УДК 691(036.5)

ББК 38.3я7 Г83

Рецензенты: I Цнслшшл комиссии конструктивных дисциплин Могилевского строительного колледжа, преподаватель норной категории А.С. Воробьев; зав. кафедрой «Строительные материалы и изделия» Белорусского национального технического университета доцент Э.И. Батяновский; доцент В.А. Богдан

Гришук Т.В.

Г83 Строительные материалы и изделия: Учебное пособие для учащихся ССУЗов. — Мн.: Дизайн ПРО, 2004. — 312 с.: 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 ВУЗоп, спе- циалистами-строителями.

УДК 691(035.5) ББК 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 эперго- 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 уел. ед. топлива, в то время как «мокрый» способ — 240...280 уел. 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 на­учно-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. предусматривает 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 па марки и сорта, методы испытаний (установление свойств и их показателей), правила приемки, транспортирования и храпения. 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.

11 ормативно-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 правилами (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 нацио-

шя

пальный 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.

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. Физические свойства

К физическим свойствам относят плотность, пористость, гигро­скопичность, водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость. теплопроводность, паио- и газопроницаемость, теплоемкость, огне- стойкость, огнеупорность.„звукопроводность.. и звукопоглощение, ра-_ диациои ную стойкость.

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; V— 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 геометрическим размерам. Например, для куба

• = abc, где а, Ь, 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

p„=m/V0,

где V_& — 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 = р_и = 7850 кг/м³. У по­ристых материалов истинная плотность больше средней. Например, у керамического кирпича р₀ = 1600... 1900, а р_и = 2500 кг/м³.

Для сыпучих материалов (щебень, гравий, песок) определяют насыпную плотность.

Насыпная плотность р_н, 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 материала П — это степень заполнения объема материала порами. Пористость по значению дополняет плотность до единицы или до 100% и определяется по формуле П = У_п/У, где

• — объем, занимаемый порами, V — объем материала в естествен­ном состоянии, т.е. вместе с порами.

Преобразовав эту формулу, получим П = (1 — р_п / р )100%, или

n = (p_H-pЩ/p„)fOO%.

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 К_пл — степень заполнения материала

твердым веществом: К„„ = р₀/ рИ .

ЩМ к.«*Ь^{пл 0 и}

В сумме П + К = 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-

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]бщему_0бъвму_жате.риала называ­ют пустотностыо.

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

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.

Таблица 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 назы­вают гидрофизическими.

Гигроскопичностъ — 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 гигроскопич­ностью, 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 ^щдрофилышЕми, (глина, минеральные вяжу­щие — гипс, цемент); другие, наоборот, отталкивают воду, — их назы­вают,дтщрофобдщщ^биту мы, стекло, полимеры).

Гигроскопичность строительных материалов необходимо учи­тывать при их сушке, длительном хранении, перевозке. Гигроскопич­ность некоторых пористых изоляционных материалов может в опре­деленных эксплуатационных условиях принести 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 = [(m_н-m_c)/m_с]100,

где т_с — масса сухого образца, г; т — 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.

Водопоглоиъсншм называют свойство материалов впитывать и удерживать водуТВодопоглощение 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 по массе — VF и по объему — W_n и вычисляют их по формулам (в %):

W_m=[(m_Н-m_С)/m_С]100

W₀=[(m_Н-m_С)/V]100

где m_c — масса сухого образца, г; m_H — масса образца, насыщенного

водой, г; У— объем образца в естественном состоянии, см³.

Водопоглощение материала, 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 стекловолокни­стые 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: увеличиваются теплопроводность, плотность, а у некоторых материалов (напримерj. у. дерева), также 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 проч- / ность материалов, снижая ее.

Водостойкостью материала называют его способность сопротив­ляться разрушительному действию влаги. Количественно водостой­кость материала оценивают коэффициентом размягчения К_р . Послед­ний равен отношению предела прочности материала, насыщенного водой , к пределу прочности сухого материала R_C :k_P=rн/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.

Водопрпни.иррм.пстъю 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 фильт-

рации, 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-, 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. не отделывают мятериалами, за- держивающими 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 степенЕмморозостойкости. т.е. по числу выдержанных пик- лов, материалы подразделяют на марки: El£L F15._F25—F35.- ~Р50, FlOO, FI50, F200, F300, F400, F500 (СТБ 4.204—94). Например, кераУ морозостойких материалов К™ >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 теплофизическими.

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.

т.е. теплопроводность численно равна количеству теплоты, проходя­щей за 1 с 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 = -1IX. 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 А, = 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 конст-

рукций зданий (т.е. наружных стен, верхних перекрытий, полов в нижнем этаже) и в особенности теплоизоляционных материалов, на­значение которых способствовать сохранению тепла в помещениях и

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 древеси- ну, рубероид, войлок, пластмассы, обои, битумы, полимерные мате­риалы.

Для повышения огнестойкости материалов их пропитывают или обрабатывают специальными огнезащитными составами — анти­пиренами. 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. 1 [о 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).

Радиационная 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-z/v

где I — падающая звуковая энергия; I — звуковая энергия, про-

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).