Основные виды строительных материалов и изделий

§ каменные природные строительные материалы и изделия из них

§ вяжущие материалы неорганические и органические

§ лесные материалы и изделия из них

§ металлические изделия

2. Свойства строительных материалов и изделий классифицируют на четыре основные группы:

§ физические,

§ механические,

§ химические,

§ технологические и др.

К химическим относят способность материалов сопротивляться действию химически агрессивной среды, вызывающие в них обменные реакции приводящие к разрушению материалов, изменению своих первоначальных свойств: растворимость, коррозионная стойкость, стойкость против гниения, твердение.

Физические свойства: средняя, насыпная, истинная и относительная плотность; пористость, влажность, влагоотдача, теплопроводность.

Механические свойства: пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, сдвиге, упругость, пластичность, жёсткость, твёрдость.

Технологические свойства: удобоукладываемость, теплоустойчивость, плавление, скорость затвердевания и высыхания.

Физические свойства строительных материалов.

1) Истинная плотность ρ — масса единицы объёма материала в абсолютно плотном состоянии. ρ =m/Va, где Va объём в плотном состоянии. [ρ] = г/см³; кг/м³; т/м³. Например, гранит, стекло и другие силикаты практически абсолютно плотные материалы. Определение истинной плотности: предварительно высушенную пробу измельчают в порошок, объём определяют в пикнометре (он равен объёму вытесненной жидкости).

2) Средняя плотность ρm=m/Ve — масса единицы объёма в естественном состоянии. Средняя плотность зависит от температуры и влажности: ρm=ρв/(1+W), где W — относительная влажность, а ρв — плотность во влажном состоянии.

3) Пористость П — степень заполнения объёма материала порами. П=Vп/Ve, где Vп — объём пор, Ve — объём материала. Пористость бывает открытая и закрытая.

4) Водопоглощение пористых материалов определяют по стандартной методике, выдерживая образцы в воде при температуре 20±2 °C. При этом вода не проникает в закрытые поры, то есть водопоглощение характеризует только открытую пористость. При извлечении образцов из ванны вода частично вытекает из крупных пор, поэтому водопоглощение всегда меньше пористости. Водопоглощение по объёму Wo (%) — степень заполнения объёма материала водой: Wo=(mв-mc)/Ve*100, где mв — масса образца материала, насыщенного водой; mc — масса образца в сухом состоянии. Водопоглощение по массе Wм (%) определяют по отношению к массе сухого материала Wм=(mв-mc)/mc*100. Wo=Wм*γ, γ — объемная масса сухого материала, выраженная по отношению к плотности воды (безразмерная величина). Водопоглощение используют для оценки структуры материала с помощью коэффициента насыщения: kн = Wo/П. Он может меняться от 0 (все поры в материале замкнутые) до 1 (все поры открытые). Уменьшение kн говорит о повышении морозостойкости.

5) Водопроницаемость — это свойство материала пропускать воду под давлением. Коэффициент фильтрации kф (м/ч — размерность скорости) характеризует водопроницаемость

6) Водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения kp = Rв/Rс, где Rв — прочность материала насыщенного водой, а Rс — прочность сухого материала. kp меняется от 0 (размокающие глины) до 1 (металлы). Если kp меньше 0,8, то такой материал не используют в строительных конструкциях, находящихся в воде.

7) Гигроскопичность — свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из воздуха. Процесс поглощения влаги из воздуха называется сорбцией, он обусловлен полимолекулярной адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией. С повышением давления водяного пара (то есть увеличением относительной влажности воздуха при постоянной температуре) возрастает сорбционная влажность материала.

8) Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия воды в материале, количеством поглощённой воды и интенсивностью всасывания. Уменьшение этих показателей отражает улучшение структуры материала и повышение его морозостойкости.

9) Влажностные деформации. Пористые материалы при изменении влажности меняют свой объём и размеры. Усадка — уменьшение размеров материала при его высыхании. Набухание происходит при насыщении материала водой.

10) Теплопроводность — свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой. Формула Некрасова связывает теплопроводность λ [Вт/(м*С)] с объемной массой материала, выраженной по отношению к воде: λ=1,16√(0,0196 + 0,22γ2)-0,16. При повышении температуры теплопроводность большинства материалов возрастает. R — термическое сопротивление, R = 1/λ.

11) Теплоемкость с [ккал/(кг*С)] — то количество тепла, которое необходимо сообщить 1 кг материала, чтобы повысить его температуру на 1С. Для каменных материалов теплоемкость меняется от 0,75 до 0,92 кДж/(кг*С). С повышением влажности возрастает теплоемкость материалов.

12) Огнестойкость — свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определённого времени. Она зависит от сгораемости материала, то есть от его способности воспламеняться и гореть. Несгораемые материалы — бетон, кирпич, сталь и т. д. Но при температуре выше 600 °C некоторые несгораемые материалы растрескиваются (гранит) или сильно деформируются (металлы). Трудносгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры тлеют. Сгораемые материалы горят открытым пламенем.

13) Морозостойкость — свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание. Количественно морозостойкость оценивается маркой. За марку принимается наибольшее число циклов попеременного замораживания до −20 °C и оттаивания при температуре 12-20 °C, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15 %; после испытания образцы не должны иметь видимых повреждений — трещин, выкрашивания (потери массы не более 5 %).

14) Звукопоглощение – способность материалов поглощать звуковые волны. Коэфф звукопоглощения

15) Коррозионная стойкость – способность материалов сопротивляться действию агрессивных веществ.

Механические свойства строительных материалов ( пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, сдвиге, упругость, пластичность, жёсткость, твёрдость.)

1) Упругость — самопроизвольное восстановление первоначальной формы и размера после прекращения действия внешней силы.

2) Пластичность — свойство изменять форму и размеры под действием внешних сил не разрушаясь, причём после прекращения действия внешних сил тело не может самопроизвольно восстанавливать форму и размер.

3) Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или др.. Для хрупких (кирпич, бетон) основная прочностная характеристика — предел прочности при сжатии. Для металлов, стали — прочность при сжатии такая же, как и при растяжении и изгибе.

4) Твердость — показатель, характеризующий свойство материалов сопротивляться проникновению в него другого, более плотного материала. Шкала Мооса: тальк, гипс, известь…алмаз.

5) Истираемость — потеря первоначальной массы образца при прохождении этим образцом определённого пути абразивной поверхности.

6) Износ — свойство материала сопротивляться одновременно воздействию истирающих и ударных нагрузок. Износ определяют в барабане со стальными шарами или без них.

Эстетические свойства (форма, цвет, фактура, рисунок, текстура – природный рисунок)

1) Форма материалов, лицевая поверхность которых воспринимается физуально в процессе эксплуатации, непосредственно влияет на своеобразие фасада или интерьера здания.

2) Цвет - зрительное ощущение, возникающее в результате воздействия на сетчатку глаз человека электромагнитных колебаний, отраженных от лицевой поверхности в результате действия света (2 группы – ахроматические – белые, черные, серые; хроматические – остальные оттенки)

3) Фактура – видимое строение лицефой поверхности материала, характеризуемое степенью рельефа и блеска

4) Рисунок – различные по форме, размерам, расположению, сочетанию, цвету элементы на лицевой поверхности материала. Если эти элементы создала природа – текстура.

3. Основными магматическими породами, добываемыми из глубины и применяемых в строительстве, являются: граниты, диориты, сиениты, лабрадориты, габбро.

Гранит - самая распространенная порода в земной коре. Граниты образовались в результате остывания магмы на больших глубинах и при высокой температуре. Имеют зернистую кристаллическую структуру. В земной коре залегают в виде огромных монолитных масс вытянутых и круглых форм. Размер может колебаться от сотен километров до отдельных некрупных глыб.

Состав гранита: полевой шпат, слюда, кварц, а также некоторые другие минералы. Их соотношение определяет прочность и цвет камня. По величине зерен различают граниты крупнозернистые (>10мм), среднезернистые (2-10мм) и мелкозернистые (<2мм). Цветовая гамма включает практически весь спектр оттенков - от черного до жемчужно-серого, от нежно-розового до темно-бордового. Зеленоватые, охристо-золотистые, серо-голубые, красновато-коричневые граниты гармонично вписываются в любую среду, предоставляя широкие возможности для выявления художественного замысла, создавая тот или иной необходимый эффект - торжественности или легкости, роскоши или строгости. Гранит обладает большой прочностью при сжатии - 100-300 МПа. Плотность в среднем 2600 кг/м3, пористость всего 0,5...1,5%. При высоких температурах огнестойкость гранита ограничена, так как при этом, входящая в его состав слюда и кварц, начинают увеличиваться в объемах, вызывая растрескивание камня. Невысокая пористость и низкое водопоглощение придают граниту хорошую морозостойкость. Граниты хорошо поддаются обработке. Их обтесывают, шлифуют и полируют. Механическая прочность, стойкость к выветриванию и морозостойкость обусловливают высокие строительные свойства гранита.

Применение гранита: для облицовки зданий и сооружений, для изготовления облицовочных плит, лестничных ступеней, полов и так далее. Применяется при строительстве гидротехнических памятников и сооружений.

4. Мрамор — метаморфическая горная порода, состоящая только из кальцита CaCO₃

Твёрдость — 2,5—5 по шкале Мооса, плотность — 2,3—2,6 г/см³.

Мрамор состоит из доломита (карбоната кальция и магния) или кальцита (карбоната кальция), или из обоих минералов. В мраморе почти всегда содержатся примеси других минералов, а также органические соединения. Примеси различно влияют на качество мрамора, снижая или повышая его декоративность.

Характеристики мрамора: Плотность - от 2600 до 2900 кг/м³
Cопротивление сжатию от 50 до 250 Мн/м² (500-2500 кгс/см²)
Истираемость от 0,40 до 3,20 г/см²
Водопоглощение от 0,15 до 0,50%
Наибольшей прочностью и наилучшей полируемостью отличаются мелкокристаллический мрамор с зубчатой связью зёрен.
Структурно однородные мраморы морозостойки.
В подавляющем большинстве случаев мрамор хорошо поддается обработке любыми инструментами.

Окраска мрамора зависит от примесей. Большинство цветных мраморов имеет пёструю окраску. Рисунок определяется не только строением мрамора, но и направлением, по которому производится распиливание камня. Полировка усиливает и проявляет цвет и рисунок мрамора. Шлифовка снижает яркость и четкость.

По декоративным свойствам, возможностям обработки и широте применения мрамор делят на белый, серый и цветной.
Белый мрамор практически не содержит примесей, поэтому он часто однороден, имеет мелко- и среднезернистую структуру. Этот мрамор легко поддается обработке. Наиболее ценным считается мелкозернистый белый мрамор, который часто используют в скульптуре. Белый мрамор считается очень капризным, домашним камнем, что связано с его особой структурой: он слабо защищен от образования пятен и пожелтения. Такой мрамор следует с осторожностью применять при облицовке фасадов. Его технические характеристики позволяют пережить лютые морозы и механические повреждения, однако через некоторое время он может потерять свою красоту и блеск, потускнеть и покрыться желтыми пятнами.
Серый мрамор чаще всего неоднороден по цвету и имеет слоистую расцветку. Характерный рисунок серого мрамора – "облачный" и "снежно-пейзажный". Этот вид мрамора хорошо обрабатывается и полируется. Его используют для наружной и внутренней облицовки.
Цветной мрамор включает в себя большой спектр разновидностей - от желтых и розовых до зеленых черных. Среди цветного мрамора наиболее редкими считаются сине-голубые разновидности.

Мрамор применяется с античности как конструкционный и облицовочный архитектурный материал благодаря своим пластическим и декоративным достоинствам. Мрамор твердый и прочный материал, мелкозернистый, что определяет его хорошую полируемость.
Мрамор отличается богатством тонов, пятнистой или слоистой структурой, выявляемыми при полировке. Теплостойкие качества мрамора позволяют применять этот камень для наружной облицовки каминов или помещений с повышенной температурой. Коэффициент водопоглощения мрамора, так же как и гранита, довольно низкий, поэтому его можно использовать при строительстве бассейнов и фонтанов.
Мрамор используется также для создания мозаичных композиций (инкрустационный стиль, флорентийская мозаика), рельефов и круглых изваяний. Относительная прозрачность мрамора порождает на поверхности скульптуры тончайшую игру света и тени.

Также мрамор применяется для облицовки каминов и фонтанов, изготовления столешниц, лестничных маршей, полов, вазонов и балясин.

5. Базальт – наиболее распространённая излившаяся вулканическая порода на поверхности нашей планеты. Из всех минеральных плит, именно базальтовые встречаются в восьмидесяти процентах случаев. В минералогическом и химическом отношении базальты представляют собой эффузивные аналоги габбро. Это плотные породы (плотность 2,75-3,1), реже с пористой структурой. Цвет материала может быть в основном тёмно-серым и чёрным, но по отдельным месторождениям зелёным и розовым. Базальты из верхних частей потоков лавы могут быть пузыристыми, поскольку при затвердевании горячей массы, из неё выделялись газы и пары. Впоследствии в образовавшихся пузырях откладывались другие минералы – цеолит, кальцит, самородная медь, пренит. Так получились миндалекаменные базальты.

Спектр его применения в строительстве очень широк. Базальт используется в виде блоков-плит для мощения, облицовки, в качестве строительного камня, в виде щебня, брусчатки, в качестве наполнителя бетона. Базальты часто используют как сырьё для каменного литья. Из него производят базальтовое волокно, из которого получается прекрасный тепло- и звукоизоляционный материал (каменная или базальтовая вата).

Базальтовые строительные материалы отличаются хорошими эксплуатационными характеристиками, благодаря которым их широко используют в строительстве:

1) термоустойчивость, огнеупорность – выдерживает температуру свыше 1500 градусов по Цельсию, часто используется в качестве защиты от пожаров

2) шумопоглощение и теплоизоляция

3) устойчивость к воздействию щелочей и кислот

4) устойчивость к истиранию

5) экологичность

6) прочность

7) долговечность

Несмотря на то, что базальт – достаточно плотный материал, он хорошо поддаётся обработке – резке, распилу, шлифовке. Также он хорошо поддаётся полировке и в качестве облицовочного материала имеет строгий, современный и респектабельный вид. Его прочность и возможности по его обработке позволяют применять этот камень в конструкциях любой сложности.

Этим и обуславливается его основное применение в строительстве в качестве облицовочного материала, для создания статуй, скульптур и любых декоративных элементов, а так же в качестве внутренней и наружной отделки. Ввиду всех вышеперечисленных характеристик камня его широко используют на открытом воздухе. Из него смело строят подвальные и цокольные этажи здания, используют в облицовке и оформлении мостов, фонтанов, подземных переходов и фасадов. Базальтовые столбы находят применение в портовых сооружениях. Базальт используется в виде щебня – как железнодорожный балласт, в виде щебня и брусчатки – в дорожном строительстве. Работа с камнем разрешена в индустриальной сфере: в присутствии красок, масел, в щелочной или кислотной среде. Камень широко используется в качестве противопожарной защиты, теплоизоляционного, шумопоглощающего и главное ЭКОЛОГИЧНОГО материала.

6. Глина — широко распространенная горная порода.

Глину можно определить как землистую горную породу, состоящую в основном из алюминия, кремния и воды с величиной частиц менее 0,01 мм, легко распускающуюся в воде, с образованием вязких взвесей или пластичного теста, сохраняющего приданную ему форму после высыхания и приобретающего твердость камня после обжига.
Свойства глин
Свойства глин целиком зависят от их химического и минерального состава, а также от величины составляющих их частиц

Важнейшими свойствами глин являются:
1) способность в смеси с водой образовывать тонкие «взвеси» (мутные лужи) и вязкое тесто;
2) способность набухать в воде;
3) пластичность глиняного теста, т. е. способность его принимать и сохранять любую форму в сыром виде;
4) способность сохранять эту форму и после "высыхания с уменьшением объема;
5) клейкость;
6) связующая способность;
7) водоупорность, т. е. способность после насыщения определенным количеством воды не пропускать через себя воду.

8) способностью поглощать из жидкости некоторые растворенные в ней вещества
Разновидности глин
Наиболее ценными для народного хозяйства являются следующие разновидности глин:
Каолин — глина белого цвета. В основном он состоит из минерала каолинита. Обычно менее пластичен по сравнению с другими белыми глинами. Он является основным сырьем для фарфорово-фаянсовой и бумажной промышленности.
Огнеупорные глины. Для этих глин характерен белый и серо-белый цвет, иногда со слегка желтоватым оттенком. При обжиге они должны выдерживать без размягчения температуру не ниже 1580°. Основными образующими их минералами являются каолинит и гидрослюды. Пластичность их может быть различной. Используются эти глины для производства огнеупорных и фарфорово-фаянсовых изделий.
Кислотоупорные глины. Эти глины представляют собой разновидность огнеупорных глин с небольшой примесью железа, магния, кальция и серы. Используются для химических фарфорово-фаянсовых изделий.
Формовочные глины — разновидность огнеупорных глин, обладающая повышенной пластичностью и повышенной связующей способностью. Они применяются в качестве связующего материала при изготовлении форм для металлургического литья. Иногда для этих целей применяются также тугоплавкие глины (при обжиге менее устойчивые, чем огнеупорные) и даже легкоплавкие—бентонитовые глины.
Цементные глины обладают различным цветом и разным минеральным составом. Вредной примесью является магний. Применяются эти глины для получения портланд-цемента.
Кирпичные глины — легкоплавкие, обычно со значительной примесью кварцевого песка. Их минеральный состав и цвет могут быть различными. Применяются эти глины для производства кирпича.
Бентонитовые глины. Основным образующим их минералом является монтмориллонит. Цвет их различный. Они сильно набухают в воде. Обладают более высокой отбеливающей способностью, чем другие глины. Применяются эти глины для очистки нефтепродуктов, растительных и смазочных масел, при бурении скважин, а иногда, как отмечалось ранее, — при изготовлении литейных форм.

В производственной практике встречается также деление глин на «жирные» и «тощие» (супеси, суглинки). Такое деление глин связано со степенью загрязненности их кварцевым песком. Кварцевый песок — наиболее частая и почти всегда преобладающая примесь в глинах, особенно в месторождениях глин остаточного типа. В «жирных» глинах песка мало, а в «тощих» его много.

Из глиняного теста делают различные изделия — кувшины, кринки, горшки, миски и т. п., которые осле обжига становятся совершенно твердыми и не пропускают воду. Кирпичные заводы вырабатывают из глины строительные кирпичи, также обладающие большой механической прочностью. Глины могут быть всех цветов — от белого до черного. На нефтеперегонных заводах используют некоторые сорта глин для очистки нефтепродуктов. Применяют их и для очистки растительных масел и жиров.

Вследствие того, что глины содержат большое количество окиси алюминия, их применяют и как химическое сырье.

Гипс — минерал, водный сульфат кальция. Кристаллы пластинчатые, столбчатые, игольчатые и волокнистые. Встречаются преимущественно в виде сплошных зернистых и волокнистых масс, а также различных кристаллических групп. Чистый гипс бесцветен и прозрачен, при наличии примесей имеет серую, желтоватую, розовую, бурую и другие окраски. Осаждается из водных растворов, богатых сульфатными солями, при усыхании морских лагун, соленых озер.

Гипс используют для изготовления вяжущих материалов, внутренних отделочных работ, гипсования почвы, в медицине. Его применяют также для снятия масок, моделирования скульптуры, создания рельефных украшений (лепнины) в помещениях. С древности популярен гипс как поделочный камень. Из него вырезают ажурные вазочки, фигурки, пепельницы и другие декоративные предметы.

Гипсовые вяжущие материалы получают путем термической обработки и измельчения природного гипсового камня и некоторых гипсосодержащих промышленных отходов (глиногипса, фосфогипса, борогипса). Качество гипсовых вяжущих зависит от предела прочности при сжатии и изгибе, сроков схватывания, степени помола, водопотребности при затворении.

В зависимости от сроков схватывания и твердения гипсовые вяжущие подразделяются на: А — быстротвердеющие (2-15 мин); Б — нормальнотвердеющие (6-30 мин); В — медленнотвердеющие (20 мин и более). Порошок гипсового вяжущего, затворенный водой (50-70% от массы гипса), образует пластичное тесто, которое быстро схватывается и твердеет. Получается гипсовый камень, прочность которого по мере высушивания повышается.

Гипсовые изделия отличаются гигиеничностью, огнестойкостью, хорошими тепло- и звукоизоляционными качествами, архитектурной выразительностью. Однако они обладают высокой гигроскопичностью и поэтому должны содержаться при относительной влажности воздуха не более 60%.

Применения. Гипс употребляется в сыром и обожженном виде. При нагревании до 120-140 градусов переходит в полугидрат CaSO4*0,5H2O (полуобожженный гипс или алебастр), при более высоких температурах получается обожженный гипс (строительный гипс).

Обожженный гипс применяется для лепных работ, в архитектуре, для штукатурки, в медицине, в цементной и бумажной промышленности. Сырой гипс используется при производстве портландцемента, для ваяния статуй и в качестве удобрения. Волокнистый гипс-селенит - широко применяется для поделок.

7. Щебень - это неорганический зернистый сыпучий материал с зернами размером свыше 5 мм, получаемый дроблением в карьере горных пород, гравия и валунов, или путем переработки промышленных отходов.

Щебень по происхождению горных пород делиться на три основные группы:

1) Изверженные (первичные)

2) Осадочные (вторичные)

3) Метаморфические (видоизмененные)

4) По крупности щебень разделяют на фракции. Фракция - это максимально допустимый размер отдельно взятого камня (зерна). Основными фракциями щебня являются 5-10, 5-20, 10-20, 20-40, 40-70, бывает и более крупный щебень с размером зерен до 150 мм.

Щебень используется в зависимости от его характеристик и качества в различных отраслях:

ü Производство бетона и железобетонных изделий,

ü Для верхних подстилающих слоев фундаментов и оснований;

ü Строительство и ремонт автомобильных дорог;

ü Строительство и ремонт железных дорог.

Поиск по сайту: