Основные свойства строительных материалов
Строительные материалы классифицируют по техническому признаку на определенные группы.
Природные каменные материалы. Их получают из горных пород. Они обладают высокой атмосферной стойкостью, прочностью и красивой окраской. К ним относят бутовый камень, булыжный камень, гравий, щебень, песок и др.
Каменные материалы в строительстве животноводческих объектов используют как в своем первоначальном виде, так и после, соответствующей обработки. В строительстве применяют и другие горные породы: вулканические туфы, пористые известняки, известняк-ракушечник и пр. Их распиливают на камни правильной формы и используют для кладки стен малоэтажных зданий и перегородок, а получаемый из них щебень служит крупным заполнителем для получения легкого бетона. (Волков Г. К., 1982)
Керамические изделия. Такие материалы готовят из природных глин, а также из их смесей с органическими и минеральными добавками. Производство этих изделий включает три технологических этапа - формование, сушку и обжиг. Все керамические изделия разделяют на две группы - пористые (кирпич глиняный обыкновенный, пористый и пустотелый, пустотный стеновой материал, черепица кровельная, облицовочные плитки и трубы) и плотные (плитки для полов и дорожный кирпич).
Высокая прочность, долговечность и большой ассортимент этих изделий дают возможность широко использовать их при строительстве во всех частях зданий - от фундамента до кровли.
В строительстве широко применяют керамзит для утепления и производства легких бетонов; керамические трубы - для строительства канализационных сетей, особенно для отвода сточных вод. (Волков Г. К., 1988)
Неорганические вяжущие вещества. Минеральными вяжущими называют порошкообразные вещества, которые при смешивании (затворении) с водой дают пластичное тесто, способное с течением времени под влиянием физико-химических процессов затвердевать и переходить в камневидное состояние. Такое свойство вяжущих веществ используют для приготовления на их основе растворов, бетонов (смесь вяжущего с водой и заполнителем - песок, щебень, гравий), безобжиговых искусственных материалов и изделий.
По способности твердеть минеральные вяжущие вещества классифицируют на воздушные и гидравлические. Воздушные вяжущие могут затвердевать и длительно сохранять прочность только на воздухе. К ним относят воздушную известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие, а также жидкое стекло. Гидравлические вяжущие твердеют и сохраняют свою прочность как на воздухе, так и в воде. Однако начальный период твердения (процесс схватывания), как правило, должен протекать на воздухе или в среде, изолированной от воды. К гидравлическим вяжущим причисляют воздушную, гидравлическую известь, гипсовые вяжущие, жидкое стекло, портландцемент и его разновидности. (Ходанович Б. В., 1990)
Строительные растворы, бетон. Строительный раствор представляет собой смесь, которая состоит из вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя (песка). Строительные растворы разделяют по плотности на тяжелые массой более 1500 кг/м3 и легкие - с более низкой массой; по виду вяжущего - на простые с одним вяжущим (цемент, известь, гипс и др.) и смешанные (сложные) из нескольких вяжущих (цементно-известковые, цементно-глиняные); воздушные (на воздушных вяжущих) для работы в сухих условиях и гидравлические (на гидравлических вяжущих) для работы во влажных условиях. Состав раствора выражают соотношением вяжущего и песка (1:3; 1:5 и т. д.). По назначению растворов различают кладочные, используемые для кладки стен из кирпича, камня и крупных. элементов, для заполнения швов в крупнопанельных зданиях; отделочные- для штукатурки, архитектурного оформлении поверхностей; специальные - для придания поверхностям специальных свойств (водонепроницаемость, кислотостойкость и т. д.). В состав отделочно-декоративных растворов, предназначенных для отделки фасадов зданий, интерьеров, вводят дополнительные материалы, придающие раствору цвет и фактуру.
Обычный тяжелый бетон широко применяют для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций и детален, а также для возведения монолитных сооружений разного назначения. Легкие бетоны изготовляют с использованием пористых заполнителей (керамзит, шлак, пемза). Легкий бетон применяют для производства стеновых панелей, блоков, теплоизоляции покрытии и перекрытий, для сооружения настила под полы. В строительстве широкое распространение находит ячеистый бетон. В зависимости от способа образования пористой структуры его подразделяют на газобетон, когда в смесь (цемент, вода и молотый песок) включают газообразователь, и пенобетон, когда в такую смесь добавляют пену. Ячеистый бетон применяют в строительстве для теплоизоляции конструкций зданий и сооружений, оборудования и трубопроводов. Из такого бетона изготовляют ограждающие конструкции зданий и сооружений различного назначения (стеновых панелей, перегородок, плит покрытий и перекрытий и т. п.).
Железобетон - это строительный материал, в котором успешно сочетается бетон с арматурной сталью. Сборный железобетон имеет ряд преимуществ перед монолитным. В современном строительстве из предварительно напряженных железобетонных изделий применяют балки, фермы, плиты, трубы, резервуары и др. (Волков Г. К., 1988)
Безобжиговые изделия. В эту группу входят искусственные каменные необожженные изделия, которые получают из растворенных или бетонных смесей на основе минеральных вяжущих веществ в процессе их формования и последующего затвердевания. При их изготовлении в качестве заполнителей берут кварцевый песок, пемзу, шлак, золу, асбест, древесные опилки и др. Наиболее распространены ячеисто-силикатные изделия для наружных стен зданий, перегородок, для покрытия стен, фибралит, гипсовые изделия, асбоцемент, из которого делают трехслойные стеновые панели, изделия для облицовки стен и асбоцементные трубы для подземных коммуникаций.
Асбоцементные изделия огне-, морозостойки, имеют малую водо- и воздухопроницаемость. Однако они обладают повышенной хрупкостью и при неравномерном насыщении водой могут коробиться.
Древесные материалы. В строительстве используют древесину хвойных (сосна, ель, пихта, лиственница, кедр) и лиственных (дуб, бук, береза, осина, ольха) пород. Древесина как строительный материал обладает рядом положительных свойств: высокой прочностью, малой плотностью, низкой теплопроводностью, легкостью обработки, простотой скрепления отдельных элементов, высокой морозостойкостью, податливостью механической обработке, стойкостью к действию растворов солей, щелочей и органических кислот.
К недостаткам древесины как строительного материала следует отнести неоднородность строения, гигроскопичность, загниваемость и легкую воспламеняемость. Современная технология обработки древесины позволяет в значительной степени снижать указанные недостатки с помощью обработки ее антисептиками, антипирепами (огнезащитные составы), покрытия влагоизоляционными материалами, красками и обмазками.
Применяемые в строительстве лесоматериалы " подразделяют на следующие группы: круглые лесо-, пиломатериалы, изделия из лесоматериалов. Значительное место занимает строительная фанера.
Деревянные детали и изделия изготовляют в столярных цехах: комплекты оконных переплетов и дверей, перегородки, брусья для стен, детали для кровель, щитовой паркет, щиты и клееные балки, деревянные щиты (плиты).
Теплоизоляционные материалы. Это строительные изделия с малой теплопроводностью. Их применяют для утепления стен, полов, покрытий. Такие материалы имеют высокую механическую прочность, пористое строение, малую плотность и низкую теплопроводность. Все теплоизоляционные материалы по виду исходного сырья разделяют на органические и неорганические.
Органические вырабатывают из растительного сырья и отходов, которые в процессе производства подвергают измельчению, пропитке синтетическими полимерами, прессованию и термической обработке. К органическим теплоизоляционным строительным материалам относят древесноволокнистые, древесностружечные, торфяные и камышитовые плиты, а также изделия из пластмасс. Такие плиты используют для внутренней отделки помещений, утепления бесчердачных крыш животноводческих помещений, при строительстве малоэтажных зданий в качестве заполнителя наружных стен, каркасных перегородок.
В группу теплоизоляционных материалов из неорганического сырья входят минеральная вата, а также изделия из нее, стеклянная вата и изделия из нее, пеностекло и асбестсодержащие изделия (асбест, асбестовый картон).
Битумные и дегтевые материалы. Образуют довольно большую группу материалов различного назначения. Битумы бывают двух видов - природные и нефтяные. Природные встречаются в виде битумных песчаников и известняков. Из ник извлекают чистый битум или используют в размолотом виде в качестве асфальтового порошка.
К особенно ценным в строительстве свойствам битумных и дегтевых материалов следует отнести высокую водонепроницаемость, стойкость против действия кислот, щелочей, агрессивных жидкостей и газов, а также способность прочного скрепления с деревом, металлом и камнем. Непрерывно развивается производство рулонных (мягких) кровельных и гидроизоляционных материалов.
Битум - органическое вещество черного цвета, в обычном состоянии твердое, а в нагретом - пластичное или жидкое.
Асфальтовый раствор - уплотненная смесь битума, минерального порошка и песка. Асфальт применяют для устройства гидроизоляционных слоев, отмосток, тротуаров.
Асфальтовый бетон образуется в результате затвердевания смеси битума, щебня, песка и минерального порошка. Асфальтобетон находит широкое распространение, для устройства дорожных покрытий, проездов и площадок, а также полов в производственных зданиях различного назначения.
Деготь - черная маслянистая жидкость с характерным резким запахом, по свойствам подобна битуму. После отгонки из дегтя всех масел получают черное аморфное вещество, твердое при нормальной температуре, называемое пеком. Смесь дегтя и пека используют для получения дегтебетона, применяемого для дорожных покрытий, кровельного толя и др.( В. С. Буяров,1998)
Гидроизоляционные материалы. Для надежного устройства гидроизоляции и кровельных покрытий животноводческих зданий или сооружений широко используют битумные и дегтевые рулонные материалы и мастики. Рулонные кровельные материалы сравнительно легкие, водонепроницаемые, обладают низкой теплопроводностью, не разрушаются под воздействием агрессивных веществ.
К группе гидроизоляционных материалов относят рубероид, пергамин, гидроизол, кровельный толь, горячие и холодные мастики, которые изготовляют на разбавленном связующем материале и на битумных пастах (асфальтовые мастики). Кровельный толь в отличие от других рулонных кровельных материалов относится к группе дегтевых изделий. (Кузнецов А. Ф, 1991)
Пластмассы, полимеры и изделия из них. Пластическими массами называют материалы, в состав которых входят смолообразные органические вещества с высоким молекулярным весом (полимеры). Полимеры применяют в сочетании с наполнителями для повышения прочности и теплостойкости; пластификаторами - для придания пластичности и эластичности; стабилизаторами - для сохранения свойств пластмасс, а также красителями и катализаторами.
Пластмассы широко используют в строительстве, так как они обладают рядом ценных свойств: малой плотностью и теплопроводностью, хорошей окрашиваемостью, высокой химической стойкостью, легкостью обработки, склеивания и сваривания. Однако они имеют и недостатки: низкую теплоустойчивость, горючесть и токсичность.
Для строительных конструкций на основе полимеров применяют стеклопластики, то есть пластмассы, состоящие из синтетического полимерного связующего и наполнителя, армирующего материала - стеклянного волокна. Промышленность вырабатывает стеклотекстолит, органическое стекло, жесткие пенопласта, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, эпоксидные полимеры. Строительные материалы на основе полимеров могут быть рулонными и плиточными.
Ко всем полимерным материалам, которые могут находиться в контакте с животными или кормами, предъявляют основное и важное требование - полное отсутствие токсичности. (Кузнецов А. Ф., 2001)
Металлы. Металлы, применяемые в строительстве, подразделяют на две группы - черные и цветные. Черные металлы - это сплав железа с углеродом, куда относят чугун и сталь. В строительстве широко применяют прокатную и арматурную сталь. Из нее выпускают прокатные изделия различных профилей: круглые, квадратные, угловатые, двутавровые, швеллерные, листовые и др. Арматурную сталь используют для армирования железобетонных конструкций в виде стержневой и проволочной, гладкой, периодического профиля, напрягаемую и ненапрягаемую по условиям применения в железобетоне.
Все нежелезные металлы и сплавы на их основе называют цветными. Значительно шире, чем другие металлы, применяют цинк, свинец, медь и алюминий. Для строительных целей используют различные их сплавы.
Под влиянием воздействия агрессивных газов и жидкостей происходит разрушение (коррозия) поверхности металлов. Простейшим и эффективным способом защиты металлических •конструкций от коррозии является покрытие их поверхностей различными красками, лаками и эмалями. (Кузнецов А. Ф., 1992)
Стекло. Его получают путем сплавления кварцевого песка, извести, поташа и соды. Стекольные заводы изготовляют для строительства различных профилей и размеров стекла: оконное, профильное, блоки и трубы. Стекло листовое используют для остекления оконных переплетов, перегородок и фонарей верхнего света. Стеклоблоки применяют для устройства перегородок и заполнения оконных проемов. (Кузнецов А. Ф., 1992)
Лакокрасочные материалы. К ним относят составы, наносимые на поверхность в жидком виде тонким слоем и образующие после высыхания твердую пленку, прочно сцепляющуюся с поверхностью. Лакокрасочные материалы состоят из двух основных компонентов - сухого вещества (пигменты и наполнители) и связующего (разные связующие и растворители). Пигменты - это тонкоизмельченные цветные порошки минерального или органического происхождения, нерастворимые в воде и органических растворителях (масло, скипидар, спирты).
Наполнители - это нерастворимые минеральные вещества, добавляемые для экономии пигмента и повышения прочности состава. В качестве наполнителя берут тонкомолотый тальк, кварц, асбестовую пыль и молотую слюду. Связующие служат для сцепления частиц пигмента и наполнителя между собой и окрашиваемой поверхностью. Растворители вводят для доведения красочных составов до необходимого рабочего состояния (растворение загустевших красок).
Масляные краски представляют собой пасту, содержащую смесь пигментов, наполнителей и связующих. Их выпускают густотертыми и готовыми к употреблению. Масляные краски широко применяют - от наружной до внутренней окраски по металлу, дереву и сухой штукатурке.
Эмалевые краски готовят на специальных лаках. Они должны удовлетворять основным общим требованиям: обладать светостойкостью, прочностью и устойчивостью к влиянию окружающей среды, высыхать в тонких слоях, образуя тонкую глянцевую пленку. Эмалевые краски бывают алкидные, эпоксидные и карбамидные.
Водные краски. В строительстве используют водно-клеевые и водно-известковые краски. Эмульсионные краски - это суспензии пигментов, получаемые перетиранием тонкодисперсных пигментов на водных эмульсиях различных пленкообразователей. В эмульсионных красках достигается большая экономия растворителя, так как его частично или полностью заменяют водой. Кроме масляных эмульсионных применяют краски, в которых в качестве связующих берут различные полимеры. Эти краски, получившие название латексных, дают прочную пленку, хорошо защищающую окрашенную поверхность дерева, штукатурки, бетона. Использование их дает большую экономию дефицитных и дорогих растительных масел. (Ходанович Б. В., 1990)
Свойства строительных материалов
Физические:
плотность – это масса строительного материала в единицу объема без пор и пустот;
объёмная масса – это масса строительных материалов в единицу объёма в естественном состоянии;
пористость – это степень заполнения материалов порами и пустотами, чем больше пор тем выше влагоёмкость и ниже теплопроводность и прочность.
Свойство материалов по отношению к воде:
влагоёмкость – это способность впитывать и удерживать влагу;
влагоотдача – это свойство материала выделять влагу при определённых условиях;
морозостойкость – это способность материала в насыщенной водой состоянии выдерживать много кратное попеременное замораживание и оттаивание и при этом не иметь видимых признаков разрушения и понижение прочности.
Свойство материалов по отношению к действию тепла:
теплопроводность – чем ниже теплопроводность тем лучшими теплоизоляционными качествами обладает материал;
теплоёмкость – это способность материала поглощать тепло при нагревании.
Механические свойства:
прочность – это свойство материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок;
твёрдость – это способность материала сопротивляться к проникновению другого тела;
стираемость – это способность уменьшаться в массе и объёме;
упругость и эластичность.
Специальные:
устойчивость к агрессивным средам
Технологические свойства – это способность материала подвергаться обработке.