книги из ГПНТБ / Слободяник И.Я. Строительные материалы и изделия учебник
.pdfтелого кирпича 300—500 кг, из ячеистого силикатного материала
150—300 кг.
Таблица 1
Толщина и масса 1 м 2 ограждения из различных строительных материалов
Материал конструкции ограждения |
Толщина стены, |
Масса 1 м г стены. |
||
см |
кг |
|||
Кирпич обыкновенный |
полнотелый . . . . |
51 |
900— 1000 |
|
Пустотелый кирпич .................. |
• ..................... |
2 5 -3 8 |
300—500 |
|
Шлакобетон или крупнопористый бетон . . |
40 |
450—500 |
||
Ракушечник, туф, |
о п о к а ................................... |
40 |
450—500 |
|
Керамзитобетон .................................................... |
|
|
2 5 -3 0 |
250 -350 |
Ячеистый б е т о н .................................................... |
или |
алюминиевые листы |
20—30 |
150—300 |
Асбестоцементные |
|
|
||
с утеплителем внутри |
...................................... |
6— 15 |
60—80 |
Для создания современных конструкций, отвечающих условиям сборности и полной индустриальности, нужны тонкие несущие кон струкции— каркасы или оболочки и легкие материалы— утеп лители. Прочные каркасы могут быть выполнены из напряженноармированных бетонов, специальных сталей и алюминиевых спла вов, стеклопластиков, клееной древесины и др. Легкий материал (утеплитель) создают искусственным введением воздуха в массу материала для образования в нем мелких, равномерно распре деленных ячеек или прослоек, волокнообразованием, гофрирова нием и другими способами. Являясь хорошим теплоизолятором, воздух значительно улучшает теплофизические, а, следовательно,
итехнико-экономические показатели изделий.
Впоследнее время создано много эффективных пористых ис кусственных строительных материалов и изделий: крупнопористые бетоны, пеностекло, пеносиликаты, керамзит, аглопорит, термозит, вспученный перлит, поропласты, пеноалюминий, фибролит, стекло волокно, минеральная вата и др.
Полной механизации и автоматизации производства поддаются изделия, изготовляемые из пластических, рыхлых, расплавленных, текучих масс, а также из пленочных материалов. Поэтому совре менная технология производства строительных материалов в основ ном направлена на превращение даже таких материалов, как при родные камни, древесина и другие в бесформенную массу, из ко торой различными способами можно изготовлять на автоматизиро ванных линиях законченные крупноразмерные элементы любого структурного вида — плотные, ячеистые или волокнистые — с после дующим комплектованием из них крупногабаритных изделий.
Наряду с производством давно известных материалов (изве сти, гипса, портландцемента, обыкновенного кирпича и др.) зна
чительно увеличивается производство высокопрочных и быстротвердеющих цементов, вяжущих для специальных строительных работ, материалов для декоративной отделки зданий, пустотелого кирпича, легких заполнителей, различных теплоизоляционных ма териалов.
Много выпускается различных пленочных, конструкционных, защитных и декоративных материалов из древесины (микрошпон), стекла (пленочное стекло, стеклошпон), синтетических смол (смо ляные пленки), металла (фольга), бумаги, дублированной плен кой, и изготовленных на их основе индустриальных материалов различного назначения (бакелизированная фанера, стеклопластики, слоистые пластики, фольгорубероид и др.). Особое значение при обретают пленочные рулонные материалы для воздухонапол ненных и воздухоопорных конструкций и сооружений, для по крытия бетонных дорог в период строительства и другого назна чения.
Все шире применяются современные способы улавливания пы ли на цементных, гипсовых и других заводах, извлечение полез ных составляющих газов и сопутствующих пород. Промышленные отходы (шлаки, золы, опилки, изношенная резина и др.) исполь зуются как сырье для производства строительных материалов. Намного повысился удельный вес в строительстве синтетических материалов и сплавов с новыми свойствами.
В создании многих строительных элементов особая роль при надлежит стали, тонкому листу из алюминиевых сплавов, клеям, клеящим мастикам, эмульсии, техническим тканям.
Развитие новых областей техники и создание объектов специ ального назначения вызывает потребность в новых технологических процессах и материалах. На смену обычным конструкциям при шли крупноразмерные элементы, блоки, комнаты и целые кварти ры, надувные конструкции из воздухонепроницаемых тканей, водо наполненные кровли, эффективные элементы из стекла, материалы из плавленых горных пород и шлаков, конструкции из алюминия, древесных пластиков, стеклопластиков, пластических масс, плоско сворачиваемые стальные и пленочные трубы и др.
Для развития промышленности строительных материалов в на шей стране имеются неисчерпаемые ресурсы. Очень ценны для строительства легко поддающиеся распиловке горные породы — туфы Армении, ракушечники Причерноморья, Крыма, Молдавии, приднестровские опоки. По запасам древесины наша страна, обла дая более чем одной третью мировых лесных площадей, зани-
п
мает первое место в мире. Промышленность пластических масс также обеспечена неограниченными источниками сырья — нефтью, газом. Так, из 1 млрд, м3 природного газа можно получить более 500 тыс. т различных химических продуктов, из которых на долю пластических масс приходится около 100 тыс. г.
Огромные запасы рудных и нерудных сырьевых материалов (железных руд, боксита, асбеста, нефелитов, диатомита, слюды, обычных и огнеупорных глин, каолина, магнезита, мергелей, из вестняка, гипса и др.) открывают широкие возможности для даль нейшего развития производства современных индустриальных строительных материалов.
В решениях XXIV съезда КПСС особо указано на необходи мость использовать как сырье попутные продукты основных произ водств. Разработано правительственное постановление о рекульти
вации земель при |
открытии |
новых |
карьеров |
для |
стимулирова |
|
ния эксплуатации попутных |
продуктов — отходов |
основных |
про |
|||
изводств, отвалами |
которых |
заняты |
большие |
земельные |
пло |
щади.
Большое значение для производства строительных материалов и строительства имеют химические материалы. Развитие строи тельной индустрии невозможно без глубокого знания процессов образования материала и умения управлять этими процессами. Выбором соответствующих химических компонентов для изделий, комплектацией конструкций, регулированием среды, в которой они служат, созданием защитных слоев на их поверхностях и метода ми объемной стабилизации можно улучшить свойства материалов и намного повысить их долговечность. При этом особая роль при надлежит различным химическим добавкам в малых дозах. Малые дозы поверхностно-активных веществ содействуют измельчению цементов, замедляют или ускоряют процессы их схватывания и твердения, повышают плотность, пористость, формовочную способ ность, делают материал гидрофобным или стойким к воздействию различных агрессивных сред.
В промышленности строительных материалов и в строительстве большое значение имеет вода. Она придает пластичность глиня ным массам, цементным шламам, участвует в химическом процес се структурообразования материала (бетона), используется для образования суспензий, эмульсий, пара и т. д. Достаточно сказать, что для получения 100 млн. т цемента и его переработки расходу ется свыше 150 млн. м3 воды. Вместе с тем вода увлажняет мате риалы, делая их тяжелыми, ухудшает теплофизические показате
ли, способствует коррозии металлов, разбуханию некоторых из них. Омагниченная вода по данным ряда исследований обладает осо быми свойствами. На такой воде можно в более короткие сроки изготовлять бетон, расходуя при этом меньше цемента. Вода — прекрасный материал для сооружения в определенных климати ческих условиях водоналивных кровель. Высокая теплоемкость (в 10 раз больше, чем у стали), сравнительно низкая теплопровод ность, приближающаяся к теплопроводности тяжелого керамзитобетоиа, высокая скрытая теплота испарения при малой объемной массе, равной объемной массе керамзитобетона, обусловливают должное место воды среди строительных материалов.
Наукой доказана возможность создания материалов с задан ными свойствами и управления процессами их структурообразования. Так, из природного газа и нефти получают твердые, эла стичные, газонаполненные, жидкие и волокнистые строительные материалы. Из каменных пород и шлаков изготовляют плотные, ячеистые и волокнистые материалы.
Разработаны новые методы исследования сырья и материалов: рентгенография, термографический анализ, электронная микроско пия, ультразвуковая дефектоскопия и другие способы, позво ляющие контролировать качество материалов без их разрушения. В промышленности строительных материалов широко используют достижения физико-химической механики, математической стати стики и других наук. В Советском Союзе разработаны уникаль ная технология производства строительных изделий (например, вибропрокатных панелей на стане Н. Я- Козлова), техноло гия изготовления крупногабаритных изделий из силикатных бе тонов.
Для создания современных материалов применяют сверхтон кое измельчение, ультразвук, высокое давление, обработку паром при высоком давлении, полимеризацию, клеение, поверхностно активные вещества, пленочные покрытия напылением, гидро- и газорезание, штампование взрывом, массовый выброс породы взры вом, искусственные алмазы для обработки твердых тел, обработку материалов лучом лазера и многие другие способы обработки ма териалов.
С помощью ультразвука можно получить экономичные по рас ходу цемента бетонные смеси и красочные составы с малым рас ходом олифы, сваривать металлы, разрезать камни, дробить по роду. Под высоким давлением изготовляют бетоны, по прочности равные прочности чугуна. В электрическом поле эффективно про
изводят окрашивание, измельчение, термообработку, улавливают пыль.
В последнее время у нас и за рубежом используют радиацион но-химические процессы для обработки полиэтилена, древесины и полимерных бетонов. С развитием в Советском Союзе атомной электроэнергетики радиационно-химические процессы в строи тельной технологии станут вполне реальными и весьма выгодными уже в ближайшие годы.
ОБЩИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
§1. Общие сведения
ртроительные материалы в конструкциях зданий и сооружений ** подвергаются воздействию физических, химических и бактери
ологических факторов, вызывающих в них напряжения, структур ные и химические изменения, которые могут ухудшить их свойства и вызвать разрушение.
Знание свойств материалов и условий их эксплуатации позво ляет правильно выбрать и использсщать материал для сооружений.
Сопоставляя результаты испытаний с требованиями, установ ленными государственными стандартами (ГОСТ) или технически ми условиями, судят о свойствах материала.
Стандарт содержит: определение материала, область приме нения, сведения о технических свойствах, сортах, допусках, поряд ке приемки, методах испытаний, особенностях транспортирования, хранения и др. Стандарт на стооительные материалы, как и на все виды продукции, является законом.
Для строительных изделий, применяемых в индустриальном строительстве, огромное значение имеют их линейные размеры, регламентируемые единой модульной системой, или так называе мым единым строительным модулем. Модулем называют числовой показатель основных размеров изделия, по которым устанавли
вают взаимосвязанные линейные размеры элементов |
соору |
жения. |
изделий |
В СССР для большинства основных строительных |
рекомендована единая модульная система с исходным модулем 100 мм. Остальные размеры изделия принимают кратными моду
лю. Например, толщина модульного кирпича 88 мм, а стенового |
||
камня— 190 мм. Это значит, |
что толщина кирпича |
в стене 88 мм |
и толщина растворного шва |
12 мм вместе составят |
100 мм, а тол |
щина камня 190 мм со швом |
толщиной 10 мм — 200 мм. |
Модулирование позволяет установить размеры строительных изделий, обеспечивающие их увязку в конструкции и взаимоза меняемость.
Строительные материалы можно разделить на группы в зави симости от происхождения, совокупности технических свойств и назначения.
По происхождению различают материалы: нерудные природ ные (гранит, песок), нерудные искусственные (кирпич, цемент), металлические (чугун, сталь), органические растительного и жи вотного происхождения (древесина, войлок из шерсти животных), минерально-органические (древесная стружка с цементом — фиб ролит), смоляные (битум, смола), эмульсионные (воднобитумная дисперсная система).
По свойствам материалы могут быть пластичными (глина), упругими (резина), хрупкими (стекло), твердыми (чугун), мягки ми (древесина), стойкими по отношению к воздействию воды, кислот и щелочей, к колебаниям температур и др.
Материалы могут применяться для фундаментов, стен, пере крытий, перегородок, полов, кровель, отделки, теплоизоляции, зву коизоляции, гидроизоляции, дорожных покрытий, санитарно-техни ческих целей, специального назначения и др.
§ 2. Понятие о строении материалов
Строительные материалы могут быть изотропными, т. е. обладаю щими одинаковыми свойствами во всех направлениях, и анизо тропными — с разными свойствами в разных направлениях. Строи тельные материалы неорганического происхождения бывают в двух состояниях: кристаллическом и аморфном. Большинство при родных и искусственных каменных материалов, а также металлы представляют собой кристаллические тела.
Признаком кристаллических твердых тел является правильное расположение ионов (атомов, молекул) в виде пространственной решетки. При определенных условиях (температуре, давлении и др.) аморфные тела могут перейти в кристаллические. Некоторые кристаллические тела (например, кварц) при определенных условиях имеют различную кристаллическую решетку (модифи кацию) .
Материалы могут иметь правильную геометрическую форму, быть сыпучими или рыхлыми, вязкопластичными, жидкими.
Материалы в виде мелких частиц называют дисперсными. Сре да, в которой находятся эти частицы, может быть воздушной, жидкой, твердой.
Дисперсные системы, в которых частички раздробленного вещества (радиусом 10~3-î-10-4 мм) находятся в жидкости во взвешенном состоянии и оседают под действием собственного веса, называют суспензиями.
Системы, содержащие частицы радиусом 10-5-ч-10“7 мм, носят название коллоидных, их частицы не оседают под действием сил тяжести.
Коллоидные системы с жидкой дисперсной средой называют
золями: водные — гидрозолями, спиртовые — алкозолями, эфир ные— эфирозолями. Системы, образованные двумя несмешивающимися жидкостями, называются эмульсиями. При этом одна жидкость (дисперсная фаза) распределена в другой жидкости (дисперсионной среде).
Коллоидные системы с жидкой средой способны в ряде случаев коагулировать, образуя гели.
Жидкие однородные системы, в которых частицами вещества являются атомы, молекулы или ионы, называют истинными рас творами (СаС12 в воде).
§3. Свойства материалов
иих определение обычными методами
Плотность. Под плотностью у понимают массу единицы объема вещества:
Ï = -у кг/м3,
где т — масса вещества, кг; V— объем вещества, м3.
Плотность твердого материала определяется обычно пикномет рическим методом.
При определении объема материала, не реагирующего с водой, пикнометр заполняют дистиллированной водой; для материалов, реагирующих с водой (цемент, гипб), пикнометр заполняют бензи ном, керосином или безводным спиртом.
Плотность жидких и вязких строительных материалов ' (раство римое стекло, деготь, растворы солей и др.) определяют с помощью ареометров. Значения плотности некоторых строительных материа лов приведены в табл. 2.
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 2 |
Значения |
плотности и объемной массы некоторых строительных материалов |
||||
|
|
Материалы |
Плотность, |
|
Объемная масса, |
|
|
кг/м9- ІО3 |
|
кг/м9- ІО3 |
|
Вода при |
277° К . . . |
1 |
|
1 |
|
Гранит .......................... |
2.7— |
2,8 |
2,6— 2,8 |
||
Д ревесина...................... |
1,55 |
|
0,4— 1,28 |
||
Кирпич полнотелый . |
2,65—2,7 |
|
1,5— 1,8 |
||
Песок |
кварцевый сухой |
2,65 |
|
1,4— 1,65 |
|
Стекло |
оконное . . . |
2.45— |
2,65 |
2,45—2,65 |
|
Газостекло ...................... |
2.45— |
2,65 |
0,15—0,5 |
||
Сталь строительная |
7 . 8 - |
7,85 |
7,8—7,85 |
Объемная масса. Под объемной массой следует понимать мас су единицы объема материала (или изделия) в естественном со стоянии (с пустотами и порами) :
То = ^ кг/м3,
где т± — масса образца, кг; Ѵ[ — объем образца, м3.
Объемная масса материала, изготовленного из одного сырья, может быть разной в зависимости от пористости, пустотности. и др.
Массу образца определяют взвешиванием, объем материала геометрически правильной формы— обычными измерениями, не правильной формы — вытеснением жидкости из мерного сосуда.
Пористые образцы после взвешивания перед погружением в мерный сосуд покрывают тонким слоем парафина либо полностью
насыщают'водой. |
Гос. пчбпичная |
|
научно-техническая |
|
библиотека CCÇjW |
|
ЭКЗЕМПЛЯР |
ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА
Пористость. Пористость материала характеризуется степенью заполнения его объема порами
Р = (і— ^)100% ,
где 7 о — объемная масса материала, кг/м3; 7 — плотность материала, кг/м3.
Пористость и объемная масса являются важными характери стиками материала, от которых зависят многие его свойства: проч ность, водопоглощение, тепло- и звукопроводность, морозостой кость и др.
Мелкие и замкнутые поры, заполненные газом (воздухом), при дают строительным материалам теплоизоляционные свойства. Зна чения пористости некоторых материалов следующие (проц.):
Бетон: |
|
|
|
тяжелый - |
• • |
5—20 |
Гранит.................. 0,2—0,8 |
легкий • • |
■ • |
65—85 |
Кирпич...................20—40 |
Пустотность. Пустотность характеризуется наличием воздуш ных полостей в изделии (пустотелом кирпиче, панели с пустота ми) или между зернами в зернистом несвязанном материале (пес ке, щебне). Например, пустотность щебня и песка составляет 35— 45%, кирпича пустотелого — 15—50%.
Водопоглощение и гигроскопическое увлажнение. Водопоглоще ние— свойство материала впитывать и удерживать влагу при непосредственном соприкосновении его с жидкостью. Величиной, характеризующей водопоглощение материала, является отношение количества впитанной материалом влаги при максимальном его насыщении к массе сухого материала.
Степень заполнения пор материала водой характеризуется объемным водопоглощением. Как правило, водопоглощение мате риала меньше его абсолютной пористости, так как вода в обычных условиях не заполняет поры полностью.
Отношение объема поглощенной воды к объему пор называют
коэффициентом водопоглощения.
Величину водопоглощения определяют по формуле
1Гв= |
- ~ — 1100%, |
|
|
/7Ц |
’ |
где m] — масса материала в сухом состоянии, кг; |
||
W.2 — масса материала |
в насыщенном водой состоянии, кг. |
Объемное водопоглощение можно выразить формулой
=кг/м3,
где V — объем образца в естественном состоянии, м3. Гигроскопичность — свойство материала поглощать влагу из па
рогазовой смеси, в частности, из влажного воздуха. Гигроскопическая влага по состоянию ее в материале может
быть разделена на адсорбционно-связанную, удерживаемую на по
верхности частиц материала сорбционными силами, и капилляр
ную, находящуюся в микропорах материала. |
материала, |
Величиной, характеризующей гигроскопичность |
|
является отношение массы влаги, поглощенной телом |
из воздуха, |
к массе сухого материала. |
|
Гидрофобность и гидроизоляционная способность. Гидрофобностыо называют свойство твердого тела не смачиваться водой или неспособность дисперсных тел связывать молекулы воды. Придание поверхностям материалов гидрофобных способностей
(водоотталкивание) улучшает свойства материалов. |
защи |
||
Гидроизоляционная способность — свойство |
материала |
||
щать конструкцию от проникновения влаги. |
связывать |
воду |
|
Гидрофильность — способность |
материала |
||
и смачиваться водой. |
1 |
|
|
Влагоотдача. Строительные материалы способны в определен ных условиях отдавать влагу окружающей среде. При омывании влажного материала газами (воздухом), не насыщенными водяны ми парами, влага из материала диффундирует и количество ее в материале снижается.
В естественных условиях влагоотдача строительного материала характеризуется интенсивностью потери влаги при относительной влажности воздуха 60% и температуре 293,15° К-
Влажностное равновесие, наступающее между влажностью ма териала и влажностью окружающего воздуха, характеризует мате риал как воздушно-сухой.
Водостойкость. Под водостойкостью подразумевают способ ность материала сохранять свою прочность при временном или по стоянном увлажнении водой или водяным паром.
Некоторые материалы (кирпич-сырец) при увлажнении теряют прочность « деформируются, другие (цементный бетон) — сохра няют и даже повышают свою прочность.
Водостойкость материала характеризуется его коэффициентом размягчения.
Деформации при'увлажнении и высыхании. Свойство некото рых материалов увеличиваться в объеме при насыщении их водой (глина, древесина) называют набуханием. Набухание обычно со провождается изменением размеров, которые после высыхания материала, как правило, восстанавливаются.
Свойство некоторых материалов уменьшаться в объеме при вы сыхании называется усадкой.
Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением.
Величина водопроницаемости имеет большое значение для кро вельных материалов, труб, материалов, применяемых для возведе ния гидротехнических сооружений и др.
Водопроницаемость материала измеряется количеством воды,
прошедшей |
через 1 м2 поверхности |
образца |
в течение 1 ч при |
постоянном |
давлении 1 к на 1 м2 |
(1 н/лі2 = |
1,02 *10~5 кгс/см2= |
= 1,02ІО“5 ат). |
|
|