1

ПРЕДИСЛОВИЕ

Материаловедение — одна из главных дисциплин для строителей всех профессий, что вполне объяснимо. Все здания и инженерные сооружения возводятся из строительных материалов, поэтов правиль­ный их выбор, умение оценить их качество и степень сохранности и обеспечить нормальные условия эксплуатации конструкций из этих материалов — все это необходимо для строителей любой специально­сти.

Учебник включает в себя 6 разделов. Раздел 1 — вводный — «Ос­новные понятия строительного материаловедения». Во втором разделе дано описание природных материалов. Разделы 3—5 посвящены мате­риалам общего назначения (керамика, стекло, вяжущие вещества и др.). Последний 6-й раздел посвящен материалам специального назна­чения (кровельным, теплоизоляционным, лакокрасочным и др.). Опи­сание всех материалов дается по схеме «состав — структура — свойст­ва».

В отличие от традиционных учебников в предлагаемой книге в конце соответствующих глав дано описание лабораторных работ. Это позволило избежать ненужных повторов теоретической части при объяснении сути лабораторных работ, что неизбежно в случае издания отдельного лабораторного практикума.

В конце учебника приведены типовые задачи по курсу «Строитель­ные материалы и изделия».

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Строительство — одна из главных отраслей экономики страны.

Для возведения зданий и инженерных сооружений требуется боль­шое количество различных строительных материалов. Их стоимость в среднем составляет 60 % (а в раде случаев и более) от общей стоимости строительства.

Перед промышленностью строительных материалов стоят серьез­ные задачи, заключающиеся не только и не столько в увеличении выпуска материалов и изделий, но прежде всего в повышении их качества и расширении выпуска новых эффективных материалов и изделий, позволяющих снизить материалоемкость строительства и трудоемкость возведения зданий и сооружений.

Промышленность строительных материалов представляет собой сложный комплекс специализированных отраслей производства, изго­товляющих большое количество разнообразной продукции. По объему производимой продукции промышленность строительных материалов занимает одно из первых мест в экономике, однако уровень ее техни­ческой оснащенности отстает от многих других отраслей.

Последние годы ассортимент строительных материалов претерпел существенное изменение как за счет импортных материалов, так и за счет освоения производства новых материалов отечественными пред­приятиями. Общая тенденция в производстве строительных матери­алов — выпуск материалов и изделий с максимальной степенью готов­ности для использования. Это касается не только традиционных сборных железобетонных элементов (панелей, плит перекрытий и т. п.), но и отделочных, кровельных и других специальных материалов. Использование таких материалов позволяет свести работы на месте строительства к простейшим монтажным операциям, что, вкупе с разнообразным электроинструментом и вспомогательными материала­ми (крепежными, клеющими и т. п.), резко ускорит строительство.

Одновременно с индустриальным городским стррительством полу­чает развитие малоэтажное, в том числе индивидуальное, поселковое и сельское строительство. Для его обеспечения требуется увеличение выпуска традиционных материалов: кирпича, лесоматериалов, асбесто-цементных изделий, а также широкое использование местных строи­тельных материалов.

Промышленность строительных материалов использует в качестве сырья попутные продукты и отходы других отраслей промышленности (металлургические шлаки, золы ТЭС, отходы деревообработки), внося

свою лепту в решение экологических проблем, относящихся к глав­нейшим проблемам, вставшим перед человечеством к концу XX в. К сожалению, используется пока лишь небольшой процент попутных продуктов и промышленных отходов, и это остается одним из актуаль­ных направлений развития промышленности строительных материа­лов.

Другая проблема, стоящая перед строителями,— снижение энерго­затрат на отопление зданий. Она может быть решена только за счет эффективной теплоизоляции зданий и тепловых сетей, так как удов­летворение новых нормативов СНиП по термическому сопротивлению ограждающих конструкций не реально при применении традицион­ных материалов.

Тем не менее основной материальной базой строительства остаются традиционные материалы: керамика, вяжущие вещества, бетоны и др. Их рациональное применение остается главной задачей строителей.

Для того чтобы правильно использовать строительные материалы, надо знать их свойства и назначение. Изучением свойств материалов занимается материаловедение. В развитие строительного материалове­дения большой вклад внесли российские ученые и инженеры. Еще в начале XIX в. по инициативе проф. НА. Белелюбского были приняты используемые и поныне стандартные методы оценки свойств строи­тельных материалов (определение марки цементов, морозостойкости и др.). Позднее была разработана теория твердения вяжущих веществ (А.А. Байков, В.Н. Юнг), созданы новые виды вяжущих (П.П. Буд-ников, В.В. Михайлов), разработаны и внедрены в практику новые виды бетонов и растворов (А.В. Волженский, Н.А. Попов, Б.Г. Скрамтаев).

Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения

Глава 1. Классификация и требования к строительным материалам

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Жилые, общественные и производственные здания представляют собой сооружения, предназначенные для размещения людей и различ­ного оборудования и защиты их от воздействия окружающей среды. Все здания состоят из одинаковых по назначению частей:

• фундамента, служащего основанием здания и передающего на­грузку от всего здания на землю;

• каркаса — несущей конструкции, на которой устанавливаются ограждающие элементы здания; каркас воспринимает и перераспреде­ляет нагрузки и передает их на фундамент;

• ограждающих конструкций, изолирующих внутренний объем зда­ния от воздействия внешней среды или разделяющих отдельные части внутреннего объема между собой; к ограждающим конструкциям от­носятся стены, перекрытия и кровли, причем в малоэтажных зданиях стены и перекрытия часто выполняют функцию каркаса.

С глубокой древности жилые и культовые сооружения возводили из природных материалов — камня и дерева, причем из них выполняли все части здания: фундамент, стены, кровлю. Такая вынужденная универсальность материала (других материалов не было) имела суще­ственные недостатки. Строительство каменных зданий было трудоем­ко; каменные стены для поддержания в здании нормального теплового режима приходилось делать очень толстыми (до 1 м и более) из-за того, что природный камень — хороший проводник теплоты. Для устройства перекрытий и кровель ставили много колонн или делали тяжелые каменные своды, так как прочность камня при изгибе и растяжении недостаточна для перекрытия больших пролетов. У каменных зданий, правда, было одно положительное качество — долговечность. Менее трудоемкие и материалоемхие, но не долговечные деревянные здания часто разрушались при пожарах.

С развитием промышленности появились новые, разные по назна­чению строительные материалы: для кровли — листовое железо, позже — рулонные материалы и асбестоцемент; для несущих конструкций —

с

стальной прокат и высокопрочный бетон; для тепловой изоляции — фибролит, минеральная вата и др.

На основе синтетических полимеров стали изготавливать высоко­эффективные пластмассы, в том числе и строительного назначения: линолеум, декоративные листы и пленки, герметики, пенопласты и др.

Специализация и промышленное изготовление строительных ма­териалов и изделий коренным образом изменили характер строитель­ства. Материалы, а затем и изделия из них на стройку поступают практически в готовом виде, строительные конструкции стали легче и эффективнее (например, лучше предохраняют от потерь теплоты, от воздействия влаги). В начале XX в. началось заводское изготовление строительных конструкций (металлических ферм, железобетонных ко­лонн), но только с 50-х годов впервые в мире в нашей стране началось массовое строительство жилых зданий из железобетонных элементов заводского изготовления (блочное и крупнопанельное строительство).

Современная промышленность строительных материалов и изде­лий производит большое количество готовых строительных материалов и изделий различного назначения, например: керамические плитки для полов, для внутренней облицовки, фасадные, ковровую мозаику; ру­лонные и штучные материалы для устройства кровли, специальные материалы для гидроизоляции. Чтобы легче было ориентироваться в этом многообразии строительных материалов и изделий, их принято классифицировать. Наибольшее распространение получили классифи­кации по назначению и технологическому признаку.

По назначению материалы делят на следующие группы:

• конструкционные, которые воспринимают и передают нагрузки в строительных конструкциях;

• теплоизоляционные, основное назначение которых — свести до минимума перенос теплоты через строительную конструкцию и тем самым обеспечить необходимый тепловой режим помещения при минимальных затратах энергии;

• акустические (звукопоглощающие и звукоизоляционные) — для снижения уровня «шумового загрязнения» помещения;

• гидроизоляционные и кровельные — для создания водонепроницае­мых слоев на кровлях, подземных сооружениях и других конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров;

• герметизирующие — для заделки стыков в сборных конструкциях; отделочные — для улучшения декоративных качеств строительных

конструкций, а также для защиты конструкционных, теплоизоляцион­ных и других материалов от внешних воздействий;

• специального назначения (огнеупорные или кислотоупорные и др.), применяемые при возведении специальных сооружений.

Некоторые материалы (например, цемент, известь, древесина) нельзя отнести к какой-либо одной группе, так как их используют и в исходном состоянии, и как сырье для получения других строительных

7

материалов и изделий — это так называемые материалы общего назна­чения. Трудность классификации строительных материалов по назна­чению состоит в том, что одни и те же материалы могут быть отнесены к разным группам. Например, бетон в основном применяют как конструкционный материал, но некоторые его виды имеют совсем иное назначение: особо легкие бетоны — теплоизоляционные материалы; особо тяжелые бетоны — материалы специального назначения, ис­пользуемые для защиты от радиоактивного излучения.

В основу классификации по технолог и ч е с к о м у п р и -_ знаку положены вид сырья, из которого получают материал, и способ изготовления. Эти два фактора во многом определяют свойства мате­риала и соответственно область его применения. По способу изготов­ления различают материалы, получаемые спеканием (керамика, це­мент) плавлением (стекло, метатлы), омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетоны, растворы), механической обработкой при­родного сырья (природный камень, древесные материалы).

Так как свойства материалов зависят главным образом от вида сырья и способа его переработки, в строительном материаловедении используют классификацию по технологическому признаку и лишь в отдельных' случаях рассматриваются группы материалов по назначе- нию. 1.2. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ '

К МАТЕРИАЛАМ ^!

Чтобы здание или сооружение было прочным и долговечным, необ­ходимо знать те агрессивные воздействия внешней среды, в которых будет работать каждая конструкция (рис. 1.1). Зная эти воздействия и назначение конструкции, можно сформулировать требования к мате­риалу конструкции (табл. 1.1).

Материалы для той или иной конструкции выбирают таким обра­зом, чтобы их свойства отвечали предъявляемым к ним требованиям.

Контрольные вопросы

1. Какие материалы применяли для строительства в древности? 2, На какие группы делят строительные материалы по назначению? 3. Расскажите о классификации строи­тельных материалов по технологическому признаку. 4. Какие требования предъявляют к материалам строительных конструкций?