Строительные материалы

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Серия основана в 2001 году



П.С. Красовский




СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ




Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом профессионального образования в качестве учебного пособия для учебных заведений, реализующих программу среднего профессионального образования по укрупненной группе специальностей 08.02.00 «Техника и технологии строительства» (протокол № 3 от 17.O2.2o2O)

znanium.com

Москва

2023

ИНФРА-М

УДК 691(075.32)
ББК 38.3я723

     К78



      Рецензенты:
        Ярмолинская Н.И., кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Строительные материалы и изделия» Тихоокеанского государственного университета;
        Баранов В.Л., начальник центральной строительной лаборатории Дальневосточного мостостроительного ОАО



      Красовский П.С.
К78 Строительные материалы : учебное пособие / П.С. Красовский. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2023. — 256 с. — (Среднее профессиональное образование).


          ISBN 978-5-00091-683-4 (ФОРУМ)
          ISBN 978-5-16-015153-3 (ИНФРА-М, print)
          ISBN 978-5-16-108997-2 (ИНФРА-М, online)


          В учебном пособии рассмотрены основные виды строительных материалов, их технические свойства и рациональные области применения в строительстве во взаимосвязи с составом и строением материалов.
          Предназначено для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по укрупненной группе специальностей 08.02.00 «Техника и технологии строительства», а также может быть использовано для студентов вузов.


                                                    УДК 691(075.32) ББК 38.3я723
















ISBN 978-5-00091-683-4 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-015153-3 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-108997-2 (ИНФРА-М, online)


© Красовский П.С., 2020
© ФОРУМ, 2020

                Введение













    Многообразие конструктивных решений зданий и сооружений, а также условий их эксплуатации порождает различия в требованиях к свойствам строительных материалов.
    С каждым годом возрастают требования к конструкциям, несущим нагрузки, и материалам, способным служить в различных природных условиях. Для защиты ограждающих конструкций от климатических воздействий требуются материалы, обладающие малыми гигроскопичностью, водопоглощением, теплопроводностью и достаточными морозостойкостью и огнестойкостью. Повышение уровня и качества внутреннего благоустройства и гигиенических требований к зданиям обусловливает развитие производства новых отделочных материалов, а также материалов для водостоков, канализации, санитарной техники более высокого уровня, обладающих водонепроницаемостью, химической стойкостью и другими свойствами. Повышение эстетических требований, предъявляемых к зданиям, способствует организации выпуска широкого ассортимента отделочных материалов.
    В решении задачи повышения эффективности строительства большое значение имеет снижение массы строительных конструкций. Уменьшение массы материалов на единицу конструкции позволяет снизить затраты на их перевозку, уменьшить мощность монтажных и транспортных средств, укрупнить строительные конструкции и, в конечном итоге, снизить трудоемкость и стоимость строительства. Для этого необходимо увеличить производство современных легких конструкций, легких бетонов на пористых заполнителях и ячеистых бетонов, развить производство эффективных теплоизоляционных материалов, материалов из пластмасс, новых отделочных материалов ит.д.

Введение

    Качество, долговечность и стоимость сооружений в большой мере зависят от правильного выбора и применения материалов. Для рационального использования строительных материалов строитель должен знать свойства и назначение каждого из них. Знание свойств и особенностей материала дает возможность строителю выбрать материал с соответствующими свойствами для каждой части сооружения с учетом эксплуатационной среды, правильно использовать наилучшие приемы его обработки и укладки в сооружение, при необходимости заменить один материал на другой без ухудшения качества строительства или принять меры по защите материалов от коррозии, наконец, организовать правильное транспортирование и хранение материала, чтобы не допустить снижения его качества.
    При решении этих задач строитель должен уметь оценивать свойства материалов числовыми показателями и хорошо разбираться в методиках их определения. Все эти вопросы изучаются в курсе «Строительные материалы» и других дополняющих его дисциплинах, что подчеркивает большое значение данного курса в общем плане подготовки специалистов-строителей. Курс базируется на ряде дисциплин общетеоретического цикла (химии, физике, геологии, математике, сопротивлении материалов и др.) и, в свою очередь, связан с иными специальными дисциплинами, являясь базой для их изучения (строительные конструкции, архитектура, технология строительного производства и др.).
    Многообразие материалов, применяемых в строительстве, делает изучение их свойств и особенностей применения достаточно сложным. Общим для всех материалов является их связь с особенностями строения и со свойствами тех веществ, из которых они состоят. Поэтому для успешного изучения курса строительных материалов необходимо прежде всего усвоить связь между свойствами, составом и строением материалов. При разных способах обработки одного и того же сырья получают материалы с различным строением и, следовательно, различными свойствами. Поэтому технологические приемы изготовления и обработки строительных материалов следует рассматривать очень подробно, чтобы оценить влияние этих приемов на строение и свойства получаемого продукта. На основе глубокого изучения связи между свойствами материала и его составом и строением, сущности главнейших технологических процессов студент должен научиться правильно оценивать качество материалов и находить области и практические приемы наиболее рационального их применения в практике строительства. Учебное пособие составлено на основе

Введение

5

трудов ученых и педагогов высшей школы России В.Н. Кропотова, Б.Д. Коровникова, Г.И. Горчакова, А.Г. Домокеева, В.Г. Микульского, И.А. Рыбьева.
    Согласно общепринятой классификации строительные материалы подразделяют по технологическому признаку на следующие основные группы.
    Природные каменные материалы. Их получают из горных пород вулканического, осадочного или метаморфического происхождения и используют в строительстве в виде штучных изделий — плит, камней, крупных кусков неправильной формы (бутового камня) и в виде рыхлых материалов — минерального порошка, песка, гравия, щебня.
    Керамические материалы и изделия. Их получают из глин с различными добавками путем формования, сушки и обжига. В строительстве применяют, как правило, изделия из этих материалов: кирпич, черепицу, трубы, санитарно-технические изделия и др.
    Стеклянные и плавленые материалы и изделия. Основными видами являются оконное и витринное стекло, стеклянные трубы, блоки, плитки, фасонные изделия, маты из стекловаты, пеностекло и др. К этой же группе относят шлаковые (плитки, бруски) и каменные (каменное литье) изделия.
    Лесные материалы. Большое внимание при их изучении уделяется повышению срока службы материалов в конструкциях, столярных изделиях и современному использованию в строительстве.
    Теплоизоляционные и акустические материалы и изделия. Они предназначены для защиты помещений, тепловых агрегатов и трубопроводов от потерь тепла и для защиты холодильных установок от нагревания. Материалы подразделяются на органические и неорганические, штучные и рыхлые. Некоторые теплоизоляционные материалы выполняют одновременно акустические (звукопоглощающие и звукоизолирующие) функции.
    Лакокрасочные материалы. Широко применяют при отделке промышленных и гражданских зданий.
    Органические вяжущие вещества и бетоны на их основе. К ним относятся битумные и дегтевые материалы, на основе которых изготовляют эмульсии и пасты. Бетоны с применением битумов называют асфальтовыми и применяют для строительства дорог, устройства полов, плоских кровель и др. Бетоны с применением дегтей называют дегтебетонами.
    Кровельные и гидроизоляционные материалы на основе битумов и дегтей. Обширная группа этих материалов включает так называемую

Введение

мягкую кровлю (рулонные материалы) и гидроизоляционные материалы. Кроме битумов и дегтей, в гидроизоляции и кровельных материалах используют дегтебитумные, битумно-полимерные и другие материалы.
    Строительные материалы из пластических масс. Материалы этой группы получают на основе полимеров — веществ с высокой молекулярной массой. Путем переработки полимеров, наполнителей и других компонентов пластмасс получают материалы для полов, стен, тепло- и гидроизоляции, отделочные материалы, современные клеи и др.
    Неорганические (минеральные) вяжущие вещества. Материалы этой группы являются продуктами обжига природного сырья или искусственно подобранной сырьевой смеси с последующим измельчением в порошок. При этом одни — воздушные вяжущие вещества — обладают способностью твердеть только на воздухе, другие — гидравлические — как на воздухе, так и в воде.
    Строительные растворы, бетоны и изделия из них, а также металлические материалы изучаются в иных дисциплинах программы.
    Большое значение при изучении курса «Строительные материалы» имеют экскурсии на передовые предприятия, строительные выставки, производственная практика и т. п., где студенты могут ознакомиться с реальными материалами, конструкциями и технологией их производства, контролем качества, способами доставки на объекты строительства, мерами охраны труда и т. д.

Глава 1




                ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ
                МАТЕРИАЛОВ










            1.1. Общие сведения


    В процессе эксплуатации строительные материалы подвергаются воздействию внешней среды, т. е. физических, химических и других факторов, которые могут отрицательно влиять на их технические свойства.
    Свойства материалов характеризуются числовыми показателями, которые определяют при испытаниях их в лаборатории или на полигоне по методике, предусмотренной государственными стандартами или техническими условиями.
    Государственные стандарты (ГОСТ) на строительные материалы являются документами, имеющими силу закона, и их выполнение обязательно для всех министерств и ведомств. В ГОСТе дается определение и состав материала, указывается способ его получения или происхождение, область применения в строительстве; приводятся сведения о технических свойствах и нормативные требования, излагаются методы испытаний, сообщается об особенностях упаковки, транспортировки и хранения материала и др.
    Технические условия (ТУ) — нормативный документ, разрабатываемый министерством или ведомством, используется в пределах ведомственных строительных объектов.
    По мере развития науки и техники в данной области ГОСТы, ТУ и СНиПы (строительные нормы и правила) периодически перерабатываются, совершенствуются и утверждаются. Год утверждения указывается последними цифрами номера ГОСТа или ТУ.

Глава 1. Основные свойства строительных материалов

    Применяя материал в строительстве, необходимо знать не только его технические свойства, но и принимать во внимание те условия, в которых он будет работать.
    Прежде всего, необходимо, чтобы прочностные показатели материала соответствовали величине тех напряжений, которые будут возникать в нем от механических нагрузок, температурных и усадочных воздействий. Однако даже очень прочные материалы (дерево, бетон, сталь) могут быстро разрушаться при неблагоприятном воздействии внешней среды. Таким образом, материал должен характеризоваться не только прочностными показателями, но и стойкостью во времени к загниванию, коррозии и т. п., что неразрывно связано с его химическими и физико-химическими свойствами.
    Технические свойства материала обусловливаются его химическим составом и структурой (строением). По структуре материалы подразделяют на кристаллические и аморфные. Кристаллическое строение имеют большинство природных и искусственных каменных материалов, а также металлы и их сплавы. Характерным признаком кристаллического строения материала является правильное расположение атомов, образующих пространственную кристаллическую решетку, состоящую из ряда кристаллографических плоскостей.
    Атомы, располагаясь в кристаллографических плоскостях, отстоящих одна от другой на определенном расстоянии, образуют узлы пространственной решетки кристалла. Некоторые материалы, имеющие кристаллическое строение, при изменении температуры или давления могут изменять кристаллическую решетку и переходить в другую модификацию. Так, например, кварц при нагревании до температуры 575 °C скачкообразно увеличивается в объеме примерно на 1,5 % и переходит из в-кварца в другую кристаллическую модификацию (а-кварц).
    Материалы аморфного строения характеризуются неориентированным беспорядочным расположением атомов и молекул. Однако при определенных условиях — воздействии температуры и давления — они могут перейти в кристаллическое состояние.
    Значительная часть строительных материалов по своему строению может быть отнесена к дисперсным системам (краски, клеи, битумы, эмульсии, пасты и др.). Всякая система, в которой одно вещество является распределенным в виде весьма мелких частиц в другом веществе, называется дисперсной системой. При этом раздробленное веще

1.1. Общие сведения

9

ство называют дисперсной фазой, а окружающее его другое вещество — дисперсионной средой. Так, например, при разбавлении глины водой образуется глинистая суспензия, в которой частички глины являются дисперсной фазой, а вода служит дисперсионной средой.
    Дисперсные системы, в которых частички твердого вещества взвешены в жидкости и способны оседать под действием силы тяжести, называют суспензиями. Системы, в которых дисперсионная среда и дисперсная фаза — две несмешивающиеся жидкости, называют эмульсиями или пастами. Суспензии, эмульсии и пасты принадлежат к грубым дисперсным системам, так как частицы их дисперсной фазы сравнительно велики (диаметр частиц больше 100 нм). Дисперсные системы, в которых раздробленные частицы настолько малы, что могут быть обнаружены лишь при помощи электронного микроскопа (диаметр частиц в пределах от 1 до 100 нм), называют коллоидными растворами. Коллоидные системы с жидкой дисперсионной средой при определенных условиях могут коагулировать, образуя новые системы — гели.
    В зависимости от структуры материалы могут быть изотропными, т. е. обладать одинаковыми свойствами во всех направлениях, или анизотропными — иметь различные свойства в разных направлениях.
    Важнейшие свойства, присущие почти всем строительным материалам, подразделяют на следующие группы:
    а)    физические свойства характеризуют особенности физического состояния материала, например, весовые показатели, или отношение его к каким-либо физическим процессам — нагреванию, физическому воздействию воды и т. п.;
    б)    химические свойства характеризуют способность материала к химическим превращениям под влиянием химических реакций, а также стойкость к воздействию кислот, солей, щелочей и других агрессивных жидкостей и газов;
    в)    механические свойства определяют способность материала сопротивляться разрушению от внутренних напряжений, возникающих в результате действия внешних нагрузок или других факторов, вызывающих сжатие, растяжение, изгиб, истирание и т. п.;
    г)    технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться обработке при изготовлении из него изделий;
    д)    эксплуатационные свойства характеризуют работоспособность материала, долговечность в изделии или конструкции.

Глава 1. Основные свойства строительных материалов



            1.2. Физические свойства



    Плотность вещества — масса единицы объема однородного материала в абсолютно плотном состоянии, без пор и включений. Плотность, кг/м³, определяется как

m



V

где m — масса материала, кг, г; V — объем материала в плотном состоянии, м³.
    Плотность вещества определяют обычно пикнометрическим методом; для большинства строительных материалов она больше единицы.
    Плотность материала — масса единицы объема материала в высушенном состоянии с порами и пустотами. Плотность материала, кг/м³, определяют по формуле

m₁
р = ¹
V1

где m₁ — масса образца материала, кг; V₁ — объем образца, м³.
    Плотность рыхлых материалов (песка, щебня, гравия) называют насыпной плотностью.
    Плотность большинства строительных материалов меньше плотности вещества. Однако очень плотные (стекло, сталь) или жидкие материалы имеют практически одинаковые плотности вещества и материала.
    Плотность материала определяет его прочностные и теплозащитные свойства и учитывается при расчете конструкций зданий и сооружений. Кроме того, значение плотности материалов принимают в расчет при определении необходимых транспортных средств и подъемно-транспортного оборудования.
    Плотность пористых материалов при увлажнении повышается. Плотность строительных материалов колеблется в широких пределах, примерно от 10—20 кг/м³ для легких теплоизоляционных пластмасс (мипора) до 7850 кг/м³ для стали.
    Пористость — степень заполнения объема материала порами и пустотами, %, вычисляют по формуле
n = |1 -рм |,
I Рв )

где рм— плотность материала, кг/м³; рв — плотность вещества, кг/м³.