Строительные материалы и изделия классифицируют по степени готовности, происхождению, назначению и технологическому признаку.
По степени готовности различают собственно строительные материалы и строительные изделия — готовые изделия и элементы, монтируемые и закрепляемые на месте работы. К строительным материалам относятся древесина, металлы, цемент, бетон, кирпич, песок, строительные растворы для каменных кладок и различных штукатурок, лакокрасочные материалы, природные камни и т. д. Строительными изделиями являются сборные железобетонные панели и конструкции, оконные и дверные блоки, санитарно-технические изделия и кабины и др. В отличие от изделий строительные материалы перед применением подвергают обработке — смешивают с водой, уплотняют, распиливают, тешут и т. д.
По происхождению строительные материалы подразделяют на природные и искусственные. Природные материалы — это древесина, горные породы (природные камни), торф, природные битумы и асфальты и др. Эти материалы получают из природного сырья путем несложной обработки без изменения их первоначального строения и химического состава. К искусственным материалам относят кирпич, цемент, железобетон, стекло и др. Их получают из природного и искусственного сырья, побочных продуктов промышленности и сельского хозяйства с применением специальных технологий. Искусственные материалы отличаются от исходного сырья как по строению, так и по химическому составу, что обусловлено коренной переработкой его в заводских условиях.
Наибольшее распространение получили классификации материалов по назначению и технологическому признаку.
Поназначению материалы подразделяют на следующие группы:
— конструкционные, которые воспринимают и передают нагрузки в строительных конструкциях;
— теплоизоляционные, основное назначение которых — свести до минимума перенос теплоты через строительную конструкцию и тем самым обеспечить необходимый тепловой режим в помещении при минимальных затратах энергии;
— акустические (звукопоглощающие и звукоизоляционные) — для снижения уровня “шумового загрязнения” помещения;
— гидроизоляционные и кровельные — для создания водонепроницаемых слоев на кровлях, подземных сооружениях и других конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров;
— герметизирующие — для заделки стыков в сборных конструкциях;
— отделочные — для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты конструкционных, теплоизоляционных и других материалов от внешних воздействий;
— специального назначения (например огнеупорные или кислотоупорные), применяемые при возведении специальных сооружений.
Ряд материалов (например цемент, известь, древесина) нельзя отнести к какой-либо одной группе, так как их используют и в чистом виде, и как сырье для получения других строительных материалов и изделий. Это так называемые материалы общего назначения. Трудность классификации строительных материалов по назначению состоит в том, что одни и те же материалы могут быть отнесены к разным группам. Например, бетон в основном применяют как конструкционный материал, но некоторые его виды имеют совсем иное назначение: особо легкие бетоны являются теплоизоляционным материалом; особо тяжелые бетоны — материалом специального назначения, который используют для защиты от радиоактивного излучения.
По технологическому признаку материалы подразделяют, учитывая вид сырья, из которого получают материал, и вид его изготовления, на следующие группы:
— Природные каменные материалы и изделия — получают из горных пород путем их обработки: стеновые блоки и камни, облицовочные плиты, детали архитектурного назначения, бутовый камень для фундаментов, щебень, гравий, песок и др.
— Керамические материалы и изделия — получают из глины с добавками путем формования, сушки и обжига: кирпич, керамические блоки и камни, черепица, трубы, изделия из фаянса и фарфора, плитки облицовочные и для настилки полов, керамзит (искусственный гравий для легких бетонов) и др.
— Стекло и другие материалы и изделия из минеральных расплавов — оконное и облицовочное стекло, стеклоблоки, стеклопрофилит (для ограждений), плитки, трубы, изделия из ситаллов и шлакоситаллов, каменное литье.
— Неорганические вяжущие вещества — минеральные материалы, преимущественно порошкообразные, образующие при смешивании с водой пластичное тело, со временем приобретающее камневидное состояние: цементы различных видов, известь, гипсовые вяжущие и др.
—Бетоны — искусственные каменные материалы, получаемые из смеси вяжущего, воды, мелкого и крупного заполнителей. Бетон со стальной арматурой называют железобетоном, он хорошо сопротивляется не только сжатию, но и изгибу и растяжению.
— Строительные растворы — искусственные каменные материалы, состоящие из вяжущего, воды и мелкого заполнителя, которые со временем переходят из тестообразного в камневидное состояние.
— Искусственные необжиговые каменные материалы — получают на основе неорганических вяжущих и различных заполнителей: силикатный кирпич, гипсовые и гипсобетонные изделия, асбестоцементные изделия и конструкции, силикатные бетоны.
— Органические вяжущие вещества и материалы на их основе — битумные и дегтевые вяжущие, кровельные и гидроизоляционные материалы: рубероид, пергамин, изол, бризол, гидроизол, толь, приклеивающие мастики, асфальтовые бетоны и растворы.
— Полимерные материалы и изделия — группа материалов, получаемых на основе синтетических полимеров (термопластических и термореактивных смол): линолеумы, релин, синтетические ковровые материалы, плитки, древеснослоистые пластики, стеклопластики, пенопласты, поропласты, сотопласты и др.
— Древесные материалы и изделия — получают в результате механической обработки древесины: круглый лес, пиломатериалы, заготовки для различных столярных изделий, паркет, фанера, плинтусы, поручни, дверные и оконные блоки, клееные конструкции.
— Металлические материалы — наиболее широко применяемые в строительстве черные металлы (сталь и чугун), стальной прокат (двутавры, швеллеры, уголки), сплавы металлов, особенно алюминиевые.
Поэтому для более глубокого понимания свойств материалов, их рационального использования при изучении предмета “Строительные материалы и изделия” положена классификация по технологическому признаку и лишь в отдельных случаях рассматривают группы материалов по назначению.
Физические свойства
Данную группу свойств составляют, во-первых, параметры физического состояния материалов и, во-вторых, свойства, определяющие отношение материалов к различным физическим процессам. К первым относят плотность и пористость материала, степень измельчения порошков, ко вторым — гидрофизические свойства (водопоглощение, влажность, водопроницаемость, водостойкость, морозостойкость), теплофизические (теплопроводность, теплоемкость, температурное расширение) и некоторые другие.
Истинная плотность r и — масса единицы объема абсолютно плотного материала, т.е. без пор и пустот. Вычисляется она в кг/м3, кг/дм3, г/см 3 по формуле:
где m — масса материала, кг, г; Vа — объем материала в плотном состоянии, м3, дм3, см3.
Истинная плотность каждого материала — постоянная физическая характеристика, которая не может быть изменена без изменения его химического состава или молекулярной структуры. Так, у неорганических материалов, природных и искусственных камней, состоящих в основном из оксидов кремния, алюминия и кальция, истинная плотность находится в пределах 2400–3100 кг/м3, у органических материалов, состоящих в основном из углерода, кислорода и водорода, она составляет 800–1400 кг/м3, у древесины — 1550 кг/м3. Истинная плотность металлов колеблется в широком диапазоне: алюминия — 2700 кг/м3, стали — 7850, свинца — 11300 кг/м3.
Средняя плотность rс — масса единицы объема материала в естественном состоянии, т.е. с порами. Она может быть сухого материала, в состоянии естественной или другой влажности, указываемой в ГОСТ. Среднюю плотность (в кг/м3, кг/дм3, г/см3) вычисляют по формуле:
где m — масса материала, кг, г; Vе — объем материала, м3, дм3, см3.
Среднюю плотность сыпучих материалов — щебня, гравия, песка, цемента и др. — называют насыпной плотностью. В объем входят поры непосредственно в материале и пустоты между зернами.
Средняя плотность большинства материалов обычно меньше их истинной плотности. Отдельные материалы, такие как сталь, стекло, битум, а также жидкие, имеют практически одинаковые истинную и среднюю плотности.
Относительная плотность d — отношение средней плотности материала к плотности стандартного вещества. За стандартное вещество принята вода при температуре 4oС, имеющая плотность 1000 кг/м3. Относительная плотность (безразмерная величина) определяется по формуле:
Пористость П — степень заполнения объема материала порами. Вычисляется в % по формуле:
где Pс, Pи — средняя и истинная плотности материала.
Для строительных материалов П колеблется от 0 до 90%.
Для сыпучих материалов определяется пустотность (межзерновая пористость). Истинная, средняя плотности и пористость материалов — взаимосвязанные величины. От них зависят прочность, теплопроводность, морозостойкость и другие свойства материалов. Примерные значения их для наиболее распространенных материалов приведены в табл. 1.1.
Влажность W — содержание воды в материале в данный момент. Она определяется отношением воды, содержащейся в материале в момент взятия пробы для испытания, к массе сухого материала. Вычисляется в %по формуле:
где mвл, mс — масса влажного и сухого материалов, г.
Водостойкость — способность материала сохранять свою прочность при насыщении водой. Она оценивается коэффициентом размягчения КРАЗМ, который равен отношению предела прочности материала при сжатии в насыщенном водой состоянии R В, МПа, к пределу прочности сухого материала R СУХ, МПа:
К РАЗМ= R В / R СУХ.
Для разных материалов К РАЗМ = 0…1. Так, глина при увлажнении не имеет прочности, ее К РАЗМ = 0. Металлы, стекло полностью сохраняют прочность в воде, для них К РАЗМ = 1. Строительные материалы с коэффициентом размягчения меньше 0,8 не применяют во влажной среде.
Таблица 1.1