Свойства стройматериалов.

Архитектурно – строительные требования к промышленной продукции.

Творческая работа архитектора многосторонне и тесно связана с вопросами разработки, производства и внедрения эффективных строительных материалов и изделий. В сфере производства материальной палитры для современной архитектурно-строительной практики эта связь должна начинаться с того, что потребители промышленной продукции - архитекторы и строители должны технически обоснованно и четко выразить разработчикам и изготовителям этой продукции свои требования к ней.

Умение грамотно сформулировать свои требования к промышленной продукции необходимо зодчему не только для того, чтобы заблаговременно заказать разработку и изготовление необходимых для перспективного строительства материалов и изделий, но и в проектной практике, чтобы, сопоставляя требования с фактическими характеристиками свойств материалов (или изделий), принять решение по выбору наиболее удовлетворяющего из реально возможных вариантов.

Как комплекс свойств готовых материалов и изделий регламентирует области их рационального применения в строительстве, так и назначение и область применения, а точнее эксплуатационный режим здания, сооружения, отдельного помещения или конструкции, для которых предназначаются те или иные строительные материалы и изделия, определяют сложный комплекс предъявляемых к ним архитектурно-строительных требований. Так, например, эксплуатационный режим ванной комнаты жилого дома определяет следующие требования к материалам отделки степ этих помещений: повышенную водостойкость, влаго- и паронепроницаемость, стойкость к влажному трению, достаточную механическую прочность, определенные требования к поверхности отделочного материала по фактуре, цвету, рисунку и т.п. Кроме эксплуатационного режима на требования, предъявляемые к строительным материалам и изделиям, влияют и факторы, обеспечивающие технологичность их применения, удобство транспортирования, возможность хранения в определенных условиях, а также определяющие их технико-экономическую эффективность. Технологические требования к продукции,  касающиеся производственной сферы и предъявляемые самими разработчиками и изготовителями строительных материалов, здесь не рассматриваются.

 

Основные архитектурно-строительные требования.

Основные архитектурно-строительные требования к продукции промышленности строительных материалов и изделиям стройиндустрии услов­но классифицируются на три группы: функциональные (которые, в свою очередь, можно разделить на общестроительные, эксплуатационные и санитарно-гигиенические), эстетические и экономические.

Первая подгруппа функциональных архитектурно-строительных требова­ний общестроительные обусловлена видом и назначением материала или изделия, удобством транспортирования и хранения, технологичностью применения независимо от эксплуатационного режима той конструкции, В которой он будет применен. Так, любой рулонный материал для покрытия полов   (например,   линолеум)   должен независимо от области его применения безусловно обеспечить возможность его транспортирования, хранения, распаковки, прирезки с минимальными отходами, укладки (с помощью клея или «насухо»), гарантируя при этом надежное крепление, а также обладать другими необходимыми свойствами, характеризующими его пригодность к применению в условиях современного индустриального строительства. Эти общестроительные требования регламентируют ширину рулонов (она должна соответствовать строительному модулю и допускать транспортирование и перенос вручную), тыльная сторона материала должна обеспечивать надежную приклейку (например, иметь рифленую поверхность), при длительном хранении материал не должен изменять свои эксплуатационные свойства и т.д.

Вторая подгруппа функциональных требований относится к качественным характеристикам материалов и изделий, почти исключительно определяемым эксплуатационным режимом зданий, сооружений, отдельных помещений и конструкций, где данная промышленная продукция будет уложена «в дело». Требования этой подгруппы называются эксплуатационными. Они определяют пригодность материала (изделия) к применению в данных эксплуатационных условиях, его эксплуатационное удобство и общую надежность. Так, в зависимости от того, в каком здании (жилом, общественном, промышленном) и в каком конкретно помещении (жилая комната, кухня, холл и т.п.) будет уложен рассматриваемый нами рулонный материал для покрытия пола, будут различными требования к степени его стойкости против различных физико-механических, химических и иных воздействий (истирания, продавливания, действия огня, химических веществ и пр.), которым будет подвергаться материал после его укладки.

Эксплуатационный режим помещения будет определять и требования к свойствам материала, обеспечивающим необходимый комфортный уровень покрыти.

 

Строительные материалы пластичные и хрупкие.

По виду деформаций все строительные материалы делят на пластичные и хрупкие. Первые при статических испытаниях до разрушения получают значительные остаточные деформации, вторые разрушаются без видимой остаточной деформации. Примеры пластичных материалов большинство металлов, металлических сплавов, пластмасс. К хрупким материалам относятся естественные и искусственные (на основе минеральных вяжущих) каменные материалы, чугун, стекло, керамика, некоторые термореиктивные пластмассы.

Пластичность - свойство твердых материалов изменять без разрушения форму и размеры под влиянием нагрузки или внутренних напряжений, устойчиво сохраняя образовавшуюся форму после прекращения этого влияния. Оно определяет как технологичность, так и способность материалов противостоять эксплуатационным воздействиям. Так, пластичность металлов используется для изготовления рельефных архитектурных облицовочных элементов и художественной чеканки (из сплавов меди и других металлов). Одним из способов количественной оценки пластичности, в частности, листового металла является определение предела пластичности по глубине продавливания в мм шарового штемпеля до появления трещины (рванины).

Практически у всех материалов пластичность увеличивается с повышением температуры, но особенно это заметно у аморфных материалов. На характеристику пластичности материала влияют также ею влажность, вид и скорость нарастания действующей статической нагрузки. Пластичность вязких материалов (например, растворных и бетонных смесей, мастик и др.) характеризует, в основном, такие их функционально-технологические свойства, как подвижность, удобоукладываемость, нерасслаиваемость, которые проявляются в процессе применения.

Пластоэластические свойства синтетических полимерных, резиновых и каучуковых материалов проявляются, главным образом, в промессе их переработки. Многие полимерные материалы под действием небольших нагрузок (даже от собственной массы) при эксплуатационной температуре со временем способны изменять свою форму. Это свойство, называемое ползучестью, характерно и для некоторых неорганических материалов (грунтов, металлов), способных медленно и непрерывно пластически деформироваться под действием постоянной эксплуатационной нагрузки или механического напряжения.

В отличие от пластичности хрупкость - свойство твердых материалов разрушаться под действием возникающих в них механических напряжений без заметной пластической деформации - характеризует неспособность материала к релаксации (ослаблению) напряжений, вследствие чего при достижении предела прочности в материале проявляются трещины и он быстро разрушается. Почти полным отсутствием пластических сдвигов в зоне разрушения (идеальной хрупкостью) обладают при низких температурах алмаз,кварцевое стекло. Однако понятия «хрупкость» и «пластичность» устанавливаются условии в заданных условиях испытаний. При изменении этих условий хрупкий материал может стать пластичным, и наоборот. Так, например, глины хрупки только в сухом состоянии и весьма пластичны во влажном; чугун, хрупкий при одноосном растяжении, пластичен при всестороннем сжатии, малоуглеродистая сталь, пластичная при комнатной температуре, при сильном охлаждении становится хрупкой. Если при статических испытаниях происходят значительные пластические деформации материала до его разрушения, а при ударных нагрузках происходит хрупкое разрушение, то такой материал обладает ударной хрупкостью.

 

Функциональные (эксплуатационно-технические и технологические) свойства.

Напомним, что к группе функциональных свойств строительных материалов и изделий относятся такие физические, механические, химические, биологические и комплексные свойства, которые (непосредственно или через другие более сложные свойства) характеризуют их функциональную пригодность к применению и эксплуатации в течение заданного срока службы, а также позволяют судить об их технологичности как в производстве, так и при укладке «в дело».

Плотность сыпучих (рыхлых) материалов (цемента, извести, песка,  гравия, щебня и др.) определяют вместе с пустотами между их частицами и называют насыпной плотностью.

Показатели средней плотности материалов увеличиваются  с повышением   их   влажности.

Показатели плотности вещества и средней плотности косвенно характеризуют эксплуатационно-технические параметры материалов. От них зависят прочность и теплопроводность, ими используются для примерных подсчетов габаритных размеров элементов несущих и ограждающих конструкций, расчетов грузоподъемности транспортных средств и подъемных механизмов, для ориентировочного определения толщины наружных ограждений, при подсчетах полезной нагрузки на конструкции зданий и сооружений, пористость – свойство материала, характеризующее степень заполнения его объема порами. Пори­стость определяется в безразмерных единицах как отношение объема пор в материале  ко всему объему материала.

Показатель пористости материала вычисляют также в процентах.

Поры (от греч. «выход», «отверстие») в материале - это промежутки, полости между элементами структуры материала, заполненные газом (воздухом) или жидкостью. Они возникают в материалах на различных стадиях изготовления и образования (природных); соответственно различают искусственные и есте­ственные поры. Размеры, форма и структура пор различны. В зависимости от среднего размера различают субмикропоры (в металлах, некоторых пластмассах выявляются с помощью электронного микроскопа), микропоры (размером до 1 мм) и макропоры, или собственно поры. По структуре поры бываю открытые (сообщающиеся) и закрытые. От структуры пор в значительной степени зависят акустические и теплотехнические свойства материалов, их проницаемость для жидкостей и газов.

В зависимости от показателя пористости различают низкопористые (П < 30%), среднепористые (П 30-50%) и высокопористые материалы (П > 50%). Первые преимущественно используются как конструкционные, последние - как теплоизоляционные материалы.

Показатели и структура пористости материалов обусловливают изменение некоторых физико-механических свойств (плотности, тепло - и электропроводности, модуля упругости и др.) и появление принципиально новых свойств (гигроскопичности, звукопоглощающей способности, водо -, газопроницаемости и др.).

Для рыхлых - сыпучих и волокнистых - материалов (цемент, песок, щебень, гравий, минеральная вата), а также для материалов и изделий, имеющих пустоты (глиняный пустотелый кирпич, пустотелые керамические камни, железобетонные плиты с технологическими пустотами), отношение объема пустот к общему объему материала или изделия называют пустотностью. Показатели пустотности строительных материалов и изделий, измеряемые теми же методами, что и пористость, колеблются в широких пределах: для песка и гравия   4- 50% (в зависимости от крупности зерен), для пустотелого кирпича и керамических блоков 20- 50%, для минераловатных и стекловатных материалов 85-95%.

Важными эксплуатационно-техническими свойствами применяемых в современной архитектурно-строительной практике материалов и изделий являются их физические характеристики, определяющие отношение к действию воды, пара, газов.

 

Механические свойства прочность и ударная вязкость.

Прочность - способность материала (изделия) сопротивляться разрушению или пластическому деформированию (необратимому изменению формы) под действием внешних нагрузок. От внешних нагрузок в материале возникают внутренние силы упругости. Физическая величина, количественно характеризующая интенсивность этих сил, приходящихся на единицу площади сечения, называется напряжением. За единицу измерения напряжения принят паскаль, численно равный давлению, которое вызывает сила в 1 ньютон, равномерно распределенная по поверхности площадью в 1 м.

Прочность изделия (детали, элемента конструкции) зависит от природы и состояния материала (материалов), формы и размеров изделия. Следует различать собственно прочность материала и конструкционную прочность материала конструкции с учетом технических, технологических и эксплуатационных факторов. Прочность образцов материала зависит от скорости приложения и характера нагрузки (кратковременной, длительной, ударной, комбинированной и т.п.), вида напряженного состояния (сжатия, растяжения, изгиба, сдвига, кручения или совместного влияния нескольких воздействий), температуры среды и других факторов.

Основной характеристикой прочности строительных материалов является кратковременная прочность, а ее количественной мерой - показатель предела прочности - напряжение, соответствующее статической (медленно нарастающей) нагрузке, вызывающей разрушение образца материала.

Показатели прочностных характеристик строительных материалов и изделий колеблются в широких пределах. Так, предел прочности при сжатии изменяется примерно от 0,1 до 2000 МПа. Материалы, отличающиеся высокой прочностью на сжатие (бетон, гранит, другие природные и искусственные каменные материалы), в 10-50 раз хуже сопротивляются растягивающим и изгибающим нагрузкам, что резко ограничивает сферу их применения в несущих конструкциях зданий и сооружений.

Кроме кратковременной прочности различают также показатели длительной (при длительном воздействии статической нагрузки и высокой температуры), усталостной (при воздействии циклически изменяющихся во времени нагрузок) и динамической (при динамической однократной или многократной циклической нагрузках) прочности.

Важное значение имеет теоретическая прочность, которая определяется расчетным путем, исходя из взаимодействия атомов в кристаллической решетке материала. Ее численные показатели, полученные методами физики твердого тела, по которым рассматривают идеализированную структуру материала, часто в десятки раз больше действительной прочности реальных материалов из-за дефектов их структуры (микротрещин).

Прочность материала на растяжение максимально приближается к теоретической прочности, когда испытывают не массивные обрати, а тончайшие нити и волокна (имеющие ориентированную молекулярную структуру в виде «цепочек», вытянутых по длине нити). Так. техническая прочность на разрыв стекла — 60—80 МПа, стеклянных волокон, применяемых для армирования стеклопластиков,-около 2000 МПа, т.е. такая же, как у высокопрочных сталей, а теоретическая в 1000 раз выше (около 80000 МПа). Для высокопрочной стали максимальная реально-достижимая прочность на растяжение 2000 3000 МПа. теоретическая около 30000 МПа. Алмаз и графит (кристаллические модификации углерода) практически не работают на растяжение, а их теоретическая прочность выше 200000 МПа.

В связи с тем что строительные материалы неоднородны по споен структуре, а их прочностные характеристики могут изменяться во время эксплуатации здания под действием переменной нагрузки, атмосферных факторов, агрессивной среды и 1.п., при расчете строительных конструкций   учитывают   коэффициент   запаса прочности, величины    которого    установлены нормами проектирования.

Часто для оценки эффективности конструкционных строительных материалов используют показатель удельной прочности, численно определяемый в условных единицах отношением предела прочности при сжатии (или растяжении) к средней плотности материала.

Вид динамической прочности материала при кратковременной интенсивной нагрузке ударного характера называют ударной прочностью, а свойство, характеризующее сопротивление материала разрушению или деформированию при ударе,- Ударной вязкостью. Сопротивление удару важно для материалов дорожных покрытий, покрытий полов, а также конструкций, подвергаемых при эксплуатации динамическим (ударным) нагрузкам.Для рулонных материалов (отделочных и гидроизоляционных пленок, обоев и др.) важной характеристикой является разрывная прочность (при надрезе), прочность при проколе, продавливании и т. п.Свойство твердых материалов изменять форму (линейные размеры) или объем под действием внешней нагрузки, а также собственной массы, температуры и других факторов называется деформируемостью. Форма и объем материала изменяются вследствие взаимного смещения материальных элементов без нарушения сплошности. По характеру деформаций различают: упругие - исчезающие после снятия нагрузки (или разрушения образца)- и пластические (остаточные) деформации - не исчезающие после снятия нагрузки.

 

Газопроницаемость и водопроницаемость.

Газопроницаемость-свойство материала пропускать через свою толщу газы при наличии перепада давления. Степень газопрони­цаемости оценивается  коэффициентом   газопроницаемости - количеством газа (в дмэ), проходящим за 1 ч через стену материала толщиной 1 м и площадью 1 м2 при перепаде давлений в 1 мм рт.ст. (133 Па). Коэффициент газопрони­цаемости оконного стекла и листового стеклопластика - 10 ~ 17, т.е. практически равен 0; кровельного рубероида-0,01; цементно-песчаной штукатурки-0,02; строительного (глиняного обыкновенного) кирпича-0,35; высокопористых материалов - около 10.

Газопроницаемость ограждающих конструкций кроме указанных выше общих факторов, определяющих проницаемость, зависит от влажности материала ограждения. Так, если коэффициент газопроницаемости сухого бетона равен 0,04, то вод о насыщенный материал практически газонепроницаем. Газопроницаемость стен и других ограждений снижают, применяя штукатурку, окраску масляными красками, оклейку поливинилхлоридной пленкой или моющимися обоями.

 Водопроницаемость свойство материала пропускать под давлением воду - одна из I главных эксплуатационных характеристик гидроизоляционных и кровельных материалов. Образцы тонких рулонных материалов (например, рубероид, полимерные пленки) испытывают под давлением небольшою столба воды (h = 50 мм), определяя время, по истечении которого появляются признаки просачивания поды. Для листовых и штучных материалов (шифер, черепица) в специальных приборах определяется количество воды (в г), прошедшее за 1 ч через 1 см-2 поверхности испытуемого материала натуральной толщины при постоянном (заданном) давлении. Водопроницаемость связана не только с плотностью материала, но и с особенностями капиллярно-порового пространства, поскольку скорость движения воды в капиллярах зависит главным образом от их диаметра. Материалы с микрокапиллярной структурой не пропускают воду даже под значительным давлением. Этим, в частности, можно объяснить водонепроницаемость тонкодисперсных глин, издавна применявшихся для гидроизоляционных обмазок. Скорость фильтрации воды в несколько раз понижается и в капиллярах переменного сечения.

«Обратным» свойством – водонепроницаемостью - характеризуют ряд материалов специального назначения: например, гидротехнические бетоны по водонепроницаемости (выдерживаемому давлению воды в Па) подразделяют на марки В2, В4, В6, В8 и В12. Высокой водонепро­ницаемостью отличаются гидроизоляционные, антикоррозионные и герметизирующие материалы.

Для определения функциональной пригодности тех или иных строительных материалов и изделий чрезвычайно важно знать их реакцию по отношению к действию высоких температур, открытого пламени, холода, электрического тока, звуковых волн, различных излучений. Эти характеристики определяют области рационального применения материалов общего и специального назначения. Например, материалы, предназначенные для ограждающих конструкций зданий и сооружений, должны обеспечивать защиту внутреннего пространства от теплообмена с окружающей средой; одним из важнейших показателей надежности конструкционных и отделочных материалов является их пожарная опасность; а при выборе материалов для звукопоглощающих облицовок необхо­димо хорошо знать их акустические свойства.

 

Теплопроводность строительных материалов.

Теплопроводность- свойство материала проводить тепловой поток через свою толщу от одной поверхности к другой, обусловленное наличием в материале градиента потенциала переноса.

Теплопроводность пористых строительных материалов зависит от вида вещественного состава материала, показателя пористости и характера пор, влажности и температуры, при которой протекает теплопередача.

Иногда теплопроводность строительных материалов характеризуют величиной, обратной коэффициенту теплопроводности, -термическим сопротивлением.

С увеличением плотности однородных по­ристых материалов возрастает их теплопроводность, и наоборот. Однако четкая зависимость между плотностью и теплопроводностью наблюдается лишь у некоторых материалов с влажностью менее 7%.

Теплопроводность пористых материалов ниже, чем плотных. Это объясняется тем, что в пористых материалах тепловой поток проходит как через вещество материала, так и через поры, заполненные воздухом. Очень низкая теплопроводность воздуха оказывает значительное сопротивление прохождению теплового потока. Однако при одинаковой пористости теплопроводность пористых материалов тем меньше, чем мельче размер пор, поскольку в крупных порах происходит передача теплоты конвекцией. Перенос теплоты движением воздуха возрастает при наличии сообщающихся крупных пор. Материалы с замкнутыми порами менее теплопроводны, чем с сообщающимися.

При проектировании ограждающих конструкций и теплоизоляции следует учитывать, что при увлажнении теплопроводность строительных материалов резко возрастает, так как заполненные водой поры значительно лучше пропускают тепловой поток. Теплопроводность материала зависит и от его структуры: у материалов с волокнистым и слоистым строением теплопроводность поперек и вдоль направления волокон (слоев) неодинакова. Так, у древесины при направлении теплового потока вдоль волокон термическое сопротивление вдвое меньше, чем поперек. А это значит, что теплопроводность дощатого и щитового паркетного пола меньше аналогичного показателя пола из торцовой деревянной шашки. Эту зависимость следует учитывать и при использовании для теплоизоляции искусственных слоистых материалов и изделий типа сэндвич. Теплопроводность -одно из важнейших эксплуатационно-технических свойств материалов, применяемых для наружных стен, перекрытий и покрытий, для изоляции теплосетей, холодильников, котлов и т.п. От применения эффективных теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях жилых, общественных и промышленных зданий зависят, в частности, эксплуатационные расходы на их отопление в холодное время года.

Теплоемкость - свойство материала поглощать при нагревании тепло, определяемое отношением количества теплоты, поглощаемой материалом при бесконечно малом изменении его температуры, к этому изменению. Отношение теплоемкости к единице количества материала называют удельной теплоемкостью с. Различают удельную теплоемкость по массе (отнесенную к единице массы) и по объему (отнесенную к единице объема).

Теплоемкость строительных материалов учитывают при определении теплоустойчивости наружных ограждений отапливаемых зданий, при расчете необходимого подогрева некоторых материалов (растворов, бетонов, мастик) для работы в зимнее время, при расчете отопительных систем и т. п. С целью лучшей аккумуляции тепла в стенах и перекрытиях, необходимой для выравнивания колебаний температурного режима помещений, в наружных ограждающих конструкциях следует применять материалы с высокой удельной теплоемкостью.

Термостойкость - свойство материала сохранять свои основные физико-механические характеристики и не изменять структуру при термических воздействиях. Понятие термо­стойкости  применяют, в основном, к огнеупорным и хрупким материалам.

Термостойкость материала зависит от его однородности и коэффициента линейного расширения. Чем однороднее материал и чем ниже коэффициент линейного расширения, тем выше его термическая стойкость. Например, природные каменные материалы из мономинеральных горных пород (мрамор) более стойки к резким изменениям температуры, чем материалы из мономинеральных горных пород (гранит). Высокой термостойкостью отличается кварцевое стекло, у которого температурный коэффициент линейного расширения мал.

Термостойкость материала определяется его способностью сопротивляться, не разрушаясь, термическим напряжениям, возникающим при одно- и многократном воздействии высокой температуры, и характеризуется предельной температурой, при нагреве до которой и при последующем резком охлаждении существенно изменяются механические свойства (прочность) испытываемых цилиндрических и призматических образцов.

Огнестойкость строительных материалов.

Огнестойкость - способность материалов и изделий сохранять физико-механические свойства при воздействии огня и высоких температур (до 10000С)*, развивающихся в условиях пожара. У одних материалов (известняк, доломит, мрамор, органические материалы) воздействие огня вызывает химическое разложение, другие (алюминий) плавятся, третьи (сталь, гранит, мрамор) деформируются и разрушаются.

Огнестойкость конструкционных материалов характеризуется пределом огнестойкости временем (ч) сопротивления воздействию огня до потери прочности. Предел огнестойкости незащищенных стальных конструкций 0,5 ч. железобетонных 1- 2 ч, бетонных 2- 5 ч. Весьма высок предел огнестойкости у глиняного кирпича.

При оценке огнестойкости материалов следует учитывать совместное действие высокой температуры, воды и других жидкостей, применяемых для тушения пожара, а также выделяющихся при разложении в процессе сгорания из некоторых материалов химических веществ и газов.

Строительные материалы подразделяются по степени огнестойкости на сгораемые, трудносгораемые и несгораемые.

Сгораемые материалы (древесные, битумные, дегтевые, большинство полимерных) под действием огня и высокой температуры воспламеняются, горят или тлеют, и процесс горения продолжается после удаления источника огня.

Трудносгораемые материалы (древесина, пропитанная огнезащитными составами, фибролит, высоконаполненные стеклопластики) под действием огня и высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, процесс горения происходит только при наличии источника огня. Несгораемые материалы (естественные и искусственные неорганические материалы, металлы) в условиях пожара не воспламеняются, не тлеют, не обугливаются. При этом некоторые материалы (глиняный кирпич, черепица, асбестоцементные материалы, большинство бетонов) практически не деформируются и не растрескиваются, другие - значительно деформируются (сталь) и даже разрушаются (гранит, мрамор, известняк).

Особую группу представляют огнезащищенные материалы, пониженная горючесть которых достигается специальной обработкой (огнезащитой) поверхности материалов слоем несгораемого или трудносгораемого покрытия или введением в состав материала веществ (антипиренов), понижающих их горючесть.

Огнезащитные покрытия, наносимые на поверхность защищаемых материалов и элементов конструкций способом покраски, представляют собой многокомпонентные системы, состоящие из связующего (жидкое стекло, известь, фосфорброморганические полимеры, карбамидные и перхлорвиниловые смолы), наполнителя и пигмента и выполняющие одновременно функцию защитно-декоративной отделки.

Перспективно применение вспучивающихся составов, образующих при воздействии огня закоксовавшийся пористый расплав, защищающий материал от дальнейшего нагревания. Такие покрытия могут защищать конструкции из дерева, металла и армированных пластмасс. К этому же способу защиты относятся несгораемые облицовки (например, керамикой).

Огнезащитное действие антипиренов основано на их химическом взаимодействии с защищаемыми материалами - древесиной, текстильными и некоторыми полимерными. При разложении некоторых антипиренов под воздействием огня выделяются негорючие газы. Для огнезащитной пропитки древесины применяют смеси фосфорнокислого и сернокислого аммония, буры и борной кислоты и др. В полимерные материалы (пенопласты, стеклопласты) при их производстве вводят вещества, содержащие хлор, бром, фосфор, замедляющие горение.

При проектировании несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений различного назначения и выборе материалов для их отделки архитектор должен строго учитывать степень их огнестойкости в соответствии с требованиями действующих нормативных документов.

Огнеупорность и хладостойкость материалов.

Огнеупорность - свойство материала противостоять, не расплавляясь и не деформируясь, длительному воздействию высоких температур. Показателем огнеупорности является температура (°С), под действием которой образец испытуемого материала в виде усеченной трехгранной пирамиды размягчается и деформируется так, что его вершина касается основания. Материалы и изделия, обладающие огнеупорностью не ниже 15800С, называют огнеупорами, или огнеупорными материалами. У большинства огнеупоров, представляющих собой многокомпонентные системы, изготовленные преимущественно из минерального сырья, показатель огнеупорности не тождественен температуре плавления.

По отношению к длительному действию высоких температур строительные материалы делят на следующие группы: легкоплавкие, с огнеупорностью ниже 1350°С (обыкновенный глиняный кирпич); тугоплавкие, выдерживающие действие температуры 1350—1580°С (гжельский кирпич); собственно огнеупорные- 1580—1770°С (шамотный кирпич); высокоогнеупорные-177О-200О°С (высокоглиноземистый кирпич) и высшей огнеупорности -выше 2000°С (магнезитовые и графитовые материалы).

Различают огнеупорные материалы штучные (кирпичи, блоки, трубы и пр.), бетоны, растворы, обмазки, набивные массы. Основная область их применения -кладка печей на металлургических и других промышленных предприятиях, обмуровка котлов.

Хладостойкость - свойство некоторых материалов, преимущественно металлов и пластмасс, сохранять пластичность, вязкость и другие эксплуатационные характеристики при понижении температуры. Оценка хладостойкости конструкционных материалов (низколегированных сталей, стеклопластиков) имеет существенное значение для обеспечения надежности строительных конструкций, эксплуатируемых в температурных условиях северных районов. Производится она путем испытаний на ударный изгиб образцов с надрезом,  определяя  при этом работу деформации и разрушения. Хладостойкость характеризуется так называемыми критическими температурами хрупкости, т.е. перехода из пластического в хрупкое состояние.

Склонность материалов к переходу в хрупкое состояние под воздействием низких температур - свойство, противоположное хладостойкое - называют хладноломкостью. Она зависит от химического состава и структуры материала, изменения его свойств в процессе эксплуатации (в том числе старения), характера напряженно-деформированного состояния.

Низкие температуры активно влияют на изменение свойств конструкционных и отделочных полимерных материалов (пластмасс, резины, каучука), эксплуатируемых вне отапливаемых помещений (например, светопрозрачные покрытия из полиэтиленовой пленки и акриловых пластмасс, полиэтиленовые трубы, облицовочные   материалы   из   жесткого   поливинилхлорида, некоторые герметики и др.). По мере понижения температуры, обычно ниже 10°С, они теряют эластичность, упругость, ухудшаются другие эксплуатационные характеристики, Повышают хладостойкость полимерных материалов введением в их состав специальных компонентов. Это особенно важно для пленочных материалов, используемых в тентовых и пневматических конструкциях, где действие низких температур сочетается со значительными механическими нагрузками.

Морозостойкость.

Под Морозостойкостью понимают способность материала в насыщенном водой состоянии и при многократном действии знакопеременных температур сохранять основные физико-механические свойства в заданных границах. Морозостойкость строительных материалов в значительной мере связана с их плотностью, пористостью и водостойкостью. Стеновые, кровельные и другие материалы в конструкциях и отделке зданий и сооружений, подвергаемые в эксплуатационных условиях насыщению водой и замораживанию, испытывают значительное (до 200 МПа) гидростатическое давление увеличивающейся в объеме при замерзании в порах материала воды. Наибольшее расширение ее объема (примерно на 9%) происходит при температуре — 4°С. И хотя дальнейшее понижение температуры не вызывает увеличения объема образовавшегося льда, испытания материалов на морозостойкость проводят при значительно более низ­ких температурах (— 15°С и ниже), так как в микропорах вода замерзает обычно при  — 10°С.

У пористых материалов наземных строительных конструкций в атмосферных условиях вода заполняет лишь часть общего объема пор. При замораживании вода отжимается в свободные поры, и этим, в частности, обусловливается способность пористых материалов противостоять разрушающему действию много­кратного замораживания и оттаивания находящейся в их порах воды. Если бы вода заполнила весь объем пор. разрушение материала наступило бы при первом же замораживании. Однако в зависимости от эксплуатационных условий при сорбции водяных паров из влажного воздуха обычно заполняются лишь микропоры материала (макропоры остаются резервом для миграции воды при замерзании), а при контакте с водой, наоборот, заполняются макропоры (микропоры являются резервными).

Пористые материалы, как правило, являются достаточно морозостойкими, если при насыщении вода заполняет не более 85% объема пор. Очевидно, что наибольшей морозостойкостью обладают плотные материалы и материалы с закрытой структурой пор и пустот.

Количественно морозостойкость характеризуют числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое может выдержать насыщенный водой образец; при этом допускается снижение прочности на сжатие не более чем на 25% и потеря по массе не более чем на 5%. Важной физической характеристикой пористых строительных материалов и изделий различною назначения является проницаемость свойства материала пропускать сквозь себя газы или жидкости. Проницаемость в общем виде выражается количеством флюида (газа, жидкости), переходящего в единицу времени сквозь единицу поверхности образца материала определенной толщины при заданном равномерном перепаде давления. Проницаемость строительных материалов изменяется в широких пределах; она возрастает с увеличением площади проницаемой поверхности, перепада давления, пористости, количества и размера пор, удельного количества сквозных пор (при неизменной общей пористости), с уменьшением толщины образца материала и вязкости флюида.

 

Механические свойства материалов: упругость, твердость и истираемость.

Упругость - свойство материалов восстанавливать форму и объем (у твердых материалов) или только объем (у вязких и жидких) после прекращения действия деформирующих сил. Наибольшее напряжение, при котором еще не обнаруживается пластическая (остаточная) деформация, называется пределом упругости. Различают также условный предел упругости - наименьшее напряжение, которое вызывает появление необратимой пластической деформации. В границах упругих деформаций действителен закон Р.Гука- деформация материала пропорциональна действующей силе (каково удлинение, такова и сила).
Этот закон, сформулированный в 1676 г., был позднее уточнен Т. Юнгом в его современном определении - напряжение при упругой деформации тела пропорционально относительной деформации

Модуль упругости для данного материала - величина постоянная, измеряемая, как и напряжение, в паскалях (Па). Модуль упругости характеризует жесткость материала (изделия)-его способность сопротивляться образованию деформации при воздействии внешних сил. В случае простых деформаций (в пределах закона Гука) при растяжении -сжатии жесткость численно определяется как произведение модуля упругости  на площадь поперечного сечения. Отношение модуля Юнга к средней плотности материала называют удельной жесткостью (или удельным модулем упругости), Характеристики жесткости материала широко используются при решении задач сопротивления материалов.

Твердость - способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела. В более общем виде это свойство характеризует стойкость материала к деформированию или разрушению при местном силовом воздействии. Твердость определяется структурой материала. Количественно показатель твердости оценивают различными способами, например, при испытании металлов и пластмасс по диаметру отпечатка от вдавливаемого в поверхность испытываемого материала специального индентора (шарика). Числа твердости являются вторичными, производными механическими характеристиками, зависящими от первичных основных характеристик (модуля упругости, предела прочности и др.), а также от принятого способа испытания. Твердость каменных материалов оценивают по методу Мооса с помощью минералов, указанных в шкале твердости, содержащей 10 эталонов.

Характеристика твердости имеет значение при выборе материалов для покрытия полов и дорожных покрытий, при определении способа механической обработки поверхности мате¬риалов, а также может быть использована для косвенной оценки других свойств данного материала (прочность, истираемость и др.).

Истираемость - свойство материала уменьшайся в объеме и массе вследствие разрушения поверхностного слоя под действием истирающих усилий (обычно в условиях трения с применением абразива). Количественно истираемость оценивается потерей массы образца, отнесенной к площади истирания в г/см2.

Сопротивление истираемости -свойство, обратное истираемости, характеризует главный эксплуатационный показатель материалов для полов и других покрытий, подвергаемых трению. Показатели истираемости (И) различных строительных материалов по потере массы в г/см2 (для шлакоситаллов И =0,01-0,03, гранита-0,03-0,07, керамических плиток для по¬лов -0,08, поливинилхлоридных линолеумов -0,02-0,04, релина-0,03, полимерцементных покрытий полов -0,04) трудносопоставимы, поскольку плотности этих материалов находятся в весьма широких пределах. Поэтому такой способ более пригоден для сопоставления внутри отдельных групп материалов. Для оценки истираемости применяют и другие способы, включая данные ускоренных натурных испытаний (например, в турникетах метро).

Выносливость материала характеризует его способность сопротивляться усталостному разрушению

Звукоизолирующая и звукопоглощающая способность материалов и изделий.

Свойства строительных материалов и изделий, характеризующие их способность ослаблять энергию распространяющихся по воздуху и через конструкции зданий слышимых звуковых волн (колебательных движений частиц упругой среды), называют акустическими свойствами. К ним относятся звукоизолирующая и звукопоглощающая способность материалов и изделий.

Звукоизолирующая способность характеризует снижение уровня ударных, воздушных и структурных звуковых волн при их проникновении через ограждающие конструкции зданий. Звукоизолирующая способность ограждений измеряется в децибелах (дБ). Материалы, предназначенные для изоляции междуэтажных перекрытий, стен и перегородок от проникающего в помещения извне ударного и частично воздушного звука, а также для изоляции от структурного звука и вибрации машин и оборудования, называют звукоизоляционными. Они характеризуются малым значением динамического модуля упругости (не более 1,2 МПа при нагрузке 20 МПа). К звукоизоляционным материалам относят, например, минераловатные и стекловолокнистые плиты, пенопласты и др.

Звукопоглощающая способность характеризующая свойство материала поглощать звуковые волны, обусловлена его пористой структурой и наличием большого количества открытых сообщающихся между собой пор; общая пористость должна быть не менее 75%, а максимальный диаметр пор не должен превышать, как правило, 2 мм. Большая удельная поверхность материала, создаваемая стенками открытых пор, способствует (вследствие потерь на трение) активному преобразованию звуковой энергии в тепловую. Количественно звукопоглощающая способность оценивается коэффициентом звукопоглощения а, определяемым как отношение поглощенной материалом энергии звуковых волн к общему количеству падающей на него энергии.

Материалы с высоким коэффициентом звукопоглощения, предназначенные для облицовок помещений, эксплуатационный режим которых требует снижения уровня воздушного шума или создания специальных акустических условий (в зрительных залах, аудиториях, радиостудиях и т.п.), называют звукопоглощающими. На средних частотах (250-1000 Гц) эти материалы поглощают не менее 60% энергии звуковых волн. Пример эффективных звукопоглощающих материалов - минерал о ватные, стекловолокнистые, фибролитовые акустические плиты.

 

Радиационная стойкость материала.

Радиационная стойкость - способность материала противостоять воздействию интенсивных потоков радиоактивного излучения, изменяющего его структуру и свойства. Под воздействием радиоактивного облучения у металлов заметно возрастает предел текучести (у нержавеющей стали - в 3 раза); у углеродистой стали и алюминиевых сплавов уменьшается пластичность; у керамических материалов уменьшается плотность и теплопроводность, проявляются признаки аморфизации структуры;стекло окрашивается.

Радиационную стойкость рассматривают либо как сравнительную характеристику поведения различных материалов в одинаковых заданных условиях облучения, либо как предельную дозу, соответствующую допустимому изменению свойств материала по условиям его эксплуатации в зданиях и сооружениях, где возможно такое облучение (атомные электростанции, исследовательские центры).

Химические свойства материала.

Кислотостойкость и щелочестойкость - свойства материалов, характеризующие их способность противостоять разрушающему действию соответственно растворов -кислот или их смесей и водных растворов щелочей. Эти свойства определяются отношением (в %) массы измельченного материала, обработанного определенными растворами кислот или щелочей, к его массе до обработки.

Материалы,   отличающиеся   повышенной   кислотостойкостью, -кислотостойкие материалы (углеродистые стаяли, чугуны, содержащие более 2,5% С, титан, гранит, каменное литье из диабаза и базальта, силикатное стекло, керамические материалы, шлакоситаллы, кислотостойкий бетон и др.) имеют неодинаковую степень стойкости к действию различных кислот. К щелочестойким материалам относятся специальные хромоникелевые стали, никелевые латуни, известняки, бетоны на основе портландского и глиноземистого цемента, содержащее окись бора стекло и др. Степень их стойкости к разрушающему действию растворов различных щелочей также не универсальна и требует конкретной оценки в зависимости от предполагаемой области применения на объектах промышленного и сельскохозяйственного строительства.

Важным свойством, характеризующим стойкость строительных и, в первую очередь, полимерных материалов, является их маслобензостойкость (топливостойкость) - способность этих материалов противостоять действию жидких углеводородных топлив. При контакте с углеводородами и маслами минерального происхождения многие полимеры, особенно резины, набухают; у резиновых материалов степень набухания может достигать нескольких сот процентов. Маслобензостойкость необходимо учитывать при выборе материалов для покрытия полов гаражей, станции технического обслуживания, некоторых промышленных зданий и т.п.

При выборе химически стойких материалов необходимо учитывать также свойства материалов противостоять действию растворов солей, газов и одновременному действию нескольких агентов в химически агрессивных средах.

Коррозийная стойкость -свойство материала сопротивляться коррозии - разрушению в результате действия  внешней агрессивной среды.
Коррозия (от лат. corrodo - разъедаю) металлов - разрушение вследствие химического и электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой; коррозию железа и сплавов на его основе называют ржавлением.

Определяется коррозионная стойкость составом и структурой материала, наличием механических напряжений, состоянием поверхности, условиями воздействия агрессивной среды. Материалы, стойкие в одних средах, нестойки в других: например, известняки стойки по отношению к щелочам, но разрушаются под действием минеральных кислот. Количественно коррозионная стойкость материалов оценивается по 10-балльной шкале, характеризующей одностороннее уменьшение толщины материала (в мм/год).

Материалы, отличающиеся коррозионной стойкостью в различных агрессивных средах (оценка по шкале не выше 5 баллов), называются коррозионностойкими. К ним относятся керамические материалы с плотным черепком, стекла, асбесты, легированные стали, сплавы гитана и алюминия,  многие  пластмассы  и др.  Большинство природных каменных материалов (кроме гранита, базальта, кварцита), цементы (кроме кислотостойкого) нестойки по отношению к действию кислот. Коррозионную стойкость металлов повышают легированием, рафинированием (очисткой от вредных примесей), нанесением защитных покрытий, химико-термической обработкой и другими способами. Для защиты бетона {и других неметаллических материалов) также применяют защитные покрытия; коррозионную стойкость бетона повышают увеличением плотности, применением специальных цементов, тщательным подбором состава.

К химическим свойствам материалов относят их адгезионную способность. Адгезия (от лат. adhaesio-прилипание)-сцепление и связь между находящимися в контакте поверхностями разнородных по составу (твердых или жидких) тел (фаз), обусловленные межатомными силами притяжения. Адгезионная способность проявляется в сопротивлении отрыву или разделению контактирующих материалов. Количественной мерой адгезии служит усилие отрыва, отнесенное к единице плошали контакта. Это свойство имеет большое значение при сварке и пайке материалов, склеивании, нанесении защитно-декоративных (эмалевых, лакокрасочных и др.) покрытий, когда в начальной стадии одна из фаз находится в жидком состоянии. Иногда физико-химическая адгезия может дополняться так называемой механической адгезией, при которой происходит механическое зацепление затвердевшего клея или покрытия за неровности (шероховатости) твердой поверхности.

В связи со все расширяющимся внедрением в архитектурно-строительную практику синтетических полимерных материалов (и особенно отделочных пластмасс) важным критерием аттестации качества строительных материалов и изделий является оценка их санитарно-гигиенических характеристик - токсичности, биологического действия вредных для людей химических загрязнений внешней среды и интенсивного запаха в результате миграции из материалов остаточных мономеров, катализаторов, стабилизаторов, пластификаторов, растворителей и других низкомолекулярных соединений, а также в результате деструкции в процессе переработки и эксплуатации. Эта санитарно-химическая   оценка   ведется  на  основе  действующих норм предельно допустимых концентраций вредных веществ и методов токсикологической стандартизации сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. Применение в зданиях и сооружениях материалов, обладающих любой степенью токсичности, категорически запрещается.

 

Свойство материалов и изделий светопроницаемость и прозрачность.

Важными эксплуатационно-техническими свойствами материалов и изделий, применяемых для световых ограждений зданий и сооружений, являются их светопроницаемость и прозрачность.

Светопроницаемость (или просвечиваемость) - свойство материала пропускать как прямой, так и рассеянный свет, количественно определяемое как отношение полного светового потока (прямого и рассеянного), выходящего из слоя материала во всех направлениях , к световому потоку, падающему на материал.

Светопроницаемостью характеризуют не только светопроницаемость видимой части спектра, но и ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Например, органическое стекло (полиметилметакрилат) пропускает весьма полезное для живых организмов ультрафиолетовое излучение, его светопроницаемость до 0,9. Светопроницаемость стеклопластиков для всех лучей солнечного спектра составляет 0,75-0,8 (в зависимости от процента армирования). Силикатное стекло ультрафиолетовые лучи не пропускает.

Прозрачность - свойство материала пропускать свет, не изменяя направление его распространения, количественно определяемое как отношение интенсивности света, прошедшего выходную поверхность к интенсивности падающего на противоположную поверхность материала. Этот показатель называют коэффициентом прозрачности. Прозрачность материала зависит от его состава и строения, толщины его слоя, длины световой волны, угла падения и ряда других факторов. Слой материала может быть непрозрачным, однако пропускающим рассеянный свет, т.е. быть просвечиваемым. Свойство материала, характеризующее его непрозрачность для световых лучей называется оптической плотностью.

Способность материалов сохранять основные эксплуатационные и декоративные характеристики при длительном воздействии оптического излучения, включающего кроме видимого излучение ультрафиолетовой и инфракрасной части спектра, называется светостойкостью. Это свойство особенно важно учитывать при применении большинства полимерных строительных материалов и изделий, а также лакокрасочных покрытий в местах, подвергаемых систематическому активному воздействию световых лучей.

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о бане

Статьи по пеноблоку,пенобетону,пенобетонным блокам

Статьи pp-budpostach.com.ua Статьи по бетону

Статьи Все о заборах

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о крышах ( виды, материал, как лутше выбрать)

Статьи Все о Фундаменте

Статьи по газобетону ( газоблоку ), газобетонных блоков, газосиликатнных блоков

Новости, статьи, слухи, факты, разное и по чу-чуть

Статьи по кирпичу ( рядовому, лицевому,облицовочному,клинкерному, шамотному, силикатному,)