СКлассификация строительных материалов

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.