Материаловедение

Общие сведения

Чтобы легче ориентироваться в многообразии строительных материалов и изделий, их классифицируют по назначению исходя из условий работы материалов в сооружениях или по технологическому признаку, учитывая вид сырья, из которого получают материал, и способ изготовления.

Все строительные материалы обладают набором разнообразных свойств, определяющих область их применения и возможность сочетания с другими материалами.

Но ни один материал не изолирован от окружающей среды. Если он соприкасается с водой, то подвергается воздействию ее и содержащихся в ней веществ, если находится на воздухе – действию воздуха и содержащихся в нем водяных паров и газов, а на открытом воздухе также и воздействию мороза, дождя, солнца, ветра, резких перемен температуры, влажности и т. п.

Под воздействием окружающей среды материалы подвергаются деформациям и находятся в напряженном состоянии. Неравномерное увлажнение и высыхание материала приводит к появлению в нем внутренних напряжений вследствие различия в деформациях сильно увлажненной и мало увлажненной частей материала.

Колебания температуры также приводят к изменению расстояний между частицами и, следовательно, к изменению объема материала.

Если имеет место неравномерное изменение размеров и объема, то в материале появляются внутренние напряжения, которые могут привести к его постепенному разрушению.

Плотность, пористость, прочность – основные характеристики всех строительных материалов, служащие как для оценки качества и особенностей применения материала, так и для различных технико-экономических расчетов. Некоторые свойства являются важными при выборе материала лишь в определенных условиях эксплуатации (стойкость против воздействия солей, кислот, щелочей, морозостойкость, теплопроводность и т. д.).

Специальные технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться обработке. Например, для каменных материалов важной является способность шлифоваться и полироваться. Податливость к формуемости глин и бетонных смесей при производстве строительных изделий является важной технологической характеристикой.

Таким образом, при выборе и обосновании целесообразности применения строительного материала в определенных условиях необходимо учитывать различные его свойства.

Выделяют четыре основные группы технических свойств: физические, механические, химические и технологические.

Строительные материалы являются материальной базой строительства. Знания свойств данных материалов позволяет применять их с получением наибольшего технико-экономического эффекта.

Свойства материалов в большей мере связаны с особенностями их строения и свойствами тех веществ, из которых данный материал состоит.

Строение природных материалов зависит от их происхождения и условий образования, искусственных – от технологии производства и обработки материала.

Строительный материал имеет химический, минеральный и фазовый состав.

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, минеральные – огнестойки, а металлы хорошо проводят электричество и теплоту.

Макроструктура твердых строительных материалов (природные каменные материалы сюда не относятся, так как горные породы имеют собственную геологическую классификацию)может быть следующих типов: конгломератная, ячеистая, мелкопористая, волокнистая, слоистая, рыхлозернистая (порошкообразная).

Искусственными конгломератами называется обширная группа, объединяющая бетоны различного вида, ряд керамических и других материалов.

Материалы ячеистой структуры характеризуются наличием макропор (газо– и пенобетоны, ячеистые пластмассы).

Мелкопористая структура свойственна керамическим материалам, поризованным способами высокого водозатворения и введением выгорающих добавок.

Волокнистая структура присуща древесине, стеклопластикам, изделиям из минеральной ваты и др. Ее особенностью является резкое различие прочности, теплопроводности и других свойств вдоль и поперек волокон.

Слоистая структура отчетливо выражена у рулонных, листовых, плитных материалов, в частности, у пластмасс со слоистым наполнителем (бумопласта, текстолита и т. д.).

Рыхлозернистыми материалами называются заполнители для бетона, зернистые и порошкообразные материалы для мастичной теплоизоляции, засыпок.

Микроструктура веществ, составляющих материал, может быть кристаллической и аморфной. Кристаллические и аморфные формы нередко являются лишь различными состояниями одного и того же вещества. Примером может служить кристаллический кварц и различные аморфные формы кремнезема.

Аморфная форма вещества может перейти в более устойчивую кристаллическую форму.

Физические свойства стройматериалов. Физическими называют свойства материалов, характеризующие особенности их физического состояния.

К физическим свойствам строительных материалов относят: плотность, пористость, гигроскопичность, водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, теплопроводность, паро– и газопроницаемость, теплоемкость, огнестойкость, огнеупорность, звукопроводность и звукопоглощение, радиационную стойкость.

Для конструкций, которые должны быть водонепроницаемыми, нужны материалы с высокой плотностью; малотеплопроводные конструкции необходимо сооружать из мелкопористых материалов с пониженной теплопроводностью и т. д.

Важными для строительных материалов являются физические свойства, определяющие отношение к действию воды, пара, газов, так как в конструкциях, при транспортировке и хранении материалы подвергаются воздействию названных факторов.

Ко всем материалам, используемым в строительстве, предъявляются требования по огнестойкости. Так, выделяют материалы несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Несгораемые материалы в условиях пожара не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К несгораемым материалам относят керамический кирпич, черепицу, бетон, асбестоцементные и природные каменные материалы.

Трудносгораемые материалы под действием огня и высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но только при наличии источника огня (при удалении источника огня горение и тление прекращаются). К этим материалам относят фибролит, стеклопластики, асфальтовый бетон, оштукатуренную древесину.

Сгораемые материалы под действием огня и высокой температуры воспламеняются, горят или тлеют и продолжают гореть после удаления источника огня. К сгораемым материалам относят древесину, рубероид, войлок, пластмассы, обои, битумы, полимерные материалы.

Для повышения огнестойкости материалов их пропитывают или обрабатывают специальными составами – антипиренами. Эти составы под действием огня выделяют газы, не поддерживающие горения, или образуют на материале пористый защитный слой, замедляющий его нагрев.

Технологические свойства. Одним из основных свойств бетонной и растворной смеси является удобоукладываемость.

Удобоукладываемость бетонной смеси характеризует ее способность заполнять форму и уплотняться при помощи вибрации. Удобоукладываемость растворной смеси зависит от ее способности укладываться тонким слоем на пористое основание и заполнять все его неровности.

Технологические свойства древесины характеризуются легкостью обработки: ее можно пилить, строгать, сверлить, забивать гвозди, склеивать и т. д. Благодаря высокой технологичности полимерных материалов формообразование пластмасс осуществляется разнообразными способами: экструзией, литьем под давлением, каландрированием и вальцеванием, прессованием. Широкую номенклатуру металлических изделий получают различными способами: прокаткой, волочением, прессованием и т. д., что объясняется высокими пластическими свойствами материалов.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.