Какие бывают виды строительных материалов. Классификация основных строительных материалов

Например, нужно выяснить основные свойства и качества стройматериалов, как они применяются в процессе строительства, какова их стоимость и легко ли их достать. Ведь если что-то не учесть заранее, то в дальнейшем это может достаточно сильно сказаться на самой стройке. И только после этого можно приступить к созданию проекта желаемого строения, а в дальнейшем – и к самому строительству.

Весь процесс строительства состоит из общестроительных, монтажных, ремонтных и отделочных работ. Поэтому все те материалы и изделия из них, которые применяются во время данных работ, именуются как строительные материалы. В современном обществе чаще всего стройматериалы делят следующие типы или виды – это естественные материалы, искусственные материалы и готовые изделия.

Естественные виды строительных материалов

К этому виду относятся те стройматериалы, которые были созданы без вмешательства человека, так сказать, имеют природное происхождение. Большинство из них не требует промышленной обработки, а если и требует, то она минимальна.

Естественные материалы очень широко применяются в строительстве. К наиболее популярным представителям данной категории можно отнести: грунт или земля, песок, глина, камень, различные горные породы (мрамор, гранит, бальзат), щебень.

Также естественными материалами являются древесина, различные пиломатериалы, мох, пакля и многое другое. В разных регионах цена на песок строительный, камень, щебень и другие материалы варьируется в зависимости от трудности выработки и доставки на строительную площадку.

Искусственные виды строительных материалов

Однако все выше перечисленные материалы для строительной отрасли интересны еще тем, что это готовое сырье для производства новых стройматериалов. К примеру, чтобы изготовить любой кирпич, просто необходимо применение глины и песка, а для цемента нужен известняк и гипсовый камень.

Но недостаточно просто смешать различное сырье в одну смесь, необходима какая-та манипуляция с ней (сушка, плавка, обжиг и т.д.), в результате чего меняется ее строение и химический состав. То есть, такие стройматериалы получаются искусственно – в процессе переработки естественных материалов, поэтому они и именуются искусственными.

Самыми знаменитыми представителями этого вида строительных материалов являются стекло, железобетон, а также все строительные растворы и смеси (разные смеси из цемента, бетонные растворы, шпатлевки, смеси и растворы для штукатурки). К искусственным стройматериалам, в составе которых имеется древесина, относятся фанера, натуральная пробка, ДВП.

Готовые изделия – применяемые в строительстве

Основное отличие готовых изделий от строительных материалов естественного и искусственного происхождения в том, что их перед применением не надо подвергать обработке - смешивать с водой, уплотнять, распиливать, тесать.

К самым распространенным стройматериалам данного типа относятся изделия из железобетона, металлические конструкции, различная сантехника. Сюда же входят различные изделия из пиломатериалов и древесины. Любая кровля (рулонная, листовая, металлическая, черепица) также является готовым изделием.

В процессе возведения различных сооружений и зданий основополагающую роль играют умелые руки рабочих и строительные материалы. Самыми известными являются дерево, камень, кирпич, пластик, стекло, цемент и другие. Классифицируя материалы, можно выделить следующие: бетонные и железобетонные изделия, каменные, лесные и синтетические, вяжущие вещества, металлы и другие.

Самым основным строительным материалом является бетон товарный, представляющий собой бетонные смеси на основе цемента и различных наполнителей. При бетонировании автомобильных стоянок, автозаправочных и железнодорожных станций он становится просто незаменимым. Долговечность и огнестойкость – главные плюсы товарного бетона. Помимо этого он обладает ещё одной положительной функцией – в соответствии с заданными параметрами материла, который собираются получить, его плотность и прочность можно изменять. Относительно этого каменного материала можно сказать следующее: «Бетон нам строить и жить помогает!».

Ни одно строительство не обходится без такого материала, как щебень, который получают при дроблении горных пород, гравия и валунов. Даже на малую стройку осуществляется доставка щебня, поскольку он славится лёгкой добываемостью. Он подразделяется на несколько видов в зависимости от состава природы: гравийный, гранитный, доломитовый и известняковый. Гравийный в сравнении с другими видами имеет низкий радиоактивный фон, и это является его неоспоримым плюсом.

Важным элементом при строительных работах оказывается и песок – сыпучий нерудный материал. В зависимости от места и условий образования он подразделяется на несколько видов: речной, морской, горный, дюнный и барханный. Для кирпичной кладки в основном используется карьерный песок, а цементно-песчаные растворы требуют речной, поскольку в нём отсутствует глинистая составляющая. Доставка песка на стройку не требует дальних перевозок, потому что добывается рядом с местом стройки.

В дорожном строительстве большой популярностью пользуются песчано-гравийные смеси, применяемые для устройства дорожных покрытий. В промышленном строительстве они используются при прокладке и ремонте коммуникаций. Среди песчано-гравийных смесей выделяются природные (ПГС) и обогащенные (ОПГС). ПГС характеризуются пониженным содержанием гравия (около 20%), ОПГС превышает это количество в 3 раза.

Ещё одним из главных компонентов при строительстве следует назвать цемент. Как вода является «клеем» мироздания, так и он выполняет функцию соединения и скрепления различных элементов. В основном использование цемента предполагает создание бетона и строительных растворов.

Общие сведения

Чтобы легче ориентироваться в многообразии строительных материалов и изделий, их классифицируют по назначению, исходя из условий работы материалов в сооружениях, или по технологическому признаку, учитывая вид сырья, из которого получают материал, и способ изготовления.

По назначению материалы можно условно разделить на две группы: конструкционные и материалы специального назначения.

Конструкционные материалы , применяемые главным образом для несущих конструкций, различают следующие:

1) природные каменные;

2) .вяжущие;

3) искусственные каменные, получаемые: а) омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетон, железобетон, растворы); б) спеканием (керамические материалы); в) плавлением (стекло и ситаллы);

4) металлы (сталь, чугун, алюминий, сплавы);

5) полимеры;

6) древесные;

7) композиционные (асбестоцемент, бетонополимер, фибробетон, стеклопластик и др.).

Строительные материалы специального назначения , необходимые для защиты конструкций от вредных воздействий среды или повышения эксплуатационных свойств и создания комфорта, следующие:

1) теплоизоляционные;

2) акустические;

3) гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие;

4) отделочные;

5) антикоррозионные;

6) огнеупорные;

7) материалы для защиты от радиационных воздействий и др.

Каждый материал обладает комплексом разнообразных свойств, определяющих область его рационального применения и возможность сочетания с другими материалами.

Свойство - способность материала определенным образом реагировать на отдельный или чаще всего действующий в совокупности с другими внешний или внутренний фактор. Действие того или другого фактора обусловлено как составом и строением материала, так и эксплуатационными условиями материала в конструкции зданий и сооружений.

Чтобы здание или сооружение выполняло свое назначение и было долговечным, строители должны отчетливо представлять те эксплуатационные условия, в которых будет работать каждая изготовленная ими конструкция. Зная эти условия, можно установить, какие свойства должен иметь материал, предназначенный для изготовления данной конструкции.

Главным требованием к материалам, из которых изготовляются несущие конструкции, является их способность хорошо сопротивляться изменению формы и разрушению под действием нагрузок, а также в ряде случаев низкие теплопроводность и звукопроницаемость (например, для ограждающих конструкций). Основными требованиями к некоторым материалам являются: водонепроницаемость, низкая электропроводность, радиационная стойкость и т. д.

Но ни один материал в сооружении не работает изолированно от окружающей среды. Если он соприкасается с водой, то подвергается действию воды и содержащихся в ней веществ, если он находится на воздухе - действию воздуха и содержащихся в нем водяных паров и газов, а на открытом воздухе также и действию мороза, дождя, солнца, ветра, резких перемен температуры, влажности и т. п. Под воздействием окружающей среды материалы в сооружении подвергаются деформациям и находятся в напряженном состоянии.

Неравномерное увлажнение и высыхание материала приводит к появлению в нем внутренних напряжений вследствие различия в деформациях сильно увлажненной и мало увлажненной частей материала. Колебания температуры также приводят к изменению расстояний между частицами и, следовательно, к изменению объема материала. Если имеет место неравномерное изменение размеров и объема, то в материале появляются внутренние напряжения, которые могут привести к его постепенному разрушению.

Плотность, пористость, прочность - это основные характеристики всех строительных материалов, служащие как для оценки качества и особенностей применения материала, так и для различных технико-экономических расчетов. Некоторые же свойства являются специальными и важными при выборе материала лишь для некоторых условий эксплуатации (стойкость против воздействия солей, кислот, щелочей, морозостойкость, теплопроводность и т. д.).

Специальные технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться обработке. Например, для каменных материалов важной является способность шлифоваться и полироваться. Податливость к сравнительно легкой формуемости глин и бетонных смесей при производстве строительных изделий является важной технологической характеристикой.

Таким образом, при выборе и обосновании целесообразности применения строительного материала для определенных условий его применения требуется учитывать различные его свойства.

По ряду признаков часто выделяют четыре основные группы технических свойств: физические, механические, химические и технологические.

Связь состава, структуры и свойств

Свойства стройматериалов в большей мере связаны с особенностями их строения и со свойствами тех веществ, из которых данный материал состоит. В свою очередь, строение материала зависит: для природных материалов - от их происхождения и условий образования, для искусственных- от технологии производства и обработки материала. Поэтому строителю при изучении курса строительных материалов необходимо прежде всего усвоить эту связь. При этом технологию и обработку материалов следует рассматривать с точки зрения влияния их на строение и свойства получаемого материала.

Строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым составами. В зависимости от химического состава все стройматериалы делят на: органические (древесные, битум, пластмассы и т. п.), минеральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и т. п.) и металлы (сталь, чугун, алюминий).

Каждая из этих групп имеет свои особенности. Так, все органические материалы горючи, а минеральные - огнестойки; металлы хорошо проводят электричество и теплоту. Химический состав позволяет судить и о других технических характеристиках (биостойкости, прочпоста и т. д.). Химический состав некоторых материалов (неорганические вяжущие вещества, каменные материалы) часто выражают количеством содержащихся в них оксидов.

Оксиды, химически связанные между собой, образуют минералы, которые характеризуют минеральный состав материала. Зная минералы и их количество в материале, можно судить о свойствах материала. Например, способность неорганических вяжущих веществ твердеть и сохранять прочность в водной среде, обусловлена присутствием в них минералов силикатов, алюминатов, ферритов кальция, причем при большом их количестве ускоряется процесс твердения и повышается прочность цементного камня.

При характеристике фазового состава материала выделяют: твердые вещества, образующие стенки пор («каркас» материала), и поры, заполненные воздухом и водой. Фазовый состав материала и фазовые переходы воды в его порах оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации.

Не меньшее влияние на свойства материала оказывают его макро- и микроструктура и внутреннее строение веществ, составляющих материал, на молекулярно-ионном уровне.

Макроструктура материала - строение, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении. Микроструктура материала - строение, видимое под микроскопом. Внутреннее строение вешаете изучают методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т. д.

Во многом свойства материала определяют количество, размер и характер пор. Например, пористое стекло (пеностекло) в отличие от обычного непрозрачное и очень легкое.

Форма и размер частиц твердого вещества также влияют на свойства материала. Так, если из расплава обычного стекла вытянуть тонкие волокна, то получится легкая и мягкая стеклянная вата.

В зависимости от формы и размера частиц и их строения макроструктура твердых строительных материалов может быть зернистой (рыхлозернистой или конгломератной), ячеистой (мелкопористой), волокнистой и слоистой.

Рыхлозернистые материалы состоят из отдельных, не связанных одно с другим зерен (песок, гравий, порошкообразные материалы для мастичной" теплоизоляции и засыпок и др.).

Конгломератное строение, когда зерна прочно соединены между собой, характерно для различных видов бетона, некоторых видов природных и керамических материалов и др.

Ячеистая (мелкопористая) структура характеризуется наличием макро- и микропор, свойственных газо- и пенобетонам, ячеистым пластмассам, некоторым керамическим материалам.

Волокнистые и слоистые материалы , у которых волокна (слои) расположены параллельно одно другому, обладают различными свойствами вдоль и поперек волокон (слоев). Это явление называется анизотропией, а материалы, обладающие такими свойствами, - анизотропными. Волокнистая структура присуща древесине, изделиям из минеральной ваты, а слоистая - рулонным, листовым, плитным материалам со слоистым наполнителем (бумопласт, текстолит и др.).

По взаимному расположению атомов и молекул материалы могут быть кристаллическими и аморфными. Неодинаковое строение кристаллических и аморфных веществ определяет и различия в их свойствах. Аморфные вещества, обладая нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, химически более активны, чем кристаллические такого же состава (например, аморфные формы кремнезема - пемзы, туфы, трепелы, диатомиты и кристаллический кварц).

Существенное различие между аморфными и кристаллическими веществами состоит в том, что кристаллические вещества при нагревании имеют определенную температуру плавления (при постоянном давлении), а аморфные размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние.

Прочность аморфных веществ, как правило, ниже кристаллических, поэтому для получения материалов повышенной прочности специально проводят кристаллизацию, например стекол при получении стеклокристаллических материалов - ситаллов и шлакоситаллов.

Неодинаковые свойства могут наблюдаться у кристаллических материалов одного и того же состава, если они формируются в разных кристаллических формах, называемых модификациями (явление полиморфизма). Например, полиморфные превращения кварца сопровождаются изменением объема. Изменением свойств материала путем изменения кристаллической решетки пользуются при термической обработке металлов (закалке или отпуске)

Стандартизация свойств. Марки материалов

Свойства материалов оценивают количественно, т. е. по числовым показателям, устанавливаемым путем испытаний по специальным методикам, предусмотренным государственными стандартами или техническими условиями.

В нашей стране действует государственная система стандартизации (ГСС). В зависимости от сферы действия стандарты подразделяют на следующие категории: государственные (ГОСТ); отраслевые (ОСТ); республиканские (РСТ); стандарты предприятий и объединений (СТП). Наряду со стандартами действуют технические условия (ТУ), устанавливающие комплекс требований к конкретным типам, маркам, артикулам продукции.

В государственных стандартах на строительные материалы, являющихся обязательными для всех ведомств и предприятий, указываются четкое определение и классификация разновидностей данного материала, способ изготовления или происхождение, конкретные цифровые показатели технических свойств и методы их определения, необходимые сведения о маркировке, упаковке, правилах хранения и транспортирования.

Основные положения строительного проектирования, производства строительных работ и требования к строительным материалам и изделиям регламентируются Строительными нормами и правилами (СНиП), обязательными для всех организаций и предприятий. СНиПы разработаны с учетом развития строительной индустрии, внедрения передовой техники в строительство, максимального использования в строительстве изделий и конструкций заводского изготовления.

Методическую основу стандартизации размеров в проектировании, изготовлении строительных изделий и возведении сооружений составляет модульная координация размеров в строительстве (МКРС), представляющая собой совокупность правил координации размеров элементов зданий и сооружений, строительных изделий и оборудования на базе основного модуля, равного 100 мм (обозначается 1 М).

Применение МКРС позволяет унифицировать и сократить число типоразмеров строительных изделий из разных материалов или отличающихся по конструкции. В МКРС входят и производные модули, которые получают путем умножения основного модуля на целые или дробные коэффициенты. При умножении на целые коэффициенты образуются укрупненные модули (от 2М до 60М), а при умножении на коэффициенты менее единицы - дробные модули (от 1/2М до I/100M).

В стандартах и СНиПах требования к свойствам материалов выражены в виде марок и классов на эти материалы. Признаком деления на марки обычно является показатель основного свойства материала, обусловленный условиями эксплуатации материала в конструкциях и сооружениях.

Деление на марки по прочности является основным для материалов и изделий, из которых изготовляют несущие конструкции . СНиП устанавливает единую шкалу марок по пределу прочности при сжатии (МПа): 0,4; 0,7; 1,0; 1,5; 2,5; 3,5; 5; ...; 100. Для теплоизоляционных материалов ведущим признаком деления на марки принята плотность (кг/м3): 10; 15; 25;...; 600. Для ряда материалов предусмотрена маркировка по показателю морозостойкости - количеству циклов, которое должен выдержать материал без допустимых признаков разрушения: F10, F25 и т. д.

Некоторые материалы и изделия (отделочные материалы, лесные материалы и др.) по наличию внешних дефектов делят на сорта. Определение показателей технических свойств связано с измерениями, т. е. со сравнением с другой, однородной величиной, принятой за единицу. Совокупность единиц, образованная по определенному принципу, называется системой единиц. В нашей стране принята "Международная система единиц" (СИ). Наряду с СИ еще используют и прежние системы - СГС и МКГСС

Физические свойства

Физическое состояние строительных материалов достаточно полно характеризуется средней и истинной плотностью и пористостью.

Плотность материала является нужной характеристикой при расчете прочности сооружения с учетом собственной массы, для определения способа и стоимости перевозки материала, для расчета складов и подъемно-транспортного оборудования. По величине плотности косвенно судят о некоторых других свойствах материала. Например, для каменных материалов существует приближенная зависимость между плотностью и теплопроводностью, а для древесины и некоторых каменных материалов (известняков) - между прочностью и плотностью.

Большинство строительных материалов имеют поры, поэтому у них истинная плотность всегда больше средней. Лишь у плотных материалов (стали, стекла, битума и др.) истинная и средняя плотности практически равны, так как объем внутренних пор у них ничтожно мал.

Экспериментальный (прямой) метод определения пористости основан на замещении порового пространства в материале сжиженным гелием и описан ранее.

Поры представляют собой ячейки, не заполненные структурным материалом. По величине они могут быть от миллионных долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Более крупные поры, например между зернами сыпучих материалов, или полости, имеющиеся, в некоторых изделиях (пустотелый кирпич, панели из железобетона), называют пустотами. Поры обычно заполнены воздухом или водой; в пустотах, особенно в широкополостных, вода не может задерживаться и вытекает.

Пористость стройматериалов колеблется в широких пределах: от 0,2...0,8 %- у гранита и мрамора до 75...85 % у теплоизоляционного кирпича и у ячеистого бетона и свыше 90 % -У пенопластов и минеральной ваты.

От величины пористости и ее характера (размера и формы пор, равномерности распределения пор по объему материала, их структуры--сообщающиеся поры или замкнутые) зависят важнейшие свойства материала: плотность, прочность, долговечность, теплопроводность, водопоглощение, водонепроницаемость и др. Например, открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость. Однако в звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает долговечность материала и уменьшает его теплопроводность.

Сведения о пористости материала позволяют определять целесообразные области его применения.

Среди физических процессов наибольшее значение в практике имеют воздействия водной и паровой среды, тепловые воздействия, распространение звуковых волн, электротока, ядерных излучений и т. п. Отношение материала к статическому или циклическому воздействию воды или пара характеризуется гидрофизическими свойствами (гигроскопичность, капиллярное всасывание, во-допоглощение, водостойкость, водопроницаемость, паропроницаемость, влажностные деформации, морозостойкость).

Гигроскопичность - способность материала поглощать и конденсировать водяные пары из воздуха. Гигроскопичность вызывается сорбцией, представляющей собой физико-химический процесс поглощения водяных паров из воздуха как в результате их адсорбции на внутренней поверхности материала, так и капиллярной конденсации. Капиллярная конденсация возможна только в капиллярах с малым радиусом (менее 10~7 м), так как разность давлений насыщенного водяного пара над вогнутой поверхностью мениска и плоской поверхностью в капиллярах с большим радиусом несущественна.

Гигроскопичность зависит как от свойств материала - величины и характера пористости, так и от условий внешней среды-температуры и относительной влажности, а для сыпучих материалов также от их растворимости в воде и дисперсности и снижением температуры воздуха. Этот процесс носит обратимый характер. Гигроскопичность характеризуется величиной отношения массы поглощенной материалом влаги, при относительной влажности воздуха 100% и температуре 20 °С, к массе сухого материала, выраженной в процентах.

Капиллярное всасывание (подъем) воды пористым материалом происходит по капиллярным порам, когда часть конструкции соприкасается с водой. Например, грунтовые воды могут подниматься по капиллярам и увлажнять нижнюю часть стены здания. Капиллярными называют поры с такими условными радиусами, при которых их капиллярный потенциал (потенциальная энергия поля капиллярных сил, отнесенных к единице массы жидкости) значительно больше потенциала поля тяжести.

Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия уровня воды в капиллярах материала, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания.

Более точно, учитывая неправильную форму пор в материале и их изменяющееся поперечное сечение, высоту всасывания воды определяют экспериментально по методу «меченых атомов» либо по измерению электропроводности материала.

Для оперативного контроля влажности преимущественно сыпучих материалов (например, заполнителей для бетона - песка, щебня) применяют диэлькометрический и нейтронный методы. Диэлькометрический метод измерения основан на зависимости между влажностью и диэлектрической проницаемостью материала. В нейтронном методе используется связь влажности и степени замедления быстрых нейтронов, проходящих через материал.

При насыщении материала водой существенно изменяются его свойства: увеличивается плотность и теплопроводность, происходят некоторые структурные изменения в материале, вызывающие появление в нем внутренних напряжений, что, как правило, приводит к снижению прочности материала.

Влажностные деформации - изменение размеров и объема материала при изменении его влажности. Уменьшение размеров и объема материала при его высыхании называют усадкой (усушкой), а увеличение размеров и объема при увлажнении вплоть до полного насыщения материала водой - набуханием (разбуханием). Усадка возникает и увеличивается в результате уменьшения толщины слоев воды, окружающих частицы материала, и действием внутренних капиллярных сил, стремящихся сблизить частицы материала. Набухание связано с тем, что полярные молекулы воды, проникая между частицами или волокнами, слагающими материал, как бы расклинивают их, при этом утолщаются гидратные оболочки вокруг частиц исчезают внутренние мениски, а с ними и капиллярные силы. Материалы высокопористого и волокнистого строения, способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой (древесина поперек волокон 30... 100 мм/м; ячеистый бетон 1...3 мм/м; кирпич керамический 0,03...0,1 мм/м; тяжелый бетон 0,3...0,7 мм/м; гранит 0,02...0,06 мм/м).

Водостойкость - способность материала сохранять прочность при увлажнении.

Воздухостойкость - способность материала выдерживать циклические воздействия увлажнения и высушивания без заметных деформаций и потери механической прочности.

Многократное гигроскопическое увлажнение и высушивание вызывает в материале знакопеременные напряжения и со временем приводит к потере им несущей способности.

Влагоотдача - свойство, характеризующее скорость высыхания материала, при наличии соответствующих условий в окружающей среде (понижение влажности, нагрев, движение воздуха). Влагоотдача обычно характеризуется количеством воды, которое материал теряет в сутки при относительной влажности воздуха 60 % и температуре 20 °С. В естественных условиях вследствие влагоотдачи, через некоторое время после строительства, устанавливается равновесие между влажностью строительных конструкций и окружающей средой. Такое состояние равновесия называют воздушно-сухим (воздушно-влажным) состоянием.

Водопроницаемость - способность материала пропускать воду под давлением. Характеристикой водопроницаемости служит количество воды, прошедшее в течение 1 с через 1 м 2 поверхности материала при заданном давлении воды. Для определения водопроницаемости используют различные устройства, позволяющие создавать нужное одностороннее давление воды на поверхность материала. Методика определения зависит от назначения и разновидности материала. Водопроницаем мость зависит от плотности и строения материала. Чем больше в материале пор и чем эти поры крупнее, тем больше его водопроницаемость.

При выборе стройматериалов для специальных целей (кровельные материалы, бетоны для гидротехнических сооружений, трубы и др.) чаще оценивают не водопроницаемость, а водонепроницаемость, характеризуемую периодом времени, по истечении которого появляются признаки просачивания воды под определенным давлением через образец испытуемого материала (кровельные материалы), или предельной величиной давления воды (Па), при котором вода не проходит через образец (например, бетон).

Паропроницаемость и газопроницаемость - способность материала пропускать через свою толщу водяной пар или газы (воздух). Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропроницаемости, численно равным количеству водяного пара, проникающего через слой материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 с, и разностью парциальных давлений пара в 133,3 Па. Аналогичным коэффициентом оценивается и газопроницаемость (воздухопроницаемость). Эти характеристики определяются для комплексной оценки физических свойств строительного материала или при его специальном назначении. Материалы для стен жилых зданий должны обладать определенной проницаемостью (стена должна «дышать»), т. е. через наружные стены происходит естественная вентиляция. Наоборот, стены и покрытия влажных помещений необходимо защищать с внутренней стороны от проникновения в них водяного пара, особенно зимой, когда содержание пара внутри помещения значительно больше, чем снаружи, и пар, проникая в холодную зону ограждения, конденсируется, резко повышает влажность в этих местах. В ряде случаев необходима практически полная газонепроницаемость (емкости для хранения газов и др.).

Морозостойкость - свойство материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и снижения прочности. От морозостойкости в основном зависит долговечность материалов, применяемых в наружных зонах конструкций различных зданий и сооружений. Разрушение материала при таких циклических воздействиях связано с появлением в нем напряжений, вызванных как односторонним давлением растущих кристаллов льда в порах материала, так и всесторонним гидростатическим давлением воды, вызванным увеличением объема при образовании льда примерно на 9% "(плотность воды равна 1, а льда - 0,917). При этом давление на стенки пор может достигать при некоторых условиях сотен МПа.

Очевидно, что при полном заполнении всех пор и капилляров пористого материала водой разрушение может наступить даже при однократном замораживании. Однако у многих пористых материалов вода не может заполнить весь объем доступных пор, поэтому образующийся при замерзании воды лед имеет свободное пространство для расширения. При насыщении пористого материала в воде в основном заполняются водой макрокапилляры, микрокапилляры при этом заполняются водой частично и служат резервными порами, куда отжимается вода в процессе замораживания.

При работе пористого материала в атмосферных условиях (наземные конструкции) водой заполняются в основном микрокапилляры за счет сорбции водяных паров из окружающего воздуха; крупные же поры и макрокапилляры являются резервными.. Следовательно, морозостойкость пористых материалов определяется величиной и характером пористости и условиями эксплуатации изготовленных из них конструкций. Она тем выше, чем меньше водопоглощение и больше прочность материала при растяжении. Учитывая неоднородность строения материала и неравномерность распределения в нем воды, удовлетворительную морозостойкость можно ожидать у пористых материалов, имеющих объемное водопоглощение не более 80 % объема пор. Разрушение материала наступает только после многократного попеременного замораживания и оттаивания.

Морозостойкость характеризуется числом циклов попеременного замораживания при -15, -17 °С и оттаивания в воде при температуре около 20 °С. Выбор температуры замораживания не выше -15, -17 СС вызван тем, что при более высокой температуре вода, находящаяся в мелких порах и капиллярах, не может вся замерзнуть. Число циклов (марка), которые должен выдерживать материал, зависит от условий его будущей службы в сооружении, климатических условий и указывается в СНиПах и ГОСТах на материалы.

Материал считают выдержавшим испытание, если после заданного количества циклов замораживания и оттаивания потеря массы образцов в результате выкрашивания и расслаивания не превышает 5%, а прочность снижается не более чем на 15 % (для некоторых материалов на 25 %).

Для определения морозостойкости иногда используют ускоренный метод, например с помощью сернокислого натрия. Кристаллизация этой соли из насыщенных паров при ее высыхании в порах образцов воспроизводит механическое действие замерзающей воды, но в более сильной степени, так как образующиеся кристаллы крупнее (значительное увеличение объема). Один цикл таких испытаний приравнивается 5...10 и даже 20 циклам прямых испытаний замораживанием. С некоторым приближением о морозостойкости можно косвенно судить по величине коэффициента размягчения. Большое понижение прочности вследствие размягчения материала (больше 10 %) указывает, что в материале есть глинистые или другие размокающие частицы, что отрицательно сказывается и на морозостойкости материала.

Отношение материала к постоянному или переменному тепловому воздействию характеризуется его теплопроводностью, теплоемкостью, термической стойкостью, огнестойкостью, огнеупорностью.

Теплопроводность - свойство стройматериала передавать теплоту через толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность К [Вт/(м-°С)] характеризуется количеством теплоты (Дж), проходящей через материал толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 с, при разности температур на противоположных поверхностях материала 1 °С.

Теплопроводность материала зависит от его химического состава и структуры, степени и характера пористости, влажности и температуры, при которых происходит процесс передачи теплоты. Материалы слоистого или волокнистого строения имеют различную теплопроводность в зависимости от направления потока теплоты по отношению к волокнам. Например, у древесины теплопроводность вдоль волокон в 2 раза больше, чем поперек волокон.

Материал кристаллического строения более теплопроводен, чем материал того же состава, но аморфного строения.

В значительной мере теплопроводность зависит от величины пористости, размера и характера пор. У пористых, материалов тепловой поток проходит через твердый «каркас» материала и воздушные ячейки. Теплопроводность воздуха очень низка - 0,023 Вт/(м-°С), а вещества, из которых построен твердый каркас материала, имеют значительно большую теплопроводность. Мелкопористые материалы и материалы с замкнутыми порами обладают меньшей теплопроводностью, чем крупнопористые материалы и материалы с сообщающимися порами. Это связано с тем, что в крупных и сообщающихся порах усиливается перенос теплоты конвекцией, что и повышает суммарную теплопроводность.

С увеличением влажности материала теплопроводность возрастает, поскольку вода имеет теплопроводность в 25 раз больше, чем воздух. Еще в большей степени возрастает теплопроводность сырого материала с понижением его температуры, особенно при замерзании воды в порах, так как теплопроводность льда равна 2,3 Вт/(м-°С), т. е. в 4 раза больше, чем у воды.

Теплопроводность большинства строительных материалов увеличивается с повышением их температуры. Это необходимо знать при выборе материалов для тепловой изоляции теплопроводов, котельных установок и т. п.

Теплопроводность материалов учитывается при теплотехнических расчетах толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при определении требуемой толщины тепловой изоляции горячих поверхностей и холодильников.

От термического сопротивления зависят толщина наружных стен и расход топлива на отопление зданий. В табл. 1.2 приведены значения теплопроводности некоторых строительных материалов в воздушно-сухом состоянии..

Теплоемкость - свойство материала аккумулировать теплоту при нагревании. Материалы с, высокой теплоемкостью могут выделять больше теплоты при последующем охлаждении. Поэтому при использовании материалов с повышенной теплоемкостью для стен, пола, перегородок и других частей помещений температура в комнатах может сохраняться устойчивой длительное время. Теплоемкость оценивают коэффициентом теплоемкости (удельной теплоемкостью), т. е. количеством теплоты, необходимой для нагревания 1 кг материала на 1 °С.

Строительные материалы имеют коэффициент теплоемкости меньше, чем у воды, которая обладает наибольшей теплоемкостью . Например, коэффициент теплоемкости лесных материалов 2,39...2,72 кДж/(кг-°С), природных и искусственных каменных материалов - 0,75...0,92 кДж/(кг-°С), стали - 0,48 кДж/(кг-°С). Поэтому с увлажнением материалов их теплоемкость возрастает, но вместе с тем возрастает и теплопроводность.

Коэффициент теплоемкости материалов используют при расчетах теплоустойчивости ограждающих конструкций (стен, перекрытий), подогрева материала при зимних работах (бетонных, каменных и т. д.), а также при расчете печей. В некоторых случаях приходится рассчитывать размеры печи, используя удельную объемную теплоемкость, которая представляет собой количество тепла, необходимого для нагревания 1 м 3 материала на 1 °С.

Термическая стойкость - способность материала выдерживать чередование (циклы) резких тепловых изменений. Это свойство в значительной степени зависит от однородности материала и коэффициента теплового расширения составляющих его веществ. Коэффициент линейного температурного расширения характеризует удлинение 1 м материала при нагревании его на 1 °С, коэффициент объемного расширения характеризует увеличение объема 1 м 3 материала при нагревании его на 1 °С.

Чем меньше эти коэффициенты и выше однородность материала, тем выше и его термическая стойкость, т. е. большое количество циклов резких смен температуры он может выдержать. Так, каменные материалы из мономинеральных горных пород (мрамор) более термостойки, чем породы, сложенные из нескольких минералов (например, гранит). При жестком соединении материалов с различными коэффициентами линейного расширения в конструкциях могут возникнуть большие напряжения и, как результат, - коробление и растрескивание материала. Во избежание этого конструкции большой протяженности разрезают деформационными швами.

Огнестойкость - свойство материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара без значительной потери несущей способности. По степени огнестойкости строительные материалы делят на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы в условиях высоких температур не подвержены воспламенению, тлению или обугливанию. При этом некоторые материалы почти не деформируются (кирпич, черепица), другие могут деформироваться, сильно (сталь) или растрескиваться (гранит).

Поэтому стальные конструкции часто требуется защищать другими, более огнестойкими материалами. Трудносгораемые материалы под воздействием высоких температур с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но только в присутствии огня. При удалении огня процессы горения, тления и обугливания прекращаются (фибролит, асфальтовый бетон и др.). Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспла меняются и горят или тлеют и после удаления источника огня (древесина, войлок, битумы, смолы и др.).

Огнеупорность - свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не деформируясь и не расплавляясь. Материалы, выдерживаю щи с температуру более 1580 °С, называютогнеупорными,от 1;}Г>0 до1Г>80 ГС -тугоплавкими, ниже 1350 °С - легкоплавкими. Материалы, которые способны длительное время выдерживать воздействие температур до 1000 °С без потери или с незначительной потерей прочности, относят к жаростойким (жаростойкие бетон, кирпич и др.).

Q Радиационная стойкость - свойство материала сохранять свою структуру и физико-механические характеристики после воздействия ионизирующих излучений. Уровни радиации вокруг современных источников ионизирующих излучений настолько велики, что может произойти глубокое изменение структуры материала (например, происходит аморфизация структуры кристаллических минералов, которая сопровождается объемными изменениями и возникновением внутренних напряжений).

Для сравнительной оценки защитных свойств материала используют «толщину слоя половинного ослабления», равную толщине слоя защитного материала, необходимой для ослабления интенсивности излучения в 2 раза.

Акустические свойства-это свойства, связанные с взаимодействием материала и звука. Звук (звуковые волны) - это механические колебания, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах.

Строителя интересуют две стороны взаимодействия звука и материала: звукопроводность - способность материала проводить звук сквозь свою толщу и звукопоглощение - способность материала поглощать и отражать падающий на него звук.

Звукопроводность зависит от массы материала и его строения. Если масса материала велика, то энергии звуковых волн не хватает, чтобы пройти сквозь него, так как для этого надо привести материал в колебание. Поэтому чем больше масса материала, тем меньше он проводит звук. Плохо проводят звук пористые и волокнистые материалы, так как звуковая энергия поглощается и рассеивается развитой поверхностью материала, переходя при этом в тепловую энергию.

Звукопоглощение зависит от характера поверхности и пористости материала. Материалы с гладкой поверхностью отражают значительную часть падающего на них звука (эффект зеркала), поэтому в помещении с гладкими стенами из-за многократного отражения от них звука созда- -ется постоянный шум. Если же поверхность материала имеет открытую пористость, то звуковые колебания, входя в поры, поглощаются материалом, а не отражаются. Так, мягкая мебель, ковры, специальные штукатурки и облицовки с мелкими открытыми порами хороши заглушают звук.

Механические свойства стройматериалов

Механические свойства отражают способность материала сопротивляться силовым, тепловым, усадочным или другим внутренним напряжениям без нарушения установившейся структуры.

Механические свойства материалов детально изучаются в курсе сопротивления материалов. Ниже излагаются лишь общие понятия о деформациях и прочности" материалов, необходимые для комплексной оценки свойств материалов.

Внешние силы, действующие на материал, стремятся деформировать его (изменить взаимное расположение составляющих частиц) и довести эти деформации до величины, при которой материал разрушится. После снятия нагрузки материал, если он не был разрушен, может восстанавливать размеры и форму или оставаться в деформированном виде.

Деформации, исчезающие при прекращении действия на материал факторов, их вызвавших, называют обратимыми. Обратимые деформации называют упругими, если они исчезают мгновенно после снятия факторов, их вызвавших, и эластическими, если они, оставаясь полностью обратимыми, спадают в течение более или менее длительного периода времени. Необратимые (остаточные) или пластические деформации накапливаются за период действия силовых, тепловых и других факторов, под влиянием которых они возникли, и сохраняются после прекращения действия этих факторов.

Все виды деформаций могут иметь место у одного и того же строительного материала, но при разных величинах нагрузок, или быть у разных материалов при одинаковой и тем более разных нагрузках. Характер и величина деформации зависят также от скорости нагружения и температуры материала. Чаще всего с повышением скорости нагружения (скорости деформирования) и с понижением температуры материала деформации по своему характеру приближаются к упругоплас-тическим.

Пластическая деформация, медленно нарастающая без увеличения напряжений, характеризует текучесть матнала.

Пластическая деформация, медленно нарастающая длительное время (месяцы и годы), при нагрузках, меньше тех, которые способны вызвать остаточную деформацию за обычные периоды наблюдений, называется деформацией ползучести, а процесс такого деформирования - ползучестью или крипом. Ползучесть необходимо учитывать при расчете и изготовлении строительных конструкций.

Релаксация - свойство материала самопроизвольно снижать напряжения при условии, что начальная ее личина деформации зафиксирована жесткими связями и остается неизменной. При релаксации напряжений может измениться характер начальной деформации, например из упругой постепенно перейти в необратимую "(пластическую), при этом изменения размеров не происходит. Такое исчезновение напряжений возможно за счет межмолекулярных перемещений и переориентации внутримолекулярной структуры.

Время, в течение которого первоначальная величина напряжения снижается в е -2,718 раза (е - основание натуральных логарифмов), называют периодом релаксации. Период релаксации меняется от 1(Н0 с у материалов жидкой консистенции до 2-Ю10 с (десятки лет и более) - у твердых материалов (чем меньше, тем более деформативен материал).

Упругость - свойство материала принимать после снятия нагрузки первоначальную форму и размеры. Количественно упругость характеризуют пределом упругости, который условно приравнивают напряжению, при котором материал начинает получать остаточные деформации очень малой величины, устанавливаемой в технических условиях для данного материала.

Вышеуказанные характеристики прочности в значительной степени являются условными:

1) они не учитывают фактора времени, т. е. продолжительности действия напряжений, что искажает величину истинной прочности материала;

2) размеры, форма, характер поверхности образцов материала, скорость нагружения, прикалывания боры и другие исходные данные в принятых методах условны.

Предел прочности одного и того же материала может иметь различную величину в зависимости от размера образца, его формы, скорости приложения нагрузки и конструкции прибора, на котором испытывались образцы. Однако у большинства материалов, применяемых в строительстве, период релаксации весьма большой по сравнению с временем действия нагрузки. Поэтому для определения прочностных характеристик вполне допустимы условные методы, получившие широкое распространение в инженерной практике. При этом важно строго соблюдать все условия испытаний, установленные для данного материала в соответствующих ГОСТах.

Наряду с описанными методами оценки прочности строительных материалов, при которых специально изготовленные образцы материалов или взятые из партии готовые изделия доводят до разрушения, применяют методы контроля прочности без разрушения. Этими методами можно испытывать изделия и конструкции при их изготовлении или после установки в зданиях и сооружениях. Наибольшее распространение из неразрушающих методов испытаний получили акустические, в частности импульсный и резонансный.

Оценка свойств материала или изделия при этом производится по косвенным показателям - скорости распространения ультразвука, а также частоте собственных колебаний материала и характеристике их затухания путем использования корреляционной связи этих параметров с прочностью или динамическим модулем упругости, выражаемой обычно тарировочными кривыми или эмпирическими формулами. Без определения прочности можно также установить степень однородности материала в конструкции по скорости распространения ультразвука в различных ее частях. Однородность прочности материала - это важнейшее техническое и экономическое требование.

Предел прочности материала (чаще при сжатии) характеризует его марку . Предел прочности строительных материалов при сжатии колеблется в широких пределах- 0,5...1000 МПа и более. У большинства материалов (кроме древесины, стали, полимерных материалов) предел прочности при растяжении и изгибе значительно ниже, чем при сжатии. Так, каменные материалы при растяжении выдерживают нагрузку меньше в 10...15 раз и более, чем при сжатии, поэтому их применяют главным образом в конструкциях, которые, работают на сжатие.

Для строительных материалов, работающих в сооружениях, действующее напряжение должно быть меньше величины предела его прочности. В результате создается запас прочности. Необходимость создания запаса прочности вызывается рядом причин: неоднородностью материала, возможностью значительной деформации еще до предела прочности и появления трещин, усталостью материала при переменных нагрузках, «старением» материала под влиянием окружающей среды и т. д. Запас прочности устанавливается нормативными требованиями в зависимости от вида и качества материала, долговечности и класса сооружения.

Для оценки прочностной эффективности материала часто используют коэффициент конструктивного качества (к. к. к.). Величина этого коэффициента определяется делением предела прочности при сжатии на относительную плотность материала. Наиболее эффективными являются материалы, имеющие наименьшую плотность и наиболее высокую прочность.

При обосновании технической целесообразности применения материала для устройства полов промышленных зданий, дорожных и аэродромных покрытий, тротуаров и в других случаях строительной практики (например, выборе способа обработки материала) важное значение имеют специальные механические свойства: ударная вязкость (ударная или динамическая прочность), твердость, истираемость и износостойкость.

Ударная вязкость (ударная или динамическая прочность ) - свойство материала сопротивляться ударным нагрузкам. Испытания производят на приборах - копрах. Характеристикой этого свойства является работа, затраченная на разрушение стандартного образца (Дж), отнесенная к единице его объема (м 3) или площади (м 2). Отношение динамической прочности к статической называют динамическим коэффициентом.

Твердость - свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. Для определения твердости материалов в зависимости от их вида и назначения существует ряд методов. Твердость каменных материалов однородного строения определяют по шкале Мооса, которая составлена из 10 минералов с условным показателем твердости от 1 до 10 (самый мягкий тальк- 1, самый твердый алмаз- 10). Показатель твердости испытуемого материала находится между показателями твердости двух соседних минералов, из которых один царапает испытываемый материал, а другой оставляет черту на образце материала.

Твердость металла, бетона, пластмасс определяют вдавливанием в испытуемый образец под определенной нагрузкой и в течение определенного времени стандартного стального шарика. За характеристику твердости в этом случае принимают отношение нагрузки к площади отпечатка. Показатели твердости, полученные разными способами, нельзя сравнивать друг с другом. Высокая прочность материала не всегда говорит о его твердости (например, древесина по прочности при сжатии равнозначна бетону, а ее твердость значительно меньше, чем у бетона). Для некоторых материалов (например, для металлов) существует определенная связь между твердостью и прочностью, для других материалов (однородные каменные материалы) - между твердостью и истираемостью.

Истираемость - свойство материала сопротивляться истирающим воздействиям. Одновременное воздействие истирания и удара характеризует износостойкость материала. Оба эти свойства определяют различными условными методами: истираемость - на специальных кругах истирания, а износ - с помощью вращающихся барабанов, куда вместе с пробой материала часто загружают определенное количество металлических шаров, усиливающих эффект измельчения. За характеристику истираемости принимают потерю массы или объема материала, отнесенных к 1 см 2 площади истирания, а за характеристику износа - относительную потерю массы образца в процентах от пробы материала.

Химические свойства характеризуют способность материала вступать в химическое взаимодействие с веществами внешней среды, в которой он находится, или сохранять свой состав и структуру в условиях инертной окружающей среды. Последнее связано с тем, что некоторые материалы за счет неустановившегося равновесия внутренних химических связей склонны к самопроизвольным структурным изменениям («старению»). Оба явления могут изменить первоначальные основные свойства материала, иногда улучшая (например, взаимодействие вяжущих веществ с водой), а в большинстве случаев ухудшая показатели свойств, что приводит к уменьшению срока нормальной службы конструкций или сооружений (например, разрушение бетонных конструкций агрессивными жидкостями и газами, старение пластмасс).

Некоторые из этих свойств (растворимость, кристаллизация) известны студентам из курса химии, другие (твердение, старение, контракция, стойкость против гниения, горючесть, температура размягчения, скорость отверждения) будут описаны в соответствующих разделах книги. Здесь же ограничимся лишь описанием кратких сведений о дисперсности, адгезии, реологических свойствах и химической стойкости материалов.

Дисперсность - характеристика размеров твердых частиц и капель жидкости. Многие строительные материалы (гипсовые вяжущие, цемент, глины, пигменты и т. п.) находятся в тонкоизмельченном (дисперсном) состоянии и обладают большой суммарной поверхностью частиц. Величина, характеризующая степень раздробленности материала и развитости его поверхности, называется удельной поверхностью sye - поверхность единицы объема (см 2 /см 3) или массы (см 2 /г) материала.

Физико-химические свойства поверхностного слоя дисперсных частиц сильно отличаются от свойстк этого же вещества «в массе». Причина этого в том, что атомы (молекулы) вещества, находящиеся внутри материала, уравновешены действием окружающих атомов (молекул), в то время как атомы (молекулы) на поверхности вещества находятся в неуравновешенном состоянии и обладают особым запасом энергии. С увеличением удельной поверхности вещества возрастает его химическая активность (например, цемент с удельной поверхностью 3000...3500 см 2 /г через 1 сут твердения связывает 10... 13 % воды, а с удельной поверхностью 4500...5000 см 2 /г - около 18 %).

Адгезия - свойство одного материала прилипать к поверхности другого. Адгезия двух различных материалов зависит от природы материала, формы и состояния поверхности, условий контакта и т. д. Она появляется и развивается в результате сложных поверхностных явлений, возникающих на границе раздела фаз, и характеризуется прочностью сцепления при отрыве одного материала от другого. Важное значение адгезионные свойства имеют при получении композиционных материалов и изделий (бетонов разных видов, клееных изделий и конструкций, отделочных материалов).

Многие строительные материалы в процессе их изготовления и применения проходят стадию пластично-вязкого состояния (гипсовое, цементное, глиняное тесто, свежеприготовленные растворные и бетонные смеси, мастики, формуемые материалы из полимеров и т. д.). По своим физическим свойствам пластично-вязкие тела занимают промежуточное положение между жидкими и твердыми телами. Так тесто можно разрезать ножом (что нельзя сделать с жидкостью), но вместе с тем это же тесто принимает форму сосуда, в который оно помещено, т. е. ведет себя, как жидкость. Пластично-вязкие смеси характеризуют реологическими показателями - структурной прочностью, вязкостью и тиксотропией.

Структурная прочность - прочность внутренних связей между частицами материала. Ее оценивают предельным напряжением сдвига, соответствующим напряжению в материале, при котором он начинает течь подобно жидкости (от). Это происходит тогда, когда в материале нарушаются внутренние связи между его частицами - разрушается его структура.

Вязкость - способность материала поглощать механическую энергию при деформировании образцов. Когда пластично-вязкий материал начинает течь, напряжения в материале зависят уже от скорости его деформации. Коэффициент пропорциональности, связывающий скорость деформации и необходимое для этого напряжение, называют вязкостью ц (Па-с).

Модель упругопластично-вязкого материала можно представить себе как систему последовательно соединенных элементов: пружины (характеризует упругие свойства материала), груза, лежащего на плоскости (пластические свойства), и поршня, движущегося в цилиндре с маслом (вязкость). Если начать тянуть за пружину с возрастающей силой F, то сначала растягивается пружина, а остальные элементы остаются в покое (если силу убрать, система вернется к исходному состоянию). Когда сила F станет равной силе трения Fo, то вся система начнет двигаться. При этом, чтобы увеличить скорость движения, надо преодолеть возрастающее сопротивление масла в поршне, т. е. увеличить силу F.

Тиксотропия - способность пластично-вязких смесей обратимо восстанавливать свою структуру, разрушенную механическими воздействиями. Физическая основа тиксотропии - разрушение структурных связей внутри пластично-вязкого материала, при этом материал теряет структурную прочность и "Превращается в вязкую жидкость, а после прекращения механического воздействия материал обретает структурную прочность. Явление тиксотропии используют при виброуплотнении бетонных и растворных смесей, при нанесении мастичных и окрасочных составов шпателем или кистью и т. д. вызвать его разрушение (коррозию). Степень разрушения зависит от многих факторов и прежде всего от состава материала и его плотности. Коррозионную стойкость оценивают химическим анализом.

При небольшом модуле основности, когда в неорганическом материале преобладает кремнезем, наблюдается высокая стойкость к кислотам. Когда в составе неорганического материала преобладают основные оксиды и модуль основности достаточно высок, то этот материал обычно нестоек к кислотам, но щелочами не разрушается. Органические материалы (древесина, битумы, пластмассы) при обычных температурах относительно стойки к действию слабых кислот и щелочной среды. Однако значительная часть строительных материалов не обладает достаточной стойкостью к действию агрессивной среды и требует специальной защиты от коррозии.

Технологические свойства стройматериалов

Технологические свойства характеризуют способность материала к восприятию некоторых технологических операций, изменяющих состояние материала, структуру его поверхности, придающих нужную форму и размеры, и т. п. Такие технологические свойства, как дробимость, распиливаемость, шлифуемость, гвоздимость и т. п., имеют важное практическое значение, ибо от них зависят качество и стоимость готовых изделий и конструкций. Для оценки технологических свойств некоторых материалов разработаны числовые показатели и методы их определения (например, дробимость каменных материалов, подвижность и удобоукладываемость бетонных смесей, укрывистость красочных составов и др.). Для большинства же материалов установлены лишь качественные характеристики технологических свойств.

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

  Водопоглощение строительного материала – это способность материала впитывать и удерживать влагу. Измеряется водопоглощение отношением объема или массы впитанной влаги к объему или массе строительного материала:w m = (m 2 -m 1)/m 1 *100%,w v = m 2 -m 1 /V*100%Где
  m 2 - масса материала в насыщенном водой состоянии, кг;
  m 1 - масса материала в сухом состоянии, кг;
  V - объем материала в естественном состоянии, м 3 .Существует масса примеров, когда влаги в материале больше чем самого материала. Это происходит в том случае, когда удельный вес материала меньше плотности воды.Практически всегда избыточное водопоглощение приводит к избыточному наличию воды в стройматериале, что ведет к изменению очень важных качеств строительного материала, таких как прочность и теплопроводность.

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

• 
  Влажность строительного материала – величина, характеризующаяся количеством воды, находящимся в материале. Практически всегда повышенная влажность стройматериалов отрицательно влияет на качество. Так, например, увеличение влажности некоторых видов утеплителя всего на несколько процентов, ухудшают их теплозащитные свойства на порядок. Мокрый пеноблок или даже кирпич значительно теряют свои показатели по прочности и т.д. Влажность стройматериалов измеряется отношением массы воды, находящейся в стройматериале в период замера к нормативной массе сухого материала.
• 
  Водопроницаемость строительного материала – это свойство материала пропускать воду под давлением. Измеряется водопроницаемость количеством воды, прошедшей в течении одного часа через строительный материал площадью 1 кв. м. и толщиной 1 м при постоянном давлении 1МПа. Водопроницаемость строительного материала тем больше, чем больше пор в его структуре. Стройматериалы, не имеющие пор, а так же материалы которые имеют закрытые поры, например, специальный бетон, относятся к водонепроницаемым материалам. Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации kф=Vв*а/, 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. Строительные материалы по своей водонепроницаемости характеризуются марками W2; W4; W8; W10; W12. Чем ниже коэффициент фильтрации kф, тем выше марка по водонепроницаемости.
• 
  Воздухостойкость строительных материалов – это способность материала выдерживать многократные насыщения водой и высыхание без значительных изменений физического состояния стройматериала. Разные строительные материалы по разному «переносят» многократное намокание и высыхание. Чаще всего этот процесс вызывает деформацию, потерю прочности и как итог потерю несущей способности строительной конструкции. Для повышения воздухостойкости строительные материалы покрывают гидрофобными составами или вводят в их состав гидрофобизаторы.
• 
  Газостойкость строительных материалов – свойство материала сохранять свои основные характеристики при контакте с газами, находящимися в окружающей среде, такими как, например, углеводород.
• 
  Гигроскопичность строительных материалов – способность материалов впитывать водяной пар из воздуха. Существует огромное количество строительных материалов, которые способны впитывать в себя значительное количество водяного пара. К таким материалам относятся: дерево, пенобетон, теплоизоляционные материалы и т.д. Строительные материалы с повышенной гигроскопичностью при полном насыщении водой теряют свои свойства, а так же могут изменять геометрические размеры. Для защиты строительных материалов от насыщения водяными парами применяют водоотталкивающие защитные составы.
• 
  Звукопоглощение строительных материалов – способность материала поглощать звук или снижать его уровень при прохождении через материал. Эта способность строительных материалов в первую очередь зависит от толщины, пористости материала и многослойности материала. Чем больше пор в материале, тем выше его способность поглощать звук. Звукопоглощение строительных материалов принято оценивать коэффициентом звукопоглощеният. е. отношением энергии, поглощенной материалом, к общему количеству падающей энергии в единицу времени. За единицу звукопоглощения условно принимают звукопоглощение 1 м 2 открытого окна. Коэффициент звукопоглощения может изменяться в пределах от 0 до 1. Если звукопоглощение равно 0, то звук полностью отражается от строительного материала. Если же этот коэффициент приближается к 1 то звук полностью поглощается материалом. Согласно нормативным показателям СНиП стройматериалы, имеющие коэффициент звукопоглощения не менее 0,4 при частоте 1000 Гц, могут относиться к звукопоглощающим материалам. Коэффициент звукопоглощения определяется практическим способом в акустической трубе и подсчитывается по формуле: А(зв)=Е(погл)/Е(пад)А(зв) - коэффициент звукопоглощения;Е(погл) - поглощённая звуковая волна;Е(пад) - падающая звуковая волна;Табл. Сравнительные показатели коэффициента звукопоглощения строительных материалов
• 
  

  Наименование стройматериала	Коэффициент звукопоглощения при 1000 Гц
  Деревянная стена	0,06-0,1
  Кирпичная стена	0,032
  Бетонная стена	0,015
  Минеральная вата	0,45-0,95

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


• Звукопроводность строительных материалов – это способность тех или иных материалов пропускать звуки и шумы через свою толщу. Хорошими проводниками звука считаются строительные материалы большой плотности и прочности. Материалы, имеющие большое количество воздушных пор плохо передают звук и шум. Силу звука измеряют в децибе­лах (дБ). А звукопроводность строительных материалов характеризуется коэффициентом звукопроводности (t = Iпр/Iпад) который равен отношению прошедшего через материал звука к падающему.
• 
  Звукоизоляция строительных материалов – это величина и характеризует процесс отражения звука каким-либо материалом. В связи с разной природой возникновения звуковых волн, различают звукоизоляцию от воздушного шума, это когда источник возникновения шума не связан с ограждающей конструкцией физически и и изоляцию от ударного шума, когда между источником и ограждающей конструкцией имеется контакт, например, стук молотка по стене. В СНиП нормируемым показателем звукоизоляции является индекс изоляции воздушного шума I в, дБ. Его определяют формуле, как средневзвешенное значение звукоизоляции конструкции в диапазоне частот от 100 до 5000 Гц в третьоктавных полосах частот. Величина R w также определяет средневзвешенную звукоизоляцию конструкции в том же диапазоне частот, но по несколько иной методике. Разница между I в и R w составляет 2 дБ, т.е. R w = I в + 2 дБ. Звукоизоляция строительных материалов и конструкций зависит от пористости материала, его толщины, наличия в материале или конструкциях отверстий и примыканий к другим конструкциям.
• 
  Истираемость строительных материалов – свойство материалов сопротивляться истирающим воздействиям. Истираемость определяется лабораторным путем на образцах. Характеристика истираемости строительных материалов указывает на стойкость материала к износу и оценивается потерей массы материала относительно ее плотности или же уменьшением толщины материала. Чем хуже истираемость строительного материала, тем он более износостоек. Облицовочнные строительные материалы делятся на 5 групп по показателям истираемости: первая группа – гранит, кварциты;вторая группа – мрамор, плотные базальты;третья группа – рыхлые базальты и мрамор;четвертая группа – цветные мраморы, травентины, известняки;пятая группа – рыхлые известняки.
• 
  Истинная плотность строительных материалов - это масса единицы объёма материала в абсолютно плотном состоянии. ρ =m/Va, где Va объём в плотном состоянии. [ρ] = г/см³; кг/м³; т/м³. Способы истинной плотности лабораторные: предварительно высушенную пробу измельчают в порошок, объём определяют в пикнометре (он равен объёму вытесненной жидкости).
• 
  Износ строительных материалов - свойство материала сопротивляться одновременно воздействию истирающих и ударных нагрузок. Износ определяют лабораторным путем в барабане со стальными шарами или без них.
• 
  Качество строительных материалов - это совокупность свойств материала, обуславливающих его способность удовлетворять определённым требованиям, в том числе и нормативным соответствии с его назначением.
• 
  Красящая способность – это свойства пигментов ЛКМ при смешивании с другими пигментами передавать свой цвет. Относительную красящую способность ЛКМ определяют лабораторным путем в соответствии с ГОСТ, или визуальным методом путем сравнивая образцов.
• 
  Кислотостойкость строительных материалов – способность материалов сохранят свои основные качества и характеристики под воздействием кислот.
• 
  Коррозионная стойкость строительных материалов – это свойство материала сохранять свои основные качества под агрессивным воздействием внешней среды. Коррозия бывает биологическая, химическая и электрохимическая. Наиболее распространенное коррозийное проявление – это старение стройматериалов под действием воздействие ультрафиолетового излучения и перепад температур и влажности воздуха.
• 
  Механические свойства строительных материалов – это твердость, пластичность, жесткость предел прочности при сжатии, растяжении и изгибе.
• 
  Морозостойкость строительных материалов – это свойство строительного материала, определяющее способность выдерживать многократное замораживание и размораживание, без проявления явных отклонений от нормы качества. Хорошими морозостойкими свойствами обладают строительные материалы, имеющие показатели с низким водопоглощением. Для определения марки стройматериала по морозостокойсти циклы попеременного замораживания производят в пределах от минус 20 °C до плюс 20 °C. Показатель морозостойкости строительных материалов обозначаются символами F100; F25; F50.. F500, где цифрами показано число циклов замораживания и оттаивания.
• Таб. Морозостойкость строительных материалов в зависимости от водопоглощения и предела прочности при разрыве

  Материал	Водопоглощение, %	Плот­ность,г/см 3	R разр, МПа	Морозостойкость, количество циклов
  Кирпич керамический	8...15	1,6...1,9	0,9..3,5	15...50
  Бетон ячеистый	40...60	0,5...1,2	0,078... 1	15...75
  Бетон легкий	-	0,8...1,8	0,8..3,2	25...400
  Бетон тяжелый	3...10	2,2...2,5	0,8..3,2	50...500
  Асбестоцемент	20...25	1,6...1,8	10..15	50...100

  Насыпная плотность строительных материалов - это масса единицы объёма насыпных рыхлых зернистых или волокнистых материалов.
• 
  Огнестойкость строительных материалов – это способность материалов сохранять свои основные характеристики под действием высоких температур. По степени огнестойкости строительные материалы делятся на: сгораемые (пластмассы, дерево, кровельные битумные материалы и т.д.), трудносгораемые и несгораемые.

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

• 
  Относительная плотность строительных материалов – это отношение общего объема твердого вещества в строительном материале ко всему объему материала или отношение средней плотности материала к ее истинной плотности.
• 
  Открытая пористость строительных материалов – это свойство строения материалов, когда поры сообщаются с окружающей средой и между собой. Так, например, при погружении материала с открытыми порами в воду, они должны заполниться водой. Открытые поры увеличивают проницаемость и снижают морозостойкость.
• 
  Предел огнестойкости строительных материалов – это продолжительность сопротивления строительного материала или строительной конструкции (в часах) воздействию высоких температур до исчерпания ее несущей или ограждающей способности, а так же потерей своих основных качеств. Наступление предела огнестойкости характеризуется так же повышением температуры в любой точке строительной конструкции более чем 220 °С от начальной температуры конструкции.

  Плотность строительных материалов – одна из основных характеристик материала, которая определяется как отношение отношением массы к объему строительного материала (кг/кв.м.).р 0 = m/V 1 где m - масса материала, кг;
  V 1 - объем материала в естественном состоянии, м 3 .Различают истинную и среднюю плотность строительных материалов. Средняя плотность стройматериала - это отношение его массы ко всему объему, включая поры. Истинная плотность - это отношение массы материала к объему без учета пустот и пор.

• Табл. Примеры истинной и средней плотности строительных материалов

  Материал	Плотность, кг/м 3
  	Истинная плотность	Средняя плотность
  Сталь строительная	7850-7900	7800-7850
  Гранит	2700-2800	2600-2700
  Известняк	2400-2600	1800-2400
  Керамический кирпич	2600-2700	1600-1900
  Тяжелый бетон	2600-2900	1800-2500
  Поропласты	1000-1200	20-100

  
  Пористость строительных материалов - это показатель заполнения материала порами (пустотами, наполненными воздухом)Пористость материала измеряется в процентах и рассчитывается по формуле:П = (1-р 0 /р)*100%,где р 0 -средняя плотность материала, кг/м 3 ;
  р- истинная плотность материала, кг/м 3 .Чем больше пор в строительном материале, тем больше проявляет свои теплоизоляционные качества.
• 
  Прочность строительных материалов – свойство строительного материала сопротивляться разрушению под действием внешних и внутренних сил. Прочность оценивается таким показателем как предел прочности. Для хрупких строительных материалов, таких как кирпич или бетон, основной прочностной характеристикой является предел прочности при сжатии. Для металлических материалов более важной считается прочность при изгибе и растяжении.
• 
  Предел прочности строительных материалов - отношение разрушающей нагрузки Р(Н) к площади сечения образца F (см2). Предел прочности строительных материалов устанавливается лабораторным путем. Строительные материалы в зависимости от предела прочности делятся на марки и классы. Марки записываются в кгс/см², а классы - в МПа. Класс характеризует гарантированную прочность.

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

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

• 
  Теплопроводность строительных материалов - это способность материала передавать тепло через толщу строительного материала или строительной многослойной конструкции. Теплопроводность строительного материала зависит от многих показателей и прежде всего от структуры и наличия воздушных пор и наличием влаги в материале. Теплопроводность строительного материала измеряется количеством тепла, передающимся через материал толщиной в 1 м, площадью 1 кв.м. за 1 час при разнице температур в 1 °C.
• 
  Теплоёмкость строительных материалов - это то количество тепла, которое необходимо сообщить 1 кг материала, чтобы повысить его температуру на 1 °C. С повышением влажности возрастает теплоёмкость материалов.
• 
  Упругость строительных материалов – свойство материалов после снятия нагрузки принимать свою первоначальную форму и размеры.
• 
  Ударная вязкость строительных материалов - свойство материала сопротивляться ударным нагрузкам. Ударная вязкость строительных материалов устанавливается экспериментальным путем в лабораторных условиях.
• 
  Укрывистость ЛКМ – способность ЛКМ делать одноцветную поверхность, уменьшать контраст между предыдущим слоем и последующим. Количественно укрывистость выражают в граммах краски, необходимой для того, чтобы сделать невидимым цвет закрашиваемой поверхности площадью один квадратный метр.
• 
  Твердость строительных материалов – свойство материала оказывать сопротивление проникновению в него другого материала. Показатели твердости выводят экспериментальным путем. Показатели твердости, полученные разными способами (например, «вдавливанием» и «царапанием») нельзя сравнивать между собой.
• 
  Химическая стойкость строительных материалов – это способность материалов сопротивляться действию агрессивной среды и другим воздействиям на химическом уровне, способность противостоять химическим реакциям, приводящим к потере основных качеств материала.
• 
  Физические свойства строительных материалов – это общепринятые свойства материалов: плотность, влажность, теплопроводность и т.п.
• 
  Щелочестойкость строительных материалов – свойство материалов сохранять свои основные качества при воздействии на них щелочей. В строительстве наибольшей щелочной агрессивностью считаются каустическая сода и растворы едкого калия.

Строительные материалы, используемые при строительстве и ремонте, должны обеспечивать определенный срок эксплуатации, комфорт и безопасность дома, коттеджа, квартиры. Для выбора подходящего стройматериала необходимо знать виды и классификацию выпускаемой продукции, ориентироваться в перечне контролируемых свойств и их показателей.

Ниже дано описание классификации и свойств строительных материалов, которое поможет лучше ориентироваться при выборе стройматериалов для строительства или ремонта.

Классификация стройматериалов

Все строительные материалы классифицируют по назначению, виду и способу получения:

По назначению строительные материалы делят на:

• конструкционные;
• отделочные;
• теплоизоляционные;
• гидроизоляционные;
• акустические;
• герметизирующие;
• антикоррозионные.

По виду различают стройматериалы:

• каменные;
• лесные;
• металлические;
• полимерные;
• керамические;
• стеклянные и т.п.

По способу получения строительные материалы делятся на:

• природные – их добывают в месте, где они образовались (например, горные породы) или выросли (древесина). При использовании природных строительных материалов применяют главным образом механическую обработку – распиловку или дробление. Соответственно свойства природных стройматериалов зависят от происхождения исходной породы и способа обработки;
• искусственные – их изготавливают из природного сырья ( , глина, известняк, газ, нефть и т.п.) с добавлением промышленных отходов (зола, шлаки). Искусственные стройматериалы приобретают новые свойства, которые могут значительно отличаться от свойств исходного природного сырья.

Свойства стройматериалов

Свойства любого материала зависят от его состава и структуры и могут изменяться в широких пределах. При этом они не являются постоянными, а изменяются с течением времени под воздействием среды, в которой эксплуатируется здание.

Скорость изменений может меняться от очень медленной (например, разрушение горных пород) до быстрой (повышение хрупкости полимеров под воздействием ультрафиолетовых лучей или вымывание из растворимых веществ).

Поэтому при выборе стройматериалов для строительства дома необходимо руководствоваться не только теми свойствами, которыми они обладают в изначальном состоянии, но и их стойкостью, обеспечивающей срок эксплуатации, как отдельного изделия, так и сооружения в целом.

Свойства строительных материалов условно делят на:

• механические;
• физические;
• химические и технологические.

Ниже дана наглядная схема с указанием перечня конкретных свойств, по которым нужно сравнивать и выбирать стройматериалы.

Механические свойства

Механические свойства отражают поведение строительных материалов под воздействием различного вида нагрузок (сжимающих, растягивающих, изгибающих и т.п.).

Механические воздействия вызывают некоторые деформации. В случае, когда внешние нагрузки невелики, деформации вызванные ими, являются упругими, так как после того как нагрузки снимаются, материал возвращается к прежним размерам.

При достижении внешнего воздействия значительной величины помимо упругих деформаций появляются пластические, которые приводят к необратимым изменениям, а при достижении определенной предельной величины материал начинает разрушаться.

В зависимости от поведения под нагрузкой стройматериалы подразделяются на:

• пластичные – те, которые изменяют форму без появления трещин, а после снятия нагрузки сохраняют измененную форму. Они, как , имеют однородную структуру и состоят из крупных молекул, способных смещаться относительно друг друга (органические вещества) или из кристаллов с легко деформируемой кристаллической решеткой (металлы);
• хрупкие – они хорошо сопротивляются сжатию и гораздо хуже (в 5-50 раз) растяжению, удару, изгибу. К хрупким материалам относятся: природный , бетон, стекло, гранит.

Ниже дан перечень механических свойств, определяемых для разных видов стройматериалов:

1. Прочность — характеризуется пределом прочности – отношение нагрузки, влекущей разрушение материала, к площади сечения. В зависимости от вида воздействующих сил различают:

• предел прочности на сжатие (растяжение) – определяется как отношение разрушающей нагрузки к площади поперечного сечения образца до испытания. Единица измерения МПа (кгс/см 2);
• предел прочности на изгиб – единица измерения также МПа (кгс/см 2).

Шкала твердости Мооса

При выборе строительных материалов руководствуются тем, что допускаемые в конструкциях напряжения на прочность должны составлять только часть их предела прочности. Иными словами должен быть некоторый запас прочности.

Запас прочности необходим из-за неоднородности строения строительных материалов и невозможности учета многократного переменного действия нагрузки, старения материалов и т.п. Обязательный запас прочности устанавливается в СНиПах и других строительных нормативах в зависимости от вида материала, его использования, долговечности строящегося здания.

2. Твердость - способность вещества сопротивляться проникновению в его поверхность иного более твердого тела правильной формы. Есть несколько методов определения твердости:

• твердость каменных материалов и стекла – оценивают по шкале твердости Мооса, которая состоит из 10 минералов, расположенных по возрастанию их твердости: за 1 берут тальк или мел, а за 10 — алмаз. Показатель твердости испытуемого вещества находится между показателями 2 соседних материалов, из которых один чертит, а другой сам чертится испытуемым веществом;
• твердость пластмасс и металлов – рассчитывается: по диаметру отпечатка от вдавливаемого стального шарика (это метод Бринелля); по глубине погружения алмазного конуса под действием нагрузки (это метод Роквелла); площади отпечатка алмазной пирамиды (метод Виккерса).

Показатель твердости важен при выборе материалов, используемых в конструкциях, подвергающихся износу и истиранию: дорожные покрытия, полы и т.п.

3. Истираемость - величина потери первоначальной массы материала, отнесенной к единице площади истирания. Сопротивление истираемости учитывают для строительных материалов полов, лестничных ступеней, дорожных покрытий.

4. Сопротивление удару — характеризуется количеством работы, требуемой для разрушения образца, отнесенным к единице объема. Применяется для материалов покрытия полов в цехах заводов и фабрик.

5. Износ - разрушение материалов, возникающее при одновременном воздействии истирающих и ударных нагрузок. Определяется для материалов покрытия дорог, полов заводов, аэродромов.

Физические свойства

Строительные материалы имеют следующие физические свойства:

• общефизические;
• гидрофизические;
• теплофизические;
• акустические.

Общефизические характеристики:

1. Плотность:

- истинная плотность (р) – масса единицы объема вещества, находящегося в абсолютно плотном состоянии, без пустот, пор и трещин. Единица измерения – кг/м 3 .

За единицу условно берут плотность при температуре 4 0 С. Большинство строительных материалов имеют истинную плотность больше единицы:

• для каменных материалов – 2200-3300 кг/м 3 ;
• для органических (битумы, пластмассы, дерево) – 900-1600 кг/м 3 ;
• для черных металлов (сталь, чугун) – 7250-7850 кг/м 3 .

- средняя плотность (р ср) – масса единицы объема материала в естественном состоянии, включая пустоты и поры. Единица измерения – кг/м 3 . Средняя плотность отражает показатели прочности. При одном и том же составе материал тем прочнее, чем выше его плотность.

Средняя плотность стройматериалов колеблется от 10 кг/м 3 ( воздухонаполненная мипора) до 2500 кг/м 3 (тяжелый бетон) и 7850 кг/м 3 (сталь). Для пористых материалов средняя плотность меньше истинной, а для абсолютно плотных (лаки, краски, стекла, металлы) — эти показатели равны.

- насыпная плотность (р н) – определяется для насыпных стройматериалов и означает массу единицы объема сыпучих материалов в свободном насыпном состоянии (без уплотнения).

2. Пустотность - процент объема пустот в общем объеме. Используется для песка, керамзита, при изготовлении бетона.

3. Пористость:

- общая (полная) пористость (П п) – рассчитывается по величине истинной и средней плотности:

П п =(1-р ср /р)*100%.

Общая пористость прочного конструкционного бетона колеблется в интервале 5-10%, кирпича – 25-35%, пенопласта – 95%.

- открытая (капиллярная) пористость (П о) – определяется по водопоглощению материала:

П о =(m 1 -m)/v*100%,

где m – масса в сухом состоянии, m 1 - масса в водонасыщенном состоянии, v – объем образца.

На свойства материала влияет не только показатель пористости, но и размер пор. Так, если количество замкнутых пор увеличивается, а их величина уменьшается, то повышается морозостойкость материала, а его теплопроводность снижается. При наличии крупных пор материал становится неморозостойким, проницаемым для воды, но при этом появляются значительные звукопоглощающие свойства.

Гидрофизические свойства:

1. Гигроскопичность - способность поглощать водяные пары из воздуха, а затем удерживать их. Вычисляется как отношение поглощенной массы влаги к массе сухого материала, выражается в процентах.

При уменьшении размера пор гигроскопичность выше, при этом в случае снижении воздуха поглощенная влага испаряется. Гигроскопичность зависит от состава материала: некоторые из них притягивают молекулы воды и называются гидрофильными – бетон, стекло, древесина, кирпич; другие отталкивают и называются гидрофобными – полимерные стройматериалы, .

2. Водопоглощение – способность впитывать и удерживать воду. Показывает количество воды, поглощенной веществом, высушенным до постоянной массы и полностью погруженным в воду. Зависит от объема и природы пор (замкнутые или открытые), а также гидрофильности материала. Водопоглощение гранита 0,02-0,7%, тяжелого бетона – 2-4%, кирпича 8-15%. При насыщении водой стройматериалы меняют свои свойства: увеличивается их средняя плотность, объем и теплопроводность, а прочность снижается.

3. Водостойкость – характеризуется коэффициентом размягчения — отношение предела прочности при сжатии материала, насыщенного водой, к пределу прочности при сжатии в сухом состоянии. Коэффициент равен единице для металла и стекла, нулю для гипса и глины.

Материалы, у которых коэффициент водостойкости > 0,8 – считаются водостойкими, а если < 0,8, то неводостойкие и их нельзя применять в конструкциях, подвергающихся постоянному воздействию воды, например, дамбы, плотины, а также фундаменты при высоком уровне грунтовых вод.

4. Влагоотдача – способность отдавать влагу при снижении влажности воздуха. Для характеристики строительных материалов используют влагоотдачу в естественных условиях, т.е. интенсивность потери влаги при температуре 20 о С и относительной влажности воздуха 60%.

5. Водопроницаемость – способность пропускать воду под давлением. Оценивается по значению коэффициента фильтрации, равного количеству воды, просочившемуся в течение 1 часа через 1 кв.м. площади материала при постоянном давлении. Показатель важен при строительстве гидротехнических сооружений, резервуаров, стен подвалов при высоком уровне грунтовых вод.

6. Водонепроницаемость – характеризуется величиной, обратной коэффициенту фильтрации. Обозначается маркой W2, … W12, отражающей одностороннее гидростатическое давление в МПа (0,2; … ;1,2), при котором материал не пропускает воду.

Если через строительный материал проникают газообразные продукты, то контролируют газопроницаемость, если воздух – воздухопроницаемость, пар – паропроницаемость.

При выборе строительных материалов для стен, покрытий зданий и защиты фасадов важны показатели паро- и воздухопроницаемости. Они должны быть дышащими, т.е. свободно пропускать пар из помещения, чтобы избежать повышения влажности. Учет воздухопроницаемости важен и при возведении наружных стен, и если она высокая, как, например, у крупнопористого бетона, то поверхность необходимо штукатурить для предотвращения продуваемости.

7. Морозостойкость – способность материала сохранять свою прочность при многократном попеременном замораживании в водонасыщенном состоянии и оттаивании в воде. Материал способен выдерживать морозное разрушение за счет наличия в его структуре замкнутых пор, в которые отжимается часть воды при кристаллизации льда. Марка морозостойкости строительных материалов обозначается F и показывает число циклов замораживания-оттаивания, которые способен выдержать материал без снижения прочности на 5-25% и массы на 3-5% в зависимости от назначения стройматериала: F50…F500 для тяжелого бетона; F25…F500 для легкого бетона; F15…F100 для кирпича, стеновых керамических камней.

8. Воздухостойкость - способность выдерживать многократное увлажнение и высушивание в течение длительного периода времени без потери механической прочности и деформаций. В таких условиях работают надводные части гидротехнических сооружений, дорожные покрытия и т.п.

Теплотехнические свойства:

1. Теплопроводность – способность пропускать тепловой поток в условиях разных температур поверхности изделия. Характеризуется коэффициентом теплопроводности, равному количеству тепла, проходящего через стену толщиной 1 м площадью 1 кв.м. за 1 час при разности температур противоположных поверхностей стены 1 К, единица измерения – Вт/(м*К).

Теплопроводность зависит от вида материала, его строения, характера его пористости, влажности и температуры. При волокнистом строении материала, тепло вдоль волокон передается быстрее, чем поперек. Крупнопористые стройматериалы имеют большую теплопроводность, чем мелкопористые. При наличии в материале замкнутых пор теплопроводность меньше, чем при наличии сообщающихся пор. Вода в порах повышает теплопроводность, а при замерзании воды в порах теплопроводность повышается ещё больше.

Измерение теплоемкости

2. Теплоемкость - способность поглощать тепло при нагревании. При охлаждении материалы отдают тепло, а скорость отдачи тем больше, чем выше теплоемкость. Коэффициент теплоемкости равен количеству тепла, необходимому для нагревания 1 кг строительного материала на 1 К, единица измерения – кДж/(кг*К).

Значение теплоемкости: неорганических строительных материалов (кирпич, бетон, природные камни) изменяется в пределах 0,75-0,92 кДж/(кг*К); древесины – 2,72 кДж/(кг*К). Так как вода обладает наибольшей теплоемкостью – 4 кДж/(кг*К), повышение влажности стройматериала влечет рост его теплоемкости.

3. Термостойкость – способность выдерживать без разрушения определенное количество резких колебаний температуры. Свойство определяется для огнеупорных и теплоизоляционных стройматериалов. Единица измерения – количество теплосмен.

4. Жаростойкость – способность выдерживать без нарушения сплошности и нарушения прочности температуру до 1000 о С.

5. Огнеупорность – способность выдерживать без разрушения и деформаций длительное воздействие высоких температур. В зависимости от показателей огнеупорности строительные материалы подразделяют на: огнеупорные – работающие без снижения свойств при температуре большей 1580 о С; тугоплавкие – 1580-1350 о С; легкоплавкие – менее 1350 о С.

6. Огнестойкость – способность в течение определенного времени сопротивляться действию огня при пожаре. В зависимости от категории здания по пожаробезопасности СНиПы устанавливают к конструктивным строительным материалам определенные требования по огнестойкости.

Оценка показателя осуществляется в зависимости от показателя возгораемости, основанного на 3 признаках предельного состояния: потеря , сплошности и теплоизолирующих свойств. Предел огнестойкости характеризуется временем в часах с начала теплового воздействия и до возникновения одного из признаков предельного состояния. При этом стройматериалы делятся на:

• несгораемые – кирпич, бетон, сталь, природные камни;
• трудносгораемые – фибролит, асфальтобетон, некоторые полимеры. Эти материалы воспламеняются с трудом, тлеют/обугливаются, а после удаления огня горение и тление прекращаются;
• сгораемые – битум, древесина, полимеры. Они загораются от огня, а горение продолжается даже после ликвидации источника огня.

Акустические свойства:

1. Звукопоглощение - способность поглощать шумовой звук. Определяется по величине коэффициента звукопоглощения, равного отношению количества поглощенной звуковой энергии к общему количеству звуковой энергии, попадающей на поверхность строительного материала в единицу времени.

Материал является звукопоглощающим, если у него коэффициент звукопоглощения больше 0,2. Такие материалы обладают открытой пористостью или шероховатой, рельефной поверхностью, поглощающей звук.

2. Звукоизоляция – способность ослаблять ударный звук, передающийся через строительные конструкции дома из одного помещения в другое.

3. Виброизоляция и вибропоглощение – предотвращение передачи вибрации от механизмов и машин к строительным конструкциям зданий.

Химические свойства

Химические свойства отражают способность строительного материала к химическому взаимодействию с другими веществами и определяются следующими показателями:

• химическая активность;
• химическая или коррозийная стойкость;
• растворимость;
• способность к адгезии и кристаллизации.

1. Химическая активность. Различают положительную и отрицательную химическую активность:

• положительная – в процессе взаимодействия происходит упрочнение структуры вещества. Например, образование гипсового, цементного камня;
• отрицательная – когда реакция взаимодействия вызывает разрушение материала – например, коррозия под действием кислот, солей, щелочей.

2. Адгезия — соединение жидких и твердых стройматериалов по поверхности, обусловленное межмолекулярным воздействием. В результате получаются многокомпонентные строительные материалы, например, железобетон, прочность которого обеспечивается монолитным соединением арматуры и заполнителей бетона с цементным камнем за счет адгезии.

3. Растворимость - способность материала образовывать с органическими растворителями или с водой однородные системы (растворы). Растворимость зависит как от состава самого вещества, так и от температуры, от давления.

Показатель растворимости вещества называется произведением растворимости (ПР), которое отражает предельное содержание растворенного вещества в граммах на 100 мл при нормальном давлении и заданной температуре.

4. Кристаллизация - процесс, при котором образуются кристаллы из паров, расплавов, растворов при химических реакциях и электролизе. В процессе кристаллизации выделяется тепло.

Растворение и кристаллизация – основные процессы для получения искусственных каменных строительных материалов на основе , извести, гипса.

5. Коррозийная (химическая) стойкость - способность стройматериала противостоять разрушению под воздействием агрессивных сред. Химическая стойкость оценивается по значению коэффициента, рассчитываемому как отношение прочности (массы) материала после коррозийного воздействия к прочности (массе) до проведения испытаний. Если значение коэффициента составляет 0,9-0,95, то вещество признается химически стойким к исследуемой среде.

Органические строительные материалы (битумы, древесина, пластмассы) при обычной температуре достаточно стойки к воздействию щелочей и кислот средней и слабой концентрации.

Стойкость неорганических строительных материалов к коррозии зависит от их состава.

В видео показан процесс проведения испытаний для определения свойств бетона: