- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения
- •Глава 1. Классификация и требования к строительным материалам
- •Глава 2. Строение и свойства строительных материалов
- •2.2. Состав и строение материалов
- •Часть 2. Определение пористости и водопоглощения материалов
- •Ход работы
- •Лабораторная работа n2 2. Определение прочности и водостойкости
- •Ход работы
- •Раздел 2. Природные материалы
- •Глава 3. Древесина и материалы из нее
- •3.7. Защита древесины от гниения и возгорания
- •Лабораторная работа №3 Физико-механические свойства древесины
- •I. Определение равновесной влажности древесины
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
- •Глава 4, природные каменные материалы ,
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
- •4.6. Использование отходов камнеобработки
- •4.7. Коррозия природного камня и меры защиты от нее
- •Раздел 3. Материалы и изделия, получаемые спеканием и плавлением
- •Глава 5. Керамические материалы
- •15.3. Основы технологии керамики
- •Лабораторная работа №4 Кирпич и керамические камни
- •Ход работы
- •Глава 8. Неорганические вяжущие вещества
- •Лабораторная работа №6 Стандартные испытания гипсовых вяжущих
- •Глава 9. Органические вяжущие вещества
- •Раздел 5. Материалы на основе I вяжущих веществ
- •Глава 10. Заполнители для бетонов
- •Лабораторная работа №9 Подбор состава и приготовление тяжелого бетона
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
- •Эксплуатации
- •Часть II
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
- •Глава 13. Железобетон и железобетонные
- •Глава 14. Искусственные каменные материалы на основе вяжущих веществ
- •Глава 16. Кровельные, гидроизоляционные 5 : раздел 6. Материалы специального назначения
- •Задачи для практических занятий по курсу «Строительные материалы и изделия»
- •Тема I. Основные свойства строительных материалов
- •Тема III. Керамические материалы, кирпич и камни
- •Тема II. Природные каменные материалы
- •Тема III. Керамические материалы, кирпич и камни
- •Тема IV. Неорганические вяжущие вещества
- •Тема V. Бетоны и растворы
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
К.Н.Попов М.Б.Кадцо
Строительные материалы и изделия
Допущено Госстроем России в качестве учебника для студентов строительных специальностей средних специальных учебных заведений
Москва «Высшая школа» 2001
УДК 691 ББК 38.3 П 57
Рецензенты:
канд. техн. наук Н.П. Умнякова (Московский государственный строительный университет); канд. техн. наук Г.Ф. Слитенко (Московский строительный
техникум) Ш
Попов К.Н., Кадцо М.Б.
П 57 Строительные материалы и изделия: Учеб.—М.: Высш. шк., 2001.- 367 с.: ил. _,
ISBN 5-06-003799-1
В
книге описаны свойства современных
строительных материалов как общего
назначения, так и специальных (тепло-
и звукоизоляционных и отделочных).
Уделено
внимание экологическим проблемам
производства и применения стро ительных
материалов.
В конце основных разделов книги дано описание лабораторно-практических работ по оценке качества материалов. Приведены типовые расчетные задачи по курсу «Строительные материалы и изделия».
Доя студентов строительных специальностей средних специальных учебных заведений.
УДК 691 ББК 38.3
ISBN 5-06-003799-1
©ГУЛ «Издательство «Высшая школа», 2001
Посвящается светлой памяти Николая Анатольевича Попова Л :/4. (1899-1964)
ПРЕДИСЛОВИЕ
Материаловедение — одна из главных дисциплин для строителей всех профессий, что вполне объяснимо. Все здания и инженерные сооружения возводятся из строительных материалов, поэтому правильный их выбор, умение оценить их качество и степень сохранности и обеспечить нормальные условия эксплуатации конструкций из этих материалов — все это необходимо для строителей любой специальности.
Учебник включает в себя 6 разделов. Раздел 1 — вводный — «Основные понятия строительного материаловедения». Во втором разделе дано описание природных материалов. Разделы 3—5 посвящены материалам общего назначения (керамика, стекло, вяжущие вещества и др.). Последний 6-й раздел посвящен материалам специального назначения (кровельным, теплоизоляционным, лакокрасочным и др.). Описание всех материалов дается по схеме «состав — структура — свойства».
В отличие от традиционных учебников в предлагаемой книге в конце соответствующих глав дано описание лабораторных работ. Это позволило избежать ненужных повторов теоретической части при объяснении сути лабораторных работ, что неизбежно в случае издания отдельного лабораторного практикума.
В конце учебника приведены типовые задачи по курсу «Строительные материалы и изделия».
Авторы
ВВЕДЕНИЕ
Строительство — одна из главных отраслей экономики страны.
Для возведения зданий и инженерных сооружений требуется большое количество различных строительных материалов. Их стоимость в среднем составляет 60 % (а в ряде случаев и более) от общей стоимости строительства.
Перед промышленностью строительных материалов стоят серьезные задачи, заключающиеся не только и не столько в увеличении выпуска материалов и изделий, но прежде всего в повышении их качества и расширении выпуска новых эффективных материалов и изделий, позволяющих снизить материалоемкость строительства и. трудоемкость возведения зданий и сооружений.
Промышленность
строительных материалов представляет
собой сложный комплекс специализированных
отраслей производства, изго-; товляющих
большое количество разнообразной
продукции. По объему производимой
продукции промышленность строительных
материалов занимает
одно из первых мест в экономике, однако
уровень ее техни-
ческой оснащенности отстает от многих
других отраслей.
Последние годы ассортимент строительных материалов претерпел существенное изменение как за счет импортных материалов, так и за счет освоения производства новых материалов отечественньми предприятиями. Общая тенденция в производстве строительных материалов — выпуск материалов и изделий с максимальной степенью готовности для использования. Это касается не только традиционных сборных железобетонных элементов (панелей, плит перекрытий и т. п.), но и отделочных, кровельных и других специальных материалов. Использование таких материалов позволяет свести работы на месте строительства к простейшим монтажным операциям, что, вкупе с разнообразным электроинструментом и вспомогательными материалами (крепежными, клеющими и т. п.), резко ускорит строительство.
Одновременно с индустриальным городским стррительством получает развитие малоэтажное, в том числе индивидуальное, поселковое и сельское строительство. Для его обеспечения требуется увеличение выпуска традиционных материалов: кирпича, лесоматериалов, асбестоцементных изделий, а также широкое использование местных строительных материалов.
Промышленность строительных материалов использует в качестве сырья попутные продукты и отходы других отраслей промышленности (металлургические шлаки, золы ТЭС, отходы деревообработки), внося 4 свою лепту в решение экологических проблем, относящихся к главнейшим проблемам, вставшим перед человечеством к концу XX в. К сожалению, используется пока лишь небольшой процент попутных продуктов и промышленных отходов, и это остается одним из актуальных направлений развития промышленности строительных материалов.
Другая проблема, стоящая перед строителями,— снижение энергозатрат на отопление зданий. Она может быть решена только за счет эффективной теплоизоляции зданий и тепловых сетей, так как удовлетворение новых нормативов СНиП по термическому сопротивлению ограждающих конструкций не реально при применении традиционных материалов.
Тем не менее основной материальной базой строительства остаются традиционные материалы: керамика, вяжущие вещества, бетоны и др. -И-Х-рацио.шдьно£-пр.именение-оатае1с,ялдавж1й-задаа&й-С1раи:тед£Й.
Для того чтобы правильно использовать строительные материалы, надо знать их свойства и назначение. Изучением свойств материалов занимается материаловедение. I! развитие строительного материаловедения большой вклад внесли российские ученые и инженеры. Еще в начале XIX в. по инициативе проф. Н.А. Белелюбского были приняты используемые и поныне стандартные методы оценки свойств строительных материалов (определение марки цементов, морозостойкости и др.). Позднее была разработана теория твердения вяжущих веществ (Л.А. Байков, В.Н. Юнг), созданы новые виды вяжущих (П.П. Будников, В.В. Михайлов), разработаны и внедрены в практику новые виды бетонов и растворов (А.В. Волженский, Н.А. Попов, !>.Г. Скрамтаев).
Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения
Глава 1. Классификация и требования к строительным материалам
КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Жилые, общественные и производственные здания представляют - собой сооружения, предназначенные для размещения людей и различного оборудования и защиты их от воздействия окружающей среды. Все здания состоят из одинаковых по назначению частей:
фундамента,служащего основанием здания и передающего на-?
грузку
от всего здания на землю; ■ '
каркаса— несущей конструкции, на которой устанавливаются
ограждающие
элементы здания; каркас воспринимает
и перераспреде- ляст
нагрузки и передает их на фундамент;
«
ограждающих
конструкций,
изолирующих внутренний объем здания
от воздействия внешней среды или
разделяющих отдельные части внутреннего
объема между собой; к ограждающим
конструкциям относятся стены,
перекрытия и кровли, причем в малоэтажных
зданиях стены и перекрытия часто
выполняют функцию каркаса.
С глубокой древности жилые и культовые сооружения возводили из природных материалов — камня и дерева, причем из них выполняли все части здания: фундамент, стены, кровлю. Такая -вынужденная универсальность материала (других материалов не было) имела существенные недостатки. Строительство каменных зданий было трудоемко; каменные стены для поддержания в здании нормального теплового режима приходилось делать очень толстыми (до 1 м и более) по причине того, что природный камень — хороший проводник теплоты. Для устройства перекрытий и кровель ставили много колонн или делали тяжелые каменные своды, так как прочность при сжатии и изгибе камня недостаточна для перекрытая больших пролетов. У каменных зданий, правда, было одно положительное качество — долговечность. Менее трудоемкие и материалоемкие, но не долговечные деревянные здания часто разрушались при пожарах.
С развитием промышленности появились новые, разные по назначению строительные материалы: для кровли — листовое железо, позже
рулонные материалы и асбестоцемент; для несущих конструкций — стальной прокат и высокопрочный бетон; для тепловой изоляции — фибролит, минеральная вата и др.
На основе синтетических полимеров стали изготавливать высокоэффективные пластмассы, в том числе и строительного назначения: пинолеум, декоративные листы и пленки, герметики, пенопласты и др.
Специализация и промышленное изготовление строительных материалов и изделий коренным образом изменили характер строительства. Материалы, а затем и изделия из них на стройку поступают практически в готовом виде, строительные конструкции стали легче и эффективнее (например, лучше предохраняют от потерь теплоты, от иоздействия влаги). В начале XX в. началось заводское изготовление с троительных конструкций (металлических ферм, железобетонных колонн), но только с 50-х годов впервые в мире в нашей стране началось массовое строительство жилых зданий из железобетонных элементов шводского изготовления (блочное и крупнопанельное строительство).
Современная промышленность строительных материалов и изделий производит большое количество готовых строительных материалов и изделий различного назначения, например: керамические плитки для иолов, для внутренней облицовки, фасадные, ковровую мозаику; рулонные и штучные материалы для устройства кровли, специальные материалы для гидроизоляции. Чтобы легче было ориентироваться в этом многообразии строительных материалов и изделий, их принято классифицировать. Наибольшее распространение получили классификации по назначению и технологическому признаку.
По назначению материалы делят 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 помещения 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(огнеупорные или кислотоупорные и др.), применяемые при возведении специальных сооружений.
Некоторые материалы (например, цемент, известь, древесина) нельзя отнести к какой-либо одной группе, так как их используют и в исходном состоянии, 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 — теплоизоляционные
материалы; особо тяжелые бетоны —
материалы специального назначения,
используемые для защиты от
радиоактивного излучения.
В
основу классификации по технология
е с кому признаку
положены вид
сырья,
из которого получают материал, и способ
изготовления.
Эти два фактора во многом определяют
свойства материала и соответственно
область его применения. По способу
изготовления различают материалы,
получаемые спеканием (керамика, цемент)
плавлением (стекло, металлы), омоноличиванием
с помощью вяжущих веществ (бетоны,
растворы), механической обработкой
природного сырья (природный камень,
древесные материалы).
Так как свойства материалов зависят главным образом от вида сырья и способа его переработки, в строительном материаловедении используют классификацию по технологическому признаку и лишь в отдельных случаях рассматриваются группы материалов по назначению.
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ
Чтобы
здание или сооружение было прочным
и долговечным,
необходимо знать те агрессивные
воздействия внешней среды, в которых
будет работать каждая конструкция
(рис. 1.1). Зная эти воздействия и назначение
конструкции, можно сформулировать
требования к материалу конструкции
(табл. 1.1).
Рис.
1.1. Воздействие внешней среды на
конструкции здания
Таблица /./. Основные требова ния к материалам - ' строительных конструкций •' | ||
Конструкции |
Эксплуатационные факторы |
Требования к материалу конструкции |
Наружные: |
|
|
кровля |
Атмосферные влияния (дождь, снег, ветер, солнце), смена температур и влажности, находящиеся в атмосфере газы, биологическое втпе,йсттше, (живые, организмы), |
Прочность, плотность, водонепроницаемость, морозо- и биохимическая стойкость, небольшая собственная масса |
|
статические и динамические нагрузки (снег, ветер) |
^ к" . Л ♦' |
Н стены |
Те же атмосферные влияния, но в меньшей степени; разные темпе- ратура и влажность с наружной и внутренней стороны стены; большие статические и динамические нагрузки |
То же, а также высокие теплоизолирующие свойства и достаточная паропрошщаемостъ |
В цоколь |
То же, а также замораживание я оттаивание в насыщенном водой состоянии |
Прочность, водо- и морозостой- КОСТЬ |
В фундамент |
То же, а также действие грунтовых вод (растворы солей и слабых кислот); нагрузка от вышележащих частей здания |
Прочность, водостойкость, коррозионная стойкость, водонепроницаемость |
К Внутренние: |
|
|
В каркас и неимущие стены |
Статические и динамические нагрузки, звуки и шумы (ударные и воздушные) |
Прочность при минимальной массе, низкая звукопроводность |
Е перегородки |
Звуки и шумы (ударные и воздушные) |
Звукоизоляционная способность при минимальной толщине, прочность |
В перекрытия: |
|
|
чердачные |
Нагрузки, смена температур и влажности |
Прочность, теплоизолирующая способность, водостойкость |
междуэтаж ные |
Статические и динамические нагрузки, шумы и звуки (ударные и воздушные) |
Прочность, звуко- и теплоизолирующая способность при минимальной массе |
полы |
Удары, истирание, статические и динамические нагрузки; в специальных сооружениях — воздействие воды и агрессивных жидкостей |
Низкое тешгоусвоение, износостойкость, прочность, гигиеничность; в специальных сооружениях — коррозионная стойкость |
Материалы для той или иной конструкции выбирают таким образом, чтобы их свойства отвечали предъявляемым к ним требованиям.
Контрольные вопросы
1. Какие материалы применяли для строительства в древности? 2. На какие группы делят строительные материалы по назначению? 3. Расскажите о классификации строительных материалов по технологическому признаку. 4. Какие требования предъявляют к материалам строительных конструкций?