ТЕМА 2. ОСНОВНІ БУДІВЕЛЬНІ МАТЕРІАЛИ
2.1. Методичні поради до вивчення теми
З урахуванням особливостей сучасного будівництва і надзвичайно широкого спектру різних матеріалів, виробів і технологій, які внаслідок інтенсивного розвитку будівельної науки і техніки часто змінюються, розглядаються питання вибору будівельних матеріалів, головні їх властивості, за якими визначають можливість застосування в будівництві. При цьому доцільно звернути увагу на наступні властивості: міцність, об’ємна маса, теплопровідність, вологість і водопроникність, морозостійкість, вогнестійкість.
При вивченні природних кам’яних і в’яжучих матеріалів необхідно ознайомитись зі способами їх видобування, різновидностями та властивостями, які визначають їх застосування. Необхідно також ознайомитись зі способами отримання та характеристиками в’яжучих речовин на основі природних кам’яних матеріалів (гіпсу, ангідриду, доломіту, магнезиту, вапняків), вивчити умови та особливості їх твердіння, зберігання та використання в будівництві.
Вивчаючи цеглу та інших керамічні матеріали, необхідно ознайомитися з особливостями технологій їх виготовлення, властивостями, які визначаються видом і якістю вихідної сировини, способом переробки, умовами формування, теплової обробки та ступенем спікання керамічних матеріалів, що обумовлює співвідношення кристалічної та склоподібної складових структури.
При вивченні будівельних розчинів необхідно ознайомитися з рецептурою їх приготування та особливостями застосування.
Розглядаючи бетон і залізобетон, які на сьогодні й у доступному для огляду майбутньому є конструктивними матеріалами, що займають провідне місце, слід ознайомитися з їх технологією виготовлення та факторами, що визначають якість конструкцій з таких матеріалів. Необхідно мати чітке уявлення про сутність залізобетону та особливості його армування.
При ознайомленні з такими матеріалами як метали, деревина слід мати уявлення про їх різновидності, властивості та можливості використання, а також про способи захисту від корозії та інших пошкоджень.
Вивчаючи скло і скляні вироби, покрівельні та ізоляційні матеріали, матеріали для утеплення стін, матеріали для підлог, оздоблювальні матеріали, необхідно мати уявлення про особливості технологій їх виготовлення, різновидності а також властивості, які обумовлюють їх використання.
2.1.1. Вибір будівельних матеріалів та їх властивості
Особливістю сучасного будівництва є надзвичайно широкий вибір різних матеріалів, виробів і технологій, які внаслідок інтенсивного розвитку будівельної науки і техніки змінюються кожні 5–10 років.
На будівельному ринку України представлено багато марок системних матеріалів і технологій для виконання загальнобудівельних і спеціальних робіт. Загальні принципи, якими слід користуватися при виборі матеріалів:
нові та існуючі матеріали повинні бути взаємосумісними;
властивості нових матеріалів мають бути кращими за існуючі;
перевагу слід надавати тим матеріалам і технологіям, які можливо використовувати в осінньо-зимовий період.
При виконанні вищеназваних принципів (які у країнах Євросоюзу є обов’язковими) під час ремонту та реконструкції використовується термін «санація», який передбачає не тільки відновлення, але й суттєве поліпшення експлуатаційних характеристик існуючих будівель і споруд. Виходячи з цього, сучасні фахівці повинні:
знати властивості будівельних матеріалів і конструкцій, які використовуються як для нового будівництва, так і в процесі ремонту, реконструкції об’єктів;
розуміти механізм зносу, корозії, руйнування конструкцій від дії різних факторів і на цій основі ефективно використовувати матеріали й технології для їх захисту;
володіти основами використанням сучасних матеріалів і технологій.
Одними з головних властивостей будівельних матеріалів, за якими визначають можливість їхнього застосування в будівництві, можна вважати: міцність, об’ємна маса, теплопровідність, вологість і водопроникність, морозостійкість, вогнестійкість.
Міцність. Конструкції будинків витримують певні навантаження та впливи (температурні, атмосферні, сейсмічні і т. ін.), під дією яких вони стискаються, розтягуються або згинаються. Якщо напруження від такої дії перевищить певну межу, конструкція може руйнуватися. Гранична міра опору матеріалу руйнуванню під дією напружень, що виникають при завантаженні, називається міцністю. Опір матеріалу визначається в МПа – силою виміряною в МН, яка прикладена до поперечного перерізу матеріалу площею 1 м2.
Об’ємна маса (середня щільність) – величина, що вимірюється відношенням маси речовини до одиниці його об’єму в природному стані – кг/м3, тобто з наявними в ньому дефектами структури (порами й порожнечами). Чим щільніший матеріал, тим менше в ньому порожнеч і пор, тим більше його об’ємна маса. Від об’ємної маси матеріалу залежать вага конструкцій, теплоізоляційні якості й міцність. Чим більша щільність матеріалу, тим більша його міцність, але гірші при цьому теплоізоляційні властивості.
Теплопровідність – кількість тепла, що проходить через огородження з даного матеріалу товщиною 1 м, площею 1 м2, тривалістю за 1 год при постійній різниці температур зовнішнього й внутрішнього повітря в 1 °С. Чим менша теплопровідність, тим кращі теплозахисні якості матеріалу. Звичайно матеріали для зовнішніх огороджень підбирають за коефіцієнтом теплообміну, вираженому в ккал/год.м2 ºС, (квт/м2 . К). Теплопровідність матеріалів залежить від об’ємної маси й насичення вологою. Матеріали з меншою об’ємною масою мають меншу теплопровідність. Збільшення вологості матеріалу підвищує теплопровідність, оскільки при цьому збільшується його об’ємна маса.
Вологість і водопроникність. Уміст вологи в матеріалі, тобто його вологість визначають у відсотках від маси абсолютно сухого матеріалу. Чим менша вологість, тим менша об’ємна маса й теплопровідність. Водопроникність характеризується кількістю води, що проходить протягом 1 год під постійним тиском через 1 см2 перерізу випробуваного матеріалу. Наприклад, водопроникність стиків панелей зовнішніх стін випробовують в особливій камері на дію косого дощу при певній силі вітру. Для покрівельних матеріалів (толь, руберойд) водопроникність характеризується часом, протягом якого вода під тиском проходить через матеріал і з’являється з іншої сторони зразка.
Морозостійкість – здатність матеріалів чинити опір руйнуванню при багаторазовому заморожуванні й відтаванні у насиченому водою стані. Випробування матеріалів на морозостійкість проводять у спеціальних камерах. Марки виробів із морозостійкості F10, F15 і т. ін. означають кількість циклів заморожування у водонасиченому стані без його руйнування.
Для реалізації принципу «санація» (відновлення та суттєве поліпшення експлуатаційних характеристик існуючих будівель та споруд) до матеріалів повинні висуватися також інші показники якості. Наприклад, для бетону (розчину) вони такі: прискорені темпи твердіння і зростання міцності; відсутність усадки; поліпшена адгезія до існуючого бетону й арматури; покращені захисні властивості арматури і металу закладних деталей; підвищена щільність і морозостійкість; підвищена рухливість.
[Вгору] [Вниз]
2.1.2. Природні кам’яні та в’яжучі матеріали
Кам’яні природні будівельні матеріали одержують у результаті механічної обробки гірських порід. Вони мають високу довговічність, міцність, морозостійкість, жаростійкість, красиву фактуру й широко використовуються в будівництві у вигляді блоків для кладки стін і фундаментів, плит і архітектурних елементів, для облицювання зовнішніх і внутрішніх поверхонь будівель, виготовлення сходів, підлоги, підвіконь й інших виробів.
Призначення кам’яних природних будівельних матеріалів обумовлює вибір гірської породи, властивості, які повинні відповідати умовам застосовування матеріалу або виробу.
Гірські породи ділять на три основні групи: первинні вторинні й метаморфічні.
Первинні (вивержені кристалічні й аморфні) гірські породи утворилися за допомогою остигання розплавленої магми. До них відносять граніт, сієніт, діорит, лабрадорит, габро, базальт і діабаз. Ці матеріали мають щільну структуру, велику об’ємну вагу, високу механічну міцність і теплопровідність.
Пориста різновидність вивержених порід – вулканічний туф – при невеликій об’ємній вазі (1 000–1 500 кг/м3) має значну механічну міцність і хороші теплоізоляційні властивості. Названі кам’яні матеріали застосовують для виготовлення щебеню, фундаментів, облицювання стін і підлоги, виготовлення сходових елементів.
Вторинні гірські породи утворилися від впливу на первинні породи води, льоду, змінної температури, газів (уламкові й рихлі породи), а також у результаті осідання на дні водойм раковин і панцирів найпростіших організмів (осадові породи).
При руйнуванні первинних гірських порід утворюються гравій і пісок, які служать сировиною для виготовлення бетонів і розчинів.
До осадових порід відносять гіпс, доломіт, вапняні туфи.
Вапняки застосовують як сировину для виготовлення в’яжучих матеріалів, що служать основою розчинів для виготовлення кам’яної кладки, а також у якості матеріалу для стін чи облицювання.
Метаморфічні гірські породи – мармур, гнейси, кварцит – утворились у результаті впливу на них різних зовнішніх факторів. Наприклад, мармур є вапняком, що утворився внаслідок тиску й високої температури і має щільну кристалічну будову.
Метаморфічні породи використають для облицювання стін, настилання підлог у торговельних залах великих торговельних підприємств, будівель ресторанно-готельного комплексу.
Лицювальні плити й камені виготовляють розпилюванням або розколюванням рваного природного каменю з наступною механічною обробкою. Гірські породи, застосовувані для виготовлення лицювальних плит, повинні мати межу міцності на стиск не менш 5 МПа (50 кгс/см2), морозостійкість не менш F15. Плити для настилання підлог і облицювання стін виготовляють прямокутної форми з розмірами сторін 200–1 000 мм. Плити більших розмірів (до 3 м2) виготовляють із більш міцних порід, а менших розмірів (до 1 м2) – з менш міцних. Лицювальним плитам надають різноманітну фактуру лицьової поверхні – дзеркальну, шліфовану, пиляну, борознисту, рифлену.
Висока довговічність облицювань із кам’яних плит вимагає в 5–8 разів менше витрат на експлуатацію, чим обробка кольоровими розчинами або силікатними й вапняними фарбами. Особливо економічно ефективне застосування граніту, мармуру, вапняку, туфу в районах, де ведеться видобуток цих гірських порід.
В’яжучі матеріали одержують із природних кам’яних матеріалів (гіпсу, ангідриду, доломіту, магнезиту, вапняків) через випалювання в печах. Шматки, отримані після випалювання, за допомогою перемелювання перетворюють у тонкодисперсний порошок. Чим менше розмір зерен після перемелювання (тонкість млива), тим вище активність в’яжучого. Порошок при змішуванні з водою переходить у рідкий (тістоподібний) стан, потім поступово твердіє, перетворюючись у камінь. Процес твердіння в’яжучих називається схвачуванням. Термін схвачування відраховують із моменту розбавлення в’яжучого водою. В’яжучі матеріали повинні схвачуватися тільки після того, як вони будуть укладені в форму. Повне отвердіння до необхідної міцності відбувається за звичайних температурновологісних умов через 28 діб. В’яжучі матеріали можуть твердіти на повітрі або у воді.
В’яжучі, що твердіють на повітрі, називаються повітряними, у воді – гідравлічними.
Повітряні в’яжучі – повітряне вапно, будівельний гіпс. Якщо вапно надходить на будівництво негашеним, у такому стані воно повинно гаситись водою. При гасінні вапно розпадається в тонкий білий порошок. При перемішуванні гашеного вапна з водою утворюється вапняне тісто, що використають для приготування кладочних і штукатурних розчинів.
Будівельний гіпс одержують шляхом випалювання природного гіпсу з наступним розмелюванням у тонкодисперсний порошок. При змішуванні гіпсу з водою утворюється гіпсове тісто, що поступово густіє й переходить у затверділий стан. За наявності послідуючого після твердіння зволоження міцність затверділого гіпсу значно знижується. В зв’язку з цим його застосовують для оштукатурювання внутрішніх стін, виготовлення перегородок, архітектурних деталей, які надійно захищені від зволоження.
Гідравлічні в’яжучі – портландцемент, глиноземистий, вапняково-пуцолановий і вапняково-шлаковий цемент. Їх використають для приготування бетонів і розчинів. У будівництві частіше застосовують портландцемент. Його одержують через випалювання суміші вапняків і глин. Після випалювання розмелюють спечену суміш – клінкера в тонкодисперсний порошок. Цемент, замішаний з водою, перетворюється в тісто, вступає в хімічну реакцію гідратації, схвачується й починає твердіти. Протягом перших трьох днів твердіння відбувається найбільш інтенсивно, потім уповільнюється й практично майже завершується на 28-й день.
Сприятливими умовами для твердіння цементного тіста вважаються плюсові температури не нижче 15 °С й вологе середовище. Процес твердіння цементу значно прискорюється за умов підвищення температури й вологості середовища. З цією метою вироби з гідравлічним в’яжучим піддають тепловій обробці при температурах 90 й більше °С і вологості 100 %. Тому на заводах при виготовленні виробів із бетону його твердіння штучно прискорюють шляхом підігріву (термічної обробки) паром або іншими способами. Через добу після такого виготовлення з термообробкою домагаються 50–70 % розрахункової міцності бетону. Набір інших 50–30 % міцності гарантується протягом 28 днів після виготовлення конструкції.
Міцність цементу характеризується його маркою. Її встановлюють за межею міцності при випробовуванні відповідно з ГОСТ 310.4 – 81 (зі змінами) на згин до руйнування спеціальних зразків, які виготовляють із розчину цементу температурою 20 + 3 ºС з піском складу 1:3 по масі і випробовують через 28 діб після виготовлення. Цементна промисловість випускає портландцемент марок 300, 400. 500, 550 і 600.
Міцність затверділого цементу залежить від мінералогічного складу, тонкості мелива, умов і тривалості твердіння, температури й вологості, кількості й виду активної добавки. Твердіння цементу й ріст його міцності може тривати тільки при наявності води, інакше процес гідратації мінералів припиняється. Твердіння цементу при від’ємних температурах суттєво уповільнюється або зовсім припиняється.
Транспортують цемент у спеціальних залізничних вагонах і автомобілях-цементовозах, обладнаних пристосуваннями для пневматичного навантаження й розвантаження, а також у багатошарових паперових або поліетиленових пакетах; зберігають у закритих приміщеннях з підлогою, що захищена від зволоження. При цьому варто враховувати, що при зберіганні навіть у найсприятливіших умовах активність цементу знижується: через три місяці на 20 %, а через рік – до 40 %.
Значна кількість хімічних розчинів, ґрунтові води, поверхневі, промислові води, стічні води, води морів і океанів можуть бути агресивним середовищем по відношенню до затверділого цементного каменю, якщо вони містять кислоти, сульфіди, хлориди, натрієві, калійні, кальцієві, магнієві, амонієві солі, а також органічні сполуки. Затверділий цементний камінь, що перебуває під постійним впливом агресивного середовища (наприклад, у фундаментах будинку), виявляється нестійким і руйнується. Тому найпершим завданням у попередженні корозії є захист від зволоження. Сухий бетон не піддається пошкодженням при контакті з агресивними речовинами, якщо вони не дисоційовані у воді або не будуть виступати у вигляді вологих газів.
[Вгору] [Вниз]
|