Modern Building Materials

Modern Building Materials: Classification and Properties

Современные строительные материалы: классификация и свойства

Materials are solid substances of which manufactured products are made. A variety of materials are used in different products. Basic types of materials range from wood, which has been used for thousands of years, to composite materials, which are still under development Materials belong to two groups: (1) natural materials and (2) extracted materials. Natural materials, which include stone, wood, and wool, are used much as they occur in nature. Extracted materials, such as plastics, alloys (metal mixtures), and ceramics, are created through the processing of various natural substances. Natural materials generally are used as they are found, except for being cleaned, cut, or processed in a simple way that does not use much energy. Natural materials include stone and biological materials. Certain types of rock are extremely strong and hard, and are therefore used as building stone. There are two types of building stone—crushed stone and dimension stone. Biological materials are substances that develop as part of a plant or animal. Common plant materials include wood and various fibers such as cotton. Animal materials include leather and fibers such as wool. Wood has many characteristics that make it an important construction material. It can be easily shaped with tools and fastened with nails, screws, staples, and adhesives. It is light but strong. Wood provides insulation against electricity, heat, cold, and sound. It can hold paint and other finishes, and it does not rust like metal construction materials. Wood is a renewable resource. Some of the chief wood structural materials are round timbers, lumber, plywood, veneer products, and particle board. Round timbers include pilings, poles, and posts. Pilings are driven into the ground as foundations for buildings. Poles link overhead telephone wires and power lines. Posts are used chiefly to build fences. Lumber includes boards and larger pieces of wood that have been sawed from logs. The construction industry uses about 50 per cent of the lumber manufactured. Extracted materials are created through processes that expend a great deal of energy or alter the microstructure of the substances used to make the materials. Extracted materials include ceramics, metals and their alloys, plastics, rubber, composite materials, and semiconductors. Ceramics include such everyday materials as brick, cement, glass, and porcelain. These materials are made from mineral compounds called silicates, including clay, feldspar, silica, and talc. People have used such metals as copper, gold, iron, and silver for thousands of years to make various practical and decorative objects. Today, metals are important in all aspects of construction and manufacturing. Plastics are synthetic materials made up primarily of long chains of molecules called polymers. There are two basic types of plastics: (1) thermosetting plastics (usually called thermosets) and (2) thermoplastics. Rubber is made up of elastomers, polymers that stretch easily to several times their length and then return to theiroriginal shape. Engineers may artificially combine various materials to create a new composite material. Many composite materials contain a large amount of one substance to which fibers, flakes, or layers of another substance are added. Semiconductors are materials that conduct electricity better than insulators, but not as well as conductors, at room temperature. Manufacturers determine which material to use for a given product by evaluating properties (qualities) of materials. Some properties can be linked with a material's macrostructure (structure visible to the unaided eye). Other properties are explained by a material's microstructure (structure that can be seen only through a microscope). The properties of materials are determined by their internal structure—that is, the way in which the fundamental parts of the materials are put together. At the most basic level, properties of materials are determined by chemical bonds, forces that attract atoms to one another and hold them together. Materials scientists study how the structure of materials relates to their properties. A large part of their work involves experimentation. Scientists group the properties of materials according to various functions that must be performed by objects made of the materials. Most properties of materials fall into six groups: (1) mechanical, (2) chemical, (3) electrical, (4) magnetic, (5) thermal, (6) optical. Mechanical properties are critical in a wide variety of structures and objects—from bridges, houses, and space vehicles to chairs and even food trays. Some of the most important mechanical properties are (1) stiffness, (2) yield stress, (3) toughness, (4) strength, (5) creep and (6) fatigue resistance. Stiffness measures how much a material bends when first subjected to a mechanical force. Yield stress measures how much force per unit area must be exerted on a material for that material to реrmanently deform (change its shape). Toughness measures a material's resistance to cracking. The tougher a material, the greater the stress necessary to break that material near a crack. Strength measures the greatest force a material can withstand without breaking. A material's strength depends on many factors, including its toughness and its shape. Creep is a measure of a material's resistance to gradual deformation under a constant force. Fatigue resistance measures the resistance of a material to repeated applications and withdrawals of force. Chemical properties include catalytic properties and resistance to corrosion. Electrical properties are important in products designed either to conduct (carry) or block the flow of electric current. Dielectric strength describes a material's response to an electric field. Magnetic properties indicate a material's response to a magnetic field—the region around a magnet or a conductor where the force of magnetism can be felt.

Материалы – это твердые вещества, из которых сделаны промышленные изделия. Множество материалов используется в разных изделиях. Основные типы материалов варьируются от дерева, которое используется в течение тысяч лет, до сложных материалов, которые все еще разрабатываются. Материалы делятся на две группы: (1)природные материалы и (2)извлеченные материалы. Природные материалы, которые включают камень, древесину, и шерсть, используются часто, так как они встречаются в природе. Извлеченные материалы, такие как пластмасса, сплавы (металлические смеси), и керамика, созданы посредством обработки различных естественных веществ. Природные материалы обычно используются в таком виде, как их нашли, за исключением очистки, резки, или обрабатываются простым способом, который не расходует много энергии. Природные материалы включают камень и биологические материалы. Определенные типы горных пород чрезвычайно сильны и тверды, и поэтому используются в качестве строительного камня. Есть два типа строительного камня – дроблёный камень и штучный камень. Биологические материалы - вещества, которые развиваются как часть растения или животного. Распространенные растительные материалы включают дерево и различные волокна, такие как хлопок. Животные материалы включают кожу и волокна, такие как шерсть. Древесина обладает многими характеристиками, которые делают ее важным строительным материалом. Ей можно придать различную форму при помощи инструментов и скрепить гвоздями, шурупами, скобами и клеем. Она легкая, но прочная. Древесина обеспечивает изоляцию от электричества, тепла, холода, и звука. Она может держать краску и другие отделки, и она не ржавеет, как металлические материалы. Древесина является возобновляемым ресурсом. Некоторые из главных конструкционных материалов - это круглые лесоматериалы, пиломатериалы, фанера, шпон, и ДСП. Круглая древесина включает сваи, столбы, и жерди. Сваи вбиваются в землю, как основы для зданий. Столбы соединяют вверху телефонные провода и линии электропередач. Жерди используются главным образом для создания ограждений. Пиломатериалы включают в себя доски и большие части дерева, которые распиливаются на брёвна. Строительная отрасль использует около 50 процентов изготовленной древесины. Извлеченные материалы созданы посредством процессов, которые расходуют много энергии или изменяют микроструктуру веществ, используемых, чтобы сделать материалы. Извлеченные материалы включают керамику, металлы и их сплавы, пластмассу, резину, сложные материалы, и полупроводники. Керамика включает такие повседневные материалы как кирпич, цемент, стекло, и фарфор. Эти материалы сделаны из минеральных смесей, называемых силикатами, включая глину, полевой шпат, кварц (кремнезем), и тальк. Люди использовали такие металлы как медь, золото, железо, и серебро тысячи лет, чтобы сделать различные практические и декоративные предметы. Сегодня металлы важны во всех аспектах строительства и производства. Пластмасса – синтетический материал, состоящий, главным образом из длинных цепей молекул, названных полимерами. Есть два основных типа пластмасс: (1)реактопласты (обычно называемые термореактивный пластик), и (2)термопласты (термопласт, термопластмасса). Резина производится из эластомеров, полимеров, которые легко растягиваются в несколько раз от изначальной длины, а затем возвращаются в начальную форму. Инженеры могут искусственно соединять различные материалы, чтобы создать новый сложный, композитный материал. Многие композиционные материалы содержат большое количество одного вещества, к которому добавляются волокна, хлопья, или слои другого материала. Полупроводники - материалы, которые проводят электричество лучше, чем изоляционный материал, но не так хорошо, как проводники, при комнатной температуре. Изготовители определяют, какой материал использовать для данного продукта, оценивая свойства (качества) материалов. Некоторые свойства могут быть связаны с макроструктурой материала (структура, видимая невооруженным глазом). Другие свойства обусловлены микроструктурой материала (структура, которая может быть замечена только через микроскоп). Свойства материалов определяются их внутренней структурой, то есть, путём, которым соединены основные части материалов. На наиболее базовом уровне свойства материалов определяются химическими связями, силами, которые притягивают атомы друг к другу и скрепляют их. Материаловеды изучают,как структура материалов влияет на их свойства. Значительная часть их работы связана с экспериментированием. Ученые группируют свойства материалов согласно различным функциям, которые должны быть выполнены объектами, сделанными из данного материала. Большинство свойств материалов делятся на шесть групп: (1) механические, (2) химические, (3) электрические, (4) магнитные, (5) тепловые, (6) оптические. Механические свойства важны в большом разнообразии структур и объектов — от мостов, зданий, и космических кораблей, до стульев и даже продовольственным подносов. Некоторые из самых важных механических свойств (1) жёсткость, (2) предел текучести, (3) прочность, (4) сила, (5) ползучесть и (6) усталостная прочность. Жёсткость измеряет, насколько материал сгибается, когда подвергается механическому воздействию. Предел текучести определяет, какое количество сил на единицу площади, должно быть оказано на материал для того, чтобы он постоянно изменял свою форму. Прочность измеряет сопротивление материала к разламыванию. Чем жёстче материал, тем больше необходимо усилий, чтобы сломать этот материал. Сила измеряет самое большое воздействие, которому материал может противостоять не разламываясь. Сила материала зависит от многих факторов, включая ее прочность и ее форму. Ползучесть является мерой сопротивления материала к постепенной деформации при постоянной силе. Мера усталостной прочности измеряется сопротивлением материала при многократном применении и снятия силы. Химические свойства включают каталитические свойства и коррозийную стойкость). Электрические свойства имеют важное значение для продуктов, предназначенных как для переноса, так и для блокировки потока электрического тока. Диэлектрическая сила описывает реакцию материала на электрическое поле. Магнитные свойства указывают реакцию материала на магнитное поле, область вокруг магнита или проводника, где силу магнетизма можно чувствовать.