1.)Виды основных строительных материалов. К основным строительным материалам относятся: лесные, природные каменные, керамические материалы и изделия, неорганические (минеральные) вяжущие вещества (цемент, глина, алебастр и пр.) и изделия из них, строительные растворы для кладки и штукатурки, искусственные каменные материалы и изделия на основе вяжущих, битумные и теплоизоляционные материалы, строительные металлы, металлические, изделия и лакокрасочные материалы. В последнее время в строительстве широко внедряются различные материалы, изготовляемые на основе пластических масс.

Основные свойства строительных материалов. Для правильного применения необходимо знать физико-механические и химические свойства строительных материалов, приведенные ниже.

Плотность Относительная плотность - Насыпная плотность Пористость Водопоглощение.Влажность - Водопроницаемость - Морозостойкость Теплопроводность Теплоемкость - Огнестойкость - Химическая стойкость Прочность Твердость Упругость -.Пластичность Хрупкость

2) Строение древесины. При рассмотрении поперечного разреза древесного ствола можно различать в нем следующие части: кору, камбий, собственно древесину и сердцевину.

Кора состоит из наружного слоя - корки и внутреннего - луба. Под слоем луба находится тонкий слой камбия. За камбием располагается толстый слой древесины, состоящий из ряда тонких концентрических колец. Каждое такое кольцо соответствует одному году жизни дерева и носит название годичного кольца.

В центре ствола находится сердцевина. У сосны, дуба и кедра ядро имеет более темную окраску; у ели, пихты, бука центральная часть ствола не отличается по цвету от наружной и носит название «спелой древесины». Имеются породы деревьев, у которых ядро отсутствует (береза; клен; ольха); такие породы называют заболонными.

Свойства древесины. Влажность. Большое влияние на технические свойства древесины оказывает ее влажность. По степени влажности различают древесину: мокрую (влажность больше, чем у свежесрубленной), свежесрубленную (влажность 35% и более), воздушно-сухую (влажность 20-15%) и комнатно-сухую (влажность 13-8%).

Усушка и разбухание. Изменение влажности древесины вызывает изменение ее объема, что ведет к усушке или разбуханию. Вследствие неоднородности строения древесина усыхает и разбухает в различных направлениях неодинаково, что влечет за собой коробление или появление трещин в конструкциях. Поэтому следует применять древесину с влажностью, соответствующей условиям ее эксплуатации; для этого производится естественная или искусственная сушка.

Механические свойства древесины. Прочность древесины в различных направлениях неодинакова. Так, прочность древесины при растяжении вдоль волокна в 20-30 раз больше, чем поперек волокна. Такое же явление наблюдается и при сжатии древесины.

Основные древесные породы, применяемые в строительстве.

В строительстве наибольшее применение имеют хвойные породы: сосна, ель, лиственница, пихта, кедр. Лиственные породы: дуб, бук, ясень, березу, клен, чинару, грушу и др. - применяют, главным образом, для изготовления столярных изделий и для внутренней отделки зданий. В целях экономии ценных пород леса там, где это возможно, и особенно для временного и подсобного строительства следует применять такие лиственные породы как ольха, липа, осина и тополь.

Сортамент лесных материалов. Круглый лес в зависимости от его диаметра в верхнем торце (отрубе) подразделяется на бревна, подтоварник и жерди. Бревна в верхнем отрубе должны иметь диаметр не менее 120 мм, подтоварник от 80 до ПО мм и жерди от 30 до 70 мм. Пиломатериалы получают путем продольной распиловки бревен. В зависимости от качества древесины и наличия пороков пиломатериалы из хвойных пород делятся на 5 сортов.

В строительстве применяют пиломатериалы следующих видов (рис. 2.1): пластины, четвертины, горбыль, доски (ширина более двойной толщины); бруски и брусья (ширина не более двойной толщины). В зависимости от чистоты кромок, доски делят на необрезные, полуобрезные и обрезные.

Длина досок и брусьев установлена от 1 до 6,5 м с градацией через 0,25 м. В зависимости от способа обработки брусья различают: двухкантные - опиленные с двух сторон - и четырехбитные - опиленные с четырех сторон.

3) Горные породы, применяемые как строительные материалы и как сырье для их производства, относятся к нерудным ископаемым и широко применяются в строительстве.

Механическая прочность природных камней изменяется в широких пределах. Штучные изделия из тяжелых камней (с большой плотностью) используют для внутренней и наружной облицовки зданий, для постройки инженерных сооружений, устройства полов, дорог и т.д. Изделия из легких пористых пород применяют для стен, перегородок и перекрытий. Особо легкие породы служат в качестве теплоизоляционных материалов.

Некоторые горные породы идут на изготовление строительных материалов, например, цемента, извести, гипса, кирпича. Природные каменные материалы в виде песка, щебня, гравия широко применяют в качестве заполнителей для приготовления искусственных каменных материалов-бетонов и растворов.

Плиты изготовляют для облицовки, подоконников, тротуаров, полов и т.д.

4) Искусственные каменные изделия, получаемые из глиняных масс с добавкой или без добавки других материалов путем формования и последующего обжига, называются керамическими.

Виды керамических материалов. Строительные керамические материалы делятся на пористые и плотные (со спекшимся черепком). Пористые имеют водопоглощение более 5%, плотные - менее 5%.

К пористым относятся: кирпич глиняный обыкновенный, кирпич пористый и пустотелый, керамические стеновые камни, кровельная черепица, облицовочные изделия, трубы и др.

К плотным материалам относятся плитки для полов и дорожный кирпич.

К керамическим относятся также санитарно-технические изделия из фарфора и фаянса и огнеупорные и кислотоупорные изделия.

Кирпич глиняный обыкновенный. Глиняным обыкновенным кирпичом называется искусственный камень, сформованный из легкоплавкой глины с соответствующими добавками или без них и равномерно обожженный. Стандартные размеры кирпича- 250x120x65 мм.

По качеству кирпич должен удовлетворять техническим условиям, устанавливаемым ГОСТом. Он должен иметь форму прямоугольного параллелепипеда с прямыми ребрами и ровными поверхностями. ГОСТ допускает отклонение размеров кирпича по длине на ±6 мм, по ширине -на ±4 мм и по толщине - на ±3 мм. Искривление поверхностей должно быть не более 4-5 мм.

По пределу прочности при сжатии кирпич подразделяют на 5 марок: 75; 100; 125; 150 и 200. Для каждой марки кирпича стандарт устанавливает предел прочности его при изгибе.

Кирпич глиняный обыкновенный применяют в основном для кладки стен и печей, а железняк - в случаях воздействия на конструкцию воды. Сильно пережженный кирпич, в котором глина доведена до спекания, так называемый клинкер, идет для устройства полов. Изготовляют и облицовочный кирпич с офактуренной стороной.

Глиняный пустотелый (дырчатый) кирпич. Глиняный пустотелый кирпич изготавливают путем прессования из глины с выгорающими и отстающими добавками или без них. Формование производят на прессах со специальными приспособлениями, образующими отверстия. Сквозные отверстия в кирпиче располагаются перпендикулярно постели. В настоящее время изготавливают кирпич с 13, 32 и 78 отверстиями.

Дырчатый кирпич изготовляется размерами 250x120x65 мм и 250x120x88 мм. В зависимости от величины предела прочности при сжатии он по сечению брутто (без вычета площади отверстий) подразделяется на марки: 50, 75, 100 и 150.

Поверхность граней кирпича может быть гладкой и рифленой.

По средней плотности кирпич разделяется на две группы: с плотностью до 1300 кг/м³ включительно и с плотностью более 1300 кг/м³, но не выше 1450 кг/м³.

Глиняная черепица - огнестойкий и долговечный материал, применяемый для устройства кровель. Она представляет собой тонкие плитки, полученные из глины путем формовки, сушки и обжига. Цвет ее обычно красный, но можно покрыть черепицу и цветной глазурью.

Широкое распространение имеет черепица трех видов: штампованная, пазовая ленточная и плоская ленточная. Для покрытия конька имеется специальная коньковая черепица.

Форма и размеры черепицы должны точно соответствовать установленному ГОСТом чертежу. Она не должна иметь короблений и трещин. Искривление поверхности ребер допускается не более 4 мм.

Пазовая черепица на тыльной стороне должна иметь ушко с отверстиями для привязки ее к обрешетке, ленточная для той же цели - отверстие в шипе диаметром не менее 1,5 мм.

Облицовочные изделия. Керамические облицовочные плитки обычно имеют глазурованную поверхность. Глазурью называется стеклообразный слой, которым покрывают изделие и закрепляют его путем обжига. Слой глазури делает керамические плитки водонепроницаемыми и стойкими к воздействию слабых растворов кислот и щелочей.

На тыльной стороне плиток для лучшего сцепления с раствором делают рифление.

Канализационные трубы. Канализационными называются водонепроницаемые обожженные трубы диаметром от 150 до 600 мм, покрытые снаружи и изнутри глазурью.

Основным сырьем для производства труб служат огнеупорные или тугоплавкие глины и иногда кварцевый песок. Канализационные трубы формуют с раструбом.

5) Плотность - масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии без пор и пустот, кг/м³,

где - масса образца, кг; - объем образца в абсолютно плотном состоянии, м²⁶

6)Относительная плотность - отношение плотности строительного материала в естественном состоянии (с порами) к плотности абсолютно плотного тела или отношение объема материала в абсолютно плотном состоянии к его внешнему объему в естественном состоянии , отн. ед.,

Относительная плотность может быть выражена и в процентах:

7)

Насыпная плотность - это масса единицы объема рыхлого материала, насыпанного в какую-либо тару без уплотнения

8) Пористость - степень заполнения объема материала порами.

Относительная плотность и пористость в сумме равны единице, т.е.

или

⁹⁾ Водопоглощение - свойство материала впитывать и удерживать в себе воду. Водопоглощение определяется по разности масс образца материала в насыщенном водой и в абсолютно сухом состоянии и выражается в процентах от массы сухого материала.

¹⁰⁾ Влажность - содержание воды в материале (по массе), выраженное в %.

11) Водопроницаемость - способность материала пропускать воду под давлением. Степень водопроницаемости измеряется количеством воды, прошедшей за 1 с через 1 м² поверхности материала при заданном постоянном давлении.

¹²⁾ Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократные попеременные замораживания и оттаивания без заметных признаков разрушения и без значительного понижения прочности. От морозостойкости материала зависит долговечность многих элементов здания.

¹³⁾ Теплопроводность - способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий при наличии разности температур на ограничивающих его поверхностях. Теплопроводность измеряется в килоджоулях (кДж).

Общее количество теплоты , кДж, прошедшее через ограждение, может быть выражено формулой

где - коэффициент теплопроводности материала, кВт/м·°С;

- площадь ограждения, м²;

- толщина ограждения, м;

- разность температур на противоположных поверхностях ограждения, °С;

- время, с.

Полагая , , , , получим значение коэффициента теплопроводности

который для данного материала зависит от его физических свойств (пористости, влажности, плотности и т.п.)

¹⁴⁾ Теплоемкость - свойство материала поглощать тепло при нагревании и отдавать его при охлаждении. Теплоемкость измеряется величиной коэффициента теплоемкости С (называемым иногда удельной теплоемкостью), который представляет собой количество тепла в Дж, необходимое для нагревания 1 кг данного материала на 1°С.

¹⁵⁾ Огнестойкость - способность материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур. По огнестойкости строительные материалы делятся на три группы:

• несгораемые, (бетон, кирпич), под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются;

• трудносгораемые (фибролит, асфальтовый бетон), под воздействием огня или высокой температуры трудно воспламеняются, обугливаются или тлеют; после удаления огня тление прекращается;

• сгораемые (дерево и др.), под воздействием огня воспламеняются и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня. Некоторые материалы этой группы воспламеняются при воздействии высокой температуры.

• 16)

Огнеупорность - способность материалов противостоять длительному воздействию высоких температур, не размягчаясь и деформируясь

17) Химическая стойкость - способность материалов сопротивляться действию кислот, щелочей, солей, растворенных в воде

18) Прочность - способность материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих в нем от нагрузки или других факторов и вызывающих сжатие, растяжение, срез, изгиб или кручение. Например, прочность материала при сжатии и растяжении оценивают величиной предела прочности R, Па, определяемой по формуле

где Р_р - разрушающая нагрузка, Н;

F- площадь сечения образца, м².

Таким образом, предел прочности - это напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разрушение образца материала.

19)

Твердость - способность материала сопротивляться проникновению (внедрению) в него другого, более твердого тела

20) Упругость - способность материала деформироваться и вновь восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки, под действием которой она в той или другой мере изменялась

21) Пластичность - способность материала под влиянием действующих на него нагрузок изменять размеры и форму в значительных пределах без образования трещин и нарушения прочности и сохранять принятую форму после их снятия

22) Хрупкость - свойство материала под действием внешних сил разрушаться внезапно, без предварительной деформации

23) Виды минеральных вяжущих. Минеральными вяжущими называют порошкообразные (за исключением растворимого стекла) материалы, образующие при смешивании с водой пластичную массу - тесто, которое под влиянием происходящих в нем физико-химических процессов постепенно схватывается и затвердевает, переходя в камневидное состояние. Схватыванием называется процесс, при котором приготовленная на вяжущем пластичная масса - тесто постепенно теряет свою подвижность без приобретения прочности. Минеральные вяжущие разделяют на две группы.

1. Воздушные вяжущие, способные затвердевать и длительное время сохранять или повышать прочность только на воздухе. В условиях повышенной влажности воздушные вяжущие значительно снижают или теряют свою прочность. К воздушным вяжущим относятся: гипс, ангидритовый цемент, магнезиальные вяжущие вещества, воздушная известь и растворимое стекло.

2. Гидравлические вяжущие, обладающие более высокой прочностью, чем воздушные, и способные затвердевать и длительно сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде. К гидравлическим вяжущим относятся гидравлическая известь (твердеющая на воздухе, но сохраняющая прочность в водной среде) и различные цементы.

Некоторым воздушным вяжущим можно придать гидравлические свойства, смешивая их с природными и искусственными материалами, называемыми гидравлическими добавками.

Воздушные вяжущие вещества. Строительный гипс получают путем тепловой обработки гипсового камня при температуре 150-170°С с предварительным или последующим его измельчением.

Важнейшими свойствами гипса, как и других минеральных вяжущих веществ, являются прочность, тонкость помола и сроки схватывания. По этим показателям строительный гипс подразделяется на два сорта: первый и второй. Прочность на сжатие образцов в виде кубиков в возрасте 48 ч для гипса 1-го сорта должна быть не ниже 4,5 МПа и для 2-го сорта не ниже 3,5 МПа.

На прочность гипса оказывают влияние тонкость помола, количество воды, взятой для изготовления гипсового теста, и влажность окружающей среды, в которой происходит твердение. Чем тоньше измельчен гипс, тем прочность его будет выше. С увеличением количества воды, взятой для приготовления теста, прочность гипса снижается.

.

Известью называется вяжущее, которое получают путем обжига известняка или других горных пород, содержащих углекислый кальций. Полученный в виде кусков продукт носит название негашеной извести. При соединении с водой (гашения) кипелка превращается в гашеную известь, получаемую или в виде тонкого порошка (пушенка), или (при избыточном количестве воды) в виде известкового теста или молока.

Известь применяют в строительстве в виде раствора - механической смеси известкового теста с песком, помимо этого, известь употребляют для изготовления силикатного кирпича и искусственных камней. Известковое молоко (разведенное водой тесто) применяют для окраски.

Растворимое стекло обладает способностью растворяться в воде. Его получают путем сплавления при температуре 1400°С тонко измельченных и тщательно смешанных между собой кварцевого песка и кальцинированной соды или сульфата натрия. Застывшую массу растворимого стекла называют силикат-глыбой; ее растворяют в горячей воде при давлении пара 0,3-0,5 МПа до сиропообразной консистенции.

В строительстве жидкое стекло применяют при изготовлении огнезащитных, гидроизоляционных, кислотоупорных и жаростойких обмазок, растворов и бетонов.

Растворимое стекло хранят в виде силикат-глыбы или в виде водного раствора - в стеклянной или металлической таре.

Портландцемент, представляет собой продукт тонкого измельчения клинкера, получаемого путем обжига до спекания природных или искусственных сырьевых смесей, состоящих из глины и углекислого кальция (чаще всего известняка). Для регулирования сроков схватывания к клинкеру при помоле добавляют гипс, а с целью повышения качества и снижения стоимости цемента вводят минеральные добавки.

При взаимодействии портландцемента с водой выделяется тепло. Вследствие высокой прочности и сравнительно малых сроков твердения портландцемент наиболее широко применяется в строительстве как вяжущее при изготовлении бетонов и растворов для надземных, подземных и подводных конструкций.

Быстротвердеющий портландцемент. Ускорение твердения цементов является желательным во многих случаях. Этого можно добиться тремя способами: подбором соответствующего состава клинкера, увеличением тонкости его помола и введением химических добавок - ускорителей твердения. Промышленность выпускает быстротвердеющие цементы, полученные вышеуказанными способами, однако все же сроки твердения даже быстротвердеющего портландцемента сравнительно велики. Лучшими показателями в этом отношении обладает быстротвердеющий глиноземистый цемент.

Глиноземистый цемент является продуктом тонкого помола клинкера, полученного путем обжига до сплавления смеси из бокситов, содержащих до 80% окислов алюминия и известняков. Положительным качеством глиноземистых цементов является то, что они быстро твердеют.

При твердении глиноземистого цемента выделяется большое количество тепла, вследствие чего его выгодно применять при зимних работах. Он обладает также высокой стойкостью против воздействия пресных и сульфатных вод.

Глиноземистый цемент применяют для изготовления бетонных и железобетонных конструкций с высокой маркой бетона и короткими сроками твердения, конструкций, подвергающихся попеременному воздействию воды и мороза, и для сооружения таких конструкций, как коллекторы сточных вод ряда промышленных предприятий. Особое значение глиноземистый цемент имеет при аварийных работах. Наконец, он служит основным видом вяжущего при изготовлении жароупорных бетонов. Отрицательным качеством глиноземистого цемента является его высокая (по сравнению с другими цементами) стоимость.

Расширяющийся цемент получают совместным помолом клинкера глиноземистого цемента с добавкой высокоосновного алюмината кальция и гипса. Он обеспечивает увеличение в объеме при твердении приготовленных на нем растворов и бетонов. Это качество весьма существенно при необходимости полного заполнения узких швов между отдельными каменными или бетонными конструкциями.

Смешанные цементы. Пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент получают путем измельчения портландцементного клинкера вместе с активной минеральной добавкой; в первом случае добавками являются вулканические пеплы и туфы, во втором - доменный гранулированный (в виде зерен) шлак. Портландцемент с добавками имеет повышенную стойкость к агрессивным водам. По быстроте твердения они уступают портландцементу без добавок. Количество выделяющегося при их твердении тепла невелико, что позволяет применять эти цементы для изготовления массивных конструкций

24) Бетонам называется искусственный камень, получаемый в результате твердения смеси вяжущего вещества, воды и заполнителей: мелкого -песка и крупного - гравия или шебня. Применение заполнителей обеспечивает сокращение расхода дорогого цемента, образование жесткого скелета бетона, препятствующего его усадке, и получение бетона с заданными физико-механическими свойствами.

Бетон классифицируют по средней плотности, виду вяжущего, на котором он приготовлен, и назначению.

По средней плотности бетоны разделяют на особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/м³, тяжелые с плотностью от 1800 до 2500 кг/м³; легкие с плотностью от 500 до 1800 кг/м³ и особо легкие (ячеистые) с плотностью меньше 500 кг/м³.

Особо тяжелые бетоны изготовляют на цементе с применением специальных видов заполнителей с повышенной плотностью. Тяжелый бетон готовят на цементе и обычных плотных заполнителях. Легкие бетоны получают на цементе с применением естественных или искусственных пористых заполнителей.

Крупнопористый (беспесчаный) бетон изготовляют на цементе и крупном плотном или пористом заполнителе без мелкого заполнителя.

По назначению бетоны бывают: для несущих конструкций зданий и сооружений, гидротехнический, дорожный и др. В зависимости от состава свойства бетонов могут изменяться в широких пределах. Путем подбора материалов необходимого качества и соответствующего проектирования состава смеси можно получить бетон, удовлетворяющий предъявляемым в данном случае требованиям.

Общими положительными свойствами бетона являются его высокая прочность при сжатии, возможность придания выполняемой из него конструкции любой формы, огнестойкость и водостойкость. Возможно также получать бетоны, обладающие высокой морозостойкостью, химической стойкостью и непроницаемостью для различных жидкостей и газов.

Бетон имеет большое применение в строительстве. Качество бетона зависит от качества входящих в его состав материалов. Заполнители - песок, гравий или щебень - не должны содержать глинистые, илистые или иные примеси и должны иметь определенный зерновой состав. Вода, на которой затворяют бетон, должна быть чистой и не содержать минеральных веществ.

Существенным фактором, влияющим на прочность бетона, является количественное соотношение в бетонной смеси воды и цемента: чем меньше водоцементное отношение (В/Ц), тем выше прочность. Однако при очень малом количестве воды прочность бетона может понизиться. Повышенную прочность имеет бетон с зерновым составом заполнителей, обладающим большой плотностью. Прочность жестких (с малым количеством воды) бетонов повышается при увеличении плотности укладки.

Прочность бетона принято характеризовать пределом прочности при сжатии образцов в виде кубиков размерами 200x200x200 мм в 28-суточном возрасте. В зависимости от величины предела прочности (в кгс/см²) для бетонов установлены следующие марки: 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500 и 600. Твердение бетона ускоряется с повышением температуры и замедляется с ее понижением. При температуре на 2-3°С ниже нуля твердение прекращается.

В настоящее время разработаны способы получения так называемого холодного бетона, который твердеет при температурах -10...-25° С. Этого достигают путем добавки в бетон хлористых кальция или натрия. Однако эти добавки могут вызвать коррозию арматуры, поэтому применять их при железобетонных конструкциях не следует.