- •Строительные материалы
- •Содержание
- •Глава 1. Стандартизация и основные свойства строительных материалов 110
- •Структурно-логическая модель
- •Организации дидактического процесса
- •Учебный модуль м-0.
- •Введение в курс «Строительные материалы»
- •Учебный модуль № 1: «Основные свойства строительных материалов. Органические материалы и изделия» Учебный элемент уэ-0.
- •Учебный элемент № 1-1.
- •Учебный элемент № 1-2.
- •Учебный элемент № 1-3.
- •Учебный элемент уэ-r.
- •Учебный элемент уэ-к.
- •Учебный модуль № 2: «Неорганические материалы и изделия» Учебный элемент уэ-0
- •Учебный элемент № 2-1.
- •Учебный элемент № 2-2.
- •Учебный элемент № 2-3.
- •Учебный элемент № 2-4.
- •Учебный элемент уэ-r.
- •Учебный элемент уэ-к.
- •Учебный модуль № 3: «Искусственные каменные материалы» Учебный элемент уэ-о.
- •Учебный элемент № 3-1.
- •Учебный элемент 3-2.
- •Учебный элемент 3-3.
- •Учебный элемент уэ-r.
- •Учебный элемент уэ-к.
- •Учебный модуль № 4. «Строительные материалы различного назначения» Учебный элемент уэ-0.
- •Учебный элемент № 4-1.
- •Учебный элемент № 4-2.
- •Учебный элемент № 4-3.
- •Учебный элемент № 4-4.
- •Учебный элемент № 4-5.
- •Учебный элемент № 4-6.
- •Учебный элемент уэ-r.
- •Учебный элемент уэ-к.
- •Адаптированные тексты
- •Глава 1. Стандартизация и основные свойства строительных материалов
- •1.1. Классификация строительных материалов, контроль качества
- •1.2. Основные свойства строительных материалов
- •Основные свойства строительных материалов
- •Глава 2. Органические строительные материалы
- •2.1. Древесные материалы и изделия
- •Применение материалов и изделий из древесины
- •2.2. Органические битумные вяжущие и материалы на их основе
- •Применение материалов на основе битумов
- •2.3. Полимерные материалы и изделия
- •Применение полимерных материалов
- •Глава 3. Неорганические строительные материалы
- •3.1. Природные каменные материалы
- •Применение природных каменных материалов в строительстве
- •3.2. Керамические материалы и изделия
- •Применение керамических материалов в строительстве
- •3.3.Материалы и изделия из минеральных расплавов
- •Применение материалов и изделий из стеклорасплавов в строительстве
- •3.4. Свойства металлов и сплавов, их применение в строительстве
- •Применение металлов в строительстве
- •Глава 4. Искусственные каменные материалы на основе минеральных вяжущих веществ
- •4.1. Минеральные вяжущие вещества
- •4.1.1. Воздушные минеральные вяжущие вещества
- •Воздушная известь
- •Гипсовые вяжущие
- •Магнезиальные вяжущие вещества
- •Жидкое стекло, кислотостойкий цемент
- •4.1.2. Гидравлические вяжущие вещества
- •Гидравлическая известь и романцемент
- •Портландцемент и его разновидности
- •Специальные виды цементов
- •Виды минеральных вяжущих веществ и их рациональное применение в строительстве
- •4.2. Заполнители, химические добавки, вода
- •4.3. Красочные составы, растворные строительные смеси и асбоцементные тонкостенные изделия на основе
- •4.3.2. Асбестоцементные изделия
- •4.4. Технология производства железобетонных конструкций
- •4.5. Свойства и разновидности бетона
- •4.5.1. Свойства бетона
- •Основные свойства бетона
- •Специальные виды тяжелого бетона
- •Назначение легких бетонов в зависимости от применяемого легкого заполнителя
- •Разновидности легких бетонов
- •Глава 5. Строительные материалы различного назначения
- •5.1. Конструкционные материалы
- •5.1.1. Материалы, применяемые для возведения фундаментов.
- •5.1.4. Современные ограждающие оконные системы.
- •Конструкционные материалы и изделия
- •5.2. Отделочные материалы
- •5.2.1. Материалы для внутренней отделки стен.
- •Материалы и изделия, применяемые для внутренней отделки стен
- •5.2.2. Материалы, используемые для отделки фасадов зданий.
- •Материалы и изделия, применяемые для отделки фасадов
- •Материалы покрытия пола в производственных помещениях
- •Материалы покрытия пола в жилых и общественных помещениях
- •5.2.4. Материалы, используемые при выполнении и отделки потолков.
- •Виды подвесных потолков, материалы используемые для их выполнения
- •5.3. Кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие материалы
- •Кровельные материалы, показатели качества
- •Виды гидроизоляции и применяемые материалы
- •Герметизирующие материалы
- •Герметизирующие материалы, применяемые в строительстве
- •5.4. Теплоизоляционные и акустические материалы
- •5.4.1. Теплоизоляционные материалы
- •Основными показателями качествадля этих материалов являются:
- •Применение теплоизоляционных материалов
- •5.4.2. Акустические материалы.
- •Применение акустических материалов
- •5.5. Антикоррозийные и огнезащитные материалы
- •5.5.1. Химическая коррозия
- •Степень агрессивного воздействия и материалы, применяемые для защиты строительных конструкций
- •5.5.3. Физическая коррозия
- •Глава 6. Снижение ресурсопотребления в строительстве
- •Использование шлаковых отходов
5.5.3. Физическая коррозия
К физическим факторам, вызывающим разрушение строительных конструкций и сооружений можно отнести действие электрического тока, радиационного излучения, огня.
Железобетонные и металлические конструкции электростанций, подстанций и линий электропередач, работа которых связана с источниками тока большой мощности и высокого напряжения, могут в процессе эксплуатации подвергаться действию электрического тока. В связи с неоднородностью материала железобетонных конструкций по составу и особенно структуре возможно локальное накопление большого количества энергии, приводящее к возникновению электродугового разряда. Последнее приводит к пережогу арматуры, оплавлению и растрескиванию бетона и, как следствие, потере несущей способности конструкции. При повышенной влажности воздуха возможна также электрохимическая коррозия металла, интенсифицированная действием электрического тока. Так как продукты коррозии железа в 2 – 2,5 раза превышают объем прокорродировавшего металла, то их скопление на контакте арматура-бетон вначале вызывает уплотнение контактного слоя за счет заполнения имеющихся пор и пустот. Впоследствии это приводит к росту растягивающих напряжений, появлению трещин и отслоению бетона от арматуры.
Повысить стойкость железобетонных конструкций по отношению к действию электрического тока можно только путем снижения их электропроводности. Это можно достичь за счет повышения плотности и однородности бетона, ввода в бетонную смесь специальных добавок, а также покрытием и пропиткой поверхности гидрофобными материалами, уменьшающими водопоглощение.
В связи с тем, что накопление электрической энергии связано с дефектами структуры прежде всего самого бетона, очень важно при бетонировании конструкций использовать оптимальные бетонные смеси по удобоукладываемости с низким водосодержанием, за счет введения суперпластификаторов, исключающим расслоение бетонной смеси, возможность седиментационных явлений и снижающим образование открытых капиллярных пор за счет испарения воды при твердении искусственного камня.
В качестве добавок, повышающих электросопротивление бетона с 105 Омм до 106 – 107 Омм, за счет резкого снижения водопоглощения, применяют кремнийорганические олигомеры до одного процента от массы цемента, парафин и битумную эмульсию до 5 %. Основной недостаток этих добавок,обеспечивающих бетону водооталкивающие свойства, снижение конечной прочности на 20 %. При дополнительной защите поверхности электросопротивление увеличивается до 1010Омм. В качестве покровных композиций используют материалы, обладающие хорошим сцеплением с бетоном, водонепроницаемостью, высокими диэлектрическими свойствами, достаточной прочностью и эластичностью. Ими могут быть битумные эмульсии, холодные и горячие битумные мастики, лакокрасочные составы на основе эпоксидных, перхлорвиниловых или комплексных эпоксидно-битумных, эпоксидно-стирольных связующих. Пропитку железобетонных конструкций и изделий проводят или петролатумом, продуктом переработки нефти, или мономерами по технологии получения бетонополимерных конструкций, предусматривающей их последующую выдержку в условиях повышенной температуры и давления.
Для защиты от электрокоррозии в железобетонных конструкциях предусматривают специальные электроизоляционные швы толщиной не менее 30 мм, выполняемые из мастичных битумных, рулонных, листовых и монолитных полимерных материалов.
В отделениях электролиза водных растворов солей на химических предприятиях фундаменты под оборудование выполняют из полимербетона, сталеполимербетона или неармированного бетона.
Радиационное излучениепри действии на строительные конструкции вызывает разогрев материала и изменение структуры на микроуровне, приводящие в комплексе к частичной потере прочности. Обеспечить радиационную стойкость железобетонным конструкциям можно только за счет первичных средств защиты: введения в бетонную смесь специальных водорастворимых добавок (хлористый литий, сернокислый кадмий) и сверхтяжелых заполнителей таких как железосодержащие и баритовые руды плотностью до 6000 кг/м3[10].
При облучении металла, нейтроны, проникая внутрь кристаллической решетки, искажают ее строение, образуя дефектные места, изменяют свойства. Так ядерное облучение увеличивает прочность сталей на сжимающие нагрузки в 1,5 – 2 раза и уменьшает в той же степени пластичность и вязкость, т. е. делают ее более хрупкой. При облучении могут появиться атомы новых элементов в результате деления или захвата нейтрона ядром атома основного металла. При длительном облучении чистый металл может превратиться в сплав со своими отличными свойствами. В результате нейтронного облучения металл становится радиоактивным и опасным для здоровья человека.
Значительное влияние облучение оказывает на полимеры. Под действием ионизирующих излучений в них образуются различные, активные промежуточные химические соединения: свободные радикалы, ионы, возбужденные молекулы, которые вызывают химические и структурные превращения, приводящие к изменению свойств материалов, в частности реологических – внутреннего трения.
В последние годы большое внимание уделяют радиоактивности самих строительных материалов. В настоящее время это свойство, которое должно быть отражено в ГОСТах (СТБ), оценивают удельной, эффективной активностью естественных радионуклидов – Бк/кг (Аэфф). В зависимости от условий эксплуатации показатель не должен превышать 370 Бк/кг для материалов, используемых в жилых и общественных зданиях и 740 Бк/кг в производственных сооружениях. Для дорожных покрытий не более 740 Бк/кг вблизи населенных пунктов и не более 2800 Бк/кг в ненаселенной местности.
Исходя из условий эксплуатации зданий общественного назначения, промышленных объектов и особенно жилых наиболее значимым из перечисленных физических факторов, вызывающих интенсивное разрушение конструкций, является огонь.
По СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» строительные конструкции характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью. Огнестойкостьопределяет способность строительной конструкции сопротивляться действию огня при пожаре. Предел огнестойкости выражается временем в «мин» от момента контакта с открытым пламенем до потери несущей способности – обрушения, появления сквозных трещин, вследствие необратимых деформаций, или повышения температуры поверхности, противоположной действию огня, до 2200С, что свидетельствует о потери конструкцией теплоизоляционных свойств. Следовательно, предел огнестойкости устанавливают по времени наступления одного или нескольких нормируемых признаков предельного состояния: потери несущей способности, потери целостности и потери теплоизолирующей способности [2, 21].
По пожарной опасности строительные конструкции подразделяют на непожароопасные (КО), малопожароопасные (К1), умереннопожароопасные (К2) и пожароопасные (К3). Свойства конструкций зависят от применяемых материалов, поэтому для строительных материалов определяют следующие пожаро-технические характеристики:горючесть, воспламеняемость, распространение пламени по поверхности, дымообразующая способность, токсичность при горении. Каждый из показателей подразделяют на классы: по интенсивности сильно-, средне- и слабо-.По горючестиматериалы могут бытьнегорючими– несгораемыми (НГ) игорючими(Г). В зависимости от интенсивности процесса существуют четыре группы горючести: слабогорючие (Г1) и умеренногорючие (Г2) – трудносгораемые, представляющие собой органоминеральные композиции, тлеющие, но не поддерживающие горение. Следующие – нормально-горючие (Г3) и сильногорючие (Г4) – сгораемые органические материалы. С целью обеспечения пожарной безопасности строящихся объектов, используемые материалы должны соответствовать определенному перечню пожарно-технических показателей, представленных в табл.5.13.
Повысить огнестойкость строительных конструкций можно или за счет конструктивных мероприятий, или используя огнезащиту. К конструктивным относятся: удаление горючих материалов от источника нагревания на 30 – 40 см, возведение стен-брандмауэров в протяженных сооружениях более 30 м из такого негорючего материала как керамический кирпич. Для огнезащиты применяют добавки и пропиточные составы –антипирены, красочные и обмазочные материалы, рулонные и листовые огнестойкие изделия. Пропитке подвергают древесину или изделия из нее (половые доски, паркет, оконные и дверные рамы и переплеты, подоконные доски, плиты ДСП, ДВП, арки, балки, фермы и т. д.), а также ковры и ткани, используемые для отделки стен.
Огнезащитными покрытиями изолируют как деревянные, так и металлические конструкции. Огнезащитные краски вспучивающиеся и огнестойкие, толщиной 1 – 10 мм, кроме своей специальной функции придают декоративность поверхности. Окраску проводят по грунту валиком или набрызгом. Для повышения огнестойкости деревянных конструкций, ДВП ДСП внутри помещения используют краски на жидком стекле: силикатно-глиняную, состоящую из жидкого стекла, молотого кирпича и глины; силикатно-перлитовую, включающую жидкое стекло, молотый вспученный перлит и волокна каолиновой ваты; силикатно-асбестовую, представляющую собой композицию из жидкого стекла, распушенного асбеста, талька и белил. При толщине покрытия 1 мм обеспечивается огнестойкость 30 – 45 мин.
Увеличение толщины покрытия до 40 мм, а, следовательно, и повышение надежности защиты, достигается за счет использования паст (мастик) при толщине до 20 мм и огнезащитных штукатурных растворов более 20 мм.
В этих составах отсутствует кварцевый песок в связи с тем, что он перекристаллизуется при температуре 573 0С со значительным увеличением объема, приводящим к растрескиванию. Не применяют в огнезащитных составах и портландцемент, так как при температуре 5500С продукт его гидратации – гидрооксид кальция разлагается с образованием свободной окиси кальция (извести), которая под действием воды, используемой при тушении, гасится с увеличением объема и температуры.
Таблица 5.13
Пожарно-технические показатели, определяемые для
строительных материалов различного назначения
Наименование материалов, их назначение |
Пожарно-технические показатели | ||||
горючесть |
воспламеняемость |
распро-стране-ние пла-мени |
токсичность |
дымообразование. | |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Материалы для изготовления окон и фонарей |
+ |
+ |
- |
+ |
+ |
Материалы для пола с применением органических вяжущих и заполнителей |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
Напольные покрытия |
+ |
+ Г3, Г4 |
+ |
+ |
+ |
Кровельные, гидроизоляционные, пароизоляционные материалы: рулонные битумные на основе картона и безпокровные (пергамин, гидроизол); |
+ |
+ Г3, Г4 |
+ |
- |
+ |
рулонные битумные и битумно-полимерные на стекловолокнистой основе; |
+ |
+ Г3, Г4 |
+ |
- |
- |
рулонные битумные и битумно-полимерные на полимерной основе |
+ |
+ Г3, Г4 |
+ |
+ |
+ |
Окончание табл. 5.13
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
листовые полимерные и металлополимерные |
+ |
+ |
+ |
- |
- |
мастики кровельные |
+ |
+ |
+ |
- |
- |
мастики гидроизоляционные |
+ |
+ Г3, Г4 |
- |
+ |
+ |
Шпатлевки (грунтовки) органические и органоминеральные |
+ |
+ Г3, Г4 |
- |
+ |
- |
Теплоизоляционные органические материалы |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
Материалы, применяемые в качестве покровных слоев теплоизоляции |
+ |
+ Г3, Г4 |
- |
+ |
+ |
Отделочные материалы для внутренних и наружных работ |
+ |
+ Г3, Г4 |
- |
+ |
+ |
Облицовочные материалы и изделия: полимерные, бетонополимерные, на основе древесины |
+
+ |
+ Г3, Г4 + |
-
- |
+
- |
+
- |
Штучные материалы для устройства ограждающих конструкций с применением органических заполнителей |
+ |
+ Г3, Г4 |
- |
+ |
+ |
Огнезащищенная древесина |
+ |
+ Г3, Г4 |
- |
+ |
+ |
Изделия полимерные для системы отопления и водоснабжения |
+ |
+ |
- |
- |
- |
Огнезащитные пасты и штукатурки, предел огнестойкости которых составляет 3 – 6 часов, готовят на жидком стекле, строительном гипсе, глиноземистом цементе, пуццолановом и шлакопортландцементе. В качестве заполнителей используют шлаки, золы, перлит, вермикулит, асбест, минеральные волокна.
Для внутренней отделки стен гражданских зданий применяют негорючие стекловолокнистые обои белые и цветные, гладкие и рельефные.
Огнезащитную изоляцию из крупноразмерных изделий выполняют с использованием асбестосодержащих листов, минераловатных жестких плит с односторонним покрытием из фольги, минераловатных кровельных матов и плит, минераловатных рулонов с металлической сеткой, которые крепят к поверхности специальным фиксирующим клеем. Для комбинированной защиты деревянных конструкций от огня и гниения применяют комплексные покрытия, например «БОПОД», содержащие антисептики и антипирены. Виды физической коррозии представлены в табл. 5.14.
Таблица 5.14
Физическая коррозия строительных материалов, методы защиты
Виды физической коррозии |
Показатели определяющие стойкость материала |
Методы защиты |
Электрокоррозия |
Химический состав Электропроводность Однородность состава и структуры |
Подбор химического состава, повышение однородности материала, снижение его электропроводности. Защита и пропитка (бетон) полимерными материалами. Выполнение электроиозоляционных швов (железобетонные конструкции) |
Разрушение под действием радиационного излучения |
Химический состав Плотность материала Способность поглощать радиационное излучение без изменения состава и микроструктуры |
Подбор химического состава. Повышение плотности бетона за счет введения сверхтяжелых заполнителей, специальных добавок |
Разрушение под действием огня |
Химический состав |
Подбор состава путем введения негорючих минеральных напол-нителей и вяжущих. Конструктивные решения и защита поверхности пропиточными ,лакокрасочными, обмазочными, рулонными и листовыми огнестойкими материалами |