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

 

Белов В.В., Петропавловская В.Б. Краткий курс материаловедения и технологии конструкционных материалов для строительства: Учебное пособие. – 2-е изд. – Тверь: ТГТУ, 2005. – 180 с.

 

Рассматриваются важнейшие группы строительных материалов универсального и специального назначения и основы технологии конструкционных материалов для строительства. Особое внимание уделено общим закономерностям связи структуры и свойств строительных материалов и изделий в рамках развиваемого в настоящее время научного строительного материаловедения (НСМ), а также целенаправленному созданию строительных материалов, изделий и конструкций с заданными структурой и свойствами в результате использования оптимальных технологических процессов. 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.

Учебное пособие предназначено для студентов строительных специальностей, преподавателей, специалистов строительного профиля.

 

Под общей редакцией доктора технических наук профессора
В.В. Белова.

 

Рецензенты: кафедра «Строительство, строительные материалы и конструкции» ТулГУ (зав. кафедрой, советник РААСН д.т.н. проф.
А.А. Трещев; зав. кафедрой «Строительные материалы» МГСУ д.т.н. проф. В.В. Козлов; д.т.н. проф. кафедры «Строительные материалы» Санкт-Петербургского ГАСУ Ю.Г. Мещеряков.

 

 

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 соответствия осуществляется в форме добровольной сертификации − установления соответствия национальным стандартам, стандартам организаций и условиям договора.

Обязательное подтверждение соответствия осуществляется 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 состав показывает, 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.