Строительные материалы и технологии

УДК 691
ББК 38.3
          С86
Авторы:
С.В. Самченко, С.С. Иноземцев, М.Б. Каддо, О.Б. Ляпидевская, А.С. Пилипенко
Рецензенты:
доктор технических наук М.А. Гончарова, заведующая кафедрой  
строительного материаловедения и дорожных технологий  
ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет»;
доктор химических наук А.В. Коршунов, 
профессор кафедры строительного материаловедения НИУ МГСУ
Туснина, Ольга Александровна.
С86	 	
Строительные материалы и технологии [Электронный ресурс] : [учебное пособие 
для обучающихся по направлениям подготовки 08.03.01 Строительство, 27.03.01 Стандартизация и метрология, 20.03.01 Техносферная безопасность, 38.03.10 Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура] / [С.В. Самченко, С.С. Иноземцев, М.Б. Каддо и др.] ; Министерство науки и высшего образования Российской -Федерации, 
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, кафедра строительного материаловедения. — Электрон. дан. и прогр. 
(9,8 Мб). — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2024. — URL: http://lib.mgsu.ru/ — 
Загл. с титул. экрана.ISBN 978-5-7264-3521-3 (сетевое) 
ISBN 978-5-7264-3522-0 (локальное)
В учебном пособии содержатся сведения по основам технологии производства, составу, 
структуре, свойствам и рациональным областям применения традиционных строительных материалов, таких как керамический кирпич, цемент, растворы и бетоны, и специальных материалов — кровельных, гидро- и теплоизоляционных. Также приведены данные по широко применяемым сегодня сухим строительным смесям и материалам для аддитивного производства. 
Описание строительных материалов построено по схеме технология — состав — структура — 
свойства — область применения. Знание основных принципов технологии производства позволяет целенаправленно изменять состав и структуру строительных материалов, получая в результате материалы с требуемыми свойствами.
Для обучающихся по направлениям подготовки 08.03.01 Строительство, 27.03.01 Стандартизация и метрология, 20.03.01 Техносферная безопасность, 38.03.10 Жилищное хозяйство 
и коммунальная инфраструктура. 
Учебное электронное издание
	
© ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2024

Учебное электронное издание
Самченко Светлана Васильевна, Иноземцев Сергей Сергеевич,  
Каддо Мария Борисовна и др.
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ
Учебное пособие
Редактор Т.Н. Донина
Корректор В.К. Чупрова
Компьютерная правка и верстка О.Г. Горюновой
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного
Для создания электронного издания использовано:
Microsoft Word 2010, Adobe InDesign CS5.5, ПО Adobe Acrobat
Подписано к использованию 05.07.2024. Объем данных 9,8 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
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................ 7
1. СТРОЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ........... 8
1.1. Основные понятия строительного материаловедения.............................................. 8
1.2. Основные свойства строительных материалов.......................................................... 9
1.3. Параметры состояния и структурные характеристики 
строительных материалов......................................................................................... 10
1.4. Гидрофизические свойства строительных материалов............................................ 14
1.5. Физико-механические свойства строительных материалов................................... 17
1.6. Теплофизические свойства строительных материалов............................................ 20
2. СЫРЬЕВАЯ БАЗА ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ 
МАТЕРИАЛОВ. ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ.................................... 23
2.1. Минералы и горные породы .................................................................................... 24
2.2. Основные породообразующие минералы ............................................................... 25
2.3. Основные горные породы, применяемые в строительстве..................................... 27
2.4. Материалы и изделия из природного камня............................................................ 31
3. МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ............................................................ 34
3.1. Состав и строение древесины................................................................................... 34
3.2. Пороки древесины.................................................................................................... 35
3.3. Свойства древесины ................................................................................................. 39
3.4. Основные породы древесины, применяемые в строительстве............................... 42
3.5. Лесоматериалы и изделия из древесины.................................................................. 43
3.6. Защита древесины от гниения и возгорания........................................................... 46
4. СТРОИТЕЛЬНАЯ КЕРАМИКА..................................................................................... 48
4.1. Классификация керамических материалов ............................................................. 48
4.2. Сырье для производства керамических изделий .................................................... 49
4.3. Основы технологии производства керамических изделий...................................... 50
4.4. Стеновые керамические материалы ........................................................................ 52
4.5. Керамические облицовочные изделия .................................................................... 56
4.6. Керамическая черепица ........................................................................................... 57
4.7. Керамические огнеупорные материалы и изделия ................................................. 57
5. СТРОИТЕЛЬНОЕ СТЕКЛО........................................................................................... 58
5.1. Свойства стекла ........................................................................................................ 59
5.2. Листовое стекло ........................................................................................................ 60
5.3. Материалы и изделия из стекла ............................................................................... 64
5.4. Облицовочные изделия из стекла ............................................................................ 65
6. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ........................................................ 66
6.1. Металлы и их свойства.............................................................................................. 66
6.2. Основы металлургической технологии.................................................................... 68
6.3. Способы металлообработки...................................................................................... 72
6.4. Основные свойства и классификация сталей.......................................................... 74
6.5. Углеродистые и легированные стали........................................................................ 76
6.6. Термомеханическая обработка стали....................................................................... 77
6.7. Стальной прокат и стальные конструкции.............................................................. 78
6.8. Арматурная сталь....................................................................................................... 80
6.9. Коррозия металлов и защита от нее......................................................................... 81

7. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ (МИНЕРАЛЬНЫЕ) ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА........................ 83
7.1. Классификация......................................................................................................... 83
7.2. Воздушные вяжущие вещества................................................................................. 83
7.2.1. Гипсовые вяжущие .......................................................................................... 83
7.2.2. Воздушная известь .......................................................................................... 88
7.2.3. Магнезиальные вяжущие................................................................................ 90
7.2.4. Жидкое стекло ................................................................................................ 90
7.3. Гидравлические вяжущие ......................................................................................... 91
7.3.1. Портландцемент.............................................................................................. 92
7.3.2. Быстротвердеющий портландцемент............................................................100
7.3.3. Сульфатостойкий цемент...............................................................................101
7.3.4. Портландцемент с активными минеральными добавками...........................102
7.3.5. Шлакопортландцемент..................................................................................103
7.3.6. Пуццолановый цемент...................................................................................105
7.3.7. Глиноземистый цемент...................................................................................106
7.3.8. Расширяющиеся цементы..............................................................................108
8. БЕТОНЫ..........................................................................................................................110
8.1. Классификация........................................................................................................111
8.2. Материалы для тяжелого бетона.............................................................................113
8.3. Бетонная смесь и ее основные свойства.................................................................117
8.4. Основные свойства и показатели качества бетона.................................................121
8.5. Порядок подбора состава бетона.............................................................................128
8.6. Приготовление бетонной смеси..............................................................................131
8.7. Транспортирование, укладка и уплотнение бетонной смеси.................................131
8.8. Виды бетонов............................................................................................................134
8.9. Железобетон.............................................................................................................140
9. СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ И СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ...................142
9.1. Строительные растворы...........................................................................................142
9.1.1. Классификация строительных растворов.....................................................142
9.1.2. Материалы для строительных растворов.......................................................142
9.1.3. Свойства строительных растворов.................................................................144
9.1.4. Технология изготовления строительных растворов......................................148
9.2. Сухие строительные смеси.......................................................................................149
9.2.1. Классификация сухих строительных смесей.................................................150
9.2.2. Особенности состава сухих строительных смесей........................................150
9.2.3. Производство сухих строительных смесей....................................................151
9.2.4. Разновидности сухих строительных смесей..................................................152
9.2.5. Показатели качества сухих строительных смесей.........................................152
10. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ АДДИТИВНОГО СТРОИТЕЛЬНОГО 
ПРОИЗВОДСТВА..........................................................................................................154
10.1. Требования к материалам в состоянии сухой смеси.............................................154
10.2. Требования к готовым подвижным смесям...........................................................154
10.3. Требования к затвердевшим смесям......................................................................157
11. МАТЕРИАЛЫ НА ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВАХ..........................159
11.1. Битумы....................................................................................................................159
11.2. Кровельные и гидроизоляционные материалы....................................................164
11.2.1. Рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы..........................164
11.2.2. Показатели качества и методы испытаний рулонных материалов.............166

11.2.3. Физико-механические характеристики рулонных битумных материалов 
и области применения....................................................................................168
11.2.4. Битумные мастики........................................................................................171
11.2.5. Показатели качества и методы испытаний битумных мастик....................171
11.2.6. Физико-механические характеристики битумных мастик
и области применения....................................................................................173
11.3. Пластмассы.............................................................................................................174
11.3.1. Связующие вещества....................................................................................176
11.3.2. Состав и свойства строительных пластмасс................................................179
11.4. Лакокрасочные материалы....................................................................................181
12. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ................................................................184
12.1. Назначение теплоизоляционных материалов в строительстве............................184
12.2. Строение теплоизоляционных материалов, принцип действия и основные 
свойства....................................................................................................................185
12.3. Особенности процессов теплопереноса через строительные материалы............187
12.4. Классификация теплоизоляционных материалов................................................190
Основные виды теплоизоляционных материалов и технологии их получения....191
Контрольные вопросы........................................................................................................196
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................................197
Библиографический список...............................................................................................198
Рекомендуемая литература.................................................................................................198

ВВЕДЕНИЕ
Строительство — одна из главных отраслей экономики страны. Для возведения зданий и инженерных сооружений требуется огромное количество строительных материалов 
различного назначения, стоимость которых составляет более половины от общей стоимости строительства. 
По объему производимой продукции промышленность строительных материалов занимает одно из первых мест в экономике и представляет собой сложный комплекс специализированных производств. В ответ на современные вызовы увеличивается объем выпуска строительных материалов и изделий, решаются задачи по повышению их качества 
и расширению производства новых эффективных материалов и изделий, позволяющих 
снизить материалоемкость строительства и трудоемкость возведения зданий и сооружений.Ассортимент строительных материалов постоянно обновляется за счет освоения производства новых модифицированных материалов. Общая тенденция в производстве строительных материалов — выпуск материалов и изделий с максимальной степенью готовности и  совместимости между собой при использовании. Это касается не только 
традиционных сборных железобетонных элементов (панелей, плит перекрытий и т.п.), но 
и отделочных, кровельных и других специальных материалов. Применение таких материалов и строительных систем позволяет свести все работы к монтажным операциям, что 
сокращает сроки строительства.
Одновременно с индустриальным городским получает развитие малоэтажное, в том 
числе индивидуальное и сельское строительство. Для его обеспечения требуется увеличение выпуска традиционных материалов — портландцемента, кирпича, лесоматериалов, 
а также более широкое использование местных строительных материалов.
Промышленность строительных материалов использует в качестве сырья попутные 
продукты и отходы других отраслей промышленности (металлургические шлаки, золы 
ТЭС, отходы деревообработки), внося тем самым свой вклад в решение экологических 
проблем, относящихся к главнейшим проблемам человечества в XXI в. К сожалению, пока 
используется небольшое количество промышленных отходов, поэтому увеличение доли 
таких материалов остается одним из актуальных направлений развития промышленности 
строительных материалов.
Снижение энергозатрат на отопление зданий остается актуальным, и эта проблема 
может быть решена только за счет эффективной теплоизоляции зданий и тепловых сетей 
новыми строительными материалами. 
Строительные материалы — одна из главных дисциплин для будущих строителей всех 
специализаций. Для того чтобы их правильно использовать, надо знать основы технологии производства материалов, свойства и назначение. В развитие строительного материаловедения большой вклад внесли российские ученые и инженеры. Еще в начале XIX в. 
по инициативе профессора Н.А. Белелюбского были приняты используемые и поныне базовые стандартные методы оценки свойств строительных материалов (определение марки цементов, морозостойкости и др.). Позднее была разработана теория твердения вяжущих веществ (А.А. Байков, В.Н. Юнг), созданы новые виды вяжущих (П.П. Будников, 
В.В. Михайлов), разработаны и внедрены в практику новые виды бетонов и растворов 
(А.В. Волженский, Н.А. Попов, Б.Г. Скрамтаев).
Правильный выбор строительных материалов, умение оценить их качество и степень 
сохранности, обеспечить нормальные условия эксплуатации конструкций из этих материалов — все это важно для строителей любой специальности.

1. СТРОЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА 
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Материальную основу строительства — наиболее материалоемкой отрасли народного хозяйства — составляют строительные материалы, которые оказывают решающее воздействие на технико-экономическую эффективность, безопасность, эксплуатационные 
свойства зданий и сооружений и их долговечность. Стоимость строительных материалов 
составляет до 50 % сметной стоимости объектов.
По назначению строительные материалы классифицируют на 2 группы:
1) конструкционные, пригодные для несущих конструкций: природные каменные 
материалы, бетоны, растворы, керамика, стекло, металлы, конструкционные пластмассы, древесина;
2) специального назначения — теплоизоляционные, акустические, гидроизоляционные, герметики, кровельные, отделочные, антикоррозионные, огнеупорные, материалы 
для радиационной защиты.
На выбор строительного материала оказывает влияние ряд факторов: требуемые свойства конструкции; условия эксплуатации конструкции (риск коррозии); технология строительных работ; требования по безопасности (в том числе экологической, пожарной); экономическая эффективность строительства; обеспечение комфортной среды 
и архитектурного облика здания.
Материалы необходимо грамотно сочетать между собой для работы в единой строительной системе. Область применения того или иного материала и возможность совмещения с другими материалами определяются его свойствами.
Свойство — способность материалов определенным образом реагировать на воздействие отдельных внешних или внутренних факторов. Свойства материалов имеют названия, оцениваются численными значениями, имеющими определенную размерность, и устанавливаются путем стандартных испытаний.
1.1. Основные понятия строительного материаловедения
Материаловедение — наука, изучающая взаимосвязь состава, строения и свойств материалов, закономерности их изменения при физико-химических, физических, механических и других воздействиях.
Свойства материала можно регулировать путем направленного изменения его состава и управления структурой.
Все строительные материалы имеют определенный состав: 
• элементный — выражает содержание химических элементов в материале, % по массе. Например, элементный состав битума, %: С 70…80; H 10…15; S 2…9; O 1…5; N 0…2;
• химический — позволяет судить о механических свойствах, огне- и биостойкости 
материалов. Органические материалы не выдерживают высоких температур и горят, минеральные — имеют значительно более высокие температуры применения, металлы хорошо проводят электрический ток и тепло.
В зависимости от химического состава строительные материалы принято разделять на:
– органические (древесина, битумные материалы, пластмассы);
– минеральные (природный камень, бетон, керамика);
– металлические (сталь, чугун, цветные металлы).
Химический состав:
– простых органических материалов — в некоторых случаях можно выразить химической формулой;

– минеральных материалов — обычно выражают суммой оксидов, % по массе. Например, химический состав клинкера портландцемента, %: СаО 63…66; SiO2 21…24; Al2O3 4…8; 
Fe2O3 2…4;
– металлических материалов, применяемых в строительстве, в основном представлен соединениями железа и углерода;
• минеральный — показывает, какие минералы и в каком количестве, % по массе, содержатся в строительном материале. Например, минеральный состав клинкера портландцемента, %: алит 3СаО·SiO2 (С3S) 45…60; белит 2СаО·SiO2 (С2S) 20…30; трехкальциевый 
алюминат 3СаО·Al2O3 (С3А) 4…12; четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО·Al2O3·Fe2O3 
(С4АF) 10…20;
• фазовый — показывает наличие твердого вещества или каркаса, пор, заполненных 
воздухом или другим газом, и воды. Если в поры материала попадает вода, то изменяются его теплофизические свойства и влажностные деформации. При переходе воды в порах 
в лед при замерзании, т.е. при изменении своего фазового состояния, возникают большие 
внутренние напряжения, которые меняют механические и деформативные свойства материала;
• вещественный — выражает содержание веществ, % по массе, входящих в состав материала. Вещественный состав портландцемента, %: клинкер более 95, вспомогательные 
компоненты до 5, природный гипс 3…5.
Не менее, чем состав, на свойства материала влияет его строение. При одном и том 
же химическом составе материалы различного строения обладают разными свойствами. 
Так, мел и мрамор — две горные породы, состоящие из карбоната кальция СаСО3, но пористый рыхлый мел имеет низкую прочность и легко размокает в воде, а плотный мрамор 
прочен и стоек к действию воды.
Структура (строение) материала — пространственное расположение частиц различной степени дисперсности с совокупностью устойчивых взаимных связей и порядком сцепления между собой. В понятие структуры входит расположение пор, капилляров, микротрещин и т.д.
Строение материала изучают на трех уровнях:
• макроструктура — строение, видимое невооруженным глазом;
• микроструктура — строение, видимое в оптический микроскоп;
• внутреннее строение материалов — строение, изучаемое на молекулярно-ионном 
уровне.
Макроструктура твердых строительных материалов может быть следующих типов: 
конгломератная (бетоны, строительные растворы); ячеистая (ячеистые бетоны, ячеистые 
пластмассы); мелкопористая (керамика); волокнистая (древесина, стеклопластики, минеральная вата); слоистая (рулонные, листовые и плитные материалы); рыхлозернистая 
(заполнители для бетона, наполнители для цементов, пластмасс); макроструктура природных каменных материалов. 
Микроструктура материала может быть кристаллическая и аморфная. Кристаллическая форма всегда более устойчивая, имеет постоянную температуру плавления и определенную геометрию кристаллов.
Внутреннее строение исследуется с помощью методов рентгенофазового анализов, 
рентгеноструктурного и электронной микроскопии и т.п.
1.2. Основные свойства строительных материалов
Основные свойства строительных материалов в сумме формируют основные показатели качества материалов, их отношение к различного рода нагрузкам, взаимоотношение с другими материалами и в конечном счете — качество и долговечность строительной 
конструкции в целом. 

К основным свойствам строительных материалов относятся именно те, по которым 
чаще всего формируются марка, класс или сорт материала. В строительных конструкциях, испытывающих большие нагрузки, основным свойством всегда считался предел прочности строительного материала. Из десятков показателей свойств к основным относят 
прежде всего те, которые формируют основное назначение материала. 
Например, основными свойствами лицевого кирпича могут быть морозостойкость 
и водопоглощение, а основным свойством рядового кирпича, используемого в стеновой 
кладке, — прочность.
1.3. Параметры состояния и структурные характеристики 
строительных материалов
Каждый строительный материал имеет параметры состояния в момент его осмотра 
или исследования. 
Плотность (г/см3, кг/м3) — физическая величина, определяемая массой единицы объема материала.
Любой материал состоит из твердого вещества и пор (за исключением абсолютно 
плотных материалов, например металлов) (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Схематичное изображение структуры материала
Поэтому объем материала в естественном состоянии Vе складывается из объема вещества в абсолютно плотном состоянии, без учета пор Vа и объема пор Vп: 
Vе = Vа + Vп.
Средняя плотность — это масса единицы объема материала в естественном состоянии (т.е. вместе с порами):
e
3
3
г см
к
(
г
/
;
/
),
м
m
m
V
ρ
=
где m — масса образца материала, г (кг); Ve — объем образца материала, см3 (м3).
Средняя плотность является важнейшим параметром состояния, позволяющим судить об основных свойствах материалов — пористости, прочности, теплопроводности, гидрофизических свойствах и др.
Средняя плотность строительных материалов может меняться в широких пределах: 
от 20 кг/м3 для самых легких пенопластов до 7850 — для стали. Один вид строительных материалов в зависимости от технологии получения, структуры и назначения может иметь 
разную среднюю плотность. 
Для определения средней плотности материалов необходимо знать массу образцов 
и их объем. Проще всего найти объем образцов правильной геометрической формы. Для 
образцов неправильной формы прибегают к способу объемомера (рис. 1.2) или гидростатического взвешивания (рис. 1.3).

Рис. 1.2. Схема прибора:
1 — объемомер; 2 — носик; 3 — образец; 
4 — стакан для сбора воды, вытекающей 
из объемомера
Рис. 1.3. Весы для гидростатического взвешивания:
1 — сосуд с водой; 2 — подвес для образца; 3 — образец; 
4 — весы; 5 — разновес
Истинная плотность — масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (т.е. без пор):
a
3
3
г см
кг
( /
;
/
),
м
m
V
ρ =
где m — масса материала, г.
Истинная плотность выражает плотность скелета материала. Это физическая константа, которая не может меняться без изменения химического состава или внутреннего 
строения материала. Для определения истинной плотности строительных материалов используют колбу Ле Шателье. Для этого необходимо получить материал без пор. Простейший способ — измельчить, получить материал в порошкообразном состоянии. При испытании необходимо использовать инертную по отношению к испытуемому материалу 
жидкость (воду, а при испытании минеральных вяжущих — керосин).
Относительная плотность — отношение средней плотности материала к плотности 
воды при температуре 4 °С, равной 1 г/см3, или 1000 кг/м3:
2
H O
(б/р).
m
d
ρ
= ρ
Как самостоятельную характеристику относительную плотность не используют, но 
применяют в расчетах водопоглощения по объему, удельной прочности, коэффициенту 
теплопроводности.
Насыпная плотность — масса единицы объема материала в насыпном состоянии. Определяют для сыпучих зернистых и волокнистых материалов (вяжущих, песка, щебня, минеральных волокон и т.п.):
н
н
3
3
г см
кг
( /
;
/
),
м
m
V
ρ
=
где Vн — объем материала в рыхлонасыпном состоянии, см3 (м3).