Строительные материалы. 
Строительные материалы

Строительные материалы Основные свойства строительных материалов Все свойства строительных материалов можно разделить на 4 группы:

Физические свойства; Механические свойства; Химические свойства; Технологические свойства Физические свойства Истинная плотность материала (с) — это масса единицы объема в абсолютно плотном состоянии без пор и пустот: с =. Измеряется в г/см3, кг/м3.

Средняя плотность (г) — это масса единицы объема в естественном состоянии с порами и пустотами:. Измеряется в г/см3, кг/м3; г < с.

Пористость (П) — это степень заполнения материала порами: .

Водопоглощение — это способность материала впитывать и удерживать в себе влагу.

Водопоглощение по массе: Вм = (mнас — mсух)/mсух*100%.

Водопоглощение по объему: Вм =(mнас — mсух)/V*100%.

Морозостойкость — это способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без значительной потери прочности и массы. Измеряется в циклах. Потеря прочности при испытании на морозостойкость не должна превышать 15−20%, потеря массы — 5%.

Теплопроводность — это способность материала передавать тепло; л — коэффициент теплопроводности, зависит от пористости. Измеряется в Вт/м * оС :

лвоздуха = 0,002 Вт/м * оС;

лбетона = 0,6−0,8 Вт/м * оС.

Теплоемкость — это способность материала поглощать и удерживать в себе тепло. С — коэффициент теплоемкости. Измеряется в кДж/кг * оС.

Огнеупорность — это способность материала не разрушаться под действием высоких температур. Строительные материалы делятся на 3 группы: огнеупорные материалы, выдерживают температуру свыше 1580 оС; тугоплавкие материалы, выдерживают температуру от 1350 оС до 1580 оС; легкоплавкие материалы, выдерживают температуру до 1350 оС.

Огнестойкость — это способность материала не возгораться. Строительные материалы делятся на 3 группы: сгораемые материалы (дерево, битум); трудносгораемые материалы (минеральная вата); несгораемые материалы (бетон).

Механические свойства Прочность — это способность материала не разрушаться под воздействие внутренних напряжений, возникающих при наложении нагрузки или изменении температуры.

Характеризуется пределами прочности ®. Измеряются в МПа, кгс/см2.

Упругость — это способность материала восстанавливать свою форму и размеры после снятия нагрузки.

Пластичность — это способность материала изменять свою форму после снятия нагрузки.

Твердость — это способность материала сопротивляться проникновению в него другого материала.

Для каменных материалов твердость определяется по шкале Мосса (определение производится путем нанесения царапины любым каменным материалом на определяемом материале, при отсутствии царапины испытуемый материал тверже). Шкала состоит из 10 наименований твердых каменных материалов. Самый твердый материал по шкале — алмаз, самый мягкий — тальк.

Для металлов твердость определяется путем вдавливания стального шарика в металл (твердость по Брюнелю). Истираемость — измеряется в г/см2.

Химические свойства Характеризуют способность материала не разрушаться под воздействием кислот, щелочей, растворов солей, агрессивных газов.

Технологические свойства Характеризуют способность материала обрабатываться.

Горные породы Горная порода — это минеральная масса, состоящая из одного или нескольких минералов. Минерал — это природное тело с определенными химическими и физическими свойствами.

Классификация горных пород.

Изверженные магматические породы образуются в результате быстрого охлаждения магмы и имеют полукристаллическое строение. Отличаются высокой прочностью, плотностью. Применяются для облицовочных работ, при каменном литье.

Обломочные магматические породы образуются при извержении вулканов и быстрого охлаждения. Имеют пористую структуру. Небольшую плотность и прочность.

Глубинные горные породы образуются на большой глубине с постепенным остыванием магмы. Имеют кристаллическое строение.

Химические осадочные горные породы образуются в результате наслаивания друг на друга отживших микроорганизмов.

Механические осадочные горные породы образуются в результате выветривания.

Метаморфические горные породы образуются из магматических и осадочных горных пород в процессе их перекристаллизации без плавления.

Минеральные вяжущие вещества (неорганические) Минеральные вяжущие вещества — это тонко измельченные порошки, которые при затворении с водой образуют пластичное тесто, а со временем переходят в камневидное состояние.

Классификация минеральных вяжущих веществ.

Воздушные вяжущие вещества способны твердеть, набирать и сохранять свою прочность только на воздухе.

Гидравлические вяжущие вещества способны твердеть, набирать и сохранять свою прочность как на воздухе, так и в воде.

Автоклавного твердения вяжущие вещества переходят в твердое состояние и сохраняют свою прочность в условиях повышенных температуры и давления.

Гидравлические вяжущие вещества.

Портланд-цемент — это гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом портланд-цементного клинкера с небольшим количеством гипса.

Портланд-цементный клинкер — это зерна серого или зеленого цвета, диаметром от 5 до 30 мм, получаемые обжигом сырьевой смеси, состоящей из известняков и глины (75% CaCO3, 25% глины). Гипс в количестве до 5% добавляют к клинкеру для регулирования сроков схватывания.

Рис. 1.1.

R — прочность, t — время.

В процессе эксплуатации цементный камень может достаточно быстро разрушаться под воздействием растворов кислот, солей, агрессивных газов и других активно-влияющих химических соединений. Разрушение происходит за счет вымывания составляющих цемента, в основном гидроксида кальция, мягкими водами.

Органические вяжущие вещества Органические вяжущие вещества — это смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных. К органическим вяжущим веществам относятся битумы и дегти.

Органические вяжущие вещества при нагревании размягчаются, при охлаждении затвердевают. Для них характерны следующие свойства: нерастворимость в воде и водонепроницаемость; атмосферная стойкость; хорошее сцепление с поверхностью каменных материалов; кислото — и щёлочестойкость; растворимость в бензоле, хлорофилле, четырёхфтористом углероде.

Рис. 1.2 Структурный состав битумов

Масла придают битумам текучесть, смолы — вязкость, а асфальтены — твердость и температурную стойкость.

Применение битумов: примерно 80% органических вяжущих веществ используется в дорожном строительстве (асфальтовые бетоны, асфальтовые растворы). Остальное 20% - кровельные материалы (в виде рулонных, листовых материалов и в виде мастик).

Бетоны.

Бетон — это искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения рационально подобранной смеси вяжущего вещества, крупного (щебня или гравия), мелкого (песка) наполнителей и воды. Классификация бетонов производится по средней плотности (г): особо тяжелые (г>2500 кг/м3); тяжелые (г=2200−2500 кг/м3); облегченные (г=1800−2200 кг/м3); легкие (г=500−1800 кг/м3); особо легкие (г<500 кг/м3).

Существуют также специальные виды бетонов: жаростойкие — предназначенные для использования в конструкциях, эксплуатирующихся при t? 200 °C; химически стойкие — используемые в условиях агрессивных сред; напрягающие (на основе напрягающего цемента) — предназначенные для создания предварительного напряжения в конструкциях; радиационно-защитные большой массы — применяемые для биологической защиты от излучений и т. п. В последние годы распространение получают бетонополимеры, представляющие собой обычные бетоны, пропитанные полимерами или мономерами с их последующим отверждением, и полимербетоны, в которых в качестве вяжущего используют полимеры. Эти бетоны обладают повышенной прочностью, особенно на растяжение, и высокой химической стойкостью, однако имеют пока относительно высокую стоимость, низкий модуль деформаций (у полимербетонов) и неприменимы в сооружениях с повышенной температурой.

Для дорожных и аэродромных покрытий, полов промзданий и т. п. находят применение бетоны, дисперсно армированные волокнами (стальными, синтетическими и др.). Этот вид бетона, называемый фибробетоном, обладает повышенной растяжимостью и сопротивляемостью ударным воздействиям. строительство битум бетон вяжущий Материалы для бетона и требования к ним Для бетонов разрешается применять портланд-цемент и все его разновидности с учетом того, что марка цемента должна быть выше марки бетона:

Для бетонов разрешается применять питьевую воду (pH>4). Нельзя применять для бетона: болотные и сточные воды, воды горных рек (содержание солей в воде должно быть не более 2500 мг/л, содержание сульфатных солей — не более 2200 мг/л).

Вода для бетона не должна содержать в себе масел, сахара, органических примесей, ила и т. д., т.к. все это снижает прочность бетона.

Песок — рыхлая смесь зерен размерами от 0,14 до 5 мм. Для бетона допускается применение речных, морских, овражных, дюнных, барханных песков. Содержание пылевидных и глинистых примесей в песке должно быть не более 1%.

Крупным наполнителем бетонных смесей является гравий или щебень. Гравий имеет окатанную форму зерна, щебень — угловатую, размером от 15 мм до 60 мм.

Прочность характеризуется маркой бетона или классом. Марка бетона — это прочность стандартных образцов размерами 15Х15Х15 см, хранящихся при нормальной температуре (20оС) и влажности 90−100%. Прочность определяется в возрасте 28 суток. Класс бетона — определяется на тех же образцах по пределу прочности.