Құрылыс материалдары

(толық курстық дәрістер)

КIРIСПЕ

Құрылыс материалдары дегенiмiз – ғимараттар мен үймереттердi салғанда және жөндегенде пайдаланылатын табиғи және жасанды материалдар. Ғимараттар мен үймереттердiң қызметi мен пайдалану жағдайларына қарай құрылыс материалдарына санқилы талаптар қойылады.

Құрылыс материалдары жалпы және арнайы пайдаланылатын болып екiге бөлiнедi. Жалпы пайдаланылатындары: цемент, бетон, ағаш материалдары. Арнайы пайдаланылатындары: акустикалық (дыбыс ұстағыш), жылуұстағыш, отқа төзiмдi материалдар.

Қазiргi заманғы құрылыстың өнеркәсiп жолына түсуi және ауқымының кеңеюi дайын құрылыс бұйымдарының үлесiн құрылыс материалдарының жалпы өндiрiсiнде ұлғайтуды талап етедi. Зауыттарда жоғары сапада жасалған дайын бұйымдар құрылысшылардың еңбек өнiмдiлiгiн арттыруға, құрылыс бағасын төмендетiп, қарқынын шапшандатуға орасан зор ықпал етедi.

Техникалық прогресс қанат жайған атом ғасырында құрылыс жұмыстары бұрын-соңды болып көрмеген зор қарқынға ие болып отыр. Мiне, сондықтан құрылыс iсiнде түрлi құрылыс материалдарын өндiру үлкен роль атқарады. Сонау көне заманнан берi қолданып келе жатқан қыш кiрпiштерден қазiргi заманның отқа төзiмдi керамика бұйымдарына, сан қырлы ситалдарына, сан түрлi бетондар мен темiрбетондарына, кереметi көп полимер материалдарына дейiн құрылыста кеңiнен пайдаланады.

Құрылыс материалдарының түрлерi сан алуан. Қазiргi замандағы құрылыста байырғы құрылыс бұйымдары – керамикалық, табиғи тас, шынылармен қатар пластмасслар негiзiнде жасалған жаңа материалдар көп пайдаланылады.

Ғимараттарды салғанда ең алдымен жергiлiктi материалдарды (құм қиыршық тас, әк, кiрпiш т.б.) пайдалану қажет, өйткенi бұлай еткенде құрылыс материалдары құнының едәуiр бөлiгiн құрайтын көлiкке жұмсалатын қаржы азаяды.

Құрылыс материалдарының құны жалпы құрылыс құнының 60 процентiн алады, сондықтан құрылысшылар материалдарды техникалық негiзделген тұрғыда және үнемдi жұмсауы, тасымалдағанда және сақтағанда ұқыпты болулары тиiс. Оның үстiне, құрылыс материалдарын дұрыс таңдап алу салынатын ғимараттардың сапасына, ұзақ тұруына және құнына көп мөлшерде ықпал етедi.

Құрылыс материалдарына қойылатын талаптар мемлекеттiк стандарттарда (ГОСТ); техникалық шарттада (ТУ) және басқа нормативтiк құжаттарда көрсетiледi.

Стандарттарда құрылыс материалдары туралы негiзгi мағлұматтар, олардың анықтамасы, шикiзаттар, қолданылу саласы, классификациясы, сорттар мен маркалары, сынақ тәсiлдерi, сақтау мен тасымал шарттары келтiрiлген. Стандарттың заңдық күшi бар, оны сақтау (ұсыну) барлық кәсiпорындар мен ұйымдардың мiндетi ТУ - өнiмнiң сапасын белгiлейтiн мөлшерлiк-техникалық құжат.

Құрылысшылар үшiн құрылыстық мөлшерлер мен ережелер ресми құжат болып табылады, оларда негiзгi құрылыс материалдарының тiзiмi мен размерлерi, олардың сапасына қойылатын талаптар.

Техник-құрылысшы құрылыста басшы және құрылыс өндiрiсiн тiкелей ұйымдастырушы болғандықтан құрылыс материалдарының түр-түрiмен, олардың қасиеттерi мен қолданудың оңтайлы салаларымен жете таныс болғаны жөн.

I-ТАРАУ. ҚҰРЫЛЫС МАТЕРИАЛДАРЫНЫН НЕГІЗГІ ҚАСИЕТТЕРІ

Физикалық қасиеттері: Масса – берілген денедегі материал бөлшектерінің (атомдардың, малекулалардың, иондардың) жиынтығы. Масса белгілі көлемге ие, яғни кеңестік бөлігіне ие. Берілген зат үшін ол тұрақты және оның қозғалыс жылдамдығына, кеңістіктегі орнына тәуелді емес. Көлемі бірдей, бірақ әрқайсы әртүрлі заттан құрылған денелердің массалары әртүрлі болады.

Көлемі бірдей заттардың массаларының әртүрлілігін сипаттау үшін тығыздық(плотность) ұғымы еңгізіледі.

Тығыздық дәл және орташа болып екіге бөлінеді.

Дәл тығыздық-мүлде (абсалютно) тығыз күйдегі, яғни кеуексіз, бос емес күйдегі материалдың массасының оның көлеміне қатынасы.

ρ=m/V_а

ρ-дәл тығыздық кг/м³, г/см³

m- материалдың(үлгі-образец) массасы

Vа- абсолюттік көлем/ м³, см³

Құрылыс материалдарының көбінде саңылау (қуыс, тесік) болғандықтан олардың орташа тығыздығы көбіне дәл тығыздықтан кем болады. Тек өте тығыз материалдардың (болат, шыны, битум т.б.) дәл және орташа тығыздықтары бірдей дерлік, өйткені олардың ішіндегі кеуек көлемі өте аз (болымсыз).

Кейбір құрылыс материалдарының шынайы және орташа тығыздығы.

Материал	Тығыздық, кг/м³
	дәл	орташа
Болат	7850-7900	7800-7850
Гранит	2700-2800	2600-2700
Әк тас	2400-2600	1800-2400
Құм	2500-2600	1450-1700
Цемент	3000-3100	900-1300
Керамикалық кірпіш	2600-2700	1600-1900
Ауыр бетон	2600-2900	1800-2500
Қарағай	1500-1550	450-600
Поропластар	1000-1200	20-100

№ І кесте.

Орташа тығыздық – материал үлгісі массасының, ішкі қуыстарды қосқандағы бүкіл көлеміне қатынасымен анықталатын физикалық шама. Орташа тығыздық мына формуламен есептелінеді:

ρ_m = m/Vа

мұндағы m-материалдың табиғи күйдегі массасы, кг немесе г,

Vа – табиғи күйдегі материалдың көлемі, м³ немесе см³.

Орташа тығыздық тұрақты шама емес, ол материалдың кеуектілігіне қарай өзгеріп отырады. Кеуектігін өзгерте отырып, қажетті орташа тығыздыққа ие жасанды материалды алуға болады. Мысалы орташа тығыздығы 1800-2500 кг/м³ ауыр бетон немесе о.т. 500-1800 кг/м³ жеңіл жасауға болады.

Материалдың орташа тығыздығына оның ылғалдылығы ықпал етеді: неғұрлым ылғалдылығы жоғары болса, соғырлы оның орташа тығыздығы жоғары болады. Материалдардың кеуектігі, жылу өткізгіштігін, жылу сыйымдылығын,конструкциялардың (массаларын қоса есептегенде) беріктігін және материалдарды тасымалдау құнын есептеу үшін орташа тығыздықты білу қажет.

Сусымалы материалдар (цемент, құм, қиыршық тас, үсақталған тас және т.б.) үшін үйінді тығыздығын анықтайды. Бұндай материалдардың көлеміне материалдың өзінің кеуектігі ғана емес, сонымен қатар қиыршықтар арасындары саңылаулар көлемі де керек.

Кеуектік материал ішіндегі қуыс, саңылау көлемі. Кеуектік тығыздықты І –ге дейін толтырады, яғни 100% жеткізеді,сондықтан оның формуласы мынадай

К=1-ρm/ρ немесе К=(1-ρm/ρ) 100%

Құрылыс материалдарының кеуектігі әрқилы болып келеді да, оның шамасы едәуір мөлшерде әртүрлі болады. Кірпіште кеуектірі 25-35%, ауыр бетонда 5-10%, газобетонда 55-85%, пенопласта 95%.

Материалдың қасиетіне кеуектіктің мөлшері ғана емес, оны құрайтын жекелеген саңылаулардың көлемі мен сипатына байланысты ықпал етеді. Саңылаулар ұсақ (0,1 мм-ге дейін), ірі (0,1 ден 2 мм-ге дейін ), тұйық немесе бірі мен бірі қатынасқан.

Ұсақ, тұйық материал бойынша біркелкі таралған саңылаулар материалға жылу өткізбейтін қасиет дарытады.

Тығыздық пен кеуектік көбінесе материалдардың сусіңіргіштік, суөткізгіштік, аязға төзімділік, беріктілік, жылу өткізгіштік және т.б. қасиеттерінің қалыптасуына ықпал етеді.

Сусіңіргіштік – материалдың бойына су жұтып, оны бойында ұстап қалуы. Сусіңіргіштік шамасы материалдың сусіңген массасы мен мүлде құрғақ күйдегі массасының айырмасымен анықталады.

Сусіңіргіштікті көлем бойынша да масса бойынша да анықтайды:

С_с=[(m₁-m)/V]100% және W_m=[(m₁-m)/m]100%

m₁ -су сіңген заттың масса, г

m- құрғақ заттың массасы, г

V- заттың табиғи күйдегі көлемі, см³

Көлемдік су сіңгіштіктің массалық су сіңгіштікке қатынасы материалдың орташа тығыздығына тең:

W _V/W_m= (m₁-m)/V/ (m1-m)/m= m/V=P_m

Әртүрлі материалдардың су сіңгіштігі әртүрлі болып келеді: мысалы едендік керамикалық плиткалардың сусіңгіштігі 4%, керамикалық кірпіштікі 8-20, ауыр бетондікі 2-3, граниттікі 0,5-0,8, ал кейбір кеукті жылу оқшаулағыш материалдардікі 100%-тен жоғары.

Материалдардың бойына әбден сусіңіргеннен кейінгі беріктігін кему дәрежесін суға төзімділік деп аталады да, ол жұмсару коэффицентімен сипатталады:

K_жұм=R_с.с/R_қ

Rс.с – су әбден сіңген материалды сыққандағы беріктік шегі

Rқ – құрғақ материалдың беріктік шегі.

Жұмсару коэффицентінің мәні 0 ден 1-ге дейін барады.

Жұмсару коэффиценті 0-ге тең: күйдірілген балшықтан жасалған материалдар жұмсару коэффиценті 1-ге тең: шыны, болат, битум. Жұмсару коэффиценті 0,8 ден төмен емес материалдар суға төзімділер қатарына жатады. Мұндай материалды суда тұратын конструкциялар жасауға, ылғалы жоғары жерлердепайдалануға рұқсат етіледі.

Материалдың ылғалдылығы материалдың бойындағы ылғалдық құрғақ күйдегі массасына қатынасымен өлшенеді.

Материалдың ылғалдылығы оның өз қасиеттерімен (кеуектік, сусорғыштық) қандай байланысты болса, қоршаған ортаға да сондай тәуелді (ауаның ылғалдылығы, суға тиіп тұруы).

Ылғалбергіштік – қоршаған ауаның салыстырмалы ылғалдылығы 60% және температурасы 20º жағдайында материал бір сөткеде жоғалтатын судың (стандарттық үлгінің массасы немесе көлмі проценімен) мөлшерімен сипатталатын материалдың айналадағы ауаға ылғал шығару қасиеті. Ылғалбергіштіктің көптеген материалдар үшін маңызы өте зор. Мысалы қабырғалық панельдер мен блоктар оларды орнату кезінде бойында ылғал өте жоғары болады да, қалыпты жағдайда ылғалбергіштік қасиетінің арқасында кебеді: қабырға материалының ылғалдылығы мен қоршаған ауаның ылғалдылығы теңескенше олардың бойындағы су буға айнала береді; яғни материал саңғырап кепкен құрғақ күйге жеткенше.

Сусорғыштық – деп қоршаған ауаның температурасы жоғарылағанда кеуек материалдардың белгілі мөлшерде су жұтуын (сіңіруін, тартуын) айтады.

Ағаш пен кейбір жылу оқшаулағыш материалдар суды өте көп мөлшерде сіңіретін болғандықтан, олардың массасы артып, беріктігі төмендеп, өлшемдері (размерлері) өзгереді. Мұндайда ағаштан жасалған және бірқатар конструкцияларға қорғаушы жабдықтар қолдануға тура келеді.

Суөткізгіштік – материалдың қысым күші мен су өткізу қасиеті.

Сусіңгіштік шамасы сыналатын материалдың 1 сағатта 1 см² ауданынан тұрақты қысымда өтетін су мөлшерімен сипатталады.

Су өткізбейтін материалдарға аса тығыз материалдар (болат, шыны битум) мен саңылаулары тұйықталған тығыз материалдар (мысалы, құрамы арнайы таңдалған бетондар) жатады.

Аязға төзімділік – суға қаныққан (тойған) материалдың күйреу мен беріктігін едәуір төмендетуден белгі бермей сан мәрте алма-кезек қатыру мен жібітуге төтеп беру қасиетін айтады.

Материал кеуегіндегі судың қатуы оның көлемінің 2%ке өсуіне әкеп соғады, кеуек қабырғаларына қысым түсіріп, материалдың күйреуіне ықпал етеді. Алайда көптеген кеуекті материалдардың барлық саңылаулары 90%тен артық суға толмайды да, соған қатқан мұздың қозғалуына мүмкіндік туады, тек алма-кезек бір қатырып, жібітуден соң ғана материал күйрей бастайды.

Кеуексіз, тызыс материалдар немесе азғана ашық кеуекті су сіңіруі 0,5%тен аспайтын материалдардың аязға төзімділігі жоғары болады.

Аязға төзімділіктің әмісе алма-кезек қату мен жібуге тап болатын қабырға материалдары үшін, сонымен қатар іргетастар мен жабындыларына пайданылатын материалдар үшін маңызы зор.Материалдардың аязға төзімділігін тоңазатқыш камераларда су әбден сіңген үлгілерді-15-17ºС температурада сақтап, одан соң 20ºС суға салып сынайды. Егер алдын-ала белгіленген мөлшерде алдымен қатырылып,артынан жібітілгенде өз массасының 5%тен артығынан айырылмаса және беріктігі 25%тен артық төмендемесе, материал аязға берік деп саналады. Егер үлгілерде қатырудан кейін күйреудің ізі байқалмаса, одан аязға төзімділік дәрежесін аязға төзімділік коэффицентін табумен анықтайды.

K_аяз=R_аяз/Rс.с

мұнда K_аяз – аязға төзімділік коэффиценті;

R_аяз – аязға төзімділікке сыналған сыққандағы материалдың беріктік шегі;

R_с.с – су әбден сіңген материалдың кысқандағы беріктік шегі;

Аязға төзімді материалдың 0,75 тен кем болмауы тиіс.

Қатыру мен жібіту циклдерінің санына (аязға төзімділік дәрежесі) қарай материалдар мындай маркаларға бөлінеді. Ма10,15,25,35,50,100,150,200 және одан да жоғары. Конструкциялардың түрлері мен ғимараттардың жұмыс істеу сипаттарына қарай құрылыс материалдарына аязға төзімділік тұрмысында әртүрлі талаптар қойылады. Мысалы, қыш (керамика) кірпіштің аязға төзімділігі 15 циклден кем болмауы тиіс, ал гидготехникалық ғимараттардың бетоны үшін 200 және одан да көп цикл.

Бу және газ өткізгіштік – бұл материалдың қысым күшімен су буын немесе газ (ауа) өткізуі бу немесе газ өткізеді.

Материалдың бу өткізуі бу немесе газ өткізгіштік коэффициентімен анықталады, ал ол қалыңдығы 1 м және ауданы 1 м² материал қабатынан 1 сағатты қабырғаның екі жағындағы парциалды қысымның айырмасы 1,33 Па болғанда өтетін будың немесе газдың мөлшерімен анықталады.

Материалдың бу өткізгіштігін қоршаған ауаның температурасынан төмен температурада жұмыс істейтін тоңазытқыштарды, басқа құрылыстар мен объектілерді оқшаулағанда есепке алу қажет, өйткені бұл жағдайда айнала ауадағы су буы оқшауланатын конструкцияға кіріп, тоңазып, су тамшыларына айналады ал бұл конструкцияның ылғалдануына, сөйтіп оның жылудан қорғау қасиеттерін едәуір кемітеде.

Материалдардың ауа өткізгіштігін оларды ғимараттардың сыртқы қабырғалары мен жабындарына пайдаланғанда есепке 11алу қажет, ал газетгізтігін оларды ғимараттардың (мысалы құйғындардың) конструкцияларында пайдаланады.

Жылу өткізгіштік – материалдың екі жағындағы темпиратурасы әртүрлі жағдайда өз бойынан жылу өткізу қасиеті. Материалдың жылу өткізгіштігі сыналатын 1 сағатта екі бетіндегі температура айырмасы 1ºС болғанда қалындығы 1 м, ауданы 1м² материалдан 1 сағатта өтетін жылу мөлшерімен анықталады.

Материалдың жылу өткізгіштігі көп нәрсеге тәуелді: материалдың табиғатына, оның құрлысына, кеуектігіне, ылғалдылығына, сонымен қатар жылу өту кезіндегі орташа температураға. Құрылысы кристалдық материалдың жылу өткізгіштігі жоғары болады да, құрылысы аморфты материалдікі төмен болады.

Егер материал құрылысы қабаттардан құралса немесе талшықтардан тұрса, онда да оның жылу өткізгіштігі жылу ағының талшыққа орай бағыттына байланысты болады. Мысалы, ағаштың талшық бойынша жылу өткізгіштігі көлденеңіндегіден екі есе артық болады.

Материалдың жылу өткізгіштігіне кеуектіктің көлемі мөлшері мен сипатына едәуір әсер етеді.

Кеуектері бірдей болса да, жекелеген кеуектерінің көлемі кіші материалдың жылу өткізгіштігі жекелеген кеуектерінің көлемі үлкен (ірі) материалдан кем болады.

Кеуектері тұйықталған (бірінен – бірі бөлек) материалдың кеуектері бірімен – бірі жалғасқан материалдың жылу өткізгішгішінен төмен болады. Біртекті материалдың жылу өткізгіштігі оның орташа тығыздығына байланысты. Сөйтіп, материалдың тығыздығы төмендесе, оның жылу өткізгіштігі де төмендейді және керісінше.

Құрғақ ауыр бетонның жылу өткізгіштігі 1,3-1,6, қыш кірпіштікі 0,8-0,9, миноралды мақтаныкі 0,06-0,09 Вт/м.ºС

Бұған сонымен қатар материалдың жылу өткізгіштігіне оның ылғалдылығы едәуір ықпал етеді. Ылғалды материалдардың құрғақ материалдарға қарағанда жылу өткізгіштігі артығырақ. Бұл болатыны-судың жылу өткізгіштігі ауанікіне қарағанда 25есе артық. Температура жоғарылағанда жылу өткізгіштік арта түседі, бұның құбырлар мен қазандықтарды оқшаулағанда қолданылатын материалдар үшін маңызы бар.

Материалдың жылу өткізгіштігін білу от жағылатын ғимараттардың қабырғалары мен жабындыларының қалындығының жылутехникалық есебін шығарғанда, сонымен бірге ыстық беттерді, мысалы құбырларды зауыт пештері т.б. жылулық оқшаулау қалыңдығын есептеп шығаруға қажет.

Жылусиымдылық – материалдың қыздырғанда белгілі мөлшерде жылу жұтып, суығанда жылу шығару қасиеті.

Жылусиымдылықтың көрсеткіші ретінде 1 кг материалды 1ºС қыздыруға қажетті жылу мөлшеріне пара-пар меншік жылусиымдылық қызмет етеді. Жасанды тас материалдарының жылусиымдылығы Пк /Дж/кгºС/0,75-0,92, ағаштың -2,4 – 2,7 болаттың 0-48, судың -4,187

Материалдардың жылусиымдылығы от жағылатын ғимараттардың қабырғалары мен жабындылардың жылуға төзімдігін есептегенде, сонымен қатар пештерді есептегенде есте ұсталынады.

Отқа төзімділік – материалдың өрт шыққанда жоғарғы температура мен суға төтеп беру қабілетін айтады. Құрылыс материалдың отқа төзімділік дәрежесіне қарай жанбайтын, (қиын) азар жанатын болып бөлінеді.

Жанбайтын – материалдар от немесе жоғарғы температураға ұшырағанда тұтанбай, бықсымайды және көмірге айналмайды. Мұндай материалға табиғи тас материалдар, кірпіш, бетон, болат жатады. Әзер жанатын материалдар от тигенде (отқа оранғанда) әзер тұтанады, бықсиды және көмірге айнала бастайды, алайда от көзін аластаған соң оның жануы мен бықсуы тиылады.

Жанатын материалдар от және жоғары температурада тұтанады және от көзі жойылғасында жануы жалғаса береді.

Мұндай материалдарға алдымен ағаш, киіз, толь және рубероид жатады.

Отқа беріктік – материалдың жоғарғы температура ұзақ уақыт болғанда балқымай, қалпын бұзбай төтеп беру қасиеті. Отқа беріктік дәрежесіне қарай материалдар отқа берік, әзер балқитын және жеңіл балқитын болып бөлінеді.

Отқа төзімді материалдар ұзақ уақыт 1580ºС артық температураға төтеп бере алады. Оларды өнеркәсіп пештерінің ішін қаптауға қолданады (шамот кірпіш).

Әзер балқитын материалдар 1350 ден 1580ºС –қа дейін төтеп береді. Жеңіл балқитын материалдар 1350ºС-тан төмен температурада жұмсара бастайды(кәдімгі балшық кірпіш).