Общие сведения о материалах и их свойствах

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Общие сведения о материалах и их свойствах

Виды основных строительных материалов. К основным строительным материалам относятся: лесные, природные каменные, керамические материалы и изделия, неорганические (минеральные) вяжущие вещества (цемент, глина, алебастр и пр.) и изделия из них, строительные растворы для кладки и штукатурки, искусственные каменные материалы и изделия на основе вяжущих, битумные и теплоизоляционные материалы, строительные металлы, металлические, изделия и лакокрасочные материалы. В последнее время в строительстве широко внедряются различные материалы, изготовляемые на основе пластических масс.

Основные свойства строительных материалов. Для правильного применения необходимо знать физико-механические и химические свойства строительных материалов, приведенные ниже.

Плотность - масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии без пор и пустот, кг/м³,

где - масса образца, кг; - объем образца в абсолютно плотном состоянии, м³.

Относительная плотность - отношение плотности строительного материала в естественном состоянии (с порами) к плотности абсолютно плотного тела или отношение объема материала в абсолютно плотном состоянии к его внешнему объему в естественном состоянии , отн. ед.,

Относительная плотность может быть выражена и в процентах:

Насыпная плотность - это масса единицы объема рыхлого материала, насыпанного в какую-либо тару без уплотнения.

Пористость - степень заполнения объема материала порами.

Относительная плотность и пористость в сумме равны единице, т.е.

или

Водопоглощение - свойство материала впитывать и удерживать в себе воду. Водопоглощение определяется по разности масс образца материала в насыщенном водой и в абсолютно сухом состоянии и выражается в процентах от массы сухого материала.

Влажность - содержание воды в материале (по массе), выраженное в %.

Водопроницаемость - способность материала пропускать воду под давлением. Степень водопроницаемости измеряется количеством воды, прошедшей за 1 с через 1 м² поверхности материала при заданном постоянном давлении.

Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократные попеременные замораживания и оттаивания без заметных признаков разрушения и без значительного понижения прочности. От морозостойкости материала зависит долговечность многих элементов здания.

Теплопроводность - способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий при наличии разности температур на ограничивающих его поверхностях. Теплопроводность измеряется в килоджоулях (кДж).

Общее количество теплоты , кДж, прошедшее через ограждение, может быть выражено формулой

где - коэффициент теплопроводности материала, кВт/м·°С;

- площадь ограждения, м²;

- толщина ограждения, м;

- разность температур на противоположных поверхностях ограждения, °С;

- время, с.

Полагая , , , , получим значение коэффициента теплопроводности

который для данного материала зависит от его физических свойств (пористости, влажности, плотности и т.п.)

Теплоемкость - свойство материала поглощать тепло при нагревании и отдавать его при охлаждении. Теплоемкость измеряется величиной коэффициента теплоемкости С (называемым иногда удельной теплоемкостью), который представляет собой количество тепла в Дж, необходимое для нагревания 1 кг данного материала на 1°С.

Огнестойкость - способность материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур. По огнестойкости строительные материалы делятся на три группы:

- несгораемые, (бетон, кирпич), под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются;

- трудносгораемые (фибролит, асфальтовый бетон), под воздействием огня или высокой температуры трудно воспламеняются, обугливаются или тлеют; после удаления огня тление прекращается;

- сгораемые (дерево и др.), под воздействием огня воспламеняются и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня. Некоторые материалы этой группы воспламеняются при воздействии высокой температуры.

Огнеупорность - способность материалов противостоять длительному воздействию высоких температур, не размягчаясь и деформируясь.

Химическая стойкость - способность материалов сопротивляться действию кислот, щелочей, солей, растворенных в воде.

Прочность - способность материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих в нем от нагрузки или других факторов и вызывающих сжатие, растяжение, срез, изгиб или кручение. Например, прочность материала при сжатии и растяжении оценивают величиной предела прочности R, Па, определяемой по формуле

где Р_р - разрушающая нагрузка, Н;

F- площадь сечения образца, м².

Таким образом, предел прочности - это напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разрушение образца материала.

Твердость - способность материала сопротивляться проникновению (внедрению) в него другого, более твердого тела.

Упругость - способность материала деформироваться и вновь восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки, под действием которой она в той или другой мере изменялась.

Пластичность - способность материала под влиянием действующих на него нагрузок изменять размеры и форму в значительных пределах без образования трещин и нарушения прочности и сохранять принятую форму после их снятия.

Хрупкость - свойство материала под действием внешних сил разрушаться внезапно, без предварительной деформации.

Выпускаемые строительные материалы должны соответствовать государственным стандартам (ГОСТам), представляющим собой официально утвержденные документы, в которых содержится полное описание материала, изделия или детали. ГОСТами устанавливаются требования, которым должны отвечать строительные материалы, и правила их приемки.

Лесные материалы

Строение древесины. При рассмотрении поперечного разреза древесного ствола можно различать в нем следующие части: кору, камбий, собственно древесину и сердцевину.

Кора состоит из наружного слоя - корки и внутреннего - луба. Под слоем луба находится тонкий слой камбия. За камбием располагается толстый слой древесины, состоящий из ряда тонких концентрических колец. Каждое такое кольцо соответствует одному году жизни дерева и носит название годичного кольца.

В центре ствола находится сердцевина. У сосны, дуба и кедра ядро имеет более темную окраску; у ели, пихты, бука центральная часть ствола не отличается по цвету от наружной и носит название «спелой древесины». Имеются породы деревьев, у которых ядро отсутствует (береза; клен; ольха); такие породы называют заболонными.

Свойства древесины. Влажность. Большое влияние на технические свойства древесины оказывает ее влажность. По степени влажности различают древесину: мокрую (влажность больше, чем у свежесрубленной), свежесрубленную (влажность 35% и более), воздушно-сухую (влажность 20-15%) и комнатно-сухую (влажность 13-8%).

Усушка и разбухание. Изменение влажности древесины вызывает изменение ее объема, что ведет к усушке или разбуханию. Вследствие неоднородности строения древесина усыхает и разбухает в различных направлениях неодинаково, что влечет за собой коробление или появление трещин в конструкциях. Поэтому следует применять древесину с влажностью, соответствующей условиям ее эксплуатации; для этого производится естественная или искусственная сушка.

Механические свойства древесины. Прочность древесины в различных направлениях неодинакова. Так, прочность древесины при растяжении вдоль волокна в 20-30 раз больше, чем поперек волокна. Такое же явление наблюдается и при сжатии древесины.

Основные древесные породы, применяемые в строительстве.

В строительстве наибольшее применение имеют хвойные породы: сосна, ель, лиственница, пихта, кедр. Лиственные породы: дуб, бук, ясень, березу, клен, чинару, грушу и др. - применяют, главным образом, для изготовления столярных изделий и для внутренней отделки зданий. В целях экономии ценных пород леса там, где это возможно, и особенно для временного и подсобного строительства следует применять такие лиственные породы как ольха, липа, осина и тополь.

Сортамент лесных материалов. Круглый лес в зависимости от его диаметра в верхнем торце (отрубе) подразделяется на бревна, подтоварник и жерди. Бревна в верхнем отрубе должны иметь диаметр не менее 120 мм, подтоварник от 80 до ПО мм и жерди от 30 до 70 мм. Пиломатериалы получают путем продольной распиловки бревен. В зависимости от качества древесины и наличия пороков пиломатериалы из хвойных пород делятся на 5 сортов.

В строительстве применяют пиломатериалы следующих видов (рис. 2.1): пластины, четвертины, горбыль, доски (ширина более двойной толщины); бруски и брусья (ширина не более двойной толщины). В зависимости от чистоты кромок, доски делят на необрезные, полуобрезные и обрезные.

Рис. 2.1. Виды пиленых лесоматериалов: а - пиловочные строительные бревна; б - пластина; в - брус; г - доска обрезная; д - доска необрезная; е - горбыль; ж – четвертина

Длина досок и брусьев установлена от 1 до 6,5 м с градацией через 0,25 м. В зависимости от способа обработки брусья различают: двухкантные - опиленные с двух сторон - и четырехбитные - опиленные с четырех сторон.