1.РОЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ МАТЕРИЛОВ В АРХ- ДИЗ ПРОЕКТИРОВАНИИ

При проектировании зданий выбор тех или иных конструктивных решений происходит в зависимости от технико-экономической целесообразности. Проектирование конструкций осуществляется в зависимости от их применения в конкретных условиях строительства, с учетом оптимизации количества используемых материалов. Проектирование зданий и сооружений выполняется с целью максимального снижения трудоемкости и стоимости строительства в рамках принятых технических решений. Строительное проектирование учитывает целесообразность внедрения современных эффективных строительных материалов. Важную роль при проектировании играет возможность снижения массы конструкций за счет наиболее полного использования физико-механических свойств материалов, а также применения оригинальных конструкторских решений. Принятые при проектировании конструктивные схемы обеспечивают требуемую прочность, устойчивость пространственную жесткость здания.

Профессиональные дизайнеры предлагают широкий выбор вариантов архитектурных решений, что может удовлетворить разнообразные вкусы заказчиков. Кроме того, архитектурное проектирование зданий обеспечивает самостоятельное последовательное поэтапное выполнение строительных работ, начиная от нулевого цикла и заканчивая отделкой помещений.

2.ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ СТР. КОНСТРУКЦИЙ

Очевидно, что долговечность конструкции зависит от долговечности примененных в этой конструкции материалов в реальных условиях эксплуатации.

Долговечность любого строительного объекта зависит от грамотно реализованной защиты конструкций от агрессивного воздействия окружающей среды. Наибольшую опасность представляет вода, вызывающая коррозию в железобетонных конструкциях, снижающая их физико-механические показатели, способствующая развитию трещин, сырости, плесени и грибков.

Вода, проникающая в конструкции в виде атмосферных осадков, помимо механических разрушений, связанных с процессами замораживания/размораживания, оказывает и химическое воздействие. Дождевые потоки захватывают из атмосферы газообразные производственные выбросы, которые, растворяясь в воде, превращают дождь в кислотный раствор, разрушающий строительные материалы.

Мигрируя по капиллярам стен, вода вымывает водорастворимые соли из материалов, разрушая кладочный раствор и кирпичную или бетонную массу. Также она выносит соли на поверхность и снаружи образуются кристаллы, проступающие в виде белесых разводов. Их рост сопровождается разрушением кладки и отслаиванием штукатурки.

Российский рынок предлагает множество полимерных материалов для защиты конструкций от проникновения влаги, которые отличаются друг от друга различными радикалами и группами у атома кремния. К первому типу относятся материалы на основе алкилсиликанатов калия или натрия, ко второму – на основе полиалкиларилсилоксанов.

Первый тип - водорастворимые, высокощелочные (PH14) материалы. Они отличаются невысокой ценой и хороши при объемной гидрофобизации (но не при поверхностной). Кристаллы карбоната натрия на каждую свою молекулу присоединяют 10 молекул воды, образуя кристаллогидрат, который в ходе роста стремится разрушить все вокруг себя. Таким образом, при использовании алкилсиликанатов натрия для гидрофобизации одновременно идут два процесса – гидрофобизация поверхности строительного материала и его разрушение с образованием новых трещин, что, естественно, не дает положительных результатов. Что же касается кристаллов калия, то они тоже не могут дать положительного результата, так как обладают высокой растворимостью. Следовательно, гидрофобизация строительных материалов алкилсиликанатами калия или натрия мало эффективна, ее хватает максимум на 5-7 лет, а также она дает низкую газо- и паропроницаемость.

Второй тип полимеров на основе полиалкиларилсилоксанов лишен недостатков первого. Они не совместимы с водой и водными растворами. Процесс их получения осуществляется в органических растворителях (спирт, толуол, ацетон, бутилацетат). Чтобы использовать в качестве растворителя воду, эти типы смол необходимо перевести в эмульсионную форму, которая разводится водой, но их проникающая способность при поверхностной гидрофобизации намного ниже и менее качественна, чем при обработке полисилоксановыми смолами на основе органических растворителей. Эти недостатки можно устранить, если создать материал на основе полимеров, который, пропитывая строительные материалы, создавал бы защитную пленку, стойкую к высокой влаге, воздействию щелочных агентов и обладающую повышенной газо- и паропроницаемостью.

3. ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

Свойства материалов в большей мере связаны с особенностями их строения и со свойствами тех веществ, из которых данный материал состоит. В свою очередь, строение материала зависит: для природных материалов — от их происхождения и условий образования, для искусственных — от технологии производства и обработки материала.

Каждый строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым составами.

В зависимости от химического состава все материалы делят:

на органические (древесные, битум, пластмассы и т. п.),

минеральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и т. п.)

металлы (сталь, чугун, алюминий).

Каждая из этих групп имеет свои особенности. Так, все органические материалы горючи, а минеральные — огнестойки; металлы хорошо проводят электричество и теплоту. Химический состав позволяет судить и о других технических характеристиках (биостойкости, прочности и т. д.).

Оксиды, химически связанные между собой, образуют минералы, которые характеризуют минеральный состав материала. Зная минералы и их количество в материале, можно судить о свойствах материала. Например, способность неорганических вяжущих веществ твердеть и сохранять прочность в водной среде, обусловлена присутствием в них минералов силикатов, алюминатов, ферритов кальция, причем при большом их количестве ускоряется процесс твердения и повышается прочность цементного камня.

При характеристике фазового состава материала выделяют:

твердые вещества, образующие стенки пор («каркас» материала),

и поры, заполненные воздухом и водой. Фазовый состав материала и фазовые переходы воды в его порах оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации.

Не меньшее влияние на свойства материала оказывают его макро- и микроструктура и внутреннее строение веществ, составляющих материал, на молёкулярно ионном уровне.

Макроструктура материала — строение, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении.

Микроструктура материала — строение, видимое под микроскопом. Внутреннее строение веществ изучают методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т. д.

Во многом свойства материала определяют количество, размер и характер пор. Например, пористое стекло (пеностекло), в отличие от оконного стекла, непрозрачное и очень легкое.

Форма и размер частиц твердого вещества также влияют на свойства материала. Так, если из расплава обычного стекла вытянуть тонкие волокна, то получится легкая и мягкая стеклянная вата.

В зависимости от формы и размера частиц и их строения макроструктура твердых строительных материалов может быть:

зернистой (рыхлозернистой или конгломератной);

ячеистой (мелкопористой);

волокнистой;

слоистой.

Рыхлозернистые материалы состоят из отдельных, не связанных одно с другим зерен (песок, гравий, порошкообразные материалы  для мастичной теплоизоляции и засыпок и др.).

Конгломератное строение, когда зерна прочно соединены между собой, характерно для различных видов бетона, некоторых видов природных и керамических материалов и др.

Ячеистая (мелкопористая) структура характеризуется наличием макро- и микропор, свойственных газо- и пенобетонам, ячеистым пластмассам, некоторым керамическим материалам.

Волокнистые и слоистые материалы, у которых волокна (слои) расположены параллельно одно другому, обладают различными свойствами вдоль и поперек волокон (слоев). Это явление называется анизотропией, а материалы, обладающие такими свойствами, — анизотропными. Волокнистая структура присуща древесине, изделиям из минеральной ваты, а слоистая — рулонным, листовым, плитным материалам со слоистым наполнителем (текстолит, бумопласт и др.).

По взаимному расположению атомов и молекул материалы могут быть кристаллическими и аморфными.  Неодинаковое строение кристаллических и аморфных веществ определяет и различия в их свойствах. Аморфные вещества, обладая нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, химически более активны, чем кристаллические такого же состава (например, аморфные формы кремнезема — пемзы, туфы, трепелы, диатомиты и кристаллический кварц).

Существенное различие между аморфными и кристаллическими веществами состоит в том, что кристаллические вещества при нагревании имеют определенную температуру плавления (при постоянном давлении), а аморфные размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние.

Прочность аморфных веществ, как правило, ниже кристаллических, поэтому для получения материалов повышенной прочности специально проводят кристаллизацию, например стекол при получении стеклокристаллических материалов — ситаллов и шлакоситаллов.

Неодинаковые свойства могут наблюдаться у кристаллических материалов одного и того же состава, если они формируются в разных кристаллических формах, называемых модификациями (явление полиморфизма). Например, полиморфные превращения кварца сопровождаются изменением объема. Изменением свойств материала путем изменения кристаллической решетки пользуются при термической обработке металлов (закалке или отпуске).

4. МАРКИ И КЛАССЫ БЕТОНА

Производство цемента включает две ступени: первая - получение клинкера, вторая - доведение клинкера до порошкообразного состояния с добавлением к нему гипса или других добавок.

Первый этап самый дорогостоящий, именно на него приходится 70% себестоимости цемента.

Происходит это следующим образом:

Первая стадия - это добыча сырьевых материалов. Разработка известняковых месторождений ведется обычно сносом, т. е. часть горы «сносят вниз», открывая тем самым слой желтовато-зеленого известняка, который используется для производства цемента. Затем этот материал отправляется по транспортеру на измельчение до кусков равных 10 см в диаметре. После этого известняк подсушивается, и идет процесс помола и смешивания его с другими компонентами. Далее эта сырьевая смесь подвергается обжигу. Так получают клинкер.

Вторая стадия тоже состоит из нескольких этапов. Это: дробление клинкера, сушка минеральных добавок, дробление гипсового камня, помол клинкера совместно с гипсом и активными минеральными добавками. Однако надо учитывать, что сырьевой материал не бывает всегда одинаковым, да и физико-технические характеристики (такие как прочность, влажность и т. д.) у сырья различные. Поэтому для каждого вида сырья был разработан свой способ производства. К тому же это помогает обеспечить хороший однородный помол и полное перемешивание компонентов.

В цементной промышленности используют три способа производства, в основе которых лежат различные технологические приемы подготовки сырьевого материала: мокрый, сухой и комбинированный.

Мокрый способ производства используют при изготовлении цемента из мела (карбонатный компонент), глины (силикатный компонент) и железосодержащих добавок (конверторный шлам, железистый продукт, пиритные огарки). Влажность глины при этом не должна превышать 20%, а влажность мела - 29%. Мокрым этот способ назван потому, что измельчение сырьевой смеси производится в водной среде, на выходе получается шихта в виде водной суспензии - шлама влажностью 30 - 50%. Далее шлам поступает в печь для обжига, диаметр которой достигает 7 м, а длина - 200 м и более. При обжиге из сырья выделяются углекислоты. После этого шарики-клинкеры, которые образуются на выходе из печи, растирают в тонкий порошок, который и является цементом.

Сухой способ заключается в том, что сырьевые материалы перед помолом или в его процессе высушиваются. И сырьевая шихта выходит в виде тонкоизмельченного сухого порошка.

При сухом способе, которому, по всей вероятности принадлежит будущее цементного производства, навстречу горящим газам подают не шлам, а размолотое в порошок сырьё: известняк, глину, шлаки. При этом экономится топливо, которое при мокром способе расходуется на испарение воды.

Комбинированный способ, как уже следует из названия, предполагает использование и сухого и мокрого способа. Комбинированный способ имеет две разновидности. Первая предполагает, что сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, потом её обезвоживают на фильтрах до влажности 16 - 18% и отправляют в печи для обжига в виде полусухой массы. Второй вариант приготовления является прямо противоположным первому: сначала используют сухой способ для изготовления сырьевой смеси, а затем, добавляя 10 -14% воды, гранулируют, размер гранул составляет 10 - 15 мм и подают на обжиг.

Если подойти к определению цемента с точки зрения ГОСТа, то цемент – это порошкообразный строительный вяжущий материал, который обладает гидравлическими свойствами. Цемент состоит из мелкоразмолотого клинкера и различных добавок, которые придают ему определенные заданные свойства: морозостойкость, гидрофобность, устойчивость к воздействию соленой морской воды, быстрое затвердевание и др.

Специалисты выделяют, в зависимости от состава и процентного соотношения частей и добавок, следующие виды цементов: портландцемент, гидрофобный цемент, шлаковый цемент, пуццолановый цемент, быстротвердеющий цемент, расширяющийся цемент, глиноземистый цемент, водонепроницаемый расширяющийся цемент, тампонажный цемент, белый цемент, сульфатостойкий цемент, напрягающий цемент, магнезиальный цемент.

Каждый вид цементов имеет свое предназначение. Самый распространенный вид – портландцемент – идет на производство бетона и строительство жилых и промышленных зданий и сооружений. При измельчении клинкера к нему добавляют гипс для регулирования срока схватывания, как правило, 1,5-4%. Помимо этого в портландцемент добавляют различные минеральные добавки (10-15%) для получения особых видов цемента. Различают следующие марки: цемент м 300 и м 400, цемент марки 500, цемент м 600. Из них наиболее популярен цемент марки 500.

Белый цемент используется в отделочных работах. Отличие этого вида цемента обусловлено его химическим составом. Как правило, серовато-зеленый цвет цемента обусловлен присутствием оксидов железа и марганца. Поэтому для получения белого цемента используются каолины, белая глина и известняк с минимальным содержанием перечисленных выше оксидов. Кроме того, для максимальной белизны клинкер при выходе подвергают резкому охлаждению и восстановлению, за счет чего происходит связывание окисного железа в алюмоферрит кальция. Белый цемент имеет следующие марки: 300, 400 и цемент марки 500.

Тампонажный цемент применяется для герметизации и консервирования газовых и нефтяных скважин. Это обусловлено, его способностью выдерживать высокие температуры: от 40 градусов до 70 градусов.

Сульфатостойкий цемент находит применение при возведении сооружений, которые находятся в воде, особенно в соленой воде с содержанием агрессивных химических веществ. Основным его отличием является уменьшенное содержание трехкальциевого алюмината в клинкере. При измельчении клинкера не вводятся минеральные добавки, поскольку это снижает морозоустойчивость бетона. Особенность цемента проявляется в устойчивости к действию растворенных в воде сульфатов и слегка замедленной скоростью твердения в первое время.  Сульфатостойкий портландцемент выпускают двух марок - 300 и 400.

Пуццолановый цемент, несмотря на долгое затвердевание, отличается повышенной стойкостью к воздействию окружающей среды, он практически не подвержен коррозии. Его состав можно представить следующим процентным соотношением: 60-80% клинкер, 20-40% активная минеральная добавка и небольшое количество гипса. При всех своих характеристиках пуццолановый цемент отличается низкой морозостойкостью, поэтому он находит применение в подземных и подводных сооружениях.  Магнезиальный цемент из-за своей высокой прочности применяют для устройства наливных полов. Его активной основной частью является оксид магния. За счет этого магнезиальный цемент приобретает такие свойства как стойкость к воздействию органических растворителей, едких щелочей и масел, эластичность, высокую огнестойкость, низкую теплопроводность и хорошие показатели по износостойкости, особенно в начальном периоде.

Гидрофобный цемент поучается введением различных гидрофобизующих добавок, к которым относятся асидол-мылонафт, мылонафт, олеиновая кислота и др. За счёт этого  гидрофобный портландцемент характеризуется низкой гигроскопичностью. Это позволяет транспортировать его на большие расстояния с сохранением всех заданных свойств. Следует заметить, что гидрофобные цементы обладают повышенной водонепроницаемостью и морозостойкостью. Наибольшее распространение получил цемент марки 500.

Быстротвердеющему цементу свойственно интенсивное увеличение прочности на начальном этапе твердения. Это достигается сверхтонким помолом или регулированием состава клинкера в отношении минеральных добавок. Их процентное содержание не должно превышать 10. Этот цемент находит применение в изготовлении железобетонных конструкций.

Шлаковый цемент получается при совместном помоле активных минеральных добавок и доменных шлаков, например, строительный гипс. Шлаковый цемент подразделяется на известково-шлаковый и сульфатно-шлаковый. Шлаковый цемент применяется при подземных и подводных сооружений.

Расширяющийся цемент своим названием четко определяет свои свойства, т.е. способность в процессе твердения увеличиваться в объёме. Этот эффект достигается за счёт образования гидросульфоалюминатов кальция – вяжущего гидратирующего вещества, способного до 25 раз увеличить объем твердых компонентов, при помощи химически связанной воды. Он находит активное применение в строительстве гидротехнических сооружений для получения гидроизоляции и в заделке швов железобетонных конструкций.

Глиноземистый цемент относится к группе быстротвердеющих цементов и характеризуется обжигом известняков и бокситов. Различают высокоглиноземистый цемент содержащий бокситы до 70% и глинозёмистый цемент с содержанием бокситов до до 55%. Глинозёмистый цемент отличается высокой огнеупорностью, стойкостью в агрессивных средах, коррозионной стойкостью и водонепроницаемостью.

Напрягающий цемент относится к группе расширяющихся цементов и получается при смешивании клинкера, гипса, извести и глиноземистого шлака в определенных процентных соотношениях. Он отличается хорошими показателями по водонепроницаемости. Напрягающий цемент находит применение в строительстве ёмкостных сооружений.

Для обычного гражданского строительства вполне достаточно купить цемент м500. При отделочных работах возможно применение менее прочных марок цементов: м300-м400. Но специалисты крайне не рекомендуют смешивать между собой различные виды цементов. Это может только ухудшить свойства получившейся смеси. Если вы решили купить цемент оптом или в розницу, то нужно, прежде всего, определиться, для каких видов работ вы его приобретаете. Большую часть потребностей может удовлетворить цемент марки 500 или м400, но для уверенности все же лучше купить цемент м500.

5. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полимерные строительные материалы, обладающие высокой прочностью, малой плотностью, стойкостью к действию кислот и щелочей, а также высокими декоративными свойствами, широко применяют в качестве конструкционных и отделочных материалов. Причем одни из них, например стеклопластики и древесностружечные плиты, являются конструкционно-отделочными материалами, другие, например полистирольные облицовочные плитки, - только отделочными.

Конструкционные материалы. В качестве конструкционных материалов применяют, главным образом, следующие армированные пластмассы: стеклопластики, древеснослоистые пластики, сотопласты, а также органическое стекло, винипласт листовой.

Стеклопластики представляют собой материалы, состоящие из связующих синтетических полимеров и наполнителя - стеклянного волокна. Стеклянное волокно обеспечивает высокую прочность материала, а смола связывает отдельные волокна, распределяет усилия между ними и защищает их от внешних воздействий.

По виду и расположению стекловолокнистого наполнителя их делят на три основные группы: стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ), стеклопластик на основе рубленого волокна и стеклопластик на основе стеклоткани (стеклотекстолит).

Стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ) получают методом горячего прессования пакета листов стеклошпона. Стеклошпон - тонкие полотнища однонаправленных стеклянных нитей, склеенных спиртовыми растворами синтетических (эпоксидно-фенольных) смол. Линейные размеры листов СВАМ зависят от размеров плит горячих прессов. Обычно они имеют длину до 1000, ширину до 500 и толщину от 1 до 30 мм.

В строительстве из стеклопластиков СВАМ изготовляют несущие элементы, оболочки навесных панелей и пространственных ограждений конструкций.

В качестве связующего для стеклопластиков на основе рубленого стекловолокна служат полиэфирные смолы.

Полиэфирные стеклопластики на основе рубленого стекловолокна применяют для изготовления светопроницаемых ограждений фонарей, светопрозрачных перегородок. Полупрозрачные, окрашенные в массе волнистые стеклопластики используют для отделки балконов и устройства кровли сооружений малых архитектурных форм - павильонов, кафе, киосков, навесов.

Стеклотекстолит получают методом горячего прессования уложенных правильными слоями в пакеты полотнищ стеклоткани, которую предварительно пропитывают растворами фенолформальдегидных смол и подсушивают. Стеклотекстолит выпускают в виде листов длиной 2400, шириной 600-1200 и толщи­ной 9-35 мм. Плотность стекловолокнистых листов 1850 кг/м³, предел прочности при растяжении 230, при сжатии 95 и при изги­бе 120 МПа. Стеклотекстолит, как и другие стеклопластики, обладает высокой теплостойкостью, водостойкостью, хорошей коррозионной и химической устойчивостью.

Листовой стеклотекстолит предназначен для изготовления трехслойных панелей, оболочек, волнистой кровли и т. д.

Органическое стекло (полиметилакрилат) представляет собой высокопрочный, светоустойчивый, легкий материал. Органическое стекло выпускают в виде листов длиной до 1350 мм, шириной до 1250 и толщиной 2-6,3 мм. Его применяют для устройства светопрозрачных ограждений и перегородок, световых одинарных и двойных вертикальных проемов и куполов верхнего света общественных и промышленных зданий.

Отделочные материалы - наиболее обширная группа полимерных материалов: листовых, плиточных, рулонных, профильнопогонажных и др. К листовым отделочным материалам относят декоративные бумажно-слоистые пластики, отделочные древесноволокнистые и древесностружечные плиты и др.

Декоративный бумажно-слоистый пластик - листовой материал, изготовляемый методом горячего прессования пакетов из нескольких слоев бумаги, предварительно пропитанной синтетическими смолами. Верхний слой бумажно-слоистого пластика представляет собой лист одноцветной или многоцветной текстурной не наполненной бумаги или же бумаги с рисунком, отпечатанным типографским способом. Рисунок может имитировать ценные породы дерева или камня (дуб, орех, карельская береза, мрамор, малахит и др.).

Листы декоративного бумажно-слоистого пластика служат для внутренней отделки культурно-бытовых, торговых и общественных зданий, а также для щитов встроенной и обычной мебели.

Древесноволокнистые отделочные плиты производят методом горячего прессования волокнистых материалов (древесные волокна, камыш и др.)

Отделочные древесноволокнистые плиты имеют длину 1200-2700, ширину 1200-1700 и толщину 3-6 мм. Они достаточно прочны и обладают высокими эксплуатационными свойствами. Их применяют для облицовки стен в кухнях и санитарных узлах жилых зданий, в лабораториях, магазинах, больницах, кинотеатрах, а также для встроенной мебели. Красивый внешний вид, разнообразие цвета и фактуры, легкость монтажа и обработки, небольшая стоимость предопределяют их высокую эффективность.

Древесностружечные отделочные плиты получают горячим прессованием древесной стружки, смешанной с синтетическими термореактивными смолами.

Длина древесностружечных отделочных плит 2500-3500, ширина 1250-1750 и толщина 10-25 мм. Плотность их обычно 600-700 кг/м³. Лицевую поверхность плит покрывают лаками, эмалями и красками, а также облицовывают шпоном, фанерой, листовыми пластиками и другими материалами.

Высокие прочностные и декоративные свойства отделочных древесностружечных плит позволяют успешно применять их для облицовки дверей, отделки встроенной мебели, устройства перегородок, подвесных потолков и других элементов.

Плитки для облицовки стен. К отделочным материалам на основе полимеров относят полистирольные и фенолитовые облицовочные плитки.

Полистирольные облицовочные плитки изготовляют методом литья под давлением на специальных литьевых пресс-автоматах из окрашенного минеральными пигментами полистирола. Размеры полистирольных облицовочных плиток 100 х 100 и 150 х 150 мм при толщине 1,25 и 1,35 мм. Тыльная сторона плиток имеет бортик шириной 6-8 мм и рельефную поверхность, что обеспечивает прочное приклеивание их к облицовываемой поверхности. Цвет плиток весьма разнообразный (белый, желтый, бирюзовый, синий и др.).

Полистирольные плитки применяют для внутренней облицовки стен и панелей в помещениях жилых, общественных и промышленных зданий с повышенными гигиеническими требованиями и температурно-влажностным режимом эксплуатации (душевые кабины, санитарные узлы, кухни, лаборатории и др.). Не следует использовать эти плитки для облицовки стен, к которым примыкают отопительные приборы.

Фенолитовые облицовочные плитки получают прессованием смеси из связующего (фенолоформальдегидные смолы), отвердителя и наполнителя (древесная мука, каолин, тальк и др.). Размеры фенолитовых плиток - 100x100 и 150x150 мм толщиной 1,5 мм. Расцветка плиток весьма разнообразна и зависит от вида пигмента, введенного в состав прессматериала. Фенолитовые облицовочные плитки характеризуются высокой механической прочностью и химической стойкостью, кроме того, они термостойки, паронепроницаемы, водо- и морозостойки.

Фенолитовые плитки предназначены для облицовки внутренних стен лабораторий, производственных цехов и других помещений, где возможно воздействие на облицовку агрессивных химических сред.

6.ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В зависимости от состава материалов их микроструктура может быть аморфной, кристаллической и нестабильной (вязкой, пластичной, например клей, лакокрасочные материалы, цементное тесто). С течением времени и под действием атмосферных факторов она переходит в аморфную (стекло) или в более устойчивую кристаллическую (большинство горных пород, металлы, цементный камень). Форма и размеры кристаллов оказывают большое влияние на свойства материалов, в состав которых они входят.

По сравнению с крупнокристаллическими материалами мелкокристаллические обычно более однородны и стойки к внешним воздействиям. Большое влияние на свойства и область применения материалов оказывает взаимное расположение кристаллов. Так, например, слоистое расположение (глинистые сланцы) обеспечивает легкое раскалывание по плоскостям и получение отделочных плит и плиток. Материалы с однородной структурой (гранит, известняк) целесообразно использовать в качестве заполнителя для бетонов.

В зависимости от технологии получения материалов их макроструктура может быть плотной (стекло), искусственной ячеистой (пеносиликат), мелкопористой (кирпич), волокнистой (древесина), слоистой (пластики), рыхлозернистой (песок, щебень, гравий).

Состав и структуру материалов определяют их свойства. Эти свойства изменяются во времени в результате механических, физико-химических, иногда биохимических воздействий среды, в которой эксплуатируется изделие или конструкция. Изменения состава и свойств материалов могут происходить медленно (разрушение каменных пород) или относительно быстро (вымывание из материала растворимых веществ; колебания температуры, приводящие к появлению внутренних разрушающих напряжений в бетоне; воздействие солнечного света, обусловливающее изменение цвета отделочных материалов). Следовательно, каждый материал наряду со свойствами, позволяющими  применять его по назначению, должен обладать определенной стойкостью, обеспечивающей долговечность не только отдельной конструкции, но и сооружения в целом.

Структурные характеристики и свойства строительных материалов принято разделять на основные, одинаково важные для всех строительных материалов (например, плотность, пористость, прочность), и специальные, позволяющие оценивать возможность применения данною материала для определенных целей (например, водонепроницаемость, огнеупорность).

По воздействию на материалы их структурные характеристики и свойства классифицируют следующим образом:

— структурные характеристики и параметры состояния плотность, пористость, дисперсность, влажность и др.:

— физические свойства, определяющие отношение материала к различным физическим процессам и воздействиям, водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность, теплоемкость и т.н.;

— механические свойства, определяющие отношение материала к деформирующему и разрушающему действию механических нагрузок, — прочность, твердость, истираемость и др.;

— химические свойства, характеризующие способность материала к химическим превращениям и стойкость к химической коррозии;

— долговечность — комплексный показатель, связанный с изменением главнейших эксплуатационных свойств материалов во времени.

Физические св-ва материалов

К физическим свойствам материала относятся плотность, пористость, водопоглощение, влагоотдача, гигроскопичность, водопроницаемость, морозостойкость, теплопроводность, звукопоглощение, огнестойкость, огнеупорность и некоторые другие.

Плотность. Плотность материала бывает средней и истинной. Средняя плотность определяется отношением массы тела (кирпича, камня и т.п.) ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты. и выражается в соотношении кг/м³. Истинная плотность — это предел отношения массы к объему без учета имеющихся в них пустот и пор. У плотных материалов, таких как сталь и гранит, средняя плотность практически равна истинной, у пористых (кирпич и т. п.) — меньше истинной.

Пористость. Эта характеристика определяется степенью заполнения объема материала порами, которая исчисляется в процентах. Пористость влияет на такие свойства материалов, как прочность, водопоглощение, теплопроводность, морозостойкость и др. По величине пор материалы разделяют на мелко-пористые, у которых размеры пор измеряются в сотых и тысячных долях миллиметра, и крупнопористые (размеры пор — от десятых долей миллиметра до 1—2 мм). Пористость строительных материалов колеблется в широком диапазоне. Так, например, у стекла и металла она равна нулю, у кирпича она составляет — 25-35%, у мипоры — 98%.

Водопоглощение — способность материала впитывать и удерживать в своих порах влагу. По объему водопоглощение всегда меньше 100%, а по массе может быть более 100%, например у теплоизоляционных материалов. Насыщение материала водой ухудшает его основные свойства, увеличивает теплопроводность и среднюю плотность, уменьшает прочность. Степень снижения прочности материала при предельном его водонасыщении называется водостойкостью и характеризуется коэффициентом размягчения. Материалы с коэффициентом размягчения не менее 0,8 относят к водостойким. Их применяют в конструкциях, находящихся в воде, и в местах с повышенной влажностью.

Влагоотдача — это свойство материала терять находящуюся в его порах влагу. Влагоотдача характеризуется процентным количеством воды, которое материал теряет за сутки (при относительной влажности окружающего воздуха 60 % и температуре +20 °С). Влагоотдача имеет большое значение для многих материалов и изделий, например стеновых панелей и блоков, которые в процессе возведения здания обычно имеют повышенную влажность, а в обычных условиях благодаря водоотдаче высыхают — вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала стен и влажностью окружающего воздуха, т.е., пока материал не достигнет воздушно-сухого состояния.

Гигроскопичность — свойство пористых материалов поглощать влагу из воздуха. Гигроскопичные материалы (древесина, теплоизоляционные материалы, кирпичи полусухого прессования и др.) могут поглощать большое количество воды. При этом увеличивается их масса, снижается прочность, изменяются размеры. Для некоторых материалов в условиях повышенной и даже нормальной влажности приходится применять защитные покрытия. А такие материалы, как кирпич сухого прессования можно использовать только в зданиях и помещениях с пониженной влажностью воздуха.

Водопроницаемостью называют способность материала пропускать воду под давлением. Эта характеристика определяется количеством воды, прошедшей при постоянном давлении в течение 1 часа через материал площадью 1 м² и толщиной 1 м. К водонепроницаемым относятся особо плотные материалы (сталь, стекло, битум) и плотные материалы с замкнутыми порами (например, бетон специально подобранного состава).

Морозостойкость — это способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без снижения прочности и массы, а также без появления трещин, расслаивания, крошения. Для возведения фундаментов, стен, кровли и других частей здания, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, необходимо применять материалы повышенной морозостойкости. Плотные материалы, не имеющие пор, или материалы с незначительной открытой пористостью, с водопоглощением не более 0,5%, обладают высокой морозостойкостью.

Теплопроводность — свойство материала передавать теплоту при наличии разности температур снаружи и внутри строения. Эта характеристика зависит от ряда факторов: природы и строения материала, пористости, влажности, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Кристаллические и крупнопористые материалы, как правило, более теплопроводны, чем материалы аморфного и мелкопористого строения. Материалы, имеющие замкнутые поры, обладают меньшей теплопроводностью, чем материалы с сообщающимися порами. Теплопроводность однородного материала зависит от средней плотности — чем меньше плотность, тем меньше теплопроводность, и наоборот. Влажные материалы более теплопроводны, чем сухие, так как теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха. От теплопроводности зависит толщина стен и перекрытий отапливаемых зданий.

Звукопоглощением называется способность материала ослаблять интенсивность звука при прохождении его через материал. Звукопоглощение зависит от структуры материала: сообщающиеся открытые поры поглощают звук лучше, чем замкнутые. Лучшими звукоизолирующими показателями обладают многослойные стены и перегородки с чередующимися слоями пористых и плотных материалов.

Огнестойкость — это свойство материалов противостоять действию высоких температур. По степени огнестойкости материалы делят на несгораемые, трудно-сгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы (кирпич, бетон, сталь) под действием огня или высоких температур не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются, но могут сильно деформироваться. Трудносгораемые материалы (фибролит, асфальтовый бетон и т.д.) тлеют и обугливаются, но после удаления источника огня эти процессы прекращаются. Сгораемые материалы (дерево, рубероид, пластмассы и т. д.) воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть и после удаления источника огня.

Огнеупорность — свойство материала противостоять, не деформируясь, длительному воздействию высоких температур. По степени огнеупорности материалы делят на огнеупорные, выдерживающие действие температур до 1580 °С и выше (шамотный кирпич), тугоплавкие, выдерживающие действие температур 1350-1580 °С (тугоплавкий кирпич), легкоплавкие, размягчающиеся или разрушающиеся при температуре ниже 1350 °С (керамический кирпич).

Механические св-ва материалов

При выборе материала и обосновании целесообразности применения в строительной конструкции учитывают его способность сопротивляться реальным нагрузкам без нарушения сплошности и размеров. Для обоснованного выбора материала приходится учитывать комплекс его так называемых свойств. Под свойствами строительных материалов понимают их способность определенным образом реагировать на отдельные или совокупные внешние или внутренние воздействия - силовые, тепловые, усадочные, водной или иной среды и т.д.

Свойства подразделяют на четыре группы: механические, физические, химические, технологические, иногда выделяют еще физико-химические. В совокупности все свойства именуют как технические свойства строительных материалов. Числовые значения свойств получают при лабораторных или полевых испытаниях материалов с помощью соответствующих приборов и аппаратов. Испытания производят с разрушением специально подготовленных образцов или отдельных элементов конструкции - деструктивными методами или без их разрушения, т.е. адеструктивными методами.

Механические свойства выражают способность материала сопротивляться напряжениям: силовым (от механических нагрузок), тепловым, усадочным - или напряжениям без нарушения установившейся структуры. Чаще всего напряжение обусловлено внутренней механической силой, а его числовое значение определяется как отношение силы к площади.

Механические свойства подразделяются на деформационные и прочностные.

Деформационные свойства характеризуют способность материала к изменению формы или размеров без изменений его массы. Главнейшие виды деформаций - растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и изгиб. Все они могут быть обратимыми и необратимыми.

Обратимые деформации полностью исчезают при прекращении действия на материал факторов, их вызвавших.

Необратимые деформации, или остаточные, называемые также пластическими, накапливаются в период действия этих факторов; после их снятия деформации сохраняются. Обратимые деформации, исчезающие мгновенно и полностью, называются упругими; исчезающие в течение некоторого времени - эластическими.

Деформации могут быть также сложными - упругопластическими или упруго-эластическими.

На характер и величину деформации влияют не только величина механического нагружения, но и скорость его приложения, и температура материала. Как правило, с повышением скорости нагружения и, как следствие, деформирования, а также с понижением температуры материала деформации по своему характеру приближаются к упругим и упругопластическим, уменьшаясь по своей абсолютной величине.

Пластические деформации, медленно нарастающие без увеличения напряжения, характеризуют текучесть материала. Пластическая деформация, медленно нарастающая в течение длительного времени под влиянием силовых факторов, не способных вызвать остаточную деформацию за обычные периоды наблюдений, называется деформацией ползучести, а процесс такого деформирования - ползучестью, или крипом.

Деформационные свойства строительных материалов, как и других тел, обусловливаются периодом или временем релаксации.

Релаксацией называется процесс самопроизвольного падения внутренних напряжений в материале, связанных с молекулярным перемещением при условии, что начальная величина деформации остается неизменной, например зафиксированной жесткими связями. Характер начальной деформации в период релаксации напряжений может измениться, например, из упругой деформации постепенно перейти в необратимую (пластическую), что связано с переориентацией внутримолекулярной структуры. Время, или период, релаксации определяет продолжительность релаксационных процессов, в результате которых первоначальная величина напряжений при строго зафиксированной деформации снизилась в е раз (е - основание натуральных логарифмов, равное 2,718...).

Прочность характеризует способность материала в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям, возникающим под влиянием механических, тепловых и других напряжений.

Типичными прочностными характеристиками служат предел упругости, предел текучести и предел прочности при воздействии сжимающих, растягивающих или других видов усилий.

В целом упомянутые характеристики прочности по своей сущности относятся к условным по двум причинам. Во-первых, они не учитывают фактора времени и с некоторым приближением характеристики только хрупких материалов можно принимать в расчет. Во-вторых, приборы, размеры и форма образцов, скорость приложения нагрузки на прессе и другие исходные параметры методов испытания материала на прочность приняты условными. А материал может иметь различную величину показателя прочности в зависимости от размера образца, скорости приложения нагрузки и конструкции прибора, на котором испытывались образцы.

Распространены следующие адеструктивные методы измерения: акустические, магнитные и электромагнитные, механические, радиометрические, рентгеновские и электрические. Они основаны на прямых и обратных закономерностях между физическими значениями, получаемыми при испытании неразрушающим прибором, и традиционными показателями свойств. Зависимости выражаются в виде формул, таблиц, тарировочных графиков. Измерения становятся более эффективными при комплексном использовании адеструктивных методов измерения с получением двух или нескольких физических характеристик.

Наиболее обстоятельно метод расчета реальной (технической) прочности хрупких твердых тел исследовал А.А. Гриффитс.

Дополнительными характеристиками механических свойств материалов служат твердость, износостойкость, ударная вязкость.

7. СВОЙТСВА АКУСТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Совокупность многочисленных звуков, быстро меняющихся по частоте и силе, принято называть шумом. Шум в помещениях относится к категории санитарно-гигиенических вредностей, так как длительное его воздействие вредно для здоровья человека и понижает его работоспособность. Различают шумы воздушные и ударные. Воздушный шум возникает и распространяется в воздушной среде. Звуковые волны воздействуют на ограждающие конструкции зданий, приводят их в колебательное движение и тем самым передают звук в соседние помещения, отражаются и частично поглощаются ограждениями. Ударный шум возникает и передается в ограждающих конструкциях при ударных, вибрационных и других воздействиях   непосредственно на конструкцию.

Вредное действие шумов стремятся уменьшить путем разработки рациональных планировочных и конструктивных решений зданий, осуществляемых с применением акустических материалов и изделий.

Акустическими называют материалы, способные поглощать звуковую энергию, а также снижать уровень силы и громкости проходящих через них звуков, возникщих как в воздухе, так и в материале ограждения. По назначению акустические материалы разделяют на звукоизоляционные и звукопоглощающие.

Звукоизоляционными называют материалы, применяемые в основном для ослабления ударного шума. Звукопоглощающие материалы обладают свойством преимущественно поглощать энергию падающих на них звуковых волн (воздушные шумы).

Звукоизоляционные материалы предназначены для снижения нежелательного вредного шума, отрицательно воздействующего на состояние человека. Допустимый уровень шума нормирует СНиП. Эти материалы должны быть влагостойкими, биостойкими, удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям и сохранять свои свойства в процессе длительной эксплуатации.

Звукоизоляционные материалы по структурным показателям подразделяются на:

пористо-ячеистые (ячеистый бетон, перлит);

пористо-губчатые (резина, пенопласт, вспененный полиэтилен);

пористо-волокнистые (вата).

По величине относительного сжатия эти материалы могут иметь скелет:

мягкий,

полужесткий,

жесткий,

твердый.

В полужестком и особенно в мягком скелете происходит усиление звукопоглощения падающих звуковых волн за счет упругих деформаций скелета материала.

Мягким скелетом обладают поливинилхлорид, полиуретановый поропласт и другие виды ячеистых пластмасс. Полужесткий скелет имеют стекловолокнистые, древесноволокнистые, минераловатные и содержащие асбест материалы.

Фибролит, а также различные виды легких бетонов относятся к материалам с жестким скелетом.

Повысить звукоизолирующую способность материала возможно, применив слоистую систему с прослойкой, в которой динамический модуль упругости материала должен быть несоизмеримо меньше упругости жестких слоев акустически однородной конструкции.

Звукоизоляционные материалы и изделия характеризуются вязкоупругими свойствами и должны обладать динамическим модулем упругости Е не более 15 МПа (доменный шлак, керамзит, песок).

Звукоизоляционные прокладочные материалы и изделия пористо-волокнистой структуры из различной ваты мягких, полужестких и жестких видов с Е не более 0,5 МПа или 5·10⁵Н/м²имеют нагрузку на звукоизоляционный слой 0,002МПа(2·10³Н/м2).

Пористо-волокнистые звукоизоляционные изделия должны обладать плотностью от 75 до 175 кг/м³.

Пористо-губчатые звукоизоляционные материалы и изделия должны быть из пористой резины и пенопластов с Е от 1 до 5 МПа.

Из деформативности скелета материала и упругих свойств воздуха, заключенного в материале, складывается деформативность звукоизоляционного материала. Мягкие звукоизоляционные материалы высокой деформативности под удельной нагрузкой 0,002 МПа имеют относительное сжатие свыше 15%. Как правило, это материал с пористо-губчатой или волокнистой структурой.

Полужесткие материалы имеют величину относительного сжатия в среднем от 5 до 10%, жесткие - до 5%, твердые - до 0.

Звукоизоляционные материалы применяются:

в перекрытиях - в виде сплошных нагруженных или ненагруженных (несущих лишь собственную массу) прокладок, штучных нагруженных и полосовых нагруженных прокладок;

в перегородках и стенах - в виде сплошной ненагруженной прокладки в стыках конструкций.

8.ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. СВОЙСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Одним из первых материалов, на который упал взгляд конструкторов в поисках альтернативы стеклу, был полиметилметакрилат (акрил), в просторечии именуемый органическим стеклом. Акрил был изобретен немецкими учеными в 1933 году. Это абсолютно бесцветный материал, который выдерживает большой механический вес, а, самое главное, легок в обработке и замечательно поддается горячему формованию. Помимо монолитных листов, в которых сказывается высокая эластичность материала, стали также применять листы структурированные, в поперечном сечении представляющие собой ряд воздухом наполненных каналов, разделенных тонкими перегородками. В таком решении имеется сразу три плюса: листы стали заметно легче, значительно улучшились теплоизоляционные свойства воздушных каналов, поперечные перегородки стали одновременно исполнять роль продольных ребер жесткости, позволив тем самым достичь очень высокой конструктивной прочности материала по отношению к его весу (и облегчить тем самым конструкцию несущих элементов). Еще одним достоинством акрила стал высокий уровень пропускания им ультрафиолетовых лучей, благодаря чему возможно загорать под естественными солнечными лучами в помещениях, закрытых прозрачной кровлей из структурированного акрила. В свое время это обусловило широкое применение подобных перекрытий в конструкциях разного рода естественных соляриев и бассейнов.

Но все же свойства акрила не во всем удовлетворяли проектировщиков - это заставляло продолжать поиски других полимерных материалов. В середине 70-х годов был изобретен поликарбонат, который открыл новые возможности в применении полимерных материалов. Используются в строительстве также и полимерные материалы из ПВХ.

Поликарбонат представляет собой полимер, свойства и стабильность которого позволяют отнести его к пластическим материалам инженерного класса. Его физико-механические качества остаются неизменными в гораздо более широком, чем у акрила, диапазоне температур (от -450С до +1200 С), а ударная стойкость поликарбоната выше, чем стекла, в сто раз и выше, чем акрила, почти в десять раз.

В современном строительстве поликарбонат применяется в двух видах - в виде монолитных и структурированных листов различной толщины.

Монолитный поликарбонат редко используется в горизонтальных перекрытиях (он слишком дорог для этого), но является идеальным материалом, из которого путем горячего формования получают элементы криволинейной формы. Это различные купола с круглым, квадратным или прямоугольным основанием, протяженные модульные световые фонари с неограниченной длиной и отдельные секции огромных куполов, достигающие 8-10 м в диаметре (легко транспортируемые и собираемые).

Современные технологии позволяют изготавливать изделия из монолитного поликарбоната с ребрами жесткости, что делает их пригодными для самонесущих перекрытий. В этом случае необходимость в применении металлического каркаса отпадает, благодаря чему отсутствуют "мостики холода" и возможность выпадения конденсата.

Структурированные листы (порой именуемые сотовыми или ячеистыми) - это наиболее распространенный вид поликарбоната, применяемый в строительной индустрии сегодня, в основном используемый в горизонтальных либо арочных перекрытиях - крышах, навесах, зенитных фонарях и т.д.

Структурированные поликарбонатные листы производят методом экструзии, при этом происходит плавление гранул и выдавливание полученной массы через особое устройство, форма которого определяет строение и конструкцию листа.

К основным достоинствам структурированных поликарбонатных листов относятся:

малый удельный вес (от 1,5 до 3,5 кг/м2), что позволяет проектировать легкие конструкции с большим количеством дизайнерских возможностей и удешевляет стоимость покрытия;

высокие теплоизоляционные свойства (коэффициент приведенного сопротивления теплопередаче составляет 0,36 - 0, 57 м2С/Вт);

высокая ударная прочность (к примеру, в районе Флориды с сильными ветрами такие листы применяются для покрытия зданий и предохраняют их от летящих предметов);

высокая несущая способность (до 250 кг/м2 при шаге обрешетки 1-2 м), которая сохраняется в температурном режиме от -40 0С до +120 0С;

прозрачность;

гибкость, позволяющая легко изготавливать арочные перекрытия;

высокая химическая стойкость;

долговечность (гарантированный срок службы - 10-12 лет);

низкая горючесть.

У поликарбоната, как и у каждого материала, есть и некоторые недостатки, на которые необходимо обращать внимание при его использовании. Поликарбонат, как и любой пластический материал, подвержен температурному расширению в большей степени, чем материалы конструкций. Это свойство требует особого технического решения при проектировании, особенно в плоских покрытиях больших размеров. Возможны также механические повреждения поверхности листов, как и у стекла, например. Для решения этой проблемы поверхность листов можно обрабатывать специальным покрытием либо сохранять защитное полиэтиленовое покрытие до окончания монтажа.

На отечественном рынке представлены поликарбонатные панели различных производителей. Общим для них (как уже упоминалось выше) является следующее: это прозрачные, легкообрабатываемые панели, обладающие малым удельным весом, высокими теплоизоляционными свойствами и исключительной ударной стойкостью. Основной областью их применения являются арочные, горизонтальные и наклонные (реже - вертикальные) светопропускающие перекрытия в различных жилых, общественных и индустриальных зданиях и сооружениях. Поликарбонатные структурированные листы широко используются во всех развитых странах мира, в конструкциях спортивных и выставочных залов, крытых пешеходных переходов, заводских цехов и торговых комплексов. За четверть века своего развития индустрия выработала ряд стандартов, в том числе и на толщину панелей: 4, 6, 8, 10, 16 и 25 мм. Выпускаются панели толщиной 32 мм, но на российском рынке они пока редкость. Стандартизованы и горизонтальные размеры - подавляющее большинство предприятий выпускает листы шириной 2100 и длиной 6000 или 12 000 мм. Некоторые фирмы, впрочем, способны поставлять своим заказчикам листы гораздо большей длины. Для использования в архитектурных целях рекомендуются материалы от 8 до 16 мм, а там, где необходима особо высокая теплоизоляция, - 25 мм или толще.

Несколько отдельных слов следует сказать об ещё одной области применения структурированного поликарбоната - это аграрный сектор. Сочетание высокой прозрачности вкупе с достаточно высоким светорассеиванием (исключающим ожоги растений прямыми солнечными лучами), отличной теплоизоляцией и долговечностью делает поликарбонатные панели незаменимым материалом для изготовления крупных промышленных теплиц и парников. Хотя поликарбонат менее, чем стекло, проницаем для УФ-излучения, доля проникающего сквозь него ультрафиолета достаточна для нормального развития растений.

Если же попытаться понять, в чем состоят различия между поликарбонатными листами производства различных фирм, то здесь, в первую очередь, следует заметить разницу в поперечных сечениях панелей. Фирмы варьируют толщину наружных поверхностей и продольных перегородок, а также расстояние между ними. Для увеличения жесткости вводят в перегородки дополнительные диагональные или Х-образные элементы, разрабатывают свои собственные системы монтажа и крепления панелей. Более того, применение подобной системы исключает для строителей и проектировщиков необходимость задумываться над проблемой компенсации линейного термического расширения поликарбоната - общей беды практически всех термопластиков. Особым образом сконструированные алюминиевые профили вкупе со специальной заделкой продольных краев поликарбонатных панелей исключают возможность коробления материала при нагревании и обеспечивают полную герметичность стыков. Имеются и другие различные системы для надежного монтажа поликарбонатных панелей.

Поликарбонатные панели, очевидно, не являются универсальными заменителями стекла или стеклопакетов в любых конструкциях, но, будучи грамотно применёнными, безусловно, способны помочь архитекторам в разработке долговечных, комфортабельных, пластически разнообразных проектов зданий и сооружений.

9. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Теплоизоляционными называют строительные материалы и изделия, предназначенные для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, а также различных технических применений. Основной особенностью теплоизоляционных материалов является их высокая пористость и, следовательно, малая средняя плотность и низкая теплопроводность.

Применение теплоизоляционных материалов в строительстве позволяет снизить массу конструкций, уменьшить потребление конструкционных строительных материалов (бетон, кирпич, древесина и др.). Теплоизоляционные материалы существенно улучшают комфорт в жилых помещениях. Важнейшей целью теплоизоляции строительных конструкций является сокращение расхода энергии на отопление здания

Основные технические характеристики

Важнейшей технической характеристикой ТИМ является теплопроводность - способность материала передавать теплоту сквозь свою толщу, так как именно от нее напрямую зависит термическое сопротивление ограждающей конструкции.

На величину теплопроводности теплоизоляционных материалов оказывают влияние плотность материала, вид, размеры и расположение пор (пустот) и т.д. Сильное влияние на теплопроводность оказывает также температура материала и, особенно, его влажность.

Методики измерения теплопроводности в различных странах значительно отличаются друг от друга, поэтому при сравнении теплопроводностей различных материалов необходимо указывать, при каких условиях проводились измерения.

Плотность - отношение массы сухого материала к его объему, определенному при заданной нагрузке (кг/м3).

Прочность на сжатие - это величина нагрузки (КПа), вызывающей изменение толщины изделия на 10%.

Сжимаемость - способность материала изменять толщину под действием заданного давления. Сжимаемость характеризуется относительной деформацией материала под действием нагрузки 2 КПа.

Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать в порах (пустотах) влагу при непосредственном контакте с водой. Водопоглощение теплоизоляционных материалов характеризуется количеством воды, которое впитывает сухой материал при выдерживании в воде, отнесенным к массе или объему сухого материала.

Для снижения водопоглощения ведущие производители теплоизоляционных материалов вводят в них гидрофобизирующие добавки.

Сорбционная влажность - равновесная гигроскопическая влажность материала при определенных условиях в течение заданного времени. С повышением влажности теплоизоляционных материалов повышается их теплопроводность.

Морозостойкость - способность материала в насыщенном влагой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения. От этого показателя существенно зависит долговечность всей конструкции, однако, данные по морозостойкости не приводятся в ГОСТ или ТУ.

Паропроницаемость - способность материала обеспечивать диффузионный перенос водяного пара.

Диффузия пара характеризуется сопротивлением паропроницаемости (кг/м2·ч· Па). Паропроницаемость ТИМ во многом определяет влагоперенос через ограждающую конструкцию в целом. В свою очередь последний является одним из наиболее существенных факторов, влияющих на термическое сопротивление ограждающей конструкции.

Воздухопроницаемость. Теплоизолирующие свойства тем выше, чем ниже воздухопроницаемость ТИМ. Мягкие изоляционные материалы настолько хорошо пропускают воздух, что движение воздуха приходится предотвращать путем применения специальной ветрозащиты. Жесткие изделия, в свою очередь, обладают хорошей воздухонепроницаемостью и не нуждаются в каких-либо специальных мерах. Они сами могут применяться в качестве ветрозащиты.

Огнестойкость - способность материала выдерживать воздействие высоких температур без воспламенения, нарушения структуры, прочности и других его свойств.

По группе горючести теплоизоляционные материалы подразделяют на горючие и негорючие. Это является одним из важнейших критериев выбора теплоизоляционного материала.

Общие принципы устройства теплоизоляции

Теплоизоляция строительных конструкций должна быть запроектирована так, чтобы выполнять возложенные на нее функции в течение всего жизненного цикла конструкции.

В проекте должны быть описаны способы укладки и защиты теплоизоляционных материалов для обеспечения заданной теплопроводности. Изоляционный материал должен заполнять весь предусмотренный проектом объем и выдерживать нагрузки, возникающие как при укладке, так и в процессе эксплуатации. При необходимости проект должен содержать описание способов заполнения стыковочных швов.

Слой теплоизоляционного материала с подветренной стороны здания необходимо защищать от ветра. Ветрозащитный слой должен покрывать весь изоляционный материал и быть настолько плотным, чтобы препятствовать проникновению в строительные конструкции или сквозь них воздушных потоков, существенно снижающих изоляционные свойства материала. Особое внимание следует обратить на места соединения наружных стен и стен фундамента, наружных стен и чердачных перекрытий, на углы наружных стен и коробки проемов.

Если в многослойной ограждающей конструкции паропроницаемость слоёв уменьшается по мере движения от тёплой стороны к холодной, существует опасность накопления внутри конструкции конденсирующейся влаги. Для минимизации этого эффекта на теплой стороне ограждения устраивают специальный пароизоляцонный барьер, паропроницаемость которого не менее чем в несколько раз выше, чем у наружных слоёв. Швы и соединения пароизоляционного барьера должны быть загерметизированы.

Ограждающая конструкция должна быть спроектирована так, чтобы создать как можно более благоприятные условия для свободного выхода за её пределы паров неизбежно проникающей в неё влаги. При необходимости защиты теплоизоляционных материалов от ветра или атмосферной влаги целесообразно использовать специальные "дышащие" мембраны, прозрачные для выхода водяных паров.

Исследования показали, что многие негативные явления, возникающие в многослойных ограждающих конструкциях (плесень, гниль, формальдегид, радон и др.), как правило, связаны с сыростью. Залог надёжной работы ограждающей конструкции - учёт на стадии проектировании всего комплекса вопросов тепломассопереноса.

10.КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Композицио́нный материа́л (компози́т, КМ) — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы. В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жесткость и т.д.), а матрица (или связующее) обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.

Механическое поведение композиции определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связи между ними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильного выбора исходных компонентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик.

В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств композиции, не только отражающий исходные характеристики его компонентов, но и включающий свойства, которыми изолированные компоненты не обладают. В частности, наличие границ раздела между армирующими элементами и матрицей существенно повышает трещиностойкость материала, и в композициях, в отличие от однородных металлов, повышение статической прочности приводит не к снижению, а, как правило, к повышению характеристик вязкости разрушения.

Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы. Это — гетинакс и текстолит (слоистые пластики из бумаги или ткани, склеенной термореактивным клеем), стекло- и графитопласт (ткань или намотанное волокно из стекла или графита, пропитанные эпоксидными клеями), фанера. Есть материалы, в которых тонкое волокно из высокопрочных сплавов залито алюминиевой массой. Булат — один из древнейших композиционных материалов. В нем тончайшие слои (иногда нити) высокоуглеродистой стали «склеены» мягким низкоуглеродным железом.

В последнее время материаловеды экспериментируют с целью создать более удобные в производстве, а значит — и более дешёвые материалы. Исследуются саморастущие кристаллические структуры, склеенные в единую массу полимерным клеем (цементы с добавками водорастворимых клеев), композиции из термопласта с короткими армирующими волоконцами и пр.

Композиты обычно классифицируются по виду армирующего наполнителя:

волокнистые (армирующий компонент — волокнистые структуры);

слоистые;

наполненные пластики (армирующий компонент — частицы)

насыпные (гомогенные),

скелетные (начальные структуры, наполненные связующим).

Преимущества композиционных материалов

Главное преимущество КМ в том, что материал и конструкция создается одновременно. Исключением являются препреги, которые являются полуфабрикатом для изготовления конструкций. Стоит сразу оговорить, что КМ создаются под выполнение данных задач, соответственно не могут вмещать в себя все возможные преимущества, но, проектируя новый композит, инженер волен задать ему характеристики значительно превосходящие характеристики традиционных материалов при выполнении данной цели в данном механизме, но уступающие им в каких-либо других аспектах. Это значит, что КМ не может быть лучше традиционного материала во всём, то есть для каждого изделия инженер проводит все необходимые расчёты и только потом выбирает оптимум между материалами для производства.

высокая удельная прочность (прочность 3500 МПа)

высокая жёсткость (модуль упругости 130…140 - 240 ГПа)

высокая износостойкость

высокая усталостная прочность

из КМ возможно изготовить размеростабильные конструкции

легкость

Причём, разные классы композитов могут обладать одним или несколькими преимуществами. Некоторых преимуществ невозможно добиться одновременно.

Недостатки композиционных материалов

высокая стоимость

анизотропия свойств

повышенная наукоёмкость производства, необходимость специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны

Примеры:

Железобетон — один из старейших и простейших композиционных материалов

Удилища для рыбной ловли из стеклопластика и углепластика

Лодки из стеклопластика

Автомобильные покрышки

Металлокомпозиты

Спортивное оборудование

оборудование для горнолыжного спорта — палки и лыжи

Хоккейные клюшки и коньки

байдарки, каноэ и вёсла к ним

Машиностроение

Характеристика

Технология применяется для формирования на поверхностях в парах трения сталь-резина дополнительных защитных покрытий. Применение технологии позволяет увеличить рабочий цикл уплотнений и валов промышленного оборудования, работающих в водной среде.

Композиционные материалы состоят из нескольких функционально отличных материалов. Основу неорганических материалов составляют модифицированные различными добавками силикаты магния, железа, алюминия. Фазовые переходы в этих материалах происходят при достаточно высоких локальных нагрузках, близких к пределу прочности металла. При этом на поверхности формируется высокопрочный металлокерамический слой в зоне высоких локальных нагрузок, благодаря чему удается изменить структуру поверхности металла.

Полимерные материалы на основе политетрафторэтиленов модифицируются ультрадисперсными алмазографитовыми порошками, получаемыми из взрывных материалов, а также ультрадисперсных порошков мягких металлов. Пластифицирование материала осуществляется при сравнительно невысоких (менее 300 °C) температурах.

Металлоорганические материалы, полученные из природных жирных кислот, содержат значительное количество кислотных функциональных групп. Благодаря этому взаимодействие с поверхностными атомами металла может осуществляться в режиме покоя. Энергия трения ускоряет процесс и стимулирует появление поперечных сшивок.

Области применения технологии

нанесение на рабочую поверхность уплотнений с целью уменьшения трения и создания разделительного слоя, исключающего налипание резины на вал в период покоя.

высокооборотные двигатели внутреннего сгорания для авто и авиастроения.

11.ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Проблемы, связанные с влагой и сыростью, в основном касаются промышленных объектов. Особенно наглядно разрушительные процессы наблюдаются в зонах переменного уровня воды, активного химического и физического воздействия среды. За эксплуатационный период промышленной гидротехники в 6-8 лет глубина коррозии бетона достигает 8-10 см, а за период 25-30 лет может достигать 1-1,5 м. Кроме того, по мере проникания агрессивной среды в тело конструкции снижаются защитные свойства бетона по отношению к арматуре, которая начинает корродировать. Но и в быту воздействие влаги на конструктивные элементы наносит заметный ущерб. Самым близким и понятным нам становится пример собственного подвала в гараже, овощехранилища, бассейна, даже обычной ванной комнаты в городской квартире, т. е. пример собственных стен, которые отмокают, протекают, покрываются грибком. Всех этих проблем можно избежать, если выбрать наиболее эффективный способ защиты - гидроизоляция. Гидроизоляционные материалы При всем своем многообразии гидроизоляционные материалы условно можно разделить на две группы:  - традиционные (приклеиваемые и обмазочные – на основе полимеров, полимерных смол и т. д.)  - материалы проникающего действия (на основе минерального сырья). Как показывает опыт ремонта квартир, применение традиционных материалов, при всех их положительных качествах имеет один существенный недостаток.

Создавая плотную, прочную защитную пленку, эти материалы работают отдельно от материала самой защищаемой конструкции в силу несовместимости их деформационно-прочностных свойств, что приводит в процессе эксплуатации к отслоению от защищаемой поверхности с последующей потерей своих защитных функций.

При работе с такими материалами возникают существенные технологические проблемы – необходимость предварительной сушки поверхности, строгое соблюдение технологических параметров, сложность работы в конструкции, где в период производства есть открытые течи, приток воды по швам, стыкам и др. Наиболее перспективными в этом направлении являются материалы проникающего действия, применение которых в значительной степени повышает эксплуатационные характеристики бетона. Проникающая гидроизоляция состоит из цемента, кварцевого песка и активных химических добавок. Гидроизоляционный эффект достигается за счет заполнения пор и микропустот бетона водо-нерастворимыми соединениями, образующимися в результате реакции активных химических компонентов с цементным камнем в присутствии воды. Проникающая гидроизоляция становится составной частью бетона, образуя единую с ним, прочную и долговечную структуру, сохраняя при этом его паропроницаемость. Также это могут быть шовные гидроизоляторы, различные мастики и герметики. Кроме того, для нашей цели используются и гидрофобизаторы – водоотталкивающие композиции, которые используются как защитные средства для кладки. Их состав менялся, свойства улучшались и в настоящее время достигнут новый уровень в технологии защиты бетонов от разрушающего действия воды.

Бетонирующая гидроизоляция К группе бронирующей гидроизоляции относятся материалы, предназначенные для изготовления высокопрочных водонепроницаемых бетонных, железобетонных конструкций (изделий) или армированных защитных слоев. Они рассчитаны на длительный срок эксплуатации, отличающиются однородностью и высокой плотностью структуры, оптимизированной для достижения максимальных значений водонепроницаемости , морозостойкости и прочности .

Полимерцементная гидроизоляция

У полимерцементных гидроизоляционных составов есть ряд преимуществ по сравнению с битумными мастиками и рубероидами, так как они экологически безвредны, и их можно применять внутри помещения. Полимерцементная гидроизоляция не подвержена такому быстрому разрушению, как традиционная органическая гидроизоляция. Она имеет высокую прочность адгезии с различными основаниями (бетонным, кирпичным, деревянным, металлическим и др.). Полимерцементная гидроизоляция может воспринимать как статические, так и динамические нагрузки. Хорошая паропроницаемость полимерцементной гидроизоляции позволяет наносить на влажные и мокрые поверхности.  Неорганическая цементная гидроизоляция используется для стен фундаментов и подвалов, резервуаров для воды, плавательных бассейнов (гидроизоляция в данном случае совмещает функции клея для облицовочной плитки), стен и полов во влажных помещениях , поверхностей террас и балконов, а также для защиты строительных конструкций.

13)ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Виды и марки природных каменных материалов:

Природные каменные материалы, получаемые из горных пород делят:

По показателям объемного веса на:

легкие (пористые), объемный вес которых не больше, чем у обычного кирпича ( т. е. менее 1800 кг/м3)

тяжелые с объемным весом (больше 1800 кг/м3)

По прочности при сжатии на марки (предел прочности при сжатии): -легкие камни 4; 7; 10; 15;25; 35;50;75;100;150; 200 (кг/см2); -камни из тяжелых пород ;100; 150; 200;300; 400;;500; 600; 800; 1 000 (кг/см2) и более; По степени морозостойкости для разных условий применения требуется, чтобы образцы камня выдерживали. 10, 15, 25 или 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания, а для камней, используемых в особо суровых климатических или эксплуатационных условиях 50, 100 и более циклов (например, в отдельных частях морских и речных гидротехнических сооружений). Образцы считаются выдержавшими испытания, если на них нет видимых следов повреждений, а прочность их после испытания уменьшилась не более, чем на 25%; По водостойкости, которая оценивается коэффициентом размягчения

Так как прочность и стойкость камней даже одной породы различны, необходимо испытывать образцы из каждого карьера. Почти ни одно месторождение не дает камня, вполне однородного по строению и свойствам. Поэтому при отборе проб (особенно осадочных пород) следует придерживаться определенных правил и брать пробы так, чтобы они характеризовали разные участки карьера, отличающиеся цветом или строением породы.

Крупные панели для наружной облицовки (тонкие каменные детали на железобетонной основе): 1 — камень; 2 — железобетон

Марка камней имеющих в разных направлениях различное строение, определяется испытанием нагрузкой в том направлении, в котором она будет действовать в кладке. Для камней, используемых во влажной среде, марки определяют испытанием образцов, насыщенных водой. Величина зерен не всегда имеет решающее значение для прочности каменных материалов, но сильно влияет на их атмосферостойкость.

При многократно повторяющихся и резких колебаниях температуры крупнозернистые породы и особенно, породы с неравномерным порфировым строением легче растрескиваются, чем мелкозернистые породы с кристаллитами сравнительно одинаковых размеров.Некоторые породы при испытаниях сейчас же после их добычи обнаруживают пониженную прочность и морозостойкость, так как в них содержится горная влага, и степень насыщения их пор водой может быть очень высокой.

Например, свежедобытые известняки и песчаники легко разрушаются от мороза, а после того как просохнут, оказываются достаточно) морозостойкими и более прочными. При этом их прочность повышается не только от высыхания, но и вследствие кристаллизации солей, содержавшихся в растворе, пропитавшем камень.

Истираемость и износ каменных материалов имеют значение при строительстве из этих материалов дорожных покрытий, каменных полов, тротуаров, лестниц и т. п.Степень истираемости зависит от твердости составляющих материалов и от прочности сцепления их между собой. Мелкозернистые; и мелкокристаллические материалы истираются слишком равномерно. Поэтому полы, лестницы и дорожные покрытия из этих материалов могут стать скользкими. Во избежание этого надо применять такие среднезернистые породы, которые при истирании остаются немного шероховатыми. При очень крупных зернах в камне в процессе истирания образуются отдельные большие углубления (выбоины).

Огнестойкость каменных материалов различна. Некоторые материалы под действием повышенных температур начинают разлагаться (например, гипс при температуре около 100, известняки и мраморы при температуре около 900).

14)КЕРАМИЧЕСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ И ОТДЕЛОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Основные виды строительных керамических материалов

Стеновые керамические материалы. Из керамических изделий наибольшее значение для строительства имеют стеновые материалы.

Их разделяют по виду изделий на кирпич, камни, блоки и панели;

по назначению — на рядовые для кладки наружных и внутренних стен и лицевые для облицовки стен зданий и сооружений;

по способу изготовления — на изделия пластического и полусухого прессования

по теплотехническим свойствам и плотности — на эффективные с р0^1400 кг/м3 (для кирпича) и ро450 кг/м3 (для камней), условно эффективные средней плотностью свыше соответственно 1400 или 1450 кг/м3 до 1600 кг/м3, обыкновенный кирпич с ро> 1600 кг/м3.

Керамический кирпич имеет форму прямоугольного параллелепипеда и размеры (250±5) X (120±4) X (65±3) мм. Изготавливают также утолщенный кирпич (250Х120Х Х88 мм) и кирпич модульных размеров (288Х138Х Х63 мм).

Рядовой керамический камень отличается от кирпича большей толщиной (138 мм). Модульный камень имеет размеры 288X138X138 мм, укрупненный — 250Х250Х 138 мм, камень с горизонтальным расположением пустот — 250 X 250X 120 и 250X X 200X80 мм.

Кирпич изготавливают как полнотелым, так и пустотелым, а камни — только пустотелыми. Пустоты располагаются перпендикулярно или параллельно наибольшей грани изделий (постели) и могут быть сквозными или несквозными.

Кирпичные стены зданий из полнотелого кирпича средней плотностью 1700—1900 кг/м3 в средней полосе возводятся обычно в 2,5 кирпича толщиной 64 см. При применении пустотелого кирпича и керамических камней средней плотностью 1300—1450 кг/м3 уменьшается толщина стены на полкирпича, масса на 35%, приведенная стоимость на 20%, расход раствора на 45%. При применении керамических камней расход материалов и затраты труда уменьшаются на 40—50% по сравнению с рядовым керамическим кирпичом.

По прочности кирпич и камни подразделяют на марки М300, М250, М200, М175, М150, М125, М100 и М75. Численное значение марки соответствует среднему для пяти образцов значению предела прочности при сжатии в 1-10 МПа. Для каждой марки нормируется также предел прочности при изгибе. Он колеблется, например, для полнотелого кирпича пластического формования в пределах 1,8—4,4 МПа, утолщенного кирпича 1,2—2,9 МПа.

Кирпич и камни с горизонтальным расположением пустот имеют марки М25, М35 и М50.

Водопоглощение полнотелого кирпича должно быть не менее 8%, пустотелых изделий — не менее 6%. По морозостойкости стеновые керамические изделия подразделяют на марки F15, F25, F35, F50. В насыщенном водой состоянии они должны выдерживать без каких-либо признаков видимых повреждений соответственно не менее 15, 25, 35 и 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Кроме приведенных выше показателей, для кирпича и камней нормируется и ряд других: размер пустот, отклонения от размеров, непрямолинейность ребер и граней, число отбитостей углов и ребер, число трещин и их характер.

Недожженные и пережженные керамические изделия, а также изделия, имеющие известковые включения (дутики), вызывающие после испытания пропариванием отколы и другие виды повреждений, должны быть забракованы.

К индустриальным керамическим стеновым материалам относятся крупные стеновые блоки и панели (рис. 5.1, 5.2).

15)СТЕКЛО И ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ РАСПЛАВОВ

Для минеральных расплавов общим признаком является их силикатная природа, т. е. преобладание в их составе силикатов. Именно силикатным расплавам присуща способность переходить при быстром охлаждении в стеклообразное состояние. Стекло изотропно. Вещество в стеклообразном состоянии гомогенно и не имеет определенной температуры плавления; постепенно размягчаясь при нагревании, стеклообразные вещества переходят в жидкое состояние. Характерным признаком стеклообразного состояния является также его неравномерность (метастабильность). Получение изделий из минеральных расплавов также базируется на едином комплексе технологических операций — плавлении исходного сырья, формовании и термической обработки изделий с целью получения требуемой микроструктуры и физико-химических свойств.

Сырьё. Основные сырьевые компоненты для производства материалов из стекла – кварцевый песок, сода, мел, доломит, известняк. При этом в стекломассу вводятся кислотные, щелочные и щёлочно-земельные оксиды. От их количества непосредственно зависят все основные эксплуатационно-технические свойства стекла. Большое влияние на свойства строительных стекол оказывают вспомогательные компоненты – осветлители, обесцвечиватели, красители, глушители, окислители, восстановители.

Осветлители вводят в шихту для освобождения стекломассы от видимых пузырей, т.е. для ее осветления. Этим ускоряется процесс стекловарения. Действие осветлителей заключается в том, что при нагревании они разлагаются с выделением большого количества газообразных продуктов. Улетучиваясь из стекломассы, они способствуют удалению из нее и других газов (пузырей).

Обесцвечиватели вводят в стекломассу, чтобы устранить нежелательные сине-зелёные или желто-зелёные оттенки, которые стекломасса приобретает из-за примесей железа в сырьевых материалах

Красители служат для окрашивания стекла в тот или иной цвет. Обычно в качестве красителей используют соединения металлов, главным образом оксиды тяжёлых металлов – марганца, кобальта, никеля, хрома, железа.

Большинство светопрозрачных стекол варят в окислительной среде. Вместе с тем существует группа стекол (цветные), для варки которых требуется восстановительная среда. Для регулирования этих условий варки в стекломассу вводят окислители и восстановители.

Основные технологические операции при производстве материалов из стекла – варка и формование.

Варка стекла производится в печах различного типа. Листовое светопрозрачное стекло варят в ванных печах непрерывного действия. При этом выделяют пять стадий стекловарения: силикатообразование при температуре 800-900ºС, стеклообразование (1100-1200ºС), осветление (1400-1600 ºС), студка (1100-1200 ºС), формование стекломассы (прессование, прокат, вытягивание), отжиг. В результате отжига снижаются полученные при формовании внутренние температурные напряжения, возникающие вследствие более высокой скорости остывания наружных слоёв стекла по сравнению с внутренними. Наружные слои стремятся к сжатию, а внутренние-более нагретые-препятствуют этому.

Отделку лицевой поверхности стекла производят механическим, химическим способами и путём нанесения различных покрытий.

Механическая обработка включает резку, шлифование, гравирование, пескоструйную, ультразвуковую.

Химическая обработка состоит из травления и матирования (обработка поверхности парами фтористого водорода, плавиковой кислотой, матирующими пастами или другими веществами), химического полирования, выщелачивания (для повышения светопроницания и получения «радужного» эффекта).

Материалы из стекла и других минеральных расплавов можно разделить на две основные группы: светопрозрачные и непрозрачные (облицовочные, специального назначения: теплоизоляционные, звукопоглощающие, кислотоупорные).

Матовое стекло.Матово-узорчатое стекло .

Армированное стекло имеет внутри параллельно поверхности сварную светлую металлическую сетку из термообработанной стальной проволоки диаметром 0,35 – 0,45 мм. Прочность стекла при этом не увеличивается и даже снижается, но такое стекло безопасно – при разрушении от механических и тепловых воздействий осколки удерживаются металлической сеткой.

Закалённое стекло имеет сравнительно высокую механическую прочность и термостойкость. Это достигается обработкой листового стекла толщиной 4,5…6,5 мм – нагреванием до +640 ◦С и последующим резким, но равномерным охлаждением поверхностей потоком воздуха, реже жидкостью. Закалённое стекло используют для остекления витрин и светопроёмов общественных зданий, сплошных стеклянных дверей, перегородок и других ограждающих конструкций, к которым предъявляются требования повышенной стойкости к возможным ударным воздействиям.

Эмалированные плитки часто изготовляют из отходов оконного или витринного стекла, разрезая его по заданным размерам и покрывая с одной стороны слоем эмали, закрепляемой при термообработке.

Смальта – куски глушенного цветного стекла неправильной формы толщиной 10 мм, полученное из стекломассы отливкой или прессованием. Ранее из смальты изготовляли мозаичные панно, декоративные вставки при отделке фасадов и интерьеров. В современной лаконичной архитектуре смальта применяется сравнительно редко.

Пеностекло – высокопористый материал (пористость до 94%), получаемый при спекании порошка стеклянного боя с газообразователями. Используется оно в виде плит и блоков в основном для теплоизоляции стен, покрытий, кровель.

Из каменных расплавов (базальта, диабаза) изготавливают плиты, плитки, литую брусчатку – материалы, отличающиеся высокой прочностью, долговечностью и большой коррозийной стойкостью в агрессивных средах.

Из расплава доменного шлака (после его быстрого охлаждения) получают шлаковую пемзу (термозит), которая служит пористым заполнителем для лёгких бетонов.

Материалы из стекла относятся к хрупким, у них отсутствуют пластические деформации.

Поглощение света определяется коэффициентом поглощения и оптической плотностью, а также связано с толщиной стекла и особенно наличием красящих добавок. В целом оптические свойства стекол зависят от их химического состава.

Принципиальное значение имеет и тот факт, что материалы из стекла остаются экологически чистыми на протяжении всего срока их эксплуатации.

16)Структурные особенности металлов и сплавов. Особенности формирования железобетонных конструкций.

Металлы разделяют на две группы: чёрные и цветные.

Чёрные металлы представляют собой сплав железа с углеродом – чугун или сталь.

К цветным относят алюминий, медь, цинк, олово, никель, титан, магний и др.

Основным сырьевым компонентом для получения металлов являются рудные горные породы. Содержание в рудах цветных металлов сравнительно мало. В железных рудах количество металла достигает 70 %. Алюминиевые руды, преимущественно бокситы, содержит 50-60% оксида алюминия (глинозёма).

Основные технологические операции при производстве металлических материалов: обработка сырья, дозировка, плавка, формование. При необходимости изменения эстетических характеристик лицевой поверхности применяют механические и химические способы её отделки, лаки, краски, наносят тонкие металлические или полимерные плёнки. Обработка сырья предполагает дробление, промывку и обогащение железных руд. В процессе плавки получают металлы, после формования – металлические материалы.

Металлы для материалов, как правило, представляют собой сплавы – железа с углеродом (чугун, сталь), алюминиевые, медные (бронза – с оловом, латунь – с цинком), магниевые, титановые и др.

Строительные материалы из чугуна – опорные части колонн, тюбинги – укрепляющие своды тоннелей, трубы, радиаторы, сантех изделия. Чугун обладает существенными недостатками – высокой плотностью и хрупкостью. Весьма редко в современном строительстве используют архитектурно-художественные детали, полученные способ литья из чугуна: детали оград, решёток, кронштейнов, фонарей. Наиболее распространены в строительстве материалы из стали. В основном применяют углеродистую сталь обыкновенного качества (выделяют также качественную, высококачественную и особовысококачественные стали с соответствующим уменьшением вредных примесей), а также легированные стали. Номенклатура стальных материалов включает различные профили и листы, оболочки, мембраны, тросы, канаты, черепицу, закладные детали, декоративно-художественные изделия. Профили применяют различного сечения, их вид определяется способом получения. В массовом количестве используют профили, полученные способом проката. Сложные стальные профили получают способами непрерывного литья и прессования.

Эксплуатационно-технические свойства металлических материалов определяются их оригинальным строением. Пористость, гигроскопичность, водопоглощение у металлических материалов отсутствуют.

Предел прочности стальных материалов при сжатии, изгибе и растяжении – 300 – 400 МПа, но может достигать 1000 МПа и более. Наряду с высокой прочностью, к положительным свойствам металлических материалов (кроме чугуна) относится пластичность – способность выдерживать большие остаточные деформации без разрушения и при сохранении прочности. Основной недостаток широко применяемых стальных и других металлических материалов – способность к коррозии. Для защиты материалов от коррозии применяют защитные покрытия, электрохимическую защиту и замедлители коррозии. Некоторые металлы, например алюминий, сами предохраняют себя от коррозии в некоторых средах в результате образовавшихся на их поверхности защитных плёнок при взаимодействии со средой.

Эстетические характеристики металлических материалов оригинальны и регулируются в широких пределах, причём в ряде случаев цветовая палитра обогащается в процессе эксплуатации. Так, медь и её сплавы окисляясь кислородом покрываются защитной плёнкой – патиной, которая с течении времени приобретает множество цветовых оттенков. Сам процесс коррозии металла в начальной стадии может использоваться для получения своеобразного цветового оттенка стали. После окисления и приобретения красно-коричневого цвета металл покрывают прозрачным защитным лаком. Цвет стали можно изменять после механической (шлифование или полирование) и термической обработки поверхности. На ней образуется оранжевая или синеватая плёнка, которая одновременно защищает металл от коррозии. Фактура лицевой поверхности металлов может быть рельефной, шероховатой, гладкой, матовой или блестящей.

Металлические материалы в современной архитектурно-строительной практике применяются для основных типов конструкций зданий и сооружений: с жесткими металлическими связями; подвесных систем; большепролётных с растянутыми ограждающими поверхностями. Разнообразные каркасы промышленных и гражданских зданий, в том числе каркасы зданий повышенной этажности, большепролётные покрытия, мосты и путепроводы, радио- и телевизионные башни – представители конструкций зданий с жёсткими связями.

Важно отметить, что металлические материалы могут служить средством создания динамичных архитектурных форм – многовариантных трансформирующихся конструкций.

Листы из стали и алюминиевых сплавов для кровельных и стеновых ограждений промышленных, жилых и административных зданий, профили для оконных переплётов часто используются в современной архитектурно-строительной практике. К положительным качествам железобетонных конструкций относятся:

долговечность;

невысокая цена — железобетонные конструкции значительно дешевле стальных;

пожаростойкость — в сравнении со сталью;

технологичность — несложно при бетонировании получать любую форму конструкции;

химическая и биологическая стойкость;

высокая сопротивляемость статическим и динамическим нагрузкам.

К недостаткам железобетонных конструкций относятся:

невысокая прочность при большой массе — прочность бетона при растяжении в среднем в 10 раз меньше прочности стали. В больших конструкциях железобетон «несёт» больше своей массы, чем полезной нагрузки.

Главной задачей при проектировании железобетонной конструкции является расчёт армирования. Армирование конструкций выполняется стальными стержнями. Диаметр стержней и характер их расположения определяется расчётами. При этом соблюдается следующий принцип — арматура устанавливается в растянутые зоны бетона либо в преднапряжённые сжатые зоны.

В России железобетонные элементы принято рассчитывать: по 1-ой и 2-ой группе предельных состояний.

— по несущей способности (прочность, устойчивость, усталостное разрушение);

— по пригодности к нормальной эксплуатации (трещиностойкость, чрезмерные прогибы и перемещения).

По характеру работы выделяют изгибаемые элементы (балки, плиты), центрально и внецентренно сжатые элементы (колонны, фундаменты). При изгибе любого элемента в нём возникает сжатая и растянутая зоны, изгибающий момент и поперечная сила. В ж\б конструкции выделяется две формы разрушения:

по нормальным сечениям — перпендикулярным продольной оси, от действия изгибающего момента,

по наклонным сечениям — от действия поперечных сил.

Небольшие по высоте балки и плиты (до 150 мм) допускается проектировать без установки верхней и поперечной арматуры. Изготовление железобетонных конструкций включает в себя технологические процессы: подготовка арматуры, опалубочные работы, армирование, бетонирование, уход за твердеющим бетоном.

Сущность сборных ж\б конструкций состоит в том, что конструкции изготавливаются на заводах, а затем доставляются на стройплощадку и монтируются в проектное положение. Основное преимущество технологии сборного железобетона в том, что ключевые технологические процессы происходят на заводе. Это позволяет достичь высоких показателей по срокам изготовления и качеству конструкций. Недостатком является невозможность выпускать широкий ассортимент конструкций. Большое внимание на заводе уделяется технологической схеме изготовления. Используется несколько технологических схем:

Конвейерная технология. Элементы изготовляют в формах, которые перемещаются от одного агрегата к другому. Технологические процессы выполняются последовательно, по мере перемещения формы.

Стендовая технология. Изделия в процессе изготовления остаются неподвижными, а агрегаты перемещаются вдоль неподвижных форм. При изготовлении монолитных железобетонных конструкций следует учитывать, что физико-механические характеристики арматуры относительно стабильны, а вот те же характеристики бетона изменяются во времени.

17)МАРКИРОВКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

1.1. Углеродистые стали

Углеродистые конструкционные стали по качеству (в зависимости от содержания вредных примесей) подразделяют на две группы: обыкновенного качества и качественные.

Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества в зависимости от способа раскисления могут быть: спокойными (сп), полуспокоиными (пс) и кипящими (кп). Допускается в спокойных сталях буквы (сп) не писать. Цифра (0-6) обозначает номер стали и не соответствует содержанию углерода, но с увеличением номера содержание углерода и прочностные характеристики растут. Качественные углеродистые конструкционные стали применяются для металлических конструкций и более ответственных деталей машин, Цифры (05-65) обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Стали с содержанием углерода до 0,25% могут поставляться спокойными (сп), полуспокойными (пс) и кипящими (кп). Стали с содержанием углерода больше 0,25% поставляются только спокойными. Буква "Г" обозначает, что сталь имеет повышенное содержание марганца (до 1,2%). Буква Л в конце марки обозначает, что сталь в литом состоянии.

Примеры маркировки:

Сталь 15кп - углеродистая конструкционная качественная сталь с содержанием 0,15% углерода, кипящая;

Сталь З0Л - углеродистая конструкционная качественная сталь с содержанием углерода 0,30%,спокойная, применяется для деталей получаемых методом литья;

Сталь З0Г - углеродистая конструкционная качественная сталь с содержанием углерода 0,30%, спокойная, содержащая повышенное количество марганца.

1.2. Легированные стали.

Конструкционные легированные стали обладают высокой конструктивной прочностью. Легирование позволяет повысить уровень механических свойств и глубину прокаливаемости.

Принята буквенно-цифровая система маркировки легированных сталей. Основные легирующие элементы обозначают буквами:

Х- хром	Т - титан
Г - марганец	К - кобальт
Н - никель	Б - ниобий
М - молибден	С - кремний
Ю - алюмший	А (в середине марки) - азот
Ц. - цирконий	В - вольфрам
Р - бор	Ф - ванадий

Буква "А"" в конце марки указывает, что сталь относится к категории высококачественных (ЗОХГСА), если та же буква в середине марки - то сталь легирована азотом (16Г2АФ), а в начале марки буква "А" указывает на то, что сталь автоматная повышенной обрабатываемости резанием (А35Г2). Индекс "АС" в начале марки указывает, что сталь автоматная со свинцом.

Цифры после буквы в обозначении марки стали показывают примерное количество элемента (в процентах), округленное до целого числа. При среднем содержании легирующего элемента менее I,5 % цифру за буквенным индексом не приводят. Содержание углерода указывается в начале марки в сотых долях процента. Если в начале марки цифр нет, то содержание углерода около 1%.

Примеры маркировки:

45ХН2МФ - конструкционная сталь, содержащая: 0,42-0,50%С; 0,5-0,8% Mn; 0,8-1,0 % Cr; 1,3-1,8 % Ni; 0,2-0,3 % Mo; и 0,10-0,18 % V.

Г13 - конструкционная сталь, содержащая: 1% С, 13% Мп.