Строительные материалы и изделия. Часть 2

УДК 691
ББК 38.3
          В27
Авторы: А.Р
. Туснин, О.А. Туснина
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор А.В. Руденский,  
главный эксперт Федерального автономного учреждения  
«Российский дорожный научно-исследовательский институт» (ФАУ «РОСДОРНИИ»);
доктор технических наук А.Ф. Бурьянов,  
профессор кафедры технологии вяжущих веществ и бетонов  
 
НИУ МГСУ
Величко, Е.Г.
В27	 	
Строительные материалы и изделия [Электронный ресурс] : [учебное пособие для 
аспирантов по направлению подготовки 08.06.01 Техника и технологии строительства] / 
Е.Г. Величко ; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, 
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, кафедра строительных материалов и материаловедения. — Электрон. дан. и 
прогр. (0,9 Мб). — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2020.ISBN 978-5-7264-2165-0 (сетевое)
ISBN 978-5-7264-2254-1 (локальное)
	
	
Часть 2. [Электронный ресурс] / Е.Г. Величко. — Электрон. дан. и прогр. (0,9 Мб). — 
Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2020. — Режим доступа: http://lib.mgsu.ru/. — 
Загл. с титул. экрана.
ISBN 978-5-7264-2312-8 (ч. 2) (сетевое)
ISBN 978-5-7264-2313-5 (ч. 2) (локальное)
В учебном пособии рассмотрены свойства строительных материалов с использованием фундаментальных положений термодинамики, молекулярной физики, коллоидной 
химии и физико-химической механики высококонцентрированных дисперсных систем, 
что сделало представленный материал более понятным, научно обоснованным и облегчающим восприятие. Приведены примеры строения и свойств конкретных материалов, в 
большинстве случаев бетонов и цементов как наиболее применяемых в современном строительстве. Настоящее учебное пособие является составной частью (ч. 2) общего курса «Строительные материалы и изделия», подготавливаемого для обучающихся в аспирантуре, введение для которого представлено только в учебном пособии ч. 1 «Строительные материалы 
и изделия».
Для аспирантов по направлению подготовки  08.06.01  Техника  и технологии строи 
тельства.
Учебное электронное издание
	
©  ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2020

 
Редактор Е.Б. Махиянова  
Корректор Л.В. Светличная  
Компьютерная правка и верстка О.Г. Горюновой  
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного 
Для создания электронного издания использовано:  
Microsoft Word 2010, Adobe InDesignCS5.5, ПО Adobe Acrobat 
Подписано к использованию 15.08.2020. Объем данных 0,9 Мб. 
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Национальный исследовательский 
 Московский государственный строительный университет».  
129337, Москва, Ярославское ш., 26. 
Издательство МИСИ – МГСУ.  
Тел.: (495) 287-49-14, вн. 14-23, (499) 183-91-90, (499) 183-97-95.  
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru 

Оглавление
Глава 1. СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.................................................. 5
Глава 2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ........................................... 6
2.1. Физические свойства................................................................................................... 6
2.2. Г
идрофизические свойства.......................................................................................... 8
2.3. Теплофизические свойства........................................................................................ 20
2.3.1. Теплоемкость.
..................................................................................................... 20
2.3.2. Теплопроводность.............................................................................................. 21
2.3.3. Тепловое расширение........................................................................................ 25
2.3.4. Огнестойкость.................................................................................................... 27
2.3.5. Пожарная опасность.......................................................................................... 28
2.3.6. Методы определения пожарно-технических свойств  
и группы горючести строительных материалов.
................................................ 29
2.3.7. Огнеупорность................................................................................................... 30
Глава 3. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. ДЕФОРМАЦИИ............................................ 31
3.1. Общие сведения......................................................................................................... 31
3.2. Деформации и напряжения....................................................................................... 31
3.2.1. Деформации растяжения и сжатия. Сдвиг.
....................................................... 33
3.2.2. Связь между модулями упругости..................................................................... 36
3.3. Дислокации в кристаллах.......................................................................................... 37
3.4. Прочность.
.................................................................................................................. 39
3.5. Твердость, истраемость, износ.................................................................................. 51
3.6. Релаксация................................................................................................................. 52
Глава 4. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ................... 53
Вопросы для самоконтроля................................................................................................. 55
Библиографический список................................................................................................ 56

Глава 1 
СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Свойством называется особенность, присущая предмету, материалу, изделию, определенным образом реагировать на воздействие одного или нескольких внешних или внутренних параметров и позволяющая включение их в тот или иной классификационный 
раздел.
Свойства определяются особенностями строения материала и свойствами веществ, 
входящих в его состав. Для природных (горные породы, древесина и др.) строение материала зависит в основном от его происхождения и условий образования, для искусственных (цемент, бетон, кирпич) — от свойств сырья и технологии производства.
Свойства строительных материалов подразделяют на физические, механические, химические, реологические, технологические, экологические и др.

Глава 2 
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Физические свойства характеризуют отношение материала к различным физическим 
процессам. К важнейшим физическим свойствам строительных материалов относят массу, истинную, среднюю и насыпную плотность, пористость, межзерновую пустотность, в 
том числе гидрофизические — водопоглощение, водопроницаемость, водостойкость, гигроскопичность, влажность, водоотдачу, водо-, паро-, воздухо- и газопроницаемость, морозостойкость, а также теплофизические — теплоемкость, теплопроводность, огнестойкость, огнеупорность и др.
2.1. Физические свойства
Масса — физическая характеристика, определяющая инерционные и гравитационные свойства материала и обладающая определенным объемом. Физические тела постоянного объема, состоящие из одного вещества и при наличии различного содержания воздушно-газовой среды, или из различных веществ, содержащих одинаковое и/или 
различное количество воздушно-газовой среды, могут иметь неодинаковую массу. Различие в массе материалов, имеющих равный объем, характеризуется понятием плотности.
Плотность — свойство материала, определяемое отношением массы к его объему, или 
масса единицы объема материала. Величина, обратная плотности, называется удельным 
объемом. Различают истинную, среднюю и насыпную плотность.
Истинная плотность (ρ) — масса единицы объема абсолютно плотного (без пор и пустот) материала. Определяется истинная плотность, кг/м3 (г/см3), по формуле:
	
P = m/Va,	
(2.1)
где	 m — масса материала, кг (г);
Va — объем материала абсолютно плотного состояния, м3 (см3).
Строительные материалы, за исключением получаемых из расплавов (металлы, стекло, пластмассы), являются пористыми. При определении истинной плотности пористых 
материалов их измельчают до тонкодисперсного порошкообразного состояния, ликвидируя при этом поры и обеспечивая суммарный объем частиц материала, равный его объему в абсолютно плотном состоянии. Истинная плотность материалов определяется главным образом их химическим составом.
Средняя плотность (ρm) — масса единицы объема сухого материала в естественном состоянии (Vест, м3 (см3)) с порами и пустотами, кг/м3 (г/см3):
	
ρm = mс/Vест,	
(2.2)
где	 mс – масса сухого образца, кг(г).
Средняя плотность зависит главным образом от пористости и химического состава 
материала. Взамен понятия средней плотности обычно применяется упрощенное — плотность. Изменяя пористость, получают искусственные строительные материалы с различным значением средней плотности, оказывающей значимое влияние на прочность, теплопроводность, водопоглощение, проницаемость для газовых и жидких сред и т.п.
Насыпная плотность (ρн) — масса единицы объема рыхло насыпных порошковых (цемент, тонкодисперсные минеральные добавки и др.), зернистых (песок, щебень, гравий и 
др.) или волокнистых (гранулированной минеральной ваты, шлаковой ваты и т.п.) материалов. В этом случаев в объем материала включаются собственные поры, а также объем 
межчастичных межзерновых или межволокнистых пустот. Определяется насыпная плот6

ность спомощью стандартных мерных сосудов. Насыпную плотность определяют, кг/м3 
(г/см3), по формуле:
	
ρн = m/Vмс,	
(2.3)
где	 m — масса сухого материала в заполненном мерном сосуде, кг (г);
Vмс — объем мерного сосуда, м3 (см3).
Пористость (П) — степень заполнения объема материала воздушными включениями 
в виде пор. Выражают в долях или в процентах объема материала. Для расчета пористости 
используют значения средней и истинной плотности материала, в долях или в процентах:
	
П = 1 – ρm/ρ;	
(2.4)
или	
П = (1 – ρm/ρ)100 %.	
(2.5)
Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 до 98 %. Например, 
пористость гранита составляет 0,2…1,4 %, керамического кирпича — 25–35 %, тяжелого 
бетона — 5–10 %, ячеистого бетона — 50–90 %, пенопласта — 95–96 %, мипора (вспененный полимер) — 98 %, пористость металла и стекла равна нулю (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Плотность и пористость некоторых строительных материалов
Наименование материала
Плотность, г/см3
Пористость, %
истинная
средняя
Бетон:
тяжелый
2,6
2,4
10
легкий
2,6
1,0
61,5
ячеистый
2,6
0,5
81
Кирпич:
обыкновенный
2,65
1,8
32
пустотелый
2,65
1,3
51
Природные камни:
гранит
2,7
2,67
1,12
мрамор
2,9
2,7
6,9
Стекло:
оконное
2,65
2,65
0,0
пеностекло
2,65
0,30
88
Полимерные материалы:
стеклопластик
2,0
2,0
0,0
мипора (вспененный полимер)
1,2
0,015
98
Древесные материалы:
сосна
1,53
0,5
67
древесно-волокнистая плита
1,5
0,2
86
Поровую структуру материала различают в виде интегральной (общей), дифференциальной (распределением пор по размерам), открытой и закрытой пористости, среднего радиуса пор и их внутренней удельной поверхности. Объем, размер и формы пор, их характер (замкнутые или открытые) оказывают значимое влияние на большинство 
важнейших свойств (плотность, прочность, водопоглощение, водонепроницаемость, морозостойкость, коррозионная стойкость, теплопроводность и др.) материалов. Например, 
изменение пористости тяжелого бетона на 1 % изменяет прочность его на 3–6 %.
7