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).