книги из ГПНТБ / Слободяник И.Я. Строительные материалы и изделия учебник

чительно увеличивается производство высокопрочных и быстротвердеющих цементов, вяжущих для специальных строительных работ, материалов для декоративной отделки зданий, пустотелого кирпича, легких заполнителей, различных теплоизоляционных ма­ териалов.

Много выпускается различных пленочных, конструкционных, защитных и декоративных материалов из древесины (микрошпон), стекла (пленочное стекло, стеклошпон), синтетических смол (смо­ ляные пленки), металла (фольга), бумаги, дублированной плен­ кой, и изготовленных на их основе индустриальных материалов различного назначения (бакелизированная фанера, стеклопластики, слоистые пластики, фольгорубероид и др.). Особое значение при­ обретают пленочные рулонные материалы для воздухонапол­ ненных и воздухоопорных конструкций и сооружений, для по­ крытия бетонных дорог в период строительства и другого назна­ чения.

Все шире применяются современные способы улавливания пы­ ли на цементных, гипсовых и других заводах, извлечение полез­ ных составляющих газов и сопутствующих пород. Промышленные отходы (шлаки, золы, опилки, изношенная резина и др.) исполь­ зуются как сырье для производства строительных материалов. Намного повысился удельный вес в строительстве синтетических материалов и сплавов с новыми свойствами.

В создании многих строительных элементов особая роль при­ надлежит стали, тонкому листу из алюминиевых сплавов, клеям, клеящим мастикам, эмульсии, техническим тканям.

Развитие новых областей техники и создание объектов специ­ ального назначения вызывает потребность в новых технологических процессах и материалах. На смену обычным конструкциям при­ шли крупноразмерные элементы, блоки, комнаты и целые кварти­ ры, надувные конструкции из воздухонепроницаемых тканей, водо­ наполненные кровли, эффективные элементы из стекла, материалы из плавленых горных пород и шлаков, конструкции из алюминия, древесных пластиков, стеклопластиков, пластических масс, плоско­ сворачиваемые стальные и пленочные трубы и др.

Для развития промышленности строительных материалов в на­ шей стране имеются неисчерпаемые ресурсы. Очень ценны для строительства легко поддающиеся распиловке горные породы — туфы Армении, ракушечники Причерноморья, Крыма, Молдавии, приднестровские опоки. По запасам древесины наша страна, обла­ дая более чем одной третью мировых лесных площадей, зани-

п

мает первое место в мире. Промышленность пластических масс также обеспечена неограниченными источниками сырья — нефтью, газом. Так, из 1 млрд, м3 природного газа можно получить более 500 тыс. т различных химических продуктов, из которых на долю пластических масс приходится около 100 тыс. г.

Огромные запасы рудных и нерудных сырьевых материалов (железных руд, боксита, асбеста, нефелитов, диатомита, слюды, обычных и огнеупорных глин, каолина, магнезита, мергелей, из­ вестняка, гипса и др.) открывают широкие возможности для даль­ нейшего развития производства современных индустриальных строительных материалов.

В решениях XXIV съезда КПСС особо указано на необходи­ мость использовать как сырье попутные продукты основных произ­ водств. Разработано правительственное постановление о рекульти­

щади.

Большое значение для производства строительных материалов и строительства имеют химические материалы. Развитие строи­ тельной индустрии невозможно без глубокого знания процессов образования материала и умения управлять этими процессами. Выбором соответствующих химических компонентов для изделий, комплектацией конструкций, регулированием среды, в которой они служат, созданием защитных слоев на их поверхностях и метода­ ми объемной стабилизации можно улучшить свойства материалов и намного повысить их долговечность. При этом особая роль при­ надлежит различным химическим добавкам в малых дозах. Малые дозы поверхностно-активных веществ содействуют измельчению цементов, замедляют или ускоряют процессы их схватывания и твердения, повышают плотность, пористость, формовочную способ­ ность, делают материал гидрофобным или стойким к воздействию различных агрессивных сред.

В промышленности строительных материалов и в строительстве большое значение имеет вода. Она придает пластичность глиня­ ным массам, цементным шламам, участвует в химическом процес­ се структурообразования материала (бетона), используется для образования суспензий, эмульсий, пара и т. д. Достаточно сказать, что для получения 100 млн. т цемента и его переработки расходу­ ется свыше 150 млн. м3 воды. Вместе с тем вода увлажняет мате­ риалы, делая их тяжелыми, ухудшает теплофизические показате­

ли, способствует коррозии металлов, разбуханию некоторых из них. Омагниченная вода по данным ряда исследований обладает осо­ быми свойствами. На такой воде можно в более короткие сроки изготовлять бетон, расходуя при этом меньше цемента. Вода — прекрасный материал для сооружения в определенных климати­ ческих условиях водоналивных кровель. Высокая теплоемкость (в 10 раз больше, чем у стали), сравнительно низкая теплопровод­ ность, приближающаяся к теплопроводности тяжелого керамзитобетоиа, высокая скрытая теплота испарения при малой объемной массе, равной объемной массе керамзитобетона, обусловливают должное место воды среди строительных материалов.

Наукой доказана возможность создания материалов с задан­ ными свойствами и управления процессами их структурообразования. Так, из природного газа и нефти получают твердые, эла­ стичные, газонаполненные, жидкие и волокнистые строительные материалы. Из каменных пород и шлаков изготовляют плотные, ячеистые и волокнистые материалы.

Разработаны новые методы исследования сырья и материалов: рентгенография, термографический анализ, электронная микроско­ пия, ультразвуковая дефектоскопия и другие способы, позво­ ляющие контролировать качество материалов без их разрушения. В промышленности строительных материалов широко используют достижения физико-химической механики, математической стати­ стики и других наук. В Советском Союзе разработаны уникаль­ ная технология производства строительных изделий (например, вибропрокатных панелей на стане Н. Я- Козлова), техноло­ гия изготовления крупногабаритных изделий из силикатных бе­ тонов.

Для создания современных материалов применяют сверхтон­ кое измельчение, ультразвук, высокое давление, обработку паром при высоком давлении, полимеризацию, клеение, поверхностно­ активные вещества, пленочные покрытия напылением, гидро- и газорезание, штампование взрывом, массовый выброс породы взры­ вом, искусственные алмазы для обработки твердых тел, обработку материалов лучом лазера и многие другие способы обработки ма­ териалов.

С помощью ультразвука можно получить экономичные по рас­ ходу цемента бетонные смеси и красочные составы с малым рас­ ходом олифы, сваривать металлы, разрезать камни, дробить по­ роду. Под высоким давлением изготовляют бетоны, по прочности равные прочности чугуна. В электрическом поле эффективно про­

изводят окрашивание, измельчение, термообработку, улавливают пыль.

В последнее время у нас и за рубежом используют радиацион­ но-химические процессы для обработки полиэтилена, древесины и полимерных бетонов. С развитием в Советском Союзе атомной электроэнергетики радиационно-химические процессы в строи­ тельной технологии станут вполне реальными и весьма выгодными уже в ближайшие годы.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

§1. Общие сведения

ртроительные материалы в конструкциях зданий и сооружений ** подвергаются воздействию физических, химических и бактери­

ологических факторов, вызывающих в них напряжения, структур­ ные и химические изменения, которые могут ухудшить их свойства и вызвать разрушение.

Знание свойств материалов и условий их эксплуатации позво­ ляет правильно выбрать и использсщать материал для сооружений.

Сопоставляя результаты испытаний с требованиями, установ­ ленными государственными стандартами (ГОСТ) или технически­ ми условиями, судят о свойствах материала.

Стандарт содержит: определение материала, область приме­ нения, сведения о технических свойствах, сортах, допусках, поряд­ ке приемки, методах испытаний, особенностях транспортирования, хранения и др. Стандарт на стооительные материалы, как и на все виды продукции, является законом.

Для строительных изделий, применяемых в индустриальном строительстве, огромное значение имеют их линейные размеры, регламентируемые единой модульной системой, или так называе­ мым единым строительным модулем. Модулем называют числовой показатель основных размеров изделия, по которым устанавли­

рекомендована единая модульная система с исходным модулем 100 мм. Остальные размеры изделия принимают кратными моду­

Модулирование позволяет установить размеры строительных изделий, обеспечивающие их увязку в конструкции и взаимоза­ меняемость.

Строительные материалы можно разделить на группы в зави­ симости от происхождения, совокупности технических свойств и назначения.

По происхождению различают материалы: нерудные природ­ ные (гранит, песок), нерудные искусственные (кирпич, цемент), металлические (чугун, сталь), органические растительного и жи­ вотного происхождения (древесина, войлок из шерсти животных), минерально-органические (древесная стружка с цементом — фиб­ ролит), смоляные (битум, смола), эмульсионные (воднобитумная дисперсная система).

По свойствам материалы могут быть пластичными (глина), упругими (резина), хрупкими (стекло), твердыми (чугун), мягки­ ми (древесина), стойкими по отношению к воздействию воды, кислот и щелочей, к колебаниям температур и др.

Материалы могут применяться для фундаментов, стен, пере­ крытий, перегородок, полов, кровель, отделки, теплоизоляции, зву­ коизоляции, гидроизоляции, дорожных покрытий, санитарно-техни­ ческих целей, специального назначения и др.

§ 2. Понятие о строении материалов

Строительные материалы могут быть изотропными, т. е. обладаю­ щими одинаковыми свойствами во всех направлениях, и анизо­ тропными — с разными свойствами в разных направлениях. Строи­ тельные материалы неорганического происхождения бывают в двух состояниях: кристаллическом и аморфном. Большинство при­ родных и искусственных каменных материалов, а также металлы представляют собой кристаллические тела.

Признаком кристаллических твердых тел является правильное расположение ионов (атомов, молекул) в виде пространственной решетки. При определенных условиях (температуре, давлении и др.) аморфные тела могут перейти в кристаллические. Некоторые кристаллические тела (например, кварц) при определенных условиях имеют различную кристаллическую решетку (модифи­ кацию) .

Материалы могут иметь правильную геометрическую форму, быть сыпучими или рыхлыми, вязкопластичными, жидкими.

Материалы в виде мелких частиц называют дисперсными. Сре­ да, в которой находятся эти частицы, может быть воздушной, жидкой, твердой.

Дисперсные системы, в которых частички раздробленного вещества (радиусом 10~3-î-10-4 мм) находятся в жидкости во взвешенном состоянии и оседают под действием собственного веса, называют суспензиями.

Системы, содержащие частицы радиусом 10-5-ч-10“7 мм, носят название коллоидных, их частицы не оседают под действием сил тяжести.

Коллоидные системы с жидкой дисперсной средой называют

золями: водные — гидрозолями, спиртовые — алкозолями, эфир­ ные— эфирозолями. Системы, образованные двумя несмешивающимися жидкостями, называются эмульсиями. При этом одна жидкость (дисперсная фаза) распределена в другой жидкости (дисперсионной среде).

Коллоидные системы с жидкой средой способны в ряде случаев коагулировать, образуя гели.

Жидкие однородные системы, в которых частицами вещества являются атомы, молекулы или ионы, называют истинными рас­ творами (СаС12 в воде).

Пористость. Пористость материала характеризуется степенью заполнения его объема порами

Р = (і— ^)100% ,

где 7 о — объемная масса материала, кг/м3; 7 — плотность материала, кг/м3.

Пористость и объемная масса являются важными характери­ стиками материала, от которых зависят многие его свойства: проч­ ность, водопоглощение, тепло- и звукопроводность, морозостой­ кость и др.

Мелкие и замкнутые поры, заполненные газом (воздухом), при­ дают строительным материалам теплоизоляционные свойства. Зна­ чения пористости некоторых материалов следующие (проц.):

Пустотность. Пустотность характеризуется наличием воздуш­ ных полостей в изделии (пустотелом кирпиче, панели с пустота­ ми) или между зернами в зернистом несвязанном материале (пес­ ке, щебне). Например, пустотность щебня и песка составляет 35— 45%, кирпича пустотелого — 15—50%.

Водопоглощение и гигроскопическое увлажнение. Водопоглоще­ ние— свойство материала впитывать и удерживать влагу при непосредственном соприкосновении его с жидкостью. Величиной, характеризующей водопоглощение материала, является отношение количества впитанной материалом влаги при максимальном его насыщении к массе сухого материала.

Степень заполнения пор материала водой характеризуется объемным водопоглощением. Как правило, водопоглощение мате­ риала меньше его абсолютной пористости, так как вода в обычных условиях не заполняет поры полностью.

Отношение объема поглощенной воды к объему пор называют

коэффициентом водопоглощения.

Величину водопоглощения определяют по формуле

Объемное водопоглощение можно выразить формулой

=кг/м3,

где V — объем образца в естественном состоянии, м3. Гигроскопичность — свойство материала поглощать влагу из па­

рогазовой смеси, в частности, из влажного воздуха. Гигроскопическая влага по состоянию ее в материале может

быть разделена на адсорбционно-связанную, удерживаемую на по­

верхности частиц материала сорбционными силами, и капилляр­

Гидрофобность и гидроизоляционная способность. Гидрофобностыо называют свойство твердого тела не смачиваться водой или неспособность дисперсных тел связывать молекулы воды. Придание поверхностям материалов гидрофобных способностей

Влагоотдача. Строительные материалы способны в определен­ ных условиях отдавать влагу окружающей среде. При омывании влажного материала газами (воздухом), не насыщенными водяны­ ми парами, влага из материала диффундирует и количество ее в материале снижается.

В естественных условиях влагоотдача строительного материала характеризуется интенсивностью потери влаги при относительной влажности воздуха 60% и температуре 293,15° К-

Влажностное равновесие, наступающее между влажностью ма­ териала и влажностью окружающего воздуха, характеризует мате­ риал как воздушно-сухой.

Водостойкость. Под водостойкостью подразумевают способ­ ность материала сохранять свою прочность при временном или по­ стоянном увлажнении водой или водяным паром.

Некоторые материалы (кирпич-сырец) при увлажнении теряют прочность « деформируются, другие (цементный бетон) — сохра­ няют и даже повышают свою прочность.

Водостойкость материала характеризуется его коэффициентом размягчения.

Деформации при'увлажнении и высыхании. Свойство некото­ рых материалов увеличиваться в объеме при насыщении их водой (глина, древесина) называют набуханием. Набухание обычно со­ провождается изменением размеров, которые после высыхания материала, как правило, восстанавливаются.

Свойство некоторых материалов уменьшаться в объеме при вы­ сыхании называется усадкой.

Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением.

Величина водопроницаемости имеет большое значение для кро­ вельных материалов, труб, материалов, применяемых для возведе­ ния гидротехнических сооружений и др.

Водопроницаемость материала измеряется количеством воды,