Понятие «энергосберегающий строительный материал» долговечность

Архитектор должен понимать взаимосвязь архитектурно-композиционного решения проектируемого объекта и строительных материалов, владеть основами методики создания отделочных материалов на уровне новых промышленных образцов, а также разработки их перспективных каталогов.

Прошлое и настоящее в архитектуре

материалы из природного камня, дерева и др.

Каменный материал гробниц, храмов.

периоде готики, который многие архитекторы справедливо называют вершиной зодчества из природного камня.

в XX веке материалы, высокими прочностными показателями при изгибе и растяжении

процесс восприятия-восприятием архитектурной формы. Огромное значение при этом имеют виды используемых строительных материалов и их свойства.

Эмоциональное воздействие связано с формой, фактурой, цветом, характером рисунка лицевой поверхности строительных материалов

Классификация строительных материалов

По видам основного сырья различают древесные, из природного камня, керамические (на основе глин), из стеклянных и других минеральных (неметаллических) расплавов, из металлов и их сплавов, на основе минеральных вяжущих (например, на основе

строительного гипса, цементов), на основе искусственных полимеров.

По способу получения: природные и искусственные. Природные строительные материалы добывают в местах их естественного образования (горные породы, в верхних

слоях земной коры или роста (древесина). Их используют в архитектурно-строительной практике, применяя преимущественно механическую переработку (глина, песок, облицовочные гранитные плитки, изделия из древесины). Состав и свойства этих материалов в основном зависят от происхождения исходных пород и способов их переработки. Искусст-

венные строительные материалы изготавливают из природного минерального и органического сырья (кирпич из глины, портландцемент из мергелей, полимеры из нефти и

газа., промышленных (шлаковый бетон, шлакоситаллы), а также из нескольких исходных материалов (бетон-щебень, песок, цемент, вода). Полученные искусственные материалы

приобретают новые свойства, отличные от свойств исходного сырья.

По назначению все строительные материалы делятся на конструкционные, конструкционно-отделочные и отделочные.

Конструкционные материалы обеспечивают необходимую прочность несущих конструкций, защиту зданий и сооружений от различных физических воздействий (климатических факторов, шума и др.). Эти материалы скрыты в «теле» конструкции, например кирпич керамический обыкновенный, теплоизоляционные материалы. Конструкционно-отделочные материалы одновременно выполняют не только несущие и защитные функции, но и отделочные. Одна или несколько их поверхностей, которые называются лицевыми, воспринимаются визуально в процессе эксплуатации, например кирпич керамический лицевой, линолеум.

Отделочные материалы не несут какой-либо нагрузки в процессе эксплуатации, но выполняют одновременно отделочные и защитные функции. Они влияют на восприятие среды жизнедеятельности человека (например на эстетический облик фасада, интерьера здания, сооружения). К таким материалам относятся, например, керамические плитки для внутренней облицовки стен или фасада).

По областям применения (производственное назначение): промышленное и

гражданское строительство зданий и сооружений как в городской среде, так и в сельской.

Промышленное строительство включает: строительство заводов и фабрик, агропромышленных комплексов, строительство плотин и мостов и др. Гражданское строительство зданий и

сооружений включает: строительство административно-общественных и жилых зданий, например школ и больниц, банно-прачечных, макси- и мини рынков, спортивных стадионов,

жилых домов(каркасно-панельных, безкаркасно-панельных, в скользящей опалубке и др.)

Материалы органические и неорганические

В зависимости от химического состава все строительные материалы можно услов-

но разделить на органические и неорганические. К органическим материалам относятся:

древесина, органические вяжущие, которые могут встречаться как в в природе, так и быть полученными путем глубокого окисления нефти, а также синтезированные материалы.

К неорганическим строительным материалам относятся природные каменные, полученные в результате механической обработки горных пород, и искусственные, такие, как керамические, на основе минеральных расплавов, металлов, а также минеральных вяжущих веществ.

Современное состояние дел в области производства строительных материалов в республике Беларусь

Промышленность строительных материалов —Республики Беларусь, подотраслей: цементную, керамическую, сборного железобетона направлением развития -расширение ассортимента, выпуск конкурентоспособной продукции, внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий.

Строительные материалы Беларуси: известь, цемент, керамзит, ячеисто-бетонные блоки, кирпич керамический и силикатный, плитка керамическая, гипсокартонные листы, линолеум, стекло, рубероид, шифер, сборный железобетон и др. являются конкурентоспособными на строительном рынке. В промышленности строительных материалов существуют общие тенденции развития предприятийС целью сохранения и расширения конкурентоспособности белорусского цемента на внутреннем и внешних рынках необходимо произвести модернизацию цементных предприятий ОАО «Красносельскцемент», ПО «Кричевцементошифер» с переводом их на «сухой» способ производства.

Комплексная программа развития стройиндустрии

до 2015 года

проблемы самообеспечения потребности республики строительными материалами, изделиями и конструкциями с высокими потребительскими свойствами и в необходимом ассортименте, а также с учетом экспортных поставок. Государственная система стандартизации и аттестации качества

Стандарты — комплекс нормативно-технических требований, норм и правил на продукцию массового применения, утвержденных в качестве обязательных для предприятий и организаций—изготовителей и потребителей указанной продукции. Процесс установления и применения стандартов называется стандартизацией.

К методам стандартизации относятся унификация и типизация строительных материалов.

приведение различных видов строительных материалов к технически и экономически рациональному минимуму типоразмеров, марок, форм, свойств и т. п. Унификация типоразмеров ряда отделочных материалов для облицовки позволяет производить замену одного материала другим без изменения проектной документации.

Типизация предполагает разработку типовых строительных материалов или конструкций на основе общих технических характеристик. Эти требования определяют выпуск строи-тельных материалов, размеры которых связываются с модулем — условной единицей измерения. Модуль применяется для координации размеров материалов частей зданий, элементов оборудования. Единая модульная система в нашей стране создана на базе основного модуля 100 мм (1 М). Установлен ряд производных укрупненных (ЗМ, 6М, 12М, 15М, 30М, 60М) и дробных (1/2М, 1/5М, 1/10М, 1/20М, 1/50М, 1/100М) модулей. Укрупненные и дробные модули (1/2М и 1/5М) определяют в основном размеры элементов и материалов для несущих и ограждающих конструкций, а мелкие дробные модули — толщину плитных и листовых материалов.

Повышение качества строительных материалов и изделий — одна из главных задач промышленности строительных материалов.

Нормативная документация

(ГОСТы, ТУ, СниПы)

Качество каждого строительного материала регламентируется Государственными стандартами (ГОСТами) или техническими условиями (ТУ). В этих нормативных документах даются определение и назначение материала или изделия, его важнейшие свойства, деление на марки и сорта, методы испытаний (установление свойств и их показателей), правила приемки, транспортирования и хранения. Новый ГОСТ имеет силу закона и отменяет действие старого ГОСТа.

строительными нормами и правилами (СНиП). СНиП — это свод нормативных документов по проектированию, строительству и строительным материалам, обязательных для всех организаций и предприятий. ГОСТы разрабатываются преимущественно на строительные материалы и изделия массового изготовления, а СНиПы устанавливают требования ко всей строительной продукции.

Строительные материалы — это все то, что в процессе применения или перед ним дозируется, перемешивается, прирезается или подвергается обработке. подразделяют на сырьевые (известь, гипс, портландцемент, необработанная древесина и т.д.), материалы-полуфабрикаты (ДВП и ДСП, фанера, металлические профили, брусья и др.) и материалы, готовые к применению (кирпич, облицовочная плитка, стеклоблоки и др.).

Строительное изделие — это продукция, имеющая законченную геометрическую форму. К группе изделий относятся столярные (оконные и дверные блоки, щитовой паркет и др.), скобяные (столярная фурнитура, замки, ручки и др.), электротехнические (розетки, выключатели, осветительная арматура и др.), санитарно-технические (мойки, раковины, ванны и др.) изделия. конструкций — бетонные и железобетонные стеновые блоки и панели, фундаментные плиты и блоки, колонны, плиты перекрытий и т.д. Более сложные элементы — фермы, рамы, арки, лестничные марши и т.п. относят к группе конструкций.

Творческое участие техника- архитектора в сфере производства и применения строительных материалов

Процесс архитектурного проектирования постоянно связан с выбором строительных материалов — лучших для данных конкретных условий. При этом необходимо учитывать современные направления и достижения в области совершенствования материальной базы архитектуры.

.Только при условии, что сегодня архитектор будет четко знать, что и из чего мы будем строить минимум через 15—20 лет, и заблаговременно закажет необходимые строительные материалы ученым и технологам промышленности, можно быть уверенным в том, что наша материальная палитра не окажется морально устаревшей и неприемлемой для осуществления творческих замыслов

Важнейший этап творческого участия архитектора в формировании номенклатуры строительных материалов — разработка технического задания-заказа на производство нового или совершенствование известного материала. Современные стандарты предоставляют архитекторам как потребителям продукции промышленности строительных материалов широкие возможности и права контроля над номенклатурой и качеством своей палитры.

Архитектурно-строительные требования к строительным материалам Первая общестроительные — обусловлена назначением материала, технологичностью его применения в строительстве независимо от эксплуатационного режима той конструкции, в которой он будет применен.

Вторая эксплуатационно-технические — определяется почти исключительно режимом эксплуатации зданий и сооружений в целом и конкретных помещений в частности.

Эстетические требования к форме, цвету, рисунку, фактуре Экономические требования, составляемые совместно с экономистами, содержат указания на максимальное значение стоимости, выше которой применение материала в данной конструкции нецелесообразно.

Понятие «материалоемкость»

«Материалоемкость» –свойство эффективных материалов, которые обладают опреде-

ленными признаками.

эксплуатационно-технических и эстетических свойств -простые и сложные. Простые свойства нельзя подразделить на другие. Например, простые свойства «масса», «длина» материалов не могут быть представлены другими более простыми свойствами.

Сложные свойства могут быть разделены на несколько менее сложных или простых свойств. Например, функциональность — сложное свойство, определяемое совокупностью эксплуатационно-технических свойств. Экономичность слагается из технико-экономических характеристик, отражающих затраты на производство, применение и эксплуатацию строительного материала в течение всего расчетного срока службы. К сложным свойствам относятся качество и интегральное качество.

Применение принципов квалиметрии для оценки качества строительных материалов

знакомстве с его методическими основами необходимо учитывать следующие положения: 1) оценка качества строительного материала зависит от того, для какой цели и для каких условий делается эта оценка, поэтому один и тот же материал может иметь несколько различных оценок качества. Прежде чем приступить к оценке качества, необходимо установить все необходимые условия и цель оценки; 2) качество следует рассматривать как иерархическую совокупность свойств материала, расположенных на разных уровнях. Каждое свойство одного уровня зависит от ряда других свойств более низкого уровня; оценка качества материала зависит от принятых показателей его свойств.

Проведение квалиметрического анализа предполагает выполнение нескольких основных этапов, из которых самый ответственный — построение дерева свойств, т. е. изображение всей совокупности свойств материала в виде многоуровневой структуры.

«Рисунок» дерева может изменяться в зависимости от вида материала, цели оценки и других факторов..

Количественная оценка качества сравниваемых строительных материалов (изделий) может быть получена как средняя взвешенная арифметическая из относительных оценок свойств К_i, с учетом их весомости М_i,. мы получим комплексную оценку качества материала, характеризующую его способность удовлетворять всем функциональным и эстетическим требованиям к материалу в соответствии с его назначением. Если же суммируются все без исключения показатели, полученный результат дает наиболее полную оценку интегрального качества материала К^∑

К^∑ = K_i х M_i

При оценке результатов тот из сравниваемых строительных материалов является лучшим по интегральному качеству, у которого показатель К^∑ будет иметь большее значение.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА

К функциональнымм свойствам относят: структурные (средняя и истинная плотность, пористость), гидрофизические (гигроскопичность, водопоглощение, влагоотдача, водо-стойкость, водопроницаемость, влажность), теплофизические (теплопроводность, тепло-емкость, морозостойкость, огнестойкость, огнеупорность), комплексные (долговечность,

надежность, совметимость).

Структурные свойства строительных материалов

Плотностью называют массу единицы объема материала. Различают среднюю, истинную и насыпную плотности.

Средняя плотность — масса единицы объема материала в естественном состоянии, т.е. с порами и пустотами. Среднюю плотность ρ₀ , кг/м³, г/см³, вычисляют по формуле

где т — масса материала (образца) в сухом состоянии, кг или г; V— объем материала (образца) в естественном состоянии, м³ или см³.

Массу материала определяют путем взвешивания образцов на весах различного типа.

Определение объема зависит от формы образца. Образцы бывают правильной (куб, параллелепипед, цилиндр) и неправильной геометрической формы. В первом случае объем образца определяют путем вычислений по геометрическим размерам. Например, для куба V = abc, где а, Ь, с — размеры сторон куба. Если образец неправильной формы (кусочек кирпича), то объем образца определяют по объему вытесненной жидкости (закон Архимеда).

Средняя плотность для материала не является величиной постоянной. Искусственные материалы можно получить с требуемой средней плотностью. Изменяя структуру, можно получить тяжелый бетон плотностью до 2500 и особо легкий плотностью менее 500 кг/м³.

Истинная плотность, кг/м³, г/см³ — масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот). Вычисляют ее по формуле согласно СТБ 4.211—94

где V_а — абсолютный объем материала, м³ или см³.

Истинная плотность — это плотность вещества, из которого состоит материал, поэтому истинная плотность материала является физической постоянной характеристикой.

У плотных материалов числовые значения истинной и средней плотности одинаковы. Например, у стали р₀ = р_и = 7850 кг/м³. У пористых материалов истинная плотность больше средней. Например, у керамического кирпича р_о = 1600...1900 , а р_и = 2500 кг/м³.

Плотность материала в большой степени влияет на его долговечность. Средняя плотность материалов непосредственно влияет на эффективность строительства, а также на трудоемкость транспортирования и монтажа. Снижение средней плотности строительных материалов при сохранении необходимых прочности и долговечности — путь к снижению материалоемкости строительства, повышению его технико-экономической эффективности.

Пористость материала П — это степень заполнения объема материала порами. Пористость по значению дополняет плотность до единицы или до 100% и определяется по формуле П=V_п/V , где

V_п — объем, занимаемый порами, V— объем материала в естественном состоянии, т.е. вместе с порами.

Преобразовав эту формулу, получим П = (1-ро /ри)100%, или

Пористость выражают в процентах (ГОСТ 12730.1—78). Пористость строительных материалов колеблется в широком диапазоне: от 0 (сталь, стекло) до 90...95 (пено- и поропласты); у тяжелого бетона — 5.-.15%.

Коэффициент плотности Кпл - степень заполнения материала твердым веществом: Кпл = ро I pи .

В сумме П + Кпл= 1 или 100%, т.е. высушенный материал состоит из твердого каркаса, обеспечивающего прочность, и воздушных пор.

Поры (от греч. poros — выход, отверстие) в материале — это промежутки, полости между элементами структуры материала, заполненные воздухом или водой. Поры возникают в материалах на различных стадиях их приготовления (у искусственных материалов) и образования (у природных материалов), отсюда и поры бывают искусственные и естественные. Форма, размеры и структура пор различны.

Более крупные поры в изделиях или полости между кусками рыхло насыпанного сыпучего материала (песок, гравий, щебень) называют пустотами.

В зависимости от пористости различают низкопористые (конструкционные материалы— П<30%), среднепористые (П = 30...50%) и высокопористые (теплоизоляционные материалы — П > 50%).

Для рыхлых (сыпучих и волокнистых) материалов (песок, щебень, цемент, минеральная и стекловата), а также для материалов с искусственными пустотами (пустотелые керамические кирпичи и камни, бетонные и железобетонные плиты с технологическими пустотами) отношение объема пустот к общему объему материала называют пустотностью.

Гидрофизические свойства строительных материалов

Гигроскопичность — свойство пористого материала поглощать водяной пар из воздуха

Влажность (W) — это количество воды в материале. Различают абсолютную влажность (г) и относительную (%). Относительную влажность вычисляют по формуле

где т_с — масса сухого образца, г; т_в — масса влажного образца, г.

При увлажнении материалы изменяют свои свойства увеличиваются плотность, теплопроводность и снижается прочность.

Поэтому при хранении и перевозке строительных материалов ГОСТ требует предохранения их от увлажнения.

Водопоглощением называют свойство материалов впитывать и удерживать воду. Водопоглощение определяют по стандартной методике, погружая образцы материала в воду с температурой 20 ± 2 °С и выдерживая их в воде определенное время. Водопоглощение можно определить по отношению к массе сухого материала или по отношению к естественному объему материала. Различают водопоглощение по массе — W и по объему — W и вычисляют их по формулам (в %):

где т_с — масса сухого образца, г; т_н— масса образца, насыщенного

водой, г; V— объем образца в естественном состоянии, см³.

Водопоглощение материала обычно меньше его пористости, так как поры могут быть закрытыми или очень мелкими и вода в них не проникает, а в очень крупных порах вода не удерживается. У высокопористых материалов (древесина, минераловатные и стекловолок-нистые плиты) водопоглощение по массе может быть более 100%; объемное водопоглощение всегда меньше 100%.

Для насыщения водой образец погружают в воду постепенно или выдерживают его в кипящей воде (СТБ 4.2306—94).

В результате насыщения водой свойства материалов значительно изменяются: увеличиваются теплопроводность, плотность, а у некоторых материалов (например, у дерева) также и объем.

Установим зависимость между водопоглощением по массе и по объ

Показатели водопоглощения строительных материалов различны. Например, водопоглощение по массе гранита 0,1...0,8%, керамических плиток для полов — 1...4, тяжелого бетона — 2...3, керамического кирпича — 8...15, теплоизоляционных газосиликатных материалов — 50...75%.

Увлажнение и насыщение водой отрицательно влияет на прочность материалов, снижая ее.

Водостойкостью материала называют его способность сопротивляться разрушительному действию влаги. Количественно водостойкость материала оценивают коэффициентом размягчения К_р. Последний равен отношению предела прочности материала, насыщенного водой R_н, к пределу прочности сухого материала R_с: К_р = R_н /R_с.

Коэффициент размягчения колеблется в пределах от 0 (у глиняных необожженных материалов) до 1 (у стали, битумов). Материалы с коэффициентом размягчения больше 0,8 называют водостойкими.

Водостойкость — важная характеристика строительных материалов, которые применяют в гидротехнических сооружениях. Водостойкость можно повысить искусственно, снижая гидрофильность, уменьшая смачиваемость материалов водой, а также нанесением гидрофобных покрытий.

Высокая гидрофобность и водостойкость некоторых материалов позволяют применять их в качестве гидроизоляционных материалов (битумы, полимерные пленки).

Влагоотдача — свойство материала отдавать воду при наличии соответствующих условий в окружающей среде (повышении температуры, движении воздуха, снижении влажности воздуха).

Водопроницаемостью называют способность материала пропускать воду под давлением. Величина водопроницаемости характеризуется количеством воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 см² площади испытуемого материала (образца) при постоянном давлении. Материалы особо плотные, т.е. у которых истинная и средняя плотности равны (металл, стекло), являются водонепроницаемыми.

Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации Кф (м²/ч). Коэффициент фильтрации обратно пропорционален водонепроницаемости материала.

Чем больше коэффициент фильтрации, тем ниже марка материала по водонепроницаемости. Например, водонепроницаемость бетона характеризуется марками W2, W4, W6, W8, WlO, W12 (цифры обозначают максимальное давление в МПа: 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2).

. Теплофизические свойства строительных материалов

Морозостойкость — свойство насыщенного водой материала выдерживать многократные попеременные замораживания и оттаивания без признаков разрушения и значительного снижения прочности.

Определение морозостойкости материалов проводят в лабораториях на стандартных образцах (бетонные кубы, кирпич и т.п.). Перед испытанием образцы насыщают водой. После этого их помещают в холодильные камеры, замораживают при температуре от —15 до -20 °С и выдерживают некоторое время (4...8 ч), чтобы вода замерзла даже в тонких порах. Затем образцы оттаивают в воде комнатной температуры +20 °С в течение 4 ч и более. Одно такое испытание называют циклом. Число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое должен выдерживать материал без разрушения при условии, что прочность его понизится не более чем на 25%, а потеря массы не превысит 5%, и характеризует морозостойкость материала. По степени морозостойкости, т.е. по числу выдержанных циклов, материалы подразделяют на марки: F10, F15, F25, F35, F50, F100, F150, F200, F300, F400, F500 (СТБ 4.204—94). Например, керамический кирпич по морозостойкости подразделяют на марки F15, F25, F35, F50; тяжелый бетон — F50, F75, F100, F150, F200, F300.

Пористые материалы, как правило, являются достаточно морозостойкими, если при насыщении вода заполняет не более 85% объема пор. Значит, наибольшей морозостойкостью обладают плотные материалы и материалы с закрытой структурой пор и пустот. Обычно после замораживания наблюдается понижение прочности материала по сравнению с прочностью в водонасыщенном состоянии.

Отношение предела прочности при сжатии замороженного образца к пределу прочности при сжатии образца, насыщенного водой, называется коэффициентом морозостойкости К_F :

У морозостойких материалов К_F > 0,75. По результатам лабораторных испытаний строительных материалов на морозостойкость можно прогнозировать срок их службы в естественных условиях: один цикл испытаний примерно соответствует трем годам эксплуатации.

Морозостойкость гидротехнических и дорожных покрытий F50...F300. Применением поверхностно-активных веществ (ПАВ) регулируют структуру бетона и существенно повышают его морозостойкость.

При выборе материалов важно знать их реакцию на действие высоких температур, открытого огня, звуковых волн, различных излучений. Эти характеристики определяют области применения материалов общего и специального назначения. Так, материалы ограждающих конструкций зданий и сооружений должны уменьшать теплообмен с окружающей средой; важным показателем надежности конструкционных и отделочных материалов является их огнестойкость; при выборе материалов для звукопоглощающих облицовок нужно знать их акустические свойства.

Свойства материалов, связанные с изменением температуры, называют теплофизическими.

Теплопроводностью называют свойство материала проводить через свою толщу тепловой поток, возникающий из-за разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Свойство проводить тепло является общим для всех строительных материалов, однако теплопроводность разных материалов различна (см. табл. 1).

Теплопроводность материала зависит от характера пор и вида материала, его пористости, влажности, плотности и средней температуры, при которой происходит передача тепла.

Степень теплопроводности различных строительных материалов характеризуется теплопроводностью, которая обозначается буквой \.

Рассмотрим передачу тепла плоской стеной с параллельными ограничивающими поверхностями из материала толщиной а (м) и площадью А (м²). Если на поверхностях стены будут различные, но постоянные температуры Т₁ и T₂ (Т₁ > Т₂ ), то через стену будет проходить постоянный тепловой поток. Количество тепла Q (Дж), проходящее через стену за Z с, прямо пропорционально разности температур, площади стены и времени Z и обратно пропорционально толщине стены:

отсюда можно определить теплопроводность (Вт/(м·К)):

т.е. теплопроводность численно равна количеству теплоты, проходящей за 1 с через стену толщиной 1 м площадью 1 м² при разности температур на поверхностях 1 К (СТБ 4.206—94).

Большинство строительных материалов содержит поры, пустоты. Теплопроводность воздуха λ = 0,020 Вт/(м·К) меньше, чем у твердых материалов. Поэтому увеличение пористости материалов приводит к снижению теплопроводности. Иногда теплопроводность материалов характеризуют величиной, обратной теплопроводности — термическим сопротивлением: R=-1/λ . Теплопроводность воздуха очень низкая, вследствие этого он оказывает большое термическое сопротивление прохождению теплового потока. Характер пор также влияет на теплопроводность материала. При одинаковой пористости теплопроводность материала будет тем меньше, чем мельче поры, так как в крупных порах происходит передача теплоты конвекцией. Теплопроводность возрастает при наличии сообщающихся крупных пор. Материалы с замкнутыми порами менее теплопроводны, чем с сообщающимися.

Теплопроводность материала зависит и от его структуры: у материалов с волокнистым и слоистым строением теплопроводность поперек и вдоль направления волокон неодинакова (древесина).

На теплопроводность материала оказывает влияние его влажность. Влажные материалы более теплопроводны, чем сухие, так как у воды λ = 0,052 Вт/(м·К), т.е. в 25 раз больше, чем у воздуха.

При повышении температуры теплопроводность большинства материалов возрастает и лишь у некоторых (например, металлов) уменьшается.

Теплопроводность — важное свойство материалов для наружных стен, перекрытий и покрытий, изоляции теплосетей, холодильников, котлов и т.п.

Степень теплопроводности очень важно знать у материалов, используемых для устройства так называемых ограждающих конструкций зданий (т.е. наружных стен, верхних перекрытий, полов в нижнем этаже) и в особенности теплоизоляционных материалов, назначение которых способствовать сохранению тепла в помещениях и тепловых установках.

Теплоемкость — свойство материала поглощать при нагревании и отдавать при охлаждении определенное количество теплоты. Отношение теплоемкости к единице массы называют удельной теплоемкостью с.

Для нагревания материала, имеющего массу (кг) от температуры Т₁ (К) до Т₂ (К), необходимо затратить количество теплоты (Дж),

прямо пропорциональное массе материала и разности температур:

где с — удельная теплоемкость, Дж/(кг·К), отсюда

т.е. удельная теплоемкость численно равна количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 К. Удельная теплоемкость строительных материалов различна. Например, у сосны— 2,51 кДж/(кг·К), у природных камней— 0,75...0,93, у керамического кирпича — 0,74, у тяжелого бетона — 0,8...0,92, у воды — 4,187 кДж/(кг·К).

Теплоемкость строительных материалов учитывают при расчетах теплоустойчивости наружных стен отапливаемых зданий, расчете подогрева составляющих растворов, бетонов и т.п. для работы в зимнее время, а также при расчете отопительных систем.

Огнестойкость — способность материала противостоять действию огня, высоких температур и воды в условиях пожара.

У одних материалов (известняк, доломит, органические материалы) огонь вызывает химическое разложение, другие (алюминий, пластмассы) плавятся, третьи (сталь, гранит) деформируются и разрушаются.

Для повышения огнестойкости материалов их пропитывают или обрабатывают специальными огнезащитными составами — антипиренами. Эти составы под действием огня выделяют газы, не поддерживающие горения, или образуют на материале пористый защитный слой, замедляющий его нагрев.

Огнеупорность — свойство материала выдерживать продолжительное воздействие высоких температур без деформаций и размягчения. По степени огнеупорности материалы подразделяют на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие.

Огнеупорные материалы могут выдерживать длительное воздействие температуры свыше 1580 °С. Их применяют для футеровки внутренних поверхностей промышленных печей (шамотный кирпич, магнезитовые и графитовые материалы).

Тугоплавкие материалы могут выдерживать без размягчения температуру 1350...1580 ° С (гжельский кирпич для кладки печей).

Легкоплавкие материалы размягчаются при температуре ниже 1350 °С (полнотелый и пустотелый керамический кирпич).

Комплексные свойства строительных материалов

Долговечность – способность строительных материалов сопротивляться сложному воздействию внешних и внутренних факторов, проявляющихся в эксплуатационный период

работы конструкции.

Надежность – способность строительных материалов сохранять свои качественные характеристики продолжительное время. Надежность содержит в себе большое количество критериев: безотказность, сохраняемость, долговечность и ремонтопригодность.

Безотказность – свойство материала сохранять работоспособность в течение определенного или возможно более длительное время без вынужденных перерывов на ре-

монт, или замену забракованного в конструкциях изделия и т.д.

Сохраняемость – свойство материала сохранять приданные ему в технологический период качественные характеристики на стадиях хранения, транспортирования и эксплуата-

ции.

Долговечность – свойство материала эффективно сопротивляться сложному воздействию внешних и внутренних факторов в эксплуатационный период.

Ремонтопригодность – свойство материала восстанавливаться и сохранять свои эксплуатационные качества после вынужденного ремонта.

. Механические свойства строительных материалов

Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению от внутренних напряжений, возникающих в нем при воздействии внешних сил. В конструкциях строительные материалы при действии нагрузок испытывают различные деформации и соответствующие им напряжения: сжатия, растяжения, изгиба, среза и др.

В зависимости от того, как материалы ведут себя под нагрузкой, все они подразделяются на пластичные (углеродистые стали, алюминий, медь) и хрупкие (бетон, природные камни, чугун и др.).

Различные материалы по-разному сопротивляются деформациям.

Мерой прочности материалов является предел прочности. Предел прочности — максимальное напряжение, при котором происходит разрушение образца материала.

Предел прочности при сжатии R_сж или предел прочности при растяжении R_р , МПа, равен отношению разрушающей нагрузки F площади поперечного сечения образца А, подвергающегося испытанию, и вычисляется по формуле (СТБ 4.206—94)

где F— разрушающая нагрузка, Н; А— площадь поперечного сечения образца, мм².

Предел прочности при изгибе образца прямоугольного сечения при действии одной сосредоточенной силы, приложенной по середине образца, вычисляют по формуле

где I — расстояние между опорами, мм; b и h — ширина и высота поперечного сечения образца, мм.

I — на сжатие: а — плотный природный камень;

б — пористый природный камень; в — бетон;

г — кирпич (куб склеен из двух половинок); II — на изгиб:

а — цементный раствор; б— кирпич; III — на растяжение: сталь

соответствовать требованиям ГОСТа. Для испытания материалов на сжатие образцы изготовляют в виде куба или цилиндра, на растяжение — в виде призмы или стержня или в виде восьмерки (для битума), на изгиб — в виде балочки (призмы), кирпича (в натуре) на двух опорах. Испытывают образцы до разрушения в лабораториях на гидравлическом прессе или разрывных машинах.

Различные материалы обладают неодинаковым пределом прочности при сжатии: от 0,5 (торфяные плиты) до 1000 МПа и более (высокопрочная сталь).

Прочность конструкционных строительных материалов характеризуется маркой (М), которая, как правило, совпадает по значению с минимально допустимым пределом прочности при сжатии. Марка материала по прочности является важнейшим показателем его качества.

Для каменных материалов марку определяют по пределу прочности при сжатии (в ряде случаев с учетом

Прочность материалов зависит от структуры, пористости, влажности, дефектов строения, длительности и характера приложения нагрузки, среды, температуры, состояния поверхности и других факторов. Часто для оценки эффективности конструкционных строительных материалов используют коэффициент конструктивного качества (к.к.к.) материала, который численно определяют отношением предела прочности при сжатии к средней плотности материала:

Лучшие конструкционные материалы имеют высокую прочность при малой средней плотности. Например, для алюминия к.к.к.=4,61; для древесины к.к.к. = 0,8; для стали к.к.к. = 0,5...1,0; для пластмасс к.к.к. = 0,5...0,25 .

Твердость — способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела.

Твердость определяется структурой материала. Количественно показатель твердости (число твердости НВ) оценивают различными способами. Твердость битума определяют на приборе пенетрометре по глубине проникания в битум иглы под нагрузкой. Твердость окрасочной пленки определяют маятниковым прибором. Твердость древесины, металлов, бетона, пластмасс и некоторых других материалов определяют, вдавливая в них стальной шарик (метод Бринелля) или твердый наконечник (в виде конуса или пирамиды). В этом случае твердость материала характеризует его способность сопротивляться пластической деформации на поверхности образца. При вдавливании шарика определенного диаметра из закаленной хромистой стали на поверхности материала образуется сферический отпечаток.

Число твердости определяют по формуле

где F— нагрузка на шарик, Н; А — площадь поверхности отпечатка, мм².

Твердость каменных строительных материалов, природных камней и минералов оценивают шкалой твердости Мооса (включает минералы в порядке возрастающей твердости от 1 до 10), представленной десятью минералами, из которых каждый последующий своим острым концом царапает все предыдущие (табл. 1.3).

Твердость влияет на обрабатываемость материала. Высокая прочность материала не всегда свидетельствует о его высокой твердости. Например, древесина по прочности при сжатии равна бетону, а по прочности при изгибе превосходит его, однако твердость древесины значительно меньше, чем у бетона.

Характеристика твердости имеет значение при выборе материалов для покрытия полов, лестниц, дорожных покрытий, при определении способа механической обработки лицевой поверхности материалов.

Истираемость — свойство материалов уменьшаться в объеме и массе под действием истирающих усилий. Сопротивление истиранию определяют для материалов, которые в процессе эксплуатации подвергаются истирающему воздействию. Это важное свойство для полов, лестничных ступеней, дорожных покрытий.

Истираемость И вычисляют по формуле

где т, т₁ — масса образца соответственно до и после испытания, г;

А — площадь истираемой поверхности, см².

Упругостью называют способность материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки, которая вызвала эти изменения. Наибольшее напряжение, до которого в материале возникают только упругие деформации, называют пределом упругости. У каждого материала есть постоянная характеристика — модуль упругости Е, Па или МПа. Модуль упругости характеризует жесткость материала, т.е. его способность сопротивляться упругим деформациям.

Упругими являются резина, герметизирующие прокладки, лакокрасочные пленки, сталь, древесина и другие материалы.

Пластичность — свойство твердого материала изменять без разрушения форму и размеры под действием нагрузки и сохранять их после ее снятия. Пластичными являются глиняное тесто, бетонные и растворные смеси, битум при положительных температурах, свинец и др.

Хрупкость — свойство твердого материала внезапно разрушаться под действием внешних сил без предварительной остаточной деформации.

кристаллическим, стеклообразным, но и полимерным материалам. Большинство материалов при понижении температуры становятся хрупкими (битумы, некоторые пластмассы, металлы).

Малоуглеродистая сталь, пластичная при комнатной температуре, при сильном охлаждении становится хрупкой. К хрупким материалам относятся стекло, керамические изделия, чугун.

Ударная вязкость или сопротивление удару — свойство, характеризующее сопротивление материала разрушению или деформированию при ударе. Хрупкие материалы плохо сопротивляются удару.

Сопротивление удару важно для материалов дорожных покрытий, а также конструкций, подвергаемых при эксплуатации динамическим (ударным) нагрузкам.

Для рулонных материалов (отделочных, обоев и др.) важными свойствами являются разрывная прочность (при надрезе), прочность при проколе, продавливании и т.п.

Износ — разрушение материала при совместном действии истирания и удара. Износ материала зависит от его структуры, состава, твердости, прочности, истираемости. Прочность при износе оценивается потерей в массе, выраженной в процентах. Износ важен для материалов полов, ступеней лестниц, дорожных покрытий, лакокрасочных пленок.

Специальные свойства строительных материалов

К специальным свойствам относятся: реологические и химические и технологические свойства.

Реологические свойства называют структурно-механическими.

Реология — наука о деформациях и текучести веществ. Объект реологии — жидкие и пластичные вещества. В реологии жидкостями считаются вещества, которые, под действием приложенной силы, неограниченно деформируются, т.е. текут. Идеально твердые тела под действием силы деформируются упруго (обратимо) и восстанавливают свою форму после окончания действия силы. Реальные материалы, в том числе бетонные и растворные смеси, краски, мастики сочетают в себе свойства жидких и твердых тел. В зависимости от преобладания того или иного свойства говорят о вязкотекущих или пластично-вязких смесях.

К основным реологическим характеристикам относятся: вязкость, предельное напряжение сдвига, тиксотропия.

Вязкость — внутреннее трение жидкости, препятствующее перемещению одного ее слоя относительно другого. Вязкость характеризуется коэффициентом динамической вязкости г) и измеряется в Па·с.

В строительстве применяют большей частью пластично-вязкие смеси (строительные растворы, краски, гипсовое, цементное тесто и т.д.). По своим свойствам пластично-вязкие тела занимают промежуточное положение между жидкими и твердыми телами. Так, тесто можно разрезать ножом (что нельзя сделать с жидкостью), но вместе с тем тесто принимает форму сосуда, в который оно помещено, т.е. ведет себя как жидкость.

Наблюдая за растворной смесью или краской под нагрузкой, можно заметить, что при малых нагрузках они ведут себя как твердые тела, проявляя упругие свойства. При увеличении нагрузки у них появляются необратимые пластические деформации. При дальнейшем увеличении нагрузки эти смеси начинают течь, как вязкие жидкости.

Предельное напряжение сдвига — величина внутренних напряжений, при которой материал начинает необратимо деформироваться (течь), т.е. превращается в вязкую жидкость. Этот показатель у строительных смесей также называют структурной прочностью.

В структурированных системах процесс разрушения структуры протекает постепенно: сначала более медленно, затем ускоряется, а при дальнейшем увеличении напряжения или скорости деформации (течения) структура полностью разрушается. Причиной разрушения структуры материала является нарушение внутренней связи между его частицами при указанных напряжениях.

Многие пластично-вязкие смеси при повторяющихся (динамических) воздействиях могут обратимо терять структурную вязкость, временно превращаясь в вязкую жидкость. Это свойство, называемое тиксотропией, характерно для смесей на основе минеральных вяжущих (бетонных и растворных смесей), красок и мастик. Физическая основа тиксотропии — разрушение структурных связей внутри пластично-вязкого материала. После прекращения механического воздействия материал вновь обретает структурную прочность.

Явление тиксотропии используется при виброуплотнении бетонных смесей и нанесении мастичных и окрасочных составов шпателем или кистью. В строительных лабораториях реологические свойства смесей оцениваются применительно к условиям их использования в строительстве. В этом случае определяют не конкретные реологические характеристики (вязкость, предельное напряжение сдвига и т.п.), а обобщенные показатели: консистенцию вяжущего теста, удобоукладываемость растворной или бетонной смеси и т.д., используя для этого специальные приборы и методы определения.

Химические свойства характеризуют способность материалов противостоять разрушающему действию солей, кислот, щелочей, масел, нефтепродуктов, с которыми в процессе эксплуатации они могут находиться в соприкосновении. Основными химическими свойствами являются химическая, коррозионная и биологическая стойкость, адгезионная способность, экологическая чистота.

Химическая стойкость — способность материалов сопротивляться разрушительному влиянию щелочей, кислот, растворенных в воде солей и газов.

Стойкими к воздействию кислот и растворов солей являются пластмассы на основе полиэтилена, полистирола, поливинилхлорида. Высокой кислотостойкостью отличаются углеродистые стали, чугуны, гранит, каменное литье из базальта, шлакоситаллы. К шелочестойким материалам относятся хромоникелевые стали, латуни (никелевые), бетоны на глиноземистом цементе.

Коррозионная стойкость — свойство материала сопротивляться коррозии, т.е. разрушению, вызванному действием внешней агрессивной среды.

Коррозия (от лат. corrodo — разъедаю) бывает химической и электрохимической. Благоприятной средой для развития химической коррозии является вода как пресная, так и морская. Электрохимическая коррозия образуется в результате воздействия растворителей, кислот, щелочей. Коррозии подвергаются металлы, бетон, горные породы. Коррозия горных пород и каменных материалов — это их растворение под влиянием химического воздействия воды. Коррозия бетона — это разрушение цементного камня от действия пресных, минерализованных вод.

коррозионно-стойкими. -керамические материалы с плотным черепком, стекло, асбесты, легированные стали, сплавы титана и алюминия, многие пластмассы и др.

Биологическая стойкость — способность материалов сопротивляться влиянию процессов жизнедеятельности бактерий и других живых организмов (биологической коррозии).

К химическим свойствам материалов относят адгезионную способность. Адгезия (от лат. adhaesio — прилипание) — сцепление и связь между находящимися в контакте поверхностями разнообразных по составу твердых или жидких материалов.

Адгезионная способность проявляется в сопротивлении отрыву или разделению контактирующих материалов. Количественной оценкой адгезии является усилие отрыва, отнесенное к единице площади контакта.

Высокой адгезионной способностью обладают битумные и дегтевые, магнезиальные и другие вяжущие. Это свойство используется при изготовлении кровельных, гидроизоляционных материалов, фибролита, ксилолита (материала для полов); оно имеет большое значение при склеивании, сварке, нанесении защитно-декоративных покрытий (лакокрасочных, эмалевых и др.).

В связи с широким внедрением в строительную практику синтетических полимерных материалов важной характеристикой качества строительных материалов является их экологическая чистота (экологичность).

Под экологической чистотой следует понимать отсутствие токсичности, вредного биологического действия на людей.

В состав пластмасс входят стабилизаторы, полимеры и другие компоненты, которые имеют резкий сильный запах и могут вызывать загрязнение внешней среды. При выполнении лакокрасочных работ следует учитывать ядовитость (токсичность) некоторых пигментов, содержащих соединения свинца, меди, мышьяка. Существуют нормы предельно допустимых концентраций вредных веществ и методы токсикологической стандартизации сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. Применение экологически грязных материалов, обладающих высокой токсичностью, в зданиях и сооружениях категорически запрещено.

По данным Минздрава Республики Беларусь коэффициент экологичности древесины составляет 1,0; ячеистого газосиликата — 2,0;

керамического кирпича — 10,0.

Технологические свойства строительных материалов

Технологическими называют свойства материала воспринимать определенные технологические операции с целью изменения формы, размеров, характера поверхности.перерабатывать сырье и получать доброкачественную продукцию из исходных материалов при принятой технологии с использованием технологического оборудования.

Удобоукладываемость бетонной смеси характеризует ее способность заполнять форму и уплотняться при помощи вибрации. Удобоукладываемость растворной смеси характеризует ее способность укладываться тонким слоем на пористое основание и заполнять все его неровности.

Технологические свойства древесины характеризуются легкостью обработки: ее можно пилить, строгать, сверлить, забивать гвозди, склеивать и т.д. Благодаря высокой технологичности полимерных материалов формообразование пластмасс осуществляется разнообразными способами: экструзией, литьем под давлением, каландрированием и вальцеванием, прессованием. Широкую номенклатуру металлических изделий получают различными способами: прокаткой, волочением, прессованием и т.д., что объясняется высокими пластическими свойствами и пластичностью материалов.

Эстетические (декоративно - художественные) свойства

Цвет — зрительное ощущение, вызываемое воздействием на глаза потоков электромагнитного излучения в диапазоне видимой части спектра, отраженного поверхностью материала или прошедшего через него.

Человеческий глаз способен различать до трехсот различных оттенков ахроматических и десятки тысяч хроматических цветов.

В качестве стандартной, утвержденной Международной Осветительной комиссией (МОК), принята система координат, основными цветами которой служат три реально невоспроизводимых цвета, обозначаемые через X, Y, Z и выбранные так, чтобы реальные цвета находились внутри соответствующего цветового треугольника. Цвет, определяемый тремя координатами X, У и Z, принимается как единое целое. Координаты цвета получают расчетным путем, используя данные замеров при помощи специальных приборов: спектрофотометров, компараторов, колориметров.

Основные характеристики цвета — цветовая тональность, светлота и насыщенность.

Цветовая тональность показывает, к какому участку видимого спектра относится цвет строительного материала. Количественно цветовые тона измеряются длинами волн.

Светлота характеризуется относительной яркостью поверхности строительного материала, определяемой коэффициентом отражения, который представляет соответственно отношение отраженного светового потока к падающему.

Насыщенность цвета — степень отличия хроматического цвета от ахроматического той же светлоты.

Цветовые атласы — альбомы или наборы большого числа ахроматических и хроматических накрасок, предварительно систематизированных.

Картотека цветовых эталонов — комплект карточек различных цветов, каждому из которых присвоен определенный номер. При этом каждая карточка имеет два гнезда, в которые вставляются глянцевая и матовая накраски одного цвета на триацетатной пленке размером 115Х6 мм. Размер каждой карточки 130Х180 мм. Цветовые характеристики карточек в каждой партии перед выпуском измеряются при помощи фотоэлектрического колориметра. Существуют определенные правила хранения карточек и пользования ими. Максимальный срок их эксплуатации 5 лет.

Фактура — видимое строение поверхности строительного материала, характеризуемое рельефом и степенью блеска. Выделяют фактуры рельефные и гладкие, матовые, глянцевые и блестящие.

Рисунок — различные по форме, размеру, расположению, цвету отдельные составные элементы на поверхности строительного материала. Природный рисунок на поверхности древесины или природного камня называется текстурой.

Координация размеров в строительстве

Геодезические работы в строительстве могут быть рассмотрены как комплексный технологический процесс, сопровождающий все этапы возведения сооружения, в ходе выполнения которого решаются две взаимозависимые задачи:

обеспечение строительства объекта в соответствии с установленными в проектной документации геометрическими параметрами;

обеспечение пространственной взаимосвязи параметров элементов и конструкций с точностью, обеспечивающей функционирование строительного объекта.

Таким образом, размеры элементов и конструкций, их геометрическая связь в сооружениях определяют объемы, точность и методы геодезических измерений.

Важнейшим правилом, определяющим геометрические построения и обеспечивающим типизацию и стандартизацию при проектировании и возведении строительных объектов, служит модульная координация размеров в строительстве (МКРС), устанавливающая кратность всех размеров и габаритов величине основного модуля М, за который принимают 100 мм. Целесообразно применять прямоугольную модульную пространственную координационную систему (рис. 1, а), но допускаются также косоугольные, центрические (рис. 1, б) и другие системы.

Координационная система зависит от объемно-планировочного решения здания (сооружения), определяемого назначением объекта. Перечислим основные элементы объемно-планировочных решений строительного объекта:

шаг — расстояние между осями стен и других опорных конструкций (в зависимости от направления в плане шаг может быть продольным и поперечным);

пролет — расстояние между осями несущих конструкций в направлении, соответствующем продольным размерам основных несущих конструкций перекрытия или покрытия. В зависимости от конструктивной схемы пролет по направлению совпадает с поперечным или продольным шагом;

высота этажа — расстояние по вертикали между уровнями пола смежных этажей, а в верхних этажах и одноэтажных зданиях — расстояние от уровня пола до отметки верха чердачного перекрытия, в бесчердачных — до низа основной несущей конструкции.

При назначении координационных размеров объемно-планировочных и конструктивных элементов наряду с основным принимаются производные модули вида КМ:

укрупненные (мультимодули) 60М; ЗОМ; 15М; 12М; 6М и ЗМ, соответственно равные 6000; 3000; 1500; 1200; 600 и 300 мм;

дробные (субмодули) 1/2М; 1/5М; 1/10М; 1/20М; 1/50М и 1/100М. Последние применяют для назначения толщины колонн, стен, перегородок, плит, перекрытий, ширины швов и зазоров между элементами.

Для обеспечения совместимости размеры различных модульных сеток назначают из условия их кратности друг другу. Целесообразнее для назначения основных размеров объемно-планировочных элементов жилищно-гражданских зданий использовать группы модулей ЗМ—6М—12М—60М, а для промышленных зданий — 15М—ЗОМ—60М.

13