Эксплуатационно-технические свойства строительных материалов

С характеристиками структуры связаны показатели всех свойств материалов. Различают три уровня строения материала: макроструктура — строение, видимое невооруженным глазом, микроструктура - ви­димое в оптический микроскоп и внутреннее строение веществ, составляющих материал, на молекулярно-ионном уровне.

К основным видам макроструктуры относят конгломератную, ячеистую, во­локнистую, слоистую, рыхлозернистую (порошкообразную).

Изучая микроструктуру материалов, выделяют кристаллические и аморфные.

Подавляющее большинство современных материалов, кроме жестко-вязкого (твердого) вещества, содержат в своей структуре поры — промежутки, полости, ячейки. Их количество и характер (размеры, распределение, открытые они или закрытые) влияют на другие эксплуатационно-технические свойства. Поэтому пористость — важная характеристика материала.

Физические свойства материалов:

Свойства материалов при действии влаги, воды, замораживания—оттаива­ния.

Влажность — содержание влаги в материале, отнесенное к массе материала в сухом состоянии, измеряемое в процентах.

Гигроскопичность — способность материала поглощать водяные пары из воз­духа (при его повышенной влажности) и удерживать их вследствие капилляр­ной конденсации.

Водопоглощение — способность материала при непосредственном контакте с водой впитывать ее и удерживать. Водопоглощение материала, как правило, меньше его пористости, так как поры бывают закрытыми или очень мелкими, и вода в них не проникает.

Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлени­ем. Величина водопроницаемости характеризуется количеством воды, прошед­шей в течение 1 ч через 1 см² площади испытуемого материала при постоянном давлении.

Для специальных областей строительства (например, для строительства дре­нажных систем) может потребоваться материал, обладающий заданной степенью водопроницаемости. В большинстве же случаев используют материалы, которые обеспечивают элементам конструкции водонепроницаемость. Особо важна водо­непроницаемость для гидроизоляционных и кровельных материалов.

Увеличение влажности многих материалов сказывается отрицательно на их физико-механических характеристиках. Ряд материалов (древесина, бетон и др.) увеличивают свой объем при увлажнении, а при последующем высыхании дают усадку. Систематическое увлажнение и высыхание может вызвать знакоперемен­ные напряжения в материале и со временем привести к потере его прочности и разрушению. Насыщение материала водой приводит к заметному ухудшению его теплофизических характеристик, что особо нежелательно для материалов ограж­дающих конструкций, а также снижению его прочности и долговечности.

Морозостойкость — способность насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и, соот­ветственно, без значительных потерь массы и прочности. Морозостойкими считают те материалы, которые после заданного количества циклов замораживания и оттаивания не имеют выкрашиваний, трещин, рассла­ивания и теряют не более допускаемого % прочности и массы по сравнению с аналогичными образцами, не подвергавшимися испытанию.

Свойства при действии тепла, огня, звука.

Способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий при разности температур на поверхностях, ограничивающих материал, называется теплопроводностью.

Огнестойкость – способность материалов сохранять физико-механические свойства при воздействии огня и высоких температур в условиях пожара. Огнестойкость материалов и изделий определяют по степени возгораемости при помощи методов огневой трубы и калометрии.

Звукопоглащение – способность материалов поглощать звуковые волны.

Химические свойства:

Свойства при действии агрессивных веществ.

Коррозионная стойкость способность материалов сопротивляться действию агрессивных веществ. Послед­ние могут разрушать вещество материала и его структуру. Кислотостойкость, щелочестойкость и пр.

Механические свойства:

Свойства при действии статических и динамических сил.

Прочность — спо­собность материалов сопротивляться разрушению или необратимому изменению формы под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами.

Твердость — способность материала сопротивляться внутренним напряжени­ям, возникающим при местном внедрении другого, более твердого тела.

Истираемость — способность материала уменьшаться в объеме и массе вследствие разрушения поверхностного слоя под действием истирающих усилий.

Упругость - способность материала деформироваться под влиянием нагрузки и самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после пре­кращения действия внешней среды. Упругая деформация полностью исчезает пос­ле прекращения действия нагрузки, поэтому ее принято называть обратимой.

Пластичность- способность материала изменять форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь. После прекращения действия силы ма­териал не может самопроизвольно восстановить форму и размеры. Остаточная деформация называется пластической.

Хрупкость способность твердого материала разрушаться при механических воздействиях без сколько-нибудь значительной пластической деформации.

 

Древесные материалы.

Дерево как строительный материал обладает такими положительными качествами, как небольшой объемный вес, высокая прочность, (особенно при растяжении), малая теплопроводность(можно использовать для теплоизоляции помещений), экологичность, легкость обработки, эстетические качества.

Вместе с тем, такие серьезные недостатки дерева, как анизотропность (то есть материал с неодинаковыми свойствами по направлениям относительно волокон. (Так, например, усушка вдоль волокон меньше, чем поперёк волокон), гигроскопичность, загниваемость, разбухание, коробление при неравномерной сушке, растрескивание, высокая звукопроницаемость, горючесть, наличие пороков ограничивают сроки его службы и сферу применения.

Древесина служит исходным сырьем для выработки более двадцати тысяч продуктов и изделий. Способы переработки древесного сырья делят на три группы: механические, химико-механические и химические.

Механическая переработка древесины заключается в изменении её формы пилением, строганием, фрезерованием, лущением и тд. В результате механической обработки получают разнообразные товары народного потребления и промышленного назначения, продукцию и сырье для смежных перерабатывающих отраслей промышленности. При химико-механической переработке получают промежуточный продукт из древесины, однородный по составу и размерам, — специально резаную стружку, дробленый шпон. Промежуточный продукт, получаемый механическим способом, покрывают связующим веществом. Под действием температуры и давления происходит реакция полимеризации связующего, в результате чего промежуточный древесный продукт прочно склеивается. При химико-механической переработке получают фанеру, столярные, древесностружечные и цементно-стружечные плиты, арболит и фибролит. Химическая переработка древесины осуществляется термическим разложением, воздействием на неё растворителей щелочей, кислот, кислых солей сернистой кислоты.

Ценность различных пород древесины заключается в их прочности, долговечности и неповторимости рисунка. Такая древесина используется для изготовления красивой мебели, паркета, дверей, различных предметов интерьера, считающимися элитными, учитывая исходно высокую стоимость и размер усилий, затрачиваемые на её обработку.

Современная техника располагает средствами для продления срока эксплуатации дерева в конструкциях. К числу их относятся сушка, антисептирование и пропитка огнезащитными средствами.

Основными источниками экономии лесных материалов в строительстве являются максимальное использование отходов древесины для производства новых индустриальных материалов, продление сроков службы дерева и рациональное его использование в конструкциях.

Вопросы экономии древесины нужно учитывать также при обработке и переработке дерева. Здесь решающую роль играет правильный выбор организации технологического процесса и режимов обработки. Дерево широко применяют в современном строительстве как конструктивный, отделочный и теплоизоляционный материал. Для строительных конструкций применяются хвойные породы, для отделки – лиственные. Номенклатура изделий из дерева:

Древесина как строительный материал: Бревно, Брус, Доска,Рейка

Деревянные строительные конструкции: Сруб, Опалубка, Строительные леса, Ферма

Древесина как отделочный материал: Фанера,Паркет, паркетная доска, паркетный щит, Настенные панели, Деревянные потолки,Плинтусы и уголки,Деревянные окна и двери.

Весьма популярны малоэтажные жилые дома из бревен или бруса.

 

Материалы из природного камня. Примеры применения

Природный камень — это натуральный строительный материал. Натуральным камнем называют все горные породы, используемые в строительстве. К ним можно отнести: мрамор, гранит, туф, сланец, песчаник, известняк и оникс. Наиболее популярными на сегодняшний день являются камни: гранит, мрамор, оникс и доломит.

Гранит природный камень магматического происхождения, который состоит из кварца, плагиоклаза, калиевого полевого шпата и слюд. Цветовая гамма: серый, красный, бордово-красный, красно-розовый, розовый, коричнево-красный, серо-зеленый, черно-зеленый с крупными прозрачными вкраплениями.

Мрамор является самым популярным и элитным камнем среди натуральных камней. Мраморные камины и лестницы сегодня являются атрибутом роскоши

Оникс является наполовину драгоценным камнем. У этого камня необычная расцветка, красивые и тонкие полоски придают необычную красоту этому камню.

Песчаник природный камень осадочного происхождения, состоящий в основном из частиц кварца. Цветовая гамма: желтые, желто-коричневые, серые, серо-зеленые природные оттенки.

Доломит природный камень осадочного происхождения, состоящий целиком из минерала доломита. Цветовая гамма: розовые, желтые природные оттенки.

Материалы из природного камня получают путем добычи и обработки горных пород. Каменные материалы по форме делят на

· камни неправильной формы (щебень, гравий)

· штучные изделия, имеющие правильную форму (плиты, блоки).

Наиболее древние сооружения, дошедшие до наших дней, были построены из природного камня.

Представления о свойствах природных каменных материалов связаны, как правило, с высокой прочностью и долговечностью. Однако природный камень — материал, весьма разнообразный по структуре, часто сложенный из различных минералов и нередко подвергающийся в процессе образования и последующего залегания в земной коре воздействию значительных напряжений. Влияние на свойства природных каменных материалов оказывают также способы его добычи и обработки. Эксплуатационно-технические свойства природных каменных материалов (как и эстетические) определяются структурой горной породы. При ее оценке учитывают непосредственную связь с составом и свойствами породообразующих минералов, отличающихся разнообразными характеристиками.

Номенклатура материалов из природного камня включает блоки, камни, плиты, архитектурно-строительные изделия (плоскостные и профильные). Среди перечисленных есть материалы специального назначения: для гидротехнических сооружений (морских и речных), подземных сооружений и мостов (тоннелей, подводных и надводных частей мостов), для дорожного строительства.

Применение. В архитектурно-строительной практике каменные материалы используют как конструкционные (блоки для фундаментов, стен), конструкционно-отделочные (плиты для пола, лестниц), отделочные (плиты, профильные изделия для наружной и внутренней облицовки).

В зависимости от областей применения декоративно-облицовочные камни подразделяются на три группы:

— камни, не несущие значительных механических нагрузок (плиты, применяемые для внешней и внутренней облицовки зданий);

— камни, предназначенные для больших механических нагрузок (плиты для полов, ступени и др.);

— камни, идущие для сооружения монументальных памятников и крупных декоративных архитектурных деталей (колонны, пилоны и т. д.).

Блоки из природного камня для фундаментов и кладки наружных стен применяются, как местный строительный материал для двух-, трех- и пятиэтажных жилых, общественных и промышленных зданий.

Необходима защита от коррозии. Для отделки зданий применяется полированный и шлифованный камень. Можно применять гидрофобные растворы с предварительной очисткой от грязи и пыли.

 

Керамические материалы. Примеры их применения.

Керамические материалы обладают поликристаллической структурой, их получают в результате формования и тепловой обработки глин с добавками. Основным сырьевым компонентом является глина – осадочная горная порода.

Основные этапы производства (получения): Подготовка сырья – дозировка – перемешивание – формование (пластическое, полусухое, литье) – сушка – обжиг. Обработка лицевой поверхности: Механическая (для получения рельефного рисунка), ангобирование (для матового покрытия), глазурование (стекловидный слой, для блеска), сериография (изготовление по трафарету рисунка красящим составом), шелкография (нанесение орнамента-рельефа, глубиной до 1мм). Наряду с древесными и материалами из природного камня керамические материалы применялись в еще глубокой древности.

Среди керамических материалов, выпускаемых промышленностью, - стеновые (кирпичи, камни, блоки), плитки и плиты, черепица, санитарно-технические, архитектурно-художественные, а также изделия специального назначения: трубы, дорожный кирпич, кислотно- и огнеупорные, теплоизоляционные, краски. Свойства: Эксплуатационно-технические: Водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность, термостойкость, прочность. Однако недостатком их является хрупкость

Эстетические: связаны с видом и составом используемого сырья. Цвет, рельеф, блеск, просвечиваемость.

По назначению строительные керамические материалы и изделия классифицируются на: стеновые материалы, пустотелые изделия для перекрытий, облицовочные материалы для наружной и внутренней отделки зданий, кровельные материалы, трубы, огнеупорные материалы, заполнители для легких бетонов, санитарно-технические изделия, специальные изделия.

К конструкционным и конструкционно-отделочным керамическим материалам относятся, прежде всего, кирпичи, камни и блоки.

Применение:

Керамический кирпич – один из самых распространенных материалов. Из кирпича возводятся около половины всех жилых, общественных и строительных зданий. Кирпич глиняный обыкновенный пластического прессования изготавливают из глин с отощающими добавками или без них. Кирпич представляет собой параллелепипед. Марки кирпича: 300, 250, 200, 150, 125, 100. Кирпич (камень) керамический пустотелый пластического прессования выпускают для кладки несущих стен одноэтажных и многоэтажных зданий, внутренних помещений, стен и перегородок, облицовки кирпичных стен.

Много примеров применения кирпича керамического в интерьерах общественных зданий. Кирпич строительный лёгкий изготовляют путём формовки и обжига массы из глин с выгорающими добавками, а также из смесей песка и глин с выгорающими добавками. Размер кирпича: 250×120×88 мм, марки 100, 75, 50, 35. Кирпич глиняный обыкновенный применяют при кладке внутренних и наружных стен, столбов и других частей зданий и сооружений. Кирпич глиняный и керамический пустотелые применяют при кладке внутренних и наружных стен зданий и сооружений выше гидроизоляционного слоя. Кирпич лёгкий применяют при кладке наружных и внутренних стен зданий с нормальной влажностью внутри помещений.

Еще один распространенный керамический материал – черепица. Черепицу изготовляют из жирной глины путём обжига при 1000—1100 °C. Доброкачественная черепица при лёгком ударе молотком издаёт чистый, не дребезжащий звук. Она прочна, очень долговечна и огнестойка. Недостатки — большая средняя плотность, утяжеляющая несущую конструкцию крыши, хрупкость, необходимость устраивать крыши с большим уклоном для обеспечения быстрого стока воды. Широко применяют в странах Западной Европы керамическую черепицу для кровельных покрытий малоэтажных зданий, отдавая дань архитектурной выразительности этого материала и его высокой долговечности.

Дренажные керамические трубы изготавливают из глин с отощающими добавками или без них, внутренний диаметр 25-250 мм, длиной 333, 500, 1000 мм и толщиной стенок 8-24 мм. Их изготавливают на кирпичных ил специальных заводах. Дренажные керамические трубы применяют при строительстве осушительно-увлажнительных и оросительных систем, коллекторно-дренажных водоводов. Керамические плитки, плиты, используют для облицовки фасадов зданий, как правило, общественных и административных. Часто предпочитают плиты сравнительно крупных размеров.

Значительные объемы применения керамических плиток, плит, для внутренней облицовки стен ванных комнат, туалетов, бассейнов. В упомянутых помещениях эти керамические изделия применяют и для покрытия плов.

Большое значение в современной лаконичной архитектуре имеет применение декоративно-художественной керамики для настенных панно, декоративных вставок, объемных композиций, решеток, элементов малых форм.

 

Материалы из стеклянных и других минеральных расплавов. Примеры их применения.

Минеральные (не металлические расплавы) представляют собой огненно-жидкие вязкие массы природного сырья и промышленные шлаки.

В зависимости от исходного сырья различают:

-Стеклянные, кварцевые породы

-Каменные (из магматических и горных пород)

-Шлаковые (промышленные шлаки)

Стекло — переохлаждённый расплав сложного состава из смеси силикатов и других веществ. Отформованные стеклянные изделия подвергают специальной термической обработки — обжигу.

Материалы из стекла имеют искусственную аморфную структуру, получаемую из минерального расплава, содержащего стеклообразующие компоненты (оксиды кремния, бора, алюминия и др.). Кроме материалов из стекла выделяют материалы из каменных и шлаковых расплавов.

Эксплуатационно-технические свойства материалов из стекла зависят, прежде всего, от его состава и структуры, которая отличается отсутствием правильной пространственной решетки и изопрочностью.

Материалы из стекла и других минеральных расплавов можно разделить на две основные группы: светопрозрачные и непрозрачные (облицовочные, специального назначения: теплоизоляционные, звукопоглощающие, кислотоупорные).

Наиболее распространено в строительстве оконное стекло — бесцветное с гладкими поверхностями. Оконное стекло выпускают в листах размером от 2500х2500 до 3210×6000 мм. Оно имеет светопропускание 84...90 %. Стекло в соответствии с его оптическими искажениями и нормируемыми пороками подразделяют на марки М0-М7.По толщине стекло делят на:одинарное (толщиной 2 мм), полуторное (2,5 мм),двойное (3 мм), утолщённое (4-10) мм

Витринное стекло выпускают полированным и неполированным в виде плоских листов толщиной 2-12 мм. Применяют его для остекления витрин и проёмов. В дальнейшем листы стекла можно подвергать дальнейшей обработке: гнуть, закалять, наносить покрытия.

Стекло листовое высокоотражающее — это обычное оконное стекло, на поверхность которого нанесена тонкая полупрозрачная отражающая свет плёнка, изготовленная на основе окиси титана. Стекло с плёнкой отражает до 40 % падающего света, светопропускание 50-50 %. Стекло уменьшает просмотр с наружной стороны и снижает проникание внутрь помещения солнечной радиации.

Стекло листовое радиозащитное — это обычное оконное стекло, на поверхность которого нанесена тонкая прозрачная экранирующая плёнка. Экранирующую плёнку наносят на стекло в процессе его формирования на машинах. Светопропускание не ниже 70 %.

Армированное стекло — изготавливают на поточных линиях методом непрерывного проката с одновременным закатыванием внутрь листа металлической сетки. Это стекло имеет гладкую, узорчатую поверхность, может быть бесцветным или цветным.

Стекло теплопоглощающее обладает способностью поглощать инфракрасные лучи солнечного спектра. Оно предназначено для остекления оконных проёмов с целью уменьшения проникания солнечной радиации внутрь помещений. Это стекло пропускает лучи видимого света не менее чем на 65 %, инфракрасных лучей не более 35 %.

Стеклянные трубы изготавливают из обычного прозрачного стекла способом вертикального или горизонтального вытягивания. Длина труб 1000-3000 мм, внутренний диаметр 38-200 мм. Трубы выдерживают гидравлическое давление до 2 МПа.

Ситаллы получают путём введения в расплавленную стеклянную массу специального состава катализаторов кристаллизации. Из такого расплава формируют изделия, затем их охлаждают, в результате чего расплавленная масса превращается в стекло. При последующей тепловой обработке стекла происходит его полная или частичная кристаллизация — образуется ситолл. Они имеют большую прочность, малую среднюю плотность, высокую износостойкость. Их применяют при облицовке наружных или внутренних стен, изготовления труб, плит для полов.

Стемалит представляет листовое стекло различной фактуры, покрытое с одной стороны глухими керамическими кристаллами разного цвета. Изготавливают его из неполированного витринного или прокатного стекла толщиной 6-12 мм. Применяют его для наружной и внутренней облицовки зданий, изготовления стеновых панелей.

Марблит - прямоугольные или квадратные плиты, изготовленные из цветного глушеного стекла. Наружная поверхность плит обычно полированная, внутренняя - рифленая. Стекломрамор имеет мраморовидную окраску и является разновидностью марблита. Марблит применяется для облицовки фасадов и внутри зданий.

Смальтой называют кусочки цветного глушеного стекла неправильной формы и наибольшим размером (20 мм). Ее отливают в виде плит, которые затем разбивают на кусочки. Применяют смальту для отделки фасадов, изготовления Полированное строительное стекло обладает самыми минимальными оптическими искажениями,, что делает его мдеально подходящим для применения в оконных технологиях, для остекления витрин, устройства ветражей, производства зеркал и

Примеры. Архитектурный образ современного здания, сооружения в большей мере определяется структурой современных элементов, выявляющихся на фасаде, и плоскостями из стекла. Характерны геометрически четкие формы и значительные площади стекла с оригинальными свойствами.

Глухие участки навесных стен, влияющие на архитектурный образ зданий, могут быть расположены выше перекрытий или в пределах их примыкания. Но часто предусматривается полное остекление упомянутых стен.

Здания с ограждениями из стеклянных материалов могут иметь гладкий фасад или фасад с развитой пластикой – выступами, углублениями.

Соотношения светопрозрачных и глухих участков фасада, пропорции членения, цвет стекла – те параметры, которые позволяют создавать навесные стены с разнообразным внешним обликом. Оригинальный внешний вид фасада получают, сочетая светопрозрачные и светонепрозрачные материалы из стекла.

Не менее значимы, в т.ч. для архитектурного облика, материалы из стекла в зданиях жилого, промышленного назначения, детских садах, школах, вузах.

Принципиальное значение имеет тот факт, что материалы из стекла остаются экологически чистыми на протяжении всего срока их эксплуатации.

Область применения:

Архитектура (отделка фасадов), интерьеры (перегородки, двери, стены).остекления световых проемов (листовое оконное, витринное, закаленное, армированное и др.), как отделочный материал (цветные листы, крупные и мелкие плитки), а из стеклянного волокна получают стеклопластики и стекловолокнистые теплоизоляционные изделия. Штучные стеклянные изделия (стеклянные пустотелые блоки и стеклопрофилит) используют для устройства светопрозрачных ограждающих конструкций.

 

Металлические материалы. Примеры их применения.

Основы производства: основной сырьевой компонент для получения ме. – рудные горные породы. Наиболее часто для производства ме. используют красный, магнитный бурый и шпатовый железняк. Основные технологические операции при изготовлении ме-их материалов: обработка сырья (дробление, промывка, обогащение железных руд) – дозировка – плавка (получение металлов) – формование (получение ме. материалов). При необходимости применяют механические и хим. способы отделки, лаки, краски, наносят тонкие ме-кие или полимерные пленки.

Ме., применяемые для производства строительных ма., разделяют на 2 группы:

Черные – сплав железа с углеродом - чугун и сталь.На долю черных ме приходится около 95 % производимой в мире металлопродукции.