Міністерство освіти і науки України

Харківський індустріально-педагогічний технікум

БУДІВЕЛЬНЕ

МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО

Конспект лекцій

Склав викладач

Підлісняк Г.Г

Зміст

1. Вступ………………………………………………………………………...3-7

2. Стандартизація будівельних матеріалів…………………………………..7-8

3. Класифікація будівельних матеріалів……………………………………..8-9

4. Основні властивості будівельних матеріалів…………………………...9-20

5. Матеріали із деревини…………………………………………………..20-26

6. Природні кам’яні матеріали…………………………………………….26-32

7. Керамічні матеріали……………………………………………………..32-39

8. Скло та склокристалічні матеріали…………………………………….39-44

9. Металеві матеріали і вироби……………………………………………45-48

10. Основні відомості про мінеральні в’яжучі речовини, їх кваліфікація………………………………………………………………49-59

11. Бетони……………………………………………………………………60-77

12. Збірні залізобетонні і бетонні…………………………………………...77-81

13. Будівельні розчини……………………………………………………...81-88

14. Штучні кам’яні матеріали та вироби на основі мінеральних в’яжучих речовин…………………………………………………………………...88-92.

15. Органічні в’яжучі речовини і матеріали на їх основі………………...93-99

16. Будівельні матеріали на основі полімерів…………………………....99-105

17. Теплоізоляційні та акустичні матеріали…………………………….105-111

18. Лакофарбові матеріали………………………………………………111-116

Вступ

Протягом багатьох віків архітектура й будівництво будинків і споруд були безпосередньо пов'язані з використанням мінеральних будівельних розчинових сумішей. Вапняні штукатурні розчини відомі понад 8 тис. років, гіпсові розчинові суміші на основі пуццолану (подрібнений вулканічний попіл) та вапна були відомі понад 3 тис. років, тому і використовувалися стародавніми фінікійцями, греками й римлянами при спорудженні храмів та інших архітектурних споруд, які й понині вражають нашу уяву міццю, красою й вишуканістю форм. В античні часи й середньовіччя для поліпшення технічних характеристик будівельних розчинових сумішей до їх вводили різні добавки й присадки, наприклад, мило різних видів, смоли, яєчний білок, золу. Вони перемішувалися із в'яжучими речовинами й заповнювачами безпосередньо на будівельному майданчику.

Незважаючи на те, що перший патент на виготовлення й застосування сухих будівельних сумішей був опублікований у Європі в 1893р., будівельні суміші до 50-х років застосовувались тільки як суміш, що виготовляють безпосередньо на будівництві. Для цих будівельних розчинових сумішей мінеральні в'яжучі, головним чином цемент і заповнювачі (в основному кварцовий пісок), транспортувалися на робочу площадку окремо, а потім змішувалися у відповідній пропорції вручну або механічним способом. Після замішування (змішування з водою й перемішування) будівельна розчинова суміш була готова до застосування.

Протягом 50-х і 60-х років минулого століття в Західній Європі (особливо в Німеччині) й США спостерігався швидко зростаючий попит на нові будівельні матеріали й технології. Справа в тому, що застосування традиційних матеріалів і технологій супроводжувалося збільшенням витрат на робочу силу при відносно низькій кваліфікації будівельних кадрів, перешкоджало інтенсифікації будівельних процесів і зниженню собівартості будівництва, тим самим стримуючи його ріст. Назріла необхідність створення нових будівельних матеріалів, які б відповідали спеціальним вимогам до їх технологічних й експлуатаційних властивостей і підвищеним вимогам до якості будівельних робіт і комфортності житла.

Технологія приготування на будівельному майданчику традиційних розчинових сумішей з обмеженими будівельними властивостями не здатна адекватно відповідати вищезазначеним вимогам. Тому у країнах Заходу, починаючи з 60-х років, бурхливо розвивалася хімічна підгалузь будівельних матеріалів.

Це сприяло:

• значному зменшенню об'ємів будівельних розчинових сумішей, які готують на будівельному майданчику, і заміні їх на попередньо приготовлені й розфасовані суміші;

• розвитку механізації застосування будівельних розчинових сумішей, включаючи системи транспортування готових сумішей у спеціальних бункерах (пересувних силосах), системи для автоматичного замішування сухої будівельної суміші, а також машинне нанесення робочих розчинових сумішей;

• модифікації будівельних розчинових сумішей з використанням спеціальних хімічних добавок (редиспергуючих порошків, сополімерних дисперсій, ефірів целюлози) і присадок - добавок для надання будівельним розчинам відповідних властивостей.

Впровадження технології приготування сухих будівельних сумішей, бункерного транспортування й машинного нанесення розчинів забезпечили ріст об'ємів використання в Німеччині тільки штукатурних розчинових сумішей у період 1960-1995 р.р. на 600% при одночасному зменшенні кількості працівників, зайнятих у цьому секторі економіки, на 25%, що в підсумку дало збільшення продуктивності праці на 800%. Диверсифікація виробництва й використання матеріалів будівельної хімії практично для всіх видів будівельних і ремонтних робіт, у тому числі спеціальних, робить ці показники ще більш вражаючими.

В Україні практичне застосування сухих будівельних сумішей почалося на початку 90-х років минулого століття. За порівняно короткий період часу ці матеріали значно потіснили традиційні й продовжують упевнено завойовувати український будівельний ринок.

Динамічний ринок сприяв нарощуванню вітчизняного виробництва нових матеріалів, що склало серйозну конкуренцію визнаним за кордоном виробникам, які донедавна експортували продукцію в Україну. В останні роки стрімко (20-25% щорічно) росте їх випуск, розширюється номенклатура, зміцнюється й удосконалюється виробнича й сировинна база, підвищується якість, створюється науково-дослідна й нормативна база.

За цих умов особливу актуальність набуває організація підготовки кваліфікованих фахівців, які вільно орієнтуються в питаннях виробництва прогресивних будівельних матеріалів, їх спеціальних властивостях і функціональному призначенні, технології їх практичного застосування.

У будівництві використовується широкий спектр матеріалів - цемент, гіпс, гіпсокартонні плити, азбестоцементні листи, віконне скло, нерудні матеріали, легкі заповнювачі (керамзит та інші), цегла, залізобетон, сухі суміші, готові до застосування склади та багато іншого. Будівельні матеріали можна класифікувати згідно зі ступенем переробки первинної сировини при створенні продукції, яка використовується для будівництва будівель та споруд:

• будівельні матеріали та вироби, які є вихідними для виготовлення багатьох конструктивних елементів або при різних видах будівельних робіт;

• будівельні конструкції, які утворюють несучі основи будівель, що огороджують їх від зовнішнього середовища, а також призначені для розподілу та зв'язку приміщень тощо.

За призначенням матеріали поділяють на групи:

• конструктивні - призначені для сприйняття та передавання навантаження. В якості стінових матеріалів та конструкцій широко використовуються разом з цеглою панелі, блоки, об'ємні елементи. Великопанельні конструкції виготовляють на основі легких та ніздрюватих бетонів, у тому числі на штучних та природних пористих заповнювачах, а також на основі ніздрювато-бетонних конструкцій з використанням зол, вапняку, шлаків. Стінові матеріали дрібних розмірів представленні керамічною та силікатною цеглою та виробами з природного каменю. Широко використовується пустотіла кераміка. При зведенні зовнішніх стін ефективні віброкерамічні панелі, а при внутрішньому облаштуванні - гіпсобетонні панелі, плити, та сучасні гіпсокартонні плити;

• теплоізоляційні, основне призначення яких - зведення до необхідного рівня втрат тепла крізь будівельні конструкції з забезпеченням потрібного теплового режиму помешкання згідно з розрахованими для даних кліматичних умов тепловтратами. Найбільш масовим видом теплоізоляційних матеріалів є мінераловатні вироби на синтетичній зв'язці. Мала теплопровідність, тобто висока теплозахисна властивість, притаманна скловолокну, а також теплоізоляційним пластмасам. Для високотемпературної теплової ізоляції перспективні мулітокремнеземисті та перлітокерамічні матеріали;

• акустичні - звукопоглинаючі та звукоізоляційні, призначені для зниження рівня «шумового забруднення» помешкання до регламентованих меж;

• гідроізоляційні та покрівельні - для створення водонепроникних прошарків у будинках та спорудах, які піддаються впливу води та водяної пари. Для виготовлення покрівель використовується покрівельне залізо, азбоцементні плити (шифер), рулонні матеріали (руберойд). Перспективним є використання покрівель із мастики, що виготовляються шляхом нанесення на конструкцію покриття із холодної та гарячої мастик різних складів з армуючими прошарками із скляних або синтетичних полотен та сіток;

• захисні - для водозахисної обробки і покриття елементів та конструкцій будинків та споруд;

• герметизуючі - для обробки стиків різних конструкцій;

• оздоблювальні - для надання декоративних властивостей будівельним конструкціям, а також для захисту матеріалів цих конструкцій від впливу зовнішніх факторів. Ефективне покриття підлог забезпечується шляхом використання високоякісних полімерних матеріалів у вигляді лінолеумів та килимових виробів, монолітних покриттів, паркетних дощок, шлакоситалових плиток (для будівель з агресивними середовищами).

• спеціального призначення - для забезпечення потрібних експлуатаційних характеристик будинків, споруд, конструкцій, які використовуються для роботи в особливих умовах: вогнестійкі, хімічно стійкі, атмосферостійкі, радіаційно стійкі тощо.

У житловому будівництві перспективне використання лінолеумів на волокнистій та спіненій основі, паркетних дощок. В агропромисловому будівництві використовують бетонні, асфальтобетонні, цементні, рулонні та плиточні гумові покриття підлог. У промисловому будівництві замість бетону та асфальтобетону стали широко використовувати полімерцементні бетони.

При внутрішньому оздобленні будівель використовують полімерні матеріали(синтетичні фарби, шаруваті пластики тощо), дерево-волокнисті плити, емалеві покриття, облицювальні керамічні плитки, кольоровий азбоцементний шифер, вологостійкі шпалери та плівки, суху гіпсову штукатурку;

Ряд матеріалів, такі як цемент, бетон, вапняк, деревина не можна віднести до конкретної групи, тому що вони використовуються як сировина для багатьох будівельних матеріалів та виробів. Такі матеріали відносять до групи загального призначення. Наприклад, цемент використовується для виготовлення будівельних розчинів різного призначення: конструкційного бетону, тепло- і звукоізоляційного (легкого) бетону та виробів з них тощо.

За технологічними ознаками матеріали класифікують за видом сировини, з якої їх отримали, та способом виготовлення, ці фактори дуже впливають на властивості матеріалів та галузь їх застосування.

За способом виготовлення матеріали поділяють на: природні (деревина, природне каміння), які піддають тільки механічній обробці; отримані за допомогою теплової обробки, а також при випалюванні зі спіканням (кераміка, мінеральні в'яжучі речовини); плавленням (скло, метали); в результаті спеціальної переробки органічної сировини (полімери різної природи, розчинники, бітум та інше, а також будівельні пластмаси, покрівельні та гідроізоляційні матеріали).

Щоб будинок або споруда стабільно зберігали всі характеристики свого функціонального призначення впродовж тривалого часу, необхідно правильно визначитися з вибором матеріалів для їх конструкцій, враховуючи призначення та умови праці (фактор впливу зовнішнього середовища). Особливо це стосується оздоблювальних матеріалів, призначення яких не тільки у створенні декоративного ефекту, але і в захисті матеріалів конструкцій від зовнішнього впливу.

Природа впливу істотно відрізняється для зовнішніх та внутрішніх конструкцій. На матеріали зовнішніх конструкцій діють природні фактори: сонце, дощ, знакозмінні температури (заморожування, розмерзання, хімічно агресивні речовини, які знаходяться в повітрі та грунті, живі істоти (бактерії, грибки), в деяких випадках радіація тощо). На матеріали внутрішніх конструкцій впливають інші фактори: механічний вплив від пересування людей та обладнання; концентровані статичні і динамічні навантаження від меблів та обладнання; вода та водяна пара рідини, а також високі та низькі температури в виробничих приміщеннях та промислових спорудах (хімічні цехи та лабораторії, печі, холодильники, різноманітні сховища тощо).

Враховуючи призначення матеріалу в конструкції та вид впливу, можна визначити комплекс вимог до кожного матеріалу. Деякі загальні вимоги (міцність, невелика маса, стійкість до динамічних впливів) висувають практично до всіх будівельних матеріалів, а спеціальні (теплозахисні та звукоізолюючі властивості, морозостійкість, водостійкість, хімічна стійкість тощо) - тільки до деяких матеріалів.

Стандартизація будівельних матеріалів

Стандартизація – система єдиних загальноприйнятих нормативів за типами, параметрами, розмірами і якістю виробів, за величинами вимірів показників, методами випробування, контролю, правилами пакування, маркування і зберігання продукції. Стандартизація сприяє встановленню певного граничного рівня якості готової продукції.

Стандарт – нормативно-технічний документ, що встановлює певний комплекс норм, правил і вимог до об’єкта стандартизації і затверджений у встановленому порядку.

В Україні діє державна система стандартизації.

Основні вимоги до якості матеріалів, виробів і готових конструкцій масового застосування встановлюються Державними стандартами Україні (ДСТУ), галузевими стандартами (ГСТ), технічними умовами (ТУ).

ДСТУ і ТУ розробляються на основі новітніх досягнень науки і техніки і містять: точне визначення матеріалу, класифікацію за марками й сортами, технічні умови на виготовлення, методи випробування, умови зберігання і транспортування.

ДСТУ і ТУ – документи, які встановлюють, що даний матеріал чи вироб схвалені для виробництва і застосування при визначеній його якості. ДСТУ і ТУ мають силу закону.

Основні положення будівельного проектування і виробництва будівельних робіт регламентуються Будівельними нормами і правилами (БНІП) і Державними будівельними нормами України (ДБН).

У их документах вимоги до властивостей матеріалів виражені у вигляді марок на ці матеріали.

Марка будівельного матеріалу – умовний показник, установлюваний за найголовнішими експлуатаційними характеристиками чи комплексом найголовніших властивостей матеріалу. Так, існують марки за міцністю, щільністю, морозостійкістю, вогненатиском.

Той самий матеріал має кілька марок за різними властивостями. Так, для цегли, основними показниками якості є міцність на стиск і вигин, а також морозостійкість. Наприклад, ДСТУ встановлені такі марки керамічної цегли за міцністю на стиск і вигин: М75-М300. Цифра вказує мінімально допустиму межу міцності матеріалу, виражену в кгс/см².

Класифікація будівельних матеріалів

Виходячи з умов роботи матеріалу в споруді, будівельні матеріали поділяють за призначенням на:

• матеріали для несучих конструкцій (конструкційні), призначені для сприйняття та передачі навантаження: природні камені, бетони, розчини, кераміка, скло, ситали, метали;

• оздоблювальні матеріали та вироби, призначені для надання декоративних властивостей будівельним конструкціям, а також для захисту матеріалів цих конструкцій від впливу зовнішніх факторів(архітектурно-будівельне скло, вироби на основі полімерів і цементу, гірські породи, синтетичні фарби, шаруваті пластики, деревно-волокнисті плити, облицювальні керамічні плитки, вологостійкі шпалери та плівки, суха гіпсова штукатурка і т.п.);

• теплоізоляційні, основне призначення яких - зведення до необхідного рівня втрат тепла крізь будівельні конструкції із забезпеченням потрібного теплового режиму (мінераловатні вироби, теплоізоляційні пластмаси, піноскло і т.п.);

• акустичні матеріали й вироби, звукопоглинаючі й звукоізоляційні, призначені для зниження рівня «шумового забруднення» помешкання до регламентованих меж;

• гідроізоляційні й покрівельні матеріали для створення водонепроникних прошарків у будинках та спорудах, які піддаються впливу води та водяної пари: покрівельне залізо, азбоцементні плити (шифер),рулонні матеріали на основі полімерних, бітумних в’яжучих,

• герметизуючи – для обробки стиків різних конструкцій.

В основу класифікації матеріалів також покладено походження, у зв'язку з чим матеріали можуть бути:

- неорганічними (природні камені, цементи, кераміка, стекло);

- органічними (деревина, полімери, бітуми, дьогті).

За способом виготовлення матеріали поділяють на:

• природні(деревина, природне каміння), які піддають тільки механічній обробці;

• безвипалювальні – матеріали,які твердіють у звичайних умовах, а також матеріали автоклавної обробки;

• отримані за допомогою теплової обробки та при випалюванні зі спіканням (кераміка, мінеральні в’яжучі);

• отримані плавленням – скло, метали.