Назначение и номенклатура конструкционных материалов

Конструкционные материалы используются для изготовления конструкций, воспринимающих силовую нагрузку (конструкции зданий и сооружений). Подразделяются на следующие группы:

ü неметаллические (дерево, стекло, керамика, пластмассы, бетоны, огнеупоры, горные породы)

ü металлические (из металлов и сплавов)

ü композиционные материалы (разные материалы, одни из которых выполняют роль матрицы, другие - наполнителя).

Из металла наши современники делают каркасы зданий, возводят мосты, устраивают инженерную инфраструктуру, строят башни телевизионных антенн, подъемные краны, создают вертикальный лифтовой транспорт зданий и многое другое. К числу наиболее применяемых в строительстве металлов (сплавов) относят сталь, чугун, бронзу, латунь, алюминий, медь. Сталь – основной материал, из которого делают конструкции зданий и инженерных сооружений. Чугун обладает высокой прочностью на сжатие, теплоемкостью, коррозионной стойкостью, огнестойкостью. Сплав на основе алюминия – дюралюминий – обладает высокой прочностью при небольшом весе.

Важным конструкционным материалом являются пластмассы. Разработано большое количество сортов пластмасс, обладающих широким спектром свойств:

· высокой прочностью или пластично­стью,

· антикоррозийностью и химической стойкостью,

· электро­прочностью и малыми потерями на высоких частотах.

Детали из пластмасс гигиеничны, имеют хороший внешний вид, гладкую поверхность различных цветов, допускают декоративные покры­тия. Важными преимуществами по сравнению с металлами являются легкость формообразования, отсутствие коррозии и меньшая стои­мость (в среднем втрое).

Широко используется дерево как конструкционный материал и сегодня. Но область его применения сузилась, в основном оно используется для строительства частных домов - коттеджей.

Как природный материал, древесина обладает как достоинствами, так и недостатками, которые необходимо учитывать при строительстве стен из древесных материалов.

Достоинствами натуральной древесины являются: высокая прочность; низкая звуко- и теплопроводность; высокая морозостойкость; легкость в обработке; простота утилизации; низкий коэффициент температурного линейного расширения.

К недостаткам натуральной древесины можно отнести: гигроскопичность (присутствие избыточной влаги в древесине вызывает резкое ухудшение всех ее физико-механических свойств); горючесть; наличие пороков (сучки, трещины, смоляные карманы, и др.).

Древесина, как капиллярно-пористый материал, обладает гигроскопичностью, т.е. способностью отдавать влагу или поглощать водяные пары из воздуха, в зависимости от влажности и температуры окружающего воздуха и влажности самой древесины. Гигроскопичность древесины обуславливает изменяемость размеров деревянных конструкций в процессе эксплуатации зданий и создает опасность развития микроорганизмов-разрушителей (грибков).

Древесина является горючим материалом, но, как органический материал, при горении долго остается прочной. При обугливании поверхности образуется защитный слой, благодаря которому замедляется проникновение огня вглубь древесной ткани. В случае горения дерева не образуется едких веществ.

Наибольшее применение в качестве стеновых материалов находят хвойные породы - сосна, ель, ибо они обладают многими ценными в строительном отношении качествами. Прямизна и отсутствие дуплистости позволяют сплачивать бревна в стены. Смолистость вышеупомянутых пород обеспечивает хорошую сопротивляемость гниению.

В качестве конструкционных материалов используются изверженные горные породы (гранит, лабрадорит, габбро, базальт, диабаз и т. д.), осадочные (известняк, песчаник, гипсовый камень) и метаморфические (мрамор, кварцит); при этом выбор горной породы определяется назначением строительного материала, условиями его службы в сооружении. Природные каменные материалы делятся на следующие основные разновидности: песок и гравий, получаемые просеиванием и промывкой соответствующих горных пород; бутовый камень, добываемый гл. обр. при взрывании известняков и песчаников; щебень, получаемый дроблением; бортовые камни и брусчатка – колотые камни с последующей обработкой; валуны и булыжники – продукт сортировки окатанных обломков горных пород, стеновые блоки. Наиболее распространённые каменные материалы – песок, гравий и щебень – употребляются в качестве заполнителей при изготовлении бетонов и строительных растворов. Бутовый камень служит в основном для кладки фундаментов и подпорных стен. При строительстве дорог, тротуаров и набережных применяют брусчатку, булыжный и бортовой камни. Пилёные камни и блоки используются как местные стеновые материалы; облицовочные камни и плиты широко используются для наружной и внутренней отделки зданий и сооружений, изготовления ступеней, парапетов и т. д. Природные каменные материалы обладают высокой атмосферостойкостью, прочностью и красивой окраской.

Для возведения стен широко используются керамический и силикатный кирпич и камни.

Наряду с кирпичом керамическим обыкновенным в группу стеновых керамических материалов входят различные виды более эффективных керамических материалов (кирпич пустотелый, пористо-пустотелый, легкий, пустотелые камни), а также крупноразмерные стеновые кирпичные блоки и панели заводского изготовления.

Силикатный кирпич, силикатные камни, в том числе пустотные, газосиликатные стеновые блоки, являются наиболее близкими функциональными аналогами керамических стеновых материалов: керамического кирпича, камня, крупноформатного блока.

Бетон широко применяют во всех странах для возведения различных конструкций, начиная от жилых зданий заканчивая огромными развлекательными комплексами. По уровню технических и экономических показателей бетон и железобетон по-прежнему остаются основными конструкционными материалами, занимая приоритетные места в общей структуре мирового производства строительной продукции. Получив название «материал XX века» железобетон, благодаря уникальным свойствам, успешно занял свою нишу и постоянно расширяет ее границы в рядах строительной продукции, заменив собой в большинстве случаев дорогостоящий металл. Использование бетона и железобетона позволило сделать революцию в области технологии строительства, возводить долговечные, грандиозные и уникальные объекты и сооружения. По мнению специалистов, железобетон сохранит свою лидирующую роль в строительстве и в текущем столетии.