строительные матерьялы

риала, как правило, приводит к снижению его прочности. Эффективный конструкционный материал должен соче-

тать в себе высокую прочность с малой средней плотностью.

Мерой эффективности служит коэффициент конструктивного качества (К.К.К.):

К.К.К. = Rсж. , d

где Rсж. – предел прочности при сжатии (МПа), d – средняя плотность относительноводы(безразмернаявеличина).

Твердость – свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, не получающего остаточных деформаций, тела. Твердость представляет собой сочетание целого ряда свойств (прочность на разрыв, сопротивление пластической деформации) и не поддается строгому количественному определению в отличие от прочности.

Существуют различные методы оценки твердости. Твердость природного камня оценивают по десятибалльной шкале Мооса. Метод основан на испытании царапанием: образец, который оставляет царапину на другом образце, а сам не получает царапин, считается более твердым. Твердость пластмасс определяют по методу Бриннеля вдавливанием в испытуемый образец стального шарика определенного диаметра под воздействием заданной нагрузки в течение определенного времени. Твердость по Бринеллю указывается в единицах НВ (Hardness Brinell) и рассчитывается по формуле:

НВ=Р/F.

где Р – нагрузка, под которой вдавливается шарик (Н); F – площадь поверхности отпечатка на испытуемом материале (мм2).

Сравнивать между собой показатели твердости материалов, полученные разными способами, не корректно. Ошибочно отождествлять для всех материалов твердость с прочностью, хотя при сравнивании различных марок стали, оказывается, что более высокую прочность имеет сталь большей твердости. От

21

твердости зависит трудоемкость и продолжительность всех видов механической обработки материалов.

Истираемость – свойство материала разрушаться тонкими слоями под действием сил трения. Это свойство необходимо учитывать при выборе материалов для устройства пола, ступеней лестниц. Истираемость оценивают потерей массы образца, отнесенной к единице площади поверхности истирания.

Износ – свойство материала разрушаться при одновременном воздействии истирающих и ударных нагрузок. Это свойство необходимо учитывать для дорожных строительных материалов.

Химические свойства материала характеризуют его способность к химическим превращениям. Эти превращения могут оказаться как полезными, так и вредными.

Коррозия (разъедание) – самопроизвольное разрушение материала, вызванное химическими процессами, которые развиваются при его контакте с внешней средой.

Гидратация – химическое взаимодействие с водой. Важное свойство неорганических вяжущих веществ, которое обусловливает их способность к твердению.

Контракция (стяжка) – химическая усадка, уменьшение абсолютного объема твердой фазы конечного продукта по сравнению с абсолютными объемами исходных реагентов. Контракцией сопровождается твердение извести, портландцемента: тесто, полученное при затворении вяжущего водой, затвердевает, образуя камнеподобный продукт меньшего объема. Контракция

– отрицательное свойство, так как приводит к образованию трещин в продукте твердения.

Адгезия (прилипание) – связь между приведенными в тесный контакт разнородными поверхностями. Это ведущий показатель качества лакокрасочных материалов, клеев. Адгезия играет важную роль в композиционных материалах. Адгезия обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия и электростатическим притяжением.

22

Вопросы для самоконтроля

1.Как классифицируют строительные материалы по химической природе, происхождению, назначению?

2.Как классифицируют основные свойства строительных материалов?

3.Какие свойства строительных материалов относят к технологическим, а какие к эксплуатационным?

4.Как соотносятся между собой средняя и истинная плотности строительных материалов?

5.Что называется пористостью? Как влияет открытая и закрытая пористость на свойства материалов?

6.Что называется гигроскопичностью материала? От чего она зависит?

7.Что называется влажностью материала? Как ее определяют на опыте? Как классифицируют материалы в зависимости от влажности?

8.Что называется водопоглощением? Как соотносятся водопоглощение по объему и водопоглощение по массе? Что характеризует коэффициент насыщения водой?

9.Что называется водостойкостью материала? Какие материалы относят к водостойким? Как повысить водостойкость?

10.Что называется водонепроницаемостью материала? Что показывает марка по водонепроницаемости?

11.Что называется морозостойкостью строительных материалов? Как проводятся испытания морозостойкости? Как можно повысить морозостойкость материала?

12.Что называется теплопроводностью материала? Что характеризует коэффициент теплопроводности? Как зависит теплопроводность от химической природы, агрегатного состояния вещества, от пористости и влажности материала?

14.Что называется коэффициентом линейного термического расширения? В каких случаях необходимо учитывать этот показатель?

23

15.Что называется огнеупорностью? Как классифицируются материалы по огнеупорности?

16.Что называется огнестойкостью? Какие материалы относятся к сгораемым, трудно сгораемым, несгораемым?

17.Что называется твердостью? Какими методами оценивается твердость строительных материалов?

18.Что называется истираемостью строительных материалов, как ее определяют на опыте?

19.Что называется прочностью материала? Как влияют условия испытания материала на показатель прочности? Что показывает марка материала по прочности?

20.Что характеризует коэффициент конструктивного качества?

21.Что называется контракцией? Чем она обусловлена?

3.3. Природные каменные материалы

Природными каменными называют материалы, получаемые механической обработкой горных пород. Иногда горные породы используют в строительстве без механической обработки, например, гравий, песок.

Помимо непосредственного использования в строительстве, горные породы служат сырьем для производства искусственных материалов.

В ходе изучения темы следует обратить внимание на следующее:

–природный камень в результате механической обработки приобретает заданные размеры и форму, но сохраняет физические, химические и механические свойства, которые задала ему природа;

–свойства горной породы зависят от минералогического состава и строения, которые, в свою очередь, определяются условиями образования (генезисом) горной породы.

24

Таким образом, при рассмотрении той или иной горной породы следует придерживаться логического ряда:

условия образования →состав и строение→свойства→ применение

О с н о в н ы е о п р е д е л е н и я Горная порода – минеральная масса более или менее по-

стоянного состава, состоящая из одного или нескольких минералов. Горные породы называются мономинеральными, если состоят из одного минерального вида. Горные породы называются полиминеральными, если состоят из нескольких минеральных видов.

Минерал – природное тело, однородное по химическому составу, строению и физическим свойствам. Минералы образовались в результате физико-химических процессов в глубинах земли и на ее поверхности.

Строение горных пород принято характеризовать структурой и текстурой.

Структура – строение горных пород, обусловленное размером, формой, степенью кристалличности составных частей. Структура может быть полнокристаллической, порфировой, скрытокристаллической, стеклообразной (аморфной), обломочной.

Текстура – строение горных пород, обусловленное характером размещения составных частей в пространстве. Текстура может быть массивной (плотной), пористой, слоистой (сланцеватой).

К л а с с и ф и к а ц и я г о р н ы х п о р о д п о п р о и с х о ж д е н и ю

Горные породы образовались в результате геологических процессов, происходящих в земной коре. Принципы классификации, учитывающие происхождение (генезис) горных пород, были предложены М.В. Ломоносовым в 1763 г. и развиты на рубеже XIX–XX вв. Ф.Ю. Левинсон-Лессингом. Согласно генети-

25

ческой классификации, горные породы подразделяются на три основные группы: магматические, осадочные, метаморфические.

Магматические породы относятся к первичным. Они образовались в результате остывания огненно-жидкого силикатного расплава – магмы в недрах земной коры или на ее поверхности.

Если магма изливалась между слоями земной коры, не достигнув ее поверхности, то остывание происходило медленно и под большим давлением. В результате сформировались интрузивные (глубинные) породы, имеющие полнокристаллическую структуру и плотную массивную текстуру. Благодаря плотной текстуре водопоглощение интрузивных пород состав-

26

ляет доли процента, морозостойкость превышает 200 циклов, предел прочности при сжатии достигает 300 МПа. Породообразующие минералы: кварц, полевые шпаты, железистомагнезиальные силикаты, реже – слюды. Кристаллические зерна отдельных минералов, слагающих интрузивную породу, видны невооруженным глазом. Интрузивные породы имеют высокую твердость (5,5…6,5 баллов по шкале Мооса) и малую истираемость – не более 0,5 г/см2.

Массивные эффузивные (излившиеся) породы сформировались в результате остывания магмы в верхних слоях земной коры или на ее поверхности. По химическому и минеральному составу они аналогичны интрузивным, но отличаются структурой. Поскольку магма остывала быстрее и под меньшим давлением, полнота кристаллизации не достигалась. В результате эффузивные породы имеют скрытокристаллическую или порфировую (неравномерно кристаллическую) структуру и содержат некоторое количество аморфной фазы. В сравнении с интрузивными породами эффузивные более хрупки и склонны к образованию трещин.

Пористые эффузивные породы сформировались при извержении вулканов. Остывание магмы сопровождалось резким перепадом температур и давлений. Поэтому породы имеют аморфную, стекловатую структуру и пористую текстуру. Пористость может достигать 70 %, что обусловливает небольшую среднюю плотность и низкую теплопроводность пород. Поры, в основном, замкнутые – это обеспечивает морозостойкость более 35 циклов. Цементированные породы имеют прочность при сжатии 6…10 МПа и хорошо поддаются распиловке.

Структурообразующим веществом излившихся пористых пород является вулканическое стекло. В тонкоизмельченном виде оно проявляет химическую активность – реагирует с гидроксидом кальция, связывая его в труднорастворимые соединения. Это позволяет использовать породы в качестве активных минеральных добавок к цементу.

27

на поверхности земной коры, осадочные породы образуют слои. Слоистая текстура является характерной особенностью осадочных пород.

О б щ а я х а р а к т е р и с т к а м е т а м о р ф и ч е с к и х п о р о д

Метаморфические породы – продукт преобразования магматических и осадочных пород, которое вызвано действием высоких температур и давлений в недрах земной коры. При этом происходит рекристаллизация и уплотнение породы. Кристаллы слагающих породу минералов деформируются в направлении, перпендикулярном направлению наибольшего давления, поэтому порода приобретает сланцеватое строение. Метаморфическим породам присущи высокая плотность, малое водопоглощение, высокая морозостойкость и прочность при сжатии.

В и д ы м а т е р и а л о в и и з д е л и й и з п р и р о д н о г о к а м н я

По степени обработки различают несколько видов природного камня: грубообработанные материалы, штучные изделия, профилированные детали.

Кгрубообработанным относятся бутовый камень (бут) и щебень. Бутовый камень – куски размером 150…500 мм. Рваный бут получают из скальных пород взрывным способом. Постелистый бут (плитняк) получают раскалыванием пород пластового залегания. Бут из плотных пород применяют для возведения плотин, устройства оснований и фундаментов зданий. При этом учитывается прочность, водостойкость и морозостойкость исходной породы.

Щебень – куски размером 5…70 мм. Получают дроблением бутового камня или гравия. Щебень из плотных прочных пород используют в качестве заполнителя для тяжелого бетона. Щебень из пористых вулканических пород – для легкого бетона.

Кштучным изделиям относятся блоки для кладки стен;

29

плиты для пола, наружной и внутренней облицовки зданий и сооружений; изделия для дорожного строительства.

Стеновые камни и блоки – крупноразмерные изделия, имеющие форму прямоугольного параллелепипеда. Один камень заменяет в кладке 8…12 кирпичей. Их изготовляют из пористых пород (известняков, вулканических туфов). Средняя плотность этих пород должна быть ниже 2100 кг/м3, предел прочности при сжатии 2,5…40 МПа, коэффициент размягчения не менее 0,6, морозостойкость не ниже F15.

Плиты для облицовки набережных, цоколей зданий из-

готовляют из плотных магматических пород, в которых не допускаются волосовидные трещины и глинистые примеси. Их водопоглощение не должно превышать 1 %, коэффициент размягчения не ниже 0,8.

Плиты для облицовки фасадов зданий могут изготовлять-

ся из атмосферостойких осадочных пород (известняков, доломитов песчаников), которые легче поддаются обработке, чем плотные магматические. Коэффициент размягчения плит должен быть не ниже 0,6, морозостойкость не ниже F25.

Плиты для полов и ступеней внутренних лестниц изго-

товляют из плотных стойких к истиранию пород с декоративными свойствами, соответствующими архитектуре интерьера.

Плиты для внутренней облицовки общественных зданий и сооружений изготавливают из пород невысокой твердости, которые хорошо поддаются распиловке (мрамор, ангидрит, из- вестняк-ракушечник).

Для облицовки кино- и театральных залов применяют породы с крупными открытыми порами (известняк-ракушечник, известковый туф), посколькуони хорошо поглощают звук.

Для дорожного строительства применяют плотные магматические породы с высокой прочностью, морозостойкостью, износостойкостью (диабаз, базальт, гранит). Из них изготовляют бортовые камни, отделяющие проезжую часть дороги от тротуара, брусчатку и шашку мощения. Стоимость изде-

30