Реферат характеристика строительных материалов

Обновлено: 30.06.2024

Строительные материалы - природные и искусственные материалы и изделия, используемые при строительстве и ремонте зданий и сооружений.
Строительные материалы классифицируют по назначению, технологическому признаку и способу изготовления.
По назначению строительные материалы делят на следующие группы:
 конструкционные, воспринимающие и передающие нагрузки;
 теплоизоляционные, обеспечивающие тепловой режим здания;
 акустические для звукопоглощения и звукоизоляции;

Содержание

1.1. Строительные материалы 2
1.2. Общие свойства строительных материалов и их изменение при пожаре. 4
1.2.1 Железобетонные строительные конструкции. 4
1.2.1.1 Поведение ЖБК в условиях пожара 4
1.2.2 Стальные строительные конструкции 9
1.2.2.1 Поведение стальных строительных конструкций при пожаре 11
1.3 Деревянные строительные конструкции 12
1.3.1 Поведение деревянных строительных конструкций при пожаре 13
1.4 Пожарно-техническая классификация строительных материалов
2. Расчетная часть 16
2.1 Расчет предела огнестойкости железобетонной панели
перекрытия ПК 6 – 58.12 19
2.2 Расчет предела огнестойкости железобетонной
колонны КСР–442–29 23
2.3 Создание новой колонны в соответствии с требованиями
СНиП 21-01-97* 32
Заключение 35
Список литературы

Прикрепленные файлы: 1 файл

Курсовая ЗиС Вар№2.doc

1.1. Строительные материалы 2

1.2. Общие свойства строительных материалов и их изменение при пожаре. 4

1.2.1 Железобетонные строительные конструкции. 4

1.2.1.1 Поведение ЖБК в условиях пожара 4

1.2.2 Стальные строительные конструкции 9

1.2.2.1 Поведение стальных строительных конструкций при пожаре 11

1.3 Деревянные строительные конструкции 12

1.3.1 Поведение деревянных строительных конструкций при пожаре 13

1.4 Пожарно-техническая классификация строительных материалов

2. Расчетная часть 16

2.1 Расчет предела огнестойкости железобетонной панели

перекрытия ПК 6 – 58.12 19

2.2 Расчет предела огнестойкости железобетонной

колонны КСР–442–29 23

2.3 Создание новой колонны в соответствии с требованиями

Список литературы 36

1.1 СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

Строительные материалы - природные и искусственные материалы и изделия, используемые при строительстве и ремонте зданий и сооружений.

Строительные материалы классифицируют по назначению, технологическому признаку и способу изготовления.

По назначению строительные материалы делят на следующие группы:

  • конструкционные, воспринимающие и передающие нагрузки;
  • теплоизоляционные, обеспечивающие тепловой режим здания;
  • акустические для звукопоглощения и звукоизоляции;
  • гидроизоляционные и кровельные для создания водонепроницаемых слоев на кровлях и других конструкциях зданий;
  • герметизирующие для заделки стыков в сборных конструкциях;
  • отделочные для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты их от внешних воздействий;
  • специального назначения для специальных сооружений (огнеупорные, кислотоупорные);
  • общего назначения, служащие разным целям (цемент, известь, бетон, древесина).

По технологическому признаку строительные материалы классифицируют с учетом вида сырья, из которого они сделаны, способа изготовления, свойства материала и области применения.

По способу изготовления различают материалы:

  • природные (древесина, природный камень),
  • получаемые обжигом (керамика, минеральные вяжущие вещества)
  • плавлением (стекло, металлы)
  • путем переработки органического сырья (синтетические полимеры, растворители, битум, деготь) и органических вяжущих веществ (строительные пластмассы, органические кровельные и гидроизоляционные материалы).

Чтобы здание или сооружение выполняло свое назначение, и было долговечным, необходимо правильно выбрать материалы, как конструкционные, так и отделочные. При технико-экономической оценке планировочных и конструктивных решений проектные варианты сравнивают.

При выборе строительного материала и обосновании целесообразности применения в строительной конструкции учитывают его способность сопротивляться реальным нагрузкам без нарушения сплошности и размеров. Одни материалы хорошо сопротивляются сжимающим, другие — растягивающим усилиям, которые возникают под действием нагрузки или других силовых факторов. Аналогичная реакция материалов на воздействие сил, способных вызвать сдвиг, изгиб, раскалывание и т. п. Всегда материал должен надежно сопротивляться этим воздействующим силам. Одновременно необходим учитывать стойкость материала к воздействию ожидаемых физических (например, температуры и ее колебаний, в особенности при переходе через 0°С, водной среды и др.) и химических (кислоты щелочи, солевые растворы и др.) факторов. Нередко одним из главных показателей качества служит способность материала к восприятию необходимой технологической обработки, например шлифования и полирования, распиливания или раскалывания на част, правильной формы и т. п. Следовательно, для обоснованного выбора материала приходится учитывать комплекс его так называемых свойств.

Свойствами строительных материалов называют способность материалов определенным образом реагировать на воздействие отдельных или совокупных внешних или внутренних силовых, усадочных, тепловых и других факторов. Обычно выделяют четыре группы свойств: механические, физические, химические, технологические. Иногда отдельно выделяют еще физико-химические свойства. Фактические показатели этих свойств, выраженные в принятых числовых значениях, позволяют оценивать качество строительных материалов. Их определение производится с помощью лабораторных или полевых методов и приборов. Учитывая, что многие свойства отражают строительно-технологические и эксплуатационные показатели качества строительных материалов в конструкциях, то нередко именуют их как технические свойства.

1.2 ОБЩИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ НАГРЕВАНИИ.

1.2.1 Железобетонные строительные конструкции

Железобетон – это технически возможное и экономически целесообразное сочетание двух различных материалов: бетона и стальной арматуры, рационально расположенной в конструкциях для восприятия растягивающих, а в ряде случаев – сжимающих усилий. Бетон, будучи искусственным камнем, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже ( в 10-20 раз) растяжению. Эта особенность бетона наиболее неблагоприятна для изгибаемых и растянутых элементов, широко распространенных в зданиях и сооружениях. Бетонная балка (без арматуры), лежащая на двух опорах и подверженная поперечному изгибу, в одной зоне (нижней), испытывает растяжение, а в другой (верхней) – сжатие. Когда напряжения в растянутой зоне достигнут предельного сопротивления бетона растяжению, образуется трещина и происходит хрупкое разрушение балки задолго до того, как будет использована прочность бетона на сжатие. Несущая способность такой балки ограничена низким сопротивлением бетона растяжению (рис. 1, а) [2].

Такая же балка, снабженная арматурой, размещенной в растянутой зоне, обладает более высокой несущей способностью, значение которой выше и может быть до 20 раз больше несущей способности бетонной балки (рис. 1, б).

В процессе загружения рассматриваемая балка будет вначале работать подобно бетонной. После образования трещин в бетоне растянутой зоны балка не разрушится, так как растягивающие усилия будут восприниматься арматурой. Разрушение в этом случае наступит вследствие развития текучести стали и последующего раздавливания бетона сжатой зоны. Опыты показывают, что при эксплуатационных нагрузках, составляющих обычно 0.5 – 0.7 от разрушающих, напряжения в арматуре не более 250 – 300 МПа, а прогибы конструкций и ширина раскрытия трещин не превышают допустимых нормами значений. В такой конструкции бетон может быть полностью использован в работе на сжатие, арматура – на растяжение.

1.2.1.1 Поведение изгибаемых железобетонных элементов в условиях пожара.

Плиты в зданиях и сооружениях выполняют одновременно ограждающие и несущие функции. В зависимости от местоположения плит для них будут различные предельные состояния по огнестойкости. Так, для плит покрытий предельным состоянием по огнестойкости является только потеря несущей способности (R). Для плит перекрытий предельными состояниями могут быть R, E, I, т.е. по потере несущей способности (R), теплоизолирующей (Е) способностей и по потере целостности (I).

Многочисленные огневые испытания показывают, что предельным состоянием огнестойкости для большинства плит перекрытий в современных зданиях является предельное состояние по потере несущей способности. Это объясняется тем, что благодаря конструктивной особенности сборных элементов перекрытия, отдельно выполняющих функции пола, звукоизоляции, несущей части и потолка, другие предельные состояния по огнестойкости в большинстве случаев не успевают полностью проявиться за кратковременный период воздействия пожара. Испытания плит на огнестойкость, проводимы по стандартному температурному режиму, подтверждают это [2].

Сплошные железобетонные плиты, армированные горячекатаной стержневой арматурой, с сильно развитой сжатой зоной, ребристые плиты с мощными продольными ребрами, армированными по всей длине горячекатаной стержневой арматурой и двойными вертикальными каркасами из обычной холоднотянутой проволоки, теряют свою несущую способность по нормальному сечению в пролете в результате образования пластического шарнира. Такой же характер разрушения наблюдается и у многопустотных плит с круглыми пустотами, армированных стержневой продольной арматурой и вертикальными каркасами на приопорных участках, равных ¼ пролета плиты. При этом потеря несущей способности аналогичных плит, армированных высокопрочной проволокой, происходит по нормальному сечению гораздо раньше. Необходимо обратить внимание на поведение в условиях пожара тонкостенных элементов железобетонных плит. Под действием температурных напряжений, возникающих из – за неравномерного прогрева по сечению, они разрушаются по бетону сжатой зоны. На приопорных участках тонкостенных плит в начальной стадии огневого воздействия образуются опасные наклонные трещины, появляющиеся под действием главных растягивающих напряжений от воздействия внешней нагрузки и температуры. Этим объясняется характер разрушения – хрупкое скалывание или срез бетона сжатой зоны по наклонной плоскости.

Предел огнестойкости плит междуэтажных сборных плит сборных перекрытий наступает, как правило, вследствие потери несущей способности. Обрушение железобетонных перекрытий в условиях пожара происходит либо в результате образования пластического шарнира в растянутой зоне, либо в результате разрушения бетона сжатой зоны до образования пластического шарнира.

Большие прогибы железобетонных перекрытий, разрушающихся в результате образования пластического шарнира в растянутой зоне, указывает на интенсивное снижение жесткости элементов с увеличением температуры.

Необходимо учитывать, что предел огнестойкости изгибаемых конструкций, разрушающихся в результате образования пластического шарнира, должен определяться временем начала текучести растянутой арматуры, а не временем их фактического разрушения, т.к. после образования пластического шарнира конструкция может разрушаться без дополнительного нагрева, т.е. спустя некоторое время после прекращения огневого воздействия [2].

Исследования натурных пожаров, а также изучение результатов экспериментов показывают, что поведение железобетонных балок в условиях пожара обусловлено факторами, аналогичными для плоских плит. Однако непосредственное сравнение поведения балок и плит неправомерно. Это объясняется тем, что балочные конструкции в условиях пожара обогреваются с трех сторон. Кроме того, отличительной особенностью балок по сравнению с плоскими конструкциями является наличие арматуры в сжатой зоне. При двух- и трехмерном потоке тепла сечения элементов прогреваются интенсивнее, чем при одномерном, особенно углы балок. Во всех случаях происходит нагревание сжатой зоны бетона, что влияет на прочность и деформативность бетона и арматуры сжатой зоны [2].

В статически определимых балках прогрев продольных арматурных стержней до критической температуры приводит к образованию пластического шарнира в сечении, где действует Mn,max , что и является причиной разрушения балки, то есть наступления ее предела огнестойкости.

Существенное влияние на поведение балок в условиях пожара оказывает способ их опирания. Опыты показывают, что при свободных шарнирных опорах и при абсолютно жестком закреплении концов балок они имеют минимальную огнестойкость.

Статически неопределимые изгибаемые конструкции при нагреве снижают свою несущую способность за счет уменьшения прочности опорных и пролетных сечений. Прочность пролетных сечений, как и в случае статически определимых элементов, уменьшается в результате нагревания растянутой арматуры. Снижение прочности опорных сечений происходит вследствие прогрева бетона и арматуры сжатой зоны до высоких температур.

В условиях пожара в статически неопределимых стержневых элементах при заделке их опор происходит перераспределение моментов за счет возникновения отрицательного температурного момента вследствие перепада температур по высоте сечения и отсутствии свободы поворота сечений. Из – за перепада температур балка стремится изогнуться вниз, чему препятствует заделка на опорах. Возникающий температурный момент уменьшает момент в пролете и увеличивает соответственно моменты на опорах. [2].

Поведение сжатых железобетонных колонн в условиях пожара зависит от схемы обогрева, размеров поперечного сечения, величины эксцентриситета приложения внешней нагрузки, коэффициента и вида армирования, а также эффективной работы защитного слоя бетона. [2]

В процессе пожара по сечению колонн наблюдается перепад температур порядка 800 – 1000С с наименьшей температурой в центре сечения. Поэтому фактическая прочность бетона по сечению колонн изменяется от первоначальной величины при 200С до нуля при критической температуры и выше. Это и определяет поведение колонн в условиях пожара.

Неравномерность прогрева вызывает перераспределение напряжений по сечению колонны. Температурные напряжения возрастают при увеличении температурного перепада между средней частью сечения колонны и поверхностью ее обогрева (20 – 30 мин). В начальный период обогрева наблюдается удлинение колонн. Устойчивость колонны в начальной стадии пожара не снижается в связи с тем, что сечение колонны сохранено и в средней части несколько разгружено.

Дальнейшее развитие пожара приводит к прогреву защитного слоя бетона до 600 – 8000С. Это приводит к уменьшению температурных напряжений в сечении колонны. Наиболее прогретые части сечения бетона и рабочая арматура у поверхности колонны разгружаются за счет развития температурной ползучести, усадки, снижения прочности и деформативности. Это вызывает увеличение напряжений в центре сечения колонны, слабо нагретый бетон сохраняет прочность и упругость.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Что такое морозостойкость и каковы методы её определения? Какие требования по морозостойкости предъявляют к керамическим стеновым и облицовочным материалам?

Что представляют собой пустотелые стеклянные блоки? Укажите область применения?

Что представляет собой строительный гипс и где его целесообразно применять?

Кратко опишите методы испытания бетона в конструкциях без его разрушения.

1. Что такое морозостойкость и каковы методы её определения?

Какие требования по морозостойкости предъявляют к керамическим стеновым и облицовочным материалам?

Морозостойкость – свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание. Морозостойкость материала количественно оценивается маркой по морозостойкости. За марку материала по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15%; после испытания образцы не должны иметь видимых повреждений – трещин, выкрашивания (потеря массы не более 5%). От морозостойкости зависит долговечность строительных материалов в конструкциях, подвергающихся действию атмосферных факторов и воды. Марка по морозостойкости устанавливается проектом с учетом вида конструкции, условий ее эксплуатации и климата. Климатические условия характеризуются среднемесячной температурой наиболее холодного месяца и числом циклов попеременного замораживания и оттаивания по данным многолетних метеорологических наблюдений. Легкие бетоны, кирпич, керамические камни для наружных стен обычно имеют морозостойкость 15, 25, 35. однако бетон, применяемый в строительстве мостов и дорог, должен иметь марку 50, 100 и 200, а гидротехнический бетон – до 500.Воздействие на бетон попеременного замораживания и оттаивания подобно многократному воздействию повторной растягивающей нагрузки, вызывающей усталость материала. Испытание морозостойкости материала в лаборатории проводят на образцах установленной формы и размеров (бетонные кубы, кирпич и т.п.) перед испытанием образцы насыщают водой. После этого их замораживают в холодильной камере от -15 до -20С, чтобы вода замерзла в тонких порах. Извлеченные из холодильной камеры образцы оттаивают в воде с температурой 15-20С, которая обеспечивает водонасыщенное состояние образцов. базовые - первый (для всех видов бетонов, кроме бетонов дорожных и аэродромных покрытий) и второй (для бетонов дорожных и аэродромных покрытий); ускоренные при многократном замораживании и оттаивании - второй и третий;ускоренные при однократном замораживании - четвертый (дилатометрический) и пятый (структурно-механический). Для оценки морозостойкости материала применяют физические методы контроля и прежде всего импульсный ультразвуковой метод. С его помощью можно проследить изменение прочности или модуля упругости бетона в процессе циклического замораживания и определить марку бетона по морозостойкости в циклах замораживания и оттаивания, число которых соответствует допустимому снижению прочности или модуля упругости.

Что представляют собой пустотелые стеклянные блоки? Укажите область применения?

Блоки стеклянные пустотелые распространяется на стеклянные пустотелые сварные блоки, предназначенные для заполнения вертикальных световых проемов, а также для устройства самонесущих .наружных и внутренних светопропускающих ограждений в зданиях и сооружениях различного назначения. Блоки всех типов могут изготовляться бесцветными или цветными. При изготовлении бесцветных блоков допускаются оттенки желтоватого, голубоватого или зеленоватого тона. Блоки должны быть термостойкими и выдерживать перепад температур не менее 30° С без каких-либо признаков разрушения. По механической прочности блоки должны соответствовать следующим требованиям: предел прочности при сжатии — не менее 15 KFJCM2; сопротивление ударному воздействию — не менее 8 кГ см. Для изготовления панелей иногда применяют стеклянные блоки.

Что представляет собой строительный гипс и где его целесообразно применять?

Строительный гипс - вяжущая смесь, которую получают путем термической обработки гипсового камня до полугидрата сульфата кальция. Строительный гипс, это незаменимая в строительстве вещь. Его используют для изготовления строительных блоков, при строительных работах, а также строительный гипс обеспечивает качественную звука и теплоизоляцию при внутренних штукатурных работах.

Кратко опишите методы испытания бетона в конструкциях без его разрушения

Качество бетонных и железобетонных изделий и конструкций в значительной степени зависит от эффективного и действенного контроля прочности и однородности бетона, защитного слоя бетона и расположения арматуры, напряжений в арматуре предварительно напряженных железо-бетонных конструкций. Для неразрушающего контроля (НК) прочности бетона используются приборы, основанные на методах местных разрушений (отрыв со скалыванием, скалывание ребра, отрыв стальных дисков), ударного воздействия на бетон (ударный импульс, упругий отскок, пластическая деформация) и ультразвукового прозвучивания. При обследовании монолитных конструкций и больших массивов бетона применение ударно-импульсных и ультразвуковых приборов должно сочетаться с испытаниями бетона методами отрыва со скалыванием, скалывания ребра или отбора образцов (кернов). При выборе методов НК и приборов для проведения испытаний бетона пользователь должен знать их особенности и рекомендуемые области применения. Контроль прочности ударными и ультразвуковыми методами ведется в поверхностных слоях бетона (кроме сквозного УЗ-прозвучивания), в связи с чем состояние поверхностного слоя может оказывать существенное влияние на результаты контроля. В случаях воздействия на бетон агрессивных факторов (химических, термических или атмосферных) необходимо выявить толщину поверхностного слоя с нарушенной структурой.

Подготовка бетона таких конструкций для испытаний неразрушающими методами заключается в удалении поверхностного слоя на участке контроля и зачистке поверхности наждачным камнем. Прочность бетона в этих случаях необходимо определять преимущественно приборами, основанными на методах местных разрушений, либо путем отбора образцов. При использовании же ударно-импульсных и ультразвуковых приборов контролируемая поверхность должна иметь шероховатость не более Ra 25, а градуировочные характеристики приборов требует уточнения.

Акмигран облицовочный материал в виде плиток размером 300х250х20мм. Обычно белого цвета, имеет пористую лицевую поверхность различной фактуры. Изготовляется из гранулированной минеральной ваты и асбестового волокна с крахмалом в качестве связующего. Поучают акмигран прессованием..Рассматриваются на примере акустических минераловатных плит "Акмигран", "Акминит" и МВП, панелей фирмы "PAROC". Акустические минераловатные плиты "Акмигран" представляют собой звукопоглощающие плиты, изготавливаемые из гранулированной минеральной ваты с крахмальным связующим путём формования и последующей сушки изделий. Минеральную вату гранулируют и получают зёрна размером 2 - 15 мм с объёмной массой около 100 кг/кв.м. Связующее, состоящее из крахмала и каолина, затворяют холодной водой и заваривают в мешалке с нагревом смеси до 85 - 90°С. В связующее вводят небольшое количество борной кислоты или буры, являющихся стабилизаторами массы. Формовочную смесь из гранулированной ваты и пастообразного связующего, взятых в отношении 1:3 по массе, готовят в шнековом смесителе. Влажность смеси 300 - 350 %. Формовку полусухой смеси осуществляют двумя транспортными лентами, движущимися с разной скоростью. Это позволяет получить изделия с небольшими трещинами, что повышает их звукопоглощающие свойства. Сушку производят при температуре 140°С в течение 16 - 18 часов. Затем изделия шлифуют, разрезают и окрашивают.

Размеры плит "Акмигран" 600х600х20 мм. Их средняя плотность 350 - 400 кг/куб.м, R(изг)- больше или равно 0,5 Мпа, коэффициент звукопоглощения 0,7 - 0,9. Плиты обладают малой гигроскопичностью и являются негорючим материалом. Акустические минераловатные плиты "Акминит" по технологии изготовления и свойствам похожи на плиты "Акмигран". В отличие от последних, формовку плит "Акминит" осуществляют из смеси с большей влажностью, которая достигает 400 % (полумокрый способ), путём уплотнения её на ленточном транспортёре прессующими валиками, с отжатием некоторого количества воды.Офактуривание плит после сушки производят разными приёмами. Для обеспечения шероховатой поверхности плиты обрабатывают абразивными материалами, просверливают отверстия, вдавливают в поверхность плит зубцы с затупленными гранями, что приводит к образованию трещин и т.д. Полумокрый способ изготовления плит несколько сложнее в смысле контроля за процессом формовки, чем полусухой, но в то же время, имеет и ряд преимуществ. Изделия получаются с несколько большей прочностью (R(изг) до 1,5 МПа), ниже расход связующего, короче срок сушки, изделия меньше подвержены короблению; можно получать более целесообразные в акустическом и более выразительные в декоративном отношении фактуры. Акустические минераловатные плиты (МВП).Эти изделия отличаются по технологии изготовления от предыдущих видов плит тем, что формуются "мокрым" способом из пульпы на длинносетчатых отливных машинах с вакуумированием, как это имеет место при производстве древесноволокни- стых плит. Более равномерное распределение связующего в плитах МВП позволяет повысить прочность при изгибе до 2,0 - 2,5 Мпа. Офактуривание изделий осуществляется теми же приёмами, что и плит "Акминит".

Определить коэффициент размягчения плотного известняка, если прочность его образца – куба в сухом состоянии – 120 МПа, а в насыщенном водой состоянии – 105 МПа. Сделать вывод о водостойкости данного материала.

где Rнас — предел прочности материала в насыщенном водой состоянии,

Rсух — предел прочности сухого материала

Кр = = 0,875 кгс/см2

Коэффициент размягчения материалов колеблется от 0 (необожженные керамические материалы) до 1 (стекло, сталь, битум). Материалы с коэффициентом размягчения не менее 0,8 относятся к водостойким. Их разрешается применять в строительных конструкциях, возводимых в воде, и в местах с повышенной влажностью. Сохраняет прочность при придельном водонасыщении.

Рассчитать производственный состав бетонной смеси по массе и вычислить расход материалов на замес бетоносмесителя с вместимостью барабана 425 л при следующих данных: бетон класса В10 (марка 150). Подвижность бетонной смеси – 4см, активность шлакопортландцемента – 340 кгс/см2, песок речной, наибольшая крупность заполнителя (известняковый щебень) – 40 мм.

Содержимое работы - 1 файл

РефератМатериаловедение.docx

Строительные материалы — материалы для возведения зданий сооружений .

Общие сведения о строительных материалах и их основные свойства

В процессе строительства, эксплуатации и ремонта зданий и сооружений строительные изделия и конструкции из которых они возводятся подвергаются различным физико-механическим, физическим и технологическим воздействиям. От инженера-строителя требуется со знанием дела правильно выбрать материал, изделия или конструкцию которая обладает достаточной стойкостью, надёжностью и долговечностью для конкретных условий.

Строительные материалы и изделия, применяемые при строительстве, реконструкции и ремонте различных зданий и сооружений, делятся на

которые в свою очередь подразделяются на две основные категории:

к первой категории относят:

  • кирпич, бетон, цемент, лесоматериалы и др. Их применяют при возведении различных элементов зданий (стен, перекрытий, покрытий, полов).

ко второй категории — специального назначения:

  • гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические и др.

Основные виды строительных материалов и изделий

  • каменные природные строительные материалы и изделия 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 дорог (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 четыре основные группы:

  • физические,
  • механические,
  • химические,
  • технологические и др.

К химическим относят 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; пористось, влажность, влагоотдача,теплопроводностью.

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

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

Физические свойства строительных материалов.

  1. Истинная плотность ρ — масса единицы объёма материала в абсолютно плотном состоянии. ρ =m/Va, где Va объём в плотном состоянии. [ρ] = г/см³; кг/м³; т/м³. Например, гранит, стекло и другие силикаты практически абсолютно плотные материалы. Определение истинной плотности: предварительно высушенную пробу измельчают в порошок, объём определяют в пикнометре (он равен объёму вытесненной жидкости).
  2. Средняя плотность ρm=m/Ve — масса единицы объёма в естественном состоянии. Средняя плотность зависит от температуры и влажности: ρm=ρв/(1+W), где W — относительная влажность, а ρв — плотность во влажном состоянии.
  3. Насыпная плотность (для сыпучих материалов) — масса единицы объёма рыхло насыпанных зернистых или волокнистых материалов.
  4. Пористость П — степень заполнения объёма материала порами. П=Vп/Ve, где Vп — объём пор, Ve — объём материала. Пористость бывает открытая и закрытая.

Открытая пористость По — поры сообщаются с окружающей средой и между собой, заполняются водой при обычных условиях насыщения (погружении в ванну с водой). Открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала, снижают морозостойкость.

Закрытая пористость Пз=П-По. Увеличение закрытой пористости повышает долговечность материала, снижает звукопоглощение.

Пористый материал содержит и открытые, и закрытые поры

Гидрофизические свойства стройматериалов.

  1. Водопоглощение пористых материалов определяют по стандартной методике, выдерживая образцы в воде при температуре 20±2 °C. При этом вода не проникает в закрытые поры, то есть водопоглощение характеризует только открытую пористость. При извлечении образцов из ванны вода частично вытекает из крупных пор, поэтому водопоглощение всегда меньше пористости. Водопоглощение по объёму Wo (%) — степень заполнения объёма материала водой: Wo=(mв-mc)/Ve*100, где mв — масса образца материала, насыщенного водой; mc — масса образца в сухом состоянии. Водопоглощение по массе Wм (%) определяют по отношению к массе сухого материала Wм=(mв-mc)/mc*100. Wo=Wм*γ, γ — объемная масса сухого материала, выраженная по отношению к плотности воды (безразмерная величина). Водопоглощение используют для оценки структуры материала с помощью коэффициента насыщения: kн = Wo/П. Он может меняться от 0 (все поры в материале замкнутые) до 1 (все поры открытые). Уменьшение kн говорит о повышении морозостойкости.
  2. Водопроницаемость — это свойство материала пропускать воду под давлением. Коэффициент фильтрации kф (м/ч — размерность скорости) характеризует водопроницаемость: kф=Vв*а/[S(p1-p2)t], где kф=Vв — 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 p1 — p2 = 1 м вод. ст.
  3. Водонепроницаемость материала характеризуется маркой W2; W4; W8; W10; W12, обозначающей одностороннее гидростатическое давление в кгс/см², при котором бетонный образец-цилиндр не пропускает воду в условиях стандартного испытания. Чем ниже kф, тем выше марка по водонепроницаемости.
  4. Водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения kp = Rв/Rс, где Rв — прочность материала насыщенного водой, а Rс — прочность сухого материала. kp меняется от 0 (размокающие глины) до 1 (металлы). Если kp меньше 0,8, то такой материал не используют в строительных конструкциях, находящихся в воде.
  5. Гигроскопичность — свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из воздуха. Процесс поглощения влаги из воздуха называется сорбцией, он обусловлен полимолекулярной адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией. С повышением давления водяного пара (то есть увеличением относительной влажности воздуха при постоянной температуре) возрастает сорбционная влажность материала.
  6. Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия воды в материале, количеством поглощённой воды и интенсивностью всасывания. Уменьшение этих показателей отражает улучшение структуры материала и повышение его морозостойкости.
  7. Влажностные деформации. Пористые материалы при изменении влажности меняют свой объём и размеры. Усадка — уменьшение размеров материала при его высыхании. Набухание происходит при насыщении материала водой.

Теплофизические свойства стройматериалов.

  1. Теплопроводность — свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой. Формула Некрасова связывает теплопроводность λ [Вт/(м*С)] с объемной массой материала, выраженной по отношению к воде: λ=1,16√(0,0196 + 0,22γ2)-0,16. При повышении температуры теплопроводность большинства материалов возрастает. R — термическое сопротивление, R = 1/λ.
  2. Теплоемкость с [ккал/(кг*С)] — то количество тепла, которое необходимо сообщить 1 кг материала, чтобы повысить его температуру на 1С. Для каменных материалов теплоемкость меняется от 0,75 до 0,92 кДж/(кг*С). С повышением влажности возрастает теплоемкость материалов.
  3. Огнеупорность — свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры (от 1580 °C и выше), не размягчаясь и не деформируясь. Огнеупорные материалы применяют для внутренней футеровки промышленных печей. Тугоплавкие материалы размягчаются при температуре выше 1350 °C.
  4. Огнестойкость — свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определённого времени. Она зависит от сгораемости материала, то есть от его способности воспламеняться и гореть. Несгораемые материалы — бетон, кирпич, сталь и т. д. Но при температуре выше 600 °C некоторые несгораемые материалы растрескиваются (гранит) или сильно деформируются (металлы). Трудносгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры тлеют, но после прекращения действия огня их горение и тление прекращается (асфальтобетон, пропитанная антипиренами древесина, фибролит, некоторые пенопласты). Сгораемые материалы горят открытым пламенем, их необходимо защищать от возгорания конструктивными и другими мерами, обрабатывать антипиренами.
  5. Линейное температурное расширение. При сезонном изменении температуры окружающей среды и материала на 50 °C относительная температурная деформация достигает 0,5-1 мм/м. Во избежание растрескивания сооружения большой протяжённости разрезают деформационными швами.

Морозостойкость строительных материалов.

  1. Морозостойкость — свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание. Количественно морозостойкость оценивается маркой. За марку принимается наибольшее число циклов попеременного замораживания до −20 °C и оттаивания при температуре 12-20 °C, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15 %; после испытания образцы не должны иметь видимых повреждений — трещин, выкрашивания (потери массы не более 5 %).

Механические свойства строительных материалов

Упругость — самопроизвольное восстановление первоначальной формы и размера после прекращения действия внешней силы.

Пластичность — свойство изменять форму и размеры под действием внешних сил не разрушаясь, причём после прекращения действия внешних сил тело не может самопроизвольно восстанавливать форму и размер.

Остаточная деформация — пластичная деформация.

Относительная деформация — отношение абсолютной деформации к начальному линейному размеру(ε=Δl/l).

Модуль упругости — отношения напряжения к отн. деформации (Е=σ/ε).

Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или др. Прочность оценивают пределом прочности — временным сопротивлением R, определённом при данном виде деформации. Для хрупких (кирпич, бетон) основная прочностная характеристика — предел прочности при сжатии. Для металлов, стали — прочность при сжатии такая же, как и при растяжении и изгибе. Так как строительные материалы неоднородны, предел прочности определяют как средний результат серии образцов. На результаты испытаний влияют форма, размеры образцов, состояния опорных поверхностей, скорость нагружения. В зависимости от прочности материалы делятся на марки и классы. Марки записываются в кгс/см², а классы - в МПа. Класс характеризует гарантированную прочность. Класс по прочности В называется временным сопротивлением сжатию стандартных образцов (бетонных кубов с размером ребра 150 мм), испытанных в возрасте 28 суток хранения при температуре 20±2 °C с учётом статической изменчивости прочности.

Коэффициент конструктивного качества: ККК=R/γ(прочность на относит. плотность), для 3-й стали ККК=51 МПа, для высокопрочной стали ККК=127 МПа, тяжелого бетона ККК=12,6 МПа, древесины ККК=200 МПа.

Твердость — показатель, характеризующий свойство материалов сопротивляться проникновению в него другого, более плотного материала. Показатель твердости: НВ=Р/F (F — площадь отпечатка, P — это сила), [НВ]=МПа. Шкала Мооса: тальк, гипс, известь…алмаз.

Истирание — потеря первоначальной массы образца при прохождении этим образцом определённого пути абразивной поверхности. Истирание: И=(m1-m2)/F, где F — площадь истираемой поверхности.

Износ — свойство материала сопротивляться одновременно воздействию истирающих и ударных нагрузок. Износ определяют в барабане со стальными шарами или без них.

--Истинная плотность — масса единицы объема однородного материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без учета пор, трещин или других полостей, присущих материалу в его обычном состоянии.

р0 = m / V 0

--Насыпная плотность – масса единицы объема сыпучего материала в рыхло-насыпном состоянии, с учетом пустот между его частицами.

--Пористость — степень заполнения объема материала порами.

Поры – мелкие ячейки в материале, заполненные водой.

Величина пористости и размер пор в значительной мере влияют на прочность материала.

-- Пустотность – отношение суммарного объема пустот в зернистом материале ко всему объему, занимаемому этим материалом.

Пуст =( p 0 - p 0 H )/ p 0 *100%

Пустоты - заполненное воздухом пространство между частицами зернистого материала, находящегося в рыхлом или насыпном состоянии.

2.Гидрофизические свойства строительных материалов

--Гигроскопичность - свойство пористого материала поглощать водяной пар из воздуха.

Степень гигроскопичности напрямую зависит от величины пор в материале, от его структуры, температуры относительной влажности воздуха. Если материалы обладают одинаковой пористостью, но у одного поры мельче, чем у другого, то он обладает большей гигроскопичностью.

Гидрофильными н азывают материалы, активно притягивающие молекулы воды. К ним относится глина, минеральные вяжущие - цемент и гипс. Гидрофобными называются материалы, отталкивающие воду. Это битумы, полимеры, стекло.

-- Влажность

это количество воды, содержащийся в материале в естественном состоянии. Бывает относительная и абсолютная.

W отн =( m 2 - m )/ m 2 * 100%

W абс =( m 2 - m )/ m * 100%

Так же различают:

-капилярная ( заполняет капилляры, субкапиляры и мелкие поры и удерживается в них капиллярными силами

-адсорбционной ( вл., поглощаемая из воздуха поверхностью частиц строительного материала.кол-во ее зависит от влажности воздуха.)

-гидратная ( входит в состав кристаллов)

-вода затворения - количество ее, которое входит в технические соображения, в состав сырьевых, бетонных и растворных смесей.

-- Водопоглощение - свойство материала впитывать и удерживать воду.

В m =( m 1 - m )/ m * 100% - водопоглощение по массе

B 0 =( m 1 - m )/ V 0 * 100% - водопоглощение по объему

Соотношение между водопоглощением по массе и объему равно плотности материала в сухом состоянии

B 0 / В m =р0

Отношение предела прочности при сжатии материала, насыщенного водой R нас , к пределу прочности при сжатии материала в сухом состоянии R сух называется коэффициентом размягчения.

Кразм = R нас / R сух

-- Водостойкость - способность материала сопротивляться разрушительным действиям влаги.

-- Водопроницаемость – способность материала пропускать воду под давлением. Степень водопроницаемости зависит от плотности и строения материала.

--Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдержать многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительного понижения прочности. В зависимости от числа циклов попеременного замораживания, которые выдержал материал, устанавливается его марка по морозостойкости. Благодаря высокой плотности и низкому водопоглощению кровельные материалы имеют высокую морозостойкость.

3.Теплотехнические свойства

--Теплопроводность - способность материала проводить через свою толщу тепловой поток, возникающий под влиянием разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Это свойство оценивается кол-вом тепла, которое проходит через стенку толщиной 1 м и площадью 1 м 2 при перепаде температур на противоположных поверхностях в 1°С в течение 1 часа. Характеризуется коэффициентом теплопроводности λ (лямбда).

Λ t =λ 0 (1+β*t)

Читайте также: