1) Физические свойства строительных материалов. Свойство материала – его объективные особенности (признаки), которые проявляются в условиях производ­ства, применения и работы в конструкции. Свойства характеризуются количествен­ными показателями, которые определяются в процессе лабораторных, полевых и производственных испытаний. Эти показатели свойств нормированы в ГОСТах.

Физические свойства характеризуют строение материала или его отношение к физическим процессам окружающей среды. Плотность. Истинная плотность – масса единицы объема в абсолютно плотном состоянии. Определение истинной плотности предусматривает измельчение пробы материала в порошок. Средняя плотность (объемная масса) - это масса единицы объема материала в естест­венном состоянии с учетом пор и трещин. Насыпная плотность – масса вещества в единице объема с учетом пустот между частицами – для рыхлых материалов.

Пористость. Пористый материал характеризуется тремя видами пористости: открытая, закрытая и общая. Пористость – это степень заполнения объема мате­риала порами П=(Vпуст/Vмат)*100%, П= (1 – rср/rи)*100%. Открытая порис­тость – равна отношению суммарного объёма всех пор к объёму материала. По=((m₁-m₂)/V)*(1/r_H2O), где m_{1 –} масса вещества в сухом состоянии, m₂ - масса вещества в насыщенном водой состоянии, V - объём материала. Закрытая порис­тость – определяется как разница между общей пористостью и открытой.

Пустотность – это степень заполнения объема рыхлого сыпучего материала пустотами. Пн=(1-rн/rср)*100%, rн – насыпная плотность. Пустотность взаимосвя­зана с зерновым составом материала: чем больше одномерных зерен, тем выше пустотность.

2 ) Механические свойства строительных материалов - характеризуют способ­ность материала сопротивляться разрушению и деформированию под действием внешних сил. Прочность – свойство материала воспринимать в определенных пределах действия внешних сил без разрушения, что обусловлено сцеплением частиц. Прочность характеризуется пределом прочности при сжатии, растяжении, изгибе. Предел прочности – напряжение, соответствующее силе вызывающей разрушение материала. Его определяют по испытанию образцов балок на изгиб. Rсж=P/S, где P – нагрузка, S – первоначальная площадь.

Дробимость - определяется при сжатии в стандартном цилиндре для рыхлых сыпучих материалов.Д=((m₁-m₂)/m₁)*100%, где m₁ –первоначальная навеска, m₂ – масса остатка на контрольном сите после просеивания пробы.( От 5мм до 70 мм – щебень, от 5мм до 0,14мм – песок).

И стераемость - определяется для сыпучих материалов в полочном барабане (33 об/мин). И=((m₁-m₂)/m₁)*100%.

Упругость – свойство материалов самопроизвольно восстанавливать форму и размер после снятия внешней нагрузки. Хрупкость – свойство материала разру­шаться под действием сил без деформаций. Пластичность – способность мате­риала под действием внешних сил деформироваться без разрыва сплошностей. Вязкость – свойство твердых тел под воздействием внешних сил необратимо поглощать механическую энергию при пластической деформации. Вязкость жидких материалов характеризуется способностью сопротивляться перемещению одного слоя материала относительно другого.

3) Свойства материалов по отношению к действию воды. Водопоглощение – это способность материала поглощать и удерживать в себе воду при н. у. и темпе­ратуре 20°С. Определяют Водопоглощение 2мя способами:

 по массе W_m(B_m)=(m2-m1)/m*100%;

m1 масса сухого образца(гр) m2 – масса образца в насыщенном водой состоянии;

 по объему W_o=(m2-m1)/V*100%; V объем образца.

Водонасыщение - способность мат.поглощать воду под давлением или в вакууме

Водопроницаемость - способность мат. пропускать воду под давлением.

Морозостойкость –свойство материала в водонасыщенном состоянии выдерживать требуемое число циклов переменного замораживания и оттаивания без видимых признаков повреждения. Допускаются потери в массе до 5% и снижение прочности до 15%. МРЗ 50 или F50 – выдерживает 50 циклов.

4) Свойства материалов по отношению к действию тепла

Теплопроводность – способность мат. проводить через свою толщу тепло. Тепло­проводность материала зависит от многих факторов: природы материала, его структуры, степени пористости, характера пор, влажности и средней температуры, при которой происходит передача тепла. Материалы с закрытыми порами менее теплопроводны, чем материалы с сообщающимися порами. Мелкопористые материалы имеют меньшую теплопроводность, нежели крупнопористые. Это объясняется тем, что в крупных и сообщающихся порах возникает движение воздуха, сопровождающееся переносом тепла. С увлажнением теплопроводность растет.

Теплоемкость – свойство материала поглощать при нагревании тепло. Характери­зуется теплоемкость удельной теплоемкостью. Удельная теплоемкость представ­ляет собой кол-во тепла, необходимое для нагревания 1кг материала на 1°С. C=Q/m(t1-t2)

Огнестойкость - способность материала выдерживать действие высоких темпера­тур без потерь несущей способности. Строительные материалы по огнестойкости делят на:  несгораемые материалы – под действием высокой температуры или огня не тлеют и не обугливаются,  трудносгораемые материалы - под действием высокой температуры или огня тлеют, обугливаются, или с трудом воспламеня­ются, но продолжают тлеть или гореть только при наличии огня,  несгораемые материалы – тлеют и обугливаются, под действием высокой температуры или огня и продолжают гореть после устранения огня.

Огнеупорность – свойство материала сопротивляться длительному воздействию высокой температуры, не деформируясь и не расплавляясь. Материалы по огне­упорности делятся на:огнеупорные – материалы выдерживающие продолжитель­ное воздействие температур от 1580°С и выше, тугоплавкие выдерживают t = 1350-1580°С,  легкоплавкие имеют огнеупорность ниже 1350°С.

5) Важнейшие породообразующие минералы изверженные горные породы, их основные свойства. Среди изверженных г.п. различают массивные и обломоч­ные, образовавшиеся в результате разрушения массивных пород. Массивные (изверженные) глубинные г.п. (граниты - состоит в основном из кварца, полевого шпата и слюды; сиениты, диориты и габбро). Медленное охлаждение магмы на большой глубине под значительным давлением создало благоприятные условия для полной кристаллизации магмы. В результате все глубинные породы характери­зуются высокой плотностью и ярко выраженной кристаллической структурой. Излившиеся г.п. (диабаз, базальт) – образовались при остывании магмы, излив­шейся на поверхность земной коры. Они имеют скрытокристаллическую (порфиро­вую) структуру. Они имеют химический и минералогический составы примерно такие же, как глубинные и обладают примерно такими же свойствами.

Среди большого разнообразия природных минералов только небольшая часть их принимает основное участие в образовании горных пород. Поэтому эти минерала названы породообразующими. К ним относятся кварц, полевые шпаты, слюды, железисто-магнезиальные минералы, карбонаты и сульфаты.

Кварц – по хим. составу представлен диоксидом кремния SiO₂. Наиболее распро­страненный минерал. Находится в природе в виде самостоятельной г.п. Стоек к действию кислот, за исключение плавиковой, обладает высокой атмосферостойко­стью. Твёрдость равна 7.При температуре 1710 ⁰С кварц плавится, образуя после быстрого остывания кварцевое стекло. Полевые шпаты - по хим. составу пред­ставляют собой алюмосиликаты – соединения кремнезема с оксидом алюминия и оксидами щелочных металлов K₂O, Na₂O, CaO. Имеют плоскости спайности и легко раскалываются по ним. По характеру проявления спайности полевые шпаты делят на ортоклазы – прямо раскалывающиеся минералы и плагиоклазы – косо раска­лывающиеся. Твёрдость равна 6. Слюды – водяные алюмосиликаты сложного и разнообразного состава. Их делят на два вида – биотит и мусковит. В биотите содержатся примеси в виде оксида магния и железа, вследствие чего слюда биотит непрозрачна и имеет темный цвет; мусковит прозрачен, т.к. не имеет этих приме­сей. Слюды легко расщепляются на тонкие, упругие пластинки, что характеризует их совершенную спайность. Твердость 2-3.

6) Породообразующие минералы осадочных горных пород, их основные свойства. Осадочные г.п. образовались в результате осаждения веществ из какой-либо среды, главным образом водной. Осаждение происходило периодами в виде отдельных слоев или пластов. По характеру образования и составу осадочные г.п. делят на три группы: 1) Химические – г.п., образовавшиеся при осаждении минеральных веществ из водных растворов с последующим их уплотнением и цементацией (гипс, ангидрит, известковые туфы); 2) Биохимические (органогенные) – образовались в рез. отложения минеральных веществ из остатков животных и растительных организмов. (большинство известняков, мел, диатомиты); 3)Обломочные (механически.) г.п. – образовались в рез. разрушения и выветривания горных пород: а) рыхлые (песок, гравий), б) сцементированные (песчаник).

Важнейшими породообразующими минералами осадочных г.п. явл. кальцит, магнезит, доломит, гипс и ангидрит. Кальцит CaCO₃ – известковый шпат, явл. одним из наиболее распространенных минералов земной коры. Образует крупно-, средне, и мелкозернистые породы, плотность его 2700кг/м³, твердость 3. Растворим в воде, бурно реагирует с кислотами. Магнезит MgCО₃ – встречается в природе значительно реже кальцита. Он имеет несколько большую твердость и меньшую растворимость, чем кальцит. Доломит MgCО_3*CaCO₃ – по хим. составу явл. двойной углекислой солью магния и кальция. По физическим свойствам аналогичен магнезиту. Гипс CaSO₄*2H₂O – представляет собой минерал пластинчатого, волокнистого или зернистого строения, мягкий (твердость 2), плотность 2300 кг/м³. Имеет белый цвет, иногда окрашен примесями. Обладает сравнительно легкой растворимостью в воде (в 75 раз большей, чем кальцит). Ангидрит CaSO₄ - безводная разновидность гипса. Плотность 2800-3000 кг/м³, твердость 3-3,5, цвет от красновато-белого до серого. При длительном воздействии воды способен перейти в гипс с незначительным увеличением объема.

7) Минералы метаморфических горных пород, их основные свойства. Метаморфические г.п. образовались в рез. значительного видоизменения состава и строения осадочных и изверженных г.п. под воздействием высокой температуры и давления. в этих условиях происходила перекристаллизация минералов без плавления. Этот процесс происходит, когда исходные породы в результате горообразовательных процессов перемещаются с поверхности земной коры вглубь. Гнейсы – по минералогическому составу явл. аналогами гранита и имеют сланцевое строение. Исп. как облицовочные плиты, в виде бутового камня для кладки фундаментов и стен неотапливаемых зданий, для тротуаров. Глинистые сланцы – состоят из уплотненных сланцевых глин. Цвет темно-серый, иногда черный. Глинистые сланцы легко раскалываются на тонкие плитки, обладают высокой атмосферостойкостью и долговечностью, что позволяет использовать их в качестве кровельного материала. Мрамор – кристаллическая порода, образовавшаяся из известняков или доломитов. Кристаллы соединены без цементирующего вещества. Он сравнительно легко пилится на плиты и хорошо полируется. Применяют мрамор для облицовки внутренних частей зданий, т.к. снаружи зданий полировка быстро утрачивается. Это объясняется слабой химической стойкостью мрамора при воздействии на него атмосферы. Кварциты - метаморфическая разновидность кремнистых песчаников с перекристаллизованными и сросшимися зернами кварца, так что цементирующее вещество неразличимо. Кварциты стойки против выветривания. Используются они для облицовки зданий, опор мостов, а так же как сырье для производства динасовых огнеупорных изделий.

8) Классификация горных пород. Каменные материалы из изверженных пород. Основные виды, области применения. Генетическая классификация г.п.:

I) Магматические г.п.:

1) Скальные (массивные) г.п.:

а) глубинные: граниты, сиениты, габбро, диориты;

б) излившиеся: порфиры, диабазы, базальты, трахиты, андезиты;

2) Обломочные г.п.:

а) рыхлые: вулканические пеплы, пемзы;

б) цементированные: вулканические туфы;

II) Осадочные г.п.:

1) Химические осадки: гипс, ангидрит, магнезит, доломит, известковые туфы;

2) Биохимические (органогенные) г.п.: известняк-ракушечник, мел, диатомиты;

3) Обломочные г.п. механического происхождения:

а) рыхлые: глины, пески, гравий;

б) цементированные: песчаники, конгломераты, брекчии;

III) Метаморфические (видоизмененные) г.п.:

1) Продукты видоизменения магматических г.п.: гнейсы;

2) Продукты видоизменения осадочных г.п.: мраморы, кварциты.

Каменные материалы из изверженных г.п.: Бортовые камни – применяют для отделения проезжей части улиц от тротуаров. Брусчатка – колотые или тесаные бруски высотой 10-16, шириной 12-15 и длинной 15-25 см, по форме близки. Применяют при устройстве мостовых, трамвайного полотна, посадочных площадок трамвая. Для облицовки туннелей и надводных частей мостов используют гранит, габбро, базальт с пределом прочности при сжатии не ниже 100МПа, морозостойкостью Мрз100 и более. Для облицовки подводных частей мостов применяют изделия из гранита, диорита с пределом прочности при сжатии не менее 100Мпа и морозостойкостью не менее Мрз100.

9) Строительные материалы из осадочных горных пород, особенности строения, их основные виды. Свойства и применение. Химические осадки. Гипс – г.п., состоящая из минерала того же названия. Гипс применяют для производства воздушного вяжущего – строительного гипса, а так же в качестве облицовочного материала внутренних частей зданий в виде искусственного мрамора. Магнезит – состоит из минерала того же названия – магнезита MgCO³ . иногда он содержит примеси углекислого кальция и железа. Твердость магнезита 3,5 – 4,0, цвет белый, от желтоватого до бурого. Применяют его в качестве сырья для производства воздушного вяжущего – каустического магнезита и огнеупорных материалов.

Биохимические г.п. Известняк – образовался в водных бассейнах из остатков животного и растительного мира. Состоит в основном из минерала кальцита и примесей глины, доломита, кварца и др. Используют для производства щебня, облицовочных плит и архитектурных деталей, а также для производства глины. Мел – землистая г.п., состоящая почти из чистого карбоната кальция. В качестве примесей встречаются глинистые вещества и зерна кварца. Мел обладает высокой дисперсностью. Применяют в качестве белого пигмента, для приготовления замазки, а так же для производства извести, портландцемента и стекла.

Механические отложения. Песок – рыхлая смесь зерен различных пород крупностью 0,14-5,0мм. Применяют для приготовления бетонов и растворов.

10) Строительные материалы из метаморфических горных пород, особенности строения, свойства и применение. Метаморфические (вторичные) породы образовались под воздействием высоких температуры и давления, химически активных газообразных веществ и горячих растворов, циркулирующих в порах. Воздействию этих факторов подвергаются как магматические, осадочные, так и ранее метаморфизированные породы. Результатом такого воздействия явл. изменение структурных свойств, а иногда и химического состава пород. К наиболее распространенным метаморфическим породам относят гнейсы, кристаллические сланцы, кварциты и мраморы. Гнейсы – светлоокрашенные серые, красноватые или др. цвета кристаллически-зернистые породы, образующиеся при метаморфизме кислых магматических и осадочных пород (слоистые). Они используются в виде облицовочных плит, для кладки фундаментов, в качестве мостильного и бутового камня и др. Кристаллические сланцы образуются из магматических или осадочных пород путем метаморфизации. Шунгитовые сланцы – древние (докембрийские) метаморфизированные осадочные породы плотной структуры, сложенные шунгитовым веществом. Они способны превращаться в легкий пористый заполнитель - шунгизитовый гравий. Шунгитовые сланцы применяются в качестве сырья для получения шунгизитового гравия, черного цемента, красок, добавок при изготовлении силикатного кирпича, штучных плит для полов, плинтусов, а также как декоративный материал. Кварциты образуются путем метаморфизации кварцевых песков и песчаников под влиянием динамотермического метаморфизма с преобладанием высоких температур. Кварциты погодоустойчивые и прочные породы. Красивые разновидности кварцитов явл. прекрасным декоративным и облицовочным материалом. Разновидности со значительным содержанием железистых минералов явл. рудами на железо. Мраморы образуются при перекристаллизации известняков и доломитов преимущественно под воздействием динамотермального метаморфизма с преобладанием температурного фактора. Мраморы широко применяются для внутренних отделочных работ, а виде крошки - при приготовлении цветных штукатурок, облицовочного декоративного бетона.

11) Важнейшие виды природных каменных строительных материалов.

Бутовый камень - применяют для кладки фундаментов и стен подземных частей зданий. Коэф. размягчения камня, используемого для этих целей, должен быть не менее 0,7, морозостойкость – не ниже Мрз15. В зависимости от формы бутовый камень бывает рваный, постелистый и лещадный. Имеет размеры 150-500мм.

Валунный камень

Колотый булыжный камень - исп. для укрепления откосов земляных покрытий и оснований. По форме близок многогранной призме или усеченной пирамиде. Булыжный камень имеет овальную форму.

Бортовые камни – применяют для отделения проезжей части улиц от тротуаров. Брусчатка – колотые или тесаные бруски высотой 10-16, шириной 12-15 и длинной 15-25 см, по форме близки. Применяют при устройстве мостовых, трамвайного полотна, посадочных площадок трамвая.

Облицовочные камни и плиты – изготовляют путем раскалывания или распилива­ния блоков-полуфабрикатов. Им придают разнообразную фактуру лицевой поверх­ности: зеркальную (полированную), лощеную, шлифованную и др.

Стеновые камни и блоки – изготавливают из известняков и туфов.

Кровельные плитки

Щебень – получают дроблением различных г.п. до размера 5(3) – 70 мм.

Гравий – это рыхлое скопление обломков г.п. размером 5(3) – 70 мм, обкатанных в различной степени.

Песок – рыхлая масса, состоящая из зерен минералов и пород размером 0,15 – 5мм. Применяют для приготовления бетонов и растворов, для устройства оснований дорожных покрытий, дренажных сооружений.

12) Способы повышения долговечности каменных строительных материалов.

Каменные материалы и строения разрушаются под действием внешних условий. Разрушение каменных материалов может происходить под действием воды как растворителя. Защита от проникновения воды:

1. Конструктивные мероприятия – обеспечивают правильный и быстрый сток воды с поверхности камня, а также уплотнение поверхностного слоя изделия за счет шлифовки и полировки.

2. Химические мероприятия – предусматривают пропитку поверхности пористого камня специальными растворами, которые уплотняют поверхность. При этом растворимые вещества переходят в нерастворимое состояние (применяют соли кремнефтористоводородной кислоты): 2CaCO₃+MgSiF₆=2CaF₂+MgF₂+SiO₂+2CO₂

В результате реакции на поверхности камня образуются нерастворимые вещества, которые повышают его свойства стойкости.

Полимерные соли применяют от коррозии.

13)Сырьё для керамических изделий. Свойства сырья, добавки.

Керамические материалы и изделия – это искусственные каменные материалы, получаемые из глиняных масс путем формования и последующего обжига при высоких температурах. Сырьевые материалы: смеси состоящие из глины и добавок (отощающих, порообразующих, пластифицирующих). Глина – осадочная г.п., образовавшаяся в рез. глубокого выветривания гранитов, сиенитов, порфиров и т.п. Глины, кот. не содержит примесей наз. каолины (белого цвета). глины и каолины состоят минерала каолинита Al₂O₃*2SiО₂*2H₂O на 95 -98%. Примеси, сходящие в состав глины: включения известняка CaCO_{3 ,} Fe₂О₃ – оксид железа. Наличие примесей снижает температуру плавления и изменяет окраску изделия.

Свойства глины, как сырья для керамики - определяются соотношением, видом и дисперсностью глинистых минералов и примесей. (Дисперсность показывает, какие частицы по размерам).

1. Пластичность (дообжиговое св-во) - способность глиняного теста под действием внешних сил принимать заданную форму без образования трещин и сохранять эту форму после снятия нагрузки. Глина, замешанная с опред. кол-вом воды образует глиняное тесто, обладающее связностью и пластичностью. молекулы воды (диполи) вытягиваются между чешуйчатыми частицами глины и расклинивают их, вызывая набухание глины. Тонкий слой воды между частицами глины обуславливает характерные свойства глины. Особенностью глиняного теста явл. способность отвердевать при высыхании на воздухе. Силы капилярнрого давления стягивают частицы глины, препятствуя их разделению, следствие чего происходит 2. воздушная усадка (дообжиговое св-во) – изменение линейных размеров свежеотформованного образца в процессе сушки, от первоначального размера образца (2-10%). Воздушная усадка происходит в процессе испарения воды из сырца, вследствие уменьшения толщины водных оболочек вокруг частиц глины, возникновения в порах менисков и сил капиллярного давления, стремящихся сблизить частицы.

3. Огневая усадка (обжиговое св-во) – изменение линейных размеров воздушно-сухого образца в процессе его обжига (2-8%). В процессе обжига легкоплавкие составляющие глины расплавляются и частицы глины в местах их контакта сближаются в рез. действия сил поверхностного натяжения, т.е. обволакивания частицы кварца. Полная усадка – сумма воздушной и огневой = 5-18%. Большая усадка глина ведет к искривлению образцов и трещинообразованию.

4. Огнеупорность (обжиговое св-во) – способность глины выдерживать действие высоких температур без деформации (более1580⁰С). Различают три вида глин: огнеупорные tразмягчения= 1580⁰С – применяют для изготовления огнеупорного кирпича, фарфора, фаянса; тугоплавкие tразм=1580-1350⁰С – для изготовления напольной плитки, канализационных труб; легкоплавкие tразм менее 1350⁰С – для керамического кирпича, черепицы.

5. Спекаемость (обжиговое св-во) – св-во уплотняться при обжиге и образовывать керамический черепок.

Для регулирования свойств глиняной массы в нее вводят добавки:

1. Отощающие (кварцевый песок, золы ТЭС, гранулированный шлак) – для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глины, и для получения качественных изделий без трещин и искривлений

2. Выгорающие (древесные опилки, бурый уголь, золы ТЭС) – способствуют равномерному спеканию керамического черепка, повышают пористость изделий и трещинностойкость, уменьшают среднюю плотность.

3. Пластифицирующие (высокопластичная глина, павы) - увеличивают пластичность глиняных масс.