Классификация СМ
К должна быть логичной и иметь е диный к лассификационный п ризнак
*Если считать екп = Сырье, то:
Сырье:
●древесные (балки);
●из природного камня;
●керамические (на основе глин)(кирпич);
●стеклянные и из др не метал-х расплавов;
●из металлов и их сплавов;
●на осн-ве минер вяжущих (на основе гипса, цемента);
●на основе искусств-х полимеров;
●на основе пром-х/бытовых отходов.
* екп =способ произв-ва:
-пресованные;
-вольцово-колондрические.
* екп= по конкр-ой обл-ти прим-я:
-стеновые;
-кровельные;
-теплоиз-е…
* екп= хар-ка:
-анизонтропные (разные по св-вам)(дерево, ж/б);
-изотропные (схожие по св-вам в разл-х направлениях)(металлы, сплавы)
* екп= по происх-ю:
-естественные/природные;
-искуств-е;
-минеральные;
-орг-е.
* екп= продукция:
-штучные;
-рулонные.
Применение:
●конструкционные (главная опора и защита)(кирпич, бетон);
●конструкционно-отделочные (опрора, вн-ий вид)(штукатурка);
●отделочные(вн-ий вид)(обои).
Эксплоутационно-техн-е св-ва СМ.
Э.-т. св-ва СМ. = прочн, защита, треб долговечность
◊ОСНОВНАЯ СТРУКТ-Я ХАР-КА:
Пористость
П=(1 – p/p ср)*100%
<30% - низкопористые
30 < 50 среднепористые
< высокопористые
Пор. Хар-р:
*замкнутая;
*открытая;
*крупн(от 0,1 мм)
*мелк.
Вспенен. Пластмасса 96%
Бетон тяжелый 10%
Стекло 0%
◊ВЕСОВАЯ ХАР-КА:
Плотность
Кг/м(3)
P = m/v – ист плотность, в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот)
Ср плотн – с порами.
>2000 тяжел СМ
<1000 легкий СМ
сталь 7860
тяж бетон 2200
пенопласт 50
◊СВ-ВА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВЛАГИ И ВОДЫ:
Гигроскопичность
Г % - способность СМ поглащать водяные пары из воздуха (при его повыш-ой влажности) и удерживать изх в следствии копилярной конденсации.
Водопоглощение
Вm (по массе)% - при непосредственном контакте с водой впитывать и удерживать её.
Вm=[(m1-m)/m]*100 (m1 – водонасыщ-е, m - сухое)
> 20% высокое
< 5% низкое
Древесина 150%
Бетон тяж. 3%
Сталь 0%
Водостойкость
Кр – коефф. Размягчения – стойкость к действию воды.
Кр = Rсух / Rнасыщ
Кр = Rсж(влажн)/Rсж(сух.)
<0,8 можно прим-ть во влжных помещениях
>0,8 нельзя
Водопроницаемость
W ч/см(2)
Способность СМ пропускть воду под давлением
Хар-ся кол-вом воды, прошедшей в теч 1 часа через 1 см(2) площади при пост-ом давлении
Морозостойкость Мрз циклы
Способность насыщ водой СМ выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрешения и без значительных потерь массы и прочности.
(замораж-е при -15 -20 в теч-ии 4-8 часов и оттаивание в теч 4 ч при +15 +20, надо: без сниж Rсж более чем на 15%)
>100 Ц – высокая
десятки Ц - удовлетворительная
<10 Ц – низкая
бетон тяж – высокая
бетон легкий – удовлетвор
◊СВ-ВА ПРИ ДЕЙСТВИИ ТЕПЛА И ОГНЯ И ЗВУКА:
Теплопроводность λ Вт/м*С°
Свойство СМ передавать через свою тощу тепл поток, возникающий при разности температур на пов-х, ограничивающих СМ.
l – коефф. Вт/(м * С°)
>1 высок
<0,7 низк
<0,17 теплоизоляционн СМ
сталь 58
бетон 1,3
пенопласт 0,04
воздух 0,023
Огнестойкость
Час. (1/2 – оч много)
Способность СМ сохранять физико-механич св-ва пи возд-ии огня и высоких температур в условиях пожара.
Методы:
*огневой трубы;
*калориметр;
Сгораемые: из оргсырья (дерево);
Трудносгораемые: из оргсырья+минсвязки (асфальтобетон)
Несгораемые: из неоргсырья(но: деформ, химич разл.)(железо)
Звукопоглощение α Гц
Спос-ть СМ поглощать звуковые волны
α = Е погл/ Е пад
Е – звуковая энергия на опред-ой частоте
>0,8 высокое
<0,2 низкое
минераловатные плиты – от 0,03 до 0,45
поропласт полужесткий 0,11 да 0,6
>m=> >α
◊СВ-ВА ПРИ ДЕЙСТВИИ СТАТ-Х И ДИНАМ-Х СИЛ:
Коррозионная стойкость
K р(разница м до и после агрес-ой среды)/m(2)*ч
(скорость карозии)
Способн СМ сопротивляться действию коррозионных в-в:
*Физическая;
*Химическая;
*Физико-химич;
*Электрохим-я;
*Биологическая;
СМ из оргсырья – ср-но стойк-е к слабым(<5%) кислотам и щелочам, но мене биостойкая
СМ из не оргсырья >CaO ср-но стойк к слаб щелочам
>SiO2 ср-но стойк к слаб кислотам
Прочность Мпа
Спость СМ сопротивляться разрушению или необратимому изменению ф-ы под действием внутр-х напряжений, вызваных вн-ими силами или др факторами.
Мпа
Предел прочн – напряжение, соответствующее нагрузке, при которой фиксируется начало разрушения.
R сж атия, р астяжения, и згиба, уд ара
Rсж раст=P/A, где P- нагр-ка, вызыв-я началом разуш-я Н, A - площ поперечного сеч-я образца до испытания m(2)
Rи = M/W,где M – изгтбающий момент,W-момент сопр-я
R: >100 МПа – высокий
Десятки – удовлетворит
<10 низкий
Rсж
сталь 400
Бетон тяжел 40
Кирп 10
Rи
Сталь 400
Бетон 4
Кирпич 2
Твердость
Т, Мпа и др, в зависим-ти от СМ
Способность СМ сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим при местном внедрении другого более твердого тела.
Шкала твердости Мооса: 10 Алмаз, 9 Корунд, 8 Топаз, 7 Кварц, 6 Ортоклаз, 5 Апатит, 4 Плавиковый шпат, 3 Кальцит, 2 Гипс, 1 Тальк.
Истираемость г/см(2) И
Способность СМ уменьшаться в объеме и массе вследствие разрушения поверхностного слоя под действием истирющтх усилий
<0,5 низкая
>5 высокая
высок у нек-х кам СМ(камни):гварциты, базальты, диориты, граниты
менее – мрамор
◊ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВ-ВА:
Упругость
способность см деформир-ся под влиянием нагрузки и самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешней среды.
Упругая деф-я - обратима
Е – модуль Юнга. Закон Юнга: ε(упругая деформ)=σ(одноосное напр-е)/Е
Пластичность
способность см изменять ф-у и размеры под действием вн. Сил, не разрушаясь.
После прикр-я действий – форма сама не восст-ся – остаточная деф-я назыв-ся пластической
Хрупкость
Способность твердого СМ разрушаться при механических аоздействиях без сколько –нибудьть значительной платической деф-ии.
По характеру деф-ии условно можно разд-ть на:
*пластики (метал см, кроме чугунных)
*хрупкие (прир-ый камень, бетон, стекло оконное)
5.Эстетические свойства СМ.
● Форма – лицевая поверхность/поверхности материалов, визуальная поверхность которых воспринимается в процессе эксплуатации(как правило квадрат, прямоугольник).
● Цвет – зрительное ощущение, возникшее в результате воздействия на сетчатку глаза человека электромагнитных колебаний, отражённых от лицевой поверхности в результате действия света.
○ахроматические (оттенки серого)
○хроматические(радуга с оттенками).
Выражают обычно через RGB.
МОК(Международной Осветительной Комиссией) была принята система координат XYZ.
Основные характеристики света:
*цветовая тональность(тон);
*светлота (яркость);
*насыщенность(степень отличия хроматического цвета от ахроматического той же светлоты)
● фактура – видимое строение лицевой поверхности материала характеризуется степенью рельефа и блеска
Рельеф:
*гладкие;
*шероховатые (до 0,5 см);
*рельефные (более 0,5 см);
Блеск:
*блестящие;
*матовые;
● рисунок – различие по форме, размерам, расположению, сочетанию и цвету полосы, пятна и другие элементы на лицевой поверхности СМ.
Текстура – природный рисунок.
Выделяют:
*функциональные аналоги(растительный орнамент);
*геометрические;
*слабо/явно выраженные.
6. Взаимосвязь структуры и свойств СМ
Высокая пористость СМ обеспечивает ему низкую теплопроводность (особенно при замкнутом характере пор),высокое звукопоглощение (при сообщающихся порах), открытые поры, которые сообщаются со средой, увеличивают водопоглощение, снижают морозостойкость и долговечность материала.
Примеры – пенопласт, дерево.
7.Взаимосвязь эстетических характеристик и восприятия.
●Форма сооружения;
●Эстетические характеристики лицевой поверхности (фактура/цвет/характер рисунка);
●Физическая сущность СМ.
Впечатление тяжести, легкости, пластичности, плотности архитектурной формы зависит от лицевой поверхности СМ. (в доме чем выше, тем меньше фактура, рельеф) нарастание напряжение в нижних частях стены выражается в облицовке цоколя природным камнем с груборельефной фактурой.
С психологической точки зрения играют роль сложившиеся представления человека о прочности, долговечности (Останкинская телебашня – стекло, неглубокий фундамент, но монолитный железобетон, стальные тросы)
В интерьере: выбор СМ связан с функциональным назначением помещения, размером, композицией.
Крупные фактуры, рисунок – для больших помещений.
Гладкая, блестящая фактура может искажать восприятие.
(серый грубый гранит – м/ бел мрамор – ж/ штукатурка – трансвестит).
Основные факторы, определяющие максимальное расстояние, с которого различимы фактуры многоцветового отделочного СМ.
Фактуру и цвет определяют методами:
●инструментальный – количественная оценка, с помощью измерительных инструментов и приборов (металлические линейки, рулетки, углометры, поверочные угольники, набор щупов).
●визуальный/качественный – оценка фактуры связана прежде всего с расстоянием, с которого она рассматривается.
*максимальное расстояние, с которого различимы элементы фактуры, связано с размерами этих элементов и расстоянием между ними;
*если материал с многоцветной лицевой поверхностью, то важна и степень цветового контраста(малая, средняя, большая) между элементами фактуры;
При выборе фактуры учитывается комплекс факторов:
*фактура более отчётливо воспринимается на светлой поверхности;
*рельефно-бугристая фактура – объемная меньше, чем при гладкой;
*горизонтальные рельефы способствуют зрительному сохранению высоты и удлинению помещения;
*блестящие фактуры искажают восприятие.
9.Качество и интегральное качество см
Квалиметрия – наука о качестве
Качество (К) = эксплуатационно-технические + эстетические характеристики;
Интегральное качество (ΣК) = К + экономические характеристики;
Квалиметрический анализ - сравнительно объективный выбор СМ из сравниваемых одного функционального назначения.
СМ:
Более 50% стоимости любого современного здания,
70% сборного здания,
Ценность СМ не равна стоимости.
хр. Хр. Спасителя – титановые купола, пластиковые барельефы.
10.Строительные материалы:
●Древесина
Материалы, которые получаются путем добычи и обработки древесных пород и древесных отходов.
-при появлении топора возникает деревянная архитектура;
-практически неисчерпаемое сырье;
Сырье
Ствол – 90% обьёма дерева:
*кора;
*заболонь;
*сердцевина;
*ядро
Основные древесные породы:
○ хвойные:
*Сосна - мягкая, прочна, легко обрабатывается (мебель);
*Ель - более легкая, много твердых сучков;
*Лиственница - плотная, твердая, прочная;
*Кедр - лёгкая, мягкая древесина;
○ лиственные:
*Дуб - плотная, прочная, твердая
(мосты, столярные изделия);
*Ясень - плотная, гибкая (мебель);
*Береза - легко загнивает (отделочные материалы, столярные изделия);
*Осина - легкая, мягкая (фанера, древесные плиты);
*Липа - мягкая (фанера).
Добыча:
Валка, раскряжёвка, окорука деревьев
Обработка:
○ Раскряжевка - поперечное деление хлыстов. Выделяют деловую и дровяную части;
○ Распиловка – групповой или индивидуальный раскрой брёвен; вид распилки определяет характер текстуры: получают радиальные, тангенциальные доски;
○ строгание, лущение – снятие специальными ножами тонких срезов древесины, при этом лущение – резанье по спирали;
○ Фрезерование – резанье специальными ножами и получениие требуемого профиля древесных материалов;
○ сборка полуфабрикатов – склеивание (досок) отходов (гвоздевая, клеевая);
○обработка отходов – сортировка, перемешивание со связующими и формирование (под давлением);
Отходы:
*мягкие (опилки, стружка, волокна);
*кусковые (куски веток, коры, сучья);
○ Сушка – повышает прочность древесины, удлиняет сроки эксплуатации:
*искусственная (сушилки);
*естественная (на складе).
○ Защитная обработка:
*антисептирование – вещества, ядовитые для грибов (медный купорос, фтористый и кремнистый натрий);
*антипирирование - огнезащитные составы.
Поверхностная, обьёмная(глубокая) обработки:
○ Отделка (формирование эстетических характеристик):
*прозрачная – сохранение, выявление природной структуры;
*непрозрачная – цвет и текстура скрываются (хвоя);
-Имитационная отделка.
*Мозаика:
-Инкрустация – врезка в древесину других материалов (слоновая кость, металл);
-интарсия – древесина в древесину;
-Маркетри – мозаичный набор шпона различных пород.
*резьба по древесине:
-углублённая;
-прорезная;
-плоскорельефная;
-рельефная;
Виды:
●круглые (отрезки стволов древесины);
●пиломатериалы (радиальная, тангенциальная, смешанная распилки):
▪ 2х, 3х, 4х-скатные брусы;
▪ доска (для покрытия полов):
*не обработанная;
*чистообрезная;
*обрезная:
- с тупым обрезом;
- с острым обрезом;
▪ брусок;
▪облапол:
*горбыльный;
*дощатый;
▪ шпала:
*не обрезная;
*обрезная;
●шпон (строганный, лущёный) (тонкие срезы древесины, заданной толщины)
●фрезерованные/погонажные изделия:
▪поручни;
▪плинтусы;
▪наличники;
▪доски для обшивки;
▪кровельные плитки;
▪паркет штучный;
●из склеенных полуфабрикатов;
▪ДКК (балки, рамы, арки, фермы);
▪паркетные доски;
▪паркет;
▪оконные, дверные блоки;
▪щиты;
▪фанера 3х, 5и, многослойная;
▪пробковые покрытия;
●на основе отходов
▪ДСП;
▪ДВП;
▪ЦСП.
●обои;
●древесные пластики.
Свойства:
+:
- малая средняя плотность;
-высокие прочностные характеристики;
- психологическое воздействие;
- Коэффициент конструктивного качества - высокий 0.8 сталь - 0.5;
ρср~ 600 кг/м3,
RсжМПа
Rр~120 МПа.
-:
-возможное возникновение пороков;
- высокая гигроскопичность и водопоглощение;
- возможность загнивания;
- горючесть;
- анизотропность;
Плотность, сжатие, растяжение, изгиб
Лиственница: 660 65 125 110
Ель: 450 45 100 80
Береза: 630 55 165 110
Анизотропность - различное сопротивление вдоль и поперек волокон.
Теплопроводность, прочность при сжатии, растяжение вдоль - превышает поперек.
-Водопоглощение - ДСП - не более 15%,
-Загнивание при влажности более 20%.
Применение:
- конструкционное;
- конструкционно-отделочное;
- отделочное;
●Природный камень.
Добыча
Получают путём добычи и обработки горных пород:
(Стоунхенж, пирамиды, готика).
Сырьё:
Для производства материалов из природного камня используют горные породы, составленные из одного и того же минерала.
Классификация генетическая:
1. Изверженные породы:
*Массивные:
-глубинные (гранит);
-изливные (базальт);
*Обломочные:
- Цементированные (туф, пенза);
- Рыхлые (пепел);
2. Осадочные породы:
- Механического образования (песчаник - цементированные, глина, песок, гравий - рыхлые);
- Химического образования (гипсовый камень);
- Органические (известняк, мел).
3. Метаморфические (мрамор, кварцит):
- изменённые:
*изверженные (гнейс);
- осадочные(мрамор, кварц, сланец);
Обработка:
Получение требуемой формы:
- скалывание;
- резание;
Получение требуемой фактуры:
-скалывание;
- резанье;
- шлифование;
- ультразвуковая обработка;
- выкотемпературная
- газопламенная
Виды:
1. Блоки:
- для фундаментов
- для стен
2. Плиты
3. Профиль:
- порталы
- балясины
- пояса
- плинтусы
- поручни
4. Малые формы
Свойства
Твёрдость (Т, МПа)
* Твердые (изверженные, глубинные, излившиеся, кварцит)
*Средней твердости (осадочные + мрамор, туф)
*Мягкие (известняк)
Плотность ( ρ, кг/м3)
Твердые - 2500-3000 кг/м3
Средней твердости - 1000-2800 кг/м3
Пористость (П, %)
Твердые - 0,1-0,5%
Средней твердости - 0.5-27% (известняк)
Водопоглощение (Вт, %)
Твердые - 0.01-5%
Средней твердости - 0.1-40% (известняк)
Морозостойкость (Мрз, цикл)
Твердые – 300 циклов
Средней твердости - 50-100 циклов
Мягкие – 15 циклов
Предел прочности при сжатии (Rсж, МПа)
Твердые 100-300 МПа
Средней твердости - 20-100 МПа
Мягкие - 15-30 МПа
Истираемость (И, г/см2)
Твердая не более 0,5 г/см2
Средняя 1-5 г/см2
Эстетические свойства:
*цвет:
-ахроматические;
-хроматические;
*Фактура:
○абразивная фактура:
- пиленая (3мм);
- грубошлифованная (0,2 – 0,5 мм, следы инструментов);
-тонкошлифованная (гладкая, матовая);
-лощеная
-полированная (зеркальный блеск);
○ударная фактура:
- скала (5мм);
- крупнобугристая (7 – 15 мм);
- мелкобугристая (3 – 6 мм);
- крупнорифленая (1-2 мм параллельные борозды);
- мелкоривленая (0,5 – 0,7 мм);
- точечная;
-кованая (0,5 – 2 мм);
- бороздчатая (3мм);
○ Вскрытая (термообработанная) фактура - матовая поверхность с хорошо выявленной текстурой;
Области применения:
Конструкционные, конструкционно-отделочные, отделочные.
Торжественно, холодно и чисто - ассоциации полированного камня.
*Бутовый камень - фундаменты, устои мостов;
*Валунный камень – дороги;
*Гравий - заполнитель, дренаж;
*Щебень – дороги;
*Песок – керамика.
●Керамические СМ.
Добыча:
Из глин с различными добавками, окончательно формирующимися при обжиге.
Сырьё:
*(основное): глина - осадочная порода, состоящая из природных водных алюмосиликатов с различными примесями.
*(вспомогательное - добавки): отощающие добавки (для понижения пластичности, уменьшение воздушной усадки):
- шамот;
- дегидратированная глина;
- песок;
- зола;
- гранулированный шлак;
*Порообразующие добавки: (для получения легких керамических изделий, повышенной пористости и пониженной теплопроводимости.):
- опилки;
- бурый уголь;
- отходы углеобогатительных фабрик;
Основы производства:
- подготовка сырья;
- дозировка;
- перемешивание;
- формование:
o пластическое;
o полусухое;
o литье;
- сушка;
- обжиг.
Отделка лицевой поверхности:
- механическая (получение рельефного рисунка для объемных вещей);
– ангобирование (нанесение белых или цветных жидких глиняных масс, образуется матовое покрытие);
– глазурование (стекловидная пленка, отличающаяся блеском): отсутствие ограничений в цвете и рисунке, значительная долговечность.
- сериография - по трафарету наносят рисунок, глазуруют и обжигают;
- декалькомания - перевод рисунка со специальной бумаги;
- шелкография - рельефный орнамент глубиной до 1мм.
Основные виды:
Стеновые: кирпичи, камни, блоки (полнотелые, пустотелые - обыкновенные, лицевые – для всех!). Пониженная теплопроводность у пустотелого кирпича.
Черепица: (тяжелый, штучный СМ), долговечность 60 лет.
Декоративно-художественные: архитектурная терракота (для наружной облицовки, неглазурованная); глазурованные, в т.ч. изразцы.
Плитки, плиты: для фасада (облицовка панелей(высокое качество)); для пола(теплые полы); для внутренней облицовки стен (ванна, туалет, бассейн).
Санитарно-технические: фаянсовые, фарфоровые, полуфарфоровые (более прочные, чем фаянс.)
Спецназначение: огнеупорные; теплоизоляционные; краски (жаростойкие пигменты); для дорог; кислотоупорные.
Свойства:
Плотные – пористость менее 30%:
ср.плотность~2000 кг/м3, Bm<4%, Rсж>100 МПа;
Пористые - более 30%:
ср.плотность~800-1800 кг/м3, Bm~12-16%, Rсж - десятки Мпа.
Эстетические характеристики:
Возможность регулирования цвета, рисунка, фактуры. Просвечиваемость.
Области применения: конструцкионно-отделочный (кирпич), отделочный - (плитки для наружных и внутренних отделок).
Перспектива: заводы-автоматы (Италия!)