книги / Строительные материалы
..pdfСТРОИТЕЛЬНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ
Допущено Министерством высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебника для студентов строительных специальностей высших учебных заведений
М О С К В А С Т Р О П И З Д А Т 1986
П Р Е Д И С Л О В И Е
Курс «Строительные материалы» в учебном плане подготовки инженеров-строителей является базисным для дисциплин: архитектуры, технологии строительного производства, железобетонных и металлических конст рукций, конструкций из дерева и пластмасс, экономики и организации строительства. Учебник написан примени тельно к программе дисциплины «Строительные мате риалы» для строительных специальностей вузов.
Текст изложен с учетом основных направлений науч но-технического прогресса в области строительных мате риалов, определенных на двенадцатую пятилетку и на период до 2000 года. В соответствии с поставленными задачами использования вторичных продуктов, охраны окружающей среды и экономии топливно-энергетических ресурсов впервые освещены безотходное производство строительных материалов на базе комплексной перера ботки побочных промышленных продуктов (металлурги ческих шлаков, зол ТЭС и шламов химических произ водств), а также мероприятия по экономии материаль ных и трудовых ресурсов, снижению расхода топлива и энергии в производстве строительных материалов.
В методическом, отношении учебник построен так, чтобы будущий специалист мог самостоятельно решать сложные задачи в области применения весьма широкой номенклатуры традиционных и новых строительных ма териалов, поэтому изложение ведется на основе общих связей внутреннего строения материала и его свойств. Качество строительного материала всегда определяется его структурой, поэтому при необходимости получить ма териал с заданными свойствами нужно создать структу ру, которая бы отвечала его заданным техническим ха рактеристикам. Этой методической основой объединено изучение многообразных неорганических и органических строительных материалов.
Большое внимание уделено общим закономерностям строительного материаловедения, основанным на зако нах химии, физики, физической химии. В отличие от учебной литературы по строительным материалам с явно выраженным описательным «рецептурным» укло ном, в настоящем учебнике акцент сделан на изучении общих теоретических основ материаловедения, позволя ющих проектировать и применять строительные матери алы с заданными свойствами. С позиций указанных наук
1* 3
рассмотрены процессы твердения вяжущих веществ. Ис пользованы новейшие данные, содержащиеся в трудах VI Московского и VII Парижского международных кон грессов по химии цемента.
С целью успешного осуществления Продовольствен ной программы СССР в учебнике представлены местные строительные материалы, которые могут быть эффектив но применены при возведении сельскохозяйственных комплексов, животноводческих помещений, элеваторов и других зданий и сооружений.
В учебник введена глава, посвященная металличес ким материалам и изделиям из них, поскольку програм мой предусмотрено ее изучение в дисциплине «Строи тельные материалы».
Впервые кратко даны элементы теории композицион ных материалов, так как многие строительные материа
лы |
(асбестоцемент, стеклопластики, бетонополимер и |
др.) |
по своей структуре относятся к композитам. Их изу |
чение на основе этой теории необходимо для усвоения принципов создания новых материалов с улучшенными физико-механическими свойствами. Представлены новые виды теплоизоляции, необходимые для снижения расхо да топлива и уменьшения потерь энергии при эксплуата ции зданий, промышленного оборудования и трубопрово дов, а также новые эффективные теплоизоляционные ма териалы: минераловатные твердые плиты на синтетичес ком связующем, стеклопор, пенопласты, наполненные стеклопором, и др. В соответствии с новыми норматив ными документами подробно изложены акустические материалы и изделия.
Из лакокрасочных материалов более подробно рас смотрены полимерные, эмульсионные красочные составы как не требующие затрат природного пищевого сырья.
Предисловие, введение, гл. 1—5, 10, 12—15, 18, § 7. гл. 6, § 1 и 2 гл. 17, § 3 гл. 19 написаны Г. И. Горчако вым; гл. 7—9, 11, 16, § 1—6 гл. 6, § 3 гл. 17, § 1 ,2 гл. 19— Ю. М. Баженовым. Общее редактирование осуществле но Г И. Горчаковым.
Авторы выражают глубокую признательность коллек тиву кафедры дорожно-строительных материалов Харь ковского автомобильно-дорожного института имени Ком сомола Украины (заведующий кафедрой д-р техн. наук, проф. И. М. Грушко) и д-ру техн. наук, проф. Б. В. Гусе ву за замечания, улучшающие содержание книги.
Промышленность строительных материалов является отраслью народного хозяйства, от которой зависит экономический потенциал страны.
В. И. Ленин указывал: «Одним из необходимых условий роста крупной машинной индустрии (и чрезвычайно характерным спутни ком ее роста) является развитие промышленности, дающей топливо
иматериалы для построек, и строительной промышленности»
Вдвенадцатой пятилетке предусматривается дальнейшее увели чение объема производства строительных материалов, строительных конструкций и деталей, преимущественное развитие производства изделий, обеспечивающих снижение материалоемкости, стоимости и трудоемкости строительства, уменьшение веса зданий и сооружений
иповышение их тепловой защиты. В связи с этим разрабатывают ся технологии производства строительных материалов с исполь зованием золы и шлаков ТЭС, металлургических и фосфорных
шлаков, отходов горно-добывающей промышленности и углеобога тительных фабрик. Для экономии топливно-энергетических ресурсов переводятся на энергосберегающие технологии предприятия по произ водству цемента, извести, стекла, железобетонных и керамических изделий. Например, развивается сухой способ производства порт ландцемента, сокращающий затраты энергии в 1,5—2 раза по срав нению с мокрым способом.
Основной задачей в капитальном строительстве является повы шение эффективности капитальных вложений на базе индустриали зации, означающей перевод строительства на непрерывный процесс комплексной механизированной сборки зданий и сооружений из укрупненных готовых конструкций заводского изготовления.
Затраты на материалы составляют более половины общей стои мости строительно-монтажных работ и около одной трети капиталь ных вложений в народное хозяйство СССР. Производство строитель ных материалов связано с добычей и переработкой огромного коли чества сырья. Только на минеральные материалы приходится более 25 % общих грузовых перевозок железнодорожным транспортом и более 57 % речным транспортом СССР. Снижение массы материа лов позволяет сократить транспбртиые затраты, укрупнить конструк ции, уменьшить трудоемкость и стоимость строительства. Каждый процент снижения затрат на строительные материалы ежегодно эко номит около 400 млн. руб.
Советскую технологию производства цемента, бетонов, керами ки, теплоизоляционных и других материалов используют многие страны. Советскими учеными сделано открытие в области химии и технологии цемента, позволяющее снизить температуру обжига сырья и существенно сократить энергетические затраты.
В настоящее время осуществляется внедрение гибкой технологии, позволяющей быстро перестраивать производство на изготовление новой продукции, а также получать материалы с заданными свойст вами по энергосберегающей и безотходной технологии.
Советский Союз опередил развитые капиталистические страны по производству ряда важнейших строительных материалов: цемента,
1 В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 3, с. 525.
веществах получило в работах П. И. Боженова, П. П. Будникова, Ю. М. Бутта, А. В. Волженского, С. И. Дружинина, В. Ф. Журавле ва, В. А. Кинда, О. П. Мчедлова-Петросяна, Н. А. Торопова и др. Труды И. П. Александрина, Н. М. Беляева, К. С. Завриева, Б. Г. Скрамтаева и Н. А. Попова способствовали внедрению в прак тику научных методов определения состава бетона. Большое распро странение получили работы по механизации укладки и уплотнения бетонной смеси, созданию новых видов бетона — особо легкого, кис лотоупорного, жаростойкого. Теория прочности и технология бетона получили развитие в работах И. Н. Ахвердова, Ю. М. Баженова, О. Я. Берга, С. А. Миронова, И. А. Рыбьева и др.
Общая фундаментальная теория коррозии бетона и железобето на разработана в трудах В. М. Москвина, С. Н. Алексеева, В. И. Ба бушкина, Г. И. Горчакова, Ф. М. Иванова, В. Б. Ратинова, О. В. Кун цевича, С. В. Шестоперова и др. На ее основе созданы долговечные железобетонные конструкции для массового строительства.
Развитию строительной керамики в большой мере способствова ли исследования П. А. Земятченского, А. И. Августиника, П. П. Буд никова и других ученых. Они разработали теоретические основы глиноведения, раскрыли процессы, происходящие при тепловой обработ ке глин, подробно изучили глины нашей страны.
За годы Советской власти промышленность строительных мате риалов и изделий превратилась в крупную отрасль индустрии, распо лагающую механизированными и автоматизированными предприя тиями, квалифицированными кадрами и крупной научной базой.
ГЛАВА: 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Строительная конструкция воспринимает тс или иные нагрузки и подвергается действию окружающей среды. Поэтому строительные материалы должны обладать оп ределенной прочностью, а также способностью сопротив ляться физическим и химическим воздействиям среды: воздуха и содержащихся в нем паров и газов, воды и растворенных в ней веществ, колебаниям температуры и влажности, совместно воды и мороза при многократном замораживании и оттаивании.
Исходя из условий работы материалов в сооружении их можно разделить по назначению на две группы.
Первую группу составляют конструкционные матери алы, применяемые для несущих конструкций: 1) природ ные каменные материалы; 2) неорганические и органиче ские вяжущие вещества; 3) искусственные каменные ма териалы: а) получаемые на основе вяжущих веществ (бетоны, железобетон, строительные растворы); б) полу чаемые термической обработкой минерального сырья (керамические материалы и изделия, стекло, ситаллы); 3) металлы (сталь, чугун, алюминий, сплавы); 4) поли меры; 5) древесные материалы; 6) композиционные ма териалы (асбестоцемент, бетонополимер, фибробетон, стеклопластики и др.).
Вторая группа объединяет строительные материалы специального назначения, необходимые для защиты кон струкций от вредных воздействий среды, а также для повышения эксплуатационных свойств и создания ком форта: 1) теплоизоляционные; 2) акустические; 3) гидро изоляционные, кровельные и герметизирующие; 4) отде лочные; 5) антикоррозионные; 6) огнеупорные; 7) мате риалы для защиты от радиационных воздействий.
1. Стандартизация свойств
Чтобы правильно выбрать материал, спроектировать и построить сооружение, надо хорошо знать свойства применяемых материалов.
В строительстве применяют много материалов с раз личными свойствами, однако существуют основные свой ства, важные для всех строительных материалов. К та
ким свойствам можно отнести: плотность, пористость, прочность, деформируемость и стойкость в эксплуатаци онных условиях. Указанные свойства определяют каче ство материала и возможность его применения в той или другой конструкции.
Свойства материала всегда оценивают числовыми по казателями, которые устанавливают путем испытаний. Для получения сопоставимых данных, которыми можно воспользоваться при расчете конструкций, испытания обязательно проводят единообразно, как установлено го сударственными общесоюзными стандартами (ГОСТа ми).
В СССР создана единая государственная система стандартизации, которая применяется во всех отраслях народного хозяйства. Этим самым создается эффектив ность действия стандартов как одного из средств ускоре ния научно-технического прогресса и повышения качест ва продукции.
Система органов и служб стандартизации представ лена общесоюзным органом по стандартизации (Госу дарственным комитетом стандартов Совета Министров
СССР) и его службами — службой стандартизации в от раслях народного хозяйства, службой стандартизации в союзных республиках. В зависимости от сферы действия стандарты могут быть государственными (ГОСТ), отрас левыми (ОСТ), республиканскими (РСТ) и стандартами предприятий (СТП).
Государственные стандарты — это обязательный до кумент для всех предприятий, организаций и учрежде ний, независимо от их ведомственной подчиненности, во всех отраслях народного хозяйства СССР и союзных рес публик. Такие стандарты утверждает Госстандарт, а стандарты в области строительства и строительных ма териалов— Государственный комитет СССР по делам строительства (Госстрой СССР). Особо важные государ ственные стандарты (по специальному перечню) утверж дает Совет Министров СССР.
В области строительных материалов и изделий наи более распространены стандарты: технических условий; технических требований; типов изделий и их основных параметров, методов испытаний; правил приемки, мар кировки, упаковки, транспортирования и хранения.
Стандарты технических требований нормируют пока затели качества, надежности и долговечности продукции,
ее внешний вид. Вместе с тем такие стандарты устанав ливают гарантийный срок службы и комплектность по ставки изделий. Большинство стандартов на строитель ные материалы и изделия — это стандарты технических требований. Значительная часть требований стандартов связана с физико-механическими характеристиками ма териалов (плотностью, водопоглощением, влажностью, прочностью, морозостойкостью и др.).
Одна из особенностей государственной системы стан дартизации в строительстве и технологии строительных изделий состоит в том, что кроме стандартов здесь дейст вует система нормативных документов, объединенная в
Строительные норны и правила (СНиП). СНиП— это свод общесоюзных нормативных документов по проекти рованию, строительству и строительным материалам, обязательный для всех организаций и предприятий.
Методическую основу стандартизации размеров в проектировании, изготовлении строительных изделий и при возведении сооружений составляет Модульная коор динация размеров в строительстве (МКРС), представля ющая собой совокупность правил координации размеров элементов зданий и сооружений, строительных изделий и оборудования на базе основного модуля, равного 100 мм (обозначается 1М). Применение МКРС позволяет уни фицировать и сократить число типоразмеров строитель ных изделий из разных материалов или отличающихся по конструкции. Изделия и детали одинаковых типораз меров, изготовленные в соответствии с требованиями МКРС могут быть использованы в зданиях разнообраз ного назначения.
В МКРС входят и произвольные модули, которые по лучают путем умножения основного модуля на целые или дробные коэффициенты. При умножении на целые коэф фициенты образуются укрупненные модули, а при умно жении на коэффициенты менее единицы — дробные мо дули (табл. 1.1).
Производные укрупненные модули (60М, ЗОМ, 12М) и кратные им размеры рекомендуются для назначения продольных и поперечных шагов зданий. Модули 6М, ЗМ, 2М предназначены для членения конструктивных элементов в плане зданий и для назначения ширины проемов. Основной модуль 1М и дробные модули от 1/2М до 1/20М применют для назначения размеров се чения относительно малых элементов (колонн, балок и
to