Глава IV строительные материалы § 1. Общие сведения о строительных материалах Значение и классификация строительных материалов

К строительным материалам относятся различные природные и искусственные материалы и изделия, при­меняемые для сооружения, оборудования и ремонта про­мышленных гидротехнических, жилых, административ­ных и культурно-бытовых зданий и сооружений.

Строительные материалы — основа промышленного и жилищного строительства. От уровня их производства зависят темпы и качество строительных работ.

Капитальное строительство СССР является самой ресурсоемкой отраслью народного хозяйства. В нем за­нято около 10 млн. чел., расходуется более 1/5 части на­ционального дохода, примерно 12 % продукции сферы материального производства по стоимости и около 35 % — по массе. Ежегодно на стройках используется 1/5 часть металлопродукции, 2/5 лесоматериалов, 80 % цемента, 60 % оконного стекла. Перевозка этих и других материалов составляет около 1/4 железнодорожного и половину речного грузооборота страны. Поэтому раци­ональное использование строительных материалов — важнейший резерв повышения эффективности народного хозяйства страны. Так, в настоящее время экономия только 1 % строительных материалов составляет около 500 млн. р.

Современная строительная индустрия потребляет мно­гие виды материалов, которые в целом можно классифи­цировать по виду сырья и способу производства, а также по назначению.

По виду сырья и способу производства различают природные (естественные) каменные материалы, мине­ральные (неорганические) вяжущие вещества и матери­алы на их основе, органические вяжущие вещества и материалы на их основе, керамические материалы и из­делия, стекло и стеклоизделия, лесные и бумажные ма­териалы, металлы и металлоизделия, материалы и изделия из пластмасс и лакокрасочные материалы.

По назначению строительные материалы подразделя­ются на стеновые, вяжущие, кровельные, теплоизоляци­онные, отделочные, огнеупорные, акустические и для са­нитарно-технических нужд.

Свойства строительных материалов и изделий

Различают физические, механические, химические и физико-химические свойства строительных материалов. K физическим свойствам строительных материалов относятся плотность, объемная масса (вес), пористость, удельная поверхность, гигроскопичность, водопоглоще­ние, водопроницаемость, влажность, теплоемкость, тепло­проводность, температурное расширение, термостойкость, огнеупорность, огнестойкость, морозостойкость, возду­хо-, газо, и звукопроницаемость, воздушная и огневая усадка.

Плотность — масса единицы объема материала в аб­солютно плотном состоянии. Для характеристики строи­тельных материалов используют показатели абсолютной плотности (удельная масса, кг/м³) или относительной плотности, безразмерной величины, выражающей плот­ность материала по отношению к плотности воды. Объемная масса — это масса единицы объема материала в его естественном состоянии, т. е. с порами, тре­щинами и пустотами, присущими данному материалу, кг/м³.

Пористость — степень заполнения объема материала порами, т. е. заполненными воздухом или водой пустотами. Ее определяют соответствующим коэффициентом, выражающимся в процентах.

Удельная поверхность — поверхность материала, от­несенная к единице его объема или массы. Гигроскопичность — свойство материалов поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их. Она опреде­ляется отношением массы влаги, поглощенной материа­лом из воздуха, со 100 %-ной влажностью к его массе в сухом состоянии.

Водопоглощение — свойство материалов впитывать воду и удерживать ее. Различают водопоглощение по объему и массе:

;

.

где m₁, m₂ — масса материала в сухом состоянии и насы­щенного водой, V_с — объем материала в сухом состоянии.

Водопроницаемость — способность материала пропус­кать воду под давлением. Она измеряется коэффициен­том водопроницаемости, показывающим, какое количест­во воды при давлении 1 МПа проходит через образец материала площадью 1 см² в течение 1 ч.

Влажность — количество влаги, находящееся в мате­риале. Различают влажность абсолютную (массовую и объемную) и относительную. Абсолютная массо­вая влажность — это отношение массы влаги, содержащейся в материале, к массе сухого материала. Абсо­лютная объемная влажность — это отношение массы влаги, находящейся в материале, к его объему в сухом состоянии. Относительная влажность — это отношение массы влаги, содержащейся в материале, к массе его во влажном состоянии, %.

Теплоемкость — свойство материала поглощать при нагревании определенное количество тепла. Она ха­рактеризуется удельной теплоемкостью, измеряемой в Дж/кг·К) или ккал/(кг·°С).

Теплопроводность — способность материала переда­вать тепло через толщу от одной своей поверхности к другой. Она определяется коэффициентом теплопровод­ности, показывающим количество тепла, проходящее через образец материала толщиной 1м и площадью 1 м² в течение 1 ч при разнице температур на противополож­ных сторонах образца 1°C. Теплопроводность выража­ется в Вт/(м·К).

Температурное расширение — это расширение мате­риала вследствие нагревания. Оно характеризуется ко­эффициентом линейного расширения, показывающим, на какую долю первоначальной длины расширился матери­ал при повышении температуры на 1°C. Термостойкость — способность материала выдержи­вать, не деформируясь, определенное количество циклов резких тепловых изменений без разрушений. Огнеупорность — сопротивление воздействию высоких температур (свыше 1580°C). Огнестойкость — сопротивление воздействию огня.

Морозостойкость — способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное за­мораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности. Морозостойкость (Мрз) измеряется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое способен выдержи­вать материал.

Воздухо-, газо- и звукопроницаемость — свойство ма­териала пропускать соответственно воздух, газ и звуко­вую волну. Воздухо- и газопроницаемость измеряются количеством воздуха (газа), проходящим через слой ма­териала толщиной 1 м, площадью 1 м² при разности дав­лений 1 мм·рт.ст. в течение 1 ч, а звукопроницаемость — потерей силы звука в децибелах (степенью звукоизоля­ции).

Воздушная усадка — это уменьшение линейных раз­меров отформованного изделия при высыхании.

Огневая усадка — уменьшение объема изделия в про­цессе его обжига.

Основными механическими свойствами строительных материалов являются прочность, твердость, выносливость, упругость, истираемость, сопротивление износу и др.

Прочность как свойство материала сопротивляться разрушению под действием внешних деформирующих сил для строительных материалов определяется пределом прочности при сжатии, растяжении или изгибе.

Кроме того, прочность строительных материалов оп­ределяется пределом текучести, упругости и пропорцио­нальности, относительным удлинением, сужением и др. (см. гл. 3, § 1). В зависимости от прочности многие строительные материалы (цемент, гипс, кирпич, бетон и др.) подразделяются на марки.

Для оценки твердости строительных материалов (ме­таллов, пластмасс) используют методы Бринелля, Рок­велла, Виккерса, Шора, а также десятибалльную шкалу Ф. Мооса (для оценки твердости природных каменных материалов). Согласно этой шкале наименьшая твер­дость у талька — 1 (легко чертится ногтем), а наи­большая у кварца, топаза, корунда и алмаза — от 7 до 10.

Химические свойства строительных материалов опре­деляются как стойкостью к действию кислот, щелочей, окисляющих реагентов, так и способностью к химическим реакциям. Такая способность необходима, например, для цемента, гипса и других минеральных вяжущих веществ при взаимодействии с водой. Результатом этой реакции является появление тестообразной массы, превращаю­щейся со временем в искусственный камень (бетон, железобетон, силикатный кирпич и др.).

В качестве основных физико-химических свойств можно выделить дисперсность, пластичность, способность образовывать с водой жидкие дисперсии (эмульсии), а также связность и связующую способность.

Дисперсность — степень раздробленности твердых частиц. С увеличением дисперсности возрастает суммар­ная поверхность материала (удельная поверхность), что особенно важно для порошкообразных вяжущих веществ при затворении их водой.

Пластичность строительных материалов (керамики, минеральных вяжущих веществ) — это способность тес­тообразной массы под внешним механическим воздейст­вием принимать и сохранять определенную форму без разрывов и трещин.

Способность образовывать с водой жидкие дисперсии (эмульсии) особенно важна для органических вяжущих веществ лакокрасочных материалов, полимерных смол и Др. Их применение в водоразбавленном виде — важный резерв улучшения качества строительной продукции, по­вышенная производительность труда, экономии матери­альных ресурсов.

Эмульсия состоит из двух несмешивающихся жидкос­тей, где капельки одной жидкости равномерно распреде­лены в другой. Для получения эмульсий используют эмульгаторы, т. е. специальные вещества, которые абсор­бируясь с одной из жидкостей, сохраняют устойчивость эмульсии.

Связность — способность материала противостоять усилию, разъединяющему частицы.

Связующая способность — это способность связывать частицы непластичных материалов (песка, щебня, шамо­та и др.) и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие.