Строительные материалы.

Изучив конструкции зданий, мы упоминали материалы, из которых их делают, каким требованиям они должны удовлетворять, чтобы обеспечить прочность, долговечность, морозоустойчивость, эстетические качества, экономичность и ряд других. В связи с этим многообразием требований приходится выбирать из множества возможных материалов такие, которые бы в большей мере были приемлемы в конкретных условиях. Кроме того, для снижения транспортных издержек стремятся всецело применять местные материалы, которые имеются в месте постройки. Причем это не должно снижать требований, которым должно отвечать здание.

Рассмотрим наиболее распространенные виды материалов используемых в строительстве:

Каменные материалы из естественных горных пород, дробленые камни

- щебень, галька, песок, пескогравий с различным размером отдельных элементов.

Искусственные камни – камни, полученные из минерального сырья, чаще всего дробленных горных парод со специальной обработкой или объединения их с использованием вяжущих материалов (клеящих, растворов).

В первом случае используется в основном нагрев до температур, при которых происходит склеивание частиц или обжиг. Так изготавливается глиняный кирпич, керамические камни, черепица, дренажные трубы, трубы для канализации, фаянсовые изделия для коммуникаций и т. д.

По второму способу делают кладку и бетонные каменные изделия – блоки, стеновые панели, фундаменты, плиты перекрытия.

Ниже мы отдельно рассмотрим процесс приготовления растворов и бетонов, технологию изготовления из них конструкций зданий на строительной площадке и в условиях предприятий стройиндустрии (Заводах ЖБИ, полигонах).

Вторым широко применяемым в строительстве материалом является металл. Металл стал применяться в основном с появлением производительных способов его получения. Это была середина 19-20 века (1820-1840) годы, когда началось бурное развитие человеческого общества – появился новый социальный период капитализм. Строительство потребовало большое количество новых материалов для строительства зданий и сооружений. Кроме чугуна своеобразного камня появилось железо с небольшим содержанием углерода( сталь) как материал способный воспринимать большие растягивающие напряжения в десятки раз больше чем чугун. В настоящее время изделия из «стали» стали основным видом строительного материала. Из нее делают листы толщиной от долей мм, до нескольких десятков мм,: стальную проволоку, стержни, прокатные профили из которых делают конструкции нового назначения – колонны, стойки, фермы, арки, и т. д.

Сечения делают по стандарту (сортаменту)

Гнутый профиль

Труба

Уголок

Швеллер

Двутавр

Стержень (гладкий, с рифленой поверхностью)

Штампованный профиль из листа

Рис 8.1 Сортовые профили из металла

Из этих заготовок собирают металлические конструкции для зданий – колонны, балки, фермы и арки для покрытий, несущие рамы каркасов и много других.

На рис. 8.2 показана ферма, арка.

ферма арка

Рис 8.2 Изделия из сортовых профилей металла

Объёмный вес у стали , у чугуна

В настоящее время кроме стали в строительстве используется алюминиевые сплавы, которые также благодаря развитию технологии получения алюминия электролитическим способом стали выпускать в большом количестве и алюминиевые сплавы получили доступ в строительную практику. Из алюминиевых сплавов готовят заготовки в виде стальных профилей, но более разнообразные по форме и размером сечения. Это объясняется тем, что при нагревании материал сплавов становится пластичным, что позволяет получать форму сечения путём продавливания через отверстия разнообразных форм : двутавры, уголки, швеллеры, трубы и т.д. Из этих профилей делают строительные детали, конструкции, изделия, переплёты окон, дверей, каркасы перегородок и т.д. Средством соединения в таких материалах являются шурупы, болты, аргонная сварка, т.е. тоже очень эффективные и малотрудоёмкие.

Вес конструкций из алюминиевых сплавов в несколько раз меньше чем стальных, т.к. их объёмный вес составляет и следовательно, конструкция получается весом в = 2,91 раза меньше чем у стали. Это делает возможным снижать вес конструкции при использовании алюминиевых сплавов. Кроме того, стойкость алюминия к коррозии также способствует к его широкому использованию в строительстве увеличивает долговечность ооружений.

Третий вид строительных материалов - Дерево искомый материал для строительства т.к. естественный и доступный во многих районах материал, т.е практически местный.

В настоящее время он используется в виде изделий из древесины – бревна, доски, бруски, и другие изделия в соответствии со стандартами на древесину. Причём длина этих изделий не превышает 6,5 м, поэтому необходимы средства соединения. В качестве средств соединения деревянных элементов используют гвозди, врубки, шипы и др. В последнее время на базе древесины с использованием клеев изготавливают на предприятиях стройиндустрии клееные профили, листовые материалы. Древесина широко используется для устройства полов, т.к. это гигиенический материал, обеспечивающий естественную среду обитания человека в помещениях.

В настоящее время появился четвёртый вид строительных материалов – искусственные, синтетические материалы, специально создаваемые для строительства. Среди них:

- Лёгкие эффективные утеплители:

Пенопласты – с объёмным весом от 50 кг/ и более. В связи с малым объёмным весом у них очень малый коэффициент теплопроводности λ, который на порядок меньше чем у кирпича (основного стенового материала). А это позволяет значительно снизить вес конструкций зданий, получить значительный экономический эффект. На основе металлических листов гнутого профиля и этих утеплителей делают «Сэндвич - панели». (См. рис. 5.8)

Волокнистые материалы:

Плиты минераловатые, стекловолокнистые, шлаковатные, которые делают из каменных расплавов с продуванием их газом или сжатым воздухом.

Пористые бетоны – пенобетон, газобетон. Эти материалы получают при изготовлении бетона путём внесения, в состав вспенивающих или газообразующих веществ. В результате в теле такого бетона появляются поры заполненные газом (воздухом).

На этом же свойстве основаны современные уплотняющие материалы для швов между конструкциями, так называемые „пены” . При смешивании компонентов „пены” они вспениваются.

Очень много синтетических материалов используются в строительстве в качестве отделочных материалов – плёнки, ковровые синтетические ткани, покрытия для полов (линолеумы, штучные плитки из поливинилхлоридов). Для отделки фасадов листовой металл с покрытием из синтетической плёнки, получают долговечные материалы «Сайдинг», «Алюкобом» и другие.

Из подобных материалов делают перегородки в сочетании с гнутыми профилями из стального оцинкованного листового материала по системе «Кнауф», «Инси» и другие.

Каменные материалы

Каменные материалы из естественного и искусственных камней наиболее распространены в практике строительства капитальных сооружений, т.к. камни могут обеспечить требования долговечности, огнестойкости, стойкости против гниения, коррозии, биостойкость и других воздействий, т.е. создать долговечные конструкции. Естественные камни получают путём разрушения скальных горных пород. Камни в виде бесформенных (рваных) камней случайной формы называемые бутом. Путём отесывания и придания удобной для укладки формы получают тесаные камни, при распиливании камней можно получить камни заданных размеров и формы в виде (бруска, камня, плиты и т.д.).

Качество камней оценивается:

-объёмным весом горной породы При - камни называют тяжёлые и при - лёгкие камни.

- прочностью на сжатие камня в кг/с - которые называются маркой камня.

Согласно СНиП ll-22-81 «Каменные конструкции» различают марки естественных камней 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, кг/ .

- очень важной характеристикой является морозостойкость, под которой понимают количество циклов замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии, когда в камне начинают появляться трещины.

По этой характеристике устанавливают марки по морозостойкости F в циклах 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 300.

Для стен зданий в зависимости от режима помещений – сухой и нормальный и для фундаментов следует иметь морозостойкость в зависимости от класса здания.

Исходя из этих требований при проектировании назначаются количественные характеристики камней.

Искусственные камни

Как уже упоминалось выше это кирпич, мелкие блоки, крупные блоки и панели.

Наиболее массовым является кирпич, он был изобретён в далёкой древности, т.к. его можно изготовить из грунтовых материалов, т.е. разрушенных природой горных пород (глины, песка и т.д.)

В настоящее время в нашей стране стандартом установлены размеры кирпича (в мм).

-Нормальный 250

-Полуторный 250

Облицовочный кирпич может иметь высоту 140 мм (250 .

Для облегчения в кирпиче делают щели, дырки, тогда он называется щелевой, дырчатый кирпич.

При использовании глины в качестве основного материала проводится обжиг, тогда кирпич называют обожженным керамическим.

Для применения в сухих помещениях необходимую прочность можно получить и прессованием, тогда кирпич называют прессованным. Кроме такого способа получения кирпича есть способ изготовления его из смеси песка и извести с твердение в автоклавах под давлением кирпич называют силикатным.

Для снижения веса глиняных кирпичей в состав смеси глины вводят заполнители: каменный молотый уголь, опилки, в которых при обжиге образуются поры и снижается объёмный вес и кирпич называют – на пористых заполнителях.

На кирпичи стандартами установлены марки (по прочности на сжатие кг/кв.см)

М15, М25, М50, М75, М100, М150, М200….М400.

Также установлены марки по морозостойкости.

Кроме кирпича делают искусственные камни – блоки.

Блоки делают из бетонов на различных заполнителях и различной технологии. В основном используются бетонные смеси на легких заполнителях: шлак, пемза, керамзит (обожженная глина) и т.д.

Размеры блоков (в мм) – 188 х 190 х 390

Сейчас налажено производство крупных блоков из ячеистых, газо- и пенобетонов с объёмным весом меньше 800 кг/ , они широко используются для возведения стен зданий.

Для соединения камней в единый массив – кладку используют растворы, которые передают силовые воздействия с камня на камень. Прочность кладки оценивается, по прочность камня и раствора и устанавливается по СНиП или подсчитывается по формуле Онищика.

Так при марке камня М100 и раствора М50 прочность кладки на сжатие составляет только R = 15 кг/ .

Крупные блоки (весом более 100-150 кг) используются для кладки фундаментов, стен и изготавливаются из бетонов на тяжелых заполнителях. Одно время делали крупные блоки из кирпичной кладки . В связи с большой трудоемкостью ведения кладки они не получили распространения.