Свойства строительных материалов
Тема 9
«ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА, ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ»
1. Свойства строительных материалов.
2. Классификация строительных материалов.
3. Природные каменные материалы.
4. Керамические строительные материалы.
5. Стекло и изделия из стекла.
6. Основы технологии бетона и железобетона.
7.Основы технологии производства древесных строительных материалов.
Классификация строительных материалов
Строительные материалы и изделия классифицируют по ряду признаков:
• по происхождению (природные, или естественные (гранит, песок и др.) и искусственные (керамика, стекло и др.);
• по химическому составу (минеральные (металлы и сплавы на их основе, цемент и т.д.) и органические (древесина, полимеры и т.д.);
• по назначению (конструкционные, вяжущие, отделочные, теплоизоляционные, для полов, для остекления и др.).
Как правило, минеральные материалы отличаются высокой плотностью, прочностью, морозостойкостью, химической и огнестойкостью. Коэффициент теплопроводности таких материалов выше, чем органических. Их применяют для изготовления конструкционных элементов и деталей.
Органические материалы, за исключением древесных, в большинстве случаев не обладают высокой прочностью и огнестойкостью, поэтому их используют в качестве теплоизоляционных, отделочных, кровельных.
Природные каменные материалы
Общие сведения.Сырьем для получения природных каменных материалов служат горные породы.
Горные породы ‑ это значительные по объему скопления минералов в земной коре, образовавшиеся под влиянием одинаковых условий. При этом выделяют:
- магматические породы (первичные);
- осадочные породы (вторичные);
- метаморфические(видоизмененные) породы.
Минералы‑ это вещества, являющиеся продуктами физико-химических процессов, происходящих в земной коре, и обладающие определенным химическим составом, однородным строением и характерными физическими свойствами. В природе известно несколько тысяч минералов, но в образовании горных пород участвуют лишь около 50, их называют породообразующими. Горные породы могут состоять из одного минерала (мономинеральные) или нескольких (полиминеральные).
Природные каменные материалы и изделия получают путем механической обработки горных пород, т. е. дробления, раскалывания, распиловки, отески, шлифовки (щебень, плиты, штучные камни, архитектурно-декоративные детали) или даже без обработки (песок, гравий). Свойства горной породы, из которой они получены, сохраняются почти полностью. Строительные свойства горных пород и каменных изделий из них в значительной степени определяются химическим составом и физическими и механическими свойствами породообразующих минералов.
Большое влияние на свойства пород оказывает и их строение (структура), предопределяемое условиями образования каждой группы пород. Поэтому для оценки свойств и определения целесообразных условий обработки и применения природных материалов в строительных конструкциях необходимо познакомиться с составом и строением горных пород, из которых они получены. Знание этих вопросов важно и потому, что горные породы широко используют также в промышленности строительных материалов в качестве сырья для изготовления вяжущих веществ (извести, гипса, цемента), искусственных каменных материалов (керамических, теплоизоляционных, бетонов и др.).
С появлением искусственных каменных материалов (бетона и керамики) и индустриальных методов возведения зданий роль природного камня в строительстве значительно изменилась. В настоящее время его в основном используют в качестве заполнителя в бетонах, как сырье для получения керамики, вяжущих веществ, минеральной ваты, а также для облицовки зданий и инженерных сооружений, как местный строительный материал для кладки стен.
Стекло и изделия из стекла
Классификация материалов и изделий из стекла. Прозрачность стекла, но высокая механическая прочность, химическая стойкость, водо-и газонепроницаемость к механической обработке позволяет использовать стекло в различных конструкциях зданий и сооружений.
Стекло используют не столько для остекления окон, дверей, но и как эффективный строительный, отделочный и теплоизоляционный материал.
В зависимости от назначения выделяют следующие группы материалов и изделий из стекла:
· материалы для заполнения проёмов зданий и сооружений; наиболее обширная группа, которая включает: листовые стекла различных видов; стеклопакеты;
· материалы для строительных конструкций: профильное стекло; стеклоблоки;
· облицовочные и обделочные материалы: стеклянные плитки облицовочные; смальта; стемалит;
· теплоизоляционные материалы: пеностекло; стекловата; стекловолокно;
Сырье для производства стекла. Стекло, применяемое в строительстве, ─ это силикатное стекло, составляющие элементы которого: окись кремния, окись алюминия, окись магния, окись кальция, окись натрия.
Сырьевые материалы для производства стекла:
Ø главные (окись кремния) ─ вводятся в стекломассу в виде природных соединений;
Ø вспомогательные ─ для ускорения варки стекла и придания природных соединений;
Производство стеклянных изделий.Производство стекла включает следующие операции:
a) подготовка сырьевых материалов;
b) приготовление стекольной шихты;
c) варка стекла;
d) формирование изделий;
e) отжиг отформованных изделий;
Сырьевые материалы дробятся, на автоматических весах взвешиваются в определенной пропорции, затем перемешиваются. Таким образом, получают шихту. Основное требование к шихте ─ высокая степень однородности.
Стекловарение ─ главная операция стекольного производства. Для этого применяют периодические и непрерывно действующие ванные печи, производительностью до 600 тонн в сутки.
Формирование стеклянных изделий из расплавленной стекломассы называют выработкой.
Для формирования листового стекла применяют лодочный способ, при котором стекловая масса выдавливается через щель погруженного в расплавленное стекло параллелепипеда (лодочки) и формируется вальцами.
Следующий способ формирования листового стекла называется флоат-процесс. Состоит в том, что стекло поступает в прокатную машину, затем по наклонной плите на зеркальную поверхность расплавленного олова. После остывания стекло подвергается отжигу. Для этого стекло нагревают до температуры 400-600°C и медленного охлаждают.
Основные виды стекловых изделий. Изделия из стекла отличаются огромным разнообразием. Основной материал ─ листовое стекло, выпускаемое в широком ассортименте. Это обычное оконное, витринное стекло, полированное и неполированное, армированное стекло, узорчатое, трехслойное стекло.
В общем выпуске листовое оконное занимает ≈ 90%. Из обычного листового стекла изготавливают закаленное стекло. Для этого нагревают до температуры 600-700°С и равномерно охлаждают на воздухе. Увеличиваются прочностные характеристики стекла. Резать такое стекло нельзя. При разрушении образуются мелкие кусочки с тупыми кромками.
Трёхслойное стекло (триплекс) получают путем склеивания 2-ух или 3-ех листов обычного стекла с помощью целлюлоида, ацетилцеллюлозы, автоклаба. Трёхслойное стекло обладает высокой прочностью. При разрушении образуются трещины, а осколки удерживаются промежуточным слоем. Выпускаются в виде листов заданных размеров и форм (применяются для остекления салонов автобусов, автомобилей).
Армированное стекло ─ в котором, по его поверхности закатанная металлическая сетка с ячейками различной формы (применяются для остекления лестничных клеток, промышленных зданий).
Узорчатое стекло имеет на одной из поверхностей рельефный узор глубиной 0,5-1 мм. Оно может быть бесцветным или цветным. Такое стекло рассеивает падающий на него свет и создаёт равномерное и мягкое осветление.
Витринное стекло ─ листовое стекло больших размеров. Оно выпускается плоское и гнутое, полированное и неполированное. Применяется при возведение зданий (Национальная библиотека).
Увиолевое стекло пропускает ультрафиолетовую часть спектра солнечного излучения, которая благотворно действует на человека, животных и растений. Указанные свойства достигаются чистотой сырьевых материалов и их химическим составом. Применяется для остекления окон в лечебных зданиях, детских учреждениях и школах, особенно на крайнем Севере или Заполярье.
Стеклопакеты представляют собой изделия, состоящие из 2-ух или более слоев стекла, соединенных между собой по контуру таким образом, что между ними образуется геометрически замкнутая прослойка, заполненная газами (СО2, инертные газы). Поэтому внутренние поверхности стеклопакетов не запотевают и не замерзают до -25°С.
Профильное строительное стекло (стеклопрофилит) представляют собой крупногабаритные изделия постоянного профиля. Применяются для устройства прозрачных ограждений, стен, кровель, в зданиях, построенных только из стекла или в сочетании с металлом, бетоном. Из профильного стекла коробчатого типа изготавливают стеклопанели.
Блоки стеклянные пустотелые состоят из 2-ух прессованных деталей: полублоков, сваренных между собой. Внутри блоков создают разряжение, улучшающие теплозащитные свойства блоков. Стеклоблоки применяют для устройства светопропускающих стен и ограждений.
Марблит ─ утолщенное, плоское стекло с огненно полированной лицевой и мелкорефленной тыльной поверхностью. Рифление тыльной поверхности обеспечивает хорошее сцепление стекла с вяжущим материалом при устройстве облицовок. Выпускают марблит различных цветов в виде палений и облицовочных плиток. Применяют для облицовки стен в помещениях с повышенной влажностью.
Стемалит ─ плоское стекло, покрытое с одной стороны эмалевой краской и подвергнутое термообработке для упрочнения и закрепления краски на поверхности. Применяют для облицовки внутренних и наружных стен.
Смальта ─ кусочки непрозрачного листового стекла различного цвета и формы. Применяются при производстве мозаичных работ (мозаика). Палитра смальты обширна (до 1000 цветови оттенков). Из неё набирают мозаичные картины, орнаментное панно при отделки зданий и сооружений.
Пеностекло имеет пористую структуру. Вырабатывается в виде плит и блоков. Пористость пеностекла ≈ 80-95%, что обеспечивает высокие теплоизоляционные качества материала. Пеностекло ─ высокая прочность, водостойкость, несгораемость, морозостойкость, хорошо поддается механической обработке. Пеностекло изготавливается из тонкоизмельченного боя-стекла. Полученную смесь нагревают, частицы стекла стекаются, а выделенные газы вспучивают стекломассу, образуя в ней большое количество замкнутых пор. При охлаждении образуется материал ячеистой структуры. Применяется в технике, химической промышленности.
Тема 9
«ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА, ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ»
1. Свойства строительных материалов.
2. Классификация строительных материалов.
3. Природные каменные материалы.
4. Керамические строительные материалы.
5. Стекло и изделия из стекла.
6. Основы технологии бетона и железобетона.
7.Основы технологии производства древесных строительных материалов.
Свойства строительных материалов
Основные свойства строительных материалов условно можно разделить на несколько групп.
К первой группе относятся их физические свойства: плотность и пористость.
Плотность (ρ, кг/м3)‑ величина, определяемая отношением массы материала к занимаемому им объему.
Пористостьхарактеризуется отношением объема пор к общему объему материала. Она существенно влияет на эксплуатационные и теплотехнические свойства материала. Пористость строительных материалов колеблется в очень широких пределах ‑ от О (сталь, стекло) до 90 % (плиты из минеральной ваты).
Вторую группу составляют эксплуатационные свойства, характеризующие устойчивость материала в условиях эксплуатации в зданиях и сооружениях. К ним относят главным образом следующие свойства: водопоглощение, гигроскопичность, водопроницаемость, морозостойкость.
Водопоглощениемназывается степень насыщения материала водой. Водопоглощение определяют как отношение разности масс образца материала, насыщенного водой, и абсолютно сухого к массе сухого образца (в процентах). Водопоглощение различных строительных материалов колеблется в очень широких пределах. Например, водопоглощение глиняного обыкновенного кирпича составляет 8 ‑20 % , керамических плиток ‑ не выше 2 % , тяжелого бетона - около 3 % , гранита ‑ 0,5-0,7 % и т.д.
Гигроскопичность‑ способность строительных материалов поглощать влагу из окружающей среды (обычно пары воды из воздуха). Гигроскопичность различных строительных материалов, как и водопоглощение, колеблется в очень широких пределах.
Водопроницаемостью называется способность материала пропускать воду под давлением. Водонепроницаемость зависит от плотности и строения материалов. Особо плотные материалы (например, стекло), а также материалы с замкнутыми мелкимипорами водонепроницаемы. Водопроницаемость характеризуется массой (объемом) воды, прошедшей за 1 ч через участок поверхности материала площадью 1 см2 при постоянном давлении.
Морозостойкость‑ способность материалов, насыщенных водой, выдерживать многократное переменное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного понижения прочности. Морозостойкость материала характеризуется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания.
К третьей группе относятся механические свойства строительных материалов: прочность, твердость, истираемость и др.
Прочность‑ способность материала противостоять разрушению при внешних воздействиях. На конструкции воздействуют силы тяжести тех элементов, которые они несут, температурные деформации деталей, давление ветра, воды и др. В зависимости от характера нагрузки в материале возникают деформации растяжения, сжатия, изгиба, сдвига (среза). Обычно предел прочности материалов выражается в мегапаскалях: например, торфяных плит ‑ 0,5 МПа, стали ‑ 500‑1500 МПа. Предел прочности строительного кирпича при сжатии составляет 7,5‑30 МПа, а при изгибе ‑ 1,5‑40 МПа.
Твердостьюназывается способность материала сопротивляться проникновению в него более твердого постороннего тела (индентора) в виде шарика, конуса или пирамиды. Она характеризуется отношением нагрузки к площади отпечатка, оставленного индентором, или глубиной внедрения индентора. Твердость большинства строительных материалов пропорциональна их прочности.
Истираемость‑ способность материала противостоять изнашиванию при трении. Характеризуется она потерями массы образца в течение некоторого времени. Истираемость материала зависит от его твердости. Твердость и истираемость являются одними из основных характеристик тех материалов, которые подвергаются трению (материалы для полов, лестниц и т.д.).
В четвертую группу объединены теплотехнические свойства строительных материалов, важнейшими из которых являются теплопроводность, огнестойкость и огнеупорность.
Теплопроводностьюназывается способность материала передавать тепловой поток, возникающий вследствие разности температур па поверхностях, ограничивающих материал. Теплопроводность ‑ одна из основных характеристик материалов, используемых при устройстве ограждающих конструкций зданий (наружных стен, покрытий и т.д.), ив особенности теплоизоляционных материалов. Она зависит от степени пористостиматериала, характера пор, влажности, плотности и средней температуры, при которой происходит передача теплоты.
Огнестойкость‑ способность материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур. По огнестойкости строительные материалы делятся на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.
Несгораемые материалы в открытом пламени или при высокой температуре не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются; трудносгораемые с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, горение (тление) таких материалов продолжается только при наличии источника огня, а после его удаления прекращается. Сгораемые материалы воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня.
Огнеупорность‑ свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не расплавляясь.
В пятую группу входят химические свойства, характеризующие способность строительных материалов быть химически стойкими в различных средах, не вступая с ними во взаимодействие. К важнейшим химическим свойствам относят коррозионную стойкость, окисляемость, кислотостойкость и др.
Иногда также выделяют так называемые технологические свойства строительных материалов, которые характеризуют способность материала подвергаться обработке при изготовлении из него строительных изделий.