МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Строительные материалы и технологии»

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2000

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра "Строительные материалы и технологии"

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

Санкт-Петербург

2000

УДК 691.02 ББК НЗ

Изложены положения по углубленному изучению курса "Строительные материалы и технологии" и выполнению лабораторных работ по определению основных физических и механических свойств строительных материалов в соответствии с указаниями государственных стандартов.

Предназначены для студентов строительных специальностей всех форм обучения.

Методические указания разработала Т.М.ПЕТРОВА.

1. Общие сведения

В современном строительстве применяются материалы, характери­зуемые разнообразными свойствами, составом и структурой. Каждый вид материала или изделия должен соответствовать определенным требовани­ям, предъявляемым условиями эксплуатации, технологией производства работ, эстетикой и т.п. По сходным признакам все строительные материа­лы делят на группы. В качестве классификационных признаков выбирают: производственное назначение строительных материалов, вид исходного сырья, основной показатель качества. В настоящее время в классификации учитывают также и функциональное назначение, например, теплоизоляци­онные материалы, акустические и др. Одни материалы по происхождению относятся к природным, другие - к искусственным.

Исходя из условий работы материала в сооружении строительные материалы можно разделить по назначению на две группы.

Первую группу составляют материалы универсального типа, при­годные для несущих конструкций: природные каменные материалы; ис­кусственные каменные материалы, получаемые на основе вяжущих ве­ществ без обжига (бетоны, строительные растворы); получаемые обжигом минерального сырья (керамика, стекло, ситаллы); металлы (сталь, чугун, алюминий, сплавы); конструкционные пластмассы (стеклопластики и др.); лесные материалы и др.

Вторая группа объединяет строительные материалы специального назначения, необходимые для защиты конструкций от вредного влияния среды, а также для повышения эксплуатационных свойств материалов и ч конструкций: теплоизоляционные; акустические; гидроизоляционные;

кровельные и герметизирующие; отделочные; антикоррозионные; огне­упорные; материалы для защиты ог радиационных воздействий и др.

Каждый материал обладает разнообразными свойствами, опреде­ляющими область его рационального применения и возможность сочета­ния с другими материалами.

2. Связь состава, структуры и свойств строительных материалов

Свойства материалов в значительной мере связаны с особенностями их строения и со свойствами тех веществ, из которых состоит данный ма-

3

тсрнал. В свою очередь строение, например природных материалов, зави­сит от их происхождения и условий образования, искусственных материа­лов - от технологии производства и их обработки

Строение материала изучают на трех уровнях:

• на уровне макроструктуры (строение, видимое невооруженным гла­зом);

• микроструктуры (строение, видимое в оптический микроскоп);

• внутреннего строения веществ, составляющих материал, на моле­кулярно-ионном уровне, изучаемом методами рентгено-структурного ана­лиза, электронной микроскопии и др.

Макроструктура твердых строительных материалов может быть не­скольких типов, конгломератная (бетоны, керамические материалы и др.), ячеистая (газо- и пенобетоны, ячеистые пластмассы), мелкопористая (керамические материалы, поризованные способами высокого водозатворения и введением выгорающих добавок), волокнистая (древесина, стек­лопластики, изделия из минеральной ваты и др.), слоистая (рулонные, лис­товые, плитные материалы), рыхлозериистая (заполнители для бетона, зернистые и порошкообразные материалы для мастичной теплоизоляции, засыпок и др.).

Микроструктура веществ, составляющих материал, может быть кристаллической и аморфной. Неодинаковое строение кристаллических и аморфных веществ определяет и различие их свойств. Кристапическая форма вещества является более устойчивой, обладающей, как правило, большей прочностью, имеющей определенную температуру плавления и др. Неодинаковые свойства могут наблюдаться у кристаллических мате­риалов одного и того же состава, если они формируются в разных кристал­лических формах, называемых модификациями (явление полиморфизма) Например, полиморфные превращения кварца сопровождаются измене­ниями объема. Изменением свойств материала путем изменения кристал­лической решетки пользуются при термической обработке металлов (закалке, отпуске).

Аморфные вещества, обладая нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, химически более активны, чем кристаллические такого же строения, при нагревании они размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние. Для повышения их прочности можно проводить специ­альную кристаллизацию (получение, например, ситаллов, шлакоситаллов).

Внутреннее строение веществ, составляющих материал, определя­ет механическую прочность, твердость, тугоплавкость и другие свойства материалов.

Кристаллические вещества различают по характеру связи между час­тицами, образующими пространственную кристаллическую решетку’. Она 4

может быть образована нейтральными атомами (одного и того же элемента - как в алмазе, различными элементами - как в 81О2); ионами (разноименно заряженными - как в СаСОз, одноименными - как в метал­лах), целыми молекулами (кристаллы льда).

Ковалентная связь обычно осуществляется электронной парой, об­разуется в кристаллах простых веществ (алмаз, графит) и в кристаллах со­единений (кварц, нитриды и др.). Ионные связи образуются в кристаллах материалов, в которых связь имеет преобладающий ионный характер (гипс, ангидрид и др.). В сложных кристаллах, встречающихся в строительных материалах, присутствуют и ковалентная, и ионная связи (кальцит, полевые шпаты и др.).

Молекулярные кристаллические решетки и соответствующие им мо­лекулярные связи образуются преимущественно в кристаллах тех веществ, в молекулах которых связи являются ковалентными. Кристалл этих веществ построен из целых молекул, которые удерживаются друг около друга сла­быми ван-дер-ваальсовыми силами межмолекулярного притяжения (например, кристаллы льда).

Строительные материалы характеризуются химическим, минераль­ным и фазовым составами.

Химический состав позволяет судить о ряде свойств материала: ог­нестойкости, биостойкости, прочности. В зависимости от химического со­става все материалы делят: на органические (древесные, битум, пластмассы и т.п.), минеральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и т.п.), метаны (сталь, чугун, алюминий и т.п.). Химический состав материалов часто выражают количеством содержащихся в них оксидов (в процентах). Оксиды, химически связанные между собой, образуют минералы, характе­ризующие минеральный состав материала.

Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количе­стве содержатся в вяжущем веществе или каменном материале. Зная мине­ралы и их количество в материале, можно судить о его свойствах.

Фазовый состав материала и фазовые переходы воды, находящейся в его порах, оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации.

В материале выделяют твердые вещества, образующие стенки пор, т е. "каркас" материала, и поры, заполненные воздухом или водой.

Свойства материалов оцениваются количественно, т.е. по числовым показателям, устанавливаемым путем испытания по специальным методи­кам. предусмотренным государственными стандартами (ГОСТами) или техническими условиями (ТУ) на данный материал.

Физические свойства определяются особенностями физического со­стояния данного материала или отношением материала к различным физи-

5