Строительное материаловедение

Л.И.ДВОРКИН,О.Л.ДВОРКИН

СТРОИТЕЛЬНОЕ
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Учебно-пратичесоепособие

Инфра-Инженерия
Мосва
2013

Справочниеолоанефтеазоразведи:нефтеазопромысловаяеолоияиидроеолоия
УДК691
ББК38.3
Д24

Рецензенты:дотортехничесихна,профессорКалашниовВ.И.
(Пензенсийосдарственныйниверситетархитетрыистроительства);
дотортехничесихна,профессорПлинА.А.(Ураинсаяосдарственнаяаадемияжелезнодорожноотранспорта,.Харьов).

ДворинЛ.И.,ДворинО.Л.
Д24
Строительноематериаловедение.–М.:Инфра-Инженерия,
2013.–832с.

ISBN978-5-9729-0064-0

Вчебно-пратичесомпособииприведеныначныеосновыстроительнооматериаловеденияихаратеристиаосновныхматериалов,применяемыхвсовременномстроительстве.
Освещаютсятеоретичесиепредставленияостртреисоставестроительныхматериалов,процессахстртрообразованияимеханизме
синтезаважнейшихсвойств.Рассматриваютсяптиихпронозирования
ирелированиясвойствстроительныхматериалов.
Последовательноизлааютсястроительно-техничесаяхаратеристиаматериаловиизделий,основныенормативныетребованияним,
способыихполченияимодифицирования.
Книапредназначенадлястдентовиаспирантовстроительныхниверситетовифальтетов,атажеинженерно-техничесихработниов
строительныхоранизаций.

©ДворинЛ.И.,ДворинО.Л.,авторы,2013
©Издательство«Инфра-Инженерия»,2013

ISBN978-5-9729-0064-0

СОДЕРЖАНИЕ 

 
Предисловие  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  6 
Введение  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 7 
ЧАСТЬ І. ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ  .  .  . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 
 
14 
1. Классификация и стандартизация строительных  
материалов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  
 
14 
1.1 Основные понятия и классификация строительных  
материалов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   
 
14 
1.2 Стандартизация и оценка качества материалов  .  .  .  .  . 20 
1.3 Строительные материалы как стохастические объекты .. 25 
2. Структура строительных материалов  .  .  .  .  .  .  .  .  .   29 
2.1 Атомно-молекулярная структура материалов.  .  .  .  .  .   29 
2.2 Наноструктура материалов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   45 
2.3 Микроструктура материалов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   52 
2.4 Макроструктура материалов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   59 
3. Общие свойства строительных материалов  .  .  .  .  .  .  65 
3.1 Механические свойства  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   65 
3.2 Физические свойства  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   85 
3.3 Химические свойства  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  111 
4. Обоснование составов и технологических параметров 
получения строительных материалов  .  .  .  .  .  .  .  .   
 
114 
4.1 Термодинамический метод и диаграммы состояния  .  .   114 
4.2. Моделирование в исследованиях строительных материалов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  
 
124 
5. Физико-химические и технологические процессы получения строительных материалов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   
 
138 
5.1 Физико-химические процессы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   138 
5.2 Основные технологические процессы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   147 
ЧАСТЬ ΙΙ. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 
175 
6. Природные каменные материалы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  175 
6.1. Виды и свойства минералов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   176 

 .  .  .  .  .   .  .  .  .  .   .  .  .  .  .   .  .  .  .  .  

6.2. Горные породы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   184 
6.3. Свойства горных пород и виды природных каменных 
материалов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  
 
200 
6.4. Долговечность природных каменных материалов  .  .  .   215 
7. Керамические материалы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   218 
7.1. Составы керамических масс  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   218 
7.2. Процессы обжига и спекания  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   226 
7.3. Структура и свойства керамических материалов  .  .  .   230 
7.4. Основные виды строительных керамических материалов   239 
8. Стекло и стеклокристаллические материалы  .  .  .  .  .  265 
8.1. Силикатные расплавы и стеклообразное состояние  .  .   265 
8.2. Виды стекол. Свойства строительного стекла  .  .  .  .  .   269 
8.3. Строительные изделия из стекла  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 283 
8.4. Волокнистые материалы из силикатных расплавов 
302 
8.5. Стеклокристаллические материалы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  309 
9. Металлические материалы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   315 
9.1. Структура металлов и сплавов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  316 
9.2. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов  .  .   322 
9.3. Углеродистые и легированные стали  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   326 
9.4. Термическая обработка стали .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  344 
9.5. Чугуны  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   351 
9.6. Сплавы цветных металлов. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  355 
9.7. Коррозия металлов. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  360 
10. Минеральные вяжущие вещества  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   364 
10.1. Гипсовые вяжущие материалы. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   364 
10.2. Строительная известь и известесодержащие вяжущие 377 
10.3. Жидкое стекло. Магнезиальные и фосфатные вяжущие  .  387 
10.4. Шлаковые вяжущие

.

 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   397 

10.5. Портландцемент  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   404 
10.6. Разновидности цементов. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   432 
11. Композиционные материалы на основе вяжущих 
веществ.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   
 
457 

11.1. Бетоны  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   457 
11.2. Разновидности бетонов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   518 
11.3. Армированные композиционные материалы  .  .  .  .  .   544 
11.4. Материалы на основе нецементных вяжущих  .  .  .  .   568 
11.5. Строительные растворы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   586 
11.6. Сухие строительные смеси.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   604 
12. Материалы на основе древесины .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   612 
12.1. Строение и свойства древесины.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   612 
12.2. Лесо- и пиломатериалы. Изделия из древесины  .  .  .  . 629 
12.3. Материалы из клееной древесины.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   639 
12.4. Материалы на основе измельченной древесины  .  .  .   648 
13. Битумные и дегтевые вяжущие. Материалы на их 
основе.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   
 
668 
13.1. Битумные вяжущие.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   668 
13.2. Дегтевые и композиционные вяжущие. Эмульсии и 
пасты.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   
 
680 
13.3. Асфальтовые материалы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   687 
13.4. Рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы   706 
14. Полимерные материалы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   715 
14.1. Синтетические полимеры.  .  .  .  .  .  .  .  . .  .  .  .  .  .  .  .   716 
14.2. Состав и свойства пластмасс.  .  .  .  .  .  .  .  . .  .  .  .  .  .   739 
14.3. Основные виды строительных полимерных материалов .  753 
14.4. Полимерные клеи, мастики и бетоны.  .  .  .  .  .  .  .  . .   778 
15. Лакокрасочные и оклеечные материалы.  .  .  .  .  .  .   793 
15.1. Классификация и свойства.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   793 
15.2. Характеристика основных компонентов.  .  .  .  .  .  .  .   797 
15.3. Основные виды красок и лаков.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   803 
15.4. Оклеечные материалы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   810 
Литература.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   814 
Предметный указатель.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   816 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
Строительное материаловедение является составной частью 
строительной науки, на которой базируется современная строительная технология. Ее теоретическим фундаментом является 
комплекс фундаментальных наук, изучающих строение и свойства материальных объектов. 
В системе профессиональной подготовки специалистовстроителей “Строительное материаловедение” является базовой 
научной дисциплиной, без овладения которой невозможно 
дальнейшее изучение других специальных дисциплин. В учебных планах подготовки специалистов-строителей в последние 
годы “Строительное материаловедение” заменило близкий, но 
не идентичный традиционный курс “Строительные материалы”. 
В отличие от последнего в нем строительно-технологическая 
характеристика отдельных материалов увязывается с общими 
закономерностями, характеризующими влияние структуры и 
состава материалов на их свойства. Разработке такого курса 
способствовали обстоятельные теоретические исследования, 
выполненные в различных странах с помощью современных физико-химических методов. 
Стремясь удовлетворить неуклонно возрастающие требования строительной практики, наука о строительных материалах 
динамично развивается, обогащается новыми экспериментальными данными и результатами внедрения передовых технологий. 
Данная книга является в значительной мере результатом многолетней научно-педагогической и научно-исследовательской 
работы авторов. Авторы благодарны рецензентам, замечания которых учтены при подготовке книги к изданию. Они будут благодарны также всем читателям за замечания, направленные на 
улучшение содержания книги при ее возможном переиздании в 
будущем. 

Введение 

7 

ВВЕДЕНИЕ 

 
Строительное материаловедение – наука, изучающая связи между 
составом, структурой и свойствами материалов и закономерности их 
изменения под воздействием различных факторов. 
Строительное материаловедение сформировалось в результате накопления обширного фактического материала, обусловившего возможность перехода от частных зависимостей, характеризующих технологию, структуру, свойства отдельных видов материалов к общим 
закономерностям, справедливым для всей совокупности строительных 
материалов или больших их групп. 
Люди начали изготавливать искусственные строительный материалы в глубокой древности. Изделия из обожженной глины были найдены в раскопках,  имевших возраст около 15 тыс. лет до нашей эры, а 
как промышленный продукт они были широко распространены в 
Египте около 5 тыс. лет до н.э. Изделия, сформованные из стекла были 
известны в период 12-5 тыс. лет до н.э., а около 2 тыс. лет до н.э. имелась уже стекольная промышленность.  
Примерно 4-3 тыс. лет до н.э. появились вяжущие вещества, полученные путем обжига. Первыми из них были строительный гипс, получаемый обжигом гипсового камня, а затем воздушная известь, изготовленная путем обжига известняка при более высокой температуре. 
Египтяне применяли гипс при возведении пирамид и других монументальных сооружений. Они изготавливали растворы также на основе 
извести. 
Условно можно выделить 3 периода развития строительного материаловедения: 
Первый период начинается в глубокой древности, когда древнегреческими философами Демократом (около 460 г. до н.э.) и Эпикуром 
(341-270 гг. до н.э.) в результате наблюдений за свойствами природных камней, керамики, металлов было предложено учение об атомном 
строении различных веществ. 
Уже в известных древнеримских трактатах значительное место отводилось строительному искусству в т.ч. получению строительных 
материалов. Изучение древнеримских трактатов спустя многие столетия, когда уже была создана определенная научная база способствовало развитию некоторых фундаментальных идей строительного материаловедения, например, идеи пуццоланизации цементов, растворов и 
бетонов с целью  увеличения их водо- и коррозионной  стойкости, вве- 
 

Введение 

 

8 

дения органических добавок в растворы и бетоны для увеличения их 
пластичности и долговечности и др. 
Известно, что средневековье характеризовалось определенным 
снижением уровня строительных технологий, качества применяемых 
материалов. Развитие научного материаловедения стало возможным 
лишь после того, как были сформулированы основные закономерности 
естественных наук, определяющие строение и свойства веществ, условия прохождения и особенности химического взаимодействия веществ, процессов растворения, кристаллизации, спекания, плавления и 
др. 
В России значительный вклад в формирование науки о строительных материалах был сделан великим естествоиспытателем М.В. Ломоносовым. 
В 1748 г. М.В. Ломоносовым создана первая в России химическая 
лаборатория, где проводилась интенсивная исследовательская работа 
по химии и технологии стекла. В 1748-1752 гг. он разработал более 
2000 составов цветных стекол. 
М.В. Ломоносов в своем “Курсе истинной физической химии” дал 
научное обоснование процессов спекания, стеклообразования, обжига 
и окраски стекол.  
В этот же период успешно работает в области керамики Д.И. Виноградов. В его работе “обстоятельное описание чистого порцелана” 
(1752 г.). Он описывает рецепты и технологию изготовления высококачественного фарфора и глазурей. 
С развитием строительства и промышленности в развивающихся 
странах во второй половине ХVІІІ в, прежде всего, в Великобритании 
связаны разработки технологий и исследования новых строительных 
материалов. Крупнейший вклад в развитие технологии и науки о вяжущих материалах, растворах и бетонах сделан английскими исследователями Д. Смитоном и Д. Паркером, предложившими гидравлическую известь и роман-цемент. 
В 1818 г. французский ученый Луи Жозеф Вика опубликовал работу “Экспериментальные исследования строительных известей, бетонов 
и обычных растворов”. В ней предложена классификация гидравлических известей в зависимости от массового соотношения кремнезема и 
глинозема к оксиду кальция. Эта классификация применяется до настоящего времени. 
Французский инженер, профессор Петербургского института корпуса инженеров путей сообщения Антуан де Шарлевиль опубликовал 
в 1822 г. “Трактат об искусстве изготовлять хорошие строительные 

Строительное материаловедение 

9 

растворы”, в котором приводит результаты исследований известковых 
пород Петербургской губернии с целью получения воздушной и гидравлической извести. В трактате излагаются основы технологии получения гидравлических добавок, способ подбора состава растворов. 
Идея получения гидравлического вяжущего обжигом искусственной смеси известнякового и глинистого компонента была развита независимо друг от друга Джозефом Аспдином (Англия) и Егором Челиевым (Россия). Д. Аспдин получил (1824 г.) патент на “усовершенствование способа получения искусственного камня”, которое названо 
им портландцементом (из-за сходства с известняками из каменоломен 
на острове Портленд). Д. Аспдин рекомендовал изготавливать цемент 
из известняковой пыли, собранной на дорогах, вымощенных известняком, которую после обжига на известь смешивают с глиняным шламом. Массовое соотношение компонентов в патенте не указывалось, а 
обжиг смеси рекомендовался лишь до полного удаления СО2. Цемент 
Д. Аспдина был использован в 1828 г. в работах по постройке тоннеля 
под Темзой. 
В сотую годовщину изобретения Аспдина в зале Городского Совета 
Лидса Американской портландцементной ассоциацией была установлена мемориальная бронзовая доска «В память Джозефа Аспдина из 
Лидса,… чье изобретение портландцемента… с последующим в течение столетия усовершенствованием в его производстве и использовании сделало весь мир его должником». 
Е. Челиев предложил изготавливать цемент из смеси извести и глины при тщательном смешивании компонентов и обжиге при температуре “белого жара” (1100-1200°С). Для улучшения качества готового 
цемента Е. Челиев рекомендовал добавлять в него гипс. Цемент Е. Челиева был использован в восстановительных работах в Москве после 
войны 1812 г. Результаты работы Е. Челиева изложены в книге “Полное наставление как изготавливать дешевый и лучший мергель или 
цемент, весьма прочный для подводных строений, как-то каналов, 
мостов, бассейнов, плотин, подвалов и штукатурки каменных и деревянных строений” (1825 г.). 
Английский изобретатель И.Ч. Джонсон уже в 40-х годах XIX в. 
существенно усовершенствовал технологию портландцемента, найдя 
необходимое соотношение известняка и глины в сырьевой смеси и 
применив повышенную температуру для оплавления сырья и образования клинкера. 
Второй этап развития науки о строительных материалах начинается 
со второй половины ХІХ в., когда сравнительно быстро развивается 

Введение 

 

10 

производство новых материалов. На основе изобретения английского 
ученого У. Николя была сконструирована поляризационная призма и 
на ее основе в середине ХІV в создан поляризационный микроскоп, 
позволивший создать кристаллооптический метод изучения различных 
минералов. Первые капитальные труды по петрографии – науке о горных породах, являющихся основным сырьем для производства строительных материалов вышли в Германии (Ф. Циркель и Х. Розенбуш) и 
Франции (А. Мишель-Леви, Фуке). 
В 1875 г. Е.С. Федоров создал теорию пространственных групп, определившую законы пространственной симметрии кристаллических 
решеток. Эта теория стала базовой для предложенного в 1912 г. рентгеноструктурного анализа. Выдающиеся работы по синтезу минералов, их систематике были выполнены Ф.Ю. Левинсоном-Лессингом. 
Позднее знаменитые работы по геохимии, имеющие неоценимое значение для развития физической химии и петрографии силикатов были 
выполнены В.И. Вернадским и А.Е. Ферсманом. 
Развитие строительного материаловедения неразрывно связано с 
развитием техники испытаний и методов исследований. Основы физико-механических испытаний ведущих строительных материалов в России были разработаны Н.А. Белелюбским. 
С 60-х годов ХІХ в. в строительстве все более господствующие позиции начинает занимать портландцемент. 
Первые цементные заводы возникли в Англии, а затем производство цемента распространилось по всему миру. Основной агрегат для 
производства цементного клинкера – вращающаяся печь была изобретена в 1877 г. (патент Кремптона и Рэнсома). Одна из первых печей 
имела длину 11 м и диаметр 1,5 м, а в 1900 г. уже имелись печи диаметром 2 м и длиной 35 м. Их суточная производительность составляла 30 т (современные вращающиеся печи имеют диаметр до 7 м и длину до 230 м и производительность до 3000 т в сутки). Дробилку (мельницу) для измельчения клинкера изобрел в 1892 г. французский инженер Дэвидсен. Внутри она была футерована кварцевыми плитками, а в 
качестве  мелющих тел использовалась морская галька. 
В России первый цементный завод по производству портландцемента был построен в 1856 г. в Гродзеце. В 60-х и последующих годах 
ХІХ в. были построены заводы в Риге, Новороссийске, Щурове, Брянске и других городах. Ко времени первой мировой войны цементные 
заводы России имели общую годовую производительность около 1,6 
млн. т.