Номенклатура и технические требования к строительным материалам, их качеству, указания по выбору и применению в зависимости от условий эксплуатации здания или сооружения Показатели свойств строительных материалов устанавливают лабораторными испытаниями образцов, отобранных в установленном порядке

1. 3. Свойства и качества Свойство – характеристика материала, проявляющаяся в процессе его обработки, применении или эксплуатации. Физические Механи- Химиче- Технолоческие гические Качество – совокупность свойств материала, обуславливающих его способность удовлетворять определённым требованиям в соответствии с его назначением. Для правильного применения того или иного материала в строительстве необходимо знать: физические, механические и др. свойства

Основные свойства строительных материалов • Химические. Способность материалов сопротивляться действию химически агрессивной среды, вызывающие разрушение материалов (изменение первоначальных свойств): растворимость, коррозионная стойкость, химическая активность, стойкость против гниения, твердение. • Физические: плотность, пористость, влажность, влагоотдача, теплопроводность. … • Механические: прочность, упругость, пластичность, жёсткость, твёрдость, хрупкость, сопротивление удару. • Технологические: удобоукладываемость, теплоустойчивость, плавление, скорость затвердевания и высыхания.

§ 2. Химические свойства материалов Характеризуют его способность вступать в реакцию с различными веществами. Например: вяжущих - с водой, или материалы противостоят воздействию агрессивных веществ из окружающей среды. 2. 1. Растворимость • Способность материала растворяться в том или ином растворителе. • Если материал под действием растворителя ухудшает свои свойства пли разрушается - отрицательный фактор. • Если используется как составная часть технологии при изготовлении мастик - положительный фактор.

2. 2. Коррозионная стойкость Способность материала сохранять свои свойства в условиях агрессивной среды (вода (пресная и морская), газы, растворы кислот, щелочей и солей, а также органические растворители). Кислотостойкость Способность сопротивляться действию кислот, не изменяя своих свойств. Соли сильных кислот (азотной, соляной), некоторые полимерные м-лы, спец керамические плитки. Щелочестойкость Способность противостоять действию щелочей, сохраняя свои свойства. Пигменты (охра, умбра и др. ) при устройстве мозаичных покрытий или полов типа брекчия. Газостойкость Способность материала не вступать в реакцию с газами окружающей среды Материалы для облицовки должны быть стойкими, в основном, к углекислому газу и сероводороду

• Коррозия — разрушение, которое вызывается химическими и электрохимическими процессами, при взаимодействии с внешней средой. • Коррозии подвергаются: металлы, каменные материалы, бетон, пластмассы, древесина. • Коррозия опасна изменениями: - не столько химическими, - сколько физико-механическими характеристик материалов. Из химических свойств для строителя главное : — коррозионная стойкость; - химическая активность (например, для материалов, используемых как связующее (цемент, синтетические смолы).

2. 3. Химическая активность вяжущих веществ (минеральных добавок) зависит от: Их состава и строения (т. е. от активности составляющих их молекул) От тонкости измельчения • Химические процессы протекают либо при непосредственном контакте веществ друг с другом (т. е. на их поверхности), либо при растворении веществ (с поверхности). • Чем больше поверхность вещества, тем активнее оно в химическом отношении. • Поверхность увеличивается при увеличении степени измельчения его частиц.

§ 3. Физические и химические свойства материалов Свойство 1)Плотность Особенность Средняя Насыпная Истинная Относительная 2)Пористость 3) Влажность 4)Водоотдача 5)Водопоглощение 6)Гигроскопичность Массовое Объемное Также: масса, водопроницаемость, морозостойкость, воздухо-, паро- и газопроницаемость, теплопроводность и теплоемкость, огнестойкость

3. 1. Плотность Средняя плотность ρ0— физическая величина, определяемая отношением массы m абсолютно сухого материала в естественном состоянии к его объему V, включая поры и пустоты. ρ0 =m/V, (г/см 3, кг/л, кг/м 3 ).

Истинная плотность ρ отношение массы материала m, к. его абсолютному объему (без пор и пустот) V (г/см 3, кг/л, кг/м 3). Насыпная плотность сыпучих материалов ρн массы m, единицы объёма Vн просушенного свободно насыпанного материала (г/см 3, кг/л, кг/м 3). Относительная плотность ρ(%) – степень заполнения объёма материала твёрдым веществом. (Отношение общего объёма твёрдого вещества V в материале ко всему объёму материала V 1 или средней плотности материала ρ0 к её истинной плотности ρ) или

Средняя плотность не является величиной постоянной. Изменяется в зависимости от пористости материала. Искусственные материалы получают с необходимой средней плотностью. Например, меняя пористость, получают бетон тяжелый со средней плотностью 1800. . . 2500 кг/м 3 или легкий -500. . . 1800 кг/м 3. 2. Пористость Степень заполнения объёма материала порами, пустотами, газо-воздушными включениями Для сыпучих: Для твёрдых материалов: Истинная плотность ρ Средняя плотность ρ0 Насыпная плотность ρн

q Плотность и пористость оказывают существенное влияние на такие свойства материалов, как: - водопоглощение, водопроницаемость, - морозостойкость, - прочность, - теплопроводность и др.

3. 3. Влажность W(%) Отношение массы воды в материале mв=m 1 -m к массе его в абсолютно сухом состоянии m: 3. 4. Влагоотдача Способность материала отдавать влагу окружающей среде. Характеризуется скоростью потери влаги материалом в сутки при относительной влажности воздуха 60 %

3. 5. Водопоглощение (В) Характеризует способность материала при соприкосновении с водой впитывать и удерживать её в своей массе. Массовое водопоглащение (%) – отношение массы поглощённой материалом воды mв к массе материала в абсолютно сухом состоянии m: Объёмное водопоглащение (%) – отношение объёма поглощённой материалом воды mв/ρв к его объёму в водонасыщенном состоянии. V 2:

• Водопоглощение материала в большинстве случаев меньше пористости, так как вода не проникает в замкнутые поры, а в пустотах не удерживается. • Например, пористость ракушечника составляет 40 -65%, а водопоглощение—только 20 -30 % по объему.

3. 6. Гигроскопичность • Свойство материалов отдавать и поглощать воду при повышении влажности окружающего воздуха. • Дерево и некоторые теплоизоляционные материалы могут поглощать большое количество воды. • При этом увеличивается их масса, снижается прочность, изменяются размеры. • Поэтому в некоторых случаях для деревянных конструкций приходится применять специальные защитные покрытия. • Большая гигроскопичность является отрицательным свойством материалов. Поведение капли воды на: -гидрофильной (а), -гидрофобной (б) поверхностях

3. 7. Водопроницаемость • Способность материала пропускать воду под давлением. • К водонепроницаемым материалам относятся особо плотные материалы (битум, стекло, сталь) и плотные материалы с замкнутыми мелкими порами (бетон специально подобранного состава и д. р. )

3. 8. Морозостойкость q. Способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать попеременно многократные замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения. q При этом прочность морозостойкого материала понижается незначительно. q Отсутствие необходимой морозостойкости вызывает разрушение материалов и конструкций. q Осенью материал насыщается водой, весной и зимой попеременно замерзает и оттаивает. При замерзании вода, расширяясь, оказывает давление на стенки пор материала и может разрушить их. q. По числу циклов замораживания и оттаивания строительные материалы делят на марки- F 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и более.

3. 9. Теплопроводность Вт/(м-К) или Вт/(м-°С) v. Количество теплоты, проходящей через материал толщиной 1 м, площадью 1 м 2 за 1 ч при разности температур по обе стороны материала в 1 °С. v Имеет большое значение при расчете ограждающих наружных конструкций зданий, как отапливаемых, так и искусственно охлаждаемых, например холодильниках. v. В этих случаях применяют материалы с возможно меньшим значением теплопроводности К.

3. 10. Теплоемкость Ø Способность материала поглощать теплоту при нагревании или отдавать ее при охлаждении. Ø Теплоемкость является мерой энергии, необходимой для повышения температуры материала. Ø Теплоемкость материала, отнесенная к единице его массы, называется удельной теплоемкостью с [Дж/(кг. К), Дж/(кг°С)]. Ø Теплоемкость материалов учитывают при расчете теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при расчете подогрева составляющих бетона и раствора для зимних работ. Ø Для стен и перекрытий отапливаемых зданий желательно применять материалы с возможно более высоким значением коэффициента теплоемкости.

§ 4. Механические свойства строительных материалов 4. 1. Прочность Свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних нагрузок. • Характеризуется пределом прочности (при сжатии, изгибе, растяжении). • Предел прочности при сжатии растяжении, МПа, вычисляют по формуле: R=P/F, где Р — разрушающая нагрузка, F — площадь поперечного сечения, мм 2 • Прочность строительных материалов характеризуется маркой или классом обычно

4. 1. Предел прочности (сжатия, растяжения, изгиба) При сжатии R Отношение разрушающей нагрузки Р(Н) к площади сечения образца F (см 2). Зависит от: размеров образца, скорости приложения нагрузки, формы образца, влажности. При растяжении Rр Отношение разрушающей нагрузки Р к первоначальной площади сечения образца F При изгибе Rи Определяют на специально изготовленных балочках.

4. 2. Упругость • Способность материала после деформирования под воздействием каких-либо нагрузок принимать первоначальную форму и размеры. • Наибольшее напряжение, при котором материал еще обладает упругостью - предел упругости. • К упругим материалам относят резину, сталь, древесину.

4. 3. Пластичность Свойство материала изменять под нагрузкой форму и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившиеся форму и размеры после удаления нагрузки. Это свойство противоположно упругости. К пластичным материалам относят битум, глиняное тесто и др.

4. 4. Жёсткость Свойство материала давать небольшие упругие деформации 4. 5. Хрупкость Под действием внешних сил мгновенно разрушаться без заметной пластичной деформации (кирпич, бетон, стекло и т. д. )

4. 6. Твёрдость Способность материала сопротивляться прониканию в него под постоянной нагрузкой более твердого тела (стального шарика) Важно при устройстве полов и дорожных покрытий • Твердость металлов, древесины и бетона определяют вдавливанием в них стального шарика(по Бринеллю) под определенной нагрузкой, по диаметру отпечатка измеряют твердость материала. Проба твердости по Бринеллю

Шкала твердости Мооса 1. Тальк или мел. Легко чертится ногтем. 2. Гипс или каменная соль. Чертится ногтем. 3. Кальцит или ангидрит. Легко чертится стальным ножом. 4. Плавиковый шпат. Чертится стальным ножом под небольшим нажимом. 5. Апатит (сталь). Чертится стальным ножом под большим нажимом. 6. Полевой шпат. Слегка царапает стекло, стальным ножом не чертится. 7. Кварц. Легко чертит стекло, стальным ножом не чертится. 8. Топаз. 9. Корунд. 10. Алмаз.

4. 7. Ударная прочность • Способность материала сопротивляться в условиях эксплуатации ударным нагрузкам. • Обычно конструкции подвергаются нагрузке, прилагаемой к материалу без удара (статической нагрузке). • В некоторых случаях материалы в конструкциях подвергаются и ударным воздействиям (динамической нагрузке), например в фундаментах кузнечных молотов, в полах, бункерах, дорожных покрытиях и др. • Пределом прочности материала при ударе называется количество работы, затраченной на разрушение стандартного образца.

4. 8. Истираемость • Способность материала изменяться в объеме и массе при действии истирающих усилий. • Имеет большое значение, например материалы для полов, лестниц, дорожные покрытия.

§ 5. Технологические свойства Способность материала к восприятию определенных технологических операций с целью изменения формы, размеров, характера поверхности, плотности, 5. 1. Наиболее технологичные материалы Бетон (раствор) Нетрудно отформовать. Во время изготовления изделие можно уплотнить (вибрированием, трамбованием), оштукатурить и загладить. Древесина Металлы Легко тесать, Обрабатывают в строгать, сверлить, холодном, нагретом распиливать, и расплавленном долбить, склеивать, состоянии. шлифовать, окрашивать, соединять на гвоздях, шурупах, винтах, нагелях.

• + Глина - можно отформовать изделия любой формы => сушки и обжига => не размокающий в воде керамический каменный материал (прочный и долговечный). • + Лакокрасочные материалы. Свойства: - степень перетертости красок (чем больше, тем легче наносить), время и степень высыхания материала, условная вязкость, розлив, адгезия покрытия с поверхностью, способность покрытий шлифоваться и полироваться. 5. 2. Удобоукладываемость Важнейшее технологическое свойство строительного раствора легко укладываться тонким и плотным слоем на пористое основание и не расслаиваться при транспортировании, перекачивании насосами и хранении.

5. 3. Теплоустойчивость • Теплоустойчивость стен и перекрытий отапливаемых зданий (с целью сохранения температуры в помещении без резких колебаний при изменении теплового режима) зависит от теплоемкости* материала *Теплоемкость — свойство поглощать при нагревании тепло. Количественно характеризуется удельной теплоемкостью c — удельная теплоёмкость, Q —тепло, полученное веществом при нагреве (выделившееся при охлаждении), m — масса, ΔT — разность конечной и [Дж/(кг °С)] начальной температур Удельная теплоемкость: стали - 460, каменных материалов — 755. . . 925; тяжелого бетона — 800. . . 900; лесных материалов — 2380. . . 2720.

5. 4. Плавление Огнеупорность — свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур не деформируясь и не расплавляясь По огнеупорности разделяют на: Огнеупорные Тугоплавкие Выдерживают воздействие Выдерживают температуры от 1580°С и температуру выше (продолжительно) 1350. . . 1580°С Легкоплавкие Огнеупорность ниже 1350°С гжельский кирпич керамический кирпич шамотный кирпич

НО! Огнестойкость — способность материала выдерживать действие высокой температуры без потери несущей способности (большого снижения прочности и значительных деформаций). Важно при пожарах! • По степени огнестойкости строительные материалы можно разделить на три группы: -несгораемые (бетон, кирпич, металл), -трудносгораемые (асфальт, фибролит), -сгораемые (дерево, рубероид, пластмассы, краски)

• К некоторым строительным материалам могут предъявляться специальные требования: -коррозионной стойкости, -химической стойкости, -паро- и газонепроницаемости и т. д. Наличие этих требований зависит от конструктивных особенностей зданий и сооружений

§ 6. Радиационная стойкость Свойство материала сохранять свою структуру и физикомеханические характеристики после воздействия ионизирующих излучений Развитие атомной энергетики + широкое использование источников ионизирующих излучений в народном хозяйстве ÞМожет произойти глубокое изменение структуры материала (Уровни радиации м. б. велики) Þ Необходимо оценить: -радиационную стойкость -защитные свойства материалов

Для защиты от нейтронного потока: Поток радиоактивного излучения при встрече с материалом может поглощаться в разной степени в зависимости от : - толщины ограждения, - вида излучения, - природы вещества защиты. • От γ-излучений — материалы с большой плотностью (свинец, особо тяжелый бетон) • Уменьшить интенсивность проникания нейтронного излучения через бетон можно путем введения в него специальных добавок (бора, кадмия, лития). • Применяют материалы, содержащие в большом количестве связанную воду;

Связанная вода Часть подземных вод, физически или химически удерживаемая твёрдым веществом горной породы. • Неподвижна или слабо подвижна. • Бывает в твёрдом веществе породы и в порах. • Удерживается за счёт электростатических сил. Содержится в тонкодисперсных, глинистых породах, характеризующихся очень мелкими порами и большой поверхностью частиц. гидратные бетоны, лимонитовая руда (водный оксид железа) и др.

Справочно • Гидратными - бетоны с большим содержанием связанной воды. • Носителями связанной воды в этих бетонах являются: -вяжущие (портландцемент, гипсоглиноземистый, глиноземистый и магнезиальный цементы), -заполнители (лимонит, гематит, серпентинит), -специальные добавки, содержащие легкие элементы (водород, литий, гелий, кадмий), -боросодержащие вещества. Лимонитовая руда

§ 7. Долговечность материала Способность сопротивляться комплексному действию атмосферных и других факторов в условиях эксплуатации. Ф А К Т О Р Изменение температуры и влажности Действие различных газов, находящихся в воздухе Действие растворов солей, находящихся в воде Совместное действие воды и мороза Солнечные лучи Потеря материалом свойств может происходить в результате: -образования трещин, -обменных реакций с веществами внешней среды, -изменения состояний вещества (кристаллической решетки, перехода из аморфного в кристаллическое состояние…).