Строительное материаловедение

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Строительное материаловедение

Строительное материаловедение

ВОПРОС № 1

Реология -- наука о деформациях и текучести сплошных сред, обнаруживающих упругие, пластические и вязкие свойства в различных сочетаниях. Упругие деформации возникают в теле при приложении нагрузки и исчезают, если нагрузки снять; пластические деформации появляются только в том случае, когда вызванные нагрузкой напряжения превышают известную величину -- предел текучести; они сохраняются после снятия нагрузки.

Деформационные свойства строительных материалов, как и других тел, обусловливаются периодом, или временем релаксации. Релаксацией называется процесс самопроизвольного падения внутренних напряжений в материале, связанных с материальным перемещением при условии, что начальная величина деформации останется неизменной, например зафиксирована жёсткими связями.

Пластичность -- способность материала без разрушения получать большие остаточные деформации. Свойство пластичности имеет решающее значение для таких технологических операций, как штамповка, вытяжка, волочение, гибка и др. Мерой пластичности является удлинение д при разрыве. Чем больше д, тем более пластичным считается материал.

Хрупкость -- свойство материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций. Является противоположным свойству пластичности. Материалы, обладающие этим свойством, называются хрупкими. Для таких материалов удлинение при разрыве не превышает 2…5 %, а в ряде случаев измеряется долями процента. Диаграмма растяжения хрупких материалов не имеет площадки текучести и зоны упрочнения.

Упругость - свойство тел изменять форму и размеры под действием нагрузок и самопроизвольно восстанавливать исходную конфигурацию при прекращении внешних воздействий.

Модуль упругости (E) или Модуль Юнга характеризует сопротивление материала растяжению/сжатию при упругой деформации, или свойство объекта деформироваться вдоль оси при воздействии силы вдоль этой оси; определяется как отношение напряжения к удлинению. Часто модуль Юнга называют просто модулем упругости.

При превышении некоторого предельного значения напряжения, развиваемого в материале, называемого пределом упругости, обнаруживается необратимая (пластическая) деформация. Хрупкие материалы разрушаются, когда напряжение в них не достигает предела упругости.

Используемая литература:

1. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение // Москва. «Высшая школа», 2002.

2. Айрапетов Г.А., Безродный О.К., Жлобин А.Л., и др.; Строительные материалы: Учебно-справочное пособие // 2-е изд., перераб. и доп. - Ростов н/Д: Феникс, 2005. - 608 с.: ил. (Строительство)

3. http://slovari.yandex.ru/dict/krugosvet/article/2/28/1011491.htm

4. http://dic.academic.ru/

ВОПРОС № 2

Каменные строительные материалы включают широкую номенклатуру изделий, получаемых из горных пород: рваный камень в виде кусков неправильной формы (бут, щебень и др.), изделия правильной формы (блоки, штучный камень, плиты, бруски), профилированные изделия и др. Исходя из специфики технологии производства, их разделяют на три группы.

Первую составляют нерудные строительные материалы -- это камень, используемый в виде полупродукта, идущего на производство искусственных материалов (бетоны и растворы),

Под «штучным» стеновым камнем понимают каменные материалы правильной геометрической формы, полученные непосредственно из горного массива с помощью специальных механизмов.

Третью группу составляют облицовочные (декоративные) природные камни, которые по своим эстетическим качествам после соответствующей переработки пригодны для отделочных работ.

Используемые горные породы для производства материалов и изделий должны обладать достаточной прочностью, определенными физическими свойствами (плотностью, пористостью, водопоглощением), минимально допустимой маркой по морозостойкости, а в отдельных случаях достаточной истираемостью.

Прочность - свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузок. Прочность камня зависит от его строения и сил межзерновых связей слагающих его минералов. Так, прочность при сжатии у мелкозернистых горных пород выше, чем у крупнозернистых. Прочность при растяжении горных пород невысока и порой в 6--10 раз меньше прочности при сжатии.

Под истинной плотностью - понимают массу единицы объёма абсолютно плотного материала.

Под средней плотностью - понимают массу единицы объёма материала (изделия) в естественном состоянии ( с пустотами и порами ). Средняя плотность используемых камней изменяется в широких пределах (от 300--500 кг/м3 для пористых до 2600--3300 кг/м3 для гранитов, габбро, диабазов, мрамора).

Пористость - степень заполнения материала порами. Наименьшей пористостью обладают кварциты (0,7%) и граниты (1--3,3 %), наибольшей -- известняки (до 30%) и вулканические туфы (до 65%).

Водопоглощение характеризует способность горной породы впитывать и удерживать в себе воду. Водопоглощение гранита -- 0,1-- 0,8%, а туфа и известняка-ракушечника -- до 40% по массе.

Морозостойкость - способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности. Морозостойкость зависит от строения и пористости горной породы. Для большинства изделий из природного камня ее минимальную величину нормируют. Так, минимальная марка по морозостойкости для облицовочного камня F15 (известняк-ракушечник, вулканический фельзитовый туф).

Истираемость материала характеризуется потерей первоначальной массы, отнесённой к 1 м2 площади истирания.. Истираемость горной породы (г/см2) нормируется у облицовочных материалов, применяемых для устройства полов, лестниц, тротуаров и др.

Используемая литература:

1. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение // Москва. «Высшая школа», 2002.

2. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия: Учеб. для инж.-экон. спец. строит. вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.; Высш. шк., 1988. - 527 с.: ил.

3. Айрапетов Г.А., Безродный О.К., Жлобин А.Л., и др.; Строительные материалы: Учебно-справочное пособие // 2-е изд., перераб. и доп. - Ростов н/Д: Феникс, 2005. - 608 с.: ил. (Строительство)

ВОПРОС № 3

Для производства строительной керамики применяют глины как относительно пластичный компонент и добавочные вещества - не пластичные компоненты сырьевой смеси. Глина является главным структурообразующим веществом, создающим при обжиге изделий микро- и макроструктуру керамического конгломерата в виде различных изделий. Добавочные вещества вводят в глину (смеси) с целью:

повышения или снижения её пластичности, что важно при формировании изделий;

для увеличения пористости лёгких керамических изделий (порообразующие добавки);

для снижения температуры обжига изделий (легкоплавкие добавки, или плавни);

для придания плиткам необходимого цвета вводят красители (хромистое железо, оксид кобальта и т. д.).

Добывают сырьё в карьерах экскаваторами, вывозят глину из карьера автосамосвалами, вагонетками и конвейерами (при не большой удалённости карьера). Не пластичные материалы обычно поступают с карьеров необработанными и необогащёнными. Подготовка сырьевых материалов состоит из разрушения природной структуры глины, удаления или измельчения крупных включений, измельчения и просеивания непластичных материалов и отделения от них железосодержащих и других вредных примесей, смешивания глины с добавками и увлажнения.

Подготовку керамической массы осуществляют полусухим, сухим, пластическим и шликерным (мокрым) способами.

Полусухой способ применяют, если шихта содержит большое количество отощающих материалов, а пластичное сырьё трудно поддаётся размоканию, переработке и смешиванию с непластичными материалами. Формовочную массу приготавливают в виде пресс-порошка влажностью 8 - 12%. Формуют изделия в гидравлических или механических прессах с давлением штампа 19,5 - 29,5 МПа. Отпрессованный сырец поступает на обжиг в кольцевую или туннельную печь.

Сухой способ отличается от полусухого тем, что пресс-порошок имеет влажность 2 - 6%, полностью исключается сушка сырца.

При пластическом прессовании глину освобождают от каменных включений, измельчают и смешивают с отощающими, а иногда и выгорающими добавками до образования однородной керамической массы. Для измельчения глины применяют вальцовые дробилки с гладкими вальцами, дезинтеграторные вальцы, бегуны и др. Приготавливают глиняную массу чаще всего в двухвальных глиномешалках, где её увлажняют водой ил паром до формовочной влажности 18 - 23% и тщательно перемешивают. Подготовленную массу подают для формирования в горизонтальный вакуумный или обычный безвакуумный ленточный пресс. Перед обжигом сырец сушат до влажности 5 - 7%, после обжигают в печах.

При шликерном способе исходные материалы измельчают и смешивают с большим количеством воды (до 60%) до получения однородной массы - шликера. Изделия изготовляют методом литья в гипсовых формах из шликера влажностью 30 - 34% с последующей их сушкой и обжигом. При производстве некоторых видов плиток вводят дополнительную операцию - глазурование. Глазурованные изделия имеют меньшие водопоглощение и водопроницаемость, имеют большую долговечность. Глазури приготовляют из каолина, кварца, мела или мрамора, доломита, глины, полевых шпатов, углекислого бария, свинца и др.Для окрашивания глазурей применяют оксиды металлов, силикаты, шпинели, бораты и др. Наносят глазури на высушенные или обожжённые изделия разными способами - пульверизацией, окунанием изделий в глазурную суспензию, поливкой изделий этой суспензией, путём припудривания поверхностей сухим составом глазури и др. После нанесения глазури изделие обжигают.

Обжиг производится по специальному режиму: прогрев сырца, собственно обжиг и охлаждение готового изделия. Обжиг осуществляется в кольцевых и туннельных печах.

По пределам прочности при сжатии и при изгибе. по форме, размерам, средней плотности, водопоглощению изделия должны соответствовать требованиям ГОСТов.

Крупноразмерные облицовочные плиты должны иметь водопоглощение менее 1% и морозостойкость не менее 50 циклов.

Плитки керамические фасадные и ковры из них должны иметь водопоглощение 2 - 9% для стеновых и 2 - 5% для цокольных видов. Морозостойкость соответственно 40 и 50 циклов.

Керамические плитки для внутренней облицовки стен должны иметь водопоглощение по массе менее 16%, предел прочности при изгибе более 15 МПа. Плитки должны выдерживать перепады температур от 125(150) єС до 15 - 20 єС без появлении дефектов. К качеству плиток для внутренней облицовки стен предъявляют высокие требования. Плитки должны иметь правильную геометрическую форму, четкие грани и углы, не иметь выпуклостей, выбоин и трещин.

Плитки для полов должны иметь правильную форму (квадратную, прямоугольную, шестигранную, восьмигранную, треугольную длиной грани 50...150 мм и толщиной 10...13 мм), четкие грани и углы, без выпуклостей, выбоин и трещин; высокую плотность, водопоглощение не более 4%; повышенное сопротивление истираемости (потери в массе при испытании плиток на истираемость не должны превышать 0,1 г/см2 для полов с повышенной истираемостью и 0,25 г/см2 для полов прочих помещений).

Используемая литература:

1. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение // Москва. «Высшая школа», 2002.

2. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия: Учеб. для инж.-экон. спец. строит. вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.; Высш. шк., 1988. - 527 с.: ил.

ВОПРОС № 4

Доменные гранулированные шлаки -- основной вид сырья при производстве шлаковых цементов. Их получают в качестве побочного продукта при выплавке чугуна из железной руды в доменной печи. Так же как и чугун, их выпускают из печи в расплавленном состоянии, причем на 1 т чугуна получается в среднем 0,6--0,7 т шлака.

Шлаки образуются в результате сплавления находящейся в руде пустой породы с флюсом (карбонаты кальция и магния) и золой кокса и представляют собой силикатный и алюмосиликатный расплавы.

Главнейшие факторы, определяющие гидравлическую активность доменного шлака,-- его состав и режим охлаждения шлакового расплава.

В состав доменного шлака входят главным--образом четыре окисла: СаО, SiQ2, А1203, MgO суммарное содержание которых обычно превьштает,90%. 3начительно меньше в шлаке других соединений: Ti02, MnO, FeO, CaS, MnS, FeS. Влияние главных окислов на свойства шлаков сказывается в том, что окись кальция и глинозем(последний в особенности) повышают гидравлическую активность шлаков, а кремнез оказывает обратное влияние. Окись магния в небольших количествах может быть признана практически равноценной окиси кальция. Окись магния в шлаках находится в связанном состоянии и не вызывает неравномерности изменения объема шлаковых цементов.

Свойства доменного гранулированного шлака как компонента шлакопортландцемента характеризуются коэффициентом качества К, который определяют по формулам:

при содержании MgO до 10 %

К = %CaO+%Al2O3+%MgO/SiO2+%TiO2

при содержании MgO более 10%

К = %CaO+%Al2O3+10/SiO2+%TiO2%(MgO-10)

В зависимости от коэффициента качества и содержания некоторых соединений доменные гранулированные шлаки делятся согласно ГОСТ 3476--74 на три сорта.

По скорости охлаждения, доменные шлаки разделяют на медленно охлажденные в обычных естественных условиях и гранулированные, получаемые путем искусственного быстрого охлаждения тем или иным способом.

При медленном охлаждении расплава основного доменного шлака он застывает в сплошные каменные глыбы, причем успевает в значительной своей части закристаллизоваться. В таких шлаках содержатся силикаты и алюмосиликаты кальция и магния, как-то: геленит 2CaO·Al203·Si02; окерманит 2CaO·MgO·2Si02; твердые растворы геленита и окерманита, называемые мелилитами; двухкальциевый силикат в в-форме; псевдоволластонит и волластонит CaO·Si02; ранкинит ЗСаО·2Si02; анортит CaO·Al203·2Si02; мервинит ЗСаО·MgO·2Si02, а также сульфидные соединения (CaS, MnS, FeS); магнетит FeO·Fe203; оливины типа 2RO·Si02; магнезиальная шпинель MgO·Al203; монтичеллит CaO·MgO·Si02, небольшое количество стекловидной массы и ряд других веществ.

Доменные шлаки, содержащие более 45--46% СаО, при медленном охлаждении рассыпаются в тонкий порошок. Это происходит оттого, что находящийся в шлаке двухкальциевый силикат претерпевает в таких условиях полиморфные превращения, причем переход в ?-форму при 675°С сопровождается увеличением объема на 10%. При этом шлак растрескивается и рассыпается. Это явление известно под названием силикатного распада; реже возникают известковый и железистый распады. Известковый распад вызывается гашением встречающихся иногда в шлаках включений свободной окиси кальция. Железный распад является результатом присутствия в шлаке сульфидов железа FeS, которые под влиянием атмос­ферной влаги образуют Fe(OH)2+H2S. Эта реакция сопровождается значительным увеличением объема (на 38%), вызывающим распад шлака. Аналогичными образом происходит и марганцевый распад

Доменные шлаки бывают:

1) основные, т.-е. такие в которых преобладает известняковое начало; такие шлаки распадаются на воздухе в мельчайший порошок,

2) кислые, в которых преобладают кремнекислые начала.

Такие шлаки весьма стойки и пригодны для некоторых простых строительных целей, между прочим, для замощения дорог. Доменные шлаки, вливаемые в жидком состоянии в воду, дают гранулированный шлак, из которого, без всяких добавочных примесей, формуется хороший строительный кирпич, не нуждающийся в обжиге, а затвердевающий на воздухе. В Донбассе имеется много заводских и жилых построек из этого серого по цвету шлакового кирпича. Из доменного шлака изготовляется также гидравлический цемент.

Используемая литература:

1. http://stroymaster.ru

ВОПРОС № 5

Известково-кремнеземистое вяжущее вещество, получаемое в условиях автоклава, представляет собой продукт синтеза химически активного сырья с образованием гидросиликатов цементирующей связки в искусственных силикатных конгломератах.

Одним из основных компонентов сырьевой смеси служит известь, которая обладает большой химической активностью к кремнезёму при термовлажностной обработке. Именно по этому вторым основным компонентом сырьевой смеси является кварцевый песок или другие минеральные вещества, содержащие кремнезём, например кварцит или другие кислые породы, кислые шлаки, золы. Чтобы химическое взаимодействие проходило интенсивнее (со сбережением тепловой энергии и топлива), кремнеземистый компонент подвергают тонкому измельчению. Непременным третьим химически активным компонентом сырьевой смеси является вода.

В настоящее время к самой распространенной составляющих автоклавных известково-кремнеземистых вяжущих веществ относят кальциевую известь. ГОСТ 9179-77 установлено, чтобы CaO + MgO было больше 70%, в том числе MgO не более 5%; CO2 - менее 8%, время гашения не более 20 мин. В природе чаще встречаются мергелистые и доломитизированные известняки, и поэтому проблема использования магнезиальной извести, получаемой обжигом таких известняков, остаётся весьма актуальной. Присутствие MgO свыше 5% приводит к запоздалому гашению этого оксида (периклаза) с образованием Mg(OH)2 и появлению трещин в силикатных изделиях.

В формировании структуры и свойств силикатного камня, как цементирующей связки на основе известково-кремнеземистого вяжущего вещества большую пользу приносят вяжущие компоненты (добавки), выполняющие функции ускорителей процессов химического становления гидросиликатов кальция и магния.

Силикатные материалы и изделия автоклавного твердения представляют собой искусственные строительные конгломераты на основе известково-кремнеземистого (силикатного) камня, синтезируемого в процессе автоклавной обработки под давлением пара при высокой температуре и повышенном давлении. К числу автоклавных силикатных изделий относят силикатный кирпич, крупные силикатные блоки, плиты из тяжелого силикатного бетона, панели перекрытий и стеновые, колонны, балки, и пр. Лёгкие заполнители позволяют понизить массу стеновых панелей и других элементов. Силикатные изделия выпускают полнотелыми или облегчёнными со сквозными или полузамкнутыми пустотами. Особое значение имеют силикатные ячеистые бетоны, заполненные равномерно распределёнными воздушными ячейками, или пузырьками. Они могут иметь конструктивное или теплоизоляционное назначение, что обуславливает форму и назначение изделий, их качественные показатели.

Полный цикл автоклавной обработки, по данным П.И. Боженова, слагается из пяти этапов:

- впуск пара и установление температуры 100°С;

- дальнейшее повышение температуры среды и давления пара до назначенного максимума;

- изотермическая выдержка при постоянном давлении (чем выше давление, тем короче режим автоклавизации);

- медленное и постепенное нарастание скорости снижения давления пара до атмосферного, а температуры - до 100°С;

- окончательное остывание изделий в автоклаве или после выгрузки их из автоклава.

Согласно одной из теорий образование цементирующего вещества происходит через предварительное растворение извести в воде. Так как растворимость извести с повышением температуры понижается, то постепенно раствор становится насыщенным. Но с повышением температуры возрастает растворимость тонкодисперсного кремнезёма. При температуре 120°С - 130°С известь и кремнезём, находясь растворе, взаимодействуют с образованием гелеобразных гидросиликатов кальция. По мере дальнейшего повышения температуры новообразования укрупняются с возникновением зародышей и кристаллической фазы, а затем и кристаллических сростков. Кристаллизация происходит вокруг зёрен кварца и в межзерновом пространстве; сопровождается срастанием кристаллических новообразований в каркас с дальнейшим его упрочнением и обрастанием.

Согласно другой теории, образование микроструктуры вяжущего происходит не через растворение извести и кремнезёма, а в твёрдой фазе под влиянием процесса самодиффузии молекул в условиях водной среды и повышенной температуры.

Имеется и третья теория допускающая образование микроструктуры вяжущего в результате реакций в жидкой и твёрдой фазах.

Используемая литература:

1. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение // Москва. «Высшая школа», 2002.

ВОПРОС № 6

Шлам - тонкоизмельченный материал в виде сметанообразной массы, сырьевая смесь для производства портландцемента мокрым или комбинированным способом. Смесь составляется с помощью пород с высоким содержанием углекислого кальция (чистых известняков, мела, известковых туфов, мергелистных известняков, и др.), пород относящихся к глиноземестому сырью (тяжёлые глины, мергелистные глины, глинистый сланец и др.) и большого количества воды (до 36 - 42%). Самый распространенный в нашей стране способ производства - мокрый. При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды и смесь в виде жидкого шлама обжигают во вращающихся печах. Готовый и химически откорректированный состав шлама равномерно подаётся во вращающуюся печь для обжига.

Вращающаяся печь представляет собой длинный цилиндр из листовой стали, облицованный внутри огнеупорным материалом. Длина печей 150...185...230 м, диаметр 4...5...7 м. Барабан печи установлен с наклоном 3,5...4° и вращается вокруг своей оси с частотой 0,5...1,4 мин-1. Вращающиеся печи работают по принципу противотока. Шлам загружается с верхней сто-роны печи и передвигается к нижнему концу.

Топливо в виде газа или пыли каменного угля вдувается вместе с воздухом с противоположного конца печи и сгорает, создавая температуру 1500°С. Дымовые газы удаляются со стороны поднятого конца печи. Шлам, перемещаясь вдоль барабана, соприкасается с горячими газами, идущими ему навстречу, и постепенно нагревается.

Образованию портландцементного клинкера предшествует ряд физико-химических процессов, протекающих в определенных температурных границах -- технологических зонах печного агрегата -- вращающейся печи. При мокром способе производства цемента по ходу движения обжигаемого материала условно выделяют следующие зоны: I -- испарения, II -- подогрева и дегидратации, III -- декарбонизации, IV -- экзотермических реакций, V -- спекания, VI -- охлаждения. Рассмотрим эти процессы начиная с поступления сырьевой смеси в печь, т. е. по направлению с верхнего ее конца (холодного) к нижнему (горячему).

В зоне испарения при постепенном повышении температуры с 70 до 200°С испаряется влага; сырьевая смесь подсушивается. Подсушенный материал комкуется. Перемещаясь, комья распадаются на более мелкие гранулы. В печах сухого способа зона испарения отсутствует.

В зоне подогрева при постепенном нагревании сырья с 200 до 700°С выгорают органические примеси, из глиняных минералов удаляется кристаллохимическая вода (при 450 - 500°С) и образуется безводный каолинит AlO3-2SiO2. Зоны испарения и подогрева при мокром способе занимают 50 - 60% длины печи.

В зоне декарбонизации температура обжигаемого материала повышается с 700 до 1100°С; происходит диссоциация карбонатов кальция и магния с образованием свободных СаО и MgO. Одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды SiO2, А12O3, Fe2Оз, которые вступают в химическое взаимодействие с СаО. В результате этих реакций, происходящих в твердом состоянии, образуются минералы ЗСаО-АlОз, СаО-АlО3 и частично 2CaO-SiO2.

В зоне экзотермических реакций при температуре 1200... 1300°С завершается процесс твердофазового спекания материала, образуются ЗСаО-АlО3, 4СаО-Al2O3-Fe2O3 и белит, резко уменьшается количество свободной извести, но достаточное для насыщения двухкальциевого силиката до трехкальциевого.

В зоне спекания при температурах 1300... 1450... 1300°С происходит частичное плавление материала (20...30% обжигаемой смеси). В расплав переходят все клинкерные минералы, кроме 2CaO-SiO2, все легкоплавкие примеси сырьевой смеси. Алит кристаллизуется из расплава в результате растворения в нем оксида кальция и двухкальциевого силиката. Это соединение плохо растворимо в расплаве, вследствие чего выделяется в виде мелких кристаллов, которые в дальнейшем растут. Понижение температуры с 1450 до 1300°С вызывает кристаллизацию из расплава ЗСаО-А1203, 4СаО-Al2O3-Fe2O3 и MgO (в виде периклаза), которая заканчивается в зоне охлаждения.

В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 до 1000°С, здесь полностью формируются его структура и состав, включающий алит C3S (3CaO-SiO2), белит C2S (2CaO-SiO2), С3А (3CaO-Al2O3), C4AF (4CaO-Al2O3), MgO (периклаз), стекловидную фазу и второстепенные составляющие.

Границы зон во вращающейся печи достаточно условны и не являются стабильными. Меняя режим работы печи, можно смещать зоны и регулировать тем самым процесс обжига.

Образовавшийся таким образом раскаленный клинкер поступает в холодильник, где резко охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом.

По расчётному минералогическому составу портландцементный клинкер можно разделить на группы: алитовый с содержанием алита свыше 55% и белита меньше 20%; белитовый - с содержанием алита 40-55% и белита 20-40% при общем количестве во всех трёх случаях C3A + C4AF 20-30% (по массе);

алюминатный - при содержании C3A больше 10% и C4AF меньше 15%;

алюмоферритный - при содержании C3A меньше 10% и C4AF при общем количестве силикатов, равном 75%.

Используемая литература:

1. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение // Москва. «Высшая школа», 2002.

2. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия: Учеб. для инж.-экон. спец. строит. вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.; Высш. шк., 1988. - 527 с.: ил.

ВОПРОС № 7

Белый портландцемент получают из сырьевых материалов, имеющих минимальное содержание окрашивающих оксидов (железа, марганца, хрома). В качестве сырьевых материалов используют «чистые» известняки или мраморы и белые каолиновые глины, а в качестве топлива -- газ или мазут, не загрязняющие клинкер золой. Помол цемента производят более тонкий: остаток на сите с сеткой № 008 должен быть не более 12%.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) -- гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким помолом портландцементного клинкера -- 58-63%, глиноземистого шлака или клинкера -- 5-7%, гипса -- 7-10% и гранулированного доменного шлака или другой активной минеральной добавки -- 23-28%.

Гидрофобный портландцемент отличается от обыкновенного содержанием поверхностно-активной гидрофобизующей добавки: мылонафта, асидола, асидол-мылонафта, олеиновой кислоты или окислительного петролатума, нафтеновой кислоты и ее соли, синтетических жирных кислот и их кубовых остатков, кремнийорганических полимеров и др. Эти вещества вводят в количестве 0,1-0,2% от массы цемента в расчете на сухое вещество добавки.

Шлакопортландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое при совместном измельчении портландцементного клинкера, доменного гранулированного шлака и гипса или путем тщательного смешения раздельно измельченных тех же компонентов. При совместном измельчении клинкера, шлака и гипса качество шлакопортландцемента несколько выше, так как при раздельном измельчении и последующем смешивании исходных материалов не удается получить продукт такой же однородности, как в первом случае. Содержание доменного гранулированного шлака в шлакопортландцементе должно составлять свыше 20% и не более 80% от массы готового продукта. Допускается часть шлака в количестве не более 10% заменять природными гидравлическими добавками (трепелом, диатомитом и др.).

Используемая литература:

1. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия: Учеб. для инж.-экон. спец. строит. вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.; Высш. шк., 1988. - 527 с.: ил.

Задача №1

Определить номинальный состав бетона и массу бетонной смеси при заданных показателях.

Марка бетона Rб= -

Марка цемента Rц= -

Водоцементное отношение - 0,6

Осадка конуса - 8см.

Жёсткость, сек. -

Известняковый щебень, фр. - 40мм.

Водопотребность песка - 7%

Влажность щебня - 5%

Плотность истинная щебня ск = 2,7 г/см3; насыпная гк = 1,5 г/см3

Плотность песка кварцевого см = 2,8 г/см3; насыпная гм = 1,6 г/см3

Плотность истинная цемента сц = 3,1 г/см3; насыпная гц = 1,3 г/см3

Решение.

Расход воды по таблице приложения 1

Для осадки конуса 8см., и щебня наибольшей крупности 40мм: В=190 кг/м3.

Вычисляем расход цемента:

Ц = = = 316,7 кг/м3

Коэффициент раздвижки зёрен по таблице приложения 1

б = 1,36

Пустотность щебня :

Vп = 1- = 1- = 0,444

Вычисляем весовое соотношение песка и гравия по формуле:

= Vп б = 0,444 1,36 = 0,645

Определяем абсолютный объём цемента (л) в 1 м3 бетонной смеси и заполнителей по формуле:

Vц = = = 102,2 дм3

Vп + Vщ = 1000 - (Vц + Vв) = 1000 - (102,2 + 190) = 707,8 дм3

Вычисляем плотность смеси (кг/дм3) заполнителей:

ссм = = = 2,739 кг/м3

Определяем массу заполнителя (кг) в 1 м3 бетонной смеси:

ссм = (Vп + Vщ) = 2,739 * 707,8 = 1939 кг.

Количество песка:

П = 1939 = 1939 = 760,1 кг.

Количество щебня:

Щ = 1939 - 760,1 = 1179 кг.

Содержание воды в щебне:

Вп = 0,05 * 1179 = 58,94 дм3.

Состав бетонной смеси будет:

Цемент: 316,7 кг.

Песок: 760,1 кг.

Щебень: 1179 + 58,94 = 1238 кг.

Вода: 190 - 58,94 = 131,1 дм3.

Масса 1 м3 бетонной смеси составит: 2446 кг.

Состав бетона: Цемент - 316,7 кг.,

Вода - 131,1 кг.,

Песок - 760,1 кг.,

Щебень - 1238 кг.

Задача №2.

Определить прочность при сжатии и скалывании (МПа). Плотность и ККК древесины при стандартной влажности, если дана масса 10 стандартных образцов-призм, разрушающая нагрузка при сжатии и скалывании стандартных образцов вдоль волокон с влажностью при испытании согластно варианту.

Масса 10 стандартных образцов призм m = 74,4 г.

Разрушающая нагрузка при сжатии, Rсж = 16800 Н.

Разрушающая нагрузка при скалывании, Rск = 3400 Н.

Влажность, W = 19%.

Решение.

На рис. показаны форма и размеры образца для определения предела прочности при скалывании вдоль волокон.

Толщина образца b = 20мм.

Определим прочность при скалывании вдоль волокон :

b = 0,02 м., l = 0,03 м.,

фw = = = 5666667 Па

Пересчитаем предел прочности для стандартной влажности 12%:

ф12 = фw[ 1+б(w-12)] = 5666667 * [1+0,03(19-12)] = 6856667 Па.

Плотность древесины :

с0w = = = 620 кг/дм3

Пересчитаем плотность для стандартной влажности 12%:

с012 = с0w[1+0,01(1-K0)(12-W)] K0=0,5

с012 = 620[1+0,01(1-0,5)(12-19) = 598,3 кг/дм3

Коэффициент конструктивного качества (к.к.к.) материала равен отношению показателя прочности R (МПа) к относительной объёмной массе г (безразмерная величина):

к.к.к. = R/г = 53,76 / 0,598 = 89,85 МПа, где R = у12(МПа), г = с012 (г/см3).

ВОПРОС №8

Строительная сталь предназначается для изготовления строительных конструкций -- мостов, газо- и нефтепроводов, ферм, котлов и т. д. Все строительные конструкции, как правило, являются сварными, и свариваемость -- одно из основных свойств строительной стали. Конструкционные низколегированные стали в горячекатаном или нормализованном состоянии применяют для строительных конструкций, армирования железобетона, магистральных нефте- и газопроводов. Для изготовления деталей машин их применяют сравнительно редко. Эта группа сталей содержит относительно малые количества углерода 0,1--0,25 %. Повышение прочности достигается легированием обычно дешевыми элементами -- марганцем и кремнием.

Простые углеродистые строительные стали -- Ст1, Ст2 и СтЗ, поставляются по ГОСТ 380--71. Наиболее широко применяется сталь марки СтЗ, которую для сварных конструкций следует поставлять по требованиям группы В, а для несварных конструкций -- по группе А.

Из полученных тремя способами раскисления сталей (спокойная, полуспокойная и кипящая) более надежна сталь спокойная, имеющая более низкий порог хладноломкости.

Таким образом, следует применять для несвариваемых конструкций (или свариваемых неответственных конструкций) -- кипящую сталь, для сварных расчетных конструкций -- полуспокойную или спокойную сталь. Для ответственных конструкций, а также для сооружений, работающих в условиях низких температур, следует применять нормализованную или термически улучшенную сталь.

Низколегированные или строительные стали повышенной прочности - в отличие от конструкционных легированных сталей, строительные стали повышенной прочности у потребителей не подвергаются термической обработке, т. е. структура и служебные характеристики формируются при производстве сталей.

По сравнению с углеродистыми сталями более высокая прочность строительных низколегированных сталей достигается упрочнением феррита за счет легирования сравнительно малыми количествами кремния и марганца, а также хрома, никеля, меди и некоторых других элементов.

К низколегированным строительным сталям относятся стали марок 14Г2, 17ГС, 14ХГС, 15ХСНД, 34Г2АФ, 17Г2АФБ и другие. Сталь 15ХСНД, содержащая никель и медь, работает в конструкциях до --60°С без перехода в хрупкое состояние. Кроме того, введение этих элементов увеличивает коррозионную стойкость стали в атмосферных условиях.

Все такие стали имеют низкое содержание углерода (<0,22% С) .

Строительные стали применяют главным образом в виде листов разной толщины, а также в виде сортового проката. Применение в строительных конструкциях более прочных низколегированных сталей, вместо углеродистых, дает возможность снизить расход металла на 15--25 %. Несмотря на несколько более высокую стоимость их использование экономически целесообразно.

Используемая литература:

1. www.omegametall.ru/stroysteel/

ВОПРОС №9

Подобно другим конгломерантным смесям, бетонная представляет собой дисперсную систему, в которой в роли дисперсной среды выступает цементное тесто, а твёрдой дисперсной фазой является механическая смесь мелких и крупных заполнителей. Если при необходимости в бетонную смесь были добавлены порошкообразный наполнитель или иной микродисперсный компонент, растворимый или не растворимый в воде, то они являясь по размеру частиц соизмеримыми с частицами цемента, относятся к дисперсной среде. На стадии проектирования бетонной смеси предусматривается, что бы все компоненты в бетонной смеси находились на возможно более малых расстояниях друг от друга, с тем чтобы на микро- и макроуровнях полнее проявлялись силы взаимодействия частиц. С увеличением содержания цементного теста подвижность бетонной смеси также повышается при сохранении практически той же прочности после затвердевания. Это объясняется тем, что при более высоком содержании цементного теста оно не только заполняет пустоты и обволакивает зерна заполнителей, но и раздвигает их, создавая между ними обильные прослойки, уменьшающие трение между зернами, а это повышает подвижность смеси.

При более крупных заполнителях суммарная поверхность зерен получается меньше; следовательно, при том же количестве цементного теста прослойки его между зернами заполнителей оказываются толще, что увеличивает подвижность бетонной смеси. Увеличение количества песка сверх оптимального, установленного опытом, уменьшает подвижность бетонной смеси вслед. ствие возрастания суммарной поверхности заполнителей.

Поверхностно-активные добавки представляют собой особую группу органических веществ, введение которых в бетонные (растворные) смеси позволяет существенно улучшить их удобоукладываемость. Вместе с тем поверхностно-активные добавки позволяют уменьшить водоцементное отношение и соответственно сократить расход цемента без снижения прочности материалов и изделий.

Используемая литература:

1. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение // Москва. «Высшая школа», 2002.

2. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия: Учеб. для инж.-экон. спец. строит. вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.; Высш. шк., 1988. - 527 с.: ил.

ВОПРОС №10

Бетонополимеры получают путём обычной технологии цементного бетона, однако на завершающей стадии твердения бетонного изделия производится его вакуумная сушка и последующая пропитка мономером. Среди употребляемых мономеров - метилметакрилат, стирол, низкомолекулярные эпоксидные смолы, ФАМ и др. Они заполимеризовываются в порах цементного камня и бетона под влиянием кислорода воздуха, повышенных температур, отвердителей и др. Пропитка полная или только верхнего слоя на глубину 10 - 20мм изделия снижает сквозную пористость и повышает прочность исходного цементного бетона. Его предельная прочность при сжатии может составить до 120-300МПа. Возрастает в 3-4 раза сопротивление истиранию. Резко снижается ползучесть с возрастанием модуля упругости. Повышается морозостойкость, увеличиваясь с 200 до 500 циклов, водонепроницаемость, химическая стойкость. Но введение мономера удорожает бетон, поэтому его используют в ответственных конструкциях, при производстве тюбингов и др.

Порошкообразный водонерастворимый полимер или мономер может быть внесён в бетон как обычный наполнитель на стадии производства бетонной смеси. Для придания дисперсной системе повышенной гидрофильности в неё вводят ПАВ.

Из неорганических веществ для пропитки бетона применяют жидкое стекло и серу. Состав серных бетонов: сера 58-70%, минеральный наполнитель 30-40%, пластификатор 1-4%. При температуре 180-200°С и последующем быстром охлаждении образуется полимерная сера: в макромолекуле находятся многие десятки тысяч атомов серы.

Используемая литература:

1. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение // Москва. «Высшая школа», 2002.

ВОПРОС №11

МАСТИКИ.

По виду исходного вяжущего различают мастики битумные, битумно-полимерные, битумно-эмульсионные, резинобитумные, полимерные, дегтевые и дегтеполимерные.

Мастики по назначению бывают приклеивающие -- для приклеивания рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов и для устройства защитного слоя кровель. Кроме того, мастики производят для устройства мастичных слоев гидро- и пароизоляции, а также для изоляции подземных стальных трубопроводов и других сооружений с целью защиты их от коррозии.

По способу укладки мастики бывают горячие и холодные Горячие мастики применяют с предварительным подогревом: битумные -- до температуры -- 160...180°С, резинобитумные -- 170... 180, дегтевые-- 130...150 и гудрокамполимерные -- 70°С. Холодные мастики используют при температуре окружающего воздуха 5°С без подогрева, при более низких температурах с подогревом --до 60...70°С.

Мастики изготовляют из органического вяжущего, разбавителя и наполнителя. Наполнители применяют для повышения теплостойкости, уменьшения хрупкости при пониженных температурах и уменьшении расхода вяжущего. Для мастики используют наполнители пылевидные, волокнистые и комбинированные (смесь пылевидного и волокнистого). В качестве пылевидных наполнителей применяют известняк, доломит, кварц, тальк, трепел, золу, цемент и многие другие, а в качестве волокнистого наполнителя -- хризотиловый асбест 7-го и 8-го сортов, асбестовую пыль, коротковолнистую минеральную вату. В качестве разбавителя мастики могут содержать воду, органические растворители, нефтяные масла, битумы, гудрон, мазут.

Горячие мастики в зависимости от области применения подразделяют на приклеивающие, кровельно-изоляционные и гидроизоляционные асфальтовые и антикоррозионные.

Приклеивающие мастики выпускают четырех видов: битумные, состоящие из битума, наполнителя и антисептика; резинобитумные -- из резинобитумного вяжущего, полимерной добавки, наполнителя и антисептика; дегтевые -- из каменноугольных дег-тепродуктов и наполнителя и гудрокамовые -- из гудрокама, нефтяного битума и наполнителя.

Кровельно-изоляционные мастики бывают двух видов: гудро-камполимерные - состоящие из гудрокама, нефтяного битума и полимера СКС-30; резинобитумные - состоящие из резинобитумного вяжущего, полимерной добавки, наполнителя и антисептика. Кровельно-гидроизоляционные мастики применяют в качестве приклеивающих мастик, а также для устройства безрулонных кровель и гидроизоляции.

Гидроизоляционные асфальтовые горячие мастики, состоящие из битума и минерального наполнителя, в зависимости от теплоустойчивости изготовляют трех категорий: I, II, III.

Холодные мастики изготовляют на разбавленном вяжущем и на битумных пастах (асфальтовые мастики). К мастикам, приготовляемым на разбавленном вяжущем, относятся битумные, резинобитумные, гудрокамовые.

Битумная холодная мастика состоит из нефтяного битума, разбавителя в виде пиролизной смолы, керосина или солярового масла до 30%, наполнителя, пластификатора и антисептика. Теплоустойчивость битумной мастики 70°С.

Резинобитумную мастику выпускают четырех марок. Она состоит из резинобитумного вяжущего, полимерной добавки, разбавителя, наполнителя, пластификатора и антисептика.

Гудрокамовая холодная мастика состоит из гудрокама, нефтяного битума, разбавителя и наполнителя. В качестве разбавителя для получения холодных мастик применяют летучие или нелетучие жидкие органические вещества. Применяют холодные мастики на битумных пастах для литой и штукатурной гидроизоляции и заполнения деформационных швов, а также в качестве кровельного покрытия в южных районах страны.

Мастика изол -- эффективный гидроизоляционный герметизирующий и приклеивающий материал. Изготовляется из дешевого недефицитного сырья, содержащего каучук и нефтяной битум. Мастики изол в зависимости от температуры укладки под-разделяются на горячие и холодные. Горячие могут быть уложены только с предварительным подогревом, холодные -- без подогрева.

Холодную мастику изол получают введением в горячую мастику 30...50% (по массе) бензина или других растворителей.

ПАСТЫ.

Битумные пасты приготовляют из битума, воды и эмульгатора. В качестве эмульгатора используют неорганические тонкодисперсные минеральные порошки, содержащие активные коллоидные частицы размером менее 0,005 мм, добавляемые в воду при производстве паст. В качестве эмульгатора используют известь, глины, трепел молотый. Наиболее водоустойчивые пасты получают при применении известковых эмульгаторов.

Битумные пасты применяют для устройства защитного гидроизоляционного покрытия, грунтовки изолируемой поверхности, уплотнения стыков в кровле, а также в качестве вяжущего для изготовления холодных мастик.

ЭМУЛЬСИИ.

Эмульсиями называют дисперсные системы, состоящие из двух не смешивающихся между собой жидкостей, из которых одна находится в другой в мелкораздробленном (диспергированном) состоянии. В подобных системах различают дисперсионную среду и дисперсную фазу, которая распределена в первой.

Битумные и дегтевые эмульсии -- это дисперсные системы, в которых вода является средой, а диспергированный битум или деготь -- фазой. Образование и устойчивость эмульсии достигается путем введения в нее специальных эмульгаторов -- поверхностно-активных веществ или тонкодисперсных твердых порошков, которые, с одной стороны, понижают поверхностное натяжение между битумом и водой и этим способствуют более мелкому раздроблению, а с другой -- сообщают частицам определенный заряд, препятствующий слиянию частиц. В качестве органических эмульгаторов для получения битумных эмульсий применяют олеиновую кислоту, концентраты ССБ и асидол. Содержание битумов в эмульсиях составляет около 50%, эмульгатора -- 0,1.-5%.

Битумные эмульсии после нанесения их на поверхность должны относительно быстро и полно выделять битум в виде тонкой и плотной пленки, которая снова переходит в эмульсию при действии воды. В отличие от битумов, дегтей и пеков, которые применяют в строительстве обычно разогретыми, в сухую погоду и при сухих заполнителях, битумные эмульсии используют в холодном состоянии. Их можно наносить на влажные поверхности.

Эмульсии применяют для устройства защитного гидроизоляционного и пароизоляционного покрытия, грунтовки основания под гидроизоляцию, приклейки штучных и рулонных материалов, а также гидрофобизации поверхностей изделий. Кроме того, эмульсию добавляют к воде затворения при изготовлении бетонов; этим достигается их объемная гидрофобизация.

Используемая литература:

1. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия: Учеб. для инж.-экон. спец. строит. вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.; Высш. шк., 1988. - 527 с.: ил.

ВОПРОС №12

1.1 Строительные лаборатории создаются в составе строительно-монтажных трестов, в том числе специализированных, а также территориально - удаленных от трестов крупных строительно-монтажных управлений.

1.2 В составе строительных лабораторий могут создаваться лабораторные посты, размещаемые как правило, непосредственно на участках выполнения строительно-монтажных работ.

1.3 На лабораторный пост возлагается:

а) контроль качества строительно-монтажных работ в порядке, установленном схемами операционного контроля;

б) проверка соответствия стандартам, техническим паспортам и сертификатам поступающих на строительство строительных материалов, конструкций и изделий;

в) контроль за соблюдением правил транспортировки, разгрузки и хранения строительных материалов, конструкций и изделий;

г) контроль за соблюдением технологических режимов при производстве строительно-монтажных работ;

д) отбор проб грунта, бетонных и растворных смесей, изготовление образцов и их испытание на месте или в лаборатории треста; определение прочности бетона в конструкциях и изделиях неразрушающими методами; контроль за состоянием грунта в основаниях (промерзание, оттаивание);

е) участие в решении вопросов по распалубливанию бетона и нагрузке изготовленных из него конструкций и изделий;

ж) участие в оценке качества строительно-монтажных работ при приемке их от исполнителей (бригад, звеньев).

1.4 Контроль качества строительных материалов, конструкций, изделий и качества строительно-монтажных работ, осуществляемый строительными лабораториями, не снимает ответственность с производственного линейного персонала и службы производственно - технологической комплектации строительно-монтажных организаций за качество принятых и примененных строительных материалов, конструкций и изделий и выполняемых работ.

1.5 Строительные лаборатории обязаны вести журналы регистрации осуществленного контроля и испытаний, в том числе отбора проб, испытаний строительных материалов и изделий, подбора различных составов, растворов и смесей, контроля качества строительно-монтажных работ, контроля за соблюдением технологических режимов при производстве работ и т.п., а также регистрировать температуру наружного воздуха.

1.6 Строительные лаборатории дают по вопросам, входящим в их компетенцию, указания, обязательные для производственного линейного персонала. Эти указания вносятся в журнал работ и выполнение их контролируется строительными лабораториями.

1.7 Строительные лаборатории обязаны своевременно вносить руководству организаций предложения о приостановлении производства строительно-монтажных работ, осуществляемых с нарушением проектных и нормативных требований, снижающих прочность и устойчивость несущих конструкций.

1.8 Строительные лаборатории несут ответственность за качество проводимых ими испытаний, правильность выдаваемых составов, смесей, растворов и мастик, осуществление контроля за качеством строительно-монтажных работ, материалов, конструкций и изделий и соблюдением технологических режимов при производстве работ.

1.9 Строительные лаборатории имеют право:

а) получать от производственного линейного персонала информацию, необходимую для выполнения возложенных на лабораторию обязанностей;

б) привлекать в установленном порядке для консультаций и составления заключений работников других организаций.

Используемая литература:

1. Положение от 23.03.1977 Госстрой СССР Типовое положение о строительных лабораториях.

ВОПРОС №13

Термическое сопротивление R, м2С/Вт, слоя многослойной ограждающей конструкции, а также однородной (однослойной) ограждающей конструкции следует определять по формуле

,

где - толщина слоя, м;

- расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м С),

Кирпич.

Кирпичная кладка из сплошного кирпича, глиняного обыкновенного (ГОСТ 530-80) на цементно-песчаном растворе.

л=0,56 Вт/(м С), плотность 1800кг/м3.

д=0,5м.

Бетон (тяжёлый).

Бетон на гравии или щебне из природного камня.

л=1,51 Вт/(м С), плотность 2400кг/м3.

д=0,5м.

Лёгкий бетон.

Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон.

л=0,21 Вт/(м С), плотность 800кг/м3.

д=0,5м.

Используемая литература:

1. СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА. СНиП II-3-79, Минстрой России.

ВОПРОС №14

Основные виды строительных материалов и изделий.

Каменные природные строительные материалы и изделия из них.

Природные строительные материалы, получаемые в результате относительно не сложной механической обработки монолитных горных пород с сохранением их физико-механических и технологических свойств, используют в виде плит, блоков, бортовых и облицовочных камней, дорожной брусчатки, бутового камня, щебня, дроблёного песка и т. д.

Вяжущие материалы неорганические и органические.

Неорганическими вяжущими веществами называют порошкообразные минеральные материалы, которые при смешивании с водой или водными растворами некоторых солей образуют пластическую массу (тесто), способную со временем твердеть до камневидного состояния.

Органические связующие вещества представляют собой природные или искусственные твёрдые, вязкопластичные или жидкие (при комнатной температуре) материалы, состоящие из химических соединений, в молекулах которых содержатся атомы углерода и потому называемые органическими.

Лесные материалы и изделия из них.

Древесина, как строительный материал и великое множество производных из неё.

Металлические изделия.

Широкий спектр изделий из стали и чугуна.

Сталь содержит углерода до 2%. Сталь пластична, упруга и обладает высокими технологическими свойствами (способностью обрабатываться).

Чугун представляет собой сплав железа и углерода 2-4,3%. В специальных чугунах - ферросплавах - количество углерода может достигать 5% и более.

Основные свойства строительных материалов.

К общефизическим свойствам относятся: истинная плотность, средняя плотность и пористость материала.

Многие строительные материалы, в частности бетоны - капиллярнопористые тела.

Истинная плотность () - масса единицы объема вещества в абсолютно плотном состоянии, без пор и пустот.

Согласно СТБ 4.211-94

,

где - истинная плотность, кг/м3; т - масса, кг; V - объем, занимаемый веществом, м3.

Для многокомпонентных композиционных материалов определяют средневзвешенное значение истинной плотности:

=cimi/mi,

где ci - плотность i-го компонента бетона (например, плотность: кварцевого песка - c1=2650 кг/м3, цементных новообразований - c2=3100 кг/м3, вспученного перлитового песка (ВПП) - c3=2000 кг/м3); mi - содержание i-го материала в бетоне.

Истинная плотность большинства строительных материалов больше единицы (за единицу условно принимают плотность воды при t = 4 °С). Для каменных материалов плотность колеблется в пределах 2200 - 3300 кг/м3; органических материалов (дерево, битумы, пластмассы) - 900 - 1600, черных металлов (чугун, сталь) - 7250 - 7850 кг/м3.

Средняя плотность (ср) - масса единицы объема материала (изделия) в естественном состоянии с пустотами и порами

,

где - средняя плотность, кг/м3; т - масса материала (изделия) в естественном состоянии, кг; V - объем материала (изделия), м3.

Для сыпучих материалов (песок, цемент, щебень, гравий) определяют насыпную плотность.

Насыпная плотность (н) - масса единицы объема сыпучих материалов в свободном (без уплотнения) насыпном состоянии. В единицу объема таких материалов входят не только зерна самого материала, но и пустоты между ними. Количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпного материала, выраженное в процентах по отношению ко всему занимаемому объему, называют пустотностью.

Для пористых строительных материалов истинная плотность больше средней плотности. Только для абсолютно плотных материалов (металлы, стекла, лаки, краски) показатели средней и истинной плотности численно равны.

Важной характеристикой строительных материалов является их общая пористость (П).

Влажность по массе материала определяется из выражения:

,

где: mв - масса образца в увлажненном состоянии,

mс - масса образца, высушенного до постоянной массы.

Влажность материала по объему при его средней плотности с определяется из выражения:

Wo=с . Wm

Гидрофизические свойства проявляют материалы и изделия при контакте с водой. Наиболее важные из них - гигроскопичность, водопоглощение, влагоотдача, водопроницаемость, водонепроницаемость, морозостойкость, воздухостойкость.

Гигроскопичность - свойство материала поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их на своей поверхности. Чем мельче поры, тем больше общая площадь поверхности (при условии равной общей пористости и одинакового вещественного состава), следовательно, гигроскопичность выше. Этот процесс является обратимым и зависит от влажности воздуха.

Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать воду. Характеризуется это свойство количеством воды, поглощенной высушенным до постоянной массы материалом, полностью погруженным в воду, выраженным в % от массы (водопоглощение по массе) - Wм (СТБ 4.2306-94) или в % от объема (водопоглощение по объему или открытая пористость) - Wо.

Влагоотдача - способность материала отдавать влагу при снижении влажности воздуха. Скорость влагоотдачи зависит от разности влажности образца и окружающей среды. Чем она выше, тем интенсивнее идет высушивание изделия. В естественных условиях влагоотдачу строительных материалов характеризуют интенсивностью потери влаги при относительной влажности воздуха 60 % и Т = 20 °С.

Водопроницаемость - свойство материала пропускать воду под давлением. Водопроницаемость оценивают по коэффициенту фильтрации Кф (м2/ч), который равен количеству воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 м2 площади испытуемого материала при постоянном давлении.

Водонепроницаемость (например, бетона) характеризуется маркой W2, W4...W12, обозначающей одностороннее гидростатическое давление в МПа (0,2; 0,4 ... 1,2), при котором образец не пропускает воду в условиях стандартных испытаний. Испытания проводят на специальной установке.

Морозостойкость - способность материала сохранять свою прочность при многократном попеременном замораживании в водонасыщенном состоянии и оттаивании в воде.

Воздухостойкость - способность материала длительно выдерживать многократное увлажнение и высушивание без деформаций и потери механической прочности.

К основным теплофизическим свойствам, оценивающим отношение материала к тепловым воздействиям, относятся теплопроводность, теплоемкость, термостойкость, жаростойкость, огнеупорность, огнестойкость.

Теплопроводность - способность материала пропускать тепловой поток при условии разных температур поверхности. Степень теплопроводности материалов характеризует коэффициент, который равен количеству тепла, проходящего через стену из испытуемого материала толщиной 1 м площадью 1 м2 за 1 ч при разности температур противоположных поверхностей стены 1 К. Коэффициент теплопроводности измеряют в Вт/(мК).

Теплоемкость - свойство материала поглощать при нагревании определенное количество тепла. При охлаждении материалы выделяют тепло, причем тем больше, чем выше их теплоемкость. Коэффициент теплоемкости равен количеству тепла (Дж), необходимого для нагревания 1 кг материала на 1 К.

Термостойкость - способность материала выдерживать без разрушений определенное количество резких колебаний температуры. Единицей измерения этого свойства является количество теплосмен, определяемое для многих теплоизоляционных и огнеупорных материалов.

Жаростойкость - способность материала выдерживать температуру эксплуатации до 1000 °С без нарушения сплошности и потери прочности.

Огнеупорность - способность материала выдерживать длительное воздействие высоких температур без деформаций и разрушения. По степени огнеупорности материалы подразделяют на огнеупорные, работающие без снижения свойств при температуре свыше 1580 °С, тугоплавкие - 1580 - 1350 °С и легкоплавкие - ниже 1350 °С.

Огнестойкость - свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определенного времени.

При действии звука на материал проявляются его акустические свойства. По назначению акустические материалы делят на четыре группы: звукопоглощающие, звукоизолирующие, виброизолирующие и вибропоглощающие.

Звукопоглощающие материалы предназначены для поглощения шумового звука. Основной акустической характеристикой является величина коэффициента звукопоглощения, равная отношению количества поглощенной материалом звуковой энергии к общему количеству падающей на поверхность материала в единицу времени.

Звукоизолирующие материалы применяют для ослабления ударного звука, передающегося через строительные конструкции здания из одного помещения в другое. Оценку эффективности звукоизоляционных материалов проводят по двум основным показателям: динамическому модулю упругости и относительной сжимаемости (%) под нагрузкой.

Виброизолирующие и вибропоглощающие материалы предназначены для устранения передачи вибрации от машин и механизмов на строительные конструкции зданий.

К физико-механическим свойствам относятся: прочность, твёрдость, ударная вязкость.

Прочность характеризует способность материала в определённых условиях и пределах, не разрушаясь, сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям, возникающим под влиянием механических, тепловых и других напряжений.

Твёрдость выражает способность материала сопротивляться проникновению в него более твёрдых тел.

Ударная вязкость характеризует способность материала сопротивляться сосредоточенным ударным нагрузкам и определяется количеством работы, затрачиваемой на излом образца в фиксированном с помощью насечки месте.

Химические свойства выражают способность и степень активности материала к химическому взаимодействию с реагентами внешней среды и, кроме того, способность сохранять постоянным состав и структуру материала в условиях инертной окружающей среды.

Технологические свойства выражают способность материала к восприятию технологических операций, выполняемых с целью изменения его формы, размеров, характера поверхности, плотности и прочего.

Используемая литература:

1. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение // Москва. «Высшая школа», 2002.

2. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия: Учеб. для инж.-экон. спец. строит. вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.; Высш. шк., 1988. - 527 с.: ил.