Строительный материал

Строительныи материал – материал, предназначенный для создания строительных конструкций зданий и сооружений, а также изготовления строительных изделий.

*** Строительный материал - материал (в том числе штучный), предназначенный для создания строительных конструкций зданий и других сооружений, а также изготовления строительных изделий.

Строительные материалы — материалы для возведения зданий и сооружений.

Наряду со «старыми» материалами как древесина и кирпич с началом промышленной революции появились новые стройматериалы как бетон, сталь, стекло и пластмасса. В настоящее время широко используют предварительно напряжённый железобетон и металлопластик.

Общие сведения о строительных материалах и их основные свойства

В процессе строительства, эксплуатации и ремонта зданий и сооружений строительные изделия и конструкции из которых они возводятся подвергаются различным физико-механическим, физическим и технологическим воздействиям. От инженера-гидротехника требуется со знанием дела правильно выбрать материал, изделия или конструкцию которая обладает достаточной стойкостью, надёжностью и долговечностью для конкретных условий.

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

природные

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 и изделия 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 дорог (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 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:

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.

Технологические свойства: удобоукладываемость, теплоустойчивость, плавление, скорость затвердевания и высыхания.

***

Физические свойства строительных материалов. 1. Истинная плотность ? — масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии. ? =m/Va, где Va объем в плотном состоянии. [?] = г/см3; кг/м3; т/м3. Например гранит, стекло и другие силикаты практически абсолютно плотные материалы. Определение истинной плотности: предварительно высушенную пробу измельчают в порошок, объем определяют в пикнометре (он равен объему вытесненной жидкости). 2. Средняя плотность ?m=m/Vе — масса единицы объема в естественном состоянии. Средняя плотность зависит от температуры и влажности: ?m= ?в/(1+W), где W — относительная влажность, а ?в — плотность во влажном состоянии. 3. Насыпная плотность (для сыпучих материалов) — масса единицы объема рыхло насыпанных зернистых или волокнистых материалов. 4. Пористость П — степень заполнения объема материала порами. П=Vп/Vе, где Vп — объем пор, Vе — объем материала. Пористость бывает открытая и закрытая. Открытая пористость По — поры сообщаются с окружающей средой и между собой, заполняются водой при обычных условиях насыщения (погружении в ванну с водой). Открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала, снижают морозостойкость. Закрытая пористость Пз = П — По. Увеличение закрытой пористости повышает долговечность материала, снижает звукопоглощение. Пористый материал содержит и открытые, и закрытые поры

***

Гидрофизические свойства строЙ материалов. 1. Водопоглощение пористых материалов определяют по стандартной методике, выдерживая образцы в воде при температуре 20±2 °С. При этом вода не проникает в закрытые поры, то есть водопоглощение характеризует только открытую пористость. При извлечении образцов из ванны вода частично вытекает из крупных пор, поэтому водопоглощение всегда меньше пористости. Водопоглощение по объему Wо(%) — степень заполнения объема материала водой: Wо = (mв — mс)/Ve*100, где mв- масса образца материала, насыщенного водой; mс- масса образца в сухом состоянии. Водопоглощение по массе Wм(%) определяют по отношению к массе сухого материала Wм = (mв — mс)/mс*100. Wо = Wм*?, ? — объемная масса сухого материала, выраженная по отношению к плотности воды (безразмерная величина). Водопоглощение используют для оценки структуры материала с помощью коэффициента насыщения: kн = Wо/П. Он может меняться от 0 (все поры в материале замкнутые) до 1 (все поры открытые). Уменьшение kн говорит о повышении морозостойкости. 2. Водопроницаемость — это свойство материала пропускать воду под давлением. Коэффициент фильтрации kф (м/ч — размерность скорости) характеризует водопроницаемость: kф = Vв*а/[S(p1 — p2)t], где kф = Vв — количество воды, м3, проходящей через стенку площадью S = 1 м2, толщиной а = 1 м за время t = 1ч при разности гидростатического давления на границах стенки p1 — p2 = 1 м вод. ст. 3. Водонепроницаемость материала характеризуется маркой W2; W4; W8; W10; W12, обозначающей одностороннее гидростатическое давление в кгс/см2, при котором бетонный образец-цилиндр не пропускает воду в условиях стандартного испытания. Чем ниже kф, тем выше марка по водонепроницаемости. 4. Водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения kр = Rв/Rс, где Rв — прочность материала насыщенного водой, а Rс — прочность сухого материала. kр меняется от 0 (размокающие глины) до 1 (металлы). Если kр меньше 0,8, то такой материал не используют в строительных конструкциях, находящихся в воде. 5. Гигроскопичность — свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из воздуха. Процесс поглощения влаги из воздуха называется сорбцией, он обусловлен полимолекулярной адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией. С повышением давления водяного пара (то есть увеличением относительной влажности воздуха при постоянной температуре) возрастает сорбционная влажность материала. 6. Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия воды в материале, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания. Уменьшение этих показателей отражает улучшение структуры материала и повышение его морозостойкости. 7.Влажностные деформации. Пористые материалы при изменении влажности меняют свой объем и размеры. Усадка — уменьшение размеров материала при его высыхании. Набухание происходит при насыщении материала водой.

***

Теплофизические свойства строЙ материалов. 1. Теплопроводность — свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой. Формула Некрасова связывает теплопроводность ? [Вт/(м*С)] с объемной массой материала, выраженной по отношению к воде: ?= 1,16v(0,0196 + 0,22?2)- 0,16. При повышении температуры теплопроводность большинства материалов возрастает. R — термическое сопротивление, R = 1/ ?. 2. Теплоемкость с [ккал/(кг*С)] — то количество тепла, которое необходимо сообщить 1 кг материала, чтобы повысить его температуру на 1С. Для каменных материалов теплоемкость меняется от 0,75 до 0,92 кДж/(кг*С). С повышением влажности возрастает теплоемкость материалов. 3. Огнеупорность — свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры (от 1580 °C и выше), не размягчаясь и не деформируясь. Огнеупорные материалы применяют для внутренней футеровки промышленных печей. Тугоплавкие материалы размягчаются при температуре выше 1350 °C. 4. Огнестойкость — свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определенного времени. Она зависит от сгораемости материала, то есть от его способности воспламеняться и гореть. Несгораемые материалы — бетон, кирпич, сталь и т. д. Но при температуре выше 600 °C некоторые несгораемые материалы растрескиваются (гранит) или сильно деформируются (металлы). Трудносгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры тлеют, но после прекращения действия огня их горение и тление прекращается (асфальтобетон, пропитанная антипиренами древесина, фибролит, некоторые пенопласты). Сгораемые материалы горят открытым пламенем, их необходимо защищать от возгорания конструктивными и другими мерами, обрабатывать антипиренами. 5. Линейное температурное расширение. При сезонном изменении температуры окружающей среды и материала на 50 °C относительная температурная деформация достигает 0.5 — 1 мм/м. Во избежание растрескивания сооружения большой протяженности разрезают деформационными швами.

***

Морозостойкость строительных материалов. 1. Морозостойкость — свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание. Количественно морозостойкость оценивается маркой. За марку принимается наибольшее число циклов попеременного замораживания до ?20 °C и оттаивания при температуре 12 — 20 °C, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15 %; после испытания образцы не должны иметь видимых повреждений — трещин, выкрашивания (потери массы не более 5 %). ***

Механические свойства строительных материалов Упругость — св-во самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешней силы. Пластичность — св-во изменять форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь, причем после прекращения действия внешних сил тело не может самопроизвольно восст. форму и размер. Остаточная деформация — пластичная деформация. Относительная деформация — отношение абсолютной деформации к начальному линейному размеру(?=?l/l). Модуль упругости-отношения напряжения к отн. деформации (Е=?/?). Прочность — св-во материала сопротивляться разрушению под действием внутр. напряжений, вызванных внешними силами или др. Прочность оценивают пределом прочности — временным сопротивлением R, определенном при данном виде деформации. Для хрупких (кирпич, бетон) основная прочностная характеристика — предел прочности при сжатии. Для металлов. Стали — прочность при сжатии такая же как и при растяжении и изгибе. Так как строительные материалы неоднородны предел прочности определяют как средний результат серии образцов. На результаты испытаний влияют форма, размеры образцов, состояния опорных поверхностей, скорость нагружения. В зависимости от прочности материалы делятся на марки и классы. Марки записываются в кгс/см2, а классы в МПа. Класс характеризует гарантированную прочность. Класс по прочности В называется временным сопротивлением сжатию стандартных образцов(бетонных кубов с размером ребра 150 мм), испытанных в возрасте 28 суток хранения 20±2°С с учетом статической изменчивости прочности. Коэффициент конструктивного качества: ККК=R/?(прочность на относит. плотность), для 3ей стали ККК=51МПа, для высокопрочной стали ККК=127МПа, тяжелого бетона ККК=12,6МПа, древесины ККК=200МПа. Твердость — показатель, характеризующий св-во материалов сопротивляться проникновению в него другого, более плотного материала. Показатель твердости: НВ=Р/F(F- площадь отпечатка, P - это сила), [НВ]=МПа. Шкала Мооса: тальк, гипс, известь…алмаз. Истирание — потеря первоначальной массы образца при прохождении этим образцом определенного пути абразивной пов-ти. Истирание: И=(m1-m2)/F , где F-площадь истираемой поверхности. Износ — св-во материала сопротивляться одновременно воздействию истирающих и ударных нагрузок. Износ определяют в барабане со стальными шарами или без них.

..

Некоторые тексты близкой тематики