Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Основные физико-механические свойства строительных материалов. Природные каменные материалы. Классификация, основные свойства и применение

1. Общие сведения о строительных материалах

строительный камень минерал прочность

Строительные материалы составляют более 50 % от общей сметной стоимости строительства. Поэтому при возведении зданий и сооружений необходимо учитывать свойства строи тельных материалов, их экономическую целесообразность и техническую обоснованность использования.

Материалы, применяемые в строительном производстве, подразделяются на отдельные группы по своему происхождению, строению, составу, особым свойствам, назначению области применения.

Строительные материалы могут быть природные - естественные (лесные, каменные плотные, пористые, рыхлые, горные породы, гравий, песок, глина и т. д.) и искусственные (вяжущие материалы -- цемент, известь; искусственные камни -- кирпич, блоки; растворы, бетоны, керамические изделия, металлы, тепло- и гидроизоляционные материалы, краски, лаки и многие другие материалы на полимерной основе).

На строительные материалы, изготовляемые предприятиями, существуют Государственные стандарты -- ГОСТы и технические условия -- ТУ. В стандартах приведены основные сведения о строительном материале, дано его определение, указаны сырье, области применения, классификация, деление на сорта и марки, методы испытания, условия транспортирования и хранения.

Номенклатура и технические требования к строительным материалам и деталям, их качеству, указания по выбору и применению в зависимости от условий эксплуатации возводимого здания или сооружения изложены в Строительных нормах и правилах -- СНиПах.

Для правильного применения того или иного материала к строительстве необходимо знать физические, механические и другие свойства. Показатели свойств строительных мате риалов устанавливают лабораторными испытаниями образцов, отобранных в установленном порядке.

Физические свойства строительных материалов

К физическим свойствам строительных материалов относят массу, истинную и среднюю плотность, пористость, водопоглощение, водоотдачу, влажность, гигроскопичность, водопрони цаемость, морозостойкость, воздухо-, паро- и газопроницаемость, теплопроводность и теплоемкость, огнестойкость.

Истинная плотность -- отношение массы материала т к его абсолютному объему (без пор и пустот).

Средняя плотность -- физическая величина, определяемая отношением массы образца материала к его объему, включая поры и пустоты

Средняя плотность не является величиной постоянной и изменяется в зависимости от пористости материала. Искусственные материалы получают с необходимой средней плотностью. Например, меняя пористость, получают бетон тяжелый со средней плотностью 1800...2500 кг/м3 или легкий со средней плотностью 500...1800 кг/м3.

Пористость -- степень заполнения объема материала порами.

Плотность и пористость оказывают существенное влияние на такие свойства материалов, как водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность и др.

Водопоглощение -- способность впитывать и удерживать в порах воду. Оно выражается обычно в процентах и определяется по массе или объему.

Водопоглощение материала в большинстве случаев меньше пористости, так как вода не проникает в замкнутые поры, а в пустотах не удерживается. Например, пористость ракушечника составляет 40...65%, а водопоглощение--только 20... ...30 % по объему.

Влагоотдача -- способность материала отдавать влагу окружающей среде. Это свойство характеризуется скоростью потери влаги материалом в сутки при относительной влажности воздуха 60 %.

Гигроскопичность -- свойство пористых материалов отдавать и поглощать определенное количество воды при повышении влажности окружающего воздуха. Дерево и некоторые теплоизоляционные материалы благодаря гигроскопичности могут поглощать большое количество воды. При этом увеличивается их масса, снижается прочность, изменяются раз меры. Поэтому в некоторых случаях для деревянных конструкций приходится применять специальные защитные покрытия. Большая гигроскопичность является отрицательным свойством материалов.

Водонепроницаемость-- способность материала пропускать воду под давлением. К водонепроницаемым материалам относятся особо плотные материалы (битум, стекло, сталь) и плотные материалы с замкнутыми мелкими порами (бетон специально подобранного состава и др.).

Морозостойкость -- способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать попеременно многократные замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения. При этом прочность морозостойкого материала понижается незначительно. Отсутствие необходимой морозостойкости вызывает разрушение материалов и конструкций.

По числу циклов замораживания и оттаивания строительные материалы делят на марки: Р 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150 и более.

Теплопроводность -- количество теплоты, проходящей через испытуемый материал толщиной 1 м, площадью 1 м2 за 1 ч при разности температур по обе стороны материала в 1 °С. Теплопроводность материала имеет большое значение при расчете ограждающих наружных конструкций зданий, как отапливаемых, так и искусственно охлаждаемых, например холодильниках. В этих случаях при меняют материалы с возможно меньшим значением теплопроводности.

Огнестойкость -- способность материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур. По степени огнестойкости строительные материалы можно разделить на три группы: несгораемые (бетон, кирпич, металл), трудносгораемые (асфальт, фибролит), сгораемые (дерево, рубероид, пластмассы, краски).

Огнеупорность -- свойство материалов выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не расплавляясь и не деформируясь. По степени огнеупорности материалы делятся на три группы: огнеупорные, тугоплавкие, легкоплавкие.

К некоторым строительным материалам могут предъявляться специальные требования коррозионной, химической стойкости, паро- и газонепроницаемости и т. д. Наличие этих требований зависит от конструктивных особенностей зданий и сооружений.

2. Механические свойства строительных материалов

Прочность -- свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних нагрузок. Прочность материала характеризуется пределом прочности (при сжатии, изгибе, растяжении).

Прочность строительных материалов обычно характеризуется маркой или классом, которые соответствуют по величине пределу прочности при сжатии, полученной при испытании образцов.

Упругость -- способность материала изменять свою форму под нагрузкой и принимать после прекращения нагрузки первоначальную форму. Это положительное свойство материалов. Примером упругих материалов могут служить сталь,

Пластичность -- способность материала изменять под действием внешних сил свою форму, размеры и сохранять их после прекращения действия внешних сил. Это свойство противоположно упругости. Примером пластичных материалов служит свинец, глиняное тесто, нагретый битум.

Хрупкость -- способность материала разрушаться внезапно под действием внешних сил. К хрупким материалам относятся чугун, природные и искусственные каменные мате риалы, стекло и др.

Ударная прочность -- способность материала сопротивляться в условиях эксплуатации ударным нагрузкам. Обычно конструкции подвергаются нагрузке, прилагаемой к материалу без удара (статической нагрузке). В некоторых случаях материалы в конструкциях подвергаются и ударным воздействиям (динамической нагрузке), например в фундаментах кузнечных молотов, в полах, бункерах, дорожных покрытиях и др. Пределом прочности материала при ударе называется количество работы, затраченной на разрушение стандартного образца.

Твердость -- способность материала сопротивляться прониканию в него иного, более твердого материала. Твердость металлов, древесины и бетона определяют вдавливанием в них стального шарика под определенной нагрузкой, по диаметру отпечатка измеряют твердость материала.

Истираемость -- способность материала изменяться в объеме и массе при действии истирающих усилий. Истираемость имеет большое значение для тех материалов, которые и процессе эксплуатации, подвергаются истирающему воздействию, например материалы для полов, лестниц, дорожные покрытия.

3. Каменные материалы и изделия из них

Минералы и горные породы

В строительной практике достаточно широко используют в качестве строительных материалов горные породы, обладающие необходимыми строительными свойствами -- прочностью, морозостойкостью, долговечностью, теплопроводностью и т. д. У нас в стране имеются богатейшие месторождения природных каменных материалов.

Минералом называется природное химическое вещество, образовавшееся в результате различных физико-химических процессов, происходящих в земной коре, и имеющее приблизительно однородный состав и физические свойства.

В природе насчитывается более 2000 минералов, но породообразующих -- около 50. Основными породообразующими минералами является кварц, полевые шпаты, карбонаты, сульфаты, слюды, железисто-магнезиальные минералы.

По химическому составу минералы условно делятся на пять групп: кварц, алюмосиликаты, железисто-магнезиальные силикаты, карбонаты и сульфаты. Широко распространенными в земной коре минералами являются: кварц или кристаллический кремнезем, глинозем. Свободный глинозем в природе встречается редко. В составе большинства минералов он входит в виде химических соединений с кремнеземом и другими окислами. К группе алюмосиликатов относятся полевые шпаты и слюды. Породообразующие карбонатные минералы -- кальцит, магнезит, доломит, сульфатные минералы, гипс и ангидрид образуют мономинеральные горные породы одноименных названий.

Горной породой называют минеральную массу, состоящую из одного (мономинеральная порода) или нескольких минералов (полиминеральная порода). В зависимости от условий образования горные породы делятся на три основных вида: изверженные (первичные), осадочные (вторичные) и метаморфические (видоизмененные). Изверженные горные породы в свою очередь делятся на глубинные, излившиеся и обломочные.

Глубинные горные породы (гранит, диорит, лабрадорит, габбро, сиенит) образовались в результате медленного остывания магмы в толще земной коры и характеризуются большой плотностью, высокой прочностью и малым водопоглощением. Излившиеся горные породы (порфиры, диабаз, базальт, андезит, трахит) образовались при быстром остывании магмы, излившейся на поверхность земли, и в зависимости от времени остывания имеют мелкозернистое, скрытокристаллическое, или аморфное, строение с плотной или пористой структурой. Обломочные горные породы образовались из мельчайших частиц раздробленной лавы, выброшенной на поверхность земли при извержении вулканов. Обломочные породы в свою очередь подразделяются на рыхлые (вулканический пепел, вулканический песок, пемза) и сцементированные (вулканические туфы) породы.

Осадочные горные породы разделяют на: обломочные (песок, гравий, глина, песчаник); химические (ангидрит, гипс, доломит, магнезит, мергель); органогенные (плотный известняк, известняк-ракушечник, мел, трепел, диатомит).

Метаморфические (видоизмененные) горные по роды -- это гнейсы, глинистые сланцы, мраморы и кварциты.

4. Природные каменные материалы и изделия из них

Основными свойствами природных каменных материалов являются плотность, пористость, предел прочности при сжатии, морозостойкость и коэффициент размягчения. По величине показателей этих свойств оценивают качество каменных материалов и определяют их марки.

По плотности каменные материалы делят на тяжелые, плотностью более 1800 кг/м3 и легкие -- менее 1800 кг/м3. Но пределу прочности при сжатии установлены марки: для тяжелых каменных материалов -- 100, 125, 150, 200, 300. 400, 500, 600, 800 и 1000; для легких -- 4, 7. 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150 и 200. По степени морозостойкости установлены марки от 10 до 500 и более.

В зависимости от назначений к каменным материалам предъявляют дополнительные требования: стойкость к истиранию, износу, цвету, текстуре и др. Камни природные и мелкие блоки изготовляют из известняков, вулканических туфов и других горных пород с плотностью 2200 кг/м3, пределом прочности при сжатии не менее 2,5 МПа, морозостойкостью не менее 15. В зависимости от способа изготовления и точности обработки их формы прироные камни разделяют на: пиленые, чистой тески, получистой тески, грубой тески, грубооколотые, камень бутовый Камень бутовый добывают, главным образом, из осадочных плотных пород (плотные известняки, доломит, песчаник) и реже из изверженных пород. Предел прочности бутового камня не ниже 10 МПа, масса отдельных камней 15...40 кг. Отходы при изготовлении бутового камня и рваный бутовый камень перерабатывают на щебень.

Крупные блоки из природного камня выпиливают из массивных горных пород: известняка, туфа, доломита, песчаника и др. Наибольшее распространение получили крупные блоки из известняка с пределом прочности 2,5...10 МПа и плотностью 1500...1800 кг/м3. Размеры блоков и номенклатура установлены ГОСТом. Блоки выпускают для двух-, трех- и четырехрядной разрезки для стен жилых и общественных зданий и многорядной -- для промышленного строительства.

Облицовочные плиты изготовляют из гранита, сиенита, диорита, габбро, лабрадорита, кварцита, известняка, туфа, песчаника, мрамора. Для специальных сооружений применяют облицовочные плиты из базальта и диабаза. Из природного камня кроме облицовочных плит изготовляют профильные детали. Фактура лицевых поверхностей -- абразивная (полированная, лощеная, шлифованная, бороздчатая).

Природные пески широко применяют в строительстве в естественном состоянии, а также в качестве заполнителя для строительных растворов и бетонов.

Пески разделяют на тяжелые -- плотностью более 1200 кг/м3 и легкие (пористые) -- плотностью менее 1200 кг/м3. Тяжелый природный песок -- продукт естественного разрушения горных пород и по зерновому составу делится на крупный с размером зерен 2,5...5 мм, средний -- 2,5...2, мелкий -- 2...1,5 и очень мелкий -- 1.5...1 мм. В песке не должно содержаться по массе более 1 % слюды, 2 % сернокислых соединений, 3 % пылевидных частиц.

Гравий -- продукт естественного разрушения горных пород и представляет собой смесь каменных зерен округлой I формы размером 5...70 мм.

Что такое горная порода. Что такое минерал. На какие виды делятся все горные породы. Назовите основные виды камен ных материалов, которые применяются в строительстве. Какие изделия применяются в строительстве из естественных камней

5. Минеральные вяжущие вещества

Классификация вяжущих материалов

Вяжущими материалами называются вещества, которые при затворении водой переходят из жидкого или тестообразного состояния в твердое, связывая при этом смешанные с ними мелкие или крупные частицы и образуя искусственный камень. Твердение большинства вяжущих веществ основано на физико-химических процессах, происходящих между частицами вяжущих и жидкостью, которой они затворяются. Вяжущие материалы (цемент, гипс, известь и др.) необходимы для приготовления строительных растворов, бетона и железобетона.

В зависимости от основного сырья, применяемого для производства вяжущих материалов, они делятся на: минеральные -- цемент, гипс, известь; сырьем для их производства служат различные горные породы; органические -- битумы, дегти, растительные и животные клеи, синтетические смолы; основным сырьем для их производства служат органические вещества растительного и животного происхождения. Вяжущие минерального происхождения чаще применяют в строительстве, чем органические.

В зависимости от применения в строительстве минеральные вяжущие материалы можно разделить на два вида -- воздушные и гидравлические. Воздушные вяжущие материалы (гипс, воздушная известь, магнезиальные вяжущие и растворимое стекло и др.) могут твердеть, увеличивать и сохранять свою прочность только на воздухе в сухих местах.

Гидравлические вяжущие (гидравлическая известь и большинство цементов) обладают свойством твердеть, увеличивать и сохранять свою прочность не только в воз душной сухой среде, но и в воде.

Гидравлические вяжущие применяются в надземных и подземных частях зданий и сооружений при любой влажности и в гидротехнических сооружениях.

Воздушные и гидравлические вяжущие

Известь воздушная -- вяжущее, получаемое обжигом известняков при температуре 1000...1200С, с содержанием глинистых примесей не более 6 %. По скорости гашения известь подразделяется на быстрогасящуюся (менее 20 мин) и медленногасящуюся (более 20 мин). Из воздушной извести приготовляют строительные кладочные растворы, применяемые в сухих условиях, растворы для побелки, а также ее используют в производстве силикатных автоклавных изделий и в качестве составляющего при изготовлении известково-пуццолановых и известково-шлаковых вяжущих.

Гипсовые вяжущие относятся к воздушным вяжущим мате риалам. Получают гипс путем термической обработки гипсового камня при температуре 150...160С. При этом образуется низкообжиговый строительный и высокопрочный гипс. Если гипсовый камень обжечь при температуре 700...900С, он полностью теряет химически связанную воду, в результате образуется ангидритовое вяжущее и высокообжиговый гипс.

Растворимое стекло представляет собой воздушное вяжущее, получаемое при сплавлении в стекловаренных печах чистого кварцевого песка с содой или поташом с последующим растворением паром до консистенции вязкого раствора. По составу оно бывает натриевое и калиевое. Из натриевого жидкого стекла приготовляют жароупорные бетоны и растворы, огнезащитные обмазки, а из калиевого жидкого стекла -- силикатные краски, кислотостойкие бетоны и растворы.

Известь гидравлическую получают путем обжига до спекания мергелистых известняков, содержащих 6...20 % глинистых примесей, и выпускают ее в порошкообразном виде. Применяют для строительных растворов, изготовления силикатного кирпича.

Размещено на Allbest.ru