Строительные материалы — Виды, классификация, характеристики

Строительные материалы (стройматериалы) — материалы, применяемые для постройки и возведения несущих и ограждающих конструкций (конструкционные материалы и изделия), для повышения эксплуатационных, эстетических и специальных свойств зданий и сооружений (отделочные, тепло- и гидроизоляционные, кровельные, радиационно-защитные и другие), а также реконструкции и ремонта зданий (жилых, общественных, промышленных), сооружений (линейных или площадных объектов), а также их частей.

1. Классификация и основные свойства строительных материалов

К основным строительным материалам относятся:

• природные (естественные) каменные материалы,
• неорганические и органические вяжущие материалы,
• бетон,
• железобетон и конструкции из него,
• строительные растворы,
• искусственные каменные материалы (обжиговые и безобжиговые),
• лесные материалы,
• металлы,
• материалы и изделия на основе пластических масс,
• теплоизоляционные и звукоизоляционные материалы,
• кровельные и гидроизоляционные материалы,
• лакокрасочные материалы.

Большинство строительных материалов имеет общие свойства:

• средняя плотность,
• удельный вес,
• удельный объем,
• объемная масса,
• пористость,
• влажность,
• водопоглощаемость,
• водопроницаемость,
• теплопроводность,
• огнестойкость,
• морозостойкость,
• прочность,
• твердость,
• звукопроводность,
• химическую стойкость.

Средней плотностью вещества называют отношение массы вещества к занимаемому им объему (кг/м³).

где m – масса вещества, кг,

V – объем, занимаемый веществом, включая имеющиеся в нем пустоты и поры, м³.

Пористостью называют отношение объема пор к общему объему материала. У строительных материалов пористость может иметь величину от 0 (сталь) – до 90% (плиты из минеральной ваты).

По мере увеличения пористости строительных материалов возрастают влагопоглощение, водопроницаемость, уменьшаются теплопроводность, морозостойкость, прочность, химическая стойкость и т. д.

Влажность материала определяют по содержанию в нем воды.

Водопоглощаемостью материала называют его способность впитывать и удерживать воду. Водопоглощаемость определяют по разности масс образцов материалов насыщенного водой и сухого и выражают в процентах.

Водопроницаемость – это способность материала пропускать воду при наличии гидростатического давления. Степень водонепроницаемости материалов зависит от их плотности и строения.

Теплопроводностью называют способность материала передавать тепло через толщу от одной своей поверхности к другой.

Теплопроводность материала выражается через коэффициент. При увеличении пористости и уменьшении объема материала снижается коэффициент теплопроводности. Материал с малой теплопроводностью называют теплоизоляционным материалом. За единицу теплопроводности в системе СИ принята – Вт/(мºС). Ранее применялась 1 ккал/(ч·мºС) приблизительно равна 1,16 Вт/(мºС).

Огнестойкостью называют способность материалов сохранять свою прочность под действием огня. По степени сгорания строительные материалы разделяют на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. В строительных нормах и правилах (СНиП П-2-80) указана степень возгораемости основных строительных материалов и конструкций.

Морозостойкостью называют способность материала сопротивляться разрушающему действию воды, замерзшей в его порах. Нормами установлено число повторных замораживаний, которое должен выдержать без разрушения материал, насыщенный водой. От морозостойкости материала зависит долговечность многих элементов зданий.

Прочностью называют свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузки или других факторов. Изучением прочности материалов занимается наука – сопротивление материалов.

Строительные материалы в конструкциях под различными нагрузками чаще всего испытывают напряжения сжатия и растяжения, реже – изгиба, среза и удара.

Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности при сжатии или при растяжении, паскаль, Па:

где Р_р – разрушающая нагрузка,

S – площадь поперечного сечения образца (первоначальная).

Предел прочности при сжатии для большинства материалов определяется маркой.

Твердость – есть способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела. Твердость материала не всегда соответствует его прочности.

Звукопроводностью называют распространение звуковых волн по материалам конструкций. Большой звукопроводностью обладают тяжелые и плотные материалы, малой — пористые и легкие.

Звукопроницаемостью называют распространение звуковых волн от источника звука по воздуху, проникающих через ограждающие конструкции здания. Большой звукопроницаемостью обладают легкие и пористые материалы, а малой — тяжелые.

Химическая стойкость — это сопротивление строительных материалов действию химических реагентов. Она зависит от химического и минералогического состава материала, его структуры и плотности, а также от характера агрессивной среды и ее концентрации, температуры, интенсивности поступления и давления.

2. Естественные каменные материалы

Природные каменные материалы и изделия получают из горных пород при механической обработке: дроблением, раскалыванием, шлифовкой, полировкой и т. п. Из них выполняют фундаменты, опоры мостов, стены, полы и т. д. Их могут применять в дорожном строительстве, как сырье для искусственных строительных материалов (цементов, извести, бетонов, растворов т. д.).

В зависимости от условий образования горные породы делятся на осадочные, метаморфические и изверженные

Из осадочных горных пород в строительстве чаще всего используют обломочные породы:

• песок и гравий – для приготовления бетонов, при устройстве дорог;
• глина – для изготовления керамических изделий.

В природе встречаются обломочные горные породы, связанные каким-либо веществом, например, песчаник, применяемый для кладки стен неотапливаемых зданий, фундаментов, подпорных стен, устройства ступеней, облицовки зданий и опор мостов.

Из пород химического происхождения применяют магнезит – для получения магнезиальных вяжущих, огнеупорных материалов; доломит – заполнитель бетона; гипс – как вяжущее сырье; известковые туфы – для производства извести и облицовки зданий.

Широко применяются в строительстве органогенные породы, образующиеся в результате жизнедеятельности и отмирания организмов в морских и пресных водах.

Известняки:

• плотный – для облицовки стен, изготовления лестничных ступеней, подоконников, как сырье в производстве портландцемента и извести, как крупный заполнитель бетона;
• пористый – ракушечник, после распиловки на камни правильной формы применяется для кладки стен и перегородок (широко распространен в Крыму, Молдавии и на Северном Кавказе);
• мел – для получения извести, приготовления красок, замазок;
• диатомит и трепел – как теплоизоляционные мaтeриалы.

В нашей стране имеются многочисленные месторождения известняков. Месторождения осадочных пород встречаются во многих районах страны.

В строительстве применяют различные метаморфические горные породы:

• гнейсы – для кладки фундаментов, устройства тротуаров;
• мраморы, или кристаллический известняк, для декоративных и облицовочных работ, устройства полов, ступеней, подоконных досок, в виде крошки для мозаичных полов;
• кварцит – там, где требуется высокая прочность материала; ступени для лестниц, в виде бутового камня, а также как сырье для производства огнеупорных изделий.

Изверженные горные породы разделяют на глубинные и излившиеся. Наибольшее распространение из глубинных пород получили гранит, сиенит, лабродорит, диорит и габбро.

Гранит – одна из самых распространенных горных пород. Он хорошо обтесывается, шлифуется, полируется, им облицовывают здания и сооружения.

Из излившихся горных пород в строительстве чаще используют

• базальт – для кислотоупорных труб, облицовочных материалов;
• диабаз – для дорожного строительства и в качестве сырья для каменного литья;
• андезит – для кислотостойких облицовочных плит, как щебень и песок для кислотостойкого бетона;
• вулканический туф – (артикский) как основной материал в виде камней правильной формы, полученных распиловкой, или как заполнитель для легкого бетона.

Месторождения находятся на Кавказе (Республика Кабардино-Балкария ), Дальнем Востоке и в других районах.

3. Керамические материалы и изделия

Строительными керамическими материалами и изделиями называют искусственные камни и изделия из глины в смеси с песком (или другими примесями), приобретающие прочность при обжиге в специальных печах.

Различают две основные группы строительной керамики; пористую и плотную.

К пористой относят: глиняный (обыкновенный), пористый, пустотелый и облицовочный кирпич, черепицу, керамзит, облицовочные плитки, дренажные трубы.

К плотной относят: плитки для полов, канализационные трубы, кислотоупорные кирпичи и плитки. К строительной керамике также относят санитарно-техническое оборудование, изготовленное из фаянса: унитазы, умывальники, писсуары и т. д.

Глиняный обыкновенный кирпич имеет размер 250×120×65 мм со средней плотностью 1700–1900 кг/м³. Он изготовляется семи марок: 75, 100, 125, 150, 200 и 300 кгс/см² (по системе СИ соответственно 7,5–30 МПа) и применяется для кладки стен и перегородок.

Кирпич глиняный пористо-пустотелый имеет поры, образующиеся в результате примешивания к глине органических добавок (древесных опилок, торфяной крошки), выгорающих при обжиге. Но его можно изготовлять и без выгорающих добавок, только с пустотами, которые образуются в процессе формования. Марки его 75, 100, 125 и 150 со средней плотностью 1300–1450 кг/м³, размеры 250×120×88 и 250×120×65 мм. Применяется для кладки стен каркасных зданий с обязательной штукатуркой или облицовкой и для кладки перегородок, обладает меньшей теплопроводностью, чем обыкновенный кирпич.

Облицовочные плитки различают двух видов: для внутренней облицовки стен и фасадные (для облицовки наружных стен). Слой глазури делает их водонепроницаемыми.

Для внутренней отделки выпускают плитки различной формы (прямоугольные, квадратные) и цвета. Квадратные плитки имеют размеры 100×100×6 или 150×150×6 мм. Ими облицовывают стены и панели санузлов, кухонь, лабораторий и т. д. Фасадные плитки имеют размеры 240×140×15 мм, 120×65×9 мм и др. и применяются для облицовки фасадов зданий.

Плитки для полов (метлахские) выпускаются различной формы (квадратные, шестигранные и т.д.) и разных цветов. Толщина их – 10 и 13 мм, они обладают химической стойкостью, применяются для устройства полов в санузлах, кухнях, на лестничных площадках и в лабораториях.

Гравий керамзитовый пористый – материал со средней плотностью 150– 800 кг/м³, получаемый обжигом легкоплавких глин во вращающихся печах барабанного типа. Используется в качестве заполнителя для легкого бетона.

Черепица – огнестойкий и долговечный кровельный материал.

4. Неорганические (минеральные) и органические вяжущие материалы

Вяжущим называется вещество, которое под влиянием физико-химических процессов способно переходить из жидкого или тестообразного состояния в камневидное и связывать при этом смешанные с ним отдельные камни, куски и мелкие частицы материалов. Этим свойством пользуются для изготовления безобжиговых искусственных каменных материалов и изделий; скрепления каменных материалов при кладке и соединения готовых деталей; изготовления бетона и строительных растворов.

Вяжущие вещества подразделяются на минеральные – неорганические и органические. Минеральные вяжущие вещества в строительстве используют чаще, чем органические, и промышленность выпускает их в виде порошка, который при смешивании с водой схватывается (теряет пластичность), а затем твердеет.

Минеральные вяжущие вещества подразделяются на гидравлические, воздушные и автоклавного твердения.

Вяжущие вещества, способные твердеть и сохранять или повышать прочность не только в воздухе, но и в воде, называются гидравлическими (цемент, гидравлическая известь). Если же они твердеют и повышают прочность только на воздухе, то их называют воздушными вяжущими (известь, гипс, каустический магнезит, растворимое жидкое стекло и кислотоупорный цемент). Вяжущие автоклавного твердения наиболее эффективно твердеют при гидротермальной обработке насыщенным паром.

К гидравлическим вяжущим относится большая группа материалов, объединенных общим названием цемент. В нее входят: портландцемент, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, расширяющиеся и безусадочные цементы, напрягающий портландцемент, а также цемент для строительных растворов.

Первое место среди вяжущих по производству и использованию занимает портландцемент. Это продукт тонкого помола клинкера, получаемого равномерным обжигом до спекания при температуре до 1500°С тщательно дозированных смесей материалов, содержащих углекислую известь (78%) и глину (22%), или же естественных материалов соответствующего состава (известковый мергель). После помола цемент выдерживается в силосах, где происходит его охлаждение и гашение свободной извести под действием влаги и воздуха.

Прочность портландцемента характеризуется его маркой. Марку устанавливают по пределу прочности при изгибе образцов-балочек размером 40×40×160 мм и сжатии их половинок. Образцы изготовляют из цементного раствора состава 1:3 (по массе), где одна часть цемента, три части песка, затем их подвергают испытанию через 28 суток после изготовления.

Промышленность выпускает портландцемент следующих марок: 300, 400, 500 и 600, соответственно в системе СИ – 30; 40, 50 и 60 МПа. Начало схватывания цементного теста должно наступать не ранее 45 мин, а конец – не позднее 12 часов от начала затворения водой.

Портландцемент применяют при производстве бетонных и железобетонных конструкций, работающих в подземных, наземных и подводных условиях. Его не используют для изготовления конструкций, подвергающихся действию морской, пресной, проточной, подаваемой под большим давлением воды и агрессивных сред.

Пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент получают совместным помолом портландцемента с активными добавками (диатомит, трепел), которые достигают 20-40% массы портландцемента, а для шлакового – 30- 70% (доменные гранулированные шлаки).

Пуццолановый портландцемент не разрушается при воздействии пресной и проточной воды, устойчив против воздействия агрессивных вод. Он применяется наряду с обычным для изготовления бетонных или железобетонных конструкций, преимущественно в канализационных, водопроводных и морских гидротехнических сооружениях.

Шлаковый портландцемент водостоек, прочность его примерно такая же, как у портландцемента, но он менее активен и менее морозостоек. Он применяется для бетонных и железобетонных конструкций, подверженных действию пресных и минерализованных вод, а также для сборных железобетонных изделий с применением гидротермальной обработки. Портландцементы следует хранить в закрытых складах, но и при самых благоприятных условиях хранения активность его со временем снижается.

Глиноземистый цемент – быстродействующее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество. Он получается в результате обжига до сплавления смеси сырья, богатого глиноземом, с известью или известняком и последующего тонкого помола. Выпускается трех марок: 400, 500 и 600 (СИ – 40, 50, 60). Через cyтки после изготовления образцы обладают прочностью 80-90% марочной.

Глиноземистый цемент – дорогой материал, его применяют при аварийных работах, когда требуются высокая стойкость против пресных и сульфатных вод, высокая прочность, а также в конструкциях, подверженных попеременному воздействию воды и мороза. Его нельзя употреблять в бетонных и железобетонных конструкциях, подвергающихся пропариванию.

Расширяющиеся и безусадочные цементы отличаются от других видов цемента, дающих усадку при твердении на воздухе. В их состав входят, кроме глиноземистого цемента, известь и гипс. Этот цемент быстро схватывается, твердеет, дает высокую прочность и водонепроницаемость. Он применяется для гидроизоляции сооружений, заделки стыков, а также для аварийных работ.

Напрягающий портландцемент. Для него характерна при твердении энергия расширения в 3-4 МПа. Применяют его для изготовления железобетонных изделий, арматура которых должна быть напряжена в нескольких направлениях (напорные трубы, тонкостенные конструкции).

Цемент для строительных растворов выпускается марки 150 (СИ – 15 МПа) и предназначается для кладочных и штукатурных растворов и бетонов марки не выше 100 (СИ – 10 МПа).

Воздушные вяжущие вещества. Наибольшее использование в строительстве имеют воздушные вяжущие: воздушная известь, строительный гипс, каустический магнезит и каустический доломит.

Воздушную известь получают обжигом (в специальных печах) известняка или других горных пород, содержащих углекислый кальций, который разлагается на негашеную известь (кипелку) и углекислый газ. Кипелка поступает на строительство в виде крупных кусков, которые при соединении с небольшим количеством воды (1:1) превращается в порошок (пушонку), и при избытке воды (1:3) – в известковое тесто или молоко. Гасится известь (кипелка) в гасильных ямах или в гидраторах непрерывного действия.

В настоящее время широко внедряется негашеная молотая известь. Она отличается от гашеной тем, что быстрее схватывается и твердеет и не дает отходов. Ее рационально употреблять в зимнее время, так как тепло, выделяемое при гашении, поддерживает положительную температуру в первый период твердения, и нет необходимости в подогреве раствора.

Воздушную известь используют при приготовлении кладочных и штукатурных растворов, искусственных каменных материалов: известково-песчаного (силикатного) кирпича, силикатных и пеносиликатных изделий, шлакобетонных блоков, покрасочных составов и т.д. Изделия на основе воздушной извести применяются в наземных сухих частях зданий с сухим режимом эксплуатации.

Известь-кипелку следует хранить в помещениях, защищенных от влаги, но длительное ее хранение снижает качество.

Гипс строительный получают из природного гипсового камня обжигом при определенных условиях и последующего тонкого помола. При затворении строительного гипса водой происходит быстрое схватывание. Он используется для штукатурных растворов, изготовления сухой штукатурки, перегородочных плит, лепных архитектурных деталей и т. д. Изделия из гипса неводостойки, и их нельзя применять во влажных помещениях. Гипс не рекомендуется долго хранить и всегда следует оберегать от увлажнения.

Магнезиальные вяжущие вещества (каустический магнезит и каустический доломит) получают обжигом горных пород магнезита и доломита с последующим их помолом. Затворяют их водными растворами солей хлористого или сернокислого магния. Магнезиальные вяжущие необходимы при изготовлении ксилолита (смесь с опилками), который используют для устройства полов. На их основе производят фибролит, облицовочные материалы для внутренней отделки помещений (плитки искусственного мрамора) и пр.

Органические вяжущие вещества. К этой группе относятся битумные и дегтевые вяжущие вещества.

Битумы получают при переработке нефти (нефтяные битумы), они также встречаются в природе в чистом виде (природные битумы). Битумные вяжущие

вещества широко применяют для устройства асфальтобетонных покрытий автодорог, асфальтовых полов, гидроизоляции, наклейки и изготовления рулонных кровельных материалов, приготовления мастик и эмульсий.

Дегтевые вяжущие вещества получают в процессе перегонки каменного угля. Они нужны при устройстве дорожных покрытий, изготовлении и наклейке кровельных рулонных материалов.

5. Бетоны

Бетоном называют искусственной каменный материал, получаемый при твердении рационально подобранной смеси из вяжущего вещества, воды и заполнителей – мелкого песка и крупного гравия или щебня. Бетоны классифицируют в зависимости от объемной массы, вида вяжущего вещества, назначения и других признаков.

За основу принята классификация бетона по средней плотности:

• а) особо тяжелый бетон имеет среднюю плотность более 2500 кг/м³ (заполнитель – чугунная дробь, баритовый щебень, песок и другие тяжелые горные породы) и применяется при строительстве зданий и сооружений спецназначения;
• б) тяжелый бетон (обычный) имеет среднюю плотность от 1800 до 2500 кг/м³ (заполнитель – песок и щебень из плотных камней) и применяется для фундаментов, полов, железобетонных несущих конструкций;
• в) легкий бетон имеет среднюю плотность от 500 до 1800 кг/м³ (заполнитель – песок и щебень из шлака, керамзита, аглопорита, пемзы и других легких материалов) и применяется для изготовления стен, перекрытий;
• г) особо легкий бетон со средней плотностью до 500 кг/м³ (заполнитель – легкие пористые материалы).

К особо легким бетонам также относятся ячеистые бетоны: пенобетон, получаемый смешиванием вяжущего, воды и песка с пеной, и газобетон, получаемый смешиванием аналогичной смеси с газообразователем. Они применяются так же, как и легкие бетоны, в качестве изоляционного материала.

Вяжущие вещества и вода – активные составляющие бетона, так как благодаря реакции между ними образуется цементный камень и происходит сцепление его с заполнителями. Заполнители чаще инертны, так как не вступают в химическое соединение с вяжущим веществом и водой. Заполнители (инертные) образуют жесткий скелет бетона и уменьшают его усадку, которая возникает из-за усадки цементного камня при твердении. В качестве заполнителя используют дешевые местные материалы, чем снижается стоимость бетона.

Бетоны классифицируются по видам вяжущего вещества на цементные, силикатные, гипсовые, асфальтобетоны, кислотостойкие бетоны, полимербетоны, пластобетоны. Наиболее широко в строительстве используют цементные бетоны, остальные виды применяют реже и в определенных условиях.

В качестве вяжущего в цементных бетонах используют портландцемент различных видов и марок, выбор их зависит от назначения возводимой конструкции. Вода для приготовления бетона должна быть чистой. Чистыми должны быть мелкий и крупный заполнители.

Прочность бетона зависит от количества и марки цемента, водоцементного отношения (В/Ц) и правильного подбора состава бетона. Прочность бетона характеризует марка. Нормами установлены марки бетона в зависимости от плотности (в 28-дневиом возрасте):

• а) для тяжелых бетонов – 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, в системе СИ соответственно 5-80 МПа;
• б) для легких бетонов – 25, 35, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, в системе СИ соответственно 2,5-40 МПа.

Запись состава бетонной смеси выражается отношением. Например: 1:2,5:4,5 при В/Ц = 0,65, где числа означают: 1 – масса цемента, 2,5 – песка, и 4,5 – щебня.

В настоящее время бетон приготовляют централизованно на механизированных бетонных заводах.

Бетон, доставляемый к рабочему месту, укладывают в onaлy6ку, деревянные или металлические формы, внутренняя поверхность которых имеет очертания и размеры изготовляемой детали. Для повышения плотности и прочности бетона бетонная смесь после укладки в опалубку подвергается вибрации с помощью вибратора. Вид и конструкция вибратора зависят от очертаний и размеров бетонной конструкции.

Бетон должен иметь необходимую влажность и температуру, особенно при жаркой погоде и в зимнее время. В заводских условиях твердение бетона ускоряют пропариванием и электропрогревом.

6. Железобетонные конструкции

Железобетон представляет собой рациональное сочетание двух различных по своим механическим свойствам материалов – железа (стали) и бетона, работающих в конструкциях совместно, как одно монолитное целое. Работа стали и бетона в одной конструкции возможна благодаря почти одинаковому коэффициенту температурного удлинения, а также взаимному сцеплению.

Бетон, как всякий камень, сопротивляется растяжению в 10-15 раз меньше, чем сжатию. Поэтому даже при малых нагрузках в нижней зоне изгибаемого элемента (балки) в бетоне появляются трещины, которые с увеличением нагрузки быстро развиваются. Это приводит к разрушению. Для восприятия растягивающих усилий в нижней зоне бетонной балки укладывают стальные стержни (арматура), благодаря чему резко возрастает ее несущая способность

Сталь, находясь в толще бетона, не подвергается коррозии и надежно защищена от воздействия огня.

По способу выполнения железобетонные конструкции делятся на:

• а) монолитные – возводимые в опалубке непосредственно на строительной площадке;
• б) сборные – собираемые из отдельных элементов, изготовленных на заводе;
• в) сборно-монолитные – представляющие целесообразное сочетание сборных железобетонных элементов и монолитного бетона или железобетона.

Наиболее широкое распространение в промышленном строительстве получили сборные железобетонные конструкции, так как они позволяют максимально механизировать монтажные работы, значительно улучшить качество и сократить сроки строительства, достичь экономии материалов. В сейсмических районах целесообразнее использовать сборно-монолитные конструкции.

Кроме классификации по виду бетона, объемной массе и способам выполнения, железобетонные конструкции различают по виду армирования.

Арматурой в железобетоне служит горячекатаная сталь диаметром от 6 до 40 мм и холоднотянутая проволока диаметром от 3 до 8 мм. Для железобетонных конструкций употребляют стали круглые, гладкие и периодического профиля Последняя важна в качестве рабочей арматуры, так как у нее лучше сцепление с бетоном.

По виду армирование подразделяют на предварительно напряженное и обычное. Недостаток железобетона с обычным армированием заключается в том, что в растянутой зоне бетона образуются трещины, которые сокращают срок службы конструкции, а также не позволяют использовать арматурную сталь и бетон высоких марок. Это решается применением предварительно напряженных конструкций (натяжение арматуры до бетонирования конструкций), что позволяет значительно увеличивать пролеты, перекрываемые железобетонными элементами. Это играет большую роль при проектировании производственных зданий, так как позволяет рациональнее использовать производственные площади. Кроме того, масса конструкций снижается примерно на 20%.

Схема изготовления предварительно напряженных конструкций состоит в следующем: нижнюю рабочую арматуру натягивают при помощи гидравлических домкратов. Затем бетонируют и выдерживают ее до тех пор, пока она не достигнет 70% проектной прочности. Потом арматуру освобождают, и она, стремясь вернуться в первоначальное состояние, обжимает бетон. Существуют и другие способы изготовления предварительно напряженного сборного железобетона.

Железобетон – основной строительный материал при возведении производственных зданий благодаря его основным достоинствам: огнестойкости, высокой прочности, сейсмостойкости, долговечности, возможности придавать конструкции любую форму. До 80% материалов, необходимых для его изготовления – местные. К его недостаткам относится значительная объемная масса, большая теплопроводность, звукопроводность, трудоемкость изготовления. Меняя материал заполнителя бетона, можно влиять на эти свойства. Наличие перечисленных недостатков не является препятствием к широкому внедрению бетона во всех видах строительства, особенно промышленного.

Из железобетона в промышленном строительстве изготавливают фундаменты, колонны, балки, плиты перекрытий и покрытий, стеновые панели, оконные переплеты и другие элементы.

7. Строительные растворы

Строительными растворами называют мелкозернистые бетоны, состоящие из одного или нескольких вяжущих, воды и мелкого заполнителя. Отличие растворов от бетонов условно.

Активными составляющими растворов являются вяжущие и вода, которые, затвердевая, связывают отдельные камни (при кладке стен и других элементов здания), а также образуют защитный слой в виде штукатурки или стяжки полов. В зависимости от области использования растворы подразделяют на: кладочные, отделочные и необходимые для изготовления искусственных каменных материалов и изделий.

Растворы по виду вяжущих делятся на цементные, известковые, гипсовые и смешанные из двух вяжущих: известь и гипс (известково-гипсовый), цемент и известь (цементно-известковый) и т.д. По виду заполнителей растворы делятся на тяжелые с заполнителем – кварцевый песок, и легкие с заполнителем – песок из туфа, пемзы, шлака, керамзита и т. д.

Легкие растворы используют для кладки и штукатурки с целью утепления, так как они обладают меньшей теплопроводностью, чем кварцевый песок. С помощью легких растворов достигается уменьшение толщины стен.

Существуют специальные растворы: цветные для декоративной отделки, пористые (звукопоглощающие) и водонепроницаемые.

Для строительных растворов установлены следующие марки: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300, в системе СИ: 0,4; 1; 2,5; 5; 7,5; 7,5; 10; 15; 20; 30 МПа.

Состав раствора записывают в виде отношения количества вяжущего к заполнителю по объему. Например, в отношении 1:3 на одну часть вяжущего приходится три части заполнителя. Для сложного раствора запись состоит из трех цифр: 1:0,3:6, где первые две цифры соответствуют частям вяжущего, а последняя – заполнителю.

Для растворов обычно берут цемент низких марок и готовят их в растворомешалках, работающих по принципу принудительного смешивания.

Растворы на минеральных вяжущих используют при кладке фундаментов, стен, перегородок, штукатурке, защитной и гидроизоляционной, устройстве полов, стяжек, при изготовлении различных искусственных (безобжиговых) каменных материалов.

На основе органического вяжущего – битума – готовят асфальт. Заполнитель – песок, в асфальтобетоне – песок и гравий (щебень). Подготовленную смесь битума, тонкомолотых добавок и заполнителя помещают в специальные барабаны, где при непрерывном перемешивании при температуре 180°С получают асфальт, идущий на устройство дорог, полов, плоских крыш и т.д.

8. Искусственные каменные материалы и изделия на основе неорганических вяжущих

К этой группе относятся каменные материалы и изделия, получаемые из смесей на основе минеральных вяжущих. По способу изготовления их можно разделить на две основные группы: твердеющие в запарочных котлах (автоклавах) и изготовляемые на основе вяжущих (цемента, гипса) и твердеющие на воздухе.

К первой относятся силикатный кирпич (известково-песчаный), силикатные изделия, известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи.

Силикатный кирпич представляет собой смесь из кварцевого песка, воздушной извести и воды, которую предварительно прессуют. Отформованный кирпич поступает в автоклав, где он под действием пара высокого давления и температуры твердеет. Он может быть серого или белого цвета, имеет те же размеры, что и глиняный кирпич. Марки силикатного кирпича: 75, 100 и 150 (по системе СИ – 7,5; 10 и 15 МПа).

Как стеновой материал занимает второе место после обыкновенного глиняного кирпича, но из-за малой водостойкости не применим для элементов здания, подвергающихся систематическому увлажнению и замораживанию, а также для подземных частей зданий (фундаменты, стены подвалов). Непригоден этот кирпич также для кладки печей, труб и других элементов, на которые воздействуют высокие температуры.

Из изделий, относящихся ко второй группе, наибольшее применение в строительстве получили:

плиты гипсовые обшивочные, или сухая штукатурка (два листа картона, между которыми прокладывают слой гипсового теста с пеной и органическим заполнителем), имеют толщину 8 – 10 мм.

Асбестоцементные изделия готовят из смеси асбеста, цемента и воды двумя способами: формованием (непрессованный) и прессованием.

Асбестоцемент огнестоек, морозостоек, обладает высокой прочностью, малой водопроницаемостью и долговечностью.

В строительстве используется широко, хотя и отличается xpyпкостью. Вырабатывается в виде кровельных плит (плоских и волнистых), плит облицовочных плоских, трехслойных стеновых панелей, труб различного назначения (водопроводных, канализационных, вентиляционных).

Ксилолит и фибролит готовят на основе каустического магнезита или доломита, которые затворяют водным раствором хлористого магния с заполнителем в виде древесных опилок (ксилолит) и древесной стружки (фибролит). Эти материалы обладают высокими теплоизоляционными свойствами. Из ксилолита делают полы в сухих помещениях, подоконные плиты и другие конструктивные элементы; из фибролита изготовляют перегородочные плиты, им утепляют перекрытия и стены.

9. Древесные материалы

Дерево относится к наиболее древним строительным материалам. За последние годы в строительстве на смену дереву пришли железобетон, пластические массы и др., но до сих пор древесину применяют широко благодаря ее высокой прочности, малой средней плотности (400—700 кг/м³), небольшой теплопроводности, долговечности (при благоприятных условиях), простоте обработки, невысокой стоимости и т. д. Однако такие недостатки, как сгораемость, подверженность загниванию, поражаемость гнилью и червоточиной, гигроскопичность, неоднородность строения волокон (вдоль и поперек) и др. ограничивают область использования ее в строительстве, особенно в промышленном.

Перед употреблением древесину специально обрабатывают, что продлевает срок ее службы; для защиты от гниения древесину сушат, антисептируют, окрашивают; для повышения огнестойкости— покрывают огнезащитными составами, обшивают асбестоцементными листами, кровельной сталью и т.д.

Лесоматериалы делятся на две основные группы: круглый лес и пиленые материалы, из последних изготовляют половые доски, паркетные клепки, детали перегородок, дверные и оконные заполнения, плинтусы, наличники, опалубку при бетонных работах, подмости и т.д. Однако номенклатура строительных деталей из древесины в промышленном строительстве с каждым годом уменьшается.

10. Металлы

Наибольшее применение в строительстве получили черные металлы (сталь и чугун), но в последние годы, особенно в промышленном и гражданском строительстве, все больше употребляются цветные металлы: алюминий и его сплавы с малой массой (в три раза легче стали).

В настоящее время проектным организациям предоставлено право, исходя из целесообразности и эффективности, решать вопрос о применении железобетонных, металлических или других строительных конструкций при наличии соответствующих ресурсов. Это было вызвано тем, что до этого металлические конструкции в промышленном строительстве не всегда достаточно обоснованно заменялись железобетонными. Поэтому сейчас в некоторых случаях применяются металлические каркасы зданий, так как металлические конструкции легче железобетонных. Чтобы предохранить стальные конструкции от коррозии, их окрашивают.

Конструкции изготовляют из металла различного профиля: швеллеры, двутавры, уголки. Их различают по номерам, обозначающим его размер по основному измерению (так, швеллер №18 имеет высоту 18 см). Промышленность выпускает также листовую и полосовую сталь, квадратную, круглую, волнистую, кровельную, специальных профилей (для оконных и фонарных переплетов), трубы различного диаметра.

В последние годы для стеновых панелей и панелей покрытия используют профилированный стальной лист.

Из чугуна изготовляют трубы, плиты для полов, радиаторы отопления и т.д. Из алюминия и его сплавов возводят легкие каркасы зданий, фермы покрытий, оконные переплеты и т.д.

11. Материалы и изделия на основе пластических масс

Пластические массы в настоящее время во многих областях строительства вытесняют традиционные строительные материалы, так как они обладают такими ценными, свойствами, как малая средняя плотность и высокая прочность, легкость обработки, изготовление деталей различной формы и назначения. Они обладают высокой химической стойкостью, могут быть практически любого цвета и даже прозрачными, они водостойки, обладают малой звуко- и теплопроводностью и т.д.

Пластмассы легко поддаются механической обработке.. Изделия из них можно склеивать, сваривать, сверлить, соединять болтами и т. д. Но они имеют и недостатки: неогнестойки, обладают высоким коэффициентом термического расширения. Это требует введения дополнительных температурных швов. Несмотря на это, материалы на основе пластических масс перспективны и их выпуск с каждым годом возрастает.

В строительстве получили широкое применение:

• стеклопластик и стеклотекстолит – материалы из стекловолокнистых наполнителей, склееных синтетическими полимерами. Их выпускают прозрачными, полупрозрачными и непрозрачными, из них делают стены и перегородки. Из стеклопластика выполняют трехслойные стеновые панели (наружные слои из стеклопластика, внутренние – теплоизоляционные);
• древесностружечные и древесноволокнистые плиты получают горячим прессованием древесных стружек или органических волокнистых материалов, смешанных с синтетическим полимером. Применяют их для устройства перегородок, стен, облицовки потолков;
• полистирольные облицовочные плитки обладают высокой прочностью и водонепроницаемостью, ими облицовывают стены в санузлах, на кухнях и в других помещениях;
• пенопласт применяют как теплоизоляционный материал в ограждающих панелях, плитах покрытий, а также для звукоизоляции;
• волнистый и плоский стеклопластик – основной кровельный полимерный материал. Плоский стеклопластик используют для устройства зенитных фонарей, что позволяет отказаться в промышленных зданиях от устройства фонарей или упростить их конструкцию;
• релин (резиновый линолеум) идет для устройства полов в гардеробных, коридорах и других помещениях;
• поливинилхлоридные плитки выпускают в большом ассортименте, они легко наклеиваются и заменяются. Применяются для устройства полов в гардеробных, преддушевых, столовых и т. д.;
• поливинилацетатные мастики для полов состоят из поливинилацетатной эмульсии, мелкого песка и минеральных пигментов. Эти полы устраивают в производственных зданиях, где температура не выше 50°С и нормальный режим влажности;
• различные изделия на основе пластических масс. Из поливинилхлорида готовят погонажные изделия, плинтуса для полов, поручни для лестниц, накладки для проступи и др. Использование пластмасс экономит древесину, а также повышает физико-механические, эксплуатационные и декоративные свойства изделий.

12. Тепло- и звукоизоляционные материалы

Теплоизоляционные материалы применяют в строительстве для защиты помещений и оборудования (котлы, теплотрассы и т. д.) от потерь тепла. Здесь используются материалы с большой пористостью, а, следовательно, малой средней плотностью (от 15 до 70 кг/м³) и низкой теплопроводностью.

При применении теплоизоляционных материалов для ограждающих конструкций (наружных стен, покрытий) снижается их масса, сокращается расход материалов, уменьшаются потери тепла, а, следовательно, и расход топлива на отопление зданий. Это снижает стоимость строительства и эксплуатационные расходы.

По составу различают две группы теплоизоляционных материалов: органические и неорганические (минеральные).

К группе органических относятся материалы из полимеров, различного растительного сырья и отходов (опилок, камыша, древесной стружки, очесов льна, торфа и г. д.). Сюда входит древесноволокнистые плиты, фибролит, камышит, строительный войлок (шерстяной для утепления стен, потолков, оконных и дверных коробок); пакля (отходы от обработки льна идут на конопатку и заделку раструбов труб). Общий недостаток этих материалов – их быстрое загнивание, а также возгорание при температуре выше 100°С.

В группу неорганических входят материалы из веществ минерального происхождения (асбест, стекло, шлак и т.д.). К ним относятся керамзит, пемза, пенобетон, газобетон, туф, а также минеральные изделия из минеральной ваты, получаемой продуванием минерального расплава (сланцев, доменных шлаков и др.) струей пара и синтетических смол. Последние применяются для тепловой изоляции оборудования, трубопроводов и как прослойка для трехслойных железобетонных панелей.

Монтажными изоляционными материалами (асбестовые картон и войлок, асбозурит и др.) изолируют горячие поверхности оборудования.

Стеклянная вата, пенополиуретан используются в качестве изоляции горячих поверхностей оборудования и труб.

Материалы, способные поглощать звуковую энергию, снижая уровень силы отраженного звука и препятствуя передаче звука по конструкции, называются акустическими. Акустические материалы подразделяются на звукопоглощающие и звукоизоляционные.

В современном строительстве в качестве звукопоглощающих материалов используются: специально формируемые минераловатные плиты, известные под названием «Акмигран»; перфорированные гипсовые плиты, имеющие с обратной стороны звукопоглощающий слой из полотна, гофрированной бумаги, минеральной ваты; специальные штукатурки на пористых заполнителях и другие.

Большинство звукопоглощающих материалов гигроскопичны и не водостойки, поэтому их необходимо предохранять от увлажнения.

Звукоизоляционные материалы применяют для снижения уровня ударных и вибрационных и других шумов, передающихся через строительные конструкции. Они представляют собой упругие материалы волокнистого строения (например, минераловатные плиты), эластичные газонаполненные пластмассы и резиновые прокладки.

13. Кровельные и гидроизоляционные материалы

К кровельным материалам относятся кровельная сталь, асбестоцементные волнистые листы, асбестоцементные плоские плиты, а также большая группа битумных и дегтевых, которые одновременно являются и гидроизоляционными.

Битумные материалы состоят из нефтяных битумов или сплавов нефтяных и природных битумов, дегтевые – из каменноугольных и сланцевых дегтей. Кровельные и гидроизоляционные материалы на основе битумных и дегтевых вяжущих получили наибольшее применение в промышленном строительстве. К битумным относятся: рубероид, пергамин, борулин, гидроизолы и др.

Рубероид – кровельный и гидроизоляционный материал. Имеются два вида рубероида: бронированный с крупной и мелкой посыпками. Рулоны имеют ширину 650-1050 мм и площадь 10 и 20 м². Рубероид с крупной посыпкой применяется для верхних слоев рулонных кровель, а также для гидроизоляции, и с мелкой посыпкой – для нижних слоев.

Пергамин отличается от рубероида тем, что на поверхности слоя нет битумной мастики. Рулоны выпускают шириной, paвной рубероиду, площадь одного рулона равна 20 м². Применяется он для нижних слоев многослойных рулонных кровель, а также для паро- и гидроизоляции. Рубероид и пергамин наклеивают на поверхность горячей или холодной битумной мастикой.

Борулин – гидроизоляционный рулонный материал, получаемый смешиванием на вальцах битума с сухим асбестовым волокном с последующей раскаткой в полотно. Благодаря значительной пластичности его применяют для изоляции поверхностей со сложным профилем (трубопроводы, оборудование и др.).

Гидроизол – гидроизоляционный рулонный материал – это асбестовый картон пропитанный нефтяным битумом. Используется для гидроизоляции в подземных сооружениях и на плоских кровлях, так как в отличии от рубероида и пергамина не подвергается гниению, гибок, водостоек и долговечен.

К дегтевым материалам относятся: кровельный и беспокровный толь и др.

Кровельный толь получают пропиткой кровельного картона дегтевыми составами и посыпкой с одной или с обеих сторон леском. Ширина рулона 750- 1050 мм, площадь 10 и 15 м². Им покрывают неответственные сооружения. Хороший гидроизоляционный материал.

Беспокровный толь изготовляют без посыпки и используют как подстилающий слой под кровельный толь. Для наклейки дегтевых рулонных материалов используют дегтевые мастики. Дегтевые материалы менее стойки, чем битумные.

14. Лакокрасочные материалы

Лакокрасочные материалы должны предохранять конструктивные элементы от воздействия вредных газов и паров, а также атмосферных влияний, они защищают материал (дерево и др.) от возгорания, загнивания, придают поверхности приятный внешний вид, улучшают санитарно-гигиенические условия в помещении. Лакокрасочные материалы состоят из пигментов, связующих веществ, растворителей.

Пигменты – тонкоизмельченные цветные порошки. При смешивании с водой или органическими растворителями (спирт, масло) способны придавать красочному составу определенный цвет. Пигменты бывают минеральные и органические. Наибольшее распространение получили минеральные пигменты, так как они более стойки против атмосферных влияний и т.п. По происхождению различают природные (охра, сурик) и искусственные (белила, зелень) пигменты.

Для окраски металлических конструкций применяют металлические порошки (алюминиевая пудра на масляном или лаковом связующем).

Связующие вещества бывают масляные (олифа и масляные лаки), клеевые, изготовляемые на основе клеев и воды, и эмульсионные, получаемые введением воды в масло или масла в воду.

Олифа бывает натуральная, полунатуральная и искусственная. Натуральная применяется ограниченно – только для окраски ответственных конструкций. В строительстве больше распространены полунатуральные олифы.

Масляные лаки необходимы при производстве эмалевых красок, большинство из которых готовится на основе полимеров (перхлорвинила, полихлорвинила и др.).

Водные связующие получаются на основе различных клеев (малярного, столярного, синтетического и др.).

Из красочных составов наибольшего внимания заслуживают краски масляные, эмалевые, водно-известковые, водно-клеевые и эмульсионные (латексные) краски, спиртовые лаки, политура и нитролаки. Масляными и эмалевыми окрашивают металлические, деревянные и оштукатуренные поверхности; водно-известковыми – наружные кирпичные оштукатуренные и бетонные поверхности и внутренние поверхности общественных и производственных зданий; водно-клеевыми – внутренние поверхности помещений жилого и общественного назначения; эмульсионные краски используют наравне с масляными и эмалевыми, но они экономичнее, так как растворитель частично или полностью заменяется водой.