
- •Глава 1. Основные свойства строительных материалов
- •1.1. Физические свойства
- •1.3. Химические свойства
- •1.4. Технологические свойства
- •Глава 2. Древесные материалы
- •2.1. Общие сведения о древесных материалах
- •2.2. Строение дерева и древесины
- •2.4. Древесные породы,
- •2.5. Пороки древесины
- •2.6. Материалы, изделия
- •2.7. Способы повышения долговечности деревянных конструкций и изделий
- •Глава 3. Природные каменные материалы
- •3.1. Общие сведения о природных каменных материалах, классификация горных пород
- •3.3. Изверженные горные породы
- •Глава 4. Керамические материалы и изделия
- •Глава 5. Стекло и стеклокристаллические материалы
- •Глава 6. Строительные металлы 6.1. Металлы и их классификация
- •6.7. Цветные металлы и их сплавы
- •6.8. Защита металлов от коррозии и огня
- •Глава 7. Минеральные вяжущие вещества
- •7.1. Общие сведения о минеральных
- •7.3. Гипсовые вяжущие вещества
- •7.4. Магнезиальные вяжущие вещества
- •7.5. Жидкое стекло и кислотоупорный цемент
- •7.6. Гидравлическая известь
- •7.7. Портландцемент
- •7.8. Разновидности портландцемента
- •7.9. Специальные цементы
- •Глава 8. Бетоны
- •8.1. Общие сведения о бетонах и их классификация
- •8.2. Материалы для тяжелого бетона
- •8.3. Свойства бетонной смеси
- •8.4. Основные свойства бетона
- •8.5. Расчет состава тяжелого бетона
- •Глава 5. Стекло и стеклокристаллические материалы 48
- •8.6. Технология производства бетона
- •8.7. Легкие бетоны
- •Глава 9. Сборные железобетонные и бетонные строительные изделия и конструкции
- •9.1. Общие сведения о железобетоне
- •9.2. Способы производства железобетонных изделий
- •Глава 10. Строительные растворы
- •10.1. Сведения о растворах и растворных смесях
- •10.2. Свойства растворных смесей и растворов
- •10.3. Растворы для каменной кладки
- •10.4. Отделочные растворы
- •10.5. Специальные растворы
- •10.6. Приготовление и транспортирование растворов
- •Глава 11. Искусственные каменные материалы на основе минеральных вяжущих веществ
- •11.1. Силикатные материалы и изделия
- •11.2. Материалы и изделия из гипса
- •11.3. Асбестоцементные материалы и изделия
- •11.4. Изделия на основе портландцемента
- •11.5. Материалы на основе магнезиальных вяжущих
- •Глава 12. Органические вяжущие вещества
- •Общие сведения об органических вяжущих
- •Битумные вяжущие вещества
- •12.3. Дегтевые вяжущие вещества
- •12.4. Асфальтовые и дегтевые растворы и бетоны
- •12.5. Рулонные кровельные материалы
- •12.6. Гидроизоляционные материалы
- •12.7. Кровельные и гидроизоляционные мастики
- •12.8. Герметизирующие материалы
- •Глава 13. Строительные материалы
- •13.1. Общие сведения, состав и свойства полимерных материалов
- •13.2. Полимерные материалы для покрытия полов
- •13.3. Конструкционные и отделочные / полимерные материалы
- •13.4. Пластмассовые трубы
- •13.5. Полимерные мастики и клеи
- •Глава 14. Теплоизоляционные
- •14.1. Общие сведения, назначение, свойства
- •14.2. Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия
- •14.3. Органические теплоизоляционные материалы и изделия
- •14.4. Акустические материалы
- •Глава 15. Лакокрасочные
- •15.1. Общие сведения о лакокрасочных материалах
- •15.2. Пигменты и наполнители
- •15.3. Связующие вещества
- •15.4. Красочные составы
- •15.5. Подготовительные и вспомогательные малярные материалы
- •15.6. Материалы для оклеивания стен и потолков
- •Глава 5. Стекло и стеклокристаллические материалы 48
УДК 691(036.5) III 38.3я7 Г83
Рецензенты:
11,икловая
КОМИССИЯ
конструктивных
дисциплин Могилевского
строительного колледжа, преподаватель
первой
категории А.С. Воробьев; зав. кафедрой
«Строительные
материалы и изделия» БеЯоруссюго
национального
технического университета доцент Э.И.
Патяновский; доцент В.А. Богдан
Гришук Т.В.
Г83 Строительные материалы и изделия: Учебное пособие для учащихся ССУЗов. — Мн.: Дизайн ПРО, 2004. — 312 е.: ил. ISBN 985-452-095-1.
Изложены основные сведения о свойствах, производстве и применении строительных материалов, изделий и деталей, их транспортировании и хранении.
Большое внимание уделено конструкционным, отделочным и композиционным материалам: гидроизоляционным, полимерным, теплоизоляционным и др.
Приведены исторические справки открытия, применения и производства строительных материалов. Рассмотрены новые строительные материалы или материалы нового поколения: металлочерепица и профилированный настил, ламинированные ДСП, ДВП, панели типа сайдинг, материалы для подвесных потолков, тротуарные плитки и др. Представлены теплоизоляционные, акустические, лакокрасочные и оклеечные материалы.
Для учащихся ССУЗов. Может быть использовано студентами ВУЗов, специалистами-строителями.
УДК 691(035.5) ВВК 38.3я7
ISBN
985-452-095-1 © Гришук
Т.В., 2004
©
Оформление
—
издательство
«Дизайн ПРО», 2004
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее пособие составлено в соответствии с учебной программой курса «Строительные материалы и изделия» для специальностей строительного профиля, включая Т19.01 «Промышленное и гражданское строительство»-.
Содержание пособия охватывает все важнейшие строительные материалы как в части их свойств и назначения, так и вопросы технологии их получения, использования в производстве строительных изделий, конструкций и в строительстве в целом. Учебный материал отражает современные представления и уровень развития науки и техники в области производства строительных материалов и изделий.
Порядок изложения материала пособия обусловлен принятой классификацией строительных материалов, что позволяет выявить общие закономерности формирования их структуры и физико- технических свойств. В учебном пособии обеспечиваются межпредметные связи, соблюдается непрерывность математической, экономической и природоохранительной подготовки.
При изучении теоретической части курса наряду с настоящим пособием рекомендуется пользоваться учебной и научно-технической литературой, указанной в конце книги, а также нормативными документами, ГОСТами, СТБ на соответствующие строительные материалы и изделия.
Автор выражает благодарность рецензентам книги — заведующему кафедрой «Строительные материалы» Белорусского национального технического университета доценту Э.И. Батяновскому, доценту В.А. Богдану, преподавателю Могилевского строительного колледжа А.С. Воробьеву, замечания и рекомендации которых оказали большую помощь при подготовке книги к изданию.
ВВЕДЕНИЕ
Промышленность строительных материалов — одна из мощных, быстро развивающихся отраслей народного хозяйства Республики Беларусь, включающая несколько подотраслей: цементную, керамическую, сборного железобетона и т.д. Общим направлением развития подотраслей промышленности стройматериалов является расширение ассортимента, выпуск конкурентоспособной продукции, внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий.
Строительные материалы, произведенные в Беларуси: известь, цемент, керамзит, ячеисто-бетонные блоки, кирпич керамический и силикатный, плитка керамическая, гипсокартонные листы, линолеум, стекло, рубероид, шифер, сборный железобетон и др. являются конкурентоспособными на строительном рынке, В промышленности строительных материалов существуют общие тенденции развития предприятий. Например, в цементной промышленности происходит совершенствование помольного и подготовительного оборудования на основе энергонасыщенных технологических процессов. Основная масса цемента в республике производится «мокрым способом». Только первая технологическая линия нового цементного завода в г. Костюковичи (введена в действие в 1996 г.) основана на «сухом» энергосберегающем способе производства, который требует для производства 1 т цемента 180 усл. ед. топлива, в то время как «мокрый» способ — 240...280 усл. ед.
С целью сохранения и расширения конкурентоспособности белорусского цемента на внутреннем и внешних рынках необходимо произвести модернизацию цементных предприятий ОАО «Красно- сельскцемент», ПО «Кричевцементошифер» с переводом их на «сухой» способ производства.
В производстве листового стекла происходит вытеснение вертикального вытягивания стекла флоатпроцессами. Этот способ является наиболее совершенным и высокопроизводительным, позволяет получать стекло с высоким качеством поверхности и обеспечивать снижение расхода топлива. В АО «Гомельстекло» в 1997 г. был завершен основной этап реконструкции производства и создан автоматизированный технологический комплекс по производству полированного стекла способом термического формования на расплаве олова (способ «плавающей ленты») взамен систем вертикального вытягивания стекла.
Керамическая облицовочная и напольная плитка, изготовленная в Беларуси, пользуется большим спросом на строительном рынке. ОАО «Керамин» изготавливает плитку по зарубежной технологии на импортном оборудовании.Единственным производителем линолеума для покрытия пола в республике является ОАО «Гомельстройматериалы». Улучшение качества выпускаемого линолеума возможно за счет модернизации предприятия импортным современным оборудованием. Кроме того, предприятие осваивает выпуск линолеума на вспененной основе («Топлинг») по опыту СП «Синтерос» (Самара).
В Республике Беларусь рулонные кровельные материалы выпускают три предприятия: ОАО «Кровля» (г. Осиповичи), СП «ДиБ стройматериалы» (белорусско-германское) и ОАО «Гидростеклоизол» (Брестская область). Основная задача этих предприятий перейти на выпуск битумно-полимерных материалов на негниющей основе путем замены картонной основы стеклотканевой или синтетической. В настоящее время ОАО «Гидростеклоизол» осваивает производство нового вида продукции — «битумной черепицы».
Однако многие строительные материалы из-за отсутствия сырья в республике не производятся. С учетом этого Министерство строительства совместно с научными учреждениями и вузами республики ведет целенаправленную работу по импортозамещению.
Существенный объем работ по созданию окрасочных композиций и составов сухих смесей с максимальным использованием отечественных компонентов выполнен БелНИИС и Республиканским на- учно-практическим центром пожарной безопасности. По разработкам БелНИИС и НПП «Радекс» (г. Минск), «Радекс-М» (г. Жлобин), «Вит- стройсервис» (г. Витебск) организован выпуск целого ряда полимер- минеральных составов «Полимикс»: окрасочных — для внутренней и наружной отделки бетонных, кирпичных и оштукатуренных поверхностей; клеевых — для укладки облицовочной плитки, приклейки теплоизоляционных материалов и армирующих сеток при осуществлении тепловой санации помещений; шпаклевочных — для заделки раковин, выбоин и т.д.
Комплексная программа развития стройиндустрии до 2015 г. I гредусматривает решение проблемы самообеспечения потребности республики строительными материалами, изделиями и конструкциями с высокими потребительскими свойствами и в необходимом ассортименте, а также с учетом экспортных поставок. Использование местных материалов позволяет экономить денежные средства, сокращать сроки строительства, повышать темпы и улучшать качество. В настоящее время разработка и внедрение экологически чистых технологий, использование своих отечественных материалов должно стать основой для производства Республики Беларусь. Реализация поставленных задач позволит повысить уровень строительства, защитить отечественных производителей.
Повышение качества строительных материалов и изделий — одна из главных задач промышленности строительных материалов.
Для регламентации качества .промышленной продукции в Беларуси действует государственная система стандартизации и аттестации качества. Основой стандартизации являются объединенные достижения науки, техники и передового опыта. На каждый строительный материал имеются стандарты, которые подразделяются на различные категории. Качество каждого строительного материала регламентируется Государственными стандартами (ГОСТами) или техническими условиями (ТУ). В этих нормативных документах даются определение и назначение материала или изделия, его важнейшие свойства, деление на марки и сорта, методы испытаний (установление свойств и их показателей), правила приемки, транспортирования и хранения. В обозначении ГОСТа дается два числа: первое обозначает порядковый номер материала, а второе после тире — год утверждения стандарта. Например, в ГОСТ 530—95 «Кирпич и камни керамические» или ГОСТ 376—95 «Силикатный кирпич и камни» цифры 530 и 376 обозначают порядковый номер соответственно керамического и силикатного кирпича, а цифра 95 — год утверждения ГОСТа — 1995. Нормативно-техническая документация периодически (не реже одного раза в 5 лет) пересматривается и обновляется. Основанием для пересмотра действующих документов являются совершенствование технологии и строительного производства, завершение научно- исследовательских, опытно-конструкторских и экспериментальных работ, обобщение отечественного и зарубежного опыта проектирования и строительства, повышение требований к качеству материала. Новый ГОСТ имеет силу закона и отменяет действие старого ГОСТа.
Значение стандартизации огромно. Стандартизация является важнейшим стимулом совершенствования промышленных предприятий, определяет выпуск строительных материалов и изделий качеством не ниже обусловленного, что позволяет уже при проектировании создавать надежные и долговечные конструкции независимо от технологии изготовления материалов.
Кроме ГОСТов и ТУ строители пользуются также строительными нормами и цравилами (СНиП). СНиП — это свод нормативных документов по проектированию, строительству и строительным материалам, обязательных для всех организаций и предприятий. ГОСТы разрабатываются преимущественно на строительные материалы и изделия массового изготовления, а СНиПы устанавливают требования ко всей строительной продукции. Оба комплекса нормативных документов по строительству — СНиП и ГОСТ — взаимно дополняют друг друга. Начиная с 1997 г. в Республике Беларусь создан нациольный комплекс технического нормирования и стандартизации в строительстве. Республика начала разрабатывать свои стандарты — СТБ, СНБ — строительные нормы Беларуси.Следует различать такие понятия: «строительные материалы» и «строительные изделия».Строительные материалы — это все то, что в процессе применения или перед ним дозируется, перемешивается, прирезается или подвергается обработке. Строительные материалы подразделяют на сырьевые (известь, гипс, портландцемент, необработанная древесина и т.д.), материалы-полуфабрикаты (ДВП и ДСП, фанера, металлические профили, брусья и др.) и материалы, готовые к применению (кирпич, облицовочная плитка, стеклоблоки и др.).Строительное изделие — это продукция, имеющая законченную геометрическую форму. К группе изделий относятся столярные (оконные и дверные блоки, щитовой паркет и др.), скобяные (столярная фурнитура, замки, ручки и др.), электротехнические (розетки, выключатели, осветительная арматура и др.), санитарно-технические (мойки, раковины, ванны и др.) изделия. К изделиям также относятся детали строительных конструкций — бетонные и железобетонные стеновые блоки и панели, фундаментные плиты и блоки, колонны, плиты перекрытий и т.д. Более сложные элементы — фермы, рамы, арки, лестничные марши и т.п. относят к группе конструкций.Однако между перечисленными понятиями отсутствует четко выраженная граница. Так, например, керамический кирпич или стеклоблок, относящиеся к материалам, готовым к применению, можно назвать строительными изделиями; готовые к применению краски приобретают вид защитно-декоративного покрытия только после высыхания; лестничный марш, ферму можно отнести к изделиям и т.д.В настоящее время в строительстве применяется более тысячи наименований различных конструкционных и отделочных материалов и изделий, а если учесть, что белорусский рынок строительных; материалов открыт, то эту цифру можно смело увеличить вдвое. Для удобства изучения многочисленные виды строительных материалов и изделий классифицируют. Наиболее распространенной классификацией материалов является классификация по видам сырья, из которого материалы изготавливают. По этому признаку материалы подразделяют на древесные, природные каменные, керамические, из минеральных расплавов и на основе минеральных вяжущих, металлы и сплавы, на основе битумных вяжущих и полимеров. Материал данного пособия излагается согласно классификации по видам сырья.
Глава 1. Основные свойства строительных материалов
Строительные материалы являются материальной базой строительства. Для того чтобы рационально использовать строительные материалы, надо в первую очередь знать их свойства.
Основные свойства строительных материалов можно разделить на физические, механические, химические и технологические.
1.1. Физические свойства
К
филическим свойствам относят плотность,
пористость, гигроскопичность,
водопоглощение,
водопроницаемость, морозостойкость^
теплопровод! юсть,
imiio.-.JS
газопроницаемость.
тешшемкость. огнестойкость,
oriieyiiopiiocTbj..звукопроврдншхь^,и..
звукоцоглощение,
paL
диационную
стойкосзаь
Плотностью называют массу единицы объема материала. Различают среднюю, истинную и насыпную плотности.
Средняя плотность — масса единицы объема материала в естественном состоянии, т.е. с порами и пустотами. Среднюю плотность р0 , кг/м3, г/см3, вычисляют по формуле
Р0 = m/V,
где т — масса материала (образца) в сухом состоянии, кг или г; У— объем материала (образца) в естественном состоянии, м3 или см3.
Массу материала определяют путем взвешивания образцов на весах различного типа.
Определение
объема зависит от формы образца. Образцы
бывают правильной (куб, параллелепипед,
цилиндр) и неправильной геометрической
формы. В первом случае объем образца
определяют путем вычислений
по геометрическиз\о1а.ЗМвшм.
Например, для куба У = аЪс,
где
а, 6,
с
—-
размеры
сторон куба.
Если образец неправильной формы
(кусочек кирпича), то объем образца
определяют по объему вытесненной
жидкости (закон Архимеда).
Средняя плотность для материала не является величиной постоянной. Искусственные материалы можно получить с требуемой средней плотностью. Изменяя структуру, можно получить тяжелый бетон плотностью до 2500 и особо легкий плотностью менее 500 кг/м3.
Истинная плотность, кг/м3, г/см3— масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот). Вычисляют ее по формуле согласно СТБ 4.211—94
Рu=m/vа,
где vа — абсолютный объем материала, м3 или см3.
Истинная плотность — это плотность вещества, из которого состоит материал, поэтому истинная плотность материала является фи-
У плотных материалов числовые значения истинной и средней плотности одинаковы. Например, у стали р0 = ри = 7850 кг/м3. У пористых материалов истинная плотность больше средней. Например, у керамического кирпича р0 = 1600... 1900, а ри = 2500 кг/м3.
Для сыпучих материалов (щебень, гравий, песок) определяют насыпную плотность.
Насыпная плотность рн, кг/м3, г/см3 — масса единицы объема
рыхло насыпанных зернистых материалов. В объем таких материалов включают не только поры в самом материале, но и пустоты между зернами и кусками материала.
Например, насыпная плотность кварцевого песка равна 1500 кг/м3, а гранитного щебня 1650 кг/м3.
Плотность материала в большой степени влияет на его долговечность. Средняя плотность материалов непосредственно влияет на эффективность строительства, а также на трудоемкость транспортирования и монтажа. Снижение средней плотности строительных материалов при сохранении необходимых прочности и долговечности — путь к снижению материалоемкости строительства, повышению его технико-экономической эффективности.
Пористость^л^х^иала. П — это степень заполнения объема материала порами. Пористость по значению дополняет плотность до единицы или до 100% и определяется по формуле П = Уп/У, где
Vn — объем, занимаемый порами, V— объем материала в естественном состоянии, т.е. вместе с порами.
Преобразовав эту формулу, получим П = (1 — р0 / р )100%, или
п = (ри-р0/ри)100%.
Пористость выражают в процентах (ГОСТ 12730.1—78).
Пористость строительных материалов колеблется в широком диапазоне: от 0 (сталь, стекло) до 90...95 (пено- и поропласты); у тяжелого бетона — 5... 15%.
Коэффициент плотности Кпл — степень заполнения материала
твердым веществом: К = р0 / р .
В сумме П + Кпл =1 или 100%, т.е. высушенный материал состоит из твердого каркаса, обеспечивающего прочность, и воздушных пор.
Поры (от греч. poros — выход, отверстие) в материале — это промежутки, полости между элементами структуры материала, за: полненные воздухом или водой. Поры возникают в материалах на раз-
2. Зак. 1684.
личных стадиях их приготовления (у искусственных материалов) и образования (у природных материалов), отсюда и поры бывают искусственные и естественные. Форма, размеры и структура пор различны.
Более крупные поры в изделиях или полости между кусками рыхло насыпанного сыпучего материала (песок, гравий, щебень) называют пустотами,
В зависимости от пористости различают низкопористые (конструкционные материалы— П<30%), среднепористые (П = 30...50%) и высокопористые (теплоизоляционные материалы — П > 50%).
Для рыхлых (сыпучих и волокнистых) материалов (песок, щебень, цемент, минеральная и стекловата), а также для материалов с искусственными пустотами (пустотелые керамические кирпичи и камни, бетонные и железобетонные плиты с технологическими пустотами) отношение объема пустот;_к ,.о]бщему1^бьему_жатариала называют пустотн остью.
Показатели пустотности строительных материалов и изделий также колеблются в широком диапазоне: для песка и гравия в зависимости от крупности зерен 4...50%, для пустотелого кирпича 2,25...45%. Пустотность вычисляют по той же формуле, что и пористость.
Плотность и пористость оказывают влияние на многие свойства строительных материалов: водопоглощение, водопроницаемость, теплопроводность, прочность и др. Для конструкций, которые должны быть водонепроницаемыми, нужны материалы с высокой плотностью; конструкции малотеплопроводные необходимо сооружать из мелкопористых материалов с пониженной теплопроводностью и т.д. Некоторые физические свойства распространенных строительных материалов приведены в табл. 1.1.
Важными для строительных материалов являются физические свойства, определяющие отношение к действию воды, пара, газов, так как в конструкциях, при транспортировании и хранении материалы ^подвергаются воздействию названных факторов. Эти свойства назы- ( вают гидрофизическими.
Гигроскопичность — свойство пористого материала поглощать водяной пар из воздуха. Степень гигроскопичности зависит от количества и величины пор в материале, его структуры, температуры и относительной влажности воздуха. Материалы с одинаковой пористостью, но с более мелкими порами обладают более высокой гагроскопич> ностью, чем крупнопористые. Высокая гигроскопичность сказывается отрицательно на физико-механических характеристиках материалов. Например, цемент при хранении поглощает из воздуха водяные пары, теряет активность, комкуется и теряет прочность; древесина при влажном воздухе разбухает, изменяется форма и размеры деревянных изделий.
Систематическое
увлажнение и высыхание (разбухание и
усушка) древесины
может привести к короблению
и образованию
трещин усушки. Гигроскопичность
строительных материалов различна:
одни из них активно притягивают своей
поверхностью молекулы воды,—
их
называют 1дтидрофилкныд^
(глина, минеральные вяжущие —
гипс,
цемент); другие, наоборот, отталкивают
воду, —
их
называют стекло, полимеры).
Гигроскопичность строительных материалов необходимо учитывать при их сушке, длительном хранении, перевозке. Гигроскопичность некоторых пористых изоляционных материалов может в опре- *
деленных эксплуатационных условиях привести к увеличению теплопроводности ограждающих конструкций зданий и сооружений.
Влажность (W) — это количество воды в материале. Различают абсолютную влажность (г) и относительную (%). Относительную влажность вычисляют по формуле
W = [(mв -mс)/mс]100,
где т — масса сухого образца, г; тв — масса влажного образца, г.
При увлажнении материалы изменяют свои свойства увеличиваются плотность, теплопроводность и снижается прочность. Поэтому при хранении и перевозке строительных материалов ГОСТ требует предохранения их от увлажнения.
Водопоглои^еншм^ ^ааывают свойство материалов впитывать и удерживать воду7 Водопоглощение определяют по стандартной методике, погружая образцы материала в воду с температурой 20±2°С и выдерживая их в воде определенное время. Водопоглощение можно определить по отношению к массе сухого материала или по отношению к естественному объему материала. Различают водопоглощение
но массе — и по объему — Wn и вычисляют их по формулам (в %):
где mQ — масса сухого образца, г; тя — масса образца, насыщенного
водой, г; У— объем образца в естественном состоянии, см3.
Водопоглощение лштериала обычно меньше_его пористости, так как поры могут быть закрытыми или очень мелкими и вода в них не проникает, а в очень крупных порах вода не удерживается. У высокопористых материалов (древесина, минераловатные и стекловолокни- стые плиты) водопоглощение по массе может быть более 100%; объемное водопоглощение всегда меньше 100%.
Для насыщения водой образец погружают в воду постепенно или выдерживают его в кипящей воде (СТБ 4.2306—94).
В
результате насыщения водой свойства
материалов значительно
изменяются: увеличиваютсяJгe^oпpoвoднocть,
плотность,
-а-у некоторых материалов (например^у
дереБаХхакже и объем.
Показатели водопоглощения строительных материалов различны. Например, водопоглощение по массе гранита 0,1...0,8%, керамических плиток для полов — 1...4, тяжелого бетона — 2...3, керамического кирпича — 8... 15, теплоизоляционных газосиликатных материалов — 50...75%.
Увлажнение и насыщение водой отрицательно влияет на прочуй ность материалов, снижая ее.
Водостойкостью материала называют его способность сопротивляться разрушительному действию влаги. Количественно водостойкость материала оценивают коэффициентом размягчения Кр . Последний равен отношению предела прочности материала, насыщенного водой 2?н, к пределу прочности сухого материала Rc : К =йн / Rc.
Коэффициент
размягчения колеблется в пределах' от
иду *глиняных
необожженных материалов) до 1
..(у
стали, битумов).
Материалы с коэффициентом
размягчения больше 0,8
называют
водостойкими.
Водостойкость — важная характеристика строительных материалов, которые применяют в гидротехнических сооружениях. Водостойкость можно повысить искусственно, снижая гидрофильность, уменьшая смачиваемость материалов водой, а также нанесением гидрофобных покрытий.
Высокая гидрофобность и водостойкость некоторых материалов позволяют применять их в качестве гидроизоляционных материалов
/итумы, полимерные пленки).
Влагоотдача
—
свойство
материала отдавать воду при наличии
соответствующих условий в окружающей
среде (повышении температуры, движении
воздуха, снижении влажности воздуха).
Влагоотдача
характеризуется скоростью высыхания
материала, т.е. количеством воды, теряемым
за сутки материалом при относительной
влажности воздуха 60%
и
температуре 20
°С
(в %
массы
или объема стандартного образца
стройматериала). Величина влагоотдачи
имеет большое значение для многих
материалов: мокрой штукатурки
стен,
твердеющего бетона (в первом случае
желательна быстрая влагоотдача, во
втором —
замедленная).
В строительных конструкциях никогда не бывает материала в абсолютно сухом состоянии: он всегда имеет определенную влажность.
Вод о пр о и и цг/емлг mhK> называют способность материала пропускать воду под давлением. Величина водопроницаемости характеризуется количеством воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 см2 площади испытуемого материала (образца) при постоянном давлении. Степень водопроницаемости зависит от строения и пористости материала. Материалы особо плотные, т.е. у которых истинная и средняя плотности равны (металл, стекло), являются водонепроницаемыми.
Особо важна водонепроницаемость для кровельных, гидроизоляционных материалов, канализационных труб и др.
Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации Кф (м2/ч). Коэффициент фильтрации обратно пропорционален
водонепроницаемости материала. Чем больше коэффициент фильтрации, тем ниже марка материала по водонепроницаемости. Например, водонепроницаемость бетона характеризуется марками W2, W4, W6, W8, W10, W12 (цифры обозначают максимальное давление в МПа: 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2).
Паро-у воздухо- и газонепроницаемость —свойства материала пропускать через свою толщу соответственно пар, воздух или газ.
Эти свойства зависят от строения материала. Проницаемость выражается количеством пара (газа), проходящего в единицу времени через единицу поверхности образца материала определенной толщины при данном равномерном перепаде давления.
Стеновой
материал должен обладать определенной
проницаемостью
(стены
должны «дышать»), т.е. через наружные
стены происходит естественная
вентиляция. Поэтому стены жилых зданий,
детских учреждений, больниц и т.п. hp
отдедывяют
материалами,
за- .
держив
аюгцими водяной пар.
Морозостойкость — свойство насыщенного водой материала выдерживать многократные попеременные замораживания и оттаивания без признаков разрушения и значительного снижения прочности.
Морозостойкость — важное свойство, характеризующее долговечность строительных материалов в конструкциях. В осеннее время года материалы в конструкциях насыщаются водой (например, наружная часть стены). При наступлении даже небольших морозов вода в крупных порах замерзает и, переходя в лед, увеличивается в объеме на 9%. Лед играет роль клина, он давит на стенки пор и разрушает их. При повторном увлажнении вода проникает еще глубже в материал. Эти процессы повторяются. Разрушение начинается обычно в виде «шелушения» поверхности материала, а затем распространяется вглубь.
Определение
морозостойкости материалов проводят
в лабораториях на стандартных образцах
(бетонные кубы, кирпич и т.п.). Перед
испытанием образцы насыщают водой.
После этого их помещают в холодильные
камеры, замораживают при температуре
от —15
до
-20
°С
и выдерживают некоторое время (4...8
ч), чтобы вода замерзла даже в тонких
порах. Затем образцы оттаивают в воде
комнатной температуры +20
°С
в течение 4
ч
и более. Одно такое испытание называют
циклом. Число циклов попеременного
замораживания и оттаивания, которое
должен выдерживать материал без
разрушения при условии, что прочность
его понизится не более чем на 25%,
а
потеря массы не превысит 5%,
и
характеризует морозостойкость материала.
По степени^морозостойкости,
т.е. по
числу вьщержанных
цик-
лов, материалы
подразделяют на марки:
Q^_E15^-.E25,--F36r-P50.
F100,
F150,
F200,
F300,
F400,
F500
(СТБ
4.204—94).
Например,
керамический кирпич по шрсьзостойкости
подразделяют ла марки F15,
F25,
F35,
F50;
тяжелый
бетон —
F50,
F75,
F100,
F150?
F200,
F300.
Пористые
материалы, как правило, являются
достаточно морозостойкими, если при
насыщении вода_^апр,лняет_не^более 85%
объе^.
ма пор_._Значит, наибольшей морозостойкостью
обладают плотные материалы и материалы
с закрытой структурой пор и пустот.
Обычно после замораживания наблюдается
понижение прочности материала по
сравнению с прочностью в водонасыщенном
состоянии.
Отношение предела прочности при сжатии замороженного образца к пределу прочности при сжатии образца, насыщенного водой, называется коэффициентом морозосто Kf :
У
морозостойких материалов
Кр >
0,75. По
результатам лабораторных испытаний
строительных материалов на морозостойкость
можно прогнозировать срок их службы в
естественных условиях: один цикл
испытаний примерно соответствует трем
годам эксплуатации.
Морозостойкость гидротехнических и дорожных покрытий F50...F300. Применением поверхностно-активных веществ (ПАВ) регулируют структуру бетона и существенно повышают его морозостойкость.
При выборе материалов важно знать их реакцию на действие высоких температур, открытого огня, звуковых волн, различных излучений. Эти характеристики определяют области применения материалов общего и специального назначения. Так, материалы ограждающих конструкций зданий и сооружений должны уменьшать теплообмен с окружающей средой; важным показателем надежности конструкционных и отделочных материалов является их огнестойкость; при выборе материалов для звукопоглощающих облицовок нужно знать их акустические свойства.
Свойства^ материалов, связанные с изменением температуры, называют теплофизинескими.
Теплопроводностью называют свойство материала проводить через свою толщу тепловой поток, возникающий из-за разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Свойство проводить тепло является общим для всех строительных материалов, однако теплопроводность разных материалов различна (см. табл. 1.1).
Теплопроводность материала зависит от характера пор и вида материала, его пористости, влажности, плотности и средней температуры, при которой происходит передача тепла.
Степень теплопроводности различных строительных материалов характеризуется теплопроводностью, которая обозначается буквой X.
Рассмотрим передачу тепла плоской стеной с параллельными ограничивающими поверхностями из материала толщиной а (м) и площадью А (м2). Если на поверхностях стены будут различные, но постоянные температуры 1 и IL (К > Т2 % то через стену будет проходить постоянный тепловой поток. Количество тепла Q (Дж), проходящее через стену за Z с, прямо пропорционально разности температур, площади стены и времени Z и обратно пропорционально толщине стены: ^
Q = λА(Т1 –T2)Z/a
отсюда можно определить теплопроводность (Вт/(м-К)): = Q А(Т1 –T2)Z
т.е. теплопроводность численно равна количеству теплоты, проходящей за 1с через стену толщиной 1 м площадью 1 м2 при разности температур на поверхностях 1 К (СТБ 4.206—94).
Большинство строительных материалов содержит поры, пустоты. Теплопроводность воздуха X = 0,020 Вт/(м-К) меньше, чем у твердых материалов. Поэтому увеличение пористости материалов приводит к снижению теплопроводности. Иногда теплопроводность материалов характеризуют величиной, обратной теплопроводности — термическим сопротивлением: R = -l/X. Теплопроводность воздуха очень низкая, вследствие этого он оказывает большое термическое сопротивление прохождению теплового потока. Характер пор также влияет на теплопроводность материала. При одинаковой пористости теплопроводность материала будет тем меньше, чем мельче поры, так как в крупных порах происходит передача теплоты конвекцией. Теплопроводность возрастает при наличии сообщающихся крупных пор. Материалы с замкнутыми порами менее теплопроводны, чем с сообщающимися.
Теплопроводность материала зависит и от его структуры: у материалов с волокнистым и слоистым строением теплопроводность поперек и вдоль направления волокон неодинакова (древесина).
На теплопроводность материала оказывает влияние его влажность. Влажные материалы более теплопроводны, чем сухие, так как у воды X = 0,052 Вт/(м-К), т.е. в 25 раз больше, чем у воздуха.
При повышении температуры теплопроводность большинства материалов возрастает и лишь у некоторых (например, металлов) уменьшается.
Теплопроводность — важное свойство материалов для наружных стен, перекрытий и покрытий, изоляции теплосетей, холодильников, котлов и т.п.
Степень теплопроводности очень важно знать у материалов, используемых для устройства так называемых ограждающих конструкций зданий (т.е. наружных стен, верхних перекрытий, полов в нижнем этаже) и в особенности теплоизоляционных материалов, назначение которых способствовать сохранению тепла в помещениях и ^пловых установках.
Теплоемкосшь — свойство материала поглощать при нагревании и отдавать при охлаждении определенное количество теплоты. Отношение теплоемкости к единице массы называют удельной теплоемкостью с.
Для нагревания материала, имеющего массу (кг) от температуры Ту (К) до Т2 (К), необходимо затратить количество теплоты (Дж),
прямо пропорциональное массе материала и разности температур:
Q=cm(T2-T1) где с - удельная теплоемкость, Дж/(кг*К), отсюда
c = Q/m(T2-T1), .
т.е. удельная теплоемкость численно равна количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 К. Удельная теплоемкость строительных материалов различна. Например, у сосны— 2,51 кДж/(кг-К), у природных камней— 0,75...0,93, у керамического кирпича— 0,74, у тяжелого бетона— 0,8...0,92, у воды — 4,187 кДж/(кг-К).
Теплоемкость строительных материалов учитывают при расчетах теплоустойчивости наружных стен отапливаемых зданий, расчете подогрева составляющих растворов, бетонов и т.п. для работы в зим- нее^время, а также при расчете отопительных систем. \/ Огнестойкость — способность материала противостоять действию огня, высоких температур и воды в условиях пожара.
У одних материалов (известняк, доломит, органические материалы) огонь вызывает химическое разложение, другие (алюминий, пластмассы) плавятся, третьи (сталь, гранит) деформируются и разрушаются.
Ко всем материалам, используемым в строительстве, предъявляют требования по огнестойкости, зависящие от категории здания и сооружения по пожарной безопасности, определяемой СНиПом.
Строительные материалы по степени огнестойкости подразделяются на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.
Несгораемые материалы в условиях пожара не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К несгораемым материалам относят керамический кирпич, черепицу, бетон, асбестоцементные и природные каменные материалы.
Трудносгораемые материалы под действием огня и высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, не-S. только при наличии источника огн^
горение и тление прекращаются). К этим материалам относят фибролит, стеклопластики, асфальтовый бетон, оштукатуренную древесину.
Сгораемые материалы под действием огня и высокой температуры воспламеняются, горят или тлеют и продолжают гореть после удаления источника огня. К сгораемым материалам относят древесину? рубероид, войлок, пластмассы, обои, битумы, полимерные материалы.
Для повышения огнестойкости материалов их пропитывают или обрабатывают специальными огнезащитными составами — анти- пиренами. Эти составы под действием огня выделяют газы, не поддерживающие горения, или образуют на материале пористый защитней слой, замедляющий его нагрев.
Огнеупорность — свойство материала выдерживать продолжительное воздействие высоких температур без деформаций и размягчения. По степени огнеупорности материалы подразделяют на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие.
Огнеупорные материалы могут выдерживать длительное воздействие температуры свыше 1580 °С. Их применяют для футеровки внутренних поверхностей промышленных печей (шамотный кирпич, магнезитовые и графитовые материалы).
Тугоплавкие материалы могут выдерживать без размягчения температуру 1350... 1580 °С (гжельский кирпич для кладки печей).
Легкоплавкие материалы размягчаются при температуре ниже 1350 °С (полнотелый ипустотелый керамический кирпич).
Ра^ационная стойкость— способность материала противостоять воздействию ионизирующих излучений
Уровни радиации вокруг современных источников ионизирующих излучений настолько велики, что может произойти глубокое изменение структуры и свойств материала. Под воздействием радиации у металлов заметно возрастает предел текучести, у углеродистой стали и алюминиевых сплавов уменьшается пластичность, у керамических материалов уменьшаются плотность и теплопроводность; стекло окрашивается.
Для защиты от радиоактивных излучений применяют особо тяжелые бетоны, приготовленные на заполнителях: барите, металлическом скрапе, чугунной дроби и т.п. (р0 = 4000...5000 кг/м3); гидратные
бетоны с добавками карбида бора, хлористого лития и др.; свинец; ячеистое стекло.
Акустические свойства материалов характеризуют их способность ослаблять энергию распространяющихся по воздуху и через конструкции зданий слышимых звуковых волн. К ним относят звукопроводность и звукопоглощение.
Звукопроводностью называют способность материала проводить через свою толщу звук.
Звукопоглощение — способность материала поглощать и отражать падающий на него звук.
Звукоизолирующая способность (звукоизоляция) ограждения определяется по формуле
зи = I/Iпр,
где I—падающая звуковая энергия; I —звуковая энергия, про-
"г
шедшая через материал.
Звук или звуковые волны — механические колебания, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах. Различают звуки воздушные, распространяемые в воздухе, и ударные (по конструкциям).
Для изоляции воздушного шума используют плотные, тяжелые материалы (кирпичная кладка, бетон, шлакобетон, слоистые панели из плотных звукопоглощающих материалов). Для изоляции ударного шума применяют упругие материалы (древесно-волокнистые плиты, маты из стекловаты и шлаковаты). Для звукопоглощения используют пористые материалы (вату минеральную, пористые плиты, штукатурку, мипору).
1JZ. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Механические свойства материалов имеют важное значение для строительных конструкций, работающих под нагрузкой. Основными механическими свойствами являются прочность, твердость, истираемость, упругость, пластичность, хрупкость, сопротивление удару, износ.
Прачиость^— свойство материала сопротивляться разрушению от внутренних напряжений, возникающих в нем при воздействии внешних сил. В конструкциях строительные материалы при действии нагрузок испытывают различные деформации и соответствующие им напряжения: сжатия, растяжения, изгиба, среза и др.
В
зависимости от того, как материалы ведут
себя под нагрузкой, все они подразделяются
на ^пластичные
(углеродистые
стали, алюминий, медь),и хрупкие
(бетон, природные камни, чугун и др.).
Различные материалы по-разному сопротивляются деформациям. Например, природные и искусственные камни (гранит, бетон, кирпич и т.д.) хорошо сопротивляются сжатию и значительно (в 5... 50 раз) хуже — растяжению. Поэтому указанные материалы следует применять в строительных конструкциях, работающих на сжатие (стены, колонны и др.). Другие материалы (древесина, сталь) одинаково хорошо сопротивляются сжатию и растяжению, хорошо работают
на изгиб, поэтому их можно применять в конструкциях, работающих на изгиб (фермы, балки и др.).
Прочность является основным свойством большинства строительных материалов; от прочности зависит величина нагрузки, которую будет воспринимать конструктивный элемент в процессе эксплуатации.
Мерой прочности материалов является предел прочности. Предел прочности — максимальное напряжение, при котором происходит разрушение образца материала.
Предел прочности при сжатии R или предел прочности при
растяжении Rp , МПа, равен отношению разрушающей нагрузки F
к площади поперечного сечения образца А, подвергающегося испытанию, и вычисляется по формуле (СТБ 4.206—94)
Rсж(Rp)=F/A
где F— разрушающая нагрузка, Н; А— площадь поперечного сечения образца, мм2.
Предел прочности при изгибе образца прямоугольного сечения при действии одной сосредоточенной силы, приложенной по середине образца, вычисляют по формуле
RИЗГ=3F/2bh2,
где I — расстояние между опорами, мм; 6 и Л — ширина и высота поперечного сечения образца, мм.
Предел прочности материалов определяют при испытании стандартных образцов (рис. 1.1). Форма и размеры образцов должны
соответствовать
требованиям ГОСТа. Для испытания
материалов на ^сжатие
образцы
изготовляют в виде куба или цилиндра,
на_растяже-
няе^ — в виде аризмь1~или..стерж^ в виде
восьмерки_(для биту
ма^.
на изгиб
—
в
виде балочки (призмы), кирпича (в натуре)
на двух опорах. Испытывают образцы до
разрушения в лабораториях на гидравлическом
прессе или разрывных машинах.
Различные материалы обладают неодинаковым пределом прочности при сжатии: от 0,5 (торфяные плиты) до 1000 МПа и более (высокопрочная сталь).
Прочность
конструкционных строительных материалов
характеризуется маркой (М)1_которая,
как
правило, совпадает по значению
с минимально допустимым пределом
прочности при сжатии. Марка материала
п^п|ючШстй является важнейшим показателем
его качества.
Для каменных материалов марку определяют по пределу прочности при сжатии (в ряде случаев с учетом прочности при изгибе). Для каменных материалов установлены следующие марки: 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000. Например, марка прочности материала Ml50 означает, что предел прочности при сжатии материала составляет 15... 19,9 МПа.
В табл. 1.2 приведены пределы прочности при сжатии, изгибе и растяжении некоторых строительных материалов.
Прочность
материалов зависит от структуры,
пористости, влаж- ^ ности, дефектов
строения, длительности и характера
приложения ^ нагрузки, среды, температуры,
состояния поверхности и других факторов.
Часто для оценки эффективности
конструкционных строительных
материалов используют коэффициент
конструктивного
качества
(к.к.к.) материала, который численно
определяют отношением предела
прочности при сжатии к средней плотности
материала:
к.к.к. = Rсж/р0
Лучшие конструкционные материалы имеют высокую прочность при малой средней плотности. Например, для алюминия '
к.к.к. = 4,61; для древесины к.к.к. = 0,8; для стали к.к.к. = 0,5...1,0 ; для пластмасс к.к.к. = 0,5...0,25 .
.Твердость — способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела.
Твердость определяется структурой материала. Количественно показатель твердости (число твердости НВ) оценивают различными способами. Твердость битума определяют на приборе пенетрометре по глубине проникания в битум иглы под нагрузкой. Твердость окрасочной пленки определяют маятниковым прибором. Твердость древесины, металлов, бетона, пластмасс и некоторых других материалов определяют, вдавливая в них стальной шарик (метод Бринелля) или твердый наконечник (в виде конуса или пирамиды). В этом случае твердость материала характеризует его способность сопротивляться пластической деформации на поверхности образца. При вдавливании шарика определенного диаметра из закаленной хромистой стали на поверхности материала образуется сферический отпечаток.
Число твердости определяют по формуле
НВ = F/A,
где F— нагрузка на шарик, Н; А — площадь поверхности отпечатка, мм2.
Твердость каменных строительных материалов, природных камней и минералов оценивают шкалой твердости Мооса (включает минералы в порядке возрастающей твердости от 1 до 10), представленной десятью минералами, из которых каждый последующий своим острым концом царапает все предыдущие (табл. 1.3).
Например, если испытуемый материал чертится кварцем, а сам не чертит ортоклаз, то его твердость принимают равной 6,5.
Твердость влияет на обрабатываемость материала. Высокая прочность материала не всегда свидетельствует о его высокой твердости. Например, древесина по прочности при сжатии равна бетону, а по прочности при изгибе превосходит его, однако твердость древесины значительно меньше, чем у бетона.
Характеристика твердости имеет значение при выборе материалов для покрытия полов, лестниц, дорожных покрытий, при определении способа механической обработки лицевой поверхности материалов.
Истираемость — свойство материалов уменьшаться в объеме и массе под действием истирающих усилий. Сопротивление истиранию определяют для материалов, которые в процессе эксплуатации подвергаются истирающему воздействию. Это важное свойство для полов, лестничных ступеней, дорожных покрытий.
Истираемость И вычисляют по формуле
И = (m-m1)/А,
где /п, т1 — масса образца соответственно до и после испытания, г;
А — площадь истираемой поверхности, см2.
. Средние значения истираемости некоторых материалов, г/см2:
гранит О,ОЗ...0,07
поливинилхлоридный линолеум 0,02...0,04 керамическая плитка для полов 0,08
ш лакосита лл 0,01... 0,03
известняк 0,3... 0,8
Упругостью называют способность материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки, которая вызвала эти изменения. Наибольшее напряжение, до которого в материале возникают только упругие деформации, называют пределом упругости. У каждого материала есть постоянная характеристика — модуль упругости Е, Па или МПа. Модуль упругости характеризует жесткость материала, т.е. его способность сопротивляться упругим деформациям.
Значения модуля упругости некоторых материалов, МПа, приведены ниже.
Сталь Чугун Древесина Стекло
Полистирол
2-105 1,2-105 1-104 8-103 3-102
Упругими являются резина, герметизирующие прокладки, ла- * кокрасочные пленки, сталь, древесина и другие материалы.
Пластичность — свойство твердого материала изменять без разрушения форму и размеры под действием нагрузки и сохранять их после ее снятия. Пластичными являются глиняное тесто, бетонные и растворные смеси, битум при положительных температурах, свинец и др.
Пластичность глиняного теста йсполь-зуется при изготовлении керамических изделий. Пластичность растворной смеси позволяет ей легко растекаться по поверхности камня тонким слоем и заполнять все неровности основания. Практически у всех материалов пластичность увеличивается с повышением температуры, влажности и скорости нарастания действующей нагрузки. Например глина, хрупкая в сухом состоянии, становится пластичной во влажном.
Многие полимерные материалы под действием небольших нагрузок при эксплуатации со временем способны изменять свою форму. Это свойство называют ползучестью. Ползучесть также характерна для грунтов, металлов, бетона, которые способны медленно и непрерывно пластически деформироваться под действием постоянной нагрузки.
Хрупкость — свойство твердого материала внезапно разрушаться под действием внешних сил без предварительной остаточной деформации. Хрупкие материалы в отличие от пластичных не формуются, им нельзя придать желаемую форму, так как при ударной нагрузке, резком сжатии такой материал быстро разрушается, рассыпается на осколки, дробится на части.
Хрупкость присуща не только кристаллическим, стеклообразным, но и полимерным материалам. Большинство материалов при понижении температуры становятся хрупкими (битумы, некоторые пластмассы, металлы).
Малоуглеродистая сталь, пластичная при комнатной температуре, при сильном охлаждении становится хрупкой. К хрупким материалам относятся стекло, керамические изделия, чугун.
Ударная вязкость или сопротивление удару — свойство, характеризующее сопротивление материала разрушению или деформированию при ударе. Хрупкие материалы плохо сопротивляются удару.
Сопротивление удару важно для материалов дорожных покрытий, а также конструкций, подвергаемых при эксплуатации динамическим (ударным) нагрузкам.
Для
рулонных материалов (отделочных, обоев
и др.) важными свойствами являются
разрывная прочность (при надрезе),
прочность при проколе, продавливании
и
т.п.
Износ — разрушение материала при совместном действии истирания и уЬ;ара. Износ материала зависит от его структуры, состава, твердости, прочности, истираемости. Прочность при износе оценивается потерей в массе, выраженной в процентах. Износ важен для материалов полов, ступеней лестниц, дорожных покрытий, лакокрасочных пленок.
Реологические свойства называют структурно-механическими.
Некоторые строительные материалы — растворные и бетонные смеси, краски, мастики и др. — представляют собой пластично-вязкие смеси различной густоты. Чтобы такие материалы плотно укладывались в форму или хорошо сцеплялись с поверхностью конструкции, не сползая (не стекая) с нее, они должны обладать определенными свойствами. Для оценки таких свойств используют реологические методы и приборы.
Реология
—
наука
о деформациях и текучести веществ.
Объект реологии —
жидкие
и пластичные вещества. В реологии
жидкостями считаются вещества, которые,
под действием приложенной силы,
неограниченно
деформируются, т.е. текут. Идеально
твердые тела под действием силы
деформируются упруго (обратимо) и
восстанавливают свою форму после
окончания действия силы. Реальные
материалы, в том числе бетонные и
растворные смеси, краски, мастики
сочетают в себе свойства жидких и твердых
тел. В зависимости от преобладания того
или иного свойства говорят^
о вя^^ттекудщх..
или пластично ^з кш^смесяХж__
К основным реологическим характеристикам относятся: вязкость, предельное напряжение сдвига, тиксотропия.
Вязкость — внутреннее трение жидкости, препятствующее перемещению одного ее слоя относительно другого. Вязкость характеризуется коэффициентом динамической вязкости rj и измеряется в Па-с.
В строительстве применяют большей частью пластично-вязкие смеси (строительные растворы, краски, гипсовое, цементное тесто и т.д.). По своим свойствам пластично-вязкие тела занимают промежуточное положение между жидкими и твердыми телами. Так, тесто можно разрезать ножом (что нельзя сделать с жидкостью), но вместе с тем тесто принимает форму сосуда, в который оно помещено, т.е. ведет себя как жидкость.
Наблюдая за растворной смесью или краской под нагрузкой, можно заметить, что при малых нагрузках они ведут себя как твердые тела, проявляя упругие свойства. При увеличении нагрузки у них появляются необратимые пластические деформации. При дальнейшем увеличении нагрузки эти смеси начинают течь, как вязкие жидкости.
Предельное напряжение сА&ига — величина внутренних напряжений,"при которой материал начинает необратимо деформироваться (течь), т.е. превращается в вязкую жидкость. Этот показатель у строительных смесей также называют структурной прочностью.
В структурированных системах процесс разрушения структуры протекает постепенно: сначала более медленно, затем ускоряется, а при дальнейшем увеличении напряжения или скорости деформации (течения) структура полностью разрушается. Причиной разрушения структуры материала является нарушение внутренней связи между его частицами при указанных напряжениях.
Многие пластично-вязкие смеси при повторяющихся (динамических) воздействиях могут обратимо терять структурную вязкость, временно превращаясь в вязкую жидкость. Это свойство, называемое тиксртропией« характерно для смесей на основе минеральных вяжущих (бетонных и растворных смесей), красок и мастик. Физическая основа тиксотропии — разрушение структурных связей внутри пла- стично-вязкого материала. После прекращения механического воздействия материал вновь обретает структурную прочность.
Явление тиксотропии используется при виброуплотнении бетонных смесей и нанесении мастичных и окрасочных составов шпателем или кистью. В строительных лабораториях реологические свойства смесей оцениваются применительно к условиям их использования в строительстве. В этом случае определяют не конкретные реологические характеристики (вязкость, предельное напряжение сдвига и т.п.), а обобщенные показатели: консистенцию вяжущего теста, удобо- укладываемость растворной или бетонной смеси и т.д., используя для этого специальные приборы и методы определения.