1. Общие свойства строительных материалов

При изучении материальной базы архитектурного искусства следует обращать внимание на эксплуатационно-технические характеристики – ее долговечность, эстетические показатели и качество, как сырьевых материалов так и готовых изделий, которые учитываются в архитектурном проектировании; в сборе требуемой информации, в том числе и в понимании физической сущности свойств, на которые должен базироваться выбор строительных материалов и изделий, наиболее полно учитывающий творческий замысел автора-архитектора. Свойства строительных материалов - это комплекс показателей, характеризующий их работу в процессе производства, применения и эксплуатации, числовые характеристики которых определяются в лаборатории с помощью специальных приборов и стандартных методик.

1. Характеристика структуры строительных материалов

Показатели свойств строительных материалов непосредственно зависят от характера их структуры, которая определяется, в основном, двумя видами: микроструктурой и макроструктурой.

Микроструктура - это уровень, на котором изучают элементы, которые можно выявить с помощью оптического или электронного микроскопов. Они характерны для элементов микрогетерогенных систем. Относительно бетона - это элементы структуры цементного камня и контактного слоя; для керамики – кристаллические и стекловидные фазы и поры; металлов - линейные, объемные, поверхностные дефекты и фазы, т.д. Типовыми представителям такой структуры являются порошки, суспензии, пены, эмульсии.

Макроструктура строительных материалов рассматривается путем визуального наблюдения или при небольшом увеличений. При этом возможно определение особенности строения материала, наличие в нем дефектов, обусловленные процессами формирования и эксплуатации. При изучений макроструктуры конгломератного типа представляется возможным изучить относительное соотношение вяжущего вещества и заполнителя, количество инородных включений в материале, их распределение, размер, форму зерен и порового пространства. Макроструктура бывает конгломератной (характерна для бетонов, керамики), ячеистой (газо- и пенобетон, ячеистые пластмассы, пористый заполнитель), волокнистая (древесина, стеклопластики, асбестоизделия), мелкопористая (ряд керамических материалов), слоистая (текстолит, бумопласт), рыхлозернистая (порошкообразные и зернистые материалы).

Кроме этого структура материалов изучается на атомно-молекулярном (менее чем 10^-9м – кристаллические и аморфные образования) и субмикроскопическом (10^-9…10^-7м – коллоидные системы) уровнях, в основном влияющих на формирование физико-механических и химических свойств изделий.

Для удобства изложения, понимания и изучения свойств строительных материалов их целесообразно распределить на три основные группы:

• эксплуатационно-технические;

• эстетические;

• экономические.

1.2. Эксплуатационно-технические свойства

Эта группа свойств определяет в большей мере функциональную надежность зданий, сооружений, их долговечность, Так, большинство современных строительных материалов представляют собой капиллярно-пористые тела, поэтому одной из важнейших характеристик, влияющей на многие свойства материала, является его пористость, содержащая макро- и микропоры, открытые и замкнутые, сообщающиеся и изолированные.

пористость - это степень заполнения объема материала порами - промежутками, полостями между элементами структуры. Количество пор в материале вычисляют соотношением:

П= V_П*100/ V_О, % 1

где V_П - объем пор в материале, см³;

V_О - объем пористого материала с заключенными в него порами (общий объем материала), см³.

В зависимости от показателя пористости строительные материалы подразделяют на низкопористые (менее 30%), среднепористые (от 30 до 50%) и высокопористые (более 50%). Большое значение при эксплуатации строительных материалов и изделий имеют структурные характеристики пористости: вид и размер пор, распределение по размерам пор в объеме материала. Для определения характера пористости используют различные методы: ртутной порометрии, адсорбции жидкостей, метод молекулярных щупов, оптические измерения, механический и прочие. В зависимости от вида различают истинную, открытую (кажущуюся) и замкнутую (закрытую) пористости.

Истинная пористость - включает в себя все виды пористости и вычисляют ее по формуле:

П_И=(1-_и/_с)*100, %, 2

где: _и - плотность материала в абсолютно плотном состоянии,г/см³; _с - средняя плотность материала, г/см³.

Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах: от 0% - для стали, стекла и до 90% для мипоры.

Открытая пористость – это пористость доступная для проникновения воды вглубь материала и определяют ее отношением разности массы водонасыщенного и сухого материала к его общему объему и вычисляют по формуле:

П= (m^вн-m^с)*100/V_о, % 3

где: m^вн – масса материала в водонасыщенном состоянии,г; m^с – масса материала в высушенном до постоянного веса состоянии,г; V_о – общий объем материала, см³.

Открытая или кажущаяся пористость, в которой присутствуют сообщающиеся поры, увеличивает проницаемость, водопоглощение, а следовательно происходит понижение долговечности, морозо- и водостойкости материалов.

Закрытая или замкнутая пористость - система пор, недоступная для проникновения жидкостей и газов внутрь материала при атмосферном давлении, определяется вычитанием открытой пористости из истинной:

П_закр=П_и-П_откр, %. 4

Повышение закрытой пористости улучшает теплофизические свойства строительных материалов, способствует повышению долговечности.

Количественное содержание (в %) истинной, открытой и замкнутой пористости ни в коей мере не отражает какой она имеет вид – мелкие или крупные, сообщающиеся или замкнутые, т.е. не отражает ее структуру, характеристики которой учитывают при оценке таких свойств как прочность, долговечность, проницаемость и пр.

Сыпучие и рыхлые материалы (песок, щебень, цемент, шлак, заполнители, молотый мел, красящие пигменты) кроме пор имеют пустоты – воздушные полости между отдельными частицами или зернами материала. Пустотность строительных материалов вычисляют отношнием суммарного объема пустот в рыхлом материале ко всему объему, занимаемому этим материалом по формуле истинной пористости 2 и выражают в %.