КРАТКИЙ КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

Федеральное агентство по образованию

Тверской государственный технический университет

 

 

В.В. Белов, В.Б. Петропавловская

 

 

КРАТКИЙ КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

И ТЕХНОЛОГИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

Учебное пособие

Издание второе

Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области строительства в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению
653500 «Строительство».

 

Тверь 2005

УДК 691: 519.6.502 (075) ББК 30.3я7 + 38.3я7  

ISBN 5-7995-0295-7

© В.В. Белов, В.Б. Петропавловская, 2005

© Тверской государственный
технический университет, 2005

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

Учебное пособие составлено в соответствии с учебными программами подготовки студентов строительных специальностей вузов по курсу «Материаловедение. Технология конструкционных материалов». Данный курс является базисным для изучения других специальных дисциплин: строительные конструкции, технология строительного производства, архитектура и других. Поэтому овладение знаниями по этому курсу служит залогом успешной профессиональной подготовки специалистов строительного профиля. В то же время решение указанной проблемы встречает определенные трудности в связи с большим объемом сведений по данной дисциплине и обширностью соответствующих учебников, их недостаточным количеством; особенно вследствие многочисленных изменений в нормативных документах, появления новых научно-технических разработок в области строительных материалов и изделий.

Целью настоящего учебного пособия является сжатое систематизированное представление основных сведений преимущественно материаловедческого плана на современном научном и в то же время доступном для студентов уровне. В связи с возрастающим значением транспортного строительства значительное внимание в пособии уделено такому важнейшему дорожно-строительному материалу, как асфальтобетон, а также битумным вяжущим. Рассматриваются перспективы развития строительных материалов с точки зрения использования техногенных отходов или вторичных ресурсов, а также местного сырья при их получении, снижения энергоемкости и повышения качества продукции.

Данные о технологических процессах приведены в минимально необходимом объеме. Достижение сжатости представляемого материала потребовало отказа от использования большого объема иллюстративного материала. Поэтому данное пособие является не альтернативой существующим учебникам по курсам: «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» и «Строительные материалы», а их, по глубокому убеждению авторов, полезным и необходимым дополнением.

Авторы выражают искреннюю признательность заведующему кафедрой «Строительные материалы» Московского государственного строительного университета доктору технических наук профессору В.В. Козлову; заведующему кафедрой «Строительство, строительные материалы и конструкции» Тульского государственного университета, советнику РААСН, доктору технических наук профессору А.А. Трещеву; доктору технических наук профессору кафедры «Строительные материалы» Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета Ю.Г. Мещерякову за полезные замечания по содержанию пособия.

 

ВВЕДЕНИЕ

Общие сведения.Строительное материаловедение является наукой о строительных материалах и изделиях. Без достаточных знаний о многочисленных разновидностях строительных материалов, способах их производства и качественных показателях, методах их правильного хранения и использования невозможно проектировать и строить здания и сооружения, реконструировать или ремонтировать их, выполнять научно-технические разработки в области строительства.

Строительные материалы – это основа строительства. В общих сметах строительных объектов на стоимость материалов обычно приходится 50-65 %, поэтому экономия при строительстве объекта во многом зависит от эффективности применения строительных материалов и изделий и правильного их выбора. Использование строительных материалов должно базироваться на прочных знаниях о производстве, показателях качества, методах проверки основных свойств материалов в лабораторных и производственных условиях, их эффективных областях применения. Успехи практики производства и применения строительных материалов во многом зависят от того, в какой мере она учитывает научные положения взаимосвязи состава и структуры (строения) материалов с их свойствами, а также, насколько уровень технологии и качественных показателей соответствует мировым достижениям в данной отрасли.

Наука и производство строительных материалов имеют глубочайшую историю развития. Возникновение науки и каждый этап ее развития всегда были обусловлены производством. В свою очередь, развитие производства являлось следствием возрастающих потребностей в материалах для строительства у общества.

Классификация строительных материалов. Исходя из условий работы материалов в сооружении, их можно разделить на две группы:

1. Конструкционные материалы универсального типа: а) природные каменные материалы; б) искусственные каменные материалы обжиговые (керамика, стекло, ситаллы) и безобжиговые на основе вяжущих веществ (бетон, железобетон, строительные растворы); в) металлы (сталь, чугун, алюминий, сплавы); г) полимеры; д) древесные материалы.

2. Строительные материалы специального назначения, необходимые для защиты конструкций от вредных воздействий среды, а также для повышения эксплуатационных свойств и создания комфорта: а) теплоизоляционные; б) акустические; в) гидроизоляционные; г) отделочные; д) антикоррозийные и др.

Техническое регулирование и стандартизация строительных материалов и изделий. В соответствии с законом РФ «О техническом регулировании», вступившим в действие с 1 июля 2003 года, правовое регулирование отношений в области установления, применения и исполнения обязательных требований к продукции, а также регулирование отношений в области оценки соответствия обеспечивается техническим регулированием. Основным нормативным документом в области технического регулирования, имеющим силу закона, является технический регламент.

Технический регламент – нормативный документ, устанавливающий обязательные для применения и исполнения требования к продукции, процессам производства, эксплуатации и другим объектам технического регулирования и принимаемый в целях безопасности граждан, имущества, окружающей среды, животных и растений.

Стандартизация – это установление и применение правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон при соблюдении условий эксплуатации и требований безопасности. Результатом работы по стандартизации является принятие стандарта.

Стандарт – это нормативный документ, в котором устанавливают характеристики продукции, правила осуществления и характеристики процессов производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, работ или оказания услуг, а также требования к терминологии, символике, упаковке, маркировке.

Национальную систему стандартизации составляют:

− национальные стандарты, к которым в России относят государственные стандарты (ГОСТ Р), и межгосударственные стандарты стран СНГ (ГОСТ), введенные в действие до 1 июля 2003 г.;

− правила стандартизации, нормы и рекомендации в области стандартизации;

− стандарты организаций;

− общероссийские классификаторы технико-экономической и социальной информации.

При разработке национальных стандартов как основу используют международные стандарты ИСО (международной организации по стандартизации), МЭК (международной электротехнической комиссии) и др., за исключением случаев, когда такое применение признано по тем или иным причинам невозможным.

Большинство стандартов на строительные изделия и материалы – это стандарты технических требований и стандарты на методы испытаний. Стандарты технических требований нормируют показатели качества, надежности и долговечности продукции, ее внешний вид.

Кроме стандартов в строительстве действует система нормативных документов, объединяемая в «Строительные нормы и правила» (СНиП) и «Свод правил» (СП), которые представляют собой свод норм и правил по проектированию, строительству и производству строительных материалов, изделий и конструкций, а также зданий и сооружений.

Для повышения качества продукции, конкурентоспособности продукции, работ и услуг на российском и международном рынках осуществляется удостоверение соответствия продукции, процессов производства и иных объектов технического регулирования техническим регламентам, стандартам и условиям договора.

Добровольное подтверждение соответствияосуществляется в форме добровольной сертификации − установления соответствия национальным стандартам, стандартам организаций и условиям договора.

Обязательное подтверждение соответствияосуществляется в формах декларирования о соответствии и обязательной сертификации − установления соответствия техническим регламентам.

При проектировании, изготовлении строительных изделий и конструкций, возведении сооружений пользуются единой модульной координацией размеров в строительстве (МКРС) на базе основного модуля, равного 100 мм (1М). На практике используют как укрупненные модули (60М, 30М и др.) – при проектировании зданий, так и дробные (1/2М, 1/5М, 1/10М и др.) – при изготовлении строительных элементов.

 

1. ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

1.1. Состав строительных материалов

Строительные материалы характеризуются химическим, минеральным и фазовым составами.

Химический состав строительных материалов определяет деление их на органические (древесные, битум, пластмассы и т.п.), минеральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и т.п.) и металлы (сталь, чугун, алюминий). Химический состав позволяет судить о других технических характеристиках (биостойкость, прочность и т.п.). Химический состав некоторых материалов (неорганические вяжущие, каменные материалы) часто выражают количеством содержащихся в них оксидов. Оксиды, химически связанные между собой, образуют минералы, которые определяют минеральный состав материала.

Минеральный составпоказывает, какие минералы и в каком количестве содержатся в материале. Этот состав непосредственно определяет свойства материала. Например, большее содержание в портландцементе такого минерала, как алит, ускоряет твердение, повышает прочность цементного камня.

Фазовый состав (по агрегатному состоянию) пористого материала характеризует количество твердого вещества (твердой фазы), образующего стенки пор («каркас» материала), и пор, заполненных воздухом (газовой фазой) и (или) водой (жидкой фазой). Соотношение между указанными фазами определяет баланс внутренних сил взаимодействия структурных элементов и во многом свойства материала.

Структура строительных материалов

Макроструктура материала – строение, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении. Различают следующие типы макроструктуры. Плотную однородную структуру имеют металлы, стекло и т.п. Конгломератное строение характерно для большинства природных и искусственных каменных материалов (различных видов…

Основные свойства материалов

Классификация основных свойств.В зависимости от характера работы материала в конструкциях и его взаимодействия с окружающей средой различают: а)…

Физические свойства материалов

Истинная плотность r (г/см3) – масса т единицы объема Vа материала в абсолютно плотном состоянии без пор и пустот: . Средняя плотность rо (кг/м3) – масса т единицы объема Vо материала в естественном состоянии вместе с порами и…

Механические свойства строительных материалов

Механические свойства разделяют на деформативные (упру­гость, пластичность и другие) и прочностные (пределы прочно­сти при сжатии, растяжении,… Деформативные свойства.Упругость – свойство материала принимать после снятия… ,

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Другим важным сырьевым источником являются техногенные вторичные ресурсы (отходы промышленности). Пока они используются недостаточно. Но по мере…  

Горные породы как сырьевая база производства строительных материалов

Минералы – это вещества, являющиеся продуктами физико-химических процессов в земной коре и обладающие определенным химическим составом, однородным… По условиям образования горные породы разделяют на три основные группы. Магматические (первичные) горные породы образовались при охлаждении и отвердевании магмы.

Магматические горные породы

Главные породообразующие минералы– кварц (и его разновидности), полевые шпаты, железисто-магнезиальные силикаты, алюмосиликаты. Все эти минералы… Кварц, состоящий из кремнезема (диоксида кремния SiО2) в кри­сталлической… Полевые шпаты – это самые распространенные минералы в магматических породах (до 2/3 от общей массы породы). Они…

Осадочные горные породы

Большинство осадочных пород имеет более пористое строе­ние, чем плотные магматические породы, а следовательно, и меньшую прочность. Некоторые их них… Главные породообразующие минералы.В составе осадочных пород можно выделить две… Наиболее распространенные минералы группы кремнезема – кварц, опал, халцедон. В осадочных породах присутствует кварц…

Метаморфические горные породы

При формировании структурно-текстурных особенностей ме­таморфических пород велика роль направленного давления. При одностороннем давлении кристаллы… Главные породообразующие минералы.Минералы, слагающие метаморфические породы,… Основные разновидности метаморфических горных пород.Кристаллические сланцы имеют мелкозернистое строение с полностью…

Техногенные вторичные ресурсы

Из отраслей материального производства, способных потреблять промышленные (техногенные) отходы, наиболее емкой является промышленность строительных… Все техногенные отходы можно разделить на две большие группы: мине­ральные и… В зависимости от преобладающих химических соединений минеральные от­ходы делят на силикатные, карбонатные,…

ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Природные каменные материалы очень прочны, долговечны, огнестойки, обладают прекрасными декоративными свойствами. В наше время при­родные плотные…

Классификация природных каменных материалов

Повиду и степени обработки различают грубообработанные материалы (бутовый камень, щебень, гравий, песок) и профилированные изделия (изделия и профилированные детали из природного камня; штучный камень и блоки правильной формы; плиты для наружной и внутренней облицовки зданий, полов; изделия для дорожного строительства и т.п.).

Поспособу изготовления природные каменные ма­териалы и изделия можно разделить: на пиленые, полученные абразивной обработкой (стеновые камни и блоки, облицовочные плиты и плиты для пола), и колотые, полученные ударной обработкой (бор­товые камни, камни тесаные, брусчатка, шашка для мощения и др.).

Используя ударную и абразивную обработку, природному камню придают ту или иную фактуру - различный характер по­верхности.

Ударная обработка заключается в обкалывании поверхности камня с помощью камнетесного инструмента со сменными нако­нечниками: для тески пользуются широким долотом-скарпелью; скалывание неровностей производят спицей - остроконечным долотом; для чистой обработки лицевой поверхности применяют бучарду со средней или мелкой насечкой.

Абразивная обработка включает распиливание, фрезерование, шлифовку и полировку.

Выпиливание штучных стеновых камней и блоков из пористых пород производят камнерезными машинами. Режущими элемен­тами машин являются дисковые пилы.

Для получения профилированных изделий (ступеней, поясков, карнизов и т.п.) на камнеобрабатывающих заводах применяют камнефрезерные и универсальные профилирующие машины.

Шлифовку и полировку производят на шлифовально-полировальных станках с вращающимися дисками, которые перемещают по поверхности изделия. Шлифуют с применением зернового аб­разива: корунда, карбокорунда или мелких пылевидных алмазов. После шлифовки камень имеет гладкую матовую поверхность. Полировка осуществляется войлочными полировальными дисками с использованием мастик и тонких полирующих порош­ков из оксидов металлов (хрома, олова, железа и др.) или азотно­кислого олова. После полировки поверхность плотного камня становится зеркально гладкой.

Абразивная обработка дает фактуры: пиленую - с тонкими штрихами и бороздками глубиной до 2 мм; шлифованную - рав­номерно шероховатую с глубиной рельефа до 0,05 мм; лощеную - гладкую бархатисто-матовую с выявленным рисунком камня; зеркальную - гладкую с зеркальным блеском.

Природные каменные материалы классифицируются также по физико-техническим и эксплуатационным свойствам.

По плотности природные камни делятся на лег­кие и тяжелые. Легкие камни плотностью не более 1,8 г/см³ имеют пористое строение (вулканический туф, пемза, известняк-ракушечник) и поэтому применяются преимущественно в виде штучного камня и блоков для стен зданий и щебня для легких бетонов. Тяжелые камни плотностью более 1,8 г/см³ (из гранита, сиени­та, диорита и т.п.) служат облицовкой и используются в виде плит пола, материалов и изделий для гидротехнического и до­рожного строительства.

По пределу прочности при сжатии образцов в воз­душно-сухом состоянии природные каменные материалы делят на марки (МПа): 0,4; 0,7; 1,5; 2,5; 3,5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 30; 40; 50; 60; 80 и 100. Марки с 0,4 до 20 свойственны легким камням различ­ной пористости.

По морозостойкости природные каменные материалы разделяют на марки: F 10; F 15; F 35; F 100; F 150; F 200; F 300 и F 500. Высокую морозостойкость имеют плотные камни с равномерно-зернистой структурой. Свежедобытые известняки, доломиты, песчаники, туфы легко разрушаются от мороза вследствие того, что их поры за­полнены «горной влагой» и коэффициент насыщения пор водой близок к 1. После естественной просушки они оказываются дос­таточно морозостойкими и более прочными.

По водостойкости природные камни делятся на группы с коэффициентом размягчения не ниже 0,6 для наружных стен зданий; не ниже 0,8 – для гидротехнических сооружений и фундаментов.

В зависимости от назначения и условий применения природ­ные каменные материалы оценивают также по твердости, истираемости и износу, огнестойкости, стойко­сти к химическому воздействию внешней среды и т.п.

Виды и свойства природных каменных материалов

Из бута возводят плотины и другие гидротехнические соору­жения, его применяют для подпорных стенок, кладки фундаментов. Большое количество бутового… Щебень – остроугольные куски камня размером 5-70 мм (для гидротехническо­го… Гравий состоит из окатанных зерен тех же размеров, что и у щебня. Его получают просеиванием рыхлых осадочных пород. …

Предохранение каменных материалов от разрушения

Конструктивную защиту открытых частей сооружений (цоколей, карнизов, поясков, столбов, парапетов) сводят к приданию им такой формы, которая… Для пористых каменных материалов, которые не полируются, используют химическую… 2СаСО3 + MgSiF6 = 2CaF2 + MgF2 + SiO2 + 2CO2

ОБЖИГОВЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Керамические материалы и изделия

Классификация керамических изделий.По структуре черепка различают: а) плотные изделия со спекшимся черепком (материал, из которого состоят… По назначению различают керамические изделия: для стен (кирпич и керамические… Сырье для производства керамических изделий.Основным сырьевым материалом для производства строительных керамических…

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Классификация и основные виды

Минеральных вяжущих

Неорганические вяжущие вещества в зависимости от их способности твердеть и сохранять свою прочность в определенной среде делят на воздушные,… В самостоятельную группу часто выделяют вяжущие вещества автоклавного… Почти все минеральные вяжущие получают обжигом горных пород с последующим тонким помолом продукта обжига. Твердение…

Гипсовые и ангидритовые вяжущие вещества

При термообработке двуводного гипса в паровой среде под давлением в автоклавах или в водных растворов некоторых солей при атмосферном давлении… Гипсовые вяжущие по традиции с некоторой условностью, отвечающей практическим… Твердение гипсовых вяжущих.При твердении идет реакция гидратации CaSO4 · 0,5H2O + 1,5H2O = CaSO4 · 2H2O.

Воздушная строительная известь

Виды строительной извести.Различают негашеную (состоящую в основном из оксидов кальция и магния) и гашеную (состоящую из соответствующих… Получаемая в виде кусков комовая известь представляет собой состоящий из… Молотая негашеная известь по химическому составу такая же как исходная комовая известь. При ее помоле разрешается…

Портландцемент

Природный гипс добавляют к клинкеру при помоле в количестве 4-5 % от клинкера. Добавка гипса играет важную роль в качестве регулятора сроков… При помоле клинкера в количестве до 20 % можно добавлять активные минеральные… Химический состав портландцементного клинкера выражают содержанием оксидов (по массе). Главными являются: СаО – 63-66…

Разновидности портландцемента

Быстротвердеющие портландцементы (БТЦ) марок ПЦ400(500)-Б отличаются повышенной скоростью твердения (через 3 суток набирают 40-50 % марочной… Высокопрочные портландцементы (ВПЦ) марок 550 и 600 одновременно являются… Сульфатостойкий портландцемент (ССПЦ) отличается повышенной стойкостью к сульфатной коррозии. Этот цемент получают на…

Многокомпонентные цементы с минеральными добавками и шлаковые цементы

К природным (пуццолановым) относят некоторые осадочные горные породы (диатомит, трепел, опока), а также породы вулканического происхождения (пепел,… В качестве искусственных минеральных добавок используют побочные продукты и отходы промышленности: быстроохлажденные…

Цементы на основе клинкеров специального состава

Глиноземистый цемент (ГЦ) – быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее, получаемое обжигом до спекания или плавления сырьевой смеси… Расширяющиеся и напрягающие цементы обладают рядом ценных свойств: большой… Водонепроницаемый расширяющийся цемент(ВРЦ) является быстросхватывающимся и быстротвердеющим гидравлическим вяжущим.…

БЕТОНЫ

Общие сведения

Бетон – искусственный каменный материал, получаемый путем затвердевания рационально подобранной смеси минерального или органического вяжущего вещества, заполнителей, воды и добавок. Это один из самых массовых строительных материалов, обладающий комплексом ценных свойств, способностью приобретать любые формы в зданиях и сооружениях, сравнительно низкой стоимостью.

Классификация бетонов.Бетоны классифицируют по средней плотности, виду вяжущего вещества и назначению.

По плотности различают особо тяжелые бетоны с плотностью более 2500 кг/м³; тяжелые – 1800...2500 кг/м³; легкие – 500...1800 кг/м³; особо легкие – менее 500 кг/м³. Особо тяжелые бетоны получают на основе заполнителя из железной руды, барита, чугунного скрапа, свинцовой дроби; тяжелые – на основе заполнителя из плотных горных пород: гранитов, диабаза, песчаника и др. В легких бетонах используют природный или искусственный пористые заполнители, в том числе пемзу, керамзит, аглопорит и др. Особо легкие бетоны (теплоизоляционные) отличаются тем, что своеобразным заполнителем в них являются воздушные или газовые поры-ячейки.

По виду вяжущего бетоны делят на цементные (цементобетоны), гипсовые (гипсобетоны), силикатные, полимербетоны, асфальтобетоны и т.д.

По назначению бетоны бывают: общего назначения (для несущих и ограждающих конструкций); специального назначения (для защиты от радиации, для дорожных и аэродромных покрытий, жароупорные, кислотостойкие, гидроизоляционные, декоративные и др.).

Материалы для изготовления бетонов

Заполнители часто называют инертными материалами. Однако они существенно влияют на структуру и свойства бетона. Заполнители создают жесткий каркас и… В бетоне применяют мелкий и крупный заполнители. Мелким заполнителем (менее 5… Крупный заполнитель (обычно 5 – 70 мм, иногда до 150 мм) для тяжелого бетона подразделяют на гравий и щебень. Гравием…

Бетонная смесь

Структура бетонной смеси. Взаимодействие между твердыми частицами в бетонной смеси определяется наличием жидкой среды: только при добавлении к сухой… Бетонная смесь содержит частицы различных размеров, и поэтому в ней… Реологические и технологические свойства бетонной смеси. С точки зрения реологии, бетонная смесь является…

Структура и свойства тяжелого бетона

Поскольку бетон является типичным композиционным материалом, то в зависимости от относительного содержания его структурных элементов, которые… Свойства тяжелого бетона. Основными свойствами бетона являются прочность,… Прочность бетона характеризуют классами по прочности на сжатие, изгиб, растяжение. Основная характеристика прочности…

Подбор состава тяжелого бетона

Состав бетона выражают двумя способами: на стройках в виде соотношения по массе (реже по объему, что менее точно) между расходами цемента, песка и… Сначала определяют номинальный (лабораторный) состав бетона без учета… Подбор состава включает в себя как расчетные операции (определение предварительного состава), так и его проверку на…

Специальные виды тяжелых бетонов

Бетон для дорожных и аэродромных покрытий. К этому бетону предъявляют требования высокой прочности на изгиб, коррозионной стойкости, малого… Гидротехнический бетон. Должен иметь высокую прочность, долговечность и в то… Бетон для защиты от радиации. Для защиты от g-излучения используют особо тяжелый бетон на чугунном, свинцовом и другом…

Легкие и особо легкие бетоны

Бетоны на пористых заполнителях.Дляих изготовления в качестве крупного заполнителя применяют легкие заполнители с пористой структурой – природные… Керамзит (керамзитовый гравий) получают путем обжига гра­нул, приготовленных… Керамзитовый песок (зерна до 5 мм) получают при производстве керамзитового гравия (в небольших коли­чествах), а также…

Железобетон

По виду армирования различают изделия с обычным армированием и предварительно напряженные. При обычном армировании в растянутой зоне изгибаемой… Дисперсноармированный (волокнистый) бетон.Для армирования этого бетона… Дисперсное армирование бетона повышает его трещиностойкость, прочность на растяжение, ударную вязкость, сопротивление…

СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ

Основные понятия и классификация

Строительный раствор – это искусственный каменный материал, получаемый затвердеванием рационально составленной смеси вяжущего, мелкого заполнителя, воды и добавок. В большинстве случаев от раствора не требуется высокой прочности, так как он, как правило, применяется в тонких слоях и, например в случае использования в качестве кладочного раствора, скрепляет между собой более прочные кирпичи и камни, причем прочность кладки в целом зависит не столько от прочности раствора, сколько от того, как он заполняет все неровности и швы в кладке, и чем тоньше слой раствора, тем более низкой может быть его прочность. Поэтому основным свойством этого материала является пластичность (удобоукладываемость) растворной смеси. Поскольку растворную смесь часто укладывают на пористое основание, то большое значение имеет ее водоудерживающая способность. Адгезия (сцепление) раствора к основанию имеет определяющее значение для приклеивающих составов. Для гидроизоляционных растворов основной характеристикой является водонепроницаемость. Указанных свойств у растворов добиваются не увеличением расхода вяжущего, что неэффективно, а применением различных добавок. Среди них важнейшими являются тонкодисперсные минеральные вещества или наполнители (известь, зóлы, тонкомолотые шлаки, дисперсные отходы камнедробления и камнеобработки), которые значительно повышают пластичность и водоудерживающую способность растворов.

По виду вяжущего растворы делят: на цементные, известковые, гипсовые, смешанные (цементно-известковые, известково-гипсовые и т.п.).

По плотности различают тяжелые (обычные) растворы (плотность 1500 – 2200 кг/м³) и легкие растворы (плотность менее 1500 кг/м³). В легких растворах обычный песок заменяют шлаковым песком или другим мелким пористым заполнителем.

По назначению растворы бывают кладочные, монтажные, штукатурные, специальные (декоративные, теплоизоляционные и др.).

Свойства растворов

Основными свойствами раствора в затвердевшем состоянии являются прочность, сцепление раствора с основанием, морозостойкость и др. Прочность… Н.А. Попов предложил определять прочность строительных растворов (в МПа) в… ,

Сухие строительные смеси

Сухие строительные смеси подразделяются на простые (бездобавочные) и модифицированные. Наличие большого числа добавок, введенных в стро­го… Модификаторы, или добавки, вносимые в смесь в неболь­ших количествах (от 0,5… Эти новые свойства сухим смесям придают в частности водорастворимые полимеры. В течение 20-30 минут строительный…

СИЛИКАТНЫЕ ИЗДЕЛИЯ АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ

В 1880 г. В. Михаэлисом был предложен способ получения известково-песчаных изделий путем обработки в среде насыщенного водяного пара при его… Силикатный кирпич и камни – это стеновые изделия, получаемые путем прессования… Силикатный кирпич изготавливают двух видов: одинарный (размерами 250´120´65 мм) и утолщенный (размерами…

МЕТАЛЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ НИХ

Общие сведения

Металлами называют вещества, характерными признаками которых при обычных условиях являются высокая прочность, пластичность, тепло- и электропроводность, особый блеск, называемый металлическим. Такие свойства металлов обусловливаются их электронными межатомными связями и кристаллическим строением.

Классификация металлов.Металлы разделяют на две основные группы: черные и цветные. Черные металлы – это железоуглеродистые сплавы с примесями кремния, фосфора, марганца и др.; в зависимости от содержания в них углерода подразделяются на стали (содержание углерода менее 2 %) и чугуны (содержание углерода более 2 %). На их долю приходится около 95 % производимых в мире металлов. Остальные металлы и сплавы на их основе относятся к цветным, которые делятся на легкие, плотностью до 5 г/см³ (алюминий, цинк, магний и сплавы на их основе), и тяжелые, плотностью свыше 5 г/см³ (медь и сплавы на ее основе).

Сталь– основной конструкционный металл, применяемый в строительстве. Стали делят на углеродистые и легированные. Углеродистые стали содержат железо, углерод и примеси марганца, кремния, фосфора, серы в концентрациях, называемых нормальными (0,8-1 %). С повышением содержания углерода в углеродистых сталях повышаются их прочность и твердость, но понижается пластичность и увеличивается хрупкость, а также ухудшается свариваемость. По содержанию углерода различают: а) низкоуглеродистые стали (содержание углерода до 0,25 %); б) среднеуглеродистые стали (содержание углерода от 0,25 до 0,6 %); в) высокоуглеродистые стали (содержание углерода 0,6-2 %). По назначению углеродистые стали разделяют на виды: а) стали обыкновенного качества; б) качественные конструкционные; в) инструментальные.

Легированные стали кроме указанных выше примесей содержат легирующие добавки никеля, хрома, титана, марганца, ванадия и др. К легирующим добавкам относятся марганец и кремний, если их содержание превышает нормальные концентрации. Легирующие добавки в целом повышают как прочность сталей, так и их пластичность, и коррозионную стойкость. По содержанию легирующих добавок различают: а) низколегированные стали (содержание легирующих добавок в сумме не более 2,5 %); б) среднелегированные (содержание легирующих добавок от 2,5 до 10 %); в) высоколегированные (содержание легирующих добавок свыше 10 %). По назначению легированные стали разделяют на виды: а) конструкционные; б) инструментальные; в) специального назначения.

Чугуны могут содержать от 2 до 6,67 % углерода. Чугуны являются, как промежуточным продуктом при производстве стали (передельные или белые чугуны с содержанием углерода вплоть до предельного значения в железоуглеродистом сплаве – 6,67 %, а также ферросплавы), так и конструкционным материалом (литейные или серые чугуны с содержанием углерода от 2 до 4 %). Чугуны отличаются высокой твердостью, износостойкостью и хрупкостью, а также меньшими, чем сталь, температурными деформациями. Из серых чугунов изготавливают элементы строительных конструкций, в том числе и такие ответственные, как опорные части железобетонных балок, ферм, башмаки под колонны и др., а также декоративные изделия – чугунное литье и детали печей – печное литье.

Цветные металлы в чистом виде очень редко используются в строительстве. Наиболее распространенными легкими сплавами являются сплавы на основе алюминия – алюминиево-магниевые (магналии), алюминий с медью и магнием (дюралюминий), алюминий с магнием и кремнием (авиаль). Их используют для изготовления несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений. Тяжелые сплавы получают на основе меди, олова, цинка, свинца. Среди них наиболее распространены в строительстве бронзы – сплав меди с оловом (оловянистая бронза) или сплав меди с алюминием, железом и марганцем (алюминиевая бронза), а также латунь – сплав меди с цинком. Эти сплавы отличаются высокой прочностью при достаточной легкости и высокой стойкости к коррозии. Их используют для изготовления архитектурных деталей и санитарно-технической продукции.

Кристаллическое строение металлов.Металлыпредставляют собой сложные многофазовые системы, имеющие в твердом состоянии кристаллическое строение. Каждый металл имеет свою характерную кристаллическую ячейку, которая многократно повторяется и образует кристаллическую решетку. Между структурными элементами металлов действуют различные связи: металлическая, ван-дер-ваальсовая, ионная и ковалентная. В сталях преобладает металлическая связь между решеткой из положительно заряженных ионов и окружающим их «газом» из свободных электронов.

Пространственные кристаллические решетки образуются в металле при его переходе из жидкого состояния в твердое. Этот процесс называется кристаллизацией. Вначале образуются первичные группы кристаллов – центры кристаллизации. Затем происходит рост кристаллов вокруг этих центров. Образовавшиеся зерна металла за счет сближения друг с другом при росте кристаллов имеют неправильную форму, но сохраняют правильность строения внутри каждого кристалла. Образование границ между зернами является важнейшей причиной появления поверхностных дефектов – дислокаций, которые значительно снижают прочность реального металла по сравнению с идеальным (бездефектным) кристаллом. Вместе с тем при увеличении количества дислокаций (плотности дислокаций) сверх некоторого минимального значения в результате измельчения зерен при термообработке металлов, механическом наклепе и других способах упрочнения достигается повышение реальной прочности за счет того, что находящиеся в разных плоскостях и направлениях дислокации мешают друг другу расти и перемещаться.

Технические металлы представляют собой поликристаллические тела, состоящие из большого числа различно ориентированных зерен размером 0,001-0,1 мм. Поэтому в целом металлы являются условно изотропными телами, т.е. обладающими примерно одинаковыми свойствами по всем направлениям.

Производство чугуна и стали.Чугунвыплавляют в доменных печах из железных руд (красного железняка, магнитного железняка и др.). Основным видом топлива является кокс. Для снижения температуры плавления пустой породы, в состав которой входят кремнезем, алюмосиликаты, а также вредные примеси (сера, фосфор), в печь при загрузке руды и топлива добавляют в зависимости от состава руды основные плавни, или флюсы (известняк, доломит), или кислые флюсы (кварц, кварцит, песчаник). Чугун при доменном процессе получается в результате восстановления железа из руд по схеме

Fe₂O₃ ® Fe₃O₄ ® FeO ® Fe

Жидкий металл скапливается внизу, более легкий шлак всплывает на поверхность чугуна и защищает его от окисления. После выплавки чугуна сначала выпускают шлак, а затем через нижнее отверстие – чугун. В результате получают науглероженное железо (чугун) с примесями кварца, фосфора, серы, марганца.

Сталь выплавляют в мартеновских печах, конверторах, электропечах. Выплавка стали заключается в уменьшении содержания углерода и примесей в металле путем окисления их кислородом воздуха или кислородом, содержащимся в железной руде, до таких соединений, которые могут быть переведены в шлак или удалены в газообразном состоянии. За счет высокой температуры и поступления кислорода в печь происходят процессы окисления углерода и примесей и их перевод в шлак, а также окисления железа до закиси FeO. Чтобы избавиться от последней, немедленно проводят процесс раскисления: FeO ® Fe. Для этого в расплав вводят раскислители (ферросплавы, алюминий), энергично соединяющиеся с кислородом закиси железа. В зависимости от полноты раскисления различают: спокойную сталь, получающуюся при полном раскислении и застывании металла без выделения газа; полуспокойную и кипящую стали, получающиеся при неполном раскислении. В кипящей стали часть газов остается в металле и при его охлаждении образует газовые пузыри. Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей сталями.

Состав и строение железоуглеродистых сплавов.В результате совместной кристаллизации могут образовываться сплавы следующих типов: механическая смесь, твердый раствор и химическое соединение. Механическая смесь образуется путем срастания кристаллов между собой при сохранении специфических свойств каждого компонента. Твердый раствор образуется в результате проникновения в кристаллическую решетку основного металла атомов другого металла или неметалла. В зависимости от характера размещения атомов различают твердые растворы замещения, когда атомы одного компонента частично замещают атомы другого компонента в узлах его кристаллической решетки (при совместной кристаллизации металлов), и внедрения, когда атомы одного из компонентов размещаются в междоузлиях кристаллической решетки другого (при совместной кристаллизации металла с неметаллом). Химическое соединение образуется в результате химического взаимодействия в строгом порядке и количественном соотношении. Основное химическое соединение в сплавах железа с углеродом – карбид железа Fe₃С, называемый цементитом.

Строение сплава определяет его свойства, поэтому важно знать, как это строение меняется в зависимости от состава сплава, а также температуры получения. Основными структурными элементами железоуглеродистого сплава при изменении содержания в нем углерода (рис.8) являются: феррит – твердый раствор углерода в a-Fe, по свойствам близкий к чистому железу, такой же мягкий и пластичный; цементит – карбид железа Fe₃С, химическое соединение, очень твердый; перлит – механическая смесь феррита и цементита; ледебурит – механическая смесь аустенита (твердого раствора углерода в g-Fe) и цементита, очень тверд, хрупок.

 

 

С увеличением содержания углерода в железоуглеродистом сплаве меняется его структура, увеличивается содержание цементита и уменьшается количество перлита. При этом твердость и прочность сплава становится выше, его пластические свойства – ниже.

Механические свойства металлов– это предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение, твердость, ударная вязкость. При испытании на растяжение строят диаграмму растяжения, на которой для одних металлов, например низко- и среднеуглеродистых сталей, фиксируется площадка текучести, указывающая на способность металла претерпевать значительные пластические деформации; на диаграмме растяжения других металлов, например высокоуглеродистых сталей, такая площадка отсутствует.

Предел текучести s_т (МПа) определяют либо как напряжение, соответствующее нижнему пределу площадки текучести, либо – для металлов, не имеющих площадки текучести, – как напряжение, при котором достигается некоторая остаточная деформация (обычно 0,2 %, если ее величина не оговорена особо):

,

где р_т – соответствующая нагрузка, Н; А₀ – площадь первоначального сечения шейки образца, мм².

Временное сопротивление s_в (МПа) определяют как предел прочности металла на растяжение:

,

где р_в – нагрузка, соответствующая разрыву образца, Н.

Относительное удлинение Dl (%) характеризует пластичность металла и определяется как отношение приращения длины образца к его исходной длине:

,

где l₁ – максимальная длина образца (в момент разрыва), мм; l₀ – первоначальная длина образца, мм.

Для чугунов определяют пределы прочности при растяжении, сжатии, изгибе, а также твердость.

Основные виды и марки сталей, применяемых в строительстве

Углеродистые стали обыкновенного качества содержат углерод в количестве 0,06 – 0,62 %, а также примеси кремния и марганца в нормальных… Углеродистую сталь обыкновенного качества группы А изготавливают марок: Ст 0,… Качественная конструкционная углеродистая сталь поставляется по химическому составу и механическим свойствам и…

Основные виды металлических изделий для строительства

- сортамент прокатного металла и металлических изделий: а) сортовая сталь (круглая, квадратная, полосовая); б) листовая сталь (в том числе… - штампованные и гнутые профили (экономичнее горячекатаных изделий); - поковки (болты, скобы, анкеры);

Защита металлов от коррозии

Для защиты металла от коррозии применяют легирование (введением легирующих добавок до 20 % получают нержавеющие стали) и защитные покрытия. В…  

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

Общие сведения

Древесиной называют освобожденную от коры часть ствола дерева, имеющую слоисто-волокнистое строение. Древесина обладает рядом ценных свойств: небольшой плотностью, высокой прочностью, малой теплопроводностью, гибкостью и упругостью, высоким коэффициентом конструктивного качества. Однако при использовании древесины в строительстве необходимо учитывать такие недостатки этого материала, зависящие от его строения и состава, как неоднородность свойств по объему и направлению (анизотропию), гигроскопичность, которая приводит к изменению размеров, короблению и растрескиванию, загнивание во влажных условиях и сгораемость.

Строение древесины.На торцевом срезе ствола дерева видна кора, камбий и древесина. Кора состоит из наружной кожицы, пробкового слоя под ней и внутреннего слоя – луба, который проводит питательные вещества по стволу дерева. Камбий, расположенный под лубом, представляет собой тонкий слой живых клеток, способных к делению и росту. Древесина является основной частью ствола и находится под камбиальным слоем. Древесина состоит из годичных слоев. Каждый годичный слой представлен ранней и поздней древесиной. Ранняя древесина образуется весной и в начале лета, поздняя – летом и в начале осени. Поздняя древесина является более плотной и прочной, чем ранняя.

В древесине на торцевом срезе можно выделить сердцевину, ядро и заболонь. Сердцевина – рыхлая первичная ткань, которая имеет малую прочность и легко загнивает. Ядро, или спелая древесина – внутренняя часть ствола дерева, состоящая из омертвевших клеток. Ядро выделяется темным цветом и обладает большей прочностью и стойкостью к загниванию по сравнению с древесиной заболони. Заболонь состоит из живых клеток, имеет бóльшую влажность, легко загнивает, вследствие большой усушки усиливает коробление пиломатериалов.

Древесные породы делят: 1) на ядровые, имеющие ядро и заболонь (дуб, ясень, сосна, лиственница, кедр и др.); 2) спелодревесные, имеющие спелую древесину (она не отличается по цвету от заболони) и заболонь (ель, пихта, осина, бук и др.); 3) заболонные, у которых отсутствует ядро (береза, клен, ольха, липа).

Микроструктура древесины включает разного рода клетки. Оболочка (стенка) клетки состоит на 99 % из органических соединений, главнейшими из которых являются целлюлоза и лигнин. Лигнин – природный полимер, соединяющий в единое целое целлюлозные волокна. Древесина содержит капилляры и поры различных размеров. В древесине содержится влага различных типов: химически связанная, связанная молекулярными силами или гигроскопическая, капиллярная и свободная. Крупные поры и капилляры заполняются водой при непосредственном контакте древесины с водой. Тонкие поры и капилляры заполняются влагой из воздуха при гигроскопическом увлажнении.

Основные хвойные породы древесины. Сосна - ядровая порода, у которой ядро буро-красного цвета, а заболонь – желтого. Древесина сосны легкая (средняя плотность 470-540 кг/м³), легко обрабатывается, при этом достаточно прочная.

Ель по качеству древесины уступает сосне, имеет спелую древесину бело-желтого цвета, менее смолистую и более легкую (плотность 440-500 кг/м³) с большим количеством сучков.

Лиственницаимеет ядро красновато-бурого цвета; ее древесина плотная (плотность 630-790 кг/м³), твердая, прочная, менее подвержена гниению, чем у сосны. Применяется в гидротехническом строительстве, для строительства мостов, из неё изготавливают шпалы.

Кедр имеет мягкую легкую древесину, имеющую более низкие механические свойства, чем у сосны. Из нее изготавливают пиломатериалы, столярные изделия, декоративную фанеру для отделки мебели.

Пихтапо древесине схожа с елью, но не имеет смоляных ходов, легко загнивает, поэтому ее не применяют во влажных условиях эксплуатации.

Основные лиственные породы древесины.Дубимеет плотную (около 720 кг/м³), очень прочную и твердую древесину. Ядро у дуба темно-бурое, заболонь желтая, на разрезе древесины имеются крупные сердцевинные лучи. Дуб применяют в ответственных конструкциях гидротехнических сооружений, мостостроении, для изготовления паркета, мебели.

Ясеньимеет тяжелую, гибкую и вязкую древесину, но менее прочную, чем у дуба. Благодаря красивой текстуре ценится в мебельном производстве и столярно-отделочных работах.

Береза- распространенная заболонная порода, имеет тяжелую (около 650 кг/м³) древесину, которая легко загнивает во влажных условиях. Используют для изготовления фанеры, столярных и отделочных материалов (в том числе для имитации ценных пород древесины).

Бук- спелодревесная порода, имеющая тяжелую и твердую древесину, которая легко раскалывается и относительно легко загнивает. Применяют для производства паркета, мебели, фанеры.

Грабимеет древесину, схожую с буковой, но более тяжелую. Используют для тех же целей, что и бук.

Осина - заболонная порода с мягкой и легкой древесиной (420-500 кг/м³), склонной к загниванию. Служит сырьем для производства фанеры, древесных плит.

Ольха- заболонная порода с мягкой древесиной, склонной к загниванию. Как и березу, используют для изготовления фанеры.

Липа- спелодревесная мягкая порода. Используют для изготовления фанеры, мебели, тары.

Свойства древесины

Физические свойства древесины.К основным физическим свойствам древесины относят влажность, усушку, набухание, истинную и среднюю плотность,… Древесина, имея волокнистое строение и высокую пористость (55 – 65 %),… Усушка и набухание древесины происходят при изменении ее влажности. Различают линейную и объемную усушку. Линейную…

Лесоматериалы и изделия из древесины

Круглые лесоматериалы – стволы поваленного дерева, очищенные от сучьев. В зависимости от диаметра ствола в верхнем отрубе различают: бревна (диаметр… Пиломатериалы получают продольной распиловкой пиловочных бревен. Они… Строганые и шпунтованные доски и бруски имеют на одной кромке шпунт, а на другой – гребень для плотного соединения…

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

Органические вяжущие вещества представляют собой природные или искусственные твердые, вязкопластичные или жидкие (при обычной температуре) вещества,…

Битумные и дегтевые вяжущие

Различают природные и искусственные (нефтяные) битумы. Природные битумы встречаются в местах нефтяных месторождений, образуя линзы, а иногда и… Химический состав битумов. Элементарный состав (% по массе): углерод – 70-80,… Большое значение имеет групповой состав битумов. Он включает: а) масла (35-60 %) с молекулярной массой 300 – 600,…

Асфальтовые бетоны и растворы

В зависимости от вида минеральной составляющей различают асфальтобетонные смеси: щебеночные, гравийные, песчаные. В зависимости от температуры… Наиболее распространены горячие асфальтобетонные смеси. В зависимости от… В зависимости от наибольшего размера минеральных зерен горячие смеси подразделяют: а) на крупнозернистые (с зернами до…

Полимерные материалы и изделия

Благодаря способности в процессе переработки принимать требуемую форму и сохранять ее после снятия действующих усилий полимерные материалы называют… Полимеры(от греческого «поли» – много, «мерос» – часть, доля)– это… По составу основной цепи макромолекул полимеры разделяют на три группы: а) карбоцепные полимеры – макромолекулярные…

Модификация строительных материалов полимерами

Материалы, модифицированные полимерами, характеризуются повышением прочности при всех видах механического загружения, но особенно при растяжении;… Бетонополимеры – это затвердевшие бетоны, пропитанные поли­мером. Бетоны имеют… В настоящее время разработан метод пропитки бетона в конструкции мономером – метилметакрилатом. При этом бетон…

ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ И КРОВЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Особым видом подобных материалов являются герметизирующие или уплотняющие материалы (герметики).Герметики применяют для уп­лотнения швов между… Кровельные и гидроизоляционные материалы нормируются по показателям…

Кровельные и гидроизоляционные материалы на основе битумов и дегтей

Рулонные гидроизоляционные материалы изготовляют двух типов: 1) с основой – картоном, стеклохолстом, стеклотканью, полиэстером, металлической… При изготовлении обоих типов рулонных материалов для пропитки или нанесения… Выпускаются как беспокровные (подкладочные), так и по­кровные рулонные гидроизоляционные материалы.

Кровельные и гидроизоляционные материалы на основе полимеров

Полиэтиленовые пленки обладает стойкостью против действия природных вод, нейтральных солевых, щелочных и кислотных растворов с содержанием этих… Полипропиленовые пленки имеют более высокие физико-ме­ханические свойства.… Поливинилхлоридные пленки имеют относительное удлинение при разрыве 100-300 %; водопоглощение за 24 ч 0,15-0,2 %.…

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Классификация и основные требования

Теплоизоляционными называют материалы, имеющие теплопро­водность не более 0,175 Вт/(м ·°С) при 25 °С и предназначенные для снижения тепловых потоков в зданиях, технологическом оборудовании, трубопро­водах, тепловых и холодильных промышленных установках. Приме­нение таких материалов в конструкциях позволяет весьма существен­но экономить тепловую энергию, дефицитность и стоимость которой постоянно растут.

Теплоизоляционные материалы и изделия классифицируют:

по виду основного исходного сырья (неорганические и органические);

структуре (волокнистые, ячеистые, зернистые, сыпучие);

форме – рыхлые (вата, перлит), плоские (плиты, маты, войлок), фасонные (цилиндры, полуцилиндры, сегменты и др.) и шнуровые (шнуры, жгу­ты);

сжимаемости – мягкие (М), имеющие относительную деформацию свыше 30 % при удельной нагрузке 2 кПа; полужесткие (ПЖ) – соответственно 6-30 %; жесткие (Ж) – не более 6 %. Кроме того, различают изделия повышенной жесткости, имеющие относительную деформацию до 10 % при удельной нагрузке 4 кПа, и твердые – до 10 % при удельной нагрузке 10 кПа;

возгораемости (горючести) – несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Тепловой поток через пористые строи­тельные материалы представляет собой сумму кондукционного (теплопередача) l_т, конвекционного l_к и радиационного (излучение) l_р потоков. Чем мельче поры и чем их больше, тем меньше теплопроводность изделия (рис. 11). Стремление к замкнутой пористости отличает структуру теплоизоляционных материалов от структуры звукопоглощающих, кото­рые должны иметь определенное количество открытых пор. Это принципиальное отличие необходимо иметь в виду, так как часто для производства теплоизоляционных и звукопоглощающих изделий ис­пользуются одни и те же исходные материалы. Минимальную теплопроводность имеет сухой воздух, заключен­ный в мелких замкнутых порах, в которых практически невозможен конвективный теплообмен, а именно 0,023 Вт/(м × °С). Теплопроводность скелета материала с аморфной структурой сущест­венно ниже, чем с кристаллической. Таким образом, структура теплоизоляционного материала и изделия должна иметь скелет аморфного строения, предельно насыщенный мелкими замкнутыми порами или тонкими воздушными слоями.

Рис.11. Зависимость теплопроводности от толщины воздушных прослоек

Для теплопроводности имеют огромное значение влажность ма­териала, так как теплопроводность воды равна 0,58 Вт/(м × °С), что в 25 раз выше, чем теплопроводность сухого воздуха, содержащегося в мелких замкнутых порах материала.

В случае замерзания воды в порах теплопроводность льда соста­-

вит 2,32 Вт/(м × °С), что на два порядка выше значения теплопроводно­сти сухого воздуха и в 4 раза больше теплопроводности воды.

На практике используют различные способы создания высокопористого строения материала. Для получения материалов ячеистого строения (ячеистые бетоны, пеностекло, пористые пласт­массы) используют способы газовыделения и пенообразования.

Способ высокого водозатворения состоит в применении большого количества воды при получении формовочных масс (например, из трепела, диатомита); последующее испарение воды при сушке и об­жиге формовочных изделий способствует образованию воздушных пор. Этот способ часто сочетается с введением выгорающих добавок (углесодержащих техногенных отходов, древесных опилок и др.).

Создание волокнистого каркаса – основной способ образования пористости у таких материалов, как минеральная вата и изделия из нее, древесно­волокнистые плиты и т.п.

Высокопористое строение закрепляется путем затвердевания или отверждения (соответственно у неорганических и органических материалов).

Теплопроводность – основной качественный показатель теплоизоляционных материалов. По этому показателю они делятся на три класса: класс А – малотеплопроводные – до 0,058 Вт/(м × °С); класс Б – среднетеплопроводные – 0,058-0,116 Вт/(м × °С) и класс В – повышенной теплопроводности – не более 0,18 Вт/(м × °С).

Толщину однородной ограждающей конструкции в зависимости от ее требуемого тер­мического сопротивления и теплопроводности материала определяют по формуле

d = R_t × l ,

где d – толщина конструкции, м; R_t – термическое сопротивление, (м × °С)/Вт; l – теплопроводность материала, Вт/(м × °С).

Теплопроводность материала связана с его плотностью (рис. 12).

 

 

Рис. 12. Зависимость теплопроводности теплоизоляционных материалов
от плотности:

1 – неорганические материалы; 2 – органические материалы

 

 

В настоящее время нормативные требования к энергозащите вновь строящихся и эксплуатируемых зданий значительно повышены. Только высокоэффективные теплоизоляционные материалы плотностью менее 200 кг/м³ и теплопроводностью не свыше 0,06 Вт/(м × °С) способны обеспечить достаточное снижение энергопотерь в строительстве.

Прочность теплоизоляционных материалов при сжатии срав­нительно невелика – 0,2-2,5 МПа. Основной прочностной характе­ристикой волокнистых материалов (плит, скорлуп, сегментов) яв­ляется предел прочности при изгибе. У неорганических материалов он составляет 0,15-0,5 МПа; у древесных плит – 0,4-2 МПа. Гибкие теплоизоляционные материалы (минераловатные маты, войлок) испытывают на растяжение. Прочность материала должна обеспечивать его сохранность при перевозке, складировании, монтаже и, конечно, в эксплуатационных условиях.

Деформативные свойства теплоизоляционных материалов характеризуются сжимаемостью (в виде относительной деформации в процентах) и гибкостью.

Водопоглощение не только ухудшает теплоизоляционные свойства пористого материала, но также понижает его прочность и долговечность. Материалы с закрытыми порами, например, пеностекло, отличаются небольшим водопоглощением. Для снижения водопоглощения при изготовлении материалов с большой открытой пористостью вводят гидрофобизующие добавки.

Газо- и паропроницаемость учитывают при применении теплоизоляционных материалов в ог­раждающих конструкциях. С одной стороны, теплоизоляция не должна препятствовать возду­хообмену жилых помещений с окружающей средой, происходящему через наружные стены зданий. С другой стороны, теплоизоляцию стен защищают от увлажнения с помощью гидроизоляции, устраиваемой с «теплой» стороны.

Огнестойкость связана со сгораемостью материала, т.е. его спо­собностью воспламеняться и гореть. Сгораемые материалы можно применять только при осуществлении мероприятий по защите от воз­горания. Возгораемость материалов определяется при воздействии тем­пературы 800-850 °С и выдержке в течение 20 мин. Предельная температура применения не должна изменять экс­плуатационные свойства материала.

Химическая и биологическая стойкость пористых теплоизоляционных материалов должна препятствовать проникновению в них агрессивных газов и паров, находящихся в окружающей среде. Органические теплоизоляционные материалы и связующие (клей, крахмал) должны обладать биологической стойкостью, т.е. сопротив­ляться действию микроорганизмов, домовых грибов, насекомых (му­равьев, термитов).

Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия

Маты в рулонах выпускают с синтетическим связующим (плотность 35-75 кг/м3); прошивные с металли­ческими, тканевыми, бумажными обкладками, а также с… Полужесткие и мягкие плиты изготовляют с синтетическим, битумным и крахмальным… Керамические теплоизоляторы изготовляют путем формования, сушки и обжига глинистого и другого минерального сырья…

Органические теплоизоляционные материалы и изделия

Теплоизоляционные бетоны на основе органических заполнителей (арболит, опилкобетон, костробетон, полистиролбетон и т.п.) изготовляют на основе… Древесноволокнистые плиты изготовляют путем горячего прес­сования массы,… На основе растительного сырья готовят ряд местных материалов: камышит, соломит, торфяные изоляционные плиты и др.

АКУСТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Акустическими называются материалы, способные уменьшать энергию звуковой волны, снижать уровень громкости внутреннего или внешнего шума.

Акустические материалы принято подразделять в зависимости от назначения, структуры и свойств на звукопоглощающие и зву­коизоляционные или прокладочные.

Звукопоглощающие материалы

Эффективность звукопоглощающих материалов оценивается по классам в зависимости от величины коэффициента звукопоглощения: свыше 0,8 – первый класс;… Большинство применяемых в настоящее время звукопоглощаю­щих материалов… Основные виды звукопоглощающих материалов и их применение.Самыми эффективными звукопоглощающими материалами, имеющими…

Звукоизоляционные материалы

Звукоизоляционная способность конструкции зависит от ее струк­туры, размеров, массы, жесткости, внутреннего сопротивления мате­риала прохождению… Важнейшим свойством, определяющим эффективность изоляционного прокладочного… В качестве эффективных звукоизоляционных материалов при­меняют маты и плиты полужесткие минерало- и стекловатные на…

ОТДЕЛОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Общие сведения

Материалы, применяемые для отделки строительных конструкций и сооружений, должны защищать их от воздействия окружающей среды; придавать завершающее архитектурное оформление; создавать особые санитарно-гигиенические условия, уменьшающие запыление, загрязнение, увлажнение, защиту от шума и др.; обеспечивать возможность восстановления поверхности отделки. Во всем мире резко увеличивается объем производства отделоч­ных материалов, расширяется ассортимент, повышаются качество и выразительность, столь необходимые современному городу, общест­венным зданиям и жилищу.

Разнообразные отделочные материалы и изделия, применяемые в современном строительстве, классифицируют по технологическому признаку (лакокрасочные материалы, изделия из природного и искусственного камня, керамики, стекла, металлов, лесных материалов, полимеров и др.) и архитектурно-строительным видам (ма­териалы для наружной отделки; внутренней отделки; покрытия полов; специальных целей). Ряд материалов и изделий применяют для отделки как внутренних интерьеров, так и фасадов зданий, предъявляя к ним повышенные экс­плуатационные и эстетические свойства. Среди эксплуатационных свойств важнейшими являются сани­тарно-гигиенические, создающие в помещениях здоровые условия для жизни, работы и отдыха, а также огнестойкие, токсикологические, радиационные характеристики, удовлетворяющие соответ­ствующим нормам. Условиями высокого эстетического качества являются подчинение отделки законам красоты, гармонии, художественного вкуса, образная передача цветового тона, чистоты, насы­щенности цвета, цветового рисунока, структурно-текстурных особен­ностей материала.

Решающее влияние на техническую и экономическую эффективность отделочных материалов оказывают фактический срок службы, эксплуатационные расходы на текущие и капитальные ремонты, а также общий срок службы с учетом морального старения.

Лакокрасочные материалы

Лакокрасочные материалы обычно совмещают функции отделки и защиты поверхности строительных конструкций из металла, железобетона, дерева, кирпича и… Общая характеристика лакокрасочных материалов.По основному составу… Красочные материалы и покрытия различают преиму­щественно по химическому и эксплуатационному признакам (табл.4). В…

Материалы на основе древесины и продуктов ее переработки

Находят применение более дешевые материалы на основе продуктов переработки древесины и отходов деревообработки: древесноволокнистые,… Продукты глубокой переработки древесины – кар­тон и бумага – также находят…

Отделочные каменные материалы

Широко используется отделка декоративным (архитектурным) бетоном с ис­пользованием белых и цветных цементов, с заполнителями из дроб­леных горных… В качестве декоративных покрытий используют штукатурки из мелкозернистого…

Отделочные материалы из керамики, стекла, металла

В последнее время существенно повысилась роль облицо­вочных материалов из стекла. Из стекла производят, например: стекло цветное глушенное типа…

Отделочные материалы на основе полимеров

Линкруст – рулонный материал с рельефным рисунком, состоящий из пластической массы на основе синтетической смолы с наполнителем, нанесенной на… Созданы плоские панели и специальные системы из поликарбона­та для легких… Цветные длинномерные элементы для отделки зданий, называ­емые погонажными изделиями, – плинтусы, поручни лестничных…

ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТЕХНОЛОГИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Общие принципы получения строительных материалов

Каждая разновидность строительных материалов и изделий нуждается в специальной технологии. Последняя выражается сво­им регламентом, параметрами… К типич­ным переделам (операциям), обеспечивающим получение строительных… основные – подгото­вка сырья; перемешивание отдозированных сырьевых компонентов; формование получаемой смеси (массы) и…

Основы технологии бетона и железобетона

Подготовка исходных сырьевых компонентов.Важной операцией при получении высококачественного бетона является промывка заполнителей – песка,… Приготовление бетонной смеси.Бетонные смеси приготовляют в бетоносмесительных… Бетоносмесительные машины циклического действия подразделя­ют на гравитационные и с принудительным смешиванием. Для…

Изготовление сборных и монолитных

Железобетонных конструкций

В сборном железобетоне изготовляют все основные части здания: фунда­менты, стены подвалов, наружные и внутренние стены, элементы каркаса и покрытий,… При поточном способе все технологические операции (очистка и смазка форм,… При поточно-агрегатном способе формы и формуемые изделия перемещаются от поста к посту краном с интервалом времени,…

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

 

К разделу 1 «Основы строительного материаловедения»

1. Охарактеризуйте основные виды стандартов, применяемых в области строительных материалов и строительства.

2. Как влияет состав строительного материала на его свойства (с примерами)?

3. Назовите основные типы структур строительных материалов и охарактеризуйте их связь со свойствами материала.

4. Охарактеризуйте основные физические свойства строительных материалов.

5. Как влияет пористость строительного материала на его свойства?

6. Как меняются свойства строительных материалов (с примерами) под воздействием атмосферных факторов?

7. Чем объясняется разрушающее действие на строительный материал воды и мороза, от чего зависит морозостойкость материала и чем характеризуется?

8. От чего и как зависит теплопроводность строительных материалов?

9. Какие материалы называют огнеупорными? Области применения огнеупорных материалов.

10. Как изменяются свойства строительных материалов по мере их увлажнения? Приведите примеры.

11. Охарактеризуйте основные механические свойства строительных материалов.

12. Какие схемы испытаний используются для определения прочности материалов при сжатии, изгибе, растяжении?

13. Как влияют и почему размеры, форма образцов и условия испытания на прочность при сжатии строительных материалов?

14. Что такое коэффициент размягчения и коэффициент конструктивного качества строительных материалов? Какие свойства они характеризуют?

 

К разделу 2 «Основные виды сырья для производства строительных материалов»

1. Назовите три группы горных пород по условиям их образования (по генетическому признаку).

2. Выпишите в виде таблицы главнейшие изверженные (глубинные) горные породы, укажите их плотность, предел прочности на сжатие, минеральный состав и область применения в строительстве.

3. Укажите основные породообразующие минералы.

4. Наличие каких минералов в составе природного каменного материала придаёт ему прочность при ударном воздействии нагрузки?

5. Что такое выветривание горных пород и какие существуют меры для защиты от выветривания каменных материалов?

6. Назовите горные породы, состоящие в основном из карбонатов и сульфатов кальция и магния и используемые для получения минеральных вяжущих веществ.

7. Охарактеризуйте технические свойства горных пород осадочного происхождения, применяемых в строительстве.

8. Как образовались глины в природе, и каковы их основные минеральные компоненты?

9. К какому типу и какой группе горных пород относятся гравий, кварцит, доломит, базальт, песок, известняк, мрамор?

10. Какие горные породы используются для производства
строительных материалов, например, вяжущих, бетонов, раство­ров?

11. Какие техногенные отходы могут быть использованы для
производства строительных материалов?

12. Каковы состав и структура металлургических шлаков?

 

К разделу 3 «Природные каменные материалы»

1. Охарактеризуйте основные виды обработки природных каменных материалов.

2. Опишите основные строительно-технические свойства природных каменных материалов.

3. Как добывают и обрабатывают природный камень?

4. Какие виды природных каменных материалов применяются в строительстве?

5. Где применяют плотные природные каменные материалы и где пористые?

6. Как предохранить каменные материалы в сооружениях от разрушения?

 

К разделу 4 «Обжиговые каменные материалы»

1. Укажите основные требования к сырью для производства керамических изделий.

2. Какие добавки и для каких целей вводятся в глину при изготовлении керамических изделий?

3. Что происходит с глинами при нагревании (подробно)?

4. Как влияют обжиговые свойства глин на структуру и свойства керамических изделий?

5. Перечислите имеющиеся разновидности керамического кирпича.

6. Какие стеновые керамические изделия относятся к группе эффективных и в чём их преимущества по сравнению с обыкновенным кирпичом?

7. Какие разновидности облицовочной керамики применяют в строительстве, и какие требования предъявляют к сырьевым компонентам?

8. Что представляет собой строительное стекло, какие сырьевые материалы применяют для его изготовления?

9. Охарактеризуйте основные виды стекла, применяемые в строительстве и их строительно-технические свойства.

10. В чем особенности структуры ситаллов и их свойств?

11. Как получают и какими свойствами обладают шлакоситаллы?

 

К разделу 5 «Минеральные вяжущие вещества»

1. Сравните по химическому составу и структуре гипсовые вя­жущие β-модификации и α-модификации (высокопрочный гипс); определите свойства и назовите области применения разновидностей гипсовых вяжущих.

2. Какие существуют меры по повышению водостойкости гипсовых вяжущих?

3. В каком виде и для каких целей применяют воздушную известь?

4. Что такое известь-кипелка и известь-пушонка? Их характеристика по ГОСТ?

5. В каком виде и для каких целей применяют гидравлическую известь в строительстве?

6. Что представляют собой магнезиальные вяжущие вещества и в чём их основное отличие от других вяжущих материалов?

7. Каковы свойства магнезиальных вяжущих веществ? В чём основное отличие каустического магнезита от каустического доломита?

8. Что такое портландцемент? Каков его химический и минеральный состав?

9. Какое сырьё применяют для производства портландцемента?

10. Объясните влияние минерального состава на прочность и экзотермию портландцемента, используя сведения о процессах гидратации главных клинкерных минералов (C₃S, C₂S, С₃А, C₄AF).

11. Какие химические соединения возникают при гидратации портландцемента и как они влияют на свойства цементного камня?

12. Какие существуют теории твердения портландцемента? Их основные положения.

13. Укажите различие понятий: "активность" и "марка" цемента по прочности. Как определить марку цемента?

14. Какое влияние оказывает окружающая среда на твердение портландцемента и как ускорить процесс твердения?

15. Усадка цементного камня. От чего зависит усадка, виды усадки?

16. Что такое цементная «бацилла», и какие существуют меры защиты от этого вида коррозии цементного камня?

17. Состав, свойства и области применения быстротвердеющих и высокопрочных портландцементов.

18. Опишите основные свойства специальных цементов: гидрофобного и пластифицированного, расширяющегося и напрягающего.

19. Состав, свойства и области применения сульфатостойких и дорожных портландцементов.

20. Состав, свойства и области применения декоративных цементов.

21. Приведите примеры гидравлических добавок и укажите их назначение.

22. Что такое глинозёмистый цемент, какими свойствами он обладает и где применяется в строительстве?

23. Каков химический состав глинозёмистого цемента, и какие основные химические реакции протекают при его твердении?

24. Состав, свойства и условия применения расширяющихся и напрягающих цементов.

 

К разделу 6 «Бетоны»

1. Что такое цементный бетон, из чего он состоит и по каким признакам классифицируется?

2. Какова роль вяжущего, заполнителей, воды и добавок в бетоне?

3. Какие требования предъявляются к заполнителям тяжёлого бетона?

4. Классификация химических добавок в бетон.

5. Охарактеризуйте основные свойства бетонной смеси.

6. Каким образом оценивают консистенцию бетонной смеси? От чего зависят подвижность и жёсткость бетонной смеси?

7. Связь реологических и технических свойств бетонной смеси; классификация смесей по показателям удобоукладываемости.

8. Применение пластификаторов для регулирования удобоукладываемости бетонной смеси и экономии цемента.

9. Как влияет структура цементного бетона на его свойства?

10. Охарактеризуйте основные свойства тяжёлого бетона.

11. Что такое класс бетона и его марка по прочности на сжатие?

12. Какие факторы и как влияют на прочность цементного бетона?

13. Основной закон прочности бетона, его физический смысл и математическое выражение.

14. Как влияют температура и влажность среды на твердение тяжёлого бетона?

15. От чего зависит и каким образом можно повысить морозостойкость цементного бетона?

16. Чем характеризуется и от чего зависит водонепроницаемость бетона?

17. Перечислите виды пор тяжёлого бетона. Какие виды пор влияют на морозостойкость и проницаемость тяжёлого бетона.

18. Какие деформации испытывает цементный бетон под действием атмосферных факторов?

19. Охарактеризуйте отношение цементного бетона к действию повышенных температур. Как повысить его жаростойкость?

20. Что такое коррозия бетона, и какие существуют меры защиты бетона от коррозии?

21. Чем отличается производственный состав бетона от номинального состава? Какие существуют способы выражения состава бетона?

22. Что такое бетон с химическими добавками и в чём его отличие от обычного тяжёлого бетона?

23. Что такое гидротехнический бетон и каковы его основные свойства?

24. Опишите исходные материалы для дорожного цементного бетона и отличия технологии приготовления этого бетона.

25. Эффективность легких бетонов (на пористом заполнителе и ячеистого) по сравнению с тяжелым бетоном.

26. Что такое керамзит, каковы его свойства и для каких целей он применяется в строительстве?

27. Что такое поризованный лёгкий бетон и в чём его отличие от лёгких бетонов?

28. Что такое пенобетон и газосиликат? Сходство и различие структуры и свойств этих материалов?

29. Из каких сырьевых материалов изготавливают арболит?

30. Железобетон как композиционный материал, назначение (функция) и взаимодействие бетона (матрицы) и арматуры; защитная роль бетона по отношению к стальной арматуре. Что такое железобетон и каковы предпосылки успешной совместной работы бетона и стальной арматуры?

31. Что такое предварительно напряжённый железобетон и каковы его преимущества по сравнению с обычным железобетоном?

32. Что такое фибробетон и в чём особенности мелкозернистого бетона?

К разделу 7 «Строительные растворы»

1. Чем отличаются строительные растворы от бетона?

2. Классификация строительных растворов.

3. Для каких целей предназначены строительные растворы?

4. Назовите основные компоненты строительных растворов. Зачем добавляется известь в цементные строительные растворы?

5. Перечислите основные свойства строительных растворов.

6. От чего зависит прочность строительного раствора? Формула прочности Л.Н.Попова?

7. Что такое сухие растворные смеси? Основные характеристики и эффективность их производства и применения.

 

1.

2.

 

К разделу 8 «Силикатные изделия автоклавного твердения»

1. Какие физико-химические процессы протекают при автоклавной обработке известково-песчаных смесей?

2. Что такое силикатный кирпич и силикатный бетон? Их составы.

3. Назовите свойства и области применения силикатного кирпича.

4. Перечислите разновидности силикатного бетона и их области применения.

 

К разделу 9 «Металлы и изделия из них»

3. Какими характерными свойствами обладают металлы, как материалы для строительных конструкций и изделий?

4. Какие дефекты строения характерны для металлов и как влияют на их физико-механические свойства?

5. Что такое сталь и чугун? Их основные виды.

6. Какие из цветных металлов имеют наибольшее применение в строительстве?

7. Какими показателями характеризуются свойства черных металлов и как они определяются?

8. Какие основные фазы различают в структуре железо-углеродистых сплавов?

9. Виды и марки строительных сталей.

10. Основные достоинства легированных сталей.

11. Перечислите виды соединений металлических изделий в конструкции, какие различают виды сварки.

12. Основные виды металлических изделий для строительства.

13. Перечислите виды коррозии металлов и опишите меры защиты от неё.

 

 

К разделу 10 «Материалы и изделия из древесины»

1. Назовите основные ядровые, заболонные и спелодревесные породы дерева.

2. Положительные и отрицательные свойства древесины как строительного материала?

3. В каких сечениях изучается макроструктура древесины? Объясните основные элементы торцового сечения дерева.

4. Назовите основные элементы макро- и микроструктуры древесины.

5. Формы связи воды в древесине, равновесная влажность, влияние влажности на свойства древесины.

6. Опишите способы предохранения древесины от гниения и возгорания.

7. Основные пороки древесины и их влияние на прочность древе­сины.

8. Какие виды трещин бывают у дерева и как предотвратить появление трещин при сушке и хранении?

К разделу 11 «Конструкционные материалы на основе органических вяжущих веществ»

1. Каковы состав и строение битумов?

2. По каким показателям определяют марку битума?

3. Перечислите строительные материалы на основе битумных и дёгтевых органических вяжущих.

4. Назовите состав асфальтобетона и его свойства.

5. В результате чего идет процесс твердения асфальтобетонов?

6. Состав и классификация полимерных вяжущих.

7. Что такое полимеризационные и поликонденсационные полимеры, термопластичные и термореактивные, приведите примеры.

8. Назовите положительные и отрицательные свойства полимерных материалов.

9. Из каких компонентов состоит пластмасса?

10. В чём особенности твердения и свойств полимербетонов?

11. Виды, свойства и области применения конструкционных пластмасс.

12. В чем заключается модификация традиционных материалов (и
каких) полимерами?

К разделу 12 «Гидроизоляционные и кровельные материалы»

1. Выпишите в виде таблицы известные вам кровельные материалы, с указанием их основных свойств.

2. В чём отличие наплавляемого рубероида от обычного? Чем отличается пергамин от рубероида?

3. Назовите основные гидроизоляционные материалы, получаемые на основе полимеров и битумополимеров.

4. Что такое битумная эмульсия и чем обеспечивается её устойчивость от коагуляции и седиментации при хранении?

5. Из чего делают пленочные полимерные материалы и их свойства

К разделу 13 «Теплоизоляционные материалы»

1. Особенности строения теплоизоляционных материалов, их классификация.

2. Технико-экономическое значение теплоизоляционных материалов при применении в ограждающих строительных конструкциях.

3. Важнейшие материалы для тепловой изоляции строительных
конструкций.

4. Что служит сырьём для изготовления неорганических теплоизоляционных материалов, и в каком виде эти материалы применяют?

5. Минеральная вата и минераловатные изделия. Получение и области применения.

6. Какие полимерные связки применяют при получении минераловатных изделий и каковы преимущества этих связок перед битумными?

7. Что служит сырьём для изготовления теплоизоляционных материалов на основе неорганических вяжущих веществ.

8. Что такое пеностекло и для чего его применяют?

9. Какими свойствами обладают ячеистые пластмассы? Области их применения.

10. В чём преимущество неорганических теплоизоляционных материалов перед органическими?

 

К разделу 14 «Акустические материалы и изделия»

1. Какие материалы называются акустическими и их классификация?

2. Какую функцию выполняют звукопоглощающие материалы? Назовите материалы, способствующие звукопоглощению в помещениях.

3. Свойства основных видов звукопоглощающих материалов.

4. Назовите основные звукоизоляционные материалы. Особенности их структуры и свойств.

К разделу 15 «Отделочные материалы»

1. Какие материалы применяют для отделки поверхностей зданий и помещений?

2. Требования, предъявляемые к отделочным материалам.

3. Основные пигменты строительных красочных составов.

4. Водные красочные составы. Известковые, клеевые, силикатные
и другие составы, их свойства и области применения.

5. Виды олиф, их свойства и применение в масляных красочных составах?

6. Полимерные красочные составы. Лаки. Эмали. Их свойства, применение.

7. Назовите основные материалы для полов.

 

К разделу 16 «Основные процессы в технологии конструкционных материалов»

1. Назовите типичные переделы (операции) при получении строительных материалов и основные требования к ним.

2. В чем преимущества сухих способов приготовления сырьевой смеси по сравнению с мокрыми в технологии обжиговых материалов?

3. Для чего необходимо уплотнение сырьевой смеси при формовании строительных изделий?

4. В чем смысл обработки отформованных изделий, и какие явления сопровождают процессы их структурообразования?

5. Перечислите основные операции в технологии бетонных и железобетонных изделий и конструкций.

6. Охарактеризуйте основные способы приготовления бетонной смеси.

7. Изложите существующие способы формования бетонной смеси.

8. Как влияет виброуплотнение на структуру бетонной смеси?

9. Укажите способы ускорения твердения тяжёлого бетона.

10. Опишите процессы, происходящие при тепловой обработке тяжёлого бетона. Что влияет на характер нарастания прочности при тепловой обработке?

11. Охарактеризуйте основные схемы производства сборного железобетона.

12. Как изготовляют монолитный железобетон?

13. Назовите преимущества сборно-монолитных конструкций.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ЗАДАЧИ ПО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ И ТЕХНОЛОГИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Решение задач по основным свойствам материалов

Расчеты прочности и устойчивости конструкций и сооружений невозможны без данных о прочности применяемых материалов. Невозможен прогноз их… Ниже даются примеры таких расчетов, основанных на знании основных свойств… Задача 1. Горная порода имеет истинную плотность 2,5 г/см3. Определить пористость образца породы, если известно, что…

Контрольные задания

1. Масса образца камня в сухом состоянии равна 50 г. Определить массу образца после насыщения его водой, а также его истинную плотность, если известно, что водопоглощение образца по объёму равно 18 %, а пористость - 25 % и средняя плотность - 1800 кг/м³.

2. Определить пористость образца камня, если известно, что его водопоглощение по объёму в 1,7 раза больше водопоглощения по массе, а истинная плотность равна 2,6 г/см³.

3. Камневидный материал в виде образца - куба, ребро которого равно 6,5 см, в сухом состоянии имеет массу 495 г. Определить коэффициент теплопроводности (ориентировочный) и возможное назначение материала.

4. Масса образца камня в сухом состоянии 76 г. После насыщения образца водой его масса увеличилась до 79 г. Определить плотность и пористость камня, если его водопоглощение по объёму составляет 8,2 %, а истинная плотность равна 2,68 г/см³.

5. Сухой образец камня при испытании на сжатие разрушился при показании манометра 100 МПа. Определить предел прочности при сжатии образца в насыщенном водой состоянии, если известно, что коэффициент размягчения равен 0,6, а площадь образца в 2 раза больше площади поршня гидравлического пресса.

6. Определить плотность каменного образца неправильной формы, если на воздухе его масса равна 80 г. Масса образца, покрытого парафином, равна 80,75 г. При взвешивании парафинированного образца в воде получили 39 г.

7. Определить коэффициент размягчения камня, если при испытании образца в сухом состоянии на сжатие максимальное показание манометра пресса было равно 38,8 МПа, тогда как такой же образец в водонасыщенном состоянии показал предел прочности при сжатии 20,1 МПа. Образец имел форму куба с ребром 7 см. Площадь поршня пресса равна 50 см².

8. Во сколько раз пористость камня А отличается от пористости камня Б, если известно, что истинная плотность обоих камней практически одинакова и составляет 2,72 г/см³, но средняя плотность камня А на 20 % больше, чем камня Б, у которого водопоглощение по объёму в 1,8 раза больше водопоглощения по массе?

9. Какую минимальную полезную площадь должен иметь цементный склад для размещения 1250 т цемента в россыпи со средней насыпной плотностью 1250 кг/м³, если высота слоя цемента на складе во избежание слеживания не должна превышать 1,5 м?

10. Пикнометр с навеской вяжущего вещества весил 34,30 г, а пустой – 24,10 г. Когда в пикнометр с навеской влили керосин до метки, то вес его стал равен 74,17 г, а вес пикнометра с керосином (без навески) был равен 66,60 г. Рассчитать истинную плотность вяжущего вещества, если вес пикнометра с водой (без навески) равен 74,20 г.

11. Дозировочный бункер для песка имеет форму цилиндра с диаметром 100 см и высотой 120 см и весит с песком 1585 кг, а пустой – 84 кг. Определить общую пористость песка в бункере, принимая истинную плотность песка равной 2,64 г/см³.

12. Масса образца камня в сухом состоянии равна 60 г. При насыщении водой масса стала 70 г. Определить среднюю плотность, водопоглощение по массе и пористость камня, если водопоглощение по объёму составляет 21 %, а истинная плотность – 2,4 г/см³.

13. Наружная стеновая панель из газобетона имеет размеры 3,1´2,9´0,30 м и массу 2,16 т. Определить пористость газобетона, принимая его истинную плотность равной 2,81 г/см³.

14. Водопоглощение по массе и объёму бетона соответственно равно 3,9 % и 8,6 %. Рассчитать общую пористость бетона при его истинной плотности 2,72 г/см³.

15. Керамзитобетонная наружная стеновая панель размерами 3,1´2,8´0,25 м весит 2,25 т при влажности 13,2 %. Рассчитать среднюю плотность керамзитобетона во влажном и абсолютно сухом состоянии.

16. Бетонный кубик с размером ребра 20 см разрушился на гидравлическом прессе при показании манометра 12,5 МПа. Определить прочность бетона при сжатии, если диаметр поршня пресса равен 24 см.

17. Предел прочности при сжатии бетона, имеющего среднюю плотность 2300 кг/м³, равен 19,5 МПа. Какую прочность будет иметь бетон из тех же материалов, имеющий плотность 1800 кг/м³, если установлено, что при повышении пористости бетона на каждые 10 % прочность его снижается в среднем на 2,6 МПа. Истинную плотность бетона принять равной 2,7 г/см³.

18. Сосновый брус сечением 10´20 см (толщина ´ высота) лежит на двух опорах, отстоящих друг от друга на 4 м. Посередине бруса к нему была приложена максимальная нагрузка 2,1 т, которая вызвала излом бруса. Рассчитать предел прочности бруса при изгибе.

19. Кубик из газобетона с размером ребра 20 см погружён в воду. В первый момент, когда поглощением воды можно пренебречь, кубик плавает в воде, и высота его над уровнем воды составляет 6,5 см. Определить пористость газобетона, принимая его истинную плотность равной 2,79 г/см³.

 

Решение задач по свойствам неорганических вяжущих веществ

Современное строительное производство располагает большой номенклатурой вяжущих веществ с широким диапазоном их свойств. При применении таких широко… Кроме того, при изготовлении некоторых воздушных вяжущих веществ, являющихся… Ниже даются наиболее типичные примеры таких расчетов.

Контрольные задания

 

1. Рассчитать выход негашеной комовой извести из 8 т сухого известняка, содержащего 5 % примесей; сколько при этом будет получено извести-пушонки, если активность негашёной извести составила 85 %, а влажность пушонки – 4 %.

2. Сколько каустического магнезита можно получить при обжиге 15 т природного магнезита, содержащего 8 % неразлагающихся примесей?

3. Сколько активной МgО будет содержаться в продукте обжига 10 т чистого доломита (диссоциацией СаСО₃ при заданном режиме обжига пренебречь)?

4. Определить объём цементного теста нормальной густоты, полученный из 1 кг пуццоланового портландцемента. Истинная плотность цемента – 2,85 г/см³, водопотребность – 30 %.

5. Цемент при полной гидратации химически связывает 32 % воды от массы цемента. Определить пористость цементного камня из теста с водоцементным отношением В/Ц = 0,35, если степень гидратации цемента составила 40 %. Истинная плотность цемента 3,1 г/см³.

6. Определить пористость цементного камня из пуццоланового портландцемента, если цементное тесто содержало 40 % воды (В/Ц = 0,40). Количество химически связанной воды после затвердевания составило 12 % от массы цемента. Истинная плотность цемента 2,85 г/см³.

7. Рассчитать, сколько свободной извести Са(ОН)₂ выделится при гидратации 10 кг портландцемента (без активных минеральных добавок), содержащего 54 % С₃S и 22 % С₂S, если гидратация алита прошла на 65 %, а гидратация белита – на 10 %?

8. Сколько получится строительного гипса из 1 т гипсового камня, содержащего 8 % примесей?

9. Сколько тепла выделяется при гашении 5 кг извести – кипелки, содержащей 90 % активной СаО, если каждый килограмм СаО выделяет при гашении 1160 кДж тепла?

10. Сколько известкового теста (по массе и объёму), содержащего 40 % воды, можно получить из 27 т извести – кипелки, имеющей активность 88 % (по содержанию СаО)? Плотность теста 1400 кг/м³.

11. Сколько можно получить извести-кипелки из 5 т известняка, содержащего в виде примеси 2 % песка и 3 % глинистых примесей?

12. Цемент при полной гидратации химически связывает 36 % воды по отношению к массе цемента. Определить пористость цементного камня из теста с В/Ц = 0,4, если степень гидратации составит 30 %. Истинная плотность цемента – 3,1 г/см³.

13. Определить объём цементного теста нормальной густоты, полученный из 1 кг портландцемента. Истинная плотность цемента – 3,13 г/см³; водопотребность 24 %.

14. При затворении гипса 50 % воды начало схватывания теста составило 2 мин, а конец схватывания – 10 мин, а при затворении этого же гипса 65 % воды – соответственно 6 и 18 мин. Показать (графически) зависимость сроков схватывания гипса от водогипсового отношения и, считая её прямолинейной, определить сроки схватывания этого гипса при водогипсовом отношении 58 %.

15. Сколько квадратных метров сухой штукатурки толщиной 10,5 мм (без картона) можно получить из 10 т строительного гипса при затворении его 60 % воды, если плотность сырого затвердевшего гипса равна 2,1 кг/л?

16. Для затворения 5 кг строительного гипса взято 65 % воды. Определить пористость полученной абсолютно сухой гипсовой отливки при условии, что весь гипс состоял из полугидрата, а плотность сырой отливки равна 2,1 кг/дм³.

17. Сколько будет получено гидратной извести (пушонки) из 5 т извести-кипелки с активностью 88 %, если влажность гидратной извести равна 3,5 %?

18. Определить пористость цементного камня при водоцементном отношении 0,6, если химически связанная вода составляет 16 % от массы цемента, истинная плотность которого 3,1 г/см³.

19. Определить количество известкового теста по массе и объёму, содержащего 50 % воды и полученного из 2 т извести-кипелки, имеющей активность 85 % (по содержанию СаО). Плотность известкового теста 1420 кг/м³.

 

Решение задач по свойствам тяжелого бетона

Приведенные ниже примеры задач и их решения помогут выполнить эти расчеты. Задача 1. Расход цемента равен 300 кг на 1 м3 бетона, водоцементное отношение… Решение. Количество воды в 1 м3 бетонной смеси:

Контрольные задания

1. Для приготовления бетона с прочностью в 14-суточном возрасте 16,8 МПа применяется портландцемент марки 400 и заполнители высокого качества. Рассчитать водоцементное отношение при изготовлении данного бетона.

2. Какой активности и марки должен быть портландцемент для получения бетона с прочностью в 7-суточном возрасте 11,5 МПа на рядовых заполнителях при водоцементном отношении В/Ц = 0,62.

3. Какой маркой по прочности будет обладать бетон, изготовленный на портландцементе с активностью 43,5 МПа и рядовых заполнителях при водоцементном отношении 0,55?

4. Определить плотность затвердевшего бетона, полученного из бетонной смеси состава по массе 1 : 1,9 : 3,8 при В/Ц = 0,52, и плотностью 2380 кг/м³, если химически связанной с цементом воды в бетоне содержится 16 % от массы цемента.

5. Сколько тонн щебня необходимо взять для изготовления бетонного фундамента, имеющего размеры 10,0´1,5´0,6 м, если насыпная плотность щебня равна 1,42 т/м³, истинная плотность – 2,80 г/см³, а коэффициент раздвижки зёрен щебня – 1,25?

6. Определить плотность и коэффициент выхода бетонной смеси состава 1 : 2 : 4,5 (по массе) при В/Ц = 0,59, если на 1 м³ его расходуется 350 кг цемента, а насыпные плотности цемента, песка и щебня составляют соответственно 1,2 ; 1,58 и 1,46 т/м³.

7. Определить расход материалов для получения 35 м³ бетона состава по массе 1 : 2 : 4,1 при В/Ц = 0,6, если плотность бетонной смеси составляет 2310 кг/м³.

8. Определить пористость бетонов, полученных из смесей, водоцементное отношение в которых было 0,5 и 0,75, и содержащих одинаковое количество воды затворения – 180 л на 1 м³ бетона. Химически связалось цементом воды в бетонах 15 % от массы цемента.

9. По известному составу бетона (расходы материалов на 1 м³ бетона: цемента – 330 кг; воды – 180 л; песка – 730 кг и щебня – 1260 кг) определить расчётную плотность бетонной смеси; плотность затвердевшего бетона (если к этому времени прореагировало с цементом 20 % воды от массы цемента) и пористость бетона, образовавшуюся вследствие потери избыточной воды затворения.

10. На 1 м³ бетона расходуется 285 кг портландцемента с насыпной плотностью 1,20 т/м³; 610 кг сухого песка с насыпной плотностью 1,56 т/м³; 1210 кг сухого щебня с насыпной плотностью 1,40 т/м³ и 162 л воды. Составить дозировку материалов на один замес бетоносмесителя с емкостью по загрузке 425 л, если влажность песка равна 3 %, а щебня 2 %.

11. Номинальный состав тяжёлого бетона по массе был 1 : 1,9 : 4,1 при В/Ц = 0,45. Плотность бетонной смеси оказалась равной 2235 кг/м³. Определить расход материалов на 1 м³ бетона при влажности песка 4 %, а щебня – 1 %.

12. Сколько кубометров щебня будет израсходовано на бетонирование покрытия дороги площадью 2500 м³ толщиной 15 см, если насыпная плотность щебня 1,38 т/м³, истинная плотность – 2,70 г/см³, а коэффициент раздвижки зёрен щебня – 1,15?

13. Бетонный фундамент из бетона марки по прочности М200 имеет форму правильного параллелепипеда с размерами 4,0´6,0´2,0 м. Сколько требуется портландцемента для изготовления этого фундамента, если активность цемента 38,5 МПа, заполнители – среднего качества, а расход воды на 1 м³ бетона равен 170 л?

14. Сколько портландцемента марки 400 необходимо израсходовать на 1 м³ бетона марки по прочности М 400 при рядовых заполнителях, если расход воды на 1 м³ бетона составляет 185 л?

15. Какой активности и марки должен быть портландцемент для получения бетона марки по прочности М200 на заполнителях низкого качества при водоцементном отношении В/Ц = 0,58?

16. Какой маркой по прочности будет обладать бетон, приготовленный из портландцемента марки 400 и заполнителей высокого качества при водоцементном отношении В/Ц = 0,65?

17. Для приготовления тяжёлого бетона марки по прочности М200 употребляются портландцемент с активностью 42 МПа и заполнители среднего качества (рядовые). Рассчитать водоцементное отношение при изготовлении данного бетона.

18. При испытании трёх бетонных кубиков с размером ребра 150 мм в 14-суточном возрасте на гидравлическом прессе с площадью поршня 572 см² показания манометра были соответственно равны 8,2; 8,4; и 8,1 МПа. Какой марке по прочности соответствует бетон?

19. Определить минимально необходимую ёмкость бетоносмесителя и плотность бетонной смеси, если при одном замесе получается 2 т бетонной смеси состава 1 : 2 : 4 (по массе) при водоцементном отношении В/Ц = 0,6 и коэффициенте выхода, равном 0,7. Насыпные плотности материалов для бетона: песка – 1,6 т/м³, щебня – 1,5 т/м³ и цемента –1,3 т/м³.

20. Определить расход сухих материалов по массе и объёму на 1 м³ бетона, если номинальный состав его по массе 1 : 2,2 : 5,1 при водоцементном отношении 0,65. Насыпные плотности компонентов бетона: песка – 1600 кг/м³, щебня – 1450 кг/м³ и цемента – 1300 кг/м³. Коэффициент выхода нужно взять из справочных данных.

21. Плотность бетонной смеси номинального состава 1 : 1,9 : 4,1 (по массе) оказалась 2235 кг/м³. Водоцементное отношение было 0,45. Определить расход составляющих материалов на 1 м³ бетона, если в момент приготовления бетонной смеси влажность песка была 7 %, а гравия - 4,0 %.

22. Цементный бетон с 7-дневным сроком твердения показал предел прочности при сжатии 20 МПа. Определить ориентировочную активность цемента, если водоцементное отношение было 0,4.

23. Определить пористость цементного бетона состава 1 :1,9 : 4,5 (по массе) при В/Ц = 0,50, если химически связанная вода составляет 15 % от массы цемента. Плотность бетона 2390 кг/м³ при влажности 2 %.

24. Определить коэффициент выхода и плотность цементного бетона, если для получения 555 м³ его израсходовано 62,5 т цемента, 275 м³ песка и 525 м³ гравия, имеющих насыпные плотности соответственно 1,2; 1,6 и 1,5 т/м³. Водоцементное отношение было равно 0,4.

25. Номинальный состав цементного бетона по объёму 1: 2,5 : 3,1 при водоцементном отношении В/Ц = 0,45. Определить количество составляющих материалов по массе и объему на 135 м³ бетона, если на 1 м³ его расходуется 390 кг цемента, а влажность песка и гравия в момент приготовления бетонной смеси была соответственно равна 5,6 % и 3,0 %. Насыпная плотность цемента 1,3 т/м³, песка – 1,6 т/м³, гравия – 1,5 т/м³.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. РАСЧЕТ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА

Расчет предварительного состава тяжелого бетона

Требуемую среднюю прочность бетона определяют, исходя из заданного класса по прочности на сжатие, по формуле , где В – класс бетона по прочности на сжатие; Кб – коэффициент, зависящий от вида бетона (для тяжелого бетона Кб равен…

Корректирование состава бетона по пробному замесу

  Таблица П.5. Оптимальные значения коэффициента a для подвижных бетонных…  

Определение полевого (производственного) состава бетона

Цп = Цф ; ; ;

Определение расходов материалов на замес бетоносмесителя

; ; ;

Исходные данные для расчета

Исходные материалы: портландцемент: марка (активность) М ___ (= _39,2_ МПа), истинная плотность rц = _3,1_ кг/дм3, насыпная плотность rнц = _1,2_… Для получения заданной подвижности (жесткости) в пробном замесе увеличили… Расчет предварительного состава бетона.

Количество материалов и характеристики бетонной смеси в пробном замесе

Фактическая плотность бетонной смеси отличается от расчетной плотности на 0,65 %, что является допустимым расхождением (менее 2 %). Состав бетонной смеси с учетом корректирующих добавок и фактической средней… 319 кг.

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

2.1. Горные породы как сырьевая база производства строительных материалов ………………………….................................... 2.1.1. Магматические горные породы ……………………………………..

Владимир Владимирович Белов

Виктория Борисовна Петропавловская

Учебное пособие Издание второе