Общие сведения о строительных материалах и их основные свойства

ГБПОУ «Благодарненский агротехнический техникум»

Колябина С.С.

автор: преподаватель спецдисциплин

«Общие сведения о строительных материалах и их основные свойства»

Общие сведения о строительных материалах и их основные свойства.

Строительные материалы и изделия, применяемые при строительстве, реконструкции и ремонте различных зданий и сооружений, делятся на природные и искусственные, которые в свою очередь подразделяются на две основные категории: к первой категории относят: кирпич, бетон, цемент, лесоматериалу и др. Их применяют при возведении различных элементов зданий (стен, перекрытий, покрытий, полов). Ко второй категории - специального назначения: гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические и др.

Основными видами строительных материалов и изделий являются: каменные природные строительные материалы из них; вяжущие материалы неорганические и органические; лесные материалы и изделия из них; металлические изделия. В зависимости от назначения, условий строительства и эксплуатации зданий и сооружений подбираются соответствующие строительные материалы, которые обладают определёнными качествами и защитными свойствами от воздействия на них различной внешней среды. Учитывая эти особенности, любой строительный материал должен обладать определёнными строительно-техническими свойствами. Например, материал для наружных стен зданий должен обладать наименьшей теплопроводностью при достаточной прочности, чтобы защищать помещение от наружного холода; материал сооружения гидромелиоративного назначения - водонепроницаемостью и стойкостью к попеременному увлажнению и высыханию; материал для покрытия дорого (асфальт, бетон) должен иметь достаточную прочность и малую истираемость, чтобы выдержать нагрузки от транспорта.

Классифицируя материалы и изделия, необходимо помнить, что они должны обладать хорошими свойствами и качествами.

Свойство-характеристика материала, проявляющаяся в процессе его обработки, применении или эксплуатации.

Качество - совокупность свойств материала, обуславливающих его способность удовлетворять определённым требованиям в соответствии с его назначением.

Свойства строительных материалов и изделий классифицируют на три основные группы: физические, механические, химические, технологические и др.

К химическим относятся способность материалов сопротивляться действию химически агрессивной среды, вызывающие в них обменные реакции приводящие к разрушению материалов, изменению своих первоначальных свойств: растворимость, коррозионная стойкость, стойкость против гниения, твердение.

Физические свойства: средняя, насыпная, истинная и относительная плотность; пористость, влажность, влагоотдача, теплопроводность.

Механические свойства: пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, сдвиге, упругость, пластичность, жёсткость, твёрдость.

Технологические свойства: удобоукладываемость, теплоустойчивость, плавление, скорость затвердевания и высыхания.

Ко всем этим свойствам относится:

1. Водостойкость строительного материала - это способность материала сохранять свою проектную прочность при насыщении водой. Степень снижения прочности строительного материала под действием воды называется коэффициентом размягчения. Материалы, имеющие коэффициент выше 0,8 считаются водостойкими и могут применяться в воде или в местах с повышенной влажностью. Водостойкость строительных материалов - очень важный показатель именно для тех материалов, которые используются в воде или во влажных условиях. Некоторые материалы при насыщении водой могут увеличивать свои показатели по прочности, это обусловлено, прежде всего, химическим взаимодействием компонентов. Например, при насыщении водой цемент может превратиться в цементный камень. Водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения kp = Rb/Rc, где Rb — прочность материала насыщенного водой, a Rc — прочность сухого материала. Меняется кр от 0 (размокающие глины) до 1 (металлы).

1. Водопоглощение строительного материала - это способность материала впитывать и удерживать влагу. Измеряется водопоглощение отношением объема или массы впитанной влаги к объему или массе строительного материала:

wm = (m2-ml)/ml*100%,

wv = m2-ml/V*100%, где

m2 - масса материала в насыщенном водой состоянии, кг;

ml - масса материала в сухом состоянии, кг;

V - объем материала в естественном состоянии, м3.

Существует масса примеров, когда влаги в материале больше чем самого материала. Это происходит в том случае, когда удельный вес материала меньше плотности воды.

Практически всегда избыточное водопоглощение приводит к избыточному наличию воды в стройматериале, что ведет к изменению очень важных качеств строительного материала, таких как прочность и теплопроводность.

1. Влагоотдача строительного материала - это способность материала отдавать влагу, находящуюся в порах. Так, например, штукатурные растворы, отдавая лишнюю влагу, существенно изменяют свои показатели по прочности, стеновые пеньбетонные блоки впитывают влагу из растворов, а потом отдают ее в атмосферу. Чем выше влажность воздуха и меньше температура, тем хуже происходит влагоотдача. Измеряется влагоотдача в процентах влаги, отдаваемой стройматериалом при среднестатистической относительной влажности воздуха 60% и температуре +20 °С.

2. Влажность строительного материала - величина, характеризующаяся количеством воды, находящимся в материале. Практически всегда повышенная влажность стройматериалов отрицательно влияет на качество. Так, например, увеличение влажности некоторых видов утеплителя всего на несколько процентов, ухудшают их теплозащитные свойства на порядок. Мокрый пеноблок или даже кирпич значительно теряют свои показатели по прочности и т.д. Влажность стройматериалов измеряется отношением массы воды, находящейся в стройматериале в период замера к нормативной массе сухого материала.

3. Водопроницаемость строительного материала - это свойство материала пропускать воду под давлением. Измеряется водопроницаемость количеством воды, прошедшей в течении одного часа через строительный материал площадью 1 кв. м. и толщиной 1 м при постоянном давлении 1МПа. Водопроницаемость строительного материала тем больше, чем больше пор в его структуре. Стройматериалы, не имеющие пор, а так же материалы которые имеют закрытые поры, например, специальный бетон, относятся к водонепроницаемым материалам. Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации кф=Ув*а/[5(р1-р2)1], где кф=Л/в — количество воды, м³, проходящей через стенку площадью S = 1 м², толщиной а = 1 м за время t = 1ч при разности гидростатического давления на границах стенки pi — р2 = 1 м вод. ст. Строительные материалы по своей водонепроницаемости характеризуются марками W2; W4; W8; W10; W12. Чем ниже коэффициент фильтрации кф, тем выше марка по водонепроницаемости.

4. Воздухостойкость строительных материалов - это способность материала

выдерживать многократные насыщения водой и высыхание без значительных изменений физического состояния стройматериала. Разные строительные материалы по разному «переносят» многократное намокание и высыхание. Чаще всего этот процесс вызывает деформацию, потерю прочности и как итог потерю несущей способности строительной конструкции. Для повышения воздухостойкости строительные материалы покрывают гидрофобными составами или вводят в их состав гидрофобизаторы.

1. Газостойкость строительных материалов - свойство материала сохранять свои основные характеристики при контакте с газами, находящимися в окружающей среде, такими как, например, углеводород.

2. Гигроскопичность строительных материалов - способность материалов впитывать водяной пар из воздуха. Существует огромное количество строительных материалов, которые способны впитывать в себя значительное количество водяного пара. К таким материалам относятся: дерево, пенобетон, теплоизоляционные материалы и т.д. Строительные материалы с повышенной гигроскопичностью при полном насыщении водой теряют свои свойства, а так же могут изменять геометрические размеры. Для защиты строительных материалов от насыщения водяными парами применяют водоотталкивающие защитные составы.

3. Звукопоглощение строительных материалов - способность материала поглощать звук или снижать его уровень при прохождении через материал. Эта способность строительных материалов в первую очередь зависит от толщины, пористости материала и многослойности материала. Чем больше пор в материале, тем выше его способность поглощать звук. Звукопоглощение строительных материалов принято оценивать коэффициентом звукопоглощения т, е. отношением энергии, поглощенной материалом, к общему количеству падающей энергии в единицу времени. За единицу звукопоглощения условно принимают звукопоглощение 1 м2 открытого окна. Коэффициент звукопоглощения может изменяться в пределах от 0 до 1. Если звукопоглощение равно 0, то звук полностью отражается от строительного материала. Если же этот коэффициент приближается к 1 то звук полностью поглощается материалом. Согласно нормативным показателям СНиП стройматериалы, имеющие коэффициент звукопоглощения не менее 0,4 при частоте 1000 Гц, могут относиться к звукопоглощающим материалам. Коэффициент звукопоглощения определяется практическим способом в акустической трубе и подсчитывается по формуле: А(зв)=Е(погл)/Е(пад)

А(зв) — коэффициент звукопоглощения;

Е(погл) — поглощённая звуковая волна;

Е(пад) — падающая звуковая волна

1. Звукопроницаемость строительных материалов - способность материалов пропускать через свою толщу звуковую волну. Характеризуется звукопроницаемость строительных материалов коэффициентом звукопроницаемости, который показывает относительное уменьшение силы звука при прохождении его через толщу строительного матёриала. Звукопроницаемость практически является отрицательным свойством строительных материалов. Например, коэффициент звукопроницаемости деревянной перегородки толщиной 2,5 см равен 0,65, а бетонной стены такой же толщины-0,11.

2. Звукопроводность строительных материалов - это способность тех или иных материалов пропускать звуки и шумы через свою толщу. Хорошими проводниками звука считаются строительные материалы большой плотности и прочности. Материалы, имеющие большое количество воздушных пор плохо передают звук и шум. Силу звука измеряют в децибелах (дБ). А звукопроводность строительных материалов характеризуется коэффициентом звукопроводности (t = 1пр/1пад) который равен отношению прошедшего через материал звука к падающему.

3. 3вукоизоляция строительных материалов - это величина и характеризует процесс отражения звука каким-либо материалом. В связи с разной природой возникновения звуковых волн, различают звукоизоляцию от воздушного шума, это когда источник возникновения шума не связан с ограждающей конструкцией физически и и изоляцию от ударного шума, когда между источником и ограждающей конструкцией имеется контакт, например, стук молотка по стене. В СНиП нормируемым показателем звукоизоляции является индекс изоляции воздушного шума 1в, дБ. Его определяют формуле, как средневзвешенное значение звукоизоляции конструкции в диапазоне частот от 100 до 5000 Гц в третьоктавных полосах частот. Величина Rw также определяет средневзвешенную звукоизоляцию конструкции в том же диапазоне частот, но по несколько иной методике. Разница между 1в и Rw составляет 2 дБ, т.е. Rw = 1в + 2 дБ. Звукоизоляция строительных материалов и конструкций зависит от пористости материала, его толщины, наличия в материале или конструкциях отверстий и примыканий к другим конструкциям.

4. Истираемость строительных материалов - свойство материалов сопротивляться истирающим воздействиям. Истираемость определяется лабораторным путем на образцах. Характеристика истираемости строительных материалов указывает на стойкость материала к износу и оценивается потерей массы материала относительно ее плотности или же уменьшением толщины материала. Чем хуже истираемость строительного материала, тем он более износостоек. Облицовочнные строительные материалы делятся на 5 групп по показателям истираемости:

первая группа - гранит, кварциты;

вторая группа - мрамор, плотные базальты;

третья группа - рыхлые базальты и мрамор;

четвертая группа - цветные мраморы, травентины, известняки;

пятая группа - рыхлые известняки.

1. Истинная плотность строительных материалов – это масса единицы объёма материала в абсолютно плотном состоянии, р =m/Va, где Va объём в плотном состоянии, [р] = г/см³; кг/м³; т/м³. Способы истинной плотности лабораторные: предварительно высушенную пробу измельчают в порошок, объём определяют в пикнометре (он равен объёму вытесненной жидкости).

2. Износ строительных материалов - свойство материала сопротивляться одновременно воздействию истирающих и ударных нагрузок. Износ определяют лабораторным путем в барабане со стальными шарами или без них.

3. Качество строительных материалов — это совокупность свойств материала, обуславливающих его способность удовлетворять определённым требованиям, в том числе и нормативным соответствии с его назначением.

4. Красящая способность - это свойства пигментов ЛКМ при смешивании с другими пигментами передавать свой цвет. Относительную красящую способность ЛКМ определяют лабораторным путем в соответствии с ГОСТ, или визуальным методом путем сравнивая образцов.

5. Кислотостойкость строительных материалов - способность материалов сохранят свои основные качества и характеристики под воздействием кислот.

6. Коррозионная стойкость строительных материалов - это свойство материала сохранять свои основные качества под агрессивным воздействием внешней среды. Коррозия бывает биологическая, химическая и электрохимическая. Наиболее распространенное коррозийное проявление - это старение стройматериалов под действием воздействие ультрафиолетового излучения и перепад температур и влажности воздуха.

7. Механические свойства строительных материалов - это твердость, пластичность, жесткость предел прочности при сжатии, растяжении и изгибе.

8. Морозостойкость строительных материалов - это свойство строительного материала, определяющее способность выдерживать многократное замораживание и размораживание, без проявления явных отклонений от нормы качества. Хорошими морозостойкими свойствами обладают строительные материалы, имеющие показатели с низким водопоглощением. Для определения марки стройматериала по морозостокойсти циклы попеременного замораживания производят в пределах от минус 20 °С до плюс 20 °С. Показатель морозостойкости строительных материалов обозначаются символами F100; F25; F50, F500, где цифрами показано число циклов замораживания и оттаивания.

9. Насыпная плотность строительных материалов - это масса единицы объёма насыпных рыхлых зернистых или волокнистых материалов.

10. Огнестойкость строительных материалов - это способность материалов сохранять свои основные характеристики под действием высоких температур. По степени огнестойкости строительные материалы делятся на: сгораемые (пластмассы, дерево, кровельные битумные материалы и т.д.), трудносгораемые и несгораемые.

11. Огнеупорность строительных материалов - это способность материала не терять своих основных качеств (не деформироваться, не расплавляться, не трескаться и т.п.) при длительном воздействии высоких температур. По своей огнеупорности строительные материалы делятся на легкоплавкие, тугоплавкие (до 1580°С), огнеупорные (выше 1580 °С).

12. Относительная плотность строительных материалов - это отношение общего объема твердого вещества в строительном материале ко всему объему материала или отношение средней плотности материала к ее истинной плотности.

13. Открытая пористость строительных материалов - это свойство строения материалов, когда поры сообщаются с окружающей средой и между собой. Так, например, при погружении материала с открытыми порами в воду, они должны заполниться водой. Открытые поры увеличивают проницаемость и снижают морозостойкость.

14. Предел огнестойкости строительных материалов - это продолжительность сопротивления строительного материала или строительной конструкции (в часах) воздействию высоких температур до исчерпания ее несущей или ограждающей способности, а так же потерей своих основных качеств. Наступление предела огнестойкости характеризуется так же повышением температуры в любой точке строительной конструкции более чем 220 °С от начальной температуры конструкции.

15. Плотность строительных материалов – одна из основных характеристик материала, которая определяется как отношение отношением массы к объему строительного материала (кг/кв.м.).

рО = m/Vl

где m - масса материала, кг;

VI - объем материала в естественном состоянии, м3.

Различают истинную и среднюю плотность строительных материалов. Средняя плотность стройматериала - это отношение его массы ко всему объему, включая поры. Истинная плотность - это отношение массы материала к объему без учета пустот и пор.

1. Пористость строительных материалов - это показатель заполнения материала порами (пустотами, наполненными воздухом)

Пористость материала измеряется в процентах и рассчитывается по формуле:

П = (1-р0/р)*100%,

где рО -средняя плотность материала, кг/мЗ; р- истинная плотность материала, кг/мЗ.

Чем больше пор в строительном материале, тем больше проявляет свои теплоизоляционные качества.

1. Прочность строительных материалов - свойство строительного материала сопротивляться разрушению под действием внешних и внутренних сил. Прочность оценивается таким показателем как предел прочности. Для хрупких строительных материалов, таких как кирпич или бетон, основной прочностной характеристикой является предел прочности при сжатии. Для металлических материалов более важной считается прочность при изгибе и растяжении.

2. Предел прочности строительных материалов - отношение разрушающей нагрузки Р(Н) к площади сечения образца F (см2). Предел прочности строительных материалов устанавливается лабораторным путем. Строительные материалы в зависимости от предела прочности делятся на марки и классы. Марки записываются в кгс/см², а классы — в МПа. Класс характеризует гарантированную прочность.

3. Релаксация строительного материала - свойство материала самопроизвольно снижать напряжения при условии, что начальная ее величина деформации зафиксирована жесткими связями и остается неизменной. При релаксации напряжений может измениться характер начальной деформации, например из упругой постепенно перейти в необратимую, при этом изменения размеров не происходит.

4. Технологические свойства строительных материалов - это скорость твердения, теплоустойчивость, скорость высыхания, удобоукладываемость.

5. Теплопроводность строительных материалов — это способность материала передавать тепло через толщу строительного материала или строительной многослойной конструкции. Теплопроводность строительного материала зависит от многих показателей и прежде всего от структуры и наличия воздушных пор и наличием влаги в материале. Теплопроводность строительного материала измеряется количеством тепла, передающимся через материал толщиной в 1 м, площадью 1 кв.м, за 1 час при разнице температур в 1 °С.

6. Теплоёмкость строительных материалов — это то количество тепла, которое необходимо сообщить 1 кг материала, чтобы повысить его температуру на 1 °С. С повышением влажности возрастает теплоёмкость материалов.

7. Упругость строительных материалов - свойство материалов после снятия нагрузки принимать свою первоначальную форму и размеры.

8. Ударная вязкость строительных материалов - свойство материала сопротивляться ударным нагрузкам. Ударная вязкость строительных материалов устанавливается экспериментальным путем в лабораторных условиях.

9. Укрывистость ЛКМ - способность ЛКМ делать одноцветную поверхность, уменьшать контраст между предыдущим слоем и последующим. Количественно укрывистость выражают в граммах краски, необходимой для того, чтобы сделать невидимым цвет закрашиваемой поверхности площадью один квадратный метр.

10. Твердость строительных материалов - свойство материала оказывать сопротивление проникновению в него другого материала. Показатели твердости выводят экспериментальным путем. Показатели твердости, полученные разными способами (например, «вдавливанием» и «царапанием») нельзя сравнивать между собой.

11. Химическая стойкость строительных материалов - это способность материалов сопротивляться действию агрессивной среды и другим воздействиям на химическом уровне, способность противостоять химическим реакциям, приводящим к потере основных качеств материала.

12. Физические свойства строительных материалов - это общепринятые свойства материалов: плотность, влажность, теплопроводность и т.п.

13. Щелочестойкость строительных материалов - свойство материалов сохранять свои основные качества при воздействии на них щелочей. В строительстве наибольшей щелочной агрессивностью считаются каустическая сода и растворы едкого калия.