СКлассификация строительных материалов

Содержание

Введение

1. Классификация строительных материалов

2. Свойства строительных  материалов

3. Древесные материалы  и изделия

4. Стекло. Изделия из  стекла

5. Минеральные вяжущие. Гипс

6. Природные каменные  материалы

7. Керамические материалы  и изделия

Заключение

Список литературы

Введение

Строительные материалы  являются главным элементом при  осуществлении строительно-монтажных  работ, так как без строительных материалов мы бы не смогли построить  ни одного дома. Сегодня с развитием  технического и технологического прогресса производство материалов для строительства растет достаточно высокими темпами, которые даже опережают темп роста объема строительных и монтажных работ.

В процессе осуществления  строительно-монтажных работ конструкции  могут подвергаться различным физическим и физико-механическим воздействиям, поэтому инженер-гидротехник должен правильно и точно подобрать строительный материал, который будет идеально подходить для данного вида сооружения, а также обладать высокими прочностными характеристиками.

Условно строительные материалы, которые используются для строительства, ремонта и реконструкции зданий делятся на две категории: природные  и искусственные. В зависимости  от типа и вида возводимых зданий и  сооружений, условий строительства и других требований подбирают строительные материалы, которые бы соответствовали всем строительным и техническим характеристикам.

Вышесказанное определяет особую актуальность исследуемой темы.

Целью написания данной работы является изучение основных видов строительных материалов, а также изучение классификации и свойств строительных материалов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить классификацию и свойства строительных материалов;
2. Рассмотреть древесные материалы, стекло и изделия из них;
3. Изучить минеральные вяжущие и гипс;
4. Рассмотреть природные каменные материалы;
5. Изучить керамические изделия.

1. Классификация строительных материалов

  Материалы, применяемые для строительства и ремонта зданий, сооружений и изготовления конструкций, называют строительными материалами.

По степени готовности различают собственно строительные материалы и строительные изделия  — готовые детали и элементы, монтируемые и закрепляемые на месте.

К строительным материалам относятся древесина, металлы, цемент, бетон, кирпич, песок, строительные растворы для каменных кладок и различных штукатурок, лакокрасочные материалы, природные камни и т. д.  
        Строительными изделиями являются сборные железобетонные панели и конструкции, оконные и дверные блоки, санитарно- технические изделия и кабины.  
        В отличие от изделий строительные материалы перед применением подвергают той или иной обработке — смешиванию с водой, уплотнению, распиливанию, теске.

В зависимости от происхождения, назначения, условий эксплуатации, вида сырья, технологии получения, свойств все строительные материалы разделяют на отдельные группы, т. е. их классифицируют.

Различают две категории строительных материалов — общего и специального назначения.

К материалам общего назначения относят древесину, металлы, цемент, бетон, камни, т. е. материалы, применяемые при возведении или изготовлении разнообразных строительных конструкций.

Материалами специального назначения являются огнеупорные, химически стойкие, акустические, тепло и гидроизоляционные. 
        По происхождению строительные материалы подразделяют на природные и искусственные.

Природными материалами являются древесина, горные породы (природные камни), торф, природные битумы и асфальты и др.

Эти материалы получают из природного сырья путем несложной обработки без изменения их первоначального строения и химического состава.  
        К искусственным материалам относят кирпич, цемент, железобетон, стекло и др.

Их получают из природного и искусственного сырья, побочных продуктов промышленности и сельского хозяйства по специальным технологиям.  
        Искусственные материалы отличаются от исходного сырья как строением, так и по химическому составу, что обусловлено коренной переработкой его в заводских условиях. Например, из размокающей в воде глины после формования, сушки и обжига получают водостойкую, прочную и долговечную керамику - кирпич, черепицу, трубы, плитки и т. п.

По технологическому признаку материалы подразделяют, учитывая вид сырья, из которого получают материал, и вид изготовления, на следующие группы. 
        Природные каменные материалы и изделия — получают из горных пород путем их механической обработки — стеновые блоки и камни, облицовочные плиты, детали архитектурного назначения, бутовый камень для фундаментов, щебень, гравий, песок и др.

Керамические материалы  и изделия — получают из глины с добавками путем формования, сушки и обжига — кирпич, керамические блоки и камни, черепица, трубы, изделия из фаянса и фарфора, плитки облицовочные и для настилки полов, керамзит (искусственный гравий для легких бетонов) и др. 
        Стекло и другие материалы и изделия из минеральных расплавов — оконное и облицовочное стекло, стеклоблоки, стеклопрофилит (для ограждений), плитки, трубы, изделия из ситаллов и шлакоситаллов, каменное литье. 
        Неорганические вяжущие вещества — минеральные, преимущественно порошкообразные, материалы, образующие при смешивании с водой пластичное тесто, со временем приобретающее камневидное состояние — цементы различных видов, известь, гипсовые вяжущие и др.

Бетоны — искусственные каменные материалы, получаемые из смеси вяжущего, воды, мелкого и крупного заполнителей.

Основной вид бетона — цементный, состоящий из цемента, воды, песка и щебня или гравия.

Бетон со стальной арматурой  называют железобетоном, он хорошо сопротивляется не только сжатию, но и изгибу и растяжению.  
Бетоны используют для изготовления монолитных и сборных конструкций. 
        Строительные растворы — механические смеси, состоящие из вяжущего, воды и мелкого заполнителя, со временем переходящие из тестообразного в камневидное состояние — применяют для каменных кладок, настилки плиток, различных штукатурок, формования изделий, заделки стыков в конструкциях.

Искусственные необожженные каменные материалы — получают на основе неорганических вяжущих и различных заполнителей — силикатный кирпич, гипсовые и гипсобетонные изделия, асбестоцементные изделия и конструкции, силикатные бетоны.

К этой группе материалов можно отнести как цементные  бетоны, так и строительные растворы.

Древесные материалы  и изделия — получают в результате механической обработки древесины — круглый лес, пиломатериалы заготовки для различных столярных изделий, паркет, фанера, плинтусы, поручни, дверные и оконные блоки, клееные конструкции.

Металлические материалы — наиболее широко применяемые в строительстве черные металлы (сталь и чугун), стальной прокат (двутавры, швеллеры, уголки), сплавы металлов, особенно алюминиевые.  
        Стальной прокат применяют для возведения каркасов промышленных и гражданских зданий, мостов, для изготовления арматурной стали для железобетона, кровельной стали, труб, а также различных металлических изделий, гвоздей, болтов, заклепок.

Из чугуна отливают колонны, трубы и фасонные детали к ним, отопительные радиаторы, архитектурно-художественные изделия. Сплавы металлов широко используют в качестве конструкционных и отделочных материалов. 
        Органические вяжущие вещества и материалы на их основе — битумные и дегтевые вяжущие, кровельные и гидроизоляционные материалы — рубероид, пергамин, изол, бризол, гидроизол, толь, приклеивающие мастики, асфальтовые бетоны и растворы.

Полимерные материалы  и изделия — группа материалов, получаемых на основе синтетических полимеров (термопластических и термореактивных смол),— линолеумы, релин, синтетические ковровые материалы, плитки, древеснослоистые пластики, стеклопластики, декоративно-отделочные пленки, трубы, герметизирующие материалы, пенопласты, поропласты, сотопласты; материалы этой группы отличаются высокими механическими, декоративными, технологическими свойствами, а также водо- и химической стойкостью.

2. Свойства  строительных материалов

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

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

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

Свойства строительных материалов и изделий классифицируют на четыре основные группы:

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

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

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

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

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

Физические свойства строительных материалов.

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

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

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

Пористый материал содержит и открытые, и закрытые поры

Гидрофизические свойства стройматериалов.

1. Водопоглощение пористых материалов определяют по стандартной методике, выдерживая образцы в воде при температуре 20±2 °C. При этом вода не проникает в закрытые поры, то есть водопоглощение характеризует только открытую пористость. При извлечении образцов из ванны вода частично вытекает из крупных пор, поэтому водопоглощение всегда меньше пористости. Водопоглощение по объёму Wo (%) — степень заполнения объёма материала водой: Wo=(mв-mc)/Ve*100, где mв — масса образца материала, насыщенного водой; mc — масса образца в сухом состоянии. Водопоглощение по массе Wм (%) определяют по отношению к массе сухого материала Wм=(mв-mc)/mc*100. Wo=Wм*γ, γ — объемная масса сухого материала, выраженная по отношению к плотности воды (безразмерная величина). Водопоглощение используют для оценки структуры материала с помощью коэффициента насыщения: kн = Wo/П. Он может меняться от 0 (все поры в материале замкнутые) до 1 (все поры открытые). Уменьшение kн говорит о повышении морозостойкости.
2. Водопроницаемость — это свойство материала пропускать воду под давлением. Коэффициент фильтрации kф (м/ч — размерность скорости) характеризует водопроницаемость: kф=Vв*а/[S(p1-p2)t], где kф=Vв — количество воды, м³, проходящей через стенку площадью S = 1 м², толщиной а = 1 м за время t = 1ч при разности гидростатического давления на границах стенки p1 — p2 = 1 м вод. ст.
3. Водонепроницаемость материала характеризуется маркой W2; W4; W8; W10; W12, обозначающей одностороннее гидростатическое давление в кгс/см², при котором бетонный образец-цилиндр не пропускает воду в условиях стандартного испытания. Чем ниже kф, тем выше марка по водонепроницаемости.
4. Водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения kp = Rв/Rс, где Rв — прочность материала насыщенного водой, а Rс — прочность сухого материала. kp меняется от 0 (размокающие глины) до 1 (металлы). Если kp меньше 0,8, то такой материал не используют в строительных конструкциях, находящихся в воде.
5. Гигроскопичность — свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из воздуха. Процесс поглощения влаги из воздуха называется сорбцией, он обусловлен полимолекулярной адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией. С повышением давления водяного пара (то есть увеличением относительной влажности воздуха при постоянной температуре) возрастает сорбционная влажность материала.
6. Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия воды в материале, количеством поглощённой воды и интенсивностью всасывания. Уменьшение этих показателей отражает улучшение структуры материала и повышение его морозостойкости.
7. Влажностные деформации. Пористые материалы при изменении влажности меняют свой объём и размеры. Усадка — уменьшение размеров материала при его высыхании. Набухание происходит при насыщении материала водой.

Теплофизические свойства стройматериалов.

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

Морозостойкость строительных материалов.

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

Механические свойства строительных материалов.

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

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

Остаточная деформация — пластичная деформация.

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

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

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

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

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

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

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

3. Древесные материалы и изделия

Группа древесных материалов, благодаря науке и технике, уже  не могут быть однозначно и полностью  названы природными материалами. Сегодня древесные материалы это, как правило не просто механически обработанная натуральная древесина, а древесина, подвергнутая сложной технологической (химической, термической, физико-механической) обработке, это нередко композиционные материалы, в которых натуральная древесина - лишь один из основных ингредиентов смеси или слоистой конструкции. Такие древесные материалы обладают по сравнению с натуральной древесиной значительно улучшенными эксплуатационными свойствами: повышенной прочностью, огнестойкостью, стойкостью к гниению, при необходимости менее анизотропны и т.д. В зависимости от способа изготовления древесные материалы подразделяют на древесину прессованную, пропитанную, слоистую клееную, древесные пластики и плиты (ДСП и ДВП).

Материалы из древесины, сохранившие ее природную физическую структуру и химический состав, называют лесоматериалами. Их подразделяют на необработанные и обработанные.

Необработанные лесоматериалы  представляют собой продукцию лесозаготовительной  промышленности, получаемую из спиленных деревьев путем очистки от ветвей и разделения поперек ствола на части требуемой длины. Поскольку поперечное сечение этих материалов имеет форму, близкую к кругу, их называют круглыми.

Круглые лесоматериалы  в строительстве применяют весьма ограниченно, а используют, в основном, как сырье для лесопильной, фанерной, целлюлозно-бумажной, лесохимической и других отраслей промышленности. Материалы, выработанные из круглого леса и сохранившие природную структуру и свойства древесины, относят к группе обработанных лесоматериалов.

Из хвойных пород  в строительстве наиболее широко применяют лиственницу, сосну, ель; из лиственных - дуб, березу, бук, осину, липу. Лиственные породы особенно многочисленны  и разнообразны по свойствам. Наиболее распространенные хвойные породы по сравнению с лиственными имеют древесину лучшего качества, хорошую прямизну и длину ствола. Их используют в строительстве гораздо больше, чем лиственные породы.

Во всяком дереве различают  следующие основные части: крону (ветви  с листьями), ствол и корни. Каждая из них выполняет определенные функции, необходимые для жизни дерева. Главную часть дерева и его основную массу (50-90% от объема) составляет ствол, являющийся основным сырьем для производства всех видов древесных строительных материалов. Изучая разрезы ствола дерева по трем направлениям - поперечному, проходящему перпендикулярно оси ствола; радиальному, проходящему вдоль ствола через его ось; тангенциальному, проходящему вдоль ствола по хорде поперечного сечения, - можно получить достаточно полное знакомство с макроструктурой древесины, хорошо видимой при небольшом увеличении или даже невооруженным глазом.

Неправильное строение древесины (наряду с повреждениями  и заболеваниями) относят к порокам, снижающим ее качество и, в первую очередь механические свойства. Количество пороков определяет и сам сорт древесины.

Пороки древесины:

1. Наличие сучков - круглых и овальных, групповых, сросшихся и несросшихся.
2. Трещины - могут появляться как в процессе роста дерева, так и в технологическом процессе.
3. Пороки формы ствола - сбежемость, кривизна или эксцентричность ствола, наросты, грибковые поражения, плесень на стволе, цветная заболонь, домашняя (белая) плесень, химические окрасы.
4. Поражение насекомыми.
5. Технологические пороки-трещины, искривления.

Свойства древесины, как функциональные, так и эстетические, определяются структурой и составом различные ее пород. Свойства древесины одной и той же породы различаются в зависимости от возраста дерева, места и условий его роста, влажности древесины и т.д. В свою очередь, физические и механические свойства древесины определяют способы ее заготовки и переработки в строительные материалы и изделия, области применения и условия эксплуатации деревянных конструкций. Важнейшие физические свойства древесины: плотность (в воздушно-сухом состоянии), влажность, проницаемость для жидкостей и газов, запах, текстура, цвет, блеск и др. Эстетические характеристики древесины играют немаловажную роль в определении областей ее применения как декоративно-отделочного материала. А в случае применения древесины как конструкционного материала первостепенное значение приобретают ее механические свойства: прочность на растяжение и сжатие (вдоль и поперек волокон), статический изгиб, сдвиг, модуль упругости, сопротивление ударному изгибу, твердость и др. Важными являются и такие технологические свойства древесины, как легкость обработки механическими (режущими и абразивными) инструментами, способность удерживать металлические крепления, хорошая склеиваемость и окрашиваемость, способность к загибу и т.п. Влага, содержащаяся в древесине, делится на 2 вида: свободную (находится в межклеточном пространстве) и связанную (вход. в химический состав). Удаление связанной влаги приводит к усушке древесины.

Положительные свойства древесины:

1. Низкая плотность.
2. Относительная прочность.
3. Легкость обработки.
4. Возможность воспроизводства.
5. Химическая стойкость.
6. Возможность изготовления конструкций самых разнообразных конфигураций.
7. Низкий коэффициент теплопроводности.
8. Относительно высокая огнестойкость.
9. Технологичность.

Основные недостатки древесины:

1. Гниение.
2. Горение.
3. Гигроскопичность.
4. Большая деформативность.
5. Низкий модуль упругости

Технология изготовления материалов из древесины:

1. Заготовка - деление на кряжи, распиловка вдоль ствола, сушка древесины.
2. Изготовление конструкций.

Изделия из древесины  эффективно применяются в промышленном, сельском и гражданском строительстве, при возведении различных несущих  конструкций, при изготовлении стандартных  малоэтажных домов и т.д.

Способы защиты древесины от разрушения и возгорания:

1. Пропитка петролатумом, повышающая сопротивление древесины загниванию и действию агрессивных сред.
2. Применение гирофобизаторов, повышающих огнестойкость древесины.
3. Если древесина находится в условиях часто изменяющейся влажности, целесообразно применять гидрофобизирующие антисептики-вещества, защищающие от увлажнения и поражения грибами и насекомыми.
4. Защите древесины от увлажнения, загнивания, других нежелательных воздействий, способствует применение покрытий-олиф, масляных красок, лаков и синтетических эмалей.
5. Для защиты деревянных конструкций от огня, применяются конструкционные и химические методы.
6. Существенно повышается огнестойкость древесины, обработанной антипиренами методом глубокой пропитки.
7. Применение фосфатных пропиток, покрытий и т.д.

4. Стекло. Изделия из стекла

Стекло - твердый, аморфный материал, получаемый в результате охлаждения минеральных расплавов.

Из стекла изготовляют  несущие, ограждающие и отделочные конструкции.

Стекло имеет следующие  свойства:

1. Светопрозрачность.
2. Солнцезащитность.
3. Высокую прочность (несмотря на хрупкость).

Сырье: кварц, песок, сода, мел, доломит, известняк. Для получения  стекла с определенными свойствами в него вводят осветлители, обесцвечиватели, красители. Осветлители попадая в стекломассу при нагревании превращаются в газ и в виде пузырьков выводят из стекломассы примеси. Обесцвечиватели вводят для устранения сине-зеленого или желто-коричневого оттенка у стекла. Красители - как правило, используют окислы металлов или металлы в виде порошка. Красители делятся на молекулярные и коллоидные. Молекулярные - растворены в стекломассе, при повторном нагревании стекла его цвет не меняется. Например - сурик, охра. Коллоидные растворы - частицы металла распределены по стекломассе. В основном применяют золото, серебро и медь.