Свойства строительных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Строительные материалы являются главным элементом при осуществлении строительно-монтажных работ, так как без строительных материалов мы бы не смогли построить ни одного дома. Сегодня с развитием технического и технологического прогресса производство материалов для строительства растет достаточно высокими темпами, которые даже опережают темп роста объема строительных и монтажных работ. Для производства материалов, для строительства существует нескончаемая сырьевая база. Только из нерудного сырья на сегодняшний день производят большое количество высококачественных строительных материалов.

Отрасль производства стройматериалов уверенно движется вперед в направлении обеспечения строительных нужд различных регионов страны. Капитальное строительство жилых зданий является одной из главных отраслей промышленности. Огромные масштабы капитального строительства требуют все нового внедрения современных проектных решений, которые в свою очередь требуют совершенствования материально-технической базы для производства новейших строительных материалов. Увеличивающиеся требования к качеству строительных материалов также стимулируют рост и ужесточение стандартов при изготовлении данного вида продукции.

1. Общие сведения о строительных материалах, их основные свойства и классификация

К строительным товарам относятся различные материалы и изделия, применяемые для сооружения оборудования и ремонта жилых и других строений и помещений.

В зависимости от назначения, условий строительства и эксплуатации зданий и сооружений подбираются соответствующие строительные материалы, которые обладают определёнными качествами и защитными свойствами от воздействия на них различной внешней среды. Учитывая эти особенности, любой строительный материал должен обладать определёнными строительно-техническими свойствами.

Классифицируя материалы и изделия, необходимо помнить, что они должны обладать хорошими свойствами и качествами.

Свойство - характеристика материала, проявляющаяся в процессе его обработки, применении или эксплуатации.

Качество - совокупность свойств материала, обуславливающих его способность удовлетворять определённым требованиям в соответствии с его назначением.

Свойства строительных материалов и изделий классифицируют на четыре основные группы:

1. Физические (средняя, насыпная, истинная и относительная плотность, пористость, влажность, влагоотдача, теплопроводность).

2. Химические (способность материалов сопротивляться действию химически агрессивной среды, вызывающие в них обменные реакции, приводящие к разрушению материалов, изменению своих первоначальных свойств: растворимость, коррозионная стойкость, стойкость против гниения, твердение).

3. Механические (пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, сдвиге, упругость, пластичность, жёсткость, твёрдость).

4. Технологические (удобноукладываемость, теплоустойчивость, плавление, скорость затвердевания и высыхания).

5. Теплофизические (теплопроводность, теплоемкость, огнеупорность, огнестойкость, линейное температурное расширение).

Классификация строительных товаров.

Строительные материалы и изделия, применяемые при строительстве, реконструкции и ремонте различных зданий и сооружений, по происхождению делятся на:

природные

искусственные

Они в свою очередь подразделяются на две основные категории.

Первая категория - кирпич, бетон, цемент, лесоматериалы и др.

Их применяют при возведении различных элементов зданий (стен, перекрытий, покрытий, полов).

Вторая категория (специального назначения) - гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические и др.

По виду исходного сырья подразделяются на:

каменные природные строительные материалы и изделия из них (в качестве наполнителей в бетоны используется щебень; для фундаментов - бут, гранит; для отделочных - туф, мрамор и др.);

вяжущие материалы неорганические и органические;

материалы и изделия из древесины (круглый лес, пиломатериал, полуфабрикаты и готовые изделия);

материалы на основе металлов (конструкционные, кровельные и др.);

материалы и изделия из керамики (стеновые, облицовочные, кровельные и др.);

материалы и изделия из стекла (листовое, оконное, специальное стекла и др.);

*материалы и изделия на основе волокнистых веществ, бумаги, и полимеров (отделочные материалы - обои, линкруст, линолеум, рубероид и др.).

По назначению подразделяются на:

вяжущие вещества;

материалы для стен и перегородок;

кровельные материалы;

облицовочные и отделочные материалы;

тепло - и звукоизоляционные материалы;

материалы для полов;

материалы для остекленения;

санитарно-техническое оборудование.

Классификация строительных материалов

Строительные материалы и изделия классифицируют по степени готовности, происхождению, назначению и технологическому признаку.

По степени готовности различают собственно строительные материалы и строительные изделия - готовые изделия и элементы, монтируемые и закрепляемые на месте работы. К строительным материалам относятся древесина, металлы, цемент, бетон, кирпич, песок, строительные растворы для каменных кладок и различных штукатурок, лакокрасочные материалы, природные камни и т. д.

Строительными изделиями являются сборные железобетонные панели и конструкции, оконные и дверные блоки, санитарно-технические изделия и кабины и др. В отличие от изделий строительные материалы перед применением подвергают обработке - смешивают с водой, уплотняют, распиливают, тешут и т. д.

По происхождению строительные материалы подразделяют на природные и искусственные.

Природные материалы - это древесина, горные породы (природные камни), торф, природные битумы и асфальты и др. Эти материалы получают из природного сырья путем несложной обработки без изменения их первоначального строения и химического состава.

К искусственным материалам относят кирпич, цемент, железобетон, стекло и др. Их получают из природного и искусственного сырья, побочных продуктов промышленности и сельского хозяйства с применением специальных технологий. Искусственные материалы отличаются от исходного сырья как по строению, так и по химическому составу, что обусловлено коренной переработкой его в заводских условиях.

Наибольшее распространение получили классификации материалов по назначению и технологическому признаку.

По назначению материалы подразделяют на следующие группы:

конструкционные материалы - материалы которые воспринимают и передают на грузки в строительных конструкциях;

теплоизоляционные материалы, основное назначение которых -- свести до минимума перенос теплоты через строительную конструкцию и тем самым обеспечить необходимый тепловой режим в помещении при минимальных затратах энергии;

акустические материалы (звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы) - для снижения уровня «шумового загрязнения» помещения;

гидроизоляционные и кровельные материалы - для создания водонепроницаемых слоев на кровлях, подземных сооружениях и других конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров;

герметизирующие материалы - для заделки стыков в сборных конструкциях;

отделочные материалы - для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты конструкционных, теплоизоляционных и других материалов от внешних воздействий;

материалы специального назначения (например огнеупорные или кислотоупорные), применяемые при возведении специальных сооружений.

Ряд материалов (например цемент, известь, древесина) нельзя отнести к какой-либо одной группе, так как их используют и в чистом виде, и как сырье для получения других строительных материалов и изделий. Это так называемые материалы общего назначения. Трудность классификации строительных материалов по назначению состоит в том, что одни и те же материалы могут быть отнесены к разным группам. Например, бетон в основном применяют как конструкционный материал, но некоторые его виды имеют совсем иное назначение: особа легкие бетоны являются теплоизоляционным материалом; особо тяжелые бетоны - материалом специального назначения, который используют для защиты от радиоактивного излучения.

По технологическому признаку материалы подразделяют, учитывая вид сырья, из которого получают материал, и вид его изготовления, на следующие группы:

Природные каменные материалы и изделия - получают из горных пород путем их обработки: стеновые блоки и камни, облицовочные плиты, детали архитектурного назначения, бутовый камень для фундаментов, щебень, гравий, песок и др.

Керамические материалы и изделия - получают из глины с добавками путем формования, сушки и обжига: кирпич, керамические блоки и камни, черепица, трубы, изделия из фаянса и фарфора, плитки облицовочные и для настилки полов, керамзит (искусственный гравий для легких бетонов) и др.

Стекло и другие материалы и изделия из минеральных расплавов - оконное и облицовочное стекло, стеклоблоки, стекло профилит (для ограждений), плитки, трубы, изделия из ситаллов и шлакоситаллов, каменное литье.

Неорганические вяжущие вещества - минеральные материалы, преимущественно порошкообразные, образующие при смешивании с водой пластичное тело, со временем приобретающее камневидное состояние: цементы различных видов, известь, гипсовые вяжущие и др.

Бетоны - искусственные каменные материалы, получаемые из смеси вяжущего, воды, мелкого и крупного заполнителей. Бетон со стальной арматурой называют железобетоном, он хорошо сопротивляется не только сжатию, но и изгибу и растяжению.

Строительные растворы -- искусственные каменные материалы, состоящие из вяжущего, воды и мелкого заполнителя, которые со временем переходят из тестообразного в камневидное состояние.

Искусственные необжиговые каменные материалы - получают на основе неорганических вяжущих и различных заполнителей: силикатный кирпич, гипсовые и гипсобетонные изделия, асбестоцементные изделия и конструкции, силикатные бетоны.

Органические вяжущие вещества и материалы на их основе -- битумные и дегтевые вяжущие, кровельные и гидроизоляционные материалы: рубероид, пергамин, изол, бризол, гидроизол, толь, приклеивающие мастики, асфальтовые бетоны и растворы.

Полимерные материалы и изделия - группа материалов, получаемых на основе синтетических полимеров (термопластических нетермореактнвных смол): линолеумы, релин, синтетические ковровые материалы, плитки, древеснослоистые пластики, стеклопластики, пенопласты, поропласты, сотопласты и др.

Древесные материалы и изделия - получают в результате механической обработки древесины: круглый лес, пиломатериалы, заготовки для различных столярных изделий, паркет, фанера, плинтусы, поручни, дверные и оконные блоки, клееные конструкции.

Металлические материалы - наиболее широко применяемые в строительстве черные металлы (сталь и чугун), стальной прокат (двутавры, швеллеры, уголки), сплавы металлов, особенно алюминиевые.

Физические свойства строительных материалов

Плотность материала бывает средней и истинной.

Среднюю плотность сыпучих материалов -- щебня, гравия, песка, цемента и др. -- называют насыпной плотностью. В объем входят поры непосредственно в материале и пустоты между зернами.

Относительная плотность d - отношение средней плотности материала к плотности стандартного вещества. За стандартное вещество принята вода при температуре 4°С, имеющая плотность 1000 кг/м3. Относительная плотность (безразмерная величина) определяется по формуле:

У неорганических материалов, природных и искусственных камней, состоящих в основном из оксидов кремния, алюминия и кальция, истинная плотность находится в пределах 2400-3100 кг/м3, у органических материалов, состоящих в основном из углерода, кислорода и водорода, она составляет 800-1400 кг/м³, у древесины - 1550 кг/м³. Истинная плотность металлов колеблется в широком диапазоне: алюминия - 2700 кг/м³, стали - 7850, свинца - 11300 кг/м³.

Для строительных материалов П колеблется от 0 до 90%.

Для сыпучих материалов определяется пустотность (межзерновая пористость).

По величине пор материалы разделяют на мелкопористые, у которых размеры пор измеряются в сотых и тысячных долях миллиметра, и крупнопористые (размеры пор -- от десятых долей миллиметра до 1~2 мм).

Гидрофизические свойства строительных материалов

Гигроскопичность - свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из влажного воздуха. Поглощение влаги из воздуха объясняется адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией. Этот процесс, называемый сорбцией, обратимый. Волокнистые материалы со значительной пористостью, например теплоизоляционные и стеновые, обладают развитой внутренней поверхностью пор и поэтому высокой сорбционной способностью.

Водопоглощение - способность материала поглощать и удерживать воду. Водопоглощение характеризует в основном открытую пористость, так как вода не проходит в закрытые поры.

Степень снижения прочности материала при предельном его водонасыщении называется водостойкостью. Водостойкость численно характеризуется коэффициентом размягчения К_разм, который характеризует степень снижения прочности в результате его насыщения водой.

Влажность - это степень содержания влаги в материале. Зависит от влажности окружающей среды, свойств и структуры самого материала.

Водопроницаемость - способность материала пропускать воду под давлением. Она характеризуется коэффициентом фильтрации К_ф, м/ч, который равен количеству воды Vв в м³, проходящей через материал площадью S = 1 м², толщиной а = 1 м за время t = 1 ч, при разности гидростатического давления P1 - Р2 = 1 м водного столба:

Обратной характеристикой водопроницаемости является водонепроницаемость - способность материала не пропускать воду под давлением.

Паропроницаемость - способность материалов пропускать водяной пар через свою толщину. Она характеризуется коэффициентом паропроницаемости м, г/(мхчхПа), который равен количеству водяного пара V в м³, проходящего через материал толщиною а = 1м, площадью S = 1 мІ за время t = 1 ч, при разности парциальных давлений Р₁ - Р₂ = 133,3 Па.

Морозостойкость - способность материала в водонасыщенном состоянии не разрушаться при многократном попеременном замораживании и оттаивании.

Разрушение происходит из-за того, что объем воды при переходе в лед увеличивается на 9%. Давление льда на стенки пор вызывает растягивающие усилия в материале.

Теплофизические свойства строительных материалов

Теплопроводность - способность материалов проводить тепло. Теплопередача происходит в результате перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал. Теплопроводность зависит от коэффициента теплопроводности л, Вт/(мx°С), который равен количеству тепла Q, Дж, проходящего через материал толщиной d = 1 м, площадью S = 1 м2 за время t = 1 ч, при разности температур между поверхностями t2- t1 = 1 °С:

При известной средней плотности, пользуясь нижеприведенной формулой, можно ориентировочно вычислить коэффициент теплопроводности л, Вт/(мх°С), материала в воздушно-сухом состоянии:

Значительно возрастает теплопроводность материалов с увлажнением. Это объясняется тем, что коэффициент теплопроводности воды составляет 0,58 Вт/(мх°С), а воздуха 0,023 Вт/(мх°С), т.е. превышает его в 25 раз.

Теплоемкость - способность материалов поглощать тепло при нагревании. Она характеризуется удельной теплоемкостью с, Дж/(кгх°С), которая равна количеству тепла Q, Дж, затраченному на нагревание материала массой m = 1 кг, чтобы повысить его температуру на t₂-t₁ = 1°С:

Огнестойкость - способность материала выдерживать без разрушений одновременное действие высоких температур и воды. Пределом огнестойкости конструкции называется время в часах от начала огневого испытания до появления одного из следующих признаков: сквозных трещин, обрушения, повышения температуры на необогреваемой поверхности. По огнестойкости строительные материалы делятся на три группы: несгораемые, трудносгораемые, сгораемые. Несгораемые материалы под действием высокой температуры или огня не тлеют и не обугливаются; трудносгораемые материалы с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но происходит это только при наличии огня; сгораемые материалы воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня.

Огнеупорность - способность материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. По степени огнеупорности материалы подразделяются на огнеупорные, которые выдерживают действие температур от 1580 °С и выше; тугоплавкие, которые выдерживают температуру 1360... 1580°C; легкоплавкие, выдерживающие температуру ниже 1350 °С.

Механические свойства строительных материалов. К основным механическим свойствам материалов относят прочность, упругость, пластичность, релаксацию, хрупкость, твердость, истираемость и др.

Прочность - способность материалов сопротивляться разрушению и деформациям от внутренних напряжений, возникающих в результате воздействия внешних сил или других факторов, таких как неравномерная осадка, нагревание и т. п. Оценивается она пределам прочности. Так называют напряжение, возникающее в материале от действия нагрузок, вызывающих его разрушение.

Различают пределы прочности материалов при сжатии, растяжении, изгибе, срезе и пр. Предел прочности при сжатии и растяжении R_СЖ(Р), МПа, вычисляется как отношение нагрузки, разрушающей материал Р, Н, к площади поперечного сечения F, мм²:

Важной характеристикой материалов является коэффициент конструктивного качества. Это условная величина, которая равна отношению предела прочности материала R, МПа, к его относительной плотности:

к.к.к. = R/d

Упругость - способность материалов под воздействием нагрузок изменять форму и размеры и восстанавливать их после прекращения действия нагрузок.

Упругость оценивается пределом упругости буп, МПа, который равен отношению наибольшей нагрузки, не вызывающей остаточных деформаций материала, P_УП, Н, к площади первоначального поперечного сечения F₀, мм2:

б_УП = Р_УП/F₀

Пластичность - способность материалов изменять свою форму и размеры под воздействием нагрузок и сохранять их после снятия нагрузок. Пластичность характеризуется относительным удлинением или сужением.

Разрушение материалов может быть хрупким или пластичным. При хрупком разрушении пластические деформации незначительны.

Релаксация - способность материалов к самопроизвольному снижению напряжений при постоянном воздействии внешних сил. Это происходит в результате межмолекулярных перемещений в материале.

Твердость - способность материала оказывать сопротивление проникновению в него более твердого материала.

Для разных материалов она определяется по разным методикам. Так, при испытании природных каменных материалов пользуются шкалой Мооса, составленной из 10 минералов, расположенных в ряд, с условным показателем твердости от 1 до 10, когда более твердый материал, имеющий более высокий порядковый номер, царапает предыдущий. Минералы расположены в следующем порядке: тальк или мел, гипс или каменная соль, кальцит или ангидрит, плавиковый шпат, апатит, полевой шпат, кварцит, топаз, корунд, алмаз.

Твердость металлов, бетона, древесины, пластмасс оценивают вдавливанием в них стального шарика, алмазного конуса или пирамиды.

Твердость материала не всегда соответствует прочности. Так, древесина имеет прочность, одинаковую с бетоном, но значительно меньшую твердость.

Истираемость - способность материалов разрушаться под действием истирающих усилий. Истираемость И в г/см² вычисляется как отношение потери массы образцом m₁-m₂ в г от воздействия истирающих усилий к площади истирания F в см2;

И = (m₁ - m₂) / Р.

Определяется И путем испытания образцов на круге истирания или в полочном барабане.

Износ - свойство материала сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов. Износ материала зависит от его структуры, состава, твердости, прочности, истираемости.

Хрупкость - свойство материала внезапно разрушаться под воздействием нагрузки, без предварительного заметного изменения формы и размеров. Хрупкому материалу, в отличие от пластичного, нельзя придать при прессовании желаемую форму, так как такой материал под нагрузкой дробится на части, рассыпается. Хрупки камни, стекло, чугун и др.

Все строительные материалы могут быть разделены на 2 обширных класса: естественные и искусственные. Группа древесных материалов, благодаря науке и технике, уже не могут быть однозначно и полностью названы природными материалами. Сегодня древесные материалы это, как правило не просто механически обработанная натуральная древесина, а древесина, подвергнутая сложной технологической (химической, термической, физико-механической) обработке, это нередко композиционные материалы, в которых натуральная древесина - лишь один из основных ингредиентов смеси или слоистой конструкции. Такие древесные материалы обладают по сравнению с натуральной древесиной значительно улучшенными эксплуатационными свойствами: повышенной прочностью, огнестойкостью, стойкостью к гниению, при необходимости менее анизотропны и т.д. В зависимости от способа изготовления древесные материалы подразделяют на древесину прессованную, пропитанную, слоистую клееную, древесные пластики и плиты (ДСП и ДВП).

Материалы из древесины, сохранившие ее природную физическую структуру и химический состав, называют лесоматериалами. Их подразделяют на необработанные и обработанные.

Необработанные лесоматериалы представляют собой продукцию лесозаготовительной промышленности, получаемую из спиленных деревьев путем очистки от ветвей и разделения поперек ствола на части требуемой длины. Поскольку поперечное сечение этих материалов имеет форму, близкую к кругу, их называют круглыми.

Круглые лесоматериалы в строительстве применяют весьма ограниченно, а используют, в основном, как сырье для лесопильной, фанерной, целлюлозно-бумажной, лесохимической и других отраслей промышленности. Материалы, выработанные из круглого леса и сохранившие природную структуру и свойства древесины, относят к группе обработанных лесоматериалов.

Из хвойных пород в строительстве наиболее широко применяют лиственницу, сосну, ель; из лиственных - дуб, березу, бук, осину, липу. Лиственные породы особенно многочисленны и разнообразны по свойствам. Наиболее распространенные хвойные породы по сравнению с лиственными имеют древесину лучшего качества, хорошую прямизну и длину ствола. Их используют в строительстве гораздо больше, чем лиственные породы.

Во всяком дереве различают следующие основные части: крону (ветви с листьями), ствол и корни. Каждая из них выполняет определенные функции, необходимые для жизни дерева. Главную часть дерева и его основную массу (50-90% от объема) составляет ствол, являющийся основным сырьем для производства всех видов древесных строительных материалов. Изучая разрезы ствола дерева по трем направлениям - поперечному, проходящему перпендикулярно оси ствола; радиальному, проходящему вдоль ствола через его ось; тангенциальному, проходящему вдоль ствола по хорде поперечного сечения, - можно получить достаточно полное знакомство с макроструктурой древесины, хорошо видимой при небольшом увеличении или даже невооруженным глазом.

Неправильное строение древесины (наряду с повреждениями и заболеваниями) относят к порокам, снижающим ее качество и, в первую очередь механические свойства. Количество пороков определяет и сам сорт древесины.

Пороки древесины:

Наличие сучков - круглых и овальных, групповых, сросшихся и несросшихся.

Трещины - могут появляться как в процессе роста дерева, так и в технологическом процессе.

Пороки формы ствола - сбежемость, кривизна или эксцентричность ствола, наросты, грибковые поражения, плесень на стволе, цветная заболонь, домашняя (белая) плесень, химические окрасы.

Поражение насекомыми.

Технологические пороки-трещины, искревления.

Свойства древесины, как функциональные, так и эстетические, определяются структурой и составом различные ее пород. Свойства древесины одной и той же породы различаются в зависимости от возраста дерева, места и условий его роста, влажности древесины и т.д. В свою очередь, физические и механические свойства древесины определяют способы ее заготовки и переработки в строительные материалы и изделия, области применения и условия эксплуатации деревянных конструкций. Важнейшие физические свойства древесины: плотность (в воздушно-сухом состоянии), влажность, проницаемость для жидкостей и газов, запах, текстура, цвет, блеск и др. Эстетические характеристики древесины играют немаловажную роль в определении областей ее применения как декоративно-отделочного материала. А в случае применения древесины как конструкционного материала первостепенное значение приобретают ее механические свойства: прочность на растяжение и сжатие (вдоль и поперек волокон), статический изгиб, сдвиг, модуль упругости, сопротивление ударному изгибу, твердость и др. Важными являются и такие технологические свойства древесины, как легкость обработки механическими (режущими и абразивными) инструментами, способность удерживать металлические крепления, хорошая склеиваемость и окрашиваемость, способность к загибу и т.п. Влага, содержащаяся в древесине, делится на 2 вида: свободную (находится в межклеточном пространстве) и связанную (вход. в химический состав). Удаление связанной влаги приводит к усушке древесины.

Положительные свойства древесины:

Низкая плотность.

Относительная прочность.

Легкость обработки.

Возможность воспроизводства.

Химическая стойкость.

Возможность изготовления конструкций самых разнообразных конфигураций.

Низкий коэффициент теплопроводности.

Относительно высокая огнестойкость.

Технологичность.

Основные недостатки древесины:

Гниение.

Горение.

Гигроскопичность.

Большая деформативность.

Низкий модуль упругости

Технология изготовления материалов из древесины:

Заготовка - деление на кряжи, распиловка вдоль ствола, сушка древесины.

Изготовление конструкций.

Изделия из древесины эффективно применяются в промышленном, сельском и гражданском строительстве, при возведении различных несущих конструкций, при изготовлении стандартных малоэтажных домов и т.д.

Способы защиты древесины от разрушения и возгорания:

Пропитка петролатумом, повышающая сопротивление древесины загниванию и действию агрессивных сред.

Применение гирофобизаторов, повышающих огнестойкость древесины.

Если древесина находится в условиях часто изменяющейся влажности, целесообразно применять гидрофобизирующие антисептики-вещества, защищающие от увлажнения и поражения грибами и насекомыми.

Защите древесины от увлажнения, загнивания, других нежелательных воздействий, способствует применение покрытий-олиф, масляных красок, лаков и синтетических эмалей.

Для защиты деревянных конструкций от огня, применяются конструкционные и химические методы.

Существенно повышается огнестойкость древесины, обработанной антипиренами методом глубокой пропитки.

Применение фосфатных пропиток, покрытий и т.д.

Стекло. Изделия из стекла

Стекло - твердый, аморфный материал, получаемый в результате охлаждения минеральных расплавов.

Из стекла изготовляют несущие, ограждающие и отделочные конструкции.

Стекло имеет следующие свойства:

Светопрозрачность.

Солнцезащитность.

Высокую прочность (несмотря на хрупкость).

Сырье: кварц, песок, сода, мел, доломит, известняк. Для получения стекла с определенными свойствами в него вводят осветлители, обесцвечиватели, красители. Осветлители попадая в стекломассу при нагревании превращаются в газ и в виде пузырьков выводят из стекломассы примеси. Обесцвечиватели вводят для устранения сине-зеленого или желто-коричневого оттенка у стекла. Красители - как правило, используют окислы металлов или металлы в виде порошка. Красители делятся на молекулярные и коллоидные. Молекулярные - растворены в стекломассе, при повторном нагревании стекла его цвет не меняется. Например - сурик, охра. Коллоидные растворы - частицы металла распределены по стекломассе. В основном применяют золото, серебро и медь.

Технология изготовления стекла.

Подготовка сырья: дробление, дозировка, перемешивание.

Варка стекла:

А) силикатообразование-800®/900®С - образуется вязкое, непрозрачное вещество.

Б) Стеклообразование-1100®/1200®С-ввод осветлителей, удаление примесей, образование стекломассы.

В) Осветление-1400®/1600®С - ввод обесцвечивателей, стекло становится прозрачным и бесцветным.

Г) Гомогенизация. Происходит при той же температуре.

Д) Остывание - медленное снижение температуры до 1100®/1200®С.

Е) Формование - методом литья, прокатки, вытяжки, флоат - способом, прессованием, дутьем, центробежным способом.

Методы обработки стекла:

Механическая обработка - резка стекла (механическая резка, лазерная, ультразвуковая, огневая), шлифовка, гравирование и т.д.

Химическая обработка - травление, химическая полировка, выщелачивание, покраска.

Физико-механические свойства стекла:

R сжатия=100-700 мПа.

Плотность = 2500 мІ.

Светопрозрачность = 85-90%.

Номенклатура стекла:

Оконное стекло - бесцветное, гладкое. Толщина - 2-6 мм. Размеры от 250/250 до 1600/2200.

Витринное стекло - от 5,5 до 10 мм толщиной. Габариты от 1700/1250 до 3500/6000.

Узорчатое стекло - получают из оконного, методом прессования. Глубина узора 0,5-1,5мм. Бывает 2 видов - матовое и армированное. Матовое - однослойное, двухслойное, применяется для перегородок, остеклений и витражей. Армированное стекло - имеет в середине арматурную стальную сетку - вязанную или сварную. Увеличивается не прочность стекла, а его безопасность. Применяется для дверных перегородок, произв. Зданий.

Закаленное стекло - получают путем повторного нагрева уже готового стекла до 600®-900®С и резко охлаждают.5-6 циклов закаливания увеличивают прочность стекла в 2 раза.

Солнцезащитные стекла - имеют низкую способность пропускать инфракрасные и другие солнечные лучи.

Изделия из стекла:

Стеклоблоки - получают путем сварки по контуру 2х полублоков, применяют в качестве декоративного элемента интерьера, для изготовления перегородок и т.д.).

Стеклопакеты - получают путем соединения по контуру 2х и более стекол. Расстояние между ними 8-20 мм. Стеклопакеты бывают клееные и сварные.

Многослойное стекло (триплекс) - представляют собой 2-3 стекла, склеенных между собой с помощью синтетической прозрачной пленки.

Смальта - кусок цветного стекла неправильной формы, используется для изготовления мозаик на стенах.

Стемалит - листы плоского стекла, внутренняя сторона которых окрашена керамическими краскам.

Стеклянная облицовочная плитка - изготовляется из отходов стекольной промышленности, имеет высокую кислото - и химическую стойкость. Как правило, используется для облицовки в химической промышленности.

Растворимое стекло - твердый стекловидный сплав, состоящий из кремнезема и окислов щелочных металлов. Образует с водой клейкую жидкость - жидкое стекло. Его клеящая способность в 3-5 раз выше, чем силикатных цементов и других вяжущих.

Минеральные вяжущие. Гипс

Измельченные вещества, порошки, образующие при контакте с водой пластичную массу, со временем переходящую в камневидное состояние, называют минеральными вяжущими.

Их применение обусловлено такими факторами, как:

Наличие значительных запасов дешевого сырья.

Эти материалы имеют высокие экологические показатели.

Легко используются в жилищном, гражданском и промышленном строительстве.

Возможность придавать конструкциям разнообразную форму, сохраняя качество самой конструкции.

Хорошо совмещаются с другими материалами.

Просты в изготовлении, не энергоемки.

Такие материалы делятся на 2 большие группы - воздушные и гидравлические.

Процесс твердения воздушных вяжущих происходит на воздухе (гипс, воздушная известь). У второй категории минеральных вяжущих - гидравлических - процесс твердения может происходить как на воздухе, так и под водой (цементы).

Рассмотрим один из наиболее широко применяющихся минеральных вяжущих материалов - гипс.

Гипсы получают из природного гипса светло-серого или светло-желтого цветов. Производство гипса складывается из дробления, помола и тепловой обработки (дегидратации) гипсового камня. Тепловую обработку гипсового камня производят в варочных котлах, сушильных барабанах, шахтных или других мельницах.

Наиболее распространена схема производства гипсового вяжущего с применением варочных котлов. Гипсовый камень, поступающий на завод в крупных кусках, сначала дробят, затем измельчают в мельнице, одновременно подсушивая его. В порошкообразном виде камень направляют в варочный котел периодического или в установку непрерывного действия. При варке в котле гипс не соприкасается с топочными газами, что позволяет получать чистую продукцию, не загрязненную золой топлива.

Быстрое схватывание гипса затрудняет в ряде случаев его использование и вызывает необходимость применения замедлителей схватывания (кератинового, известково - кератинового клея, сульфитно-дрожжевой бражки в количестве 0,1.0,3% от массы гипса).

Применяется гипсовое вяжущее для производства гипсовых и гипсобетонных строительных изделий для внутренних частей зданий (перегородочных плит, панелей, сухой штукатурки, приготовления гипсовых и смешанных растворов, производства декоративных и отделочных материалов, например искусственного мрамора), а также для производства гипсоцементно-пуццолановых вяжущих. Основными характеристиками гипсовых вяжущих являются сроки схватывания, тонкость помола, прочность при сжатии и растяжении, водопотребность и др. Гипсовое вяжущее является быстросхватывающим и быстротвердеющим вяжущим веществом. По срокам схватывания ГОСТ 125-79 предусматривает выпуск вяжущих: быстротвердеющего (индекс А) с началом схватывания не ранее 2 мин, концом - не позднее 15 мин; нормальнотвердеющего (индекс Б) с началом схватывания не ранее 6 мин, концом - не позднее 30 мин; медленнотвердеющего (индекс Б) с началом схватывания не ранее 20 мин, конец схватывания не нормируется.

В зависимости от степени помола различают вяжущие грубого, среднего и тонкого помола с максимальным остатком на сите с размером ячеек в свету 0,2 мм не более 23, 14 и 2% (обозначаемые соответственно индексами I, II и III). Марку гипсовых вяжущих характеризуют по прочности при сжатии образцов - балочек 40X40X160 мм в возрасте 2 ч после затворения водой. Минимальный предел прочности каждой марки должен соответствовать значениям, приведенным в табл.5.1 Четкое индексирование различных сортов гипсовых вяжущих позволяет давать большой объем информации в сокращенной форме. Например, гипсовое вяжущее с прочностью при сжатии 5,2 МПа, началом схватывания 5 мин, концом схватывания 9 мин и остатком на сите 0,2 мм 9%, т.е. вяжущее марки Г-5 быстротвердеющее, среднего помола, может быть записано в виде сокращенного обозначения Г-5АП.

Гипсовые вяжущие применяют при производстве гипсовой штукатурки, перегородочных стеновых плит и панелей, вентиляционных коробов и других деталей в зданиях и сооружениях, работающих при относительной влажности воздуха не выше 65%. Изделия из них обладают небольшой плотностью, несгораемостью и рядом других ценных свойств, но при увлажнении прочность их снижается. Для гипсовых строительных изделий всех видов рекомендуются марки Г-2. Г-7 всех сроков твердения и степеней помола; для тонкостенных строительных изделий и декоративных деталей может использоваться гипс тех же марок, но только тонкого и среднего помола, быстрого и нормального твердения. При штукатурных работах и заделке швов применяют марки Г-2. Г-25 нормального и медленного твердения. Гипс марок Г-5. Г-25 нормального и медленного твердения. Гипс марок Г-5. Г-25 тонкого помола с нормальными сроками твердения служит для изготовления форм и моделей в керамической, машиностроительной промышленности, а также в медицине.

Природные каменные материалы

Природные каменные материалы получают без обработки или путем механической обработки (дробление, раскалывание, распиловка, теска, шлифовка) горных пород, состоящих из одного или нескольких породообразующих минералов с незначительными включениями. При этом свойство горной породы, из которой они получены, сохраняется почти полностью. Строительные свойства горных пород, в свою очередь, определяются их химическим составом, физическими и механическими свойствами. В зависимости от условий образования горные породы делятся на изверженные (магматические), осадочные и метаморфические.

Магматические (первичные) - образовались при охлаждении и отвердении магмы (глубинные магматические породы - граниты, сиениты, диориты, габбро; излившиеся - порфиры, андезиты, трахиты, диабазы, базальты; рыхлые - вулканические пеплы, пемза; цементированные - вулканические туфы, трассы, туфовая лава).

Осадочные (вторичные) - горные породы, образовавшиеся в результате естественного процесса разрушения первичных и других пород (рыхлые - пески, гравий, глина, природный щебень; цементированные - песчаники, конгломераты; химические осадки-некоторые виды известняков, известковые туфы, магнезиты, доломиты, гипс, ангидрид; органогенные отложения - мел, большинство известняков, трепелы, опоки, диатомиты).

Метаморфические (видоизмененные) - породы, которые образовались при изменении первичных и вторичных пород (измененные изверженные породы - гранитные гнейсы; измененные осадочные породы - глинистые сланцы, известняковые мраморы, кварциты).

ПРИМЕНЯЮТ для возведения фундаментов и стен зданий, защитных и декоративных облицовок строительных конструкций, для изготовления бетонов, а также оснований при строительстве железных и автомобильных дорог.

Известняки.

Известняки состоят в основном из кальцита. Качество известняков зависит от содержания в них примесей (кремнезема, глины, доломитов, оксидов железа и т.д.). При содержании глины не более 6% породу называют известняком; при наличии 6-20% глинистых примесей - мергелистым известняком; более 20% - мергелем (мергель неводостоек и поэтому как строительный камень не применяется, его используют как сырье для производства цемента). Известняки, в которых присутствует доломит, называют доломитизированными.

Плотные известняки (плотность более 1800 кг/м3) наиболее часто применяются в строительстве в виде строительного камня.

Известняки - ракушечники - пористые горные породы, характеризуются небольшой плотностью, низкой прочностью и малой теплопроводностью.

Известковые туфы - пористые известняки химического происхождения. Они характеризуются хорошей морозостойкостью и относительно низким водопоглощением. Разновидность известкового туфа - траверин - имеет прочность при сжатии до 80 МПа.

ПРИМЕНЯЮТ плотные известняки в виде бутового камня для фундаментов, стен не отапливаемых зданий, плит и фасонных изделий, для облицовки стен, цоколей и карнизов, а также в качестве щебня для бетонов, основания для дорог и сырья для получения цемента и извести.

Известняк-ракушечник применяют для кладки стен, а также в качестве щебня для легких бетонов.

Известковые туфы чаще всего используют для облицовки зданий. Если в известняке более 3,5% глины, то он считается непригодным для использования в качестве строительного камня.

Песчаники.

Песчаники - горная порода, образованная из зерен кварца, сцементированных природными цементами (известковыми, кремнистыми, глинистыми, железистыми). Наиболее ценными считаются кремнистый песчаник на водном кремнеземе, обладающий очень высокой прочностью и стойкостью (в том числе кислотостойкостью), а также известковый песчаник на кальците и доломите.

Глинистый песчаник размокает в воде и как строительный камень не применяется.

ПРИМЕНЯЮТ для кладки фундаментов, стен не отапливаемых зданий, ступеней, тротуаров, облицовки зданий, а также в виде щебня для бетонов.

Долмит.

Доломит (порода химического происхождения) по свойствам близок к плотным известнякам, но обладает большей стойкостью.

ПРИМЕНЯЮТ для тех же целей, что и известняки, а также для производства теплоизоляционных материалов и огнеупоров.

Гнейсы.

По составу и свойствам близки к граниту. Из-за сланцеватого строения менее долговечны. Глинистые сланцы имеют большую плотность и четкую слоистость. ПРИМЕНЯЮТ в виде бутовых плит для кладки фундаментов, устройства тротуаров, для облицовки каналов и набережных.

Мрамор.

Мрамор, образовавшийся из известняков и доломитов, имеет плотное кристаллическое строение, высокую плотность - до 2900 кг/м3, малое водопоглощение - до 0,7%, большую прочность при сжатии - до 300 МПа, хорошо шлифуется и полируется.

ПРИМЕНЯЮТ мраморные плиты для внутренней облицовки помещений, изготовления подоконных досок, ступеней, устройства полов. Мраморную крошку и отходы мраморной обработки используют в качестве заполнителей для отделочных растворов и бетонов. Нельзя использовать мрамор для наружной облицовки в больших городах, где в атмосфере много сернистого газа. При наличии влаги кальцит наружного слоя мрамора превращается в гипс - поверхность тускнеет и быстро разрушается. То же самое наблюдается при переменном замораживании и оттаивании.

Кварц.

Целиком состоит из кварца. Окраска - белая, красная, темно-вишневая. Кварциты обладают высокой плотностью (до 2700 кг/м3), водопоглощением 0,2% и прочностью при сжатии 400 МПа.

ПРИМЕНЯЮТ для наружной облицовки, когда требуется повышенная стойкость, а также в качестве щебня и как сырье для изготовления динасовых огнеупоров.

Бутовый камень.

Бутовый камень - куски камня размером 150-500 мм. Рваный бут добывается чаще всего взрывным способом, плитняковый (постелистый) получают из пород пластового залегания раскалыванием специальным инструментом.

ПРИМЕНЯЮТ для устройства фундаментов и стен не отапливаемых зданий, а также для переработки в щебень.

Щебень.

Щебень - куски камня размером 5-70 мм. Получают дроблением прочных горных пород. ПРИМЕНЯЮТ чаще всего в качестве заполнителей для бетона.

Плиты для внутренней облицовки

Изготавливают плиты для внутренней облицовки зданий из мраморов и мраморовидных известняков, ангидритовых и других мягких пород.

Толщина облицовочных плит - 100-250 мм (тесаных) и 12-80 мм (пиленых). Пиленые плиты более атмосферостойки, чем тесаные, в которых при обработке образуются микротрещины.

ПРИМЕНЯЮТ для внутренней облицовки зданий.

Плиты для наружной облицовки.

Изготавливают из плотных горных пород теми же способами, что и плиты для внутренней облицовки.

ПРИМЕНЯЮТ для устройства долговечных и декоративных полов, облицовки зданий, гидротехнических сооружений, мостов и т.д.

Бортовые камни.

Изготавливают путем обколки и обтески плотных горных пород (верхнюю часть, выступающую над дорожным покрытием, обтесывают чисто, нижнюю - грубо).

ПРИМЕНЯЮТ для устройства дорожных покрытий.

Срок службы бортовых камней значительно больше, чем бетонного или другого покрытия, кроме этого, при ремонте дорог или трубопроводов, проходящих под дорожным покрытием, их можно использовать вторично.

Брусчатка и шашка.

Изготавливают преимущественно машинным способом из диабаза или гранита.

ПРИМЕНЯЮТ для устройства дорожного покрытия мостовых, а также вдоль трамвайных путей (другие виды дорожного покрытия вдоль трамвайных путей менее эффективны).

Химически стойкие материалы.

Химически стойкие материалы в виде плит, камней, тонкомолотых порошков должны иметь прочность при сжатии 2300 (для осадочных пород) и 2400 кг/м3 (для магматических), кислотостойкость - не менее 93-95%.

ПРИМЕНЯЮТ изделия из гранита, сиенита, диорита, базальта - для защиты от кислот.

Для защиты от щелочей применяют изделия из дипломатов, мраморов, плотных известняков.

Керамические материалы и изделия

В современном материаловедении керамикой называют поликристаллические материалы и изделия, получаемы спеканием при высоких температурах природных глин и их смесей с минеральными добавками, а также спеканием окислов металлом других тугоплавких неорганических соединений. Помимо традиционной керамики, сырьем для производства которой служат природные глины, к керамическим материалам так же относят новые материалы из чистых окислов металлов (например магния, алюминия, и др.), из карбидов, нитридов и т.д.

Основные технологические виды современной керамики: терракота, майолика, фаянс, фарфор, каменная масса.

Различают 2 вида структуры керамики - грубая*крупнозернистая, с неоднородным строением, преимущественно окрашенная) и тонкая (с однородным мелкокристаллическим строением, белая или слабо окрашенная). Каждый из этих видов может иметь пористый или плотный черепок, неглазурованную или глазурованную поверхность. Большая часть строительных керамических материалов относится к грубой пористой керамике с водопоглощением 5-15%.

Сырье-глина. Химический состав глины - каолинит, кварц, слюда, полевой шпат, магнезит и др.

Свойства глины:

Пластичность. Для снижения пластичности в глину добавляют отощающие добавки, т.е. песок и молотый шлак).

Усадка. Влага в глине содержится в 2х видах - свободная (между чешуйками) и связанная (входит в хим.состав). Усадка глины происходит на 4-15 %.

Отношение к температуре:

А) Легкоплавкие глины. ?1350®.

Б) Тугоплавкие.?1350®-1580®.

В) Огнеупорные глины. ?1580®.

Обыкновенные кирпичи и бытовая керамика изготовляется из легкоплавких глин.

Для изменения свойств глины, в нее вводятся порошкообразователи 2х типов.

А) опилки, торф, шлаки - в результате обжига они выгорают и в кирпиче остаются поры.

Б) молотый мел, доломиты - при обжиге переходят в газообразное состояние и образуют поры.

Технология изготовления керамики.

Подготовка сырья - дозировка - перемешивание - формование - сушка - обжиг-остывание.

В свою очередь, подготовка сырья состоит из таких фаз, как дробление, просеивание, исключение металлических компонентов.

Формование - методом литья, прессованием, штековый метод.

Сушка (110®-120®) - удаляется свободная влага, выгорают органические примеси. Сушка происходит в камерах цикличного типа.

Обжиг. При 450®-600® происходит удаление связанной влаги и образуется черепок. Глина переходит в аморфное состояние.

Номенклатура керамических изделий:

Кирпич обыкновенный глиняный, одинарный. Размеры-65/120/250. Вес - 3кг.

Полуторный кирпич, пористый.88/120/250. Вес - 4,5 кг.

Пустотелый кирпич. Габариты те же, отверстия бывают как круглой, так и квадратной формы.

Пустотелые керамические камни. Габариты: 120/138/250.

Крупноразмерные керамические блоки. Блоки изготавливаются на кирпичных заводах из пустотелого или обыкновенного кирпича.

Отделочная керамическая плитка.

А) Для стен. Толщина 5-10мм. Размеры от 100/100 до 400/600.

Б) Керамогранит. Толщина до 13 мм, размеры от 300/300 до 700/700.

В) Напольная плитка. Толщина - 1, 13, 15 мм. Размеры от 100/100. Форма как правило квадратная. Может быть штучной, или же иметь коврово-мозаичную структуру.

Сан. фаянс. Изготовляется из плотной керамики, обязательно глазурь. Поверхностью. Изготовляется методом литья по гипсовым шаблонам.

Майолика - керамика, выполненная из цветной глины, с крупнопористым черепком, покрытым глазурью.

Фарфор - получают путем обжига глины белого цвета.

Терракота - неглазурованная, светло-кремового или красно-коричневого цвета. Используется для малых архитектурных форм.

Каменная керамика - дорожное покрытие. Коричнево-серая, с плотной структурой.

Дорожный кирпич-клинкер. Используется для мощения тротуаров. Габариты 220/110/65.

Керамические трубы.

Теплоизоляционная керамика - керамзит. Получают путем обжига смеси глин и порошкообразователя (песок, гравий, щебень).

Керамические краски - используются в атомной промышленности. Покраска осуществляется с последующим обжигом.

Для окраски керамики, стекол и глазурей применяют специальные покрытия (окрашенные минеральные вещества). Различают надглазурные краски - тонкомолотые смеси минеральных пигментов с легкоплавкими стеклами, и подглазурные - смеси пигментов с порошкообразной глазурью. Надглазурные краски преимущественно используют для фарфора и фаянса, наносят их поверх глазури. Подглазурные краски наносят на поверхность предварительно обожженной керамики (в основном фаянса), затем покрывают глазурью и обжигают.

Защитные керамические покрытия - это наносимые на поверхность металлических и неметаллических материалов и изделий кристаллические окисные покрытия, защищающие ее от агрессивного воздействия окружающей среды.

Строительные материалы и изделия, применяемые при строительстве, реконструкции и ремонте различных зданий и сооружений, делятся на природные и искусственные, которые в свою очередь подразделяются на две основные категории: к первой категории относят: кирпич, бетон, цемент, лесоматериалы и др. Их применяют при возведении различных элементов зданий (стен, перекрытий, покрытий, полов). Ко второй категории - специального назначения: гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические и др.

Основными видами строительных материалов и изделий являются: каменные природные строительные материалы из них; вяжущие материалы неорганические и органические; лесные материалы и изделия из них; металлические изделия. В зависимости от назначения, условий строительства и эксплуатации зданий и сооружений подбираются соответствующие строительные материалы, которые обладают определёнными качествами и защитными свойствами от воздействия на них различной внешней среды. Учитывая эти особенности, любой строительный материал должен обладать определёнными строительно-техническими свойствами. Например, материал для наружных стен зданий должен обладать наименьшей теплопроводностью при достаточной прочности, чтобы защищать помещение от наружного холода; материал сооружения гидромелиоративного назначения - водонепроницаемостью и стойкостью к попеременному увлажнению и высыханию; материал для покрытия дорого (асфальт, бетон) должен иметь достаточную прочность и малую истираемость, чтобы выдержать нагрузки от транспорта.

Классифицируя материалы и изделия, необходимо помнить, что они должны обладать хорошими свойствами икачествами .

Свойство - характеристика материала, проявляющаяся в процессе его обработки, применении или эксплуатации.

Качество - совокупность свойств материала, обуславливающих его способность удовлетворять определённым требованиям в соответствии с его назначением.

Свойства строительных материалов и изделий классифицируют на три основные группы: физические, механические, химические, технологические и др.

К химическим относят способность материалов сопротивляться действию химически агрессивной среды, вызывающие в них обменные реакции приводящие к разрушению материалов, изменению своих первоначальных свойств: растворимость, коррозионная стойкость, стойкость против гниения, твердение.

Физические свойства : средняя, насыпная, истинная и относительная плотность; пористость, влажность, влагоотдача, теплопроводность.

Механические свойства : пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, сдвиге, упругость, пластичность, жёсткость, твёрдость.

...