Важнейшие виды магматических пород и их строительные свойства

Подразделение изверженных пород по содержанию  на кислые, средние и основные имеет практическое значение. Так, с уменьшением содержания SiO2, т. е. по мере перехода от гранитов к габбро или от порфиров к диабазам, возрастают плотность, прочность, ударная вязкость, понижается температура плавления этих пород, а цвет становится темнее.

Кроме перечисленных в табл. 2.2 в природе существуют переходные породы, напримергранопорфиры, граносиениты, габбродиабазы и т.д.

 Гранит и близкие к нему переходные породы (гранитоиды) состоят из кварца, полевых шпатов, слюды, иногда роговой обманки или авгита. Это самые распространенные из всех магматических пород (до 2/з всех глубинных пород). Цвет породы определяется цветом полевых шпатов (от серого до красного разных оттенков). Имея высокие показатели плотности и прочности при сжатии (см. табл. 2.2), гранит является хрупким, так как его прочность при растяжении в 40...60 раз меньше прочности при сжатии. У гранита малое водопоглощение — менее 1 %, высокая морозостойкость — более 200 циклов, хорошая сопротивляемость истиранию, высокая теплопроводность. Граниты хорошо обрабатываются (обтесываются, шлифуются и полируются). Наиболее высокими показателями свойств обладают мелкозернистые граниты. Гранит используют для облицовки монументальных зданий и гидротехнических сооружений, плит для полов, ступеней, материалов для дорог, крупного заполнителя для бетонов, бутового камня и т. п.

 Сиенит в отличие от гранита не содержит кварца, а состоит в основном из полевого шпата и темноокрашенных минералов (до 15 %). По внешнему виду сиенит похож на гранит, но в нем выражена среднезернистая структура, а окраска несколько темнее. Свойства сиенита близки к свойствам гранита, но он менее стоек к выветриванию и легче обрабатывается.

 Диорит примерно на 3А состоит из полевых шпатов и до 25 % содержит темноокрашенных минералов. Диорит характеризуется мелко- и среднезернистым строением и серо-зеленым или темно-зеленым цветом. По строительным свойствам диорит не уступает гранитам, обладает высокой ударной вязкостью и хорошо полируется. Чаще всего диорит применяют при облицовочных работах и в дорожном строительстве.

 Габбро состоит в основном из полевого шпата {до 50%) и темноокрашенных минералов, чаще авгита, а также роговой обманки, оливина. Габбро представляет собой поликристаллическую породу от темно-серого до черного цвета. Габбро, состоящее из известково-натриевого плагиоклаза — Лабрадора, называется лабрадоритом. Характерной особенностью этой породы является ирризация Лабрадора (синего, голубого, золотистого цветов) на плоскостях спайности или поверхности полированной породы. Габбро применяют в виде штучных изделий для облицовок, дорожных покрытий, щебня для бетонов и других целей. Лабрадорит используют для особо ценных облицовок (например, он применен при строительстве Мавзолея В. И. Ленина).

 Порфиры — излившиеся горные породы, близкие по химическому составу к гранитам (кварцевый порфир), сиенитам (бескварцевый порфир), диоритам (порфирит) и характеризующиеся порфировой структурой. Вследствие неоднородного строения порфиры менее устойчивы к выветриванию, слабее сопротивляются истиранию, чем глубинные породы. Другие строительные свойства пор-фиров близки к свойствам глубинных пород.

Трахит — излившаяся порода, имеющая тот оке минеральный состав, что и сиениты, но более пористая, так как отвердевала на поверхности земли. Его применяют в качестве стенового материала и щебня для бетонов. Разновидность трахита — бештаунит — используют как 1 заполнитель в кислотостойких бетонах.

 Андезит — аналог диорита, но отличается от них порфировой структурой. Плотные андезиты применяют в виде кислотоупорных плит и щебня для кислотоупорного бетона.

Диабаз по минеральному составу аналогичен габбро. Окраска — от темно-зеленой до черной. Структура кристаллическая с зернами разной крупности, иногда порфировая. Диабазы,, особенно мелкозернистые (например, онежские), имеют высокую, прочность — до 450 МПа, большую ударную вязкость и малую истираемость, способные раскалываться на куски сравнительно правильной формы. Используют диабаз для изготовления дорожных материалов (брусчатки, шашки, бортового камня), щебня для бетона, иногда для облицовочных работ, а также в качестве сырья для каменного Литья и кислотоупорных изделий.

 Базальт (как и диабаз, аналог габбро) представляет собой плотную тяжелую породу, имеющую скрытокристаллическое или стекловатое, а иногда порфировое строение. Базальт имеет темно-серый или почти черный цвет, характеризуется высокой прочностью до 500 МПа. Вследствие наличия в стекловатой массе трещин и пор, возникших при остывании магмы, или при порфировой структуре прочность базальтов может резко колебаться, иногда снижаясь до 100 МПа. Большая твердость и хрупкость базальтов затрудняет их обработку. Их широко используют как дорожный материал, в качестве щебня для бетона, для кислотоупорных материалов, а также каменного литья и производства минеральной ваты.

 Порошкообразные частицы (до 1 мм) называют вулканическими пеплами, крупностью до 5 мм — вулканическими песками, а от 5 до 30 мм (реже крупнее) — пемзой. Эти породы имеют пористое строение, небольшую плотность и малую теплопроводность — 0,13...0,23 Вт/(м-°С), прочность при сжатии — 2...3 МПа.

Пемзу и пемзовые пески используют как заполнитель в легких бетонах, при производстве тепло- и звукоизоляционных материалов и в качестве шлифующего материала. Так как эти породы состоят из аморфного кремнезема и вулканического стекла, то в тонкоизмельченном виде их используют в качестве активных добавок к минеральным вяжущим веществам (см. гл. 5).

 Вулканические туфы образовались в результате последующего уплотнения, спекания или цементации природными цементами вулканического пепла. К наиболее уплотненным вулканическим туфам относятся трассы. Если же при извержении к жидкой лаве примешивается значительное количество вулканических пеплов и песков, то образуются породы, называемые туфовой лавой. Большинство вулканических туфов.и туфовых лав имеет пористое строение, небольшую плотность и малую теплопроводность. Эти породы обладают разнообразной окраской и легко поддаются технологической обработке. Одним из их типичных представителей является артик-ский туф, добываемый в Армении. Артикский туф имеет розовато-фиолетовую окраску, плотность 750... 1400 кг/м3, предел прочности при сжатии 6... 10 МПа, теплопроводность около 0,34 Вт/(м-°С); достаточную морозостойкость.

Туфы применяют для кладки   стен в виде   пиленых камней правильной формы и бута, а в дробленом виде - в качестве заполнителей для легких бетонов.

Химический и минеральный составы магматических пород

Большинство магматических пород, применяемых в строительстве, содержит химические соединения трех типов — кремнезем, силикаты и алюмосиликаты в виде породообразующих минералов (кварц, полевые шпаты, слюда и железисто-магнезиальные минералы). Каждый минерал кроме химического состава характеризуется определенными н различными физическими свойствами (плотностью, твердостью, прочностью, стойкостью, наличием спайности, блеском, цветом и др.). Поэтому преобладание в породе тех или других минералов, их размеры и расположение отражаются на строительных свойствах каменного материала.

 Кварц — диоксид кремния (SiO2) в кристалликеской форме. Он отличается высокой плотностью — около 2650 кг/м3, твердостью — 7, прочностью при сжатии—-до 2000 МПа и стойкостью. При выветривании магматических пород стойкие зерна кварца не разрушаются и образуют пески. Кварц обладает несовершенной спайностью, имеет различную окраску (бесцветную, желтую, молочную) и стеклянный блеск. При обычной температуре кварц не взаимодействует с кислотами (кроме плавиковой и горячей фосфорной) и щелочами. При повышенных температурах в среде насыщенного пара кварц взаимодействует со щелочами, например с Са(ОН)2, образуя гидросиликаты (см. гл. 8). При нагревании до 575 и 870 °С он переходит в другие кристаллические формы, скачкообразно увеличиваясь в объеме. Плавится кварц при 1710 °С и при быстром охлаждении расплава дает кварцевое стекло.

 Полевые шпаты — алюмосиликаты, образовавшиеся в результате взаимодействия оксидов кремния и алюминия с оксидами щелочных металлов. Характерная особенность полевых шпатов — ярко выраженная спайность по двум направлениям. Наиболее распространенными разновидностями полевых шпатов являются: ортоклаз (прямораскалывающийся) K20-Al203-6Si02 и плагиоклазы (косораскалывающиеся) в виде альбита Na2O> •Al2O.v6SiO2 и анортита CaO-Al2O3-2SiO2 и их смеси. Полевые шпаты входят в состав большинства магматических (до 2/з их массы), многих метаморфических и некоторых осадочных горных пород. Они имеют различную окраску от белого и серого до розового и темно-красного цветов, плотность 2500...2760 кг/м3, твердость 6, предел прочности при сжатии до 170 МПа, температуру плавления 1170...1550 °С. Стойкость полевых шпатов значительно ниже, чем кварца. Под влиянием многократных резких смен температуры и воздействия воды и углекислоты полевые шпаты разрушаются (выветриваются).

Слюды — минералы с весьма совершенной спайностью в одном направлении, которые способны расщепляться на тончайшие упругие пластинки. По химическому составу они представляют собой водные алюмосиликаты сложного состава. Наиболее часто в составе горных пород присутствуют две разновидности слюды — мусковит (светлая алюминиевая слюда) и биотит (железисто-магнезиальная слюда темного цвета). Плотность слюд 2760,..3200 кг/м3, твердость 2...3, стойкость биотита меньше, чем мусковита. При выветривании биотит переходит в гидратированную разновидность слюды — вермикулит. Присутствие слюд в горных породах понижает прочность и стойкость породы, затрудняет ее шлифовку и полировку.

 Железисто-магнезиальные минералы за их темный цвет (от темно-зеленого до черного) называют темнокрашенными минералами. По химическому составу они представляют собой железисто-магнезиальные силикаты. Среди минералов этой группы наиболее распространенными породообразующими минералами являются амфиболы (чаще роговые обманки), пироксены (например, авгиты) и оливины. Минералы этой группы отличаются большой плотностью 3000...3600 кг/м3, твердостью 5,5.... 7,5, высокой ударной вязкостью, повышенной стойкостью против выветривания (кроме оливина). Эти же свойства они придают и содержащим их горным породам.

Магматические породы

Классификация магматических пород.

Вследствие различия в химическом составе магм и различных условий и сред, в которых происходило остывание и затвердевание магмы, образовывались магматические породы разного строения и свойств — глубинные и излившиеся (плотные и пористые).

 Глубинные породы образовались в результате медленного и равномерного остывания магмы под большим давлением. Такие условия могли возникнуть в природе тогда, когда магма остывала и оставалась на большой глубине в земной коре. Эти условия благоприятствовали образованию в данной породе минералов с зернисто-кристаллической структурой, прочно сросшихся между собой без всякого цементирующего вещества (гранитное строение). Характерным для этих пород является массивность залегания, высокая плотность, а следовательно, большая прочность при сжатии, малое водопоглощение, значительная морозостойкость и высокая теплопроводность.

 Излившиеся породы образовались в результате менее равномерного и более быстрого охлаждения магмы при относительно быстром и неравномерном сбросе давления или даже при атмосферном давлении. Такие условия могли возникнуть в случае, когда магма остывала, излившись в виде лавы на поверхность земли или близко к поверхности. В этих условиях охлаждения крупные кристаллические зерна образоваться не успевали и возникали другие генетические структуры: скрытокристаллическая, стекловатая (аморфная), порфировая. Для порфировой структуры характерно неоднородное строение, когда в аморфную или мелкокристаллическую массу   включены   крупные   кристаллические   соединения — «вкрапленники», образовавшиеся в магме еще в глубинных слоях во время ее поднятия к поверхности земли.

Из сказанного видно, что из одной и той же магмы, но при различных условиях остывания могут образоваться глубинные и излившиеся породы (называемые аналогами), близкие по химическому составу, но отличающиеся друг от друга структурой и свойствами (см. табл. 2.2). В тех случаях, когда излившиеся породы образовались в большой толще, их строение и свойства сходны с глубинными породами. Если же образование излившихся пород происходило в сравнительно тонком слое и ближе к поверхности или на поверхности земли, то они имеют неоднородное, стекловатое и сравнительно пористое строение.

Разновидностью излившихся горных пород являются породы, образовавшиеся при извержении вулканов. В этом случае магма под большим давлением в виде раздробленных частиц выбрасывалась в атмосферу и, увлекаемая газами, очень быстро охлаждалась и падала на поверхность земли в виде затвердевших частиц и кусков разной крупности, образуя обломочные рыхлые породы пористой и стекловатой структуры (вулканический пепел, песок, пемза). Некоторая часть этих рыхлых пород слеживалась, спекалась или перемешивалась с лавой, образуя цементированные вулканические породы мелкопористого строения (вулканические туфы, трассы, туфовую лаву).

Водокольцевые вакуумные насосы одни из лучших в России.

Природные каменные материалы

Общие сведения

Сырьем для получения природных каменных материалов служат горные породы.

Горные породы — это значительные по объему скопления минералов в земной коре, образовавшиеся под влиянием одинаковых условий.

Магматические породы (первичные)

Осадочные породы (вторичные)

Метаморфические   (видоизмененные) породы

 Минералы — это вещества, являющиеся продуктами физико-химических процессов, происходящих в земной коре, и обладающие определенным химическим составом, однородным строением и характерными физическими свойствами. В природе известно несколько тысяч минералов, но в образовании горных пород участвуют лишь около 50, их называют породообразующими. Горные породы могут состоять из одного минерала (мономинеральные) или нескольких (полиминеральные).

 Природные каменные материалы и изделия получают путем механической обработки горных пород, т. е. дробления, раскалывания, распиловки, отески, шлифовки (щебень, плиты, штучные камни, архитектурно-декоративные детали) или даже без обработки (песок, гравий). Свойства горной породы, из которой они получены, сохраняются почти полиостью. Строительные свойства горных пород и каменных изделий из них в значительной степени определяются химическим составом и физическими и механическими свойствами породообразующих минералов.

Большое влияние на свойства пород оказывает и их строение (структура), предопределяемое условиями образования каждой группы пород. Поэтому для оценки свойств и определения целесообразных условий обработки и применения природных материалов в строительных конструкциях необходимо познакомиться с составом и строением горных пород, из которых они получены. Знание этих вопросов важно и потому, что горные породы широко используют также в промышленностистроительных материалов в качестве сырья для изготовления вяжущих веществ (извести, гипса, цемента), искусственных каменных материалов (керамических, теплоизоляционных, бетонов и др.).

 Наша страна богата разнообразными и многочисленными видами горных пород. Такие районы, как Кольский полуостров и Карелия, Урал и Украина, Кавказ и Дальний Восток, содержат в своих недрах богатейшие запасы изверженных горных пород. Практически неисчислимые запасы осадочных горных пород (глины, песка, известняков, песчаников) и другого минерального сырья имеются почти в любом районе Советского Союза.

Широкий диапазон физико-механических свойств и распространенность природных каменных материалов обусловили их широкое применение в строительстве для различных целей. Их используют для возведения фундаментов и стен зданий, защитных и декоративных облицовок строительных конструкций, полов и лестниц, в качестве дорожных покрытий и т. п. Сотни миллионов кубометров каменных материалов в виде песка, гравия и щебня применяют ежегодно для изготовления бетонов, а также оснований при строительстве железных и автомобильных дорог.

Относительно большое разнообразие горных пород, применяемых в строительстве, удобно и логично изучать, если их классифицировать по условиям образования (генезису), ибо уже это дает известное представление об их строении и свойствах. Генетическая классификация разработана акад. Ф. Ю. Левинсон-Лессингом и А. П. Карпинским

Магматические (первичные) горные породы образовались при охлаждении и отвердевании магмы.

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в результате последующих изменений первичных и вторичных пород, связанных со сложными физико-химическими процессами, происходившими в земной коре.

Методика преподавания свойств строительных материалов

Методика преподавания курса строительных материалов вообще и их свойств, в частности, вытекает из основных задач, которые должен знать или уметь решать выпускник среднего специального учебного заведения строительного профиля. Изучению различных видов материалов и их свойств должна предшествовать классификация свойств на определенные группы, исходя из условий работы материалов и действующих на них факторов в реальных условиях эксплуатации. Важным методическим принципом при изложении основных свойств материалов является четкое определение каждого свойства, способ его оценки и раскрытие связи свойств с составом и строением материала, а также взаимосвязей свойств друг с другом. Это возможно осуществить, если опираться на сведения из курсов физики, химии, сопротивления материалов и других дисциплин. Такое изложение материала позволит учащимся избавиться от формального запоминания свойств, обеспечит их понимание. В будущем это поможет правильно и свободно пользоваться ГОСТами, ТУ,справочниками и другой нормативной литературой, где изложены конкретные данные о том или другом материале.

Для учащихся производственно-технических училищ и других учебных заведений, готовящих квалифицированных рабочих для строительства и строительной индустрии, при изложении материаловедения надо придерживаться схемы: состав — строение материала — свойства. Однако объем рассматриваемых групп материалов и их свойств должен выбираться исходя из профиля рабочей специальности. При этом выбранные свойства и материал в целом изучаются детально, с целью привития учащимся не только знаний, но и навыков умения оценки свойств материалов, их обработки и укладки в дело. Так, при подготовке каменщиков, штукатуров, бетонщиков подробнее изучаются такие свойства, как водопоглощение, водостойкость, теплопроводность, морозостойкость, удобоукладываемость и др., а при подготовке плотников, столяров необходимо научить учащихся умению оценивать влажность древесины и ее влияние на усушку и набухание, механические свойства, стойкость против гниения и т. д.

Особо необходимо обратить внимание на общие свойства всех материалов: пористость, плотность, прочность. Эти свойства должен знать и уметь определять учащийся любой строительной специальности, так как они являются основными свойствами при оценке материала и от них в значительной степени зависят физические, химические и технологические свойства.

Оценка технических свойств и сравнение материалов между собой возможны по показателям и параметрам, которые определяются при испытаниях материалов в полевых, заводских или лабораторных условиях. Поэтому теоретическое изучение свойств и методов их определения должно быть подкреплено практическими и лабораторными занятиями с использованием ГОСТов, ТУ и другой нормативной литературы.

Для успешного усвоения свойств материалов целесообразно также иллюстрировать важнейшие свойства материалов путем сопоставлений на лекции различных материалов и проведения простейших опытов. Для закрепления и контроля знаний рекомендуется составить специальные карточки с вопросами и ответами и использовать их при устном собеседовании с учащимися, а также применять обучающие и контролирующие машины.

Лучше химически стойкие вакуумные насосы в России производятся в компании Вакуумтех г. Казань. 

Технологические свойства стройматериалов

Технологические свойства характеризуют способность материала к восприятию некоторых технологических операций, изменяющих состояние материала, структуру его поверхности, придающих нужную форму и размеры, и т. п. Такие технологические свойства, как дробимость, распиливаемость, шлифуемость, гвоздимость и т. п., имеют важное практическое значение, ибо от них зависят качество и стоимость готовых изделий и конструкций. Для оценки технологических свойств некоторых материалов разработаны числовые показатели и методы их определения (например, дробимость каменных материалов, подвижность и удобоукладываемость бетонных смесей, укрывистость красочных составов и др.). Для большинства же материалов установлены лишь качественные характеристики технологических свойств.

Химические и технологические свойства стройматериалов. Химические и физико-химические свойства

Химические свойства характеризуют способность материала вступать в химическое взаимодействие с веществами внешней среды, в которой он находится, или сохранять свой состав и структуру в условиях инертной окружающей среды. Последнее связано с тем, что некоторые материалы за счет неустановившегося равновесия внутренних химических связей склонны к самопроизвольным структурным изменениям («старению»). Оба явления могут изменить первоначальные основные свойства материала, иногда улучшая (например, взаимодействие вяжущих веществ с водой), а в большинстве случаев ухудшая показатели свойств, что приводит к уменьшению срока нормальной службы конструкций или сооружений (например, разрушение бетонных конструкций агрессивными жидкостями и газами, старение пластмасс).

Некоторые из этих свойств (растворимость, кристаллизация) известны студентам изкурса химии, другие (твердение, старение, контракция, стойкость против гниения, горючесть, температура размягчения, скорость отверждения) будут описаны в соответствующих разделах книги. Здесь же ограничимся лишь описанием кратких сведений о дисперсности, адгезии, реологических свойствах и химической стойкости материалов.

Дисперсность — характеристика размеров твердых частиц и капель жидкости. Многиестроительные материалы (гипсовые вяжущие, цемент, глины, пигменты и т. п.) находятся в тонкоизмельченном (дисперсном) состоянии и обладают большой суммарной поверхностью частиц. Величина, характеризующая степень раздробленности материала и развитости его поверхности, называется удельной поверхностью sye — поверхность единицы объема (см2/см3) или массы (см2/г) материала.

Физико-химические свойства поверхностного слоя дисперсных частиц сильно отличаются от свойстк этого же вещества «в массе». Причина этого в том, что атомы (молекулы) вещества, находящиеся внутри материала, уравновешены действием окружающих атомов (молекул), в то время как атомы (молекулы) на поверхности вещества находятся в неуравновешенном состоянии и обладают особым запасом энергии. С увеличением удельной поверхности вещества возрастает его химическая активность (например, цемент с удельной поверхностью 3000...3500 см2/г через 1 сут твердения связывает 10... 13 % воды, а с удельной поверхностью 4500...5000 см2/г — около 18 %).

Адгезия — свойство одного материала прилипать к поверхности другого. Адгезия двух различных материалов зависит от природы материала, формы и состояния поверхности, условий контакта и т. д. Она появляется и развивается в результате сложных поверхностных явлений, возникающих на границе раздела фаз, и характеризуется прочностью сцепления при отрыве одного материала от другого. Важное значение адгезионные свойства имеют при получении композиционных материалов и изделий (бетонов разных видов, клееных изделий и конструкций, отделочных материалов).

Многие строительные материалы в процессе их изготовления и применения проходят стадию пластично-вязкого состояния (гипсовое, цементное, глиняное тесто, свежеприготовленные растворные и бетонные смеси, мастики, формуемые материалы из полимеров и т. д.). По своим физическим свойствам пластично-вязкие тела занимают промежуточное положение между жидкими и твердыми телами. Так тесто можно разрезать ножом (что нельзя сделать с жидкостью), но вместе с тем это же тесто принимает форму сосуда, в который оно помещено, т. е. ведет себя, как жидкость. Пластично-вязкие смеси характеризуют реологическими показателями — структурной прочностью, вязкостью и тиксотропией.

Структурная прочность — прочность внутренних связей между частицами материала. Ее оценивают предельным напряжением сдвига, соответствующим напряжению в материале, при котором он начинает течь подобно жидкости (от). Это происходит тогда, когда в материале нарушаются внутренние связи между его частицами — разрушается его структура.

Вязкость — способность материала поглощать механическую энергию при деформировании образцов. Когда пластично-вязкий материал начинает течь, напряжения в материале зависят уже от скорости его деформации. Коэффициент пропорциональности, связывающий скорость деформации и необходимое для этого напряжение, называют вязкостью ц (Па-с).

Модель упругопластично-вязкого материала можно представить себе как систему последовательно соединенных элементов: пружины (характеризует упругие свойства материала), груза, лежащего на плоскости (пластические свойства), и поршня, движущегося в цилиндре с маслом (вязкость). Если начать тянуть за пружину с возрастающей силой F, то сначала растягивается пружина, а остальные элементы остаются в покое (если силу убрать, система вернется к исходному состоянию). Когда сила F станет равной силе трения Fo, то вся система начнет двигаться. При этом, чтобы увеличить скорость движения, надо преодолеть возрастающее сопротивление масла в поршне, т. е. увеличить силу F.

Тиксотропия — способность пластично-вязких смесей обратимо восстанавливать свою структуру, разрушенную механическими воздействиями. Физическая основа тиксотропии — разрушение структурных связей внутри пластично-вязкого материала, при этом материал теряет структурную прочность и 'Превращается в вязкую жидкость, а после прекращения механического воздействия материал обретает структурную прочность. Явление тиксотропии используют при виброуплотнении бетонных и растворных смесей, при нанесении мастичных и окрасочных составов шпателем или кистью и т. д. вызвать его разрушение (коррозию). Степень разрушения зависит от многих факторов и прежде всего от состава материала и его плотности. Коррозионную стойкость оценивают химическим анализом.

При небольшом модуле основности, когда в неорганическом материале преобладает кремнезем, наблюдается высокая стойкость к кислотам. Когда в составе неорганического материала преобладают основные оксиды и модуль основности достаточно высок, то этот материал обычно нестоек к кислотам, но щелочами не разрушается. Органические материалы (древесина, битумы, пластмассы) при обычных температурах относительно стойки к действию слабых кислот и щелочной среды. Однако значительная часть строительных материалов не обладает достаточной стойкостью к действию агрессивной среды и требует специальной защиты от коррозии.

Механические свойства стройматериалов

Механические свойства отражают способность материала сопротивляться силовым, тепловым, усадочным или другим внутренним напряжениям без нарушения установившейся структуры.

Механические свойства материалов детально изучаются в курсе сопротивления материалов. Ниже излагаются лишь общие понятия о деформациях и прочности' материалов, необходимые для комплексной оценки свойств материалов.

Внешние силы, действующие на материал, стремятся деформировать его (изменить взаимное расположение составляющих частиц) и довести эти деформации до величины, при которой материал разрушится. После снятия нагрузки материал, если он не был разрушен, может восстанавливать размеры и форму или оставаться в деформированном виде. Деформации, исчезающие при прекращении действия на материал факторов, их вызвавших, называют обратимыми. Обратимые деформации называют упругими, если они исчезают мгновенно после снятия факторов, их вызвавших, и эластическими, если они, оставаясь полностью обратимыми, спадают в течение более или менее длительного периода времени. Необратимые (остаточные) или пластические деформации накапливаются за период действия силовых, тепловых и других факторов, под влиянием которых они возникли, и сохраняются после прекращения действия этих факторов.

Все виды деформаций могут иметь место у одного и того же строительного материала, но при разных величинах нагрузок, или быть у разных материалов при одинаковой и тем более разных нагрузках. Характер и величина деформации зависят также от скорости на-гружения и температуры материала. Чаще всего с повышением скорости нагружения (скорости деформирования) и с понижением температуры материала деформации по своему характеру приближаются к упругоплас-тическим.

Пластическая деформация, медленно нарастающая без увеличения напряжений, характеризует текучесть матнала.

Пластическая деформация, медленно нарастающая длительное время (месяцы и годы), при нагрузках, меньше тех, которые способны вызвать остаточную деформацию за обычные периоды наблюдений, называется деформацией ползучести, а процесс такого деформирования — ползучестью или крипом. Ползучесть необходимо учитывать при расчете и изготовлении строительных конструкций.

Релаксация — свойство материала самопроизвольно снижать напряжения при условии, что начальная ее личина деформации зафиксирована жесткими связями и остается неизменной. При релаксации напряжений может измениться характер начальной деформации, например из упругой постепенно перейти в необратимую '(пластическую), при этом изменения размеров не происходит. Такое исчезновение напряжений возможно за счет межмолекулярных перемещений и переориентации внутримолекулярной структуры.

Время, в течение которого первоначальная величина напряжения снижается в е —2,718 раза (е — основание натуральных логарифмов), называют периодом релаксации. Период релаксации меняется от 1(Н0 с у материалов жидкой консистенции до 2-Ю10 с (десятки лет и более) — у твердых материалов (чем меньше, тем более деформативен материал).

Упругость — свойство материала принимать после снятия нагрузки первоначальную форму и размеры. Количественно упругость характеризуют пределом упругости, который условно приравнивают напряжению, при котором материал начинает получать остаточные деформации очень малой величины, устанавливаемой в технических условиях для данного материала.

Вышеуказанные характеристики прочности в значительной степени являются условными: 1) они не учитывают фактора времени, т. е. продолжительности действия напряжений, что искажает величину истинной прочности материала; 2) размеры, форма, характер поверхности образцов материала, скорость нагружения, прикалывания боры и другие исходные данные в принятых методах условны. Предел прочности одного и того же материала может иметь различную величину в зависимости от размера образца, его формы, скорости приложения нагрузки и конструкции прибора, на котором испытывались образцы. Однако у большинства материалов, применяемых в строительстве, период релаксации весьма большой по сравнению с временем действия нагрузки. Поэтому для определения прочностных характеристик вполне допустимы условные методы, получившие широкое распространение в инженерной практике. При этом важно строго соблюдать все условия испытаний, установленные для данного материала в соответствующих ГОСТах.

Наряду с описанными методами оценки прочности строительных материалов, при которых специально изготовленные образцы материалов или взятые из партии готовые изделия доводят до разрушения, применяют методы контроля прочности без разрушения. Этими методами можно испытывать изделия и конструкции при их изготовлении или после установки в зданиях и сооружениях. Наибольшее распространение из неразрушающих методов испытаний получили акустические, в частности импульсный и резонансный. Оценка свойств материала или изделия при этом производится по косвенным показателям — скорости распространения ультразвука, а также частоте собственных колебаний материала и характеристике их затухания путем использования корреляционной связи этих параметров с прочностью или динамическим модулем упругости, выражаемой обычно тарировочными кривыми или эмпирическими формулами. Без определения прочности можно также установить степень однородности материала в конструкции по скорости распространения ультразвука в различных ее частях. Однородность прочности материала — это важнейшее техническое и экономическое требование.

Предел прочности материала (чаще при сжатии) характеризует его марку. Предел прочности строительных материалов при сжатии колеблется в широких пределах— 0,5...1000 МПа и более. У большинства материалов (кроме древесины, стали,полимерных материалов) предел прочности при растяжении и изгибе значительно ниже, чем при сжатии. Так, каменные материалы при растяжении выдерживают нагрузку меньше в 10...15 раз и более, чем при сжатии, поэтому их применяют главным образом в конструкциях, которые, работают на сжатие.

Для строительных материалов, работающих в сооружениях, действующее напряжение должно быть меньше величины предела его прочности. В результате создается запас прочности. Необходимость создания запаса прочности вызывается рядом причин: неоднородностью материала, возможностью значительной деформации еще до предела прочности и появления трещин, усталостью материала при переменных нагрузках, «старением» материала под влиянием окружающей среды и т. д. Запас прочности устанавливается нормативными требованиями в зависимости от вида и качества материала, долговечности и класса сооружения.

Для оценки прочностной эффективности материала часто используют коэффициент конструктивного качества (к. к. к.). Величина этого коэффициента определяется делением предела прочности при сжатии на относительную плотность Rid материала. Наиболее эффективными являются материалы, имеющие наименьшую плотность и наиболее высокую прочность.

При обосновании технической целесообразности применения материала для устройства полов промышленных зданий, дорожных и аэродромных покрытий, тротуаров и в других случаях строительной практики (например, выборе способа обработки материала) важное значение имеют специальные механические свойства: ударная вязкость (ударная или динамическая прочность), твердость, истираемость и износостойкость.

Ударная вязкость (ударная или динамическая прочность) — свойство материала сопротивляться ударным нагрузкам. Испытания производят на приборах — копрах. Характеристикой этого свойства является работа, затраченная на разрушение стандартного образца (Дж), отнесенная к единице его объема (м3) или площади (м2). Отношение динамической прочности к статической называют динамическим коэффициентом.

Твердость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. Для определения твердости материалов в зависимости от их вида и назначения существует ряд методов. Твердость каменных материалов однородного строения определяют по шкале Мооса, которая составлена из 10 минералов с условным показателем твердости от 1 до 10 (самый мягкий тальк— 1, самый твердый алмаз— 10). Показатель твердости испытуемого материала находится между показателями твердости двух соседних минералов, из которых один царапает испытываемый материал, а другой оставляет черту на образце материала. Твердостьметалла, бетона, пластмасс определяют вдавливанием в испытуемый образец под определенной нагрузкой и в течение определенного времени стандартного стального шарика. За характеристику твердости в этом случае принимают отношение нагрузки к площади отпечатка. Показатели твердости, полученные разными способами, нельзя сравнивать друг с другом. Высокая прочность материала не всегда говорит о его твердости (например, древесина по прочности при сжатии равнозначна бетону, а ее твердость значительно меньше, чем у бетона). Для некоторых материалов (например, для металлов) существует определенная связь между твердостью и прочностью, для других материалов (однородные каменные материалы) — между твердостью и истираемостью.

Истираемость — свойство материала сопротивляться истирающим воздействиям. Одновременное воздействие истирания и удара характеризует износостойкость материала. Оба эти свойства определяют различными условными методами: истираемость — на специальных кругах истирания, а износ — с помощью вращающихся барабанов, куда вместе с пробой материала часто загружают определенное количество металлических шаров, усиливающих эффект измельчения. За характеристику истираемости принимают потерю массы или объема материала, отнесенных к 1 см2 площади истирания, а за характеристику износа — относительную потерю массы образца в процентах от пробы материала.

Допустимые показатели истираемости и износа нормируются в соответствующих стандартах.

Физические свойства строительных материалов

Свойства, характеризующие особенности физического состояния материалов.

Физическое состояние строительных материалов достаточно полно характеризуется средней и истинной плотностью и пористостью.

Плотность материала является нужной характеристикой при расчете прочности сооружения с учетом собственной массы, для определения способа и стоимости перевозки материала, для расчета складов и подъемно-транспортного оборудования. По величине плотности косвенно судят о некоторых других свойствах материала. Например, для каменных материалов существует приближенная зависимость между плотностью и теплопроводностью, а для древесины и некоторых каменных материалов (известняков) — между прочностью и плотностью.

Большинство строительных материалов имеют поры, поэтому у них истинная плотность всегда больше средней. Лишь у плотных материалов (стали, стекла, битума и др.) истинная и средняя плотности практически равны, так как объем внутренних пор у них ничтожно мал.

Экспериментальный (прямой) метод определения пористости основан на замещении порового пространства в материале сжиженным гелием и описан ранее.

Поры представляют собой ячейки, не заполненные структурным материалом. По величине они могут быть от миллионных долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Более крупные поры, например между зернами сыпучих материалов, или полости, имеющиеся, в некоторых изделиях (пустотелый кирпич, панели из железобетона), называют пустотами. Поры обычно заполнены воздухом или водой; в пустотах, особенно в широкополостных, вода не может задерживаться и вытекает.

Пористость стройматериалов колеблется в широких пределах: от 0,2...0,8 %—У гранита и мрамора до 75...85 % у теплоизоляционного кирпича и у ячеистого бетона и свыше 90 % —У пенопластов и минеральной ваты.

От величины пористости и ее характера (размера и формы пор, равномерности распределения пор по объему материала, их структуры--сообщающиеся поры или замкнутые) зависят важнейшие свойства материала: плотность, прочность, долговечность, теплопроводность, водопоглощение, водонепроницаемость и др. Например, открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость. Однако в звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает долговечность материала и уменьшает его теплопроводность.

Сведения о пористости материала позволяют определять целесообразные области его применения.

Свойства, определяющие отношение материалов к различным физическим процессам.

Среди физических процессов наибольшее значение в практике имеют воздействия водной и паровой среды, тепловые воздействия, распространение звуковых волн, электротока, ядерных излучений и т. п. Отношение материала к статическому или циклическому воздействию воды или пара характеризуется гидрофизическими свойствами (гигроскопичность, капиллярное всасывание, во-допоглощение, водостойкость, водопроницаемость, паропроницаемость, влажностные деформации, морозостойкость).

Гигроскопичность — способность материала поглощать и конденсировать водяные пары из воздуха. Гигроскопичность вызывается сорбцией, представляющей собой физико-химический процесс поглощения водяных паров из воздуха как в результате их адсорбции на внутренней поверхности материала, так и капиллярной конденсации. Капиллярная конденсация возможна только в капиллярах с малым радиусом (менее 10~7 м), так как разность давлений насыщенного водяного пара над вогнутой поверхностью мениска и плоской поверхностью в капиллярах с большим радиусом несущественна. Гигроскопичность зависит как от свойств материала — величины и характера пористости, так и от условий внешней среды—температуры и относительной влажности, а для сыпучих материалов также от их растворимости в воде и дисперсности и снижением температуры воздуха. Этот процесс носит обратимый характер. Гигроскопичность характеризуется величиной отношения массы поглощенной материалом влаги, при относительной влажности воздуха 100% и температуре 20 °С, к массе сухого материала, выраженной в процентах.

Капиллярное всасывание (подъем) воды пористым материалом происходит по капиллярным порам, когда часть конструкции соприкасается с водой. Например, грунтовые воды могут подниматься по капиллярам и увлажнять нижнюю часть стены здания. Капиллярными называют поры с такими условными радиусами, при которых их капиллярный потенциал (потенциальная энергия поля капиллярных сил, отнесенных к единице массы жидкости) значительно больше потенциала поля тяжести.

Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия уровня воды в капиллярах материала, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания.

Более точно, учитывая неправильную форму пор в материале и их изменяющееся поперечное сечение, высоту всасывания воды определяют экспериментально по методу «меченых атомов» либо по измерению электропроводности материала.

Для оперативного контроля влажности преимущественно сыпучих материалов (например, заполнителей для бетона — песка, щебня) применяют диэлькометрический и нейтронный методы. Диэлькометрический метод измерения основан на зависимости между влажностью и диэлектрической проницаемостью материала. В нейтронном методе используется связь влажности и степени замедления быстрых нейтронов, проходящих через материал.

При насыщении материала водой существенно изменяются его свойства: увеличивается плотность и теплопроводность, происходят некоторые структурные изменения в материале, вызывающие появление в нем внутренних напряжений, что, как правило, приводит к снижению прочности материала.

Влажностные деформации — изменение размеров и объема материала при изменении его влажности. Уменьшение размеров и объема материала при его высыхании называют усадкой (усушкой), а увеличение размеров и объема при увлажнении вплоть до полного насыщения материала водой — набуханием (разбуханием). Усадка возникает и увеличивается в результате уменьшения толщины слоев воды, окружающих частицы материала, и действием внутренних капиллярных сил, стремящихся сблизить частицы материала. Набухание связано с тем, что полярные молекулы воды, проникая между частицами или волокнами, слагающими материал, как бы расклинивают их, при этом утолщаются гид-ратные оболочки вокруг частиц исчезают внутренние мениски, а с ними и капиллярные силы. Материалы высокопористого и волокнистого строения, способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой (древесина поперек волокон 30... 100 мм/м; ячеистый бетон 1...3 мм/м; кирпич керамический 0,03...0,1 мм/м; тяжелый бетон 0,3...0,7 мм/м; гранит 0,02...0,06 мм/м).

Водостойкость — способность материала сохранять прочность при увлажнении.

Воздухостойкость — способность материала выдерживать циклические воздействия увлажнения и высушивания без заметных деформаций и потери механической прочности.

Многократное гигроскопическое увлажнение и высушивание вызывает в материале знакопеременные напряжения и со временем приводит к потере им несущей способности.

Влагоотдача — свойство, характеризующее скорость высыхания материала, при наличии соответствующих условий в окружающей среде (понижение влажности, нагрев, движение воздуха). Влагоотдача обычно характеризуется количеством воды, которое материал теряет в сутки при относительной влажности воздуха 60 % и температуре 20 °С. В естественных условиях вследствие влагоотдачи, через некоторое время после строительства, устанавливается равновесие между влажностью строительных конструкций и окружающей средой. Такое состояние равновесия называют воздушно-сухим (воздушно-влажным) состоянием.

Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением. Характеристикой водопроницаемости служит количество воды, прошедшее в течение 1 с через 1 м2 поверхности материала при заданном давлении воды. Для определения водопроницаемости используют различные устройства, позволяющие создавать нужное одностороннее давление воды на поверхность материала. Методика определения зависит от назначения и разновидности материала. Водопроницаем мость зависит от плотности и строения материала. Чем больше в материале пор и чем эти поры крупнее, тем больше его водопроницаемость.

При выборе стройматериалов для специальных целей (кровельные материалы, бетоны для гидротехнических сооружений, трубы и др.) чаще оценивают не водопроницаемость, а водонепроницаемость, характеризуемую периодом времени, по истечении которого появляются признаки просачивания воды под определенным давлением через образец испытуемого материала (кровельные материалы), или предельной величиной давления воды (Па), при котором вода не проходит через образец (например, бетон).

Паропроницаемость и газопроницаемость — способность материала пропускать через свою толщу водяной пар или газы (воздух). Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропроницаемости, численно равным количеству водяного пара, проникающего через слой материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 с, и разностью парциальных давлений пара в 133,3 Па. Аналогичным коэффициентом оценивается и газопроницаемость (воздухопроницаемость). Эти характеристики определяются для комплексной оценки физических свойств строительного материала или при его специальном назначении. Материалы для стен жилых зданий должны обладать определенной проницаемостью (стена должна «дышать»), т. е. через наружные стены происходит естественная вентиляция. Наоборот, стены и покрытия влажных помещений необходимо защищать с внутренней стороны от проникновения в них водяного пара, особенно зимой, когда содержание пара внутри помещения значительно больше, чем снаружи, и пар, проникая в холодную зону ограждения, конденсируется, резко повышает влажность в этих местах. В ряде случаев необходима практически полная газонепроницаемость (емкости для хранения газов и др.).

Морозостойкость — свойство материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и снижения прочности. От морозостойкости в основном зависит долговечность материалов, применяемых в наружных зонах конструкций различных зданий и сооружений. Разрушение материала при таких циклических воздействиях связано с появлением в нем напряжений, вызванных как односторонним давлением растущих кристаллов льда в порах материала, так и всесторонним гидростатическим давлением воды, вызванным увеличением объема при образовании льда примерно на 9% '(плотность воды равна 1, а льда — 0,917). При этом давление на стенки пор может достигать при некоторых условиях сотен МПа. Очевидно, что при полном заполнении всех пор и капилляров пористого материала водой разрушение может наступить даже при однократном замораживании. Однако у многих пористых материалов вода не может заполнить весь объем доступных пор, поэтому образующийся при замерзании воды лед имеет свободное пространство для расширения. При насыщении пористого материала в воде в основном заполняются водой макрокапилляры, микрокапилляры при этом заполняются водой частично и служат резервными порами, куда отжимается вода в процессе замораживания.

При работе пористого материала в атмосферных условиях (наземные конструкции) водой заполняются в основном микрокапилляры за счет сорбции водяных паров из окружающего воздуха; крупные же поры и макрокапилляры являются резервными.. Следовательно, морозостойкость пористых материалов определяется величиной и характером пористости и условиями эксплуатации изготовленных из них конструкций. Она тем выше, чем меньше водопоглощение и больше прочность материала при растяжении. Учитывая неоднородность строения материала и неравномерность распределения в нем воды, удовлетворительную морозостойкость можно ожидать у пористых материалов, имеющих объемное водопоглощение не более 80 % объема пор (&н<0,8). Разрушение материала наступает только после многократного попеременного замораживания и оттаивания.

Морозостойкость характеризуется числом циклов попеременного замораживания при —15, —17 °С и оттаивания в воде при температуре около 20 °С. Выбор температуры замораживания не выше —15, —17 СС вызван тем, что при более высокой температуре вода, находящаяся в мелких порах и капиллярах, не может вся замерзнуть. Число циклов (марка), которые должен выдерживать материал, зависит от условий его будущей службы в сооружении, климатических условий и указывается в СНиПах и ГОСТах на материалы.

Материал считают выдержавшим испытание, если после заданного количества циклов замораживания и оттаивания потеря массы образцов в результате выкрашивания и расслаивания не превышает 5%, а прочность снижается не более чем на 15 % (для некоторых материалов на 25 %).

Для определения морозостойкости иногда используют ускоренный метод, например с помощью сернокислого натрия. Кристаллизация этой соли из насыщенных паров при ее высыхании в порах образцов воспроизводит механическое действие замерзающей воды, но в более сильной степени, так как образующиеся кристаллы крупнее (значительное увеличение объема). Один цикл таких испытаний приравнивается 5...10 и даже 20 циклам прямых испытаний замораживанием. С некоторым приближением о морозостойкости можно косвенно судить по величине коэффициента размягчения. Большое понижение прочности вследствие размягчения материала (больше 10 %) указывает, что в материале есть глинистые или другие размокающие частицы, что отрицательно сказывается и на морозостойкости материала.

Отношение материала к постоянному или переменному тепловому воздействию характеризуется его теплопроводностью, теплоемкостью, термической стойкостью, огнестойкостью, огнеупорностью.

Теплопроводность — свойство стройматериала передавать теплоту через толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность К [Вт/(м-°С)] характеризуется количеством теплоты (Дж), проходящей через материал толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 с, при разности температур на противоположных поверхностях материала 1 °С.

Теплопроводность материала зависит от его химического состава и структуры, степени и характера пористости, влажности и температуры, при которых происходит процесс передачи теплоты. Материалы слоистого или волокнистого строения имеют различную теплопроводность в зависимости от направления потока теплоты по отношению к волокнам. Например, у древесины теплопроводность вдоль волокон в 2 раза больше, чем поперек волокон. Материал кристаллического строения более теплопроводен, чем материал того же состава, но аморфного строения.

В значительной мере теплопроводность зависит от величины пористости, размера и характера пор. У пористых, материалов тепловой поток проходит через твердый «каркас» материала и воздушные ячейки. Теплопроводность воздуха очень низка — 0,023 Вт/(м-°С), а вещества, из которых построен твердый каркас материала, имеют значительно большую теплопроводность. Мелкопористые материалы и материалы с замкнутыми порами обладают меньшей теплопроводностью, чем крупнопористые материалы и материалы с сообщающимися порами. Это связано с тем, что в крупных и сообщающихся порах усиливается перенос теплоты конвекцией, что и повышает суммарную теплопроводность.

С увеличением влажности материала теплопроводность возрастает, поскольку вода имеет теплопроводность в 25 раз больше, чем воздух. Еще в большей степени возрастает теплопроводность сырого материала с понижением его температуры, особенно при замерзании воды в порах, так как теплопроводность льда равна 2,3 Вт/(м-°С), т. е. в 4 раза больше, чем у воды.

Теплопроводность большинства строительных материалов увеличивается с повышением их температуры. Это необходимо знать при выборе материалов для тепловой изоляции теплопроводов, котельных установок и т. п.

Теплопроводность материалов учитывается при теплотехнических расчетах толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при определении требуемой толщины тепловой изоляции горячих поверхностей и холодильников.

От термического сопротивления зависят толщина наружных стен и расход топлива на отопление зданий. В табл. 1.2 приведены значения теплопроводности некоторых строительных материалов в воздушно-сухом состоянии..

Теплоемкость — свойство материала аккумулировать теплоту при нагревании. Материалы с, высокой теплоемкостью могут выделять больше теплоты при последующем охлаждении. Поэтому при использовании материалов с повышенной теплоемкостью для стен, пола, перегородок и других частей помещений температура в комнатах может сохраняться устойчивой длительное время. Теплоемкость оценивают коэффициентом теплоемкости (удельной теплоемкостью), т. е. количеством теплоты, необходимой для нагревания 1 кг материала на 1 °С.

Строительные материалы имеют коэффициент теплоемкости меньше, чем у воды, которая обладает наибольшей теплоемкостью [4,2 кДж/(кг-°С)]. Например, коэффициент теплоемкости лесных материалов 2,39...2,72 кДж/(кг-°С), природных и искусственных каменных материалов — 0,75...0,92 кДж/(кг-°С), стали — 0,48 кДж/(кг-°С). Поэтому с увлажнением материалов их теплоемкость возрастает, но вместе с тем возрастает и теплопроводность.

Коэффициент теплоемкости материалов используют при расчетах теплоустойчивости ограждающих конструкций (стен, перекрытий), подогрева материала при зимних работах (бетонных, каменных и т. д.), а также при расчете печей. В некоторых случаях приходится рассчитывать размеры печи, используя удельную объемную теплоемкость, которая представляет собой количество тепла, необходимого для нагревания 1 м3 материала на 1 °С.

Термическая стойкость — способность материала выдерживать чередование (циклы) резких тепловых изменений. Это свойство в значительной степени зависит от однородности материала и коэффициента теплового расширения составляющих его веществ. Коэффициент линейного температурного расширения характеризует удлинение 1 м материала при нагревании его на 1 °С, коэффициент объемного расширения характеризует увеличение объема 1 м3 материала при нагревании его на 1 °С. Чем меньше эти коэффициенты и выше однородность материала, тем выше и его термическая стойкость, т. е. большое количество циклов резких смен температуры он может выдержать. Так, каменные материалы из мономинеральных горных пород (мрамор) более термостойки, чем породы, сложенные из нескольких минералов (например, гранит). При жестком соединении материалов с различными коэффициентами линейного расширения в конструкциях могут возникнуть большие напряжения и, как результат, — коробление и растрескивание материала. Во избежание этого конструкции большой протяженности разрезают деформационными швами.

Огнестойкость — свойство материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара без значительной потери несущей способности. По степени огнестойкости строительные материалы делят на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы в условиях высоких температур не подвержены воспламенению, тлению или обугливанию. При этом некоторые материалы почти не деформируются (кирпич, черепица), другие могут деформироваться, сильно (сталь) или растрескиваться (гранит). Поэтому стальные конструкции часто требуется защищать другими, более огнестойкими материалами. Трудносгораемые материалы под воздействием высоких температур с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но только в присутствии огня. При удалении огня процессы горения, тления и обугливания прекращаются (фибролит, асфальтовый бетон и др.). Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспла меняются и горят или тлеют и после удаления источника огня (древесина, войлок, битумы, смолы и др.).

Огнеупорность — свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не деформируясь и не расплавляясь. Материалы, выдерживаю щи с температуру более 1580 °С, называют огнеупорными, от 1;}Г>0 до 1 Г>80 ГС —тугоплавкими, ниже 1350 °С — легкоплавкими. Материалы, которые способны длительное время выдерживать воздействие температур до 1000 °С без потери или с незначительной потерей прочности, относят к жаростойким (жаростойкие бетон, кирпич и др.). Q Радиационная стойкость — свойство материала сохранять свою структуру и физико-механические характеристики после воздействия ионизирующих излучений. Уровни радиации вокруг современных источников ионизирующих излучений настолько велики, что может произойти глубокое изменение структуры материала (например, происходит аморфизация структуры кристаллических минералов, которая сопровождается объемными изменениями и возникновением внутренних напряжений). Для сравнительной оценки защитных свойств материала используют «толщину слоя половинного ослабления», равную толщине слоя защитного материала, необходимой для ослабления интенсивности излучения в 2 раза. Акустические свойства—это свойства, связанные с взаимодействием материала и звука. Звук (звуковые волны) — это механические колебания, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах. Строителя интересуют две стороны взаимодействия звука и материала: звукопроводность — способность материала проводить звук сквозь свою толщу и звукопоглощение — способность материала поглощать и отражать падающий на него звук. Звукопроводность зависит от массы материала и его строения. Если масса материала велика, то энергии звуковых волн не хватает, чтобы пройти сквозь него, так как для этого надо привести материал в колебание. Поэтому чем больше масса материала, тем меньше он проводит звук. Плохо проводят звук пористые и волокнистые материалы, так как звуковая энергия поглощается и рассеивается развитой поверхностью материала, переходя при этом в тепловую энергию. Звукопоглощение зависит от характера поверхности и пористости материала. Материалы с гладкой поверхностью отражают значительную часть падающего на них звука (эффект зеркала), поэтому в помещении с гладкими стенами из-за многократного отражения от них звука созда- -ется постоянный шум. Если же поверхность материала имеет открытую пористость, то звуковые колебания, входя в поры, поглощаются материалом, а не отражаются. Так, мягкая мебель, ковры, специальные штукатурки и облицовки с мелкими открытыми порами хороши заглушают звук.

Стандартизация свойств. Марки материалов

Свойства материалов оценивают количественно, т. е. по числовым показателям, устанавливаемым путем испытаний по специальным методикам, предусмотренным государственными стандартами или техническими условиями.

В нашей стране во всех отраслях народного хозяйства действует государственная система стандартизации (ГСС), чем создается эффективность действия стандартов как одного из средств ускорения научно-технического прогресса и повышения качества продукции.
В зависимости от сферы действия стандарты подразделяют на следующие категории: государственные (ГОСТ); отраслевые (ОСТ); республиканские (РСТ); стандарты предприятий и объединений (СТП). Наряду со стандартами действуют технические условия (ТУ), устанавливающие комплекс требований к конкретным типам, маркам, артикулам продукции.
В государственных стандартах на строительные материалы, являющихся обязательными для всех ведомств и предприятий, указываются четкое определение и классификация разновидностей данного материала, способ изготовления или происхождение, конкретные цифровые показатели технических свойств и методы их определения, необходимые сведения о маркировке, упаковке, правилах хранения и транспортирования.

Основные положения строительного проектирования, производства строительных работ и требования к строительным материалам и изделиям регламентируются Строительными нормами и правилами (СНиП), обязательными для всех организаций и предприятий.

СНиПы разработаны с учетом развития строительной индустрии, внедрения передовой техники в строительство, максимального использования в строительстве изделий и конструкций заводского изготовления. Решением постоянной комиссии СЭВ по строительству СНиП взят за основу унифицированных норм и правил в области строительства для всех стран — членов СЭВ.

Методическую основу стандартизации размеров в проектировании, изготовлении строительных изделий и возведении сооружений составляет модульная координация размеров в строительстве (МКРС), представляющая собой совокупность правил координации размеров элементов зданий и сооружений, строительных изделий и оборудования на базе основного модуля, равного 100 мм (обозначается 1 М). Применение МКРС позволяет унифицировать и сократить число типоразмеров строительных изделий из разных материалов или отличающихся по конструкции. В МКРС входят и производные модули, которые получают путем умножения основного модуля на целые или дробные коэффициенты. При умножении на целые коэффициенты образуются укрупненные модули (от 2М до 60М), а при умножении на коэффициенты менее единицы — дробные модули (от 1/2М до I/100M).
В стандартах и СНиПах требования к свойствам материалов выражены в виде марок и классов на эти материалы. Признаком деления на марки обычно является показатель основного свойства материала, обусловленный условиями эксплуатации материала в конструкциях и сооружениях.
Деление на марки по прочности является основным для материалов и изделий, из которых изготовляют несущие конструкции. СНиП устанавливает единую шкалу марок по пределу прочности при сжатии (МПа): 0,4; 0,7; 1,0; 1,5; 2,5; 3,5; 5; ...; 100. Для теплоизоляционных материалов ведущим признаком деления на марки принята плотность (кг/м3): 10; 15; 25;...; 600. Для ряда материалов предусмотрена маркировка по показателю морозостойкости — количеству циклов, которое должен выдержать материал без допустимых признаков разрушения: F10, F25 и т. д.

Некоторые материалы и изделия (отделочные материалы, лесные материалы и др.) по наличию внешних дефектов делят на сорта.

Определение показателей технических свойств связано с измерениями, т. е. со сравнением с другой, однородной величиной, принятой за единицу. Совокупность единиц, образованная по определенному принципу, называется системой единиц. В нашей стране принята /Международная система единиц (СИ). Наряду с СИ еще используют и прежние системы — СГС и МКГСС

Свойства Строительных Материалов

Свойства стройматериалов в большей мере связаны с особенностями их строения и со свойствами тех веществ, из которых данный материал состоит. В свою очередь, строение материала зависит: для природных материалов — от их происхождения и условий образования, для искусственных— от технологии производства и обработки материала. Поэтому строителю при изучении курса строительных материалов необходимо прежде всего усвоить эту связь. При этом технологию и обработку материалов следует рассматривать с точки зрения влияния их на строение и свойства получаемого материала.

Строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым составами.

В зависимости от химического состава все стройматериалы делят на: органические (древесные, битум, пластмассы и т. п.), минеральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и т. п.) и металлы (сталь, чугун, алюминий). Каждая из этих групп имеет свои особенности. Так, все органические материалы горючи, а минеральные — огнестойки; металлы хорошо проводят электричество и теплоту. Химический состав позволяет судить и о других технических характеристиках (биостойкости, прочпоста и т. д.). Химический состав некоторых материалов (неорганические вяжущие вещества, каменные материалы) часто выражают количеством содержащихся в них оксидов.

Оксиды, химически связанные между собой, образуют минералы, которые характеризуют минеральный состав материала. Зная минералы и их количество в материале, можно судить о свойствах материала. Например, способность неорганических вяжущих веществ твердеть и сохранять прочность в водной среде, обусловлена присутствием в них минералов силикатов, алюминатов, ферритов кальция, причем при большом их количестве ускоряется процесс твердения и повышается прочность цементного камня.

При характеристике фазового состава материала выделяют: твердые вещества, образующие стенки пор («каркас» материала), и поры, заполненные воздухом и водой. Фазовый состав материала и фазовые переходы воды в его порах оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации.

Не меньшее влияние на свойства материала оказывают его макро- и микроструктура и внутреннее строение веществ, составляющих материал, на молекулярно-ионном уровне.

Макроструктура материала — строение, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении. Микроструктура материала — строение, видимое под микроскопом. Внутреннее строение вешаете изучают методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т. д.

Во многом свойства материала определяют количество, размер и характер пор. Например, пористое стекло (пеностекло) в отличие от обычного непрозрачное и очень легкое.

Форма и размер частиц твердого вещества также влияют на свойства материала. Так, если из расплава обычного стекла вытянуть тонкие волокна, то получится легкая и мягкая стеклянная вата.

В зависимости от формы и размера частиц и их строения макроструктура твердых строительных материалов может быть зернистой (рыхлозернистой или конгломератной), ячеистой (мелкопористой), волокнистой и слоистой.

Рыхлозернистые материалы состоят из отдельных, не связанных одно с другим зерен(песок, гравий, порошкообразные материалы для мастичной' теплоизоляции и засыпок и др.).

Конгломератное строение, когда зерна прочно соединены между собой, характерно для различных видов бетона, некоторых видов природных и керамических материалов и др.

Ячеистая (мелкопористая) структура характеризуется наличием макро- и микропор, свойственных газо- и пенобетонам, ячеистым пластмассам, некоторым керамическим материалам.

Волокнистые и слоистые материалы, у которых волокна (слои) расположены параллельно одно другому, обладают различными свойствами вдоль и поперек волокон (слоев). Это явление называется анизотропией, а материалы, обладающие такими свойствами, — анизотропными. Волокнистая структура присуща древесине, изделиям из минеральной ваты, а слоистая — рулонным, листовым, плитным материалам со слоистым наполнителем (бумопласт, текстолит и др.).

По взаимному расположению атомов и молекул материалы могут быть кристаллическими и аморфными. Неодинаковое строение кристаллических и аморфных веществ определяет и различия в их свойствах. Аморфные вещества, обладая нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, химически более активны, чем кристаллические такого же состава (например, аморфные формы кремнезема — пемзы, туфы, трепелы, диатомиты и кристаллический кварц).

Существенное различие между аморфными и кристаллическими веществами состоит в том, что кристаллические вещества при нагревании имеют определенную температуру плавления (при постоянном давлении), а аморфные размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние.

Прочность аморфных веществ, как правило, ниже кристаллических, поэтому для получения материалов повышенной прочности специально проводят кристаллизацию, например стекол при получении стеклокристаллических материалов — ситаллов и шлакоситаллов.

Неодинаковые свойства могут наблюдаться у кристаллических материалов одного и того же состава, если они формируются в разных кристаллических формах, называемых модификациями (явление полиморфизма). Например, полиморфные превращения кварца сопровождаются изменением объема. Изменением свойств материала путем изменения кристаллической решетки пользуются при термической обработке металлов химически стойким вакуумным насосом

Основные свойства строительных материалов

Общие сведения

Чтобы легче ориентироваться в многообразии строительных материалов и изделий, их классифицируют по назначению, исходя из условий работы материалов в сооружениях, или по технологическому признаку, учитывая вид сырья, из которого получают материал, и способ изготовления.

По назначению материалы можно условно разделить на две группы: конструкционные и материалы специального назначения.

Конструкционные материалы, применяемые главным образом для несущих конструкций, различают следующие: 1) природные каменные; 2) .вяжущие; 3) искусственные каменные, получаемые: а) омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетон, железобетон, растворы); б) спеканием (керамические материалы); в) плавлением (стекло и ситаллы); 4) металлы (сталь, чугун, алюминий, сплавы); 5) полимеры; 6) древесные; 7) композиционные (асбестоцемент, бетонополимер, фибробетон, стеклопластик и др.).

Строительные материалы специального назначения, необходимые для защиты конструкций от вредных воздействий среды или повышения эксплуатационных свойств и создания комфорта, следующие: 1) теплоизоляционные; 2) акустические; 3) гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие; 4) отделочные; 5) антикоррозионные; 6) огнеупорные; 7) материалы для защиты от радиационных воздействий и др.

Каждый материал обладает комплексом разнообразных свойств, определяющих область его рационального применения и возможность сочетания с другими материалами.

Свойство — способность материала определенным образом реагировать на отдельный или чаще всего действующий в совокупности с другими внешний или внутренний фактор. Действие того или другого фактора обусловлено как составом и строением материала, так и эксплуатационными условиями материала в конструкции зданий и сооружений.

Чтобы здание или сооружение выполняло свое назначение и было долговечным, строители должны отчетливо представлять те эксплуатационные условия, в которых будет работать каждая изготовленная ими конструкция. Зная эти условия, можно установить, какие свойства должен иметь материал, предназначенный для изготовления данной конструкции.

Главным требованием к материалам, из которых изготовляются несущие конструкции, является их способность хорошо сопротивляться изменению формы и разрушению под действием нагрузок, а также в ряде случаев низкие теплопроводность и звукопроницаемость (например, для ограждающих конструкций). Основными требованиями к некоторым материалам являются: водонепроницаемость, низкая электропроводность, радиационная стойкость и т. д.

Но ни один материал в сооружении не работает изолированно от окружающей среды. Если он соприкасается с водой, то подвергается действию воды и содержащихся в ней веществ, если он находится на воздухе — действию воздуха и содержащихся в нем водяных паров и газов, а на открытом воздухе также и действию мороза, дождя, солнца, ветра, резких перемен температуры, влажности и т. п. Под воздействием окружающей среды материалы в сооружении подвергаются деформациям и находятся в напряженном состоянии. Неравномерное увлажнение и высыхание материала приводит к появлению в нем внутренних напряжений вследствие различия в деформациях сильно увлажненной и мало увлажненной частей материала. Колебания температуры также приводят к изменению расстояний между частицами и, следовательно, к изменению объема материала. Если имеет место неравномерное изменение размеров и объема, то в материале появляются внутренние напряжения, которые могут привести к его постепенному разрушению.

Плотность, пористость, прочность — это основные характеристики всех строительных материалов, служащие как для оценки качества и особенностей применения материала, так и для различных технико-экономических расчетов. Некоторые же свойства являются специальными и важными при выборе материала лишь для некоторых условий эксплуатации (стойкость против воздействия солей, кислот, щелочей, морозостойкость, теплопроводность и т. д.).

Специальные технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться обработке. Например, для каменных материалов важной является способность шлифоваться и полироваться. Податливость к сравнительно легкой формуемости глин и бетонных смесей при производстве строительных изделий является важной технологической характеристикой.

Таким образом, при выборе и обосновании целесообразности применения строительного материала для определенных условий его применения требуется учитывать различные его свойства.

По ряду признаков часто выделяют четыре основные группы технических свойств: физические, механические, химические и технологические.

Бетономешалки и дозаторы

Огромная часть всевозможных видов промышленности пользуется в собственной деятельности такой строительный материал как бетон. Как раз бетон и разные смеси на его основе сыграли ключевую роль во множестве инженерных и строительных отраслях.

Для эффективного создания и применения всевозможных бетонных смсесей были сконструированы особые устройства, коие обеспечивают надлежащую консистенцию и агрегатное состояние получаемого строительного материала. Бетономешалки, или же бетоносмесители, и разные дозаторы и будут проявляться такими устройствами.


Бетономешалки делятся нaа некоторое количество основных видов, коие в той или иной степени более пригодны для конкретной задачи. Т.к. гравитационные бетономешалки форимруют бетнонную мешанина, загруженную в барабан благодаря ребрам, которые смешивают мешанина во время вращения самого барабана.


Иные бетоомешалки оснащены неподвижным барабаном, где бетонная мешанина складывается благодря интенсивно вращающимся «лопастям». Напряжение подобных лопасттей способно замечательно размешать беотнную массу и придать ей нужные механические св-ва.

Дозирование готовой бетонной смеси из барабана может осуществляться как непрерывным потоком, так и фиксированными порциями с заданным интервалом, что жутко благоприятно разрешает дозировать бетонную сметь и, в слуаче если это очень важно, незамедлительно же заполнять ей какие-нибудь формы. За это отвечает дозатор бетономешалки.

Кроме этого барабаны бетоносмесителей имеют все шансы иметь различную емкость, от чего напрямую зависит размер выхода изготавливаемого строительного материала. Бетоносмесители изготавливаются из особых металлических сплавов, коие обеспечивают не только необходимую крепкость и механическую прочность, а также и маленький авторитет, что благотворно сказывается на легкости транспортировки подобных агрегатов.

Обычно, торговля бетоносмесителей осуществляется строшительными организациями и фирмами, работающими в области продажи строительных материалов и строительного оборудования. В наше время, внушительное число отечественных и загираничных компаний-производителей предлагают просторный набор различных бетономешйалок разных принципов воздействия. Между коих есть как довольно не очень большие по габаритам агрегаты, так и довольно впечатляющие, с крупный емкость барабана, которые в первую очередность предназначены для крупной инжеерной промышленности.




Тем временем компания Вакуумтех производит лучше в России по своему качеству водокольцевые вакуумные насосы