ВВЕДЕНИЕ

Материалы играют важнейшую роль в развитии всех отраслей техники, в том числе и строительства. В связи с этим КПСС и Советское правительство уделяют большое внимание повышению качества материалов и эффектив­ ности их использования в народном хозяйстве.

В инженерном понятии материал — это вещество (совокупность ве­ ществ), из которого состоит или может быть изготовлено изделие, имеющее определенное функциональное назначение. Если изучают материал как вещество, то исследуют его химические свойства, процессы химических превращений, обычно не учитывая его геометрических свойств. Если же выявляют возможность получения изделия из материала, то обращают

строительства и ремонта изделий, сооружений. Снижение расходов на строительные материалы на 1% ежегодно экономит около 500 млн. руб., а их стоимость часто превышает 50% стоимости конструкций и сооружений, т. е.

составляет больше половины стоимости строительно-монтажных работ.

XXVI съезд КПСС наметил дальнейшее увеличение объема произ­ водства строительных материалов в одиннадцатой пятилетке в 1,7—1,9 раза, при этом предусматривается расширение выпуска новых материалов высо­ кого качества, эффективных технологических процессов с минимальной энергоемкостью и трудоемкостью. По выпуску ряда строительных материа­ лов (цемент, кирпич и др.) СССР занимает первое место в мире.

Строительные материалы, соответствующие по свойствам, техническим* требованиям и условиям их работы в дорожных конструкциях и сооруже­ ниях, называют дорожно-строительными (например, дорожные асфальто­ бетон и цементобетон, щебень и песок, бортовой камень, брусчатка, шашка для мощения и др.).

Подъем промышленного и сельскохозяйственного производства, непре­ рывное увеличение грузовых и пассажирских перевозок, рост производствен­ ных, административных и культурных связей требует значительного разви­ тия автомобильного транспорта и дорожной сети. Для выполнения этих работ требуется огромное количество дорожно-строительных материалов. Для устройства только 1 км дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием (при ширине проезжей части 7 м) необходимо примерно 2200 м3 щебня, 1500 м3 песка, 100 т минерального порошка, 90 т битума.

Для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог и соору­ жений применяют разнообразные природные и искусственные материалы. Природные строительные материалы добывают в местах их образования, обычно в верхних слоях земной коры. В большинстве случаев они могут быть использованы без сложной дополнительной переработки (например, глина, песок, гравий, природные асфальты, древесина и др.) - Сравнительно несложная добыча и механическая обработка имеют целью придать мате­ риалу только нужные размеры, форму, состояние поверхности. Искусствен­

ные строительные материалы изготавливают по специальной технологии из природного сырья или отходов промышленности, из смеси разных материа­ лов, причем свойства исходных составляющих Претерпевают физико-хими­ ческие изменения, в результате чего получается новый материал с новыми свойствами, отличающийся от исходного сырья. Так, в результате обжига отформованных изделий из глин получают керамические изделия — кирпич, черепицу, трубы; обжигом мергеля и последующим помолом продуктов обжига изготовляют цемент; после уплотнения смеси щебня, песка, цемента и воды и последующего отвердевания смеси получает цементобетон.

Строительные материалы, которые могут быть полученЫв районе строи­ тельства из местного природного сырья или отходов промышленности с использованием для их добычи и переработки сравнительно несложного обо­ рудования, называют местными строительными Материалами. Их перевозка осуществляется на относительно небольшие и экономически целесообразные расстояния. К этой группе относят песок, каменные материалы из известня­ ков, песчаников и других пород, металлургические шлаки. В ряде случаев некоторые искусственные строительные материалы, получаемые из местного сырья с применением несложной технологии, также могут быть отнесены к группе местных, например, известь, кирпич, смешанные цементы. Приме­ нение местных материалов в дорожном строительстве при рациональном конструировании сооружений снижает их стоимость, экономит материалы промышленного производства, сокращает транспортные перевозки и обес­ печивает строительству более широкий фронт работ.

Материалы из сырья, имеющего относительно ограниченное распростра­ нение, и для производства которых необходимы заводское оборудование и квалифицированный персонал, называют строительными промышленного (централизованного) производства. К этой группе относят цементы, битумы, металлы, стекло, которые поступают на строительство в готовом виде.

В процессе работы инженеру приходится систематически решать задачи, связанные со строительными материалами, так как скорость строительства, качество и стоимость работ связаны с их наличием и правильным приме­ нением. Необходимо отметить, что большинство случаев (более 70%) пре­ ждевременного разрушения инженерных сооружений обусловлено низким качеством и неправильным применением строительных материалов, нару­ шением технологии их переработки, изготовления из них конструкций и изделий.

При приемке материалов, поступающих на объекты в готовом виде, задача инженера сводится к умению проверить качество, организовать их правильную перевозку, хранение и использование. При добыче, пере­ работке и изготовлении материалов на месте строительства (например, каменных материалов, различных бетонов) инженер организует и руководит работами в притрассовых карьерах, на бетонных заводах, полигонах и базах. В этом случае необходимо не только глубоко знать свойства исходного сырья, полуфабрикатов и составляющих бетона, но и умело организовать технологию производства материалов. Наряду с этим инженер обязан организовать систематический текущий контроль производства полуфабри­ катов, материалов и изделий, их хранения и использования. На основе глубоких знаний свойств материалов, опираясь на законы физики, химии, механики, он в каждом конкретном случае должен правильно выбрать ма­ териал, определить наиболее целесообразные технологические приемы, обес­ печивающие создание прочного, долговечного и экономичного сооружения. Все это обусловливает исключительную важность курса «Дорожно-строи­ тельные материалы» в подготовке и воспитании творческого инженера-строи- теля.

СОСТАВ, СТРУКТУРА И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. СВОЙСТВА ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Дорожно-строительные материалы в период эксплуатации в сооружении (дорожная одежда, мосты и др.) подвергаются воздействию внешних механических сил и физико-химических факторов окружающей среды. К внешним механическим воздействиям относят ударные и статические наг­ рузки транспортных средств, массу элементов конструкций, механическую работу воды, льда, ветра. К физико-химическим факторам относят колеба­ ния температуры воздуха, инсоляцию, атмосферные осадки, поверхностные

игрунтовые воды и др.

Взависимости от того, в каком элементе дорожной конструкции работают материалы, они по-разному подвергаются воздействию внешних сил и фи­ зико-химических процессов окружающей среды. Внешние механические воз­ действия на материалы в дорожных конструкциях могут значительно уси­

в материале, растворять и вымывать некоторые вещества. Минерализован­ ные воды постепенно разрушают такие материалы, как например, цементо­ бетон. Колебания температуры периодически изменяют внутренние напряже­ ния в материалах, а также изменяют их состояние, что приводит к ослаб­ лению структурных связей, появлению микротрещин, сдвигов под воздей­ ствием транспортных средств. С течением времени под влиянием сложного комплекса механических, физических и химических факторов строительные материалы в дорожных конструкциях постепенно разрушаются. Интенсив­ ность разрушения определяется особенностями внешних воздействий, кон­ струкции дорожной одежды и свойствами материалов — объективными приз­ наками, проявляющимися при производстве, применении и работе мате­ риалов в конструкциях. Пригодность материалов для конкретных условий определяют по их свойствам. Свойства.материалов многообразны, что обус­ ловлено главным образом их вещественным составом. Выделяют физические, механические, химические и другие свойства.

Физические свойства характеризуют физическое состояние материала (фазовое состояние, плотность, структуру), а также определяют его отноше­ ние к физическим процессам окружающей среды. При этом физические процессы в материале не изменяют строение его молекул. Обычно к таким свойствам относят плотность, объемную массу, теплопроводность, теплоем­ кость, звукопроницаемость, влажность, водопроницаемость, водопоглощение, усадку, огнеупорность, огнестойкость, светостойкость, электросопро­ тивление.

Механические свойства — способность материала сопротивляться де­ формированию й разрушению под действием напряжений, возникающих в результате приложения внешних сил (прочность, упругость и вязкость,

в химическое взаимодействие с веществами среды, в которой он находится, при этом появляются новые вещества. К химическим свойствам можно

отнести растворимость и кристаллизацию, коррозионную стойкость, старение, атмосферостойкость, адгезию, горючесть, токсичность и др.

Свойства материалов не остаются стабильными, они изменяются под воздействием физических, химических, механических и физико-химических факторов, например: прочность свежеуложенного асфальтобетона при по­ вышении температуры до 50° С уменьшается примерно в 2 раза, а под влия­ нием инсоляции и воздуха в нем происходят постепенно и более глубокие изменения — он стареет; прочность некоторых песчаников и известняков в водонасыщенном состоянии снижается до 25 — 50%, а прочность древесины (сосны) при увлажнении до 20% снижается в 1,5 раза по сравнению с воз­ душно-сухим состоянием и т. п.

Свойства материалов характеризуются количественными показателями, которые определяют в процессе лабораторных, полевых и производственных испытаний. Обычно это условные величины,«поскольку они изменяются от методики испытания материалов. Получаемый показатель свойств материала с помощью прибора (машины) характеризует лишь свойство части, элемента (образца) материала и во многих случаях заметно отличается от истинного показателя. Не все показатели свойств строительных материалов можно оценить в системе принятых единиц измерения физических величин, в том числе и в Международной системе единиц (СИ), следовательно, не всегда можно определить их размерность. Методика определения показателей свойств материалов строго регламентируется.

Показатели свойств материалов являются важнейшими критериями их качества. Они нормированы в государственных стандартах и других норма­ тивно-технических документах.

Физические свойства.'Важнейшими из физических свойств материала являются плотность и объемная масса.

Плотность — масса вещества материала в единице его объема. Плотность строительных материалов больше единицы.

Объемная масса} — масса единицы объема материала в естественном состоянии (с порами и пустотами и т. д.). Объемная масса строительных материалов обычно меньше плотности (табл. 1.1). Чем меньше пористость материала, тем ближе значения объемной массы и плотности. Поэтому по объемной массе можно судить о пористости материала. Показатель объем­ ной массы материала необходим для подсчета его массы, массы строитель­ ных конструкций, определения пористости.

У рыхлых зернистых материалов различают насыпную массу — массу единицы объема материала в рыхлом состоянии. Насыпная масса харак­ теризует, кроме пор в зернах материала, пустоты между зернами.

С объемной массой связаны физические, механические и другие свойства; чем больше объемная масса материала, тем меньше его пористость, лучше он проводит тепло, звук и т. д.

Пористость характеризует количество пор и микротрещин в единице объема материала

где 7о — объемная масса; у — плотность материала.

Пористость в значительной мере обусловливает физические, механические

идругие свойства материалов. Чем больше пористость, тем меньше прочность

итеплопроводность, больше водо- и газопроницаемость. Опытный инженер

1В СН 528-80 «Перечень единиц физических величин, подлежащих применению в строительГосстроя СССР термин «объемная масса» заменен на «средняя плотность».

по пористости ориентировочно может определить многие свойства мате­ риалов. Для рыхлых материалов аналогично пористости определяется пустотность — объем пустот между зернами (обычно в процентах).

Важное значение в определении качества материалов имеют их гигрофизические свойства. Обычно материалы имеют влагу на внутренней по­ верхности пор, микротрещины и другие дефекты.

Влажность определяют в процентах по объему или массе: mn —m

m,

где тв и тс— масса влажного и сухого образца материала, г; V — объем материала; у — объемная масса материала.

Различают равновесную (природную) влажность материала, обусловлен­ ную его гигроскопичностью — свойством капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из влажного воздуха за счет адсорбции пара на внутренней поверхности пор и капилляров. Чем больше внутренняя поверх­ ность материала, тем больше гигроскопичность, а следовательно, и равно­ весная влажность. Для древесины она 12— 18%, для стеновых каменных материалов 4 — 7% (по массе).

Капиллярное всасывание воды пористым материалом характеризуется высотой поднятия h и количеством воды I/, поглощенной материалом, соприкасающимся с водой:

г — радиус капилляра; k — константа всасывания; t — время. Водопоглощение — количество воды, которое может поглотить погружен­

ный в воду материал, а затем удержать молекулярными и капиллярными силами при атмосферном давлении.

Водонасыщение определяется количеством воды, которое может поглотить материал при вакууме или повышенном давлении. Тогда из открытых пор вытесняется воздух, вследствие чего материал насыщается водой больше, чем при атмосферном давлении. Водопоглощение и водонасыщение изменя­ ются в пределах у гранита 0,02 — 0,7, асфальтобетона 2 — 5, кирпича 8 — 15, пористых теплоизоляционных материалов до 100%.

,дит через данный слой материала. Водо­ непроницаемость тесно связана с рав­ новесной влажностью материала, водопоглощением и водонасыщением.

Теплопроводность — способность материала передавать через свою тол­ щу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на по­ верхностях, ограничивающих материал. Ее характеризуют коэффициентом теплопроводности, измеряемым в еди­

ницах Вт/(м*°С). Коэффициент тепло­ проводности колеблется от 0,06 (мине­

1,55, гранита 2,92. Звукопроницаемость — способность материала пропускать звуковую вол­

ну, обратное свойство звукоизоляции. Звукопроницаемость т и звукоизо­

кратные и многократные) вызывают в материалах нормальные (растягиваю­ щие, сжимающие) и касательные напряжения, обусловливающие процессы деформирования материала, которые можно охарактеризовать диаграмма­ ми, устанавливающими взаимосвязь между напряжением и деформацией (рис. 1.1), а также между деформациями при постоянной нагрузке и вре­ менем ее действия (рис. 1.2). По этим диаграммам можно определить упру­ гие, предельные и остаточные деформации, модули упругости и деформации, показатели прочности. В большинстве случаев определяют показатели проч­ ности, т. е. напряжение, при котором образец испытуемого материала раз­ рушается.

Пластичность — способность материала необратимо деформироваться под влиянием действующих на него усилий без разрыва сплошности (об­ разования трещин).

Хрупкость — свойство материалов под влиянием внешних сил разру­ шаться, не давая остаточных пластических деформаций. Хрупкость противо­ положна пластичности. Хрупкость и пластичность материалов изменяется от температуры и режима нагружения. Например, битумы хрупки при пони­ женной температуре и быстро нарастающей нагрузке и пластичны при медленно действующей нагрузке и повышенной температуре. Глины хрупки в сухом состоянии и пластичны во влажном. Хрупкие материалы плохо сопротивляются растяжению, динамическим и повторным нагрузкам.

Ползучесть — способность материалов длительно деформироваться под действием постоянной нагрузки. Ползучесть материалов возрастает с умень­ шением их вязкости, поэтому большей ползучестью обладают вязкие, плас­ тичные материалы (например, асфальтобетон) и меньшей — хрупкие, уп­ ругие материалы (например, цементобетон). Ползучесть учитывают, если ее деформации влияют на прочность или эксплуатационные свойства ма­ териалов в сооружении.

I В ряде случаев (например, в расчетах и технологии изготовления пред­ варительно напряженных бетонных конструкций) учитывают релаксацию напряжений — способность к их уменьшению в деформированном на задан­ ную величину материале. Скорость релаксации напряжений так же, как и скорость ползучести, возрастает с уменьшением вязкости материала.

Химические свойства учитывают при оценке пригодности материала для тех или иных целей в строительстве.

Растворимость — способность образовывать истинные растворы в ре­ зультате взаимодействия материала с водой или другими растворителями. Строительные материалы в большинстве случаев должны быть нераство­ римыми в условиях их эксплуатации.

Коррозионная стойкость — свойство материала не разрушаться в агрес­ сивных средах (щелочная, кислотная среда, проточная вода и др.). Наиболее стойкими по отношению к агрессивным средам (воздействию кислот и щело­ чей) являются керамические материалы, а также изделия из пластмасс. Неустойчивы в кислой среде известняки, доломиты, древесина, портландцементы, в щелочной среде — древесина, битумы.

Атмосферостойкость — свойство материала не разрушаться под воз­ действием климатических условий (температура воздуха, осадки, солнечная радиация и др.). С атмосферостойкостью материала часто связана его склонность к старению вследствие протекания в нем физико-химических процессов и ухудшения свойств. Старение характерно для полимеров, би­ тумов, асфальтобетонов.

Твердение— свойство материала затвердевать (переходить из пластич­ ного состояния в твердое) в результате химических и физико-химических процессов и приобретать ряд новых свойств — сопротивляемость различным по виду и характеру нагрузкам, агрессивным воздействиям внешней среды. Твердение обычно оценивают показателями прочности и их изменением

во времени.

Адгезия — свойство одного материала прилипать к поверхности другого. Измеряют адгезию прочностью сцепления при отрыве одного из них от Другого. Адгезия Имеет важное значение в технологии изготовления материа­ лов и конструкций.

Для керамических Материалов важно знать спекаемость — свойство уплотняться при их обжиге за счет частичного плавления легкоплавких компонентов и последующего упрочнения при охлаждении смеси.

Горючесть — свойство материалов принимать участие в быстропротекающей химической реакции, сопровождающейся выделением тепла и света. Материалы могут быть негорючими, горючими, трудно и легко сго­ раемыми, что учитывают в противопожарных нормах при проектировании и эксплуатации зданий и сооружений.

Токсичность — свойство некоторых материалов вызывать отравление и заболевание у людей., В работе с такими материалами (дегти, клеи и др.) необходимо строго соблюдать правила охраны труда.

Перечисленные свойства не исчерпывают многообразие свойств строи­ тельных материалов ни по их перечню, ни по их классификации. Например, выделяют свойства физико-химические (дисперсность, смачиваемость, по­ верхностное натяжение жидкости и т. п.), электрические (электропровод­ ность) и др. Приведенная классификация свойств связана с методами их изучения.

Целесообразна также классификация свойств по применению материа­ лов, которые в сооружении воспринимают механические и другие нагрузки, обеспечивают изоляцию сооружения от неблагоприятных условий окружа­ ющей среды, предопределяют долговечность, надежность, эстетичность конструкции. Важно также, чтобы из данного материала при минималь­ ных затратах можно было изготовить запроектированную конструкцию и эксплуатировать ее в конкретных условиях.

В соответствии с функциональным назначением выделим такие строи­ тельно-технические свойства материалов, как конструкционные, изоляцион­ ные, технологические, эксплутационные, декоративные.

Конструкционные свойства обусловливают возможность создания из материала конструкции с заданными механическими свойствами. Поэтому наряду с механическими свойствами к этой группе относят твердость, исти­ раемость, износ материалов, их коэффициент конструктивного качества и др.

Твердость — способность материала сопротивляться проникновению в него более твердого материала. От твердости зависит, в частности, истирае­ мость поверхности слоев дорожных покрытий. Для металлов твердость определяют методом вдавливания шарика (метод Бринеля), величиной отскока падающего груза (метод Шора). Твердость каменных материалов можно определить по шкале твердости (табл. 1.4).

Истираемость — способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий. Истираемость определяют на стандарт­ ных машинах, вычисляя массу истертого образца к его площади (г/см2). Истираемость имеет большое значение для строительных материалов, ис­ пользуемых в дорожных покрытиях.

Износ — свойство материала сопротивляться одновременному воздей­ ствию истирания и ударов. Износ определяют на образцах, которые испы­ тывают во вращающихся барабанах со стальными шарами. Показатель износа — потеря массы образца (%) в процессе испытания.

Коэффициент конструктивного качества (удельная прочность) материала представляет собой отношение прочности (в МПа) к объемной массе. Луч­ шие конструктивные материалы имеют высокую прочность при малой объем­ ной массе, что способствует созданию легких конструкций. У сплавов из алюминия коэффициент конструктивного качества превышает 250, стекло­ пластиков— больше 200, высокопрочных сталей— 100Ч150, обычных ста­ лей — больше 50, бетонов — 15-=-25, кирпича 5-1-6. Важной задачей совре­ менной технологии материалов является повышение удельной прочности строительных материалов.

Изоляционные свойства включают: тепло-, электро-, свето-, звукопро­ водность, газо-, водо-, паропроницаемость и др. Эти свойства способствуют

созданию оптимальных условий в помещениях для работы, жизни человека, эксплуатации машин, оборудования за счет изоляции помещения от окру­ жающей среды.. В последнее время все большее значение приобретают свойства материала, обусловливающие радиационную защиту (радиацион­ ная проницаемость материала).

Технологические свойства характеризуют поведение материала при технологических процессах, их обработке и переработке (например, буримость, дробимость скальных горных пород, формуемость, слеживаемость, нерасслаиваемость бетонных смесей, вязкость жидкообразных материалов и смесей, твердение, адгезия и др.). По технологическим свойствам судят о возможности переработки и получения доброкачественной продукции из исходных материалов при принятой технологии и имеющемся технологи­ ческом оборудовании.

Очень часто не удается определить ту или иную характеристику мате­ риала, необходимую для расчетов в технологических и эксплутационных процессах, точнымиметодами физики, механики и химии. Поэтому в практике используют условные показатели, которые определяются приближенными методами.

Например, вязкость жидкообразных материалов и смесей — важнейшая технологическая характеристика; зная ее, можно правильно подобрать машины и назначить режимы перемешивания и уплотнения смесей. Однако в большинстве случаев ее очень трудно измерить строгими физическими методами, поэтому предложено много условных показателей вязкости: пенетрация битумов (глубина погружения в 0,1 мм стандартной иглы при 25°С), удобоукладываемость бетонных смесей (скорость переформования в секундах стандартного конуса из бетонной смеси в равновеликий цилиндр) и др.

Формуемость — свойство смесей, составленных из различных компонен­ тов, приобретать заданную форму при минимальных затратах средств.

Нерасслаиваемость — свойство смеси сохранять неоднородность при транспортировании и формовании.

Названные и многие другие свойства оцениваются количественно ус­ ловными показателями, не согласующимися с принятой международной системой единиц. Поэтому эти показатели в разных странах неодинаковы, в большинстве случаев они нормированы в пределах одной страны, а иног­ да — в пределах отрасли.

Эксплуатационные свойства обусловливают работу материала в эле­ ментах дорожных конструкций на протяжении определенного отрезка вре­ мени. К этим свойствам относят истираемость, шероховатость, коэффициент сцепления с колесом движущегося автомобиля, огнеупорность, долговеч­ ность, морозостойкость и др.

Важной характеристикой дорожно-строительных материалов является

коэффициент сцепления с колесом автомобиля

/гб — Н_

Р ’

где Н — горизонтальное усилие, необходимое для перемещения пневмо­ колеса автомобиля по материалу; Р — вертикальное давление.

Долговечность материала характеризует продолжительность его работы (срок службы) в конструктивных элемент-ax сооружений и в условиях эксплуатации до предельно допустимого изменения свойств. Долговечность обусловлена способностью материала сопротивляться комплексному воз­ действию механических нагрузок, изменению температуры и влажности, действию растворов солей, газов, совместному воздействию воды, мороза, солнечных лучей. Критерии долговечности материала комплексны, они за­ висят от его физических, механических и химических свойств.

Долговечность материала, находящегося в неагрессивной среде под воздействием механических нагрузок, зависит (по данным акад. С. Н. Жур­ кова) от приложенных напряжений

где U0t у0, т0, k — коэффициенты, зависящие от физико-химической природы материала; а — приложенное напряжение; Т — температура.

С увеличением о ускоряются процессы разрушения материала, умень­ шается его долговечность. По исследованиям ХАДИ долговечность ма­ териала определяется зависимостью

где /?д — предел длительной прочности (если сг</?д, то материал в инже­ нерном понимании не разрушится как угодно долго); k u 62, п — коэффи­ циенты, характеризующие природу, структуру материала, условия его раз­ рушения.

С долговечностью материалов связывают выносливость — способность сопротивляться многократно прилагаемым механическим воздействиям, которые ускоряют разрушение строительных материалов, вследствие чего ухудшается их долговечность. Выносливость обычно измеряется количеством нагружений, которые выдержал материал до разрушения.

Долговечность материала также нормируется. Например, для железо­ бетонных конструкций предусмотрены три степени долговечности: I — со­ ответствует сроку службы не менее 100 лет, II — 50 лет, III — 20 лет.

Если учитывать физические и химические факторы, то в этом случае долговечность материала определяется их коррозионной, атмосферной стой­ костью, старением и другими физическими и химическими свойствами. Часто долговечность материала характеризуют морозостойкостью его способностью при попеременном замораживании и оттаивании не проявлять заметных признаков разрушения. При воздействии знакопеременных тем­ ператур вследствие изменения объемов составляющих материал компо­ нентов (кристаллы, зерна и др.) постепенно нарушаются микросвязи между

ними, что приводит к снижению физико-механических свойств. Более ин­ тенсивно проявляется воздействие переменных температур на водонасыщен­ ные каменные материалы (строительный кирпич, пористые горные породы, тяжелый цементобетон). В этом случае вода, находящаяся в порах и микротрещинах, замерзая при понижении температуры, переходит в твердое состояние и увеличивается в объеме примерно на 10%. Возникающее дав­ ление льда при многократном повторении замораживания—оттаивания постепенно разрушает материал.

Морозостойкость каменных материалов зависит от крупности составляю­ щих, объемной массы и пористости.

Чем мельче кристаллы, больше плотность и меньше открытых пор, тем выше морозостойкость. Чем меньше диаметр пор, тем ниже температура замерзания воды, заключенной в них. Так, при диаметре капилляра 1,5 мм температура замерзания воды 6,4°С, при 0,24 мм — 13,3, при 0,16 мм — 14,6, при 0,06 мм — 18,4°С.

В зависимости от климатических условий, в которых будет работать материал, к нему предъявляются различные требования по показателю морозостойкости, определяемой, количеством циклов попеременного замо­ раживания и оттаивания до разрушения материала. Часто коэффициент морозостойкости определяют как отношение показателя прочности мате­ риала в водонасыщенном состоянии после испытания на морозостойкость к показателю прочности до испытания.

Декоративные свойства обеспечивают эстетические требования к соору­ жению. К ним относят цвет, яркость, рисунок и особенности поверхности материалов (шероховатость и др.). Этим свойствам все больше и больше уделяют внимания.

Исследованиями установлено, что производительность труда работа­ ющих в значительной мере определяется эстетическим оформлением поме­ щений и оборудования.

1.2. СТРУКТУРА МАТЕРИАЛА

Структура (строение) материала характеризуется качеством и коли­ чественным соотношением составляющих, их взаимным расположением и связями между ними. Материалы одного и того же вещественного состава, но разной структуры обладают различными свойствами. Например, скаль­ ная горная порода из известняка и известняковый щебень могут иметь один и тот же вещественный состав, но разные свойства вследствие различной структуры. Структура материалов чрезвычайно сложна, поэтому для ее изучения используют разнообразные способы. По методам изучения раз­ личают макроструктуру — строение, видимое невооруженным глазом; микроструктуру — строение материала, видимое в микроскоп; ультрамик­ роструктуру — внутреннее строение вещества, составляющего материал, изучаемого методами электронной микроскопии и рентгено-структурного анализа.

На уровне ультрамикроструктуры материала изучено главным образом строение вещества, состоящего из одного или нескольких элементов, между которыми устанавливаются устойчивые связи. Среди этих связей выделяют ионную, ковалентную, металлическую, что обусловлено различием во взаимодействии электронов. Ионная связь вызывается силами притяже­ ния между противоположно заряженными ионами. Ковалентная связь ха­ рактеризуется принадлежностью электрона одновременно двум атомам, т. е. дополнение недостающих наружных электронов происходит не отбором

электрона, как в случае ионной связи, а образованием общих пар атомов. При металлической связи отрицательно заряженные электроны как бы омывают положительно заряженные ионы, образующие каркас вещества. Имеют место также межмолекулярные (вандерваальсовые) связи, представ­ ляющие собой взаимодействие между молекулами насыщенной валентности. Существуют и другие формы связи: водородная, характерная для воды, льда; донорно-акцепторная (некоторые полимеры) и др.

Свойства вещества зависят от химического строения молекул (кристаллов или других обособленных групп атомов), в которых атомы располагаются таким образом, чтобы общая потенциальная энергия системы была мини­ мальной.

Идеальный кристалл имеет пространственную решетку, расположение атомов, ионов, молекул в узлах которой периодично и характерно для данного вещества. Это расположение определяется энергетической выгод­ ностью узлов и расстояний между частицами, образующими пространствен­ ную решетку. Кристаллы анизотропны, что в ряде случаев предопределяет анизотропность свойств материалов. Наряду с кристаллической имеет место аморфная структура вещества, которая менее устойчива и при соответствую­ щих условиях переходит в кристаллическую.

Строение реальных кристаллических и аморфных веществ существенно отличается от идеального, что зависит от степени отклонения от совершенной кристалличности или аморфности. Такие отклонения обусловливают де­ фекты и дислокации в строении веществ. Наиболее характерными дефектами являются микропоры и дислокации. Дислокации — это линейные дефекты кристаллов, вызывающие местные искривления кристаллической решетки. Наибольшее количество дефектов скапливается на границах срастания микрочастиц (межкристаллические слои) и на поверхностях раздела — по­ верхностных слоях. Структура материала у поверхности значительно от­ личается от структуры в их толще. Атомы, молекулы вещества не урав­ новешены на поверхности материала другими его частицами, поэтому они более активны, чем аналогичные частицы вещества внутри материала. Вследствие этого поверхность материала всегда покрыта слоями адсорбцированных газообразных и других веществ, что существенно изменяет не только свойства поверхностного слоя, но и свойства материала в целом.

Структура материалов нестабильна. Процессы, протекающие в них, вызываемые как воздействием внешней среды, так и внутренней природой, изменяют их структуру, вызывая в материалах внутренние напряжения. В неоднородных материалах (например, бетонах) в отдельных местах (поры, микротрещины, контактные слои, дефекты в кристаллах) возникают концентрации микронапряжений и микродеформаций, что, в свою очередь, в зависимости от условий способствует увеличению или уменьшению коли­ чества дефектов в структуре материала. Процессы в материалах в значи­ тельной степени являются релаксационными и, как правило, протекают крайне медленно. Вследствие этого'структура материала всегда находится в неравновесном, внутренне напряженном состоянии. ч

Структура материалов сложна, поэтому ее качество можно оценить комп­ лексом показателей. Она в значительной степени определяется веществен­ ным составом и состоянием материала (газообразное, твердое, аморфное, кристаллическое и т. п.). Важнейшими критериями качества структуры является плотность, объемная масса и пористость материала. Зная эти показатели, можно судить о прочности, долговечности, изоляционных и других свойствах материала. Наряду с этим важными показателями ка­ чества структуры являются прочность сцепления между составляющими, крупность и форма их зерен и др.

Свойства материалов широко изменяются от их структуры. Например,

прочность материалов при одном и том же вещественном составе может изменяться в 1000 раз и более.

Теоретическая прочность материалов превышает реальную прочность на несколько порядков. Это обусловлено тем, что дефекты в структуре материала вызывают большую концентрацию напряжений и способствуют ускорению процессов разрушения материалов. Кроме того, дислокации в кристалле облегчают его пластическую деформацию, что, в свою очередь, облегчает деформирование, а следовательно, и разрушение материала' Общая зависимость прочности от неоднородности структуры представлена на рис. 1.3. Наиболее высокой прочностью обладает идеально однородный материал. Появление неоднородности в нем вызывает концентрацию на­ пряжений, вследствие чего образуется микротрещина, которая развивается в критическую трещину, что и быстро разрушает материал, а прочность резко уменьшается. Появление множества дефектов, особенно если этим процессом управлять, взаимно тормозит развитие разрушения, что способ­ ствует некоторому упрочнению материала. Это связано с тем, что дефекты взаимно уменьшают концентрацию напряжений, а также препятствуют развитию микротрещин и перемещению дислокаций. Поэтому увеличение дефектов сверх определенного оптимума несколько повышает прочность материала (см. рис.. 1.3), а затем после этого оптимума наблюдается даль­ нейшее уменьшение прочности.

Структура материала может быть одно-, двух- и многокомпонентной. Различают конгломератную (бетоны), волокнистую (древесина, стекло­ пластики), слоистую (текстолиты), рыхлозернистую (песок, щебень) макроструктуры.

Влияние многокомпонентных структур на свойства материалов затруднено, поэтому условно можно выделить двухкомпонентные структуры. Так, структуру бетонных смесей расчленяют на макроструктуру — двух­ компонентную систему, состоящую из щебня и раствора (минимальный размер зерен 5 мм), мезоструктуру — двухкомпонентную систему, состоя­ щую из песка и вяжущего (размер зерен 5 — 0,05 мм) и микроструктуру вяжущего, состоящую из цемента и воды. Расчленение многокомпонентных структур на двухкомпонентные позволяет свести изучение сложных структур и их влияние на свойства материалов к изучению простых двухкомпонент­ ных структур.

Среди двухкомпонентных структур материалов различают структуры с

базальной, поровой и контактной цементацией (рис. 1.4). В структурах с базальной цементацией крупные зерна не образуют взаимных контактов, они как бы погружены в цементирующее вещество. В этом случае свойства

горных пород, цементобетонов, гипсовых изделий и др. Между рассмотрен­ ными структурами могут быть промежуточные: кристаллизационно-конден­ сационные, коагуляционно-конденсационные.

По крупности зерен составляющих в каменных материалах обычно различают крупносредне- и мелкокристаллические структуры. Форма зе­ рен структурных составляющих также влияет на образование определенных структур и свойства материалов. С уменьшением крупности зерен существен­ но изменяются свойства материала. Это связано с тем, что с уменьшением зерен структурных составляющих изменяется характер неоднородности ма­ териала, а следовательно, и его внутреннее напряженное состояние. В общем случае чем меньше крупность зерен минерального материала, тем более он прочен.

Пористость микроструктуры играет важную роль в формировании свойств материалов. По происхождению различают пористость, возникшую вследствие воздухововлечения во время технологических процессов (10—3-=- 10~4м), капиллярную пористость, образовавшуюся за счет тепло­ массообменных (10-5Ч- 10~7м), контракционных, а также других физико­ химических процессов, протекающих на уровне формирования ультрамикро­ структуры материалов. Размер пор в этом случае меньше 10~7

Структура оказывает большое влияние на изоляционные, технологиче­ ские, эксплуатационные свойства материалов, на их долговечность. Поэтому, оптимизируя ее, можно заметно улучшить свойства материалов, что необ­ ходимо учитывать при организации технологических процессов. В этом случае имеются широкие возможности непрерывного управления структурообразованием материалов.

§ 1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ

ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ

В строительстве используются самые разнообразные материалы, что в значительной мере обусловливает трудность разработки научно-обоснован­ ной их классификации. Наиболее важной является классификация по веще­ ственному составу и структуре, с которой в основном и связаны основные принципы эффективного изготовления и применения материалов.

Искусственные и природные материалы по вещественному составу можно разделить на два основных класса: состоящие только из неоргани­ ческих веществ; состоящие из органических веществ или содержащие их

вкачестве связующего компонента (рис. 1.5).

Кпервому классу относят природные каменные материалы (из гранита,

известняка, песчаника и др.) и искусственные — металлы, материалы, по­ лучаемые из минеральных расплавов (стекло, шлаковые материалы, шлакоситаллы и др.)» керамические изделия (кирпич, черепица, фаянс), бетоны, растворы на основе неорганических вяжущих веществ, железобетон. Эти материалы, кроме металлов, в основном состоят из силикатов, алюмосилика­ тов, алюминатов, карбонатов, гипса.

Ко второму классу относят такие природные материалы, как древесину, природные асфальты и искусственные высокомолекулярные вещества (битумы, дегти, смолы, масла, полимеры) и материалы на их основе — ас­ фальтовые и дегтевые бетоны и мастики, пластмассы, пластбетоны, краски, лаки, кровельные, гидроизоляционные и другие материалы.

По разнообразным признакам структуры также классифицируют ма­ териалы — выделяют одно-, двух-, трехкомпонентные материалы с базальной, поровой, контактной структурой, крупно-, средне- и мелкозернистые, конгло-

марками по водонепроницаемости). Распространена классификация по тех­ нологии изготовления.

При всем многообразии технологических приемов при производстве искусственных строительных материалов имеется ряд общих принципиаль­ ных положений, которыми руководствуются, выбирая технологический про­ цесс переработки и производства материалов заданных свойств. Технология строительных материалов является преимущественно химической.

Для выбора и обоснования технологических принципов получения материалов заданных свойств необходимо иметь четкое представление о составе и молекулярном строении веществ, о внутри- и межмолекулярных связях, а также о закономерностях кинетики химических реакций, физико­ химических процессах (растворение, кристаллизация, смачивание, адсорб­ ция), взаимодействии дисперсных коллоидных частиц и т. п.

Наряду с этим важно хорошо знать законы физики и механики, например закономерности реологических свойств материалов, тепломассообменных

Первый закон термодинамики представляет собой математическое вы­ ражение закона сохранения энергии: Q = AU + A, из которого следует, что приданное системе количество тепла Q расходуется только на увеличение внутренней энергии AU и совершение работы А. В основе второго закона термодинамики лежит утверждение, что все процессы в материалах про­ текают в направлении от менее вероятного состояния к более вероятному, равновесному состоянию (равновесное состояние характерно для данных

внешних условий и восстанавливается при его нарушении). Первый закон термодинамики позволяет проводить теплотехнические расчеты технологиче­ ских процессов, а с помощью второго закона определяют направление самопроизвольно идущих процессов в материалах, а также пределы их протекания.

Несмотря на многообразие процессов, протекающих в материалах во время их технологической переработки и в условиях эксплуатации, можно выделить и некоторые общие положения. В технологии производства мате­ риалов формируется их структура, которая в значительной степени обуслов­ ливает получение бетонов с заданными свойствами. В большинстве случаев одновременно протекают противоположные процессы: параллельно со структурообразованием — деструкция, т. е. процессы, совершенствующие струк­ туру и ее разрушающие. При перемешивании смесей ,наряду с процесса­ ми смещения идет сепарирование, а при их виброуплотнении одновременно и разуплотнение. На различных этапах одни процессы преобладают над другими, что обусловливается характером механических и других воздей­ ствий. Например, в материалах раннего возраста преобладает структурообразование, в позднем — деструкция (разрушение структуры). При больших механических нагрузках преобладают процессы разрушения материалов, а при небольших — возможно упрочнение.

Другая особенность процессов, протекающих в материалах, заключается в том, что большинство из них развивается по родственным закономерно­ стям, напоминающим по своему характеру закономерности цепных реак­ ций, т. е. с развитием этих процессов их скорость возрастает или затухает. Такие закономерности в ряде случаев можно описать зависимостями

При проектировании технологии материалов очень часто используют так­

же законы тепломассообменных процессов, которые описываются дифферен­ циальным уравнением

где Т — температура; t — время; V 2 — оператор Лапласа. Многочисленные технологические приемы, позволяющие управлять слож­

ными процессами структурообразования и получать материалы с оптималь­ ными свойствами, можно условно разделить на три группы: механические, физические и химические.

Перемешивание и уплотнение материалов производится преимущественно механическими способами. Одним из распространенных механических при­ емов управления структурообразованием является вибрация. В процессе вибрационного воздействия структура тиксотропных материалов (например, бетонных смесей) разрушается, вследствие чего резко снижается их вязкость! они приобретают свойстба жидкости, что облегчает перемешивание, уплотне­ ние смесей и получение из них изделий заданной плотности. Вибрация облег­ чает и другие виды механической обработки материалов (уменьшает трение, облегчает резание и т. д.). Для каждого конкретного случая использования

поверхностно-активных веществ, например мыл (рис. 1.7). С превышением концентрации мыл в растворе угол смачивания резко уменьшается, что способствует растеканию раствора по поверхности, а следовательно, и ее смачиванию. Это обусловлено адсорбцией мономолекулярного слоя поверх­ ностно-активного вещества на поверхности твердого тела.

Подбирая поверхностно-активные вещества и этим изменяя поверхност­ ную энергию материалов, можно физико-химическим путем управлять многи­ ми технологическими процессами: изготавливать устойчивые суспензии

иэмульсии, если необходимо быстро их разрушать, пластифицировать клеи

ибетонные смеси, регулировать содержание газообразной фазы в материа­ лах, изменять крупность и форму кристаллов новообразований. Поверхност­ но-активные вещества обусловливают адсорбционное понижение прочности (эффект акад. П. А. Ребиндера) вследствие резкого уменьшения поверх­ ностной энергии, что значительно уменьшает трение, облегчает измельчение

ипомол материалов, их резание, бурение, механическую обработку.

Наряду с поверхностно-активными веществами в технологии материалов широко используют добавки-электролиты, которые различно влияют на про­ цессы структурообразования. Эти добавки могут ускорять или замедлять процессы растворения, вступать во взаимодействие с веществом, из которого формируется материал, изменять свойства жидкой фазы, при этом изменяют­ ся температура плавления, замерзания и другие свойства, которыми необхо­ димо управлять, чтобы получить материал с заданными свойствами, при мини­ мальных затратах.

Распространены минеральные добавки, которые могут быть как центры кристаллизации, ингибиторы. Они могут вступать во взаимодействие с ве­ ществами, нежелательными в тех или иных условиях, и уменьшать их отрица­ тельное влияние. Например, в цементы вводят добавки с активным кремнезе­ мом, которые вступают во взаимодействие с гидроокисью кальция Са(ОН)2, легко растворимой и вымываемой проточной водой. При взаимодействии гидроокиси кальция с активным кремнеземом образуются нерастворимые

вещества.

В последнее время все шире применяют полимерные добавки, улучшаю­ щие структуру материала. В технологии бетонов, например, используют водо­ растворимые полимеры, которые пластифицируют бетонную смесь, что облегчает формование изделий, а затем полимеризуются, образуя прочную сетчатую структуру, способствуя упрочнению бетона.

На основе изложенных и других закономерностей физики и химии базиру­ ется физико-химическая механика — отрасль знаний о превращении исход­ ных компонентов (веществ) в материалы с заданными свойствами. Физико­ химическая механика изучает структуру материалов, закономерность влия­ ния структуры на их свойства, условия оптимизации структуры, ее формиро­ вание и разрушение наиболее выгодным путем.

Важнейшим принципом получения материалов с заданными свойствами является учет закономерностей влияния вещественного состава и структуры на свойства материалов. В соответствии с этим нормируют и выбирают требуемые исходные компоненты, а также проектируют структуру, что обеспе­ чивает получение заданных свойств материалов наиболее выгодным путем.

в каждом конкретном случае.

Важной целью технологического процесса является также получение ма­ териалов с минимально внутренне напряженной и внутренне деформирован­ ной структурой. Это важная задача, решению которой помогает диалекти­ ческое представление о развитии противоречивых (противоположных) про­

шить количество разрушенных при этом связей, уменьшить внутренние напряжения и деформации. Например, ускоряя сушку древесины, учитывают, что при этом интенсифицируется возникновение дополнительных внутрен­ них микронапряжений, микротрещин и других дефектов. Стремясь ускорить твердение бетонных изделий, принимают меры, чтобы не допустить деструк­ ции в бетонах.

Дробление, измельчение (помол) материалов организуют таким образом, чтобы в зернах полученного материала было минимальное число микро­ трещин, микродефектов, внутренних напряжений.

Важное значение имеет принцип соответствия (по О. П. МчедловуПетросяну), согласно которому методы воздействия на материалы, методы их переработки должны соответствовать характеру исходного сырья, основ­ ным закономерностям структурообразования, протекающим в материалах.

При выборе сырья проверяют его пригодность для проектируемого мате­ риала, а также возможность рациональной переработки при имеющемся тех­ нологическом оборудовании. Режимы перемешивания и уплотнения, форми­ рования структуры материалов должны соответствовать их природе и другим условиям, обеспечивающим получение материалов с оптимальным сочета­ нием свойств.

Одним из основных принципов технологических процессов производства материалов высокого качества является комплексность использования раз­ личных' (физических, механических, химических) методов воздействия на ис­ ходное сырье и материал. Во многих случаях суммарный эффект от воздейст­ вия различных методов в оптимальном сочетании не равен сумме эффектов, если использовать эти методы изолированно друг от друга. К наиболее ярким и изучаемым таким явлениям относится эффект П. А. Ребиндера — эффект адсорбционного понижения прочности, согласно которому совместное воздей­ ствие поверхностно-активных веществ и механических напряжений в десятки раз ускоряет разрушение структуры материалов. Эффект комплексного воз­ действия физических, механических и химических методов на исходные ком­ поненты (их активация), технологические процессы и материалы широко используется в технологии материалов и материаловедении, а его значимость настолько велика, что именно благодаря ему учение о превращении исходно­ го сырья в материалах получило наименование физико-химической механики.

В технологии материалов все более широко используется принцип оптими­ зации технологических процессов. Технологические задачи исключительно многозначны, можно решить эту или иную задачу, используя для этой цели много вариантов. Задача выбора оптимального решения сложна и актуальна.

Оптимизировать процесс — это найти такие параметры его протекания, которые обеспечивают достижение поставленной цели наиболее эффективно для данных условий. Различают две задачи оптимизации: первая — достиже­ ние поставленной цели (например, данной прочности бетона) при минималь­ ном расходе ресурсов; вторая — получение наибольшего эффекта (например, максимальной прочности бетона) при заданных (имеющихся) ресурсах.

Для оптимизации процесса системы необходим критерий эффективности (оптимизации), который определяет степень достижения поставленной цели и принимает при наиболее выгодных условиях минимальные или максималь­ ные значения, характеризуемые числом (например, прирост прочности в МПа, или %). Таким образом, признаком оптимального решения задачи является достижение экстремума для критерия эффективности.

Одна из основных трудностей, связанных с выбором критерия эффектив­ ности, состоит в том, что обычно имеется ряд критериев, а их оптимумы, как правило, не совпадают (рис. 1.9). В этих условиях выбирают основной крите­ рий и назначают пределы изменения параметров процессов, что обеспечивает эффективное протекание процесса. Например, использование экономических критериев целесообразно при оптимизации всего производства. При оптими­ зации отдельных технологических процессов назначают локальные критерии оптимизации (очень часто прочность бетона). Одной из важнейших задач оптимизации является назначение ограничений, которые вытекают из необ­ ходимости компромисса между противоречивыми требованиями (требова­ ния плана, выпуск продукции, ее качество, стоимость, требования охраны труда и т. д.).

Относительно легко можно оптимизировать простые технологические процессы (системы). В этом случае устанавливают эмпирические зависи­ мости, с помощью которых находят экстремальные значения критериев эффективности и в соответствии с ними организуют технологический про­ цесс или формируют систему. Например, экспериментально можно опреде­ лить оптимальное количество сульфитно-спиртовой бражки, вводимой в бе­ тонную смесь, при которой свойства бетона улучшаются максимально.

Однако сложные процессы и системы оптимизировать простыми мето­ дами весьма трудоемко или в большинстве случаев невозможно, так как на критерий оптимизации влияет несколько факторов. В таком случае более эффективно сочетание экспериментальных и математических методов.

Оптимизация технологических процессов и систем аналитическими мето­ дами также состоит в том, чтобы найти экстремальные значения критерия оптимизации ц>(хь х2, хъ) в определенной области изменения значений пара­

i Zi mjn ,

z.— конкретные величины параметров технологического процесса, кото­ рые получают экспериментальным путем; уъ— критерий эффективности; а0; а.; а ; аг — коэффициенты регрессии, вычисляемые по определенной методике, как правило, с помощью ЭВМ, основанной на математической статистике. Эти коэффициенты, учитывают в определенной степени элементы случайности.

Величина я. является относительной, она изменяется от —1 до 4-1, т. е. пределы изменения экспериментальных данных ограничиваются изменением параметров от zimin до zimax.

Уравнение регрессии достаточно точно описывает исследуемый технологи­ ческий процесс или систему. Обычно ограничиваются полиномами первой или второй степени, редко используют полиномы третьей степени.

Применительно к данному уравнению регрессии разработана методика эксперимента, реализация которой позволяет с помощью ЭВМ по эксперимен­ тальным данным вычислить коэффициенты уравнения. Затем, дифференци­ руя это уравнение в заданных пределах параметров также с помощью ЭВМ, определяют оптимальные условия протекания технологического процесса.

Технологию материалов максимально механизируют и автоматизируют, при этом особое внимание уделяют оптимизации технологических процессов на основе использования ЭВМ. Получение эффективных материалов при минимальных затратах — один из важнейших принципов организации их технологии. Важно также организовать технологический процесс в строгом соответствии с нормативно-техническими документами, обобщающими пере­ довой опыт и способствующими внедрению достижений науки и техники.

§ 1.4. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Под качеством строительных материалов понимают совокупность свойств, определяющих их пригодность для использования по назначению. Качество формируется на всех этапах производства материала и определяется многими факторами, основные из которых: свойства сырья и полуфабрикатов, особен­ ности технологического процесса и оборудования, квалификация работников, уровень организации производства. В свою очередь, качество материалов в значительной мере определяет эффективность строительной продукции. Однако, чтобы надежно производить материалы, с заданными свойствами, необходимо измерять их качество. Разработку методов определения качества

продукции, в том числе и материалов, научно обосновывает ква^иметрия — специальная отрасль знаний.

Качество материалов характеризуется показателями строительно-техни­ ческих свойств, например, прочности, долговечности и надежнос>И) техноло­ гичности, экономичности, и др. Абсолютные показатели качества совпадают с показателями свойств материала, относительные — представляют отноше­ ние абсолютных показателей изучаемого к соответствующим Показателям качества базового материала. Различают дифференциальные показатели качества (характеризуют единичные свойства) и комплексные, вычисляемые по формуле

абсолютный<6показатель качества изучаемого и базового материала. Важное место в оценке качества материалов занимают статистические

показатели: коэффициенты неоднородности, вариации и др.

Показатели качества определяют с помощью приборов, инструментов (инструментальный метод), органолептическим методом, основанным на анализе ощущений человека, социологическим методом, т. е. обрабатывают мнения потребителей и специалистов. Наиболее часто используют комбини­ рованный, смешанный метод.

Большинство показателей качества материалов, а также методы их опре­ деления регламентируются различными нормативно-техническими докумен­ тами, составленными и утвержденными компетентной организацией на осно­ ве достижений науки и техники, передового опыта, основными из которых являются стандарты. В нашей стране действует четыре категории стандартов: государственные — ГОСТ, отраслевые — ОСТ, республиканские — РСТ, стандарты предприятий — СТП. Стандарты имеют силу закона: ГОСТ обяза­ телен для всех предприятий и организаций страны, ОСТ — для отрасли, РСТ — для республики, СТП — для данного предприятия. Наряду со стан­ дартами в строительстве действуют Строительные нормы и правила (СНиП), а также система ведомственных технических норм и правил, которые также •регламентируют в той или иной степени качество материалов. Стандарты и другие нормативные документы играют важную роль в ускорении научнотехнического прогресса, повышении эффективности и качества, тдк как ими руководствуются при производстве и оценке качества строительных мате­ риалов.

Объем и содержание определения качества материалов устанавливают в соответствии с ГОСТами и другими нормативными документами,, а также с учетом особенностей материала, его назначения и условий, в которых он бу­ дет работать. При этом целесообразно придерживаться системы определения качества материалов, предложенной проф. М. И. Волковым. Вначале опреде­ ляют внешние макроскопические признаки материала, по которым ориентиро­ вочно судят о его качестве, и намечают объем лабораторных испытаний — показателей физических, механических, технологических и других свойств. Затем по полученным сведениям, а также учитывая экономичность материала составляют заключение о его качестве.

Во время производства строительных материалов организуют входной контроль — проверку соответствия поступивших исходных компонентов (по­

луфабрикатов), технологический контроль — проверку соответствия характе­ ристик, режимов и других показателей технологического процесса установ­ ленным требованиям, приемочный контроль — проверку соответствия готово­ го материала требованиям стандарта или ведомственным техническим усло­ виям. Все работы по контролю качества материалов выполняют лаборатория или отдел технического контроля (ОТК), которые работают под руковод­ ством главного инженера завода (строительной организации).

Несмотря на достаточно разработанную методику лабораторных испыта­ ний дорожно-строительных материалов, вследствие некоторой условности получаемых показателей они не всегда позволяют составить исчерпывающее суждение о качестве материала и степени пригодности его для проектируе­ мой цели. В таких случаях, помимо лабораторных характеристик, прибегают к испытанию материалов на опытных моделях в лабораторных усло­ виях или на опытных участках автомобильных дорог в производственной обстановке.

Комплексная оценка качества материалов производится по трем катего­ риям — высшей, первой и второй. К высшей категории относят материалы, которые по технико-экономическим показателям соответствуют лучшим отечественным или мировым достижениям либо превосходят их. Им присваи­ вают государственный Знак качества. Строительные материалы первой кате­ гории должны полностью соответствовать требованиям стандартов. Вторую категорию качества присваивают материалам, которые по своим показателям не отвечают современным требованиям, они подлежат улучшению или снятию с производства.

Контроль качества материалов занимает важнейшее место в системах управления качеством, представляющих собой установление, обеспечение и поддержание необходимого уровня качества строительной продукции при ее разработке, производстве и эксплуатации.