1

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Полоцкий государственный университет»

Ю.И. Киреева

СТРОИТЕЛЬНЫЕ

МАТЕРИАЛЫ

Допущено Министерством образования Республики Беларусь

в качестве учебного пособия для студентов строительных специальностей

учреждений, обеспечивающих получение высшего образования

2-е издание, дополненное

Новополоцк

ПГУ

2010

2

УДК 691(075.8)

ББК 38.я73

К43

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

д-р техн. наук, проф. Я. Н. КОВАЛЕВ (кафедра строительства и эксплуатации

дорог Национального технического университета);

канд. техн. наук, доц. Т. П. ШАЛОБЫТА (кафедра бетона и строительных

материалов Брестского государственного технического университета)

К43 Киреева, Ю.И.

Строительные материалы : учеб. пособие для студентов строительных

специальностей / Ю. И. Киреева. – 2-е изд., доп. – Новополоцк : ПГУ,

2010. – 356 с.: ил.

ISBN 978-985-531-021-2

Книга содержит (1-е изд. – 2004 г.) основные сведения по физическим, хими-

ческим, механическим и эксплуатационным свойствам строительных материа-

лов, технологии производства, свойствам и применению органических и неорга-

нических материалов, в том числе искусственных каменных. Большое внимание

уделено рассмотрению современных материалов различного назначения (конст-

рукционных, герметизирующих, теплоизоляционных, акустических, антикорро-

зионных, огнезащитных), тенденций их развития. Дан сравнительный анализ за-

рубежных, российских и белорусских аналогов. По каждому виду материалов и

классу по назначению представлены обобщающие таблицы и нормативная лите-

ратура. Последние главы посвящены таким важным вопросам, как снижение ре-

сурсопотребления в строительстве, экология в строительстве, основы моделиро-

вания искусственных строительных материалов, которые даны с учетом миро-

вых достижений в строительной отрасли. Издание дополнено иллюстрациями.

Для студентов, магистрантов, аспирантов строительных специальностей, пре-

подавателей вузов и средних специальных учебных заведений, инженерно-

технических работников строительных и проектных организаций.

УДК 691(075.8)

ББК 38.я73

ISBN 978-985-531-021-2

© Киреева Ю. И., 2004

© Киреева Ю. И., 2010, с изменениями

© УО «Полоцкий государственный университет», 2010

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие написано в соответствии с программой курса

«Строительные материалы» для студентов высших учебных заведений

строительных специальностей. Это базовый курс, на котором основывает-

ся изучение таких специальных строительных дисциплин, как архитектура,

технология строительного производства, строительные конструкции, эко-

номика и др. Изложенный материал содержит основы материаловедения и

моделирования композиционных строительных материалов, историю воз-

никновения и современные тенденции развития отрасли.

Большое внимание уделено анализу свойств применяемых отечест-

венных и зарубежных материалов, их долговечности в процессе эксплуа-

тации. В пособии освещены вопросы экологии, ресурсосбережения и ис-

пользования отходов при производстве и применении строительных мате-

риалов. Приведены имеющиеся в Республике Беларусь сырьевые запасы, а

также номенклатура изделий ряда российских и белорусских заводов и

предприятий этой отрасли промышленности. Для облегчения усвоения ма-

териала студентами пособие снабжено обобщающими таблицами как по

материалам (керамическим, металлическим и т.д.), так и по их назначению

(конструкционным, отделочным и т.д.). После каждого раздела дается пе-

речень используемых нормативных документов, действующих в России и

Беларуси.

4

ВВЕДЕНИЕ

Курс «Строительные материалы» относится к группе специальных

дисциплин для студентов строительных специальностей. Глубокое знание

возможностей и эффективности использования конкретных строительных

материалов позволяет строителю проектировать и возводить долговечные

сооружения, удовлетворяющие техническим требованиям и эстетическим

запросам. Без преувеличения можно сказать, что строительные материалы

представляют собой основу строительства.

Виды строительных материалов и их технология изменялись в связи

с развитием производственных сил и сменой производственных отноше-

ний в человеческом обществе. Простейшие материалы и примитивная тех-

нология заменялись более совершенными, ручное изготовление строи-

тельных материалов сменялось машинным.

Древнейший дом, который удалось обнаружить, был построен

57 тысяч лет назад в Африке. В этом маленьком строении были стены,

дверь, крыша – все неотъемлемые части современного жилища. В заболо-

ченных местах возводились сооружения на сваях. Сравнительно крупными

сооружениями являлись деревянные жилища из прутьев по столбам-

бревнам.

В Древнем Египте около 3000 лет до н.э. в массовом строительстве

использовался кирпич-сырец, в монументальных постройках – горный ка-

мень и лишь в самых необходимых конструкциях перекрытий и опор гале-

рей – дефицитное в стране дерево.

В месопотамском строительстве использовали глину, предваритель-

но обработанную и смешанную (для придания прочности) с рубленой со-

ломой. В этом виде ее употребляли для обмазки стен или лепки крыш. Ко-

гда хотели повысить качество, долговечность сооружения, применяли вы-

сушенные или обожженные глиняные кирпичи.

Для упрочнения кладки из сырого кирпича ее обмазывали глиной,

гипсом или штукатурным раствором глины и гашеной извести. Кроме то-

го, через каждые 5 – 13 слоев кирпича укладывались пропитанные биту-

мом стебли или тростниковые циновки. Они укрепляли стены, предохра-

няли конструкции от влаги и почвенных солей.

Проходили столетия, расширялся и видоизменялся ассортимент

строительных материалов. Так, вместо традиционных мелкоштучных тя-

желых материалов было организовано массовое производство относитель-

но легких крупноразмерных строительных деталей и конструкций из

сборного железобетона, гипса, бетонов с легкими заполнителями, ячеи-

стых бетонов, бесцементных силикатных автоклавных бетонов. Широкое

развитие получило производство разнообразных теплоизоляционных и

5

гидроизоляционных материалов. Быстрыми темпами развивалось произ-

водство и применение в строительстве полимерных материалов различно-

го назначения. Была создана промышленность по производству теплоизо-

ляционных материалов и легких заполнителей.

В настоящее время промышленность Беларуси включает около 250

предприятий по производству строительных материалов различного на-

значения, из них около ста по получению деловой древесины и пиломате-

риалов, 32 завода по выпуску керамического кирпича и облицовочных

плиток, около 50 заводов производят сборные бетонные и железобетонные

изделия и конструкции, товарный бетон и растворы, 13 заводов по изго-

товлению металлоконструкций, 11 предприятий и карьеров по переработке

нерудных стройматериалов и др.

Большие масштабы строительства, разнообразие конструктивных

типов зданий и сооружений требуют, чтобы сырье для производства

строительных материалов было массовым, дешевым и пригодным для из-

готовления широкого диапазона изделий.

Таким требованиям отвечают многие виды нерудного минерального

сырья, широко распространенного в земной коре и занимающего по объему

запасов значительное место среди полезных ископаемых (силикаты, алюмо-

силикаты). В Беларуси это ангидрит, доломит, мергели, глина, гравий, из-

вестняк, мел, песок, гипс и другие нерудные ископаемые. Добыча нерудного

строительного сырья, залегающего в основном в верхней части осадочного

покрова, является технологически несложной. По сравнению с другими об-

рабатывающими отраслями невысок и уровень затрат на переработку этого

сырья, приходящихся на единицу массы готовой продукции. Однако коэф-

фициент использования ресурсов значительно ниже оптимального. Эффек-

тивно комплексное использование одного вида добываемого нерудного сырья

для производства различной по назначению продукции, что подтверждается

внедрением в практику метода переработки нефелинового сырья в глинозем

для получения алюминия, содопродуктов и цемента. Также дает значительный

эффект комплексная переработка сланцев в бензин, фенолы, серу и цемент.

Промышленная отрасль производства строительных материалов –

единственная, которая не множит объем промышленных отходов, а по-

требляет их для получения изделий различного назначения (золы, шлаки,

древесные и металлические отходы). При изготовлении строительных ма-

териалов используют также попутные или побочные продукты (песок,

глину, щебень и др.), полученные при добыче руд и угля. Комплексное

использование сырья – это безотходная технология, позволяющая полно-

стью осуществить природоохранные мероприятия и многократно увели-

чить эффективность производства.

6

ГЛАВА 1.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Контроль качества строительных материалов.

Стандартизация в строительстве

Каждый вид продукции обладает определенными свойствами, пред-

ставляющими интерес для потребителей. Для строительных материалов –

это прочность, плотность, теплопроводность, морозостойкость, стойкость

по отношению к действию воды, агрессивных сред.

Сумма свойств, определяющих пригодность материала и изделия

для использования по назначению, называется качеством. Например, для

кровельных материалов оценка их качества проводится по сумме таких

свойств, как водостойкость, водонепроницаемость, морозостойкость, тер-

мостойкость, прочность на изгиб, атмосферостойкость.

Контроль качества материалов и изделий проводят по разработан-

ным нормам, требованиям и правилам.

В зависимости от контролируемого производственного этапа разли-

чают контроль входной, технологический и приемочный.

Входной контроль включает проверку соответствия поступающих

материалов и изделий установленным требованиям. Например, на пред-

приятиях сборного железобетона проверяют качество поступающих ис-

ходных материалов: заполнителей и цемента для бетона, арматурной ста-

ли, закладных деталей, отделочных и других материалов.

Технологический контроль состоит в проверке соответствия ус-

тановленным требованиям температуры, давления, времени выдержива-

ния, тщательности перемешивания и других показателей технологиче-

ского процесса.

Приемочный контроль заключается в проверке соответствия гото-

вых изделий требованиям стандартов или технических условий.

Все виды материалов и изделий выпускают по межгосударственным

стандартам (ГОСТ), СТБ ЕН или стандартам Беларуси (СТБ). В настоящее

время Госстроем Республики Беларусь разработано более 50 стандартов на

строительные материалы.

Вся деятельность по стандартизации подчинена проблеме повыше-

ния качества продукции, безопасности ее получения и эксплуатации. Ме-

тоды испытаний также стандартизированы. Всего на продукцию отрасли

имеется около 500 стандартов. Кроме этого в строительстве действуют

7

«Строительные нормы и правила» (СНиП, СНБ), представляющие собой

объединенные нормативные документы по проектированию, строительст-

ву и строительным материалам. При проектировании, изготовлении строи-

тельных изделий и возведении сооружений пользуются единой модуль-

ной координацией размеров (МКР) на базе основного модуля, равного

100 мм (1 М). В практике строительства используют как укрупненные мо-

дули (60 М), (12 М) – при проектировании, так и дробные (1/2 М, 1/10 М,

1/100 М) – при изготовлении строительных изделий.

1.2. Классификация строительных материалов

Все строительные материалы и изделия классифицируют по на-

значению, виду материла и способу получения:

по назначению: конструкционные, отделочные, гидроизоляци-

онные, теплоизоляционные, акустические, антикоррозионные, герметизи-

рующие;

по виду материала: природные каменные, лесные, полимерные,

металлические, керамические, стеклянные, искусственные каменные и т.д.;

по способу получения: природные и искусственные.

Природные строительные материалы добывают в местах их естест-

венного образования (горные породы), обычно в верхних слоях земной ко-

ры, или роста (древесина). Их используют в строительстве, применяя пре-

имущественно механическую переработку (дробление, распиловку). Со-

став и свойства этих материалов в основном зависят от происхождения

исходных пород и способа их обработки и переработки. Искусственные

строительные материалы изготавливают из природного минерального и

органического сырья (глины, песка, известняка, нефти, газа и т.д.), про-

мышленных отходов (шлака, золы) с использованием специальной отрабо-

танной технологии. Полученные искусственные материалы приобретают

новые свойства, отличные от свойств исходного сырья.

1.3. Состав и структура

Свойства любого материала можно регулировать в широких преде-

лах путем изменения его состава и структуры.

Состав материала: химический, минералогический, фазовый (твер-

дый, жидкий, газообразный) зависит в большей степени от сырья, которое

было использовано и в меньшей – от технологии изготовления изделий.

8

Структуру материала изучают на микроуровне при помощи мик-

роскопов и на макроуровне – визуально. В зависимости от состава микро-

структура может быть нестабильной коагуляционной, оцениваемой по

вязкости и пластичности (клей, лакокрасочные материалы, глиняное и це-

ментное тесто), которая с течением времени переходит в более устойчи-

вую – аморфную (стекло, шлаки), характеризующуюся однородностью и

хаотичным расположением молекул, или самую стабильную – кристалли-

ческую (металлы, природный и искусственный камень), представляющую

собой кристаллическую решетку со строго определенным расположением

атомов. Одним из основных показателей последних является прочность.

Форма, размеры и расположение кристаллов оказывают большое влияние

на свойства материалов. Мелкокристаллические – более однородны и

стойки против внешних воздействий, крупнокристаллические (металлы)

имеют большую прочность. Слоистое расположение кристаллов (сланцы)

обеспечивает легкое раскалывание по плоскостям, что используют при

получении отделочных плиточных материалов. Структуру искусственно

полученных материалов можно целенаправленно регулировать в широком

диапазоне в зависимости от задаваемых свойств и назначения изделий.

Так при получении листовых стекол откорректированный состав, основой

которого является кремнезем (SiO2), сначала приобретает коагуляционную

структуру – при расплавлении, затем аморфную – при формовке и охлаж-

дении изделий, которые характеризуются набором свойств, главные из ко-

торых – оптические. Для повышения термомеханических показателей

можно целенаправленно изменить структуру стекол на кристаллическую

за счет ввода в сырье специальных добавок и дополнительной термообра-

ботки изделий. Материал приобретает высокую термостойкость, проч-

ность на удар и износ, химическую стойкость, но теряет прозрачность.

Комплекс полученных свойств определяет назначение каждого изделия:

для остекления окон – аморфное стекло, облицовки пола в цехах с агрес-

сивными средами – кристаллическое.

Макроструктура материалов: плотная (стекло), искусственная

ячеистая (пеносиликат), мелкопористая (кирпич), волокнистая (древе-

сина), слоистая (пластики), рыхлозернистая (песок, щебень, гравий) за-

висит от технологии получения материала и изделия. Так, например, имея

одно и то же основное исходное сырье – глину и изменяя технологию,

можно получить облицовочные плитки плотной структуры, стеновой мел-

копористый кирпич и теплоизоляционный ячеистый – керамзит.

Состав и структура определяют свойства материалов, которые не

остаются постоянными, а изменяются во времени в результате механиче-

9

ских, физико-химических, иногда и биохимических воздействий среды, в

которой эксплуатируется изделие или конструкция. Эти изменения могут

протекать как медленно, например, при разрушении горных пород, так и

относительно быстро – при вымывании из бетона растворимых веществ,

действии ультрафиолетовых лучей на полимерные материалы, что приво-

дит к изменению их цвета и повышению хрупкости. Следовательно, каж-

дый материал должен обладать не только свойствами, позволяющими

применять его по назначению, но и определенной стойкостью, обеспечи-

вающей долговечную эксплуатацию отдельного изделия и всего сооруже-

ния в целом.

1.4. Физические свойства

Все свойства строительных материалов можно условно разделить на

физические, химические, механические и технологические.

Физические свойства в свою очередь подразделяют на общие фи-

зические, характеризующие структуру материала, гидрофизические, теп-

лофизические и акустические.

К общефизическим свойствам относятся: истинная плотность,

средняя плотность и пористость материала.

Истинная плотность ( ) – масса единицы объема вещества в абсо-

лютно плотном состоянии, без пор, пустот и трещин. Согласно СТБ 4.211-94

v

m, (1)

где – истинная плотность, кг/м3; т – масса, кг; v – объем, занимаемый

веществом, м3.

Истинную плотность определяют при помощи стеклянной колбы

точного объема – пикнометра с точностью до 0,01 г/см3 на тонко измель-

ченной (до 0,2 мм) и предварительно высушенной до постоянной массы

пробе. Истинная плотность большинства строительных материалов больше

единицы (за единицу условно принимают плотность воды при t = 4 °С).

Для каменных материалов плотность колеблется в пределах 2200 – 3300

кг/м3; органических материалов (дерево, битумы, пластмассы) – 900 –

1600, черных металлов (чугун, сталь) – 7250 – 7850 кг/м3.

Средняя плотность ( ср) – масса единицы объема материала (изде-

лия) в естественном состоянии с пустотами и порами

v

mср , (2)

10

где ср – средняя плотность, кг/м3; т – масса материала (изделия) в естест-

венном состоянии, кг; v – объем материала (изделия), м3.

Если образец имеет правильную геометрическую форму, его объем

определяют путем вычислений по измеренным геометрическим размерам;

если же образец неправильной формы, – по объему вытесненной жидкости

(закон Архимеда).

Для сыпучих материалов (песок, цемент, щебень, гравий) определя-

ют насыпную плотность. Насыпная плотность ( н) – масса единицы объ-

ема сыпучих материалов в свободном (без уплотнения) насыпном состоя-

нии. Формула расчета и размерность показателя те же, что в (1) и (2). В

единицу объема таких материалов входят не только зерна самого материа-

ла, но и пустоты между ними. Количество пустот, образующихся между

зернами рыхлонасыпного материала, выраженное в процентах по отноше-

нию ко всему занимаемому объему, называют пустотностью. Этот пока-

затель важен для песка, щебня, керамзита при изготовлении бетона и бу-

дет рассмотрен в гл. 5.

Средняя плотность природных и искусственных материалов колеб-

лется в широких пределах – от 10 кг/м3 (полимерный воздухонаполненный

материал «мипора») до 2500 кг/м3 у тяжелого бетона и 7850 кг/м

3 у стали.

Данные средней плотности используют при подборе материала для изго-

товления строительных конструкций, расчетах транспортных средств,

подъемно-транспортного оборудования. При одинаковом вещественном

составе средняя плотность характеризует прочностные свойства. Чем вы-

ше средняя плотность, тем прочнее материал. Для пористых строительных

материалов истинная плотность больше средней. Только для абсолютно

плотных материалов (металлы, стекла, лаки, краски) показатели средней и

истинной плотности численно равны. По величине истинной и средней

плотности рассчитывают общую пористость (Пп) материала в % (ГОСТ

12730.1-78)

1001ср

пП (3)

Поры в материале могут иметь различную форму и размеры. Они

могут быть открытыми, сообщающимися с окружающей средой, и замкну-

тыми, заполненными воздухом. При погружении материала (изделия) в

воду открытые поры полностью или частично, что зависит от размера пор,

заполняются водой. В замкнутые поры вода проникнуть не может. Откры-

11

тую или капиллярную пористость (Wо) определяют по водонасыщению

материала под вакуумом или кипячением его в воде

100)( 1

v

mmWo , (4)

где т – масса образца в сухом состоянии, г; m1 – масса образца в водона-

сыщенном состоянии, г; v – объем образца, см3.

Общая пористость различных по назначению материалов колеблется

в широком интервале. Так, для тяжелого, прочного конструкционного бе-

тона – 5 – 10 % , кирпича, который как стеновой материал должен обеспе-

чить прочность, легкость стеновой конструкции и пониженную теплопро-

водность, – 25 – 35 % , для эффективного теплоизоляционного материала

пенопласта – 95 %. Большое влияние на свойства материалов оказывают не

только величина пористости, но и размер пор, их характер. При увеличе-

нии объема замкнутых пор и уменьшении их величины повышается моро-

зостойкость материала и снижается теплопроводность. Наличие открытых

крупных пор делает материал проницаемым для воды, неморозостойким,

но в то же время он приобретает акустические свойства.

Гидрофизические свойства проявляют материалы и изделия при

контакте с водой. Наиболее важные из них – гигроскопичность, водопо-

глощение, водостойкость, водопроницаемость, морозостойкость, воз-

духостойкость.

Гигроскопичность – свойство материала поглощать водяные пары

из воздуха и удерживать их на своей поверхности. Чем мельче поры, тем

больше общая площадь поверхности (при условии равной общей пористо-

сти и одинакового вещественного состава), следовательно, гигроскопич-

ность выше. Этот процесс является обратимым и зависит от влажности

воздуха. При снижении влажности часть гигроскопичной влаги испаряет-

ся. В зависимости от вещественной природы материала гигроскопичность

различна. Одни материалы притягивают к своей поверхности молекулы

воды (острый угол смачивания) и называются гидрофильными – бетон,

древесина, стекло, кирпич; другие, отталкивающие воду (тупой угол сма-

чивания), – гидрофобными: битум, полимерные материалы. Характери-

стикой гигроскопичности служит отношение массы влаги, поглощенной

материалом из воздуха, к массе сухого материала, выраженное в %.

Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать

воду. Характеризуется это свойство количеством воды, поглощенной вы-

сушенным до постоянной массы материалом, полностью погруженным

12

в воду, выраженным в % от массы (водопоглощение по массе) – Wм

(СТБ 4.2306-94) или в % от объема (водопоглощение по объему или откры-

тая пористость) – Wо

1001

m

mmWм , (5)

Водопоглощение по объему рассчитывают по формуле (4). Этот пока-

затель зависит от объема, природы пор (замкнутые, открытые) и степени

гидрофильности материала. Так, водопоглощение гранита составляет 0,02 –

0,7 %, тяжелого бетона 2 – 4 %, кирпича 8 – 15 %. В результате насыщения

водой свойства материалов значительно изменяются: увеличиваются сред-

няя плотность и теплопроводность, объем изделий. Вследствие нарушения

связей между частицами материала проникающими молекулами воды

прочность его снижается. Отношение предела прочности при сжатии ма-

териала, насыщенного водой, Rв к пределу прочности при сжатии в сухом

состоянии Rс называется коэффициентом размягчения Кразм

с

в

размR

RК . (6)

Этот коэффициент характеризует водостойкость материалов. Для

глины, гипса он равен нулю, металла, стекла – единице. Материалы с Кразм

> 0,8 водостойки, с Кразм< 0,8 – не водостойки и применять их в конструк-

циях, испытывающих постоянное действие воды (фундаменты при нали-

чии грунтовых вод, дамбы, плотины), согласно ГОСТу запрещено.

Влагоотдача – способность материала отдавать влагу при снижении

влажности воздуха. Скорость влагоотдачи зависит от разности влажности

образца и окружающей среды. Чем она выше, тем интенсивнее идет вы-

сушивание изделия. Крупнопористый гидрофобный материал отдает воду

быстрее, чем мелкопористый гидрофильный. В естественных условиях

влагоотдачу строительных материалов характеризуют интенсивностью

потери влаги при относительной влажности воздуха 60 % и Т = 20 °С.

Водопроницаемость – свойство материала пропускать воду под дав-

лением. Водопроницаемость оценивают по коэффициенту фильтрации Кф

(см/с). Особенно важно это свойство при строительстве гидротехнических

сооружений (дамбы, плотины, молы, мосты), резервуаров, возведении стен

подвалов при наличии грунтовых вод. Коэффициент фильтрации непо-

средственно связан обратной зависимостью с водонепроницаемостью ма-

териала, по которой ему присуждают марку. Чем ниже Кф, тем выше марка

13

по водонепроницаемости. Водонепроницаемость (например, бетона) ха-

рактеризуется маркой W2, W4...W12, обозначающей одностороннее гидро-

статическое давление в атмосферах, при котором образец не пропускает

воду в условиях стандартных испытаний. Испытания проводят на специ-

альной установке.

Морозостойкость – способность материала сохранять свою проч-

ность при многократном попеременном замораживании в водонасыщенном

состоянии и оттаивании в воде. Для материалов, эксплуатируемых в усло-

виях знакопеременных температур наружного воздуха, морозостойкость

является одним из важнейших свойств, обеспечивающих их долговечность

(дорожные покрытия, бордюрные камни, стеновые материалы). Разрушение

материалов при их замораживании в водонасыщенном состоянии связано с

образованием в порах льда, объем которого примерно на 9 % больше объе-

ма замерзшей воды. Поэтому если все поры в материале будут заполнены

водой, то разрушение должно было бы произойти после первого цикла за-

мораживания. Способность материала противостоять морозному разруше-

нию обусловлена, в первую очередь, присутствием в его структуре опреде-

ленного объема замкнутых пор, в которые и отжимается часть воды под

действием давления растущих кристаллов льда. Таким образом, главными

факторами, определяющими морозостойкость материала, являются показа-

тели структуры, от которых зависят степень насыщения водой и интенсив-

ность образования льда в порах.

В строительстве морозостойкость материала количественно оцени-

вают маркой F (СТБ 4.206-94), т.е. числом циклов попеременного замора-

живания и оттаивания, которые выдерживают образцы материала без сни-

жения прочности на 5– 25 % и массы на 3 – 5 % в зависимости от назначе-

ния материала.

Установлены следующие марки по морозостойкости: тяжелый бетон

F50 – F500, легкий бетон F25 – F500, кирпич, стеновые керамические кам-

ни F15 – F100.

Воздухостойкость – способность материала длительно выдерживать

многократное увлажнение и высушивание без деформаций и потери меха-

нической прочности. Природные и искусственные хрупкие каменные ма-

териалы (бетон, керамика), сжимающиеся при высыхании и расширяю-

щиеся при увлажнении, разрушаются вследствие возникновения растяги-

вающих напряжений. В подобных условиях работают дорожные покрытия,

надводные части гидротехнических сооружений.

14

К основным теплофизическим свойствам, оценивающим отноше-

ние материала к тепловым воздействиям, относятся теплопроводность,

теплоемкость, термостойкость, жаростойкость, огнеупорность, огне-

стойкость.

Теплопроводность – способность материала пропускать тепловой

поток при условии разных температур поверхности изделия. Степень теп-

лопроводности материалов характеризует коэффициент, который равен

количеству тепла, проходящего через стену из испытуемого материала

толщиной 1 м площадью 1 м2 за 1 ч при разности температур противопо-

ложных поверхностей стены 1 К. Коэффициент теплопроводности изме-

ряют в Вт/(м К) – СТБ 4.206-94

TttA

Q

)( 21

, (7)

где Q – количество тепла, Дж; – толщина материала, м; А – площадь се-

чения, перпендикулярного направлению теплового потока, м2; (t1 – t2) –

разность температур, К; Т – продолжительность прохождения тепла, ч.

Теплопроводность материала зависит от вещественного состава,

строения и характера пористости, температуры и влажности материала.

Особенности структуры оказывают значительное влияние на теплопровод-

ность. Например, если материал имеет волокнистое строение, то тепло

вдоль волокон передается быстрее, чем поперек. Так, теплопроводность

древесины вдоль волокон равна 0,30, а поперек – 0,15 Вт/(м К). Мелкопо-

ристые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые; материалы

с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы

с сообщающимися порами. Это объясняется тем, что в крупных и сооб-

щающихся порах возникает движение воздуха, облегчающее перенос теп-

ла. Наличие воды в порах материала повышает его теплопроводность, так

как вода имеет коэффициент 0,50 Вт/(м К), а воздух – 0,02 Вт/( м К). При

замерзании влажных материалов коэффициент теплопроводности еще бо-

лее повышается, потому что коэффициент теплопроводности льда равен 2,

т.е. в 100 раз больше, чем у воздуха.

Теплоемкость – свойство материала поглощать при нагревании оп-

ределенное количество тепла. При охлаждении материалы выделяют теп-

ло, причем тем больше, чем выше их теплоемкость. Коэффициент тепло-

емкости равен количеству тепла (Дж), необходимого для нагревания 1 кг

материала на 1 К

15

)( 21 ttm

QC , (8)

где Q – количество тепла, кДж; т – масса материала, кг; (t1 – t2) – разность

температур, К.

Теплоемкость неорганических строительных материалов (бетон,

кирпич, природные каменные материалы) изменяется в пределах 0,75 –

0,92 кДж/(кг К), древесины – 2,7 кДж/(кг К), вода имеет наибольшую теп-

лоемкость – 4 кДж/(кг К). Поэтому с повышением влажности материалов

их теплоемкость возрастает. Этот показатель имеет большое значение при

проверке теплоотдачи стен и перекрытий, расчете подогрева материалов

для зимних работ. Если строительный материал состоит из нескольких со-

ставных частей (например, бетон или строительный раствор), то коэффи-

циент теплоемкости такого материала рассчитывают по формуле теплоем-

кости смеси

n

nn

ppp

CpCpCpC

...

...

21

2211, (9)

где p – весовые части составляющих материалов; С – коэффициенты их

теплоемкости.

Термостойкость – способность материала выдерживать без разру-

шений определенное количество резких колебаний температуры. Едини-

цей измерения этого свойства является количество теплосмен, определяе-

мое для многих теплоизоляционных и огнеупорных материалов.

Жаростойкость – способность материала выдерживать температуру

эксплуатации до 1000 °С без нарушения сплошности и потери прочности.

Огнеупорность – способность материала выдерживать длительное

воздействие высоких температур без деформаций и разрушения. По степе-

ни огнеупорности материалы подразделяют на огнеупорные, работающие

без снижения свойств при температуре свыше 1580 °С, тугоплавкие – 1580

– 1350 °С и легкоплавкие – ниже 1350 °С. К этим материалам специально-

го назначения относятся шамотные (обожженная глина), динасовые (со-

стоящие в основном из оксида кремния) и высокоглиноземистые (содер-

жащие преимущественно оксид алюминия), которые применяют в виде

мелкоштучных кирпичей для внутренней футеровки промышленных теп-

ловых агрегатов (доменные, сталеплавильные, стекловаренные печи, авто-

клавы и т.д.).

Огнестойкость – свойство материала сопротивляться действию огня

при пожаре в течение определенного времени. Ко всем материалам, ис-

16

пользуемым в строительстве, и особенно к тем, из которых выполняют не-

сущие конструкции: стены, колонны, перекрытия, – предъявляют требова-

ния по огнестойкости, которые зависят от категории здания и сооружения

по пожаробезопасности, определяемой СНиП, СНБ. Для оценки огнестой-

кости введен показатель возгораемости, основанный на трех признаках пре-

дельного состояния: потере несущей способности (снижение прочности и

увеличение деформаций), теплоизолирующих свойств и сплошности. Пре-

дел огнестойкости конструкций и материалов характеризуется временем (ч)

с начала теплового воздействия и до появления одного из признаков пре-

дельного состояния.

По возгораемости строительные материалы подразделяют на несго-

раемые, трудносгораемые и сгораемые.

К несгораемым относят бетон, кирпич, сталь, природные каменные

материалы.

Трудносгораемые – материалы, которые под действием огня или

высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются,

но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются

(фибролит, состоящий из древесных стружек и цементного камня, асфаль-

тобетон, некоторые полимерные материалы).

Сгораемые – материалы, которые при контакте с огнем загораются

и горят открытым пламенем даже в случае ликвидации источника огня

(древесина, битум, полимерные материалы).

При действии звука на материал проявляются его акустические

свойства. По назначению акустические материалы делят на четыре груп-

пы: звукопоглощающие, звукоизолирующие, виброизолирующие и

вибропоглощающие.

Звукопоглощающие материалы предназначены для поглощения

шумового звука. Основной акустической характеристикой является вели-

чина коэффициента звукопоглощения, равная отношению количества по-

глощенной материалом звуковой энергии к общему количеству падающей

на поверхность материала в единицу времени. Звукопоглощающими мате-

риалами называют те, у которых коэффициент звукопоглощения больше

0,2. Эти материалы обладают открытой пористостью или имеют шерохо-

ватую, рельефную поверхность, поглощающую звук.

Звукоизолирующие материалы применяют для ослабления ударно-

го звука, передающегося через строительные конструкции здания из одно-

го помещения в другое. Оценку эффективности звукоизоляционных мате-

17

риалов проводят по двум основным показателям: динамическому модулю

упругости и относительной сжимаемости (%) под нагрузкой.

Виброизолирующие и вибропоглощающие материалы предназна-

чены для устранения передачи вибрации от машин и механизмов на

строительные конструкции зданий.

1.5. Химические свойства

Химические свойства характеризуют способность материала к хими-

ческим взаимодействиям с другими веществами. Возможность химических

и физико-химических процессов определяется наличием у строительных

материалов таких свойств, как химическая активность, растворимость,

способность к кристаллизации и адгезии.

Химическая активность может быть положительной, если процесс

взаимодействия приводит к упрочнению структуры (образование цементно-

го, гипсового камня), и отрицательной, если протекающие реакции вызыва-

ют разрушение материала (коррозионное действие кислот, щелочей, солей).

Химическая или коррозионная стойкость – это свойство материа-

лов противостоять разрушающему действию жидких и газообразных аг-

рессивных сред. Химическую стойкость оценивают специальным коэффи-

циентом, который рассчитывают по отношению прочности (массы) мате-

риала после коррозионных испытаний (в случае кислот и щелочей образцы

в течение двух часов кипятят соответственно в концентрированном рас-

творе кислоты или щелочи) к прочности (массе) до испытаний. При коэф-

фициенте 0,90 – 0,95 материал признается химически стойким по отноше-

нию к исследуемой среде. Органические материалы – древесина, битумы,

пластмассы – при обычных температурах относительно стойки к действию

кислот и щелочей слабой и средней концентрации. Свойства неорганиче-

ских материалов зависят от их состава.

Действие солей приводит к накоплению кристаллических продуктов

в порах материала, вызывающему рост деформаций и разрушение изделия.

1.6. Механические свойства

Механические свойства характеризуют поведение материалов при

действии нагрузок различного вида (растягивающей, сжимающей, изги-

бающей и т.д.). В результате механических воздействий материал дефор-

мируется. Если внешние усилия невелики, деформация является упругой,

18

т.е. после снятия нагрузки материал возвращается к прежним размерам.

Если нагрузка достигнет значительной величины, кроме упругих дефор-

маций появляются пластические, приводящие к необратимому изменению

формы. Наконец, при достижении некоторой предельной величины проис-

ходит разрушение материала. В зависимости от того, как материалы ведут

себя под нагрузкой, их подразделяют на пластичные (изменяют форму под

нагрузкой без появления трещин и сохраняют изменившуюся форму после

снятия нагрузки) и хрупкие. Пластичные – это, как правило, материалы

однородные, состоящие из крупных, способных смещаться относительно

друг друга молекул (органические вещества), или состоящие из кристал-

лов с легко деформируемой кристаллической решеткой (металлы). Хруп-

кие материалы (бетон, природный камень, кирпич) хорошо сопротивляют-

ся сжатию и в 5 –50 раз хуже – растяжению, изгибу, удару (соответственно

стекло – гранит).

Прочность строительных материалов характеризуется пределом

прочности, под которым понимают напряжение, соответствующее нагруз-

ке, вызывающей разрушение материала, к единице площади.

Предел прочности на сжатие или растяжение определяют по фор-

муле (СТБ 4.206-94, ГОСТ 10180-90)

A

FRсж , (МПа), (кгс/см

2), (10)

где F – разрушающая нагрузка, Н (кгс); А – площадь поперечного сечения

образца до испытания, мм2 (см

2).

Определение предела прочности на сжатие строительных материа-

лов проводят согласно ГОСТам путем испытания образцов кубов на меха-

нических или гидравлических прессах. Прочность зависит от структуры

материала, вещественного состава, влажности, направления и скорости

приложения нагрузки.

Связь между пределом прочности на сжатие и величиной средней

плотности используют для оценки эффективности материала в конструк-

циях, вычисляя коэффициент конструктивного качества (ККК) по формуле

ср

сжRККК . (11)

Например, ККК для стали равен 0,5 – 1,0; древесины – 0,7; пласт-

масс – 0,5 – 2,5; кирпича – 0,06 – 0,15.

19

Предел прочности на изгиб определяют по формулам: при одной

сосредоточенной нагрузке и балки прямоугольного сечения

22

3

ab

FlRизг , (МПа), (кгс/см

2), (12)

при двух равных нагрузках, расположенных симметрично оси балки

2

)(3

ab

hlFRизг , (МПа), (кгс/см

2) (13)

где F – разрушающая нагрузка, Н (кгс); l – пролет между опорами, мм

(см); a и b – ширина и высота поперечного сечения балки, мм (см); h –

расстояние между грузами, мм (см).

В расчете строительных материалов на прочность допускаемые на-

пряжения должны составлять лишь часть их предела прочности. Создавае-

мый запас обусловлен неоднородностью строения большинства строитель-

ных материалов, недостаточной надежностью полученных результатов при

определении предела прочности, отсутствием учета многократного пере-

менного действия нагрузки, старения материалов и т.д. Запас прочности и

величину допускаемого напряжения определяют и устанавливают в соот-

ветствии с нормативными требованиями в зависимости от вида и назначе-

ние материала, долговечности строящегося сооружения.

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению

в его поверхность другого более твердого тела правильной формы. Для оп-

ределения твердости существуют несколько методов. Твердость каменных

материалов, стекла оценивают с помощью минералов шкалы твердости

Мооса, состоящей из 10 минералов, расположенных по степени возраста-

ния их твердости (1 – тальк или мел, 10 – алмаз). Показатель твердости ис-

пытуемого материала находится между показателями двух соседних мине-

ралов, из которых один чертит, а другой сам чертится этим минералом.

Твердость металлов и пластмасс рассчитывают по диаметру отпечатка

вдавливаемого стального шарика определенной массы и размера (метод

Бринелля), по глубине погружения алмазного конуса под действием задан-

ной нагрузки (метод Роквелла) или площади отпечатка алмазной пирамиды

(метод Виккерса). Твердость материалов определяет возможность их ис-

пользования в конструкциях, подвергающихся истиранию и износу (полы,

дорожные покрытия).

Истираемость характеризуется величиной потери первоначальной

массы материала (г), отнесенной к единице площади (см2) истирания.

20

Истираемость определяют на специальных кругах или посредством воз-

действия на поверхность материала воздушной или водной струи, несущей

в себе зерна абразивных материалов (песок определенной крупности). Со-

противление истиранию определяют для материалов, предназначенных для

полов, дорожных покрытий, лестничных ступеней. Некоторые материалы

испытывают также на износ.

Сопротивление удару имеет большое значение для материалов, при-

меняемых для покрытия полов в цехах промышленных предприятий. Предел

прочности материала при ударе характеризуется количеством работы, затра-

ченной на разрушение образца, отнесенной к единице объема. Испытание

материалов проводят на специальном приборе-копре.

Износ – разрушение материала при совместном действии истираю-

щей и ударной нагрузок. Для определения износостойкости образцы мате-

риала испытывают в специальном вращающемся барабане с металличе-

скими шарами. Прочность оценивают по потере массы образцов, выра-

женной в процентах. Износу подвергаются покрытия дорог, аэродромов и

полов промышленных предприятий. Совокупность свойств материалов

должна обеспечивать их долговременную нормативную эксплуатацию в

зданиях и сооружениях – долговечность.

1.7. Технологические свойства

Технологические свойства характеризуют способность материала

подвергаться тому или иному виду обработки. Так, например, к техноло-

гическим свойствам древесины относятся: хорошая гвоздимость, легкость

обработки различными инструментами. Технологические свойства неко-

торых полимерных материалов включают способность обтачиваться, свер-

литься, легко склеиваться, свариваться. Бетонные, растворные, глиняные,

асфальтобетонные и другие смеси обладают пластичностью, вязкостью,

которые обеспечивают заполнение определенного объема.

Пластично-вязкие материалы по своим физическим свойствам зани-

мают промежуточное положение между жидкими и твердыми и при опре-

деленных условиях могут как бы совмещать свойства твердого тела и

жидкости. Известно, что глиняное или иное тесто можно разрезать ножом,

чего нельзя сделать с жидкостью, но вместе с тем это же тесто под дейст-

вием внешних сил может принимать форму сосуда, т.е. ведет себя как

жидкость.

Пластичность – способность материала деформироваться без раз-

рыва сплошности под влиянием внешнего механического воздействия и

сохранять полученную форму, когда действие внешней силы прекращается.

21

Пластичность – это важное свойство, влияющее на технологию производст-

ва бетонов, строительных растворов, керамических и других строительных

материалов, а также на свойства готовых изделий. При высокой пластично-

сти ускоряются и удешевляются операции смешивания и формования, по-

вышается однородность готовых изделий, что благоприятно сказывается на

их физических и механических свойствах, химической стойкости.

Вязкостью или внутренним трением называют сопротивление

жидкости передвижению одного ее слоя относительно другого. Когда ка-

кой-либо слой жидкости приводится в движение, то соседние с ним слои

тоже вовлекаются в движение и оказывают ему сопротивление. Величина

этого сопротивления зависит от вещественного состава и температуры.

Для количественной характеристики вязкости служит коэффициент ди-

намической вязкости, который измеряют в Па с. Вязкостные свойства

имеют большое значение при использовании органических вяжущих мате-

риалов, синтетических и природных полимеров, клеев, масел, красочных

составов. Вязкость этих материалов снижается при нагревании и резко по-

вышается с понижением температуры.

Свойства строительных материалов представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Свойства строительных материалов

Физические Механи-

ческие

Химиче-

ские

Техноло-

гические общефизи-

ческие

гидрофи-

зические

теплофизи-

ческие

акустиче-

ские

Плотность:

истинная

средняя

насыпная

Гигроско-

пичность

Теплопро-

водность

Звукопо-

глощение

Предел

прочности

на сжатие,

растяже-

ние, изгиб

Химическая

активность

Пластич-

ность

Водопог-

лощение

Теплоем-

кость

Звукоизо-

ляция

Раствори-

мость

Вязкость

Влаго-

отдача

Термо-

стойкость

Ковкость

Пористость:

общая

открытая

(капилляр-

ная)

замкнутая

Воздухо-

стойкость

Жаростой-

кость

Вибропог-

лощение

Твердость Кристал-

лизация

Гвозди-

мость и т.д.

Морозо-

стойкость

Огнеупор-

ность

Виброизо-

ляция

Истирае-

мость

Коррозион-

ная стой-

кость:

кислото-

стойкость,

щелоче-

стойкость,

солестой-

кость

Водопро-

ницае-

мость

Огнестой-

кость

Сопротив-

ление

удару

Износ

22

ГЛАВА 2.

ОРГАНИЧЕСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В зависимости от химического состава все строительные материалы

можно условно разделить на органические и неорганические. К органиче-

ским материалам относятся: древесина, органические вяжущие, которые

могут встречаться как в природе, так и быть полученными путем глубоко-

го окисления нефти, а также синтезированные полимеры.

2.1. Древесина

Древесину применяют издавна в строительстве благодаря ряду при-

сущих ей положительных свойств: высокой прочности при небольшой

средней плотности (ККК = 0,7 – 0,8), малой теплопроводности, легкости

обработки и декоративности. В строительстве применяют как хвойные, так

и лиственные породы. Область их рационального использования представ-

лена в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Применение хвойных и лиственных пород в строительстве

Применение в строительстве

Древесные породы

хвойные лиственные

сосна, ель

листвен-ница

дуб ясень береза, осина

бук, граб

Производство фанеры + + + + + +

Мостостроение + + + + + +

Гидротехническое – + + + – –

строительство

Изготовление шпал – + – – – –

Изготовление паркета – – + + – +

Стеновые отделочные материалы

– – + + + +

Дерево состоит из ствола, кроны и корней. Ствол является основной и

наиболее ценной частью, из него получают от 60 до 90 % деловой древесины.

По своему строению древесина является волокнистым пористым ма-

териалом, состоящим из живых и мертвых клеток. По назначению клетки

подразделяют на проводящие питательные вещества, запасающие их и ме-

ханические. Макроструктуру древесины изучают в поперечном и двух

продольных сечениях: радиальном и тангенциальном (рис. 2.1).

23

Рис. 2.1. Разрезы ствола дерева:

а – торцевой; б – тангенциальный; в – радиальный;

Элементы древесины: 1 – сердцевина; 2 – ядро; 3 – заболонь; 4 – кора

На поперечном сечении у хвойных пород имеются годовые кольца.

Каждое кольцо состоит в свою очередь из светлого кольца ранней древе-

сины и более темного – поздней. Ранняя древесина образовалась весной

или в начале лета, она состоит из крупных тонкостенных клеток, склонна к

загниванию, имеет большую пористость и низкую прочность. Древесина,

образовавшаяся летом и в начале осени (поздняя), имеет темный цвет

вследствие насыщения смолянистыми веществами, большую плотность и

прочность. Следовательно, чем больше образовалось поздней древесины,

тем выше ее общая прочность и стойкость по отношению к воде.

Вследствие волокнистого строения древесина относится к анизо-

тропным материалам, т. е. все ее физические и механические свойства в

разных направлениях различны.

2.1.1. Общие свойства

Каждая порода дерева имеет характерный цвет и текстуру (рисунок).

Хвойные породы в основном обладают простым и однообразным рисун-

ком, древесина лиственных пород – сложным. Благодаря богатству и раз-

нообразию текстуры ряд пород – дуб, бук, орех, каштан – высоко ценятся в

столярно-отделочных работах.

Истинная плотность древесины, состоящей в основном из целлюло-

зы, составляет 1540 кг/м3 и практически не зависит от породы дерева.

Средняя плотность колеблется от 450 кг/м3 (кедр, пихта) до 900 кг/м

3 и бо-

24

лее (граб, железное дерево, самшит, кизил) и зависит от общей пористости,

которая для хвойных пород равняется 46 – 81 %, лиственных – 32 – 80 %.

Вследствие гидрофильной природы и волокнистой пористой струк-

туры древесина при изменении температурно-влажностных условий экс-

плуатации легко впитывает и отдает влагу. В зависимости от влажности

(степень насыщения водой в %) древесину подразделяют на мокрую – све-

жесрубленную (более 35 %), воздушно-сухую (15 – 20 %) и комнатно-

сухую (8 – 12 %). Влажность, приобретенную древесиной при длительном

нахождении в условиях постоянного температурно-влажностного режима,

называют равновесной. Полная влажность (при погружении в воду) может

доходить до 200 %. Так как влажность влияет на все физические и механи-

ческие свойства древесины (увеличиваются размеры, повышается электро-

и теплопроводность, снижается прочность), то с целью анализа области

применения вводят показатель стандартной влажности – 12 % и все

свойства пересчитывают с его учетом по специальным формулам. Влага в

древесине находится в трех видах: химическая, входящая в состав основно-

го вещества целлюлозы, гигроскопическая, адсорбированная на стенках

клеток, и свободная, заполняющая клетки и межклеточные пространства.

Колебания влажности влекут изменения размеров и форм изделий.

Вследствие неоднородности строения древесина усыхает в различных на-

правлениях неодинаково. Вдоль волокон усушка составляет 1 см на 1 м

(1 %), в радиальном направлении 3 – 6 см на 1 м (3 – 6 %), в тангенциаль-

ном 6 – 12 см на 1 м (6 – 12 %). Неравномерность усушки и, как следствие,

коробление приводят к появлению внутренних напряжений и растрески-

ванию пиломатериалов и бревен. Для предотвращения коробления и рас-

трескивания деревянных изделий их изготавливают из древесины, предва-

рительно высушенной до той равновесной влажности, которая будет при

эксплуатации. Для столярных изделий, эксплуатируемых внутри помеще-

ния, влажность 8 – 10 %, для наружных конструкций 15 – 18 %. Чтобы за-

щитить древесину от последующего увлажнения, ее покрывают водостой-

кими красками, полимерными пленками. В круглом лесе и пиломатериалах

трещины усушки образуются в первую очередь на торцах. Для уменьше-

ния растрескивания торцы бревен, брусьев обмазывают смесью из извести,

соли и клея или другими защитными составами.

При влажных условиях эксплуатации древесина подвергается раз-

рушающему действию микроорганизмов – загнивает. Предохраняют дре-

весину от разрушения и продлевают срок службы конструкций и изделий в

зданиях и сооружениях за счет обеспечения вентиляции, предварительной

25

естественной или искусственной сушки, окраски водостойкими красочными

и пастовыми составами и антисептированием. Сушку проводят или в хорошо

вентилируемом складе под навесом в течение от 2 – 3 месяцев до полутора

лет, или с использованием специального оборудования. Для искусственной

сушки применяют специальные камеры-сушила непрерывного и периодиче-

ского действия с естественной и принудительной циркуляцией воздуха. Теп-

лоносителем является сначала водяной пар с температурой 70 – 80 °С, а затем

нагретый до 50 – 60 °С воздух. Продолжительность сушки – 3 – 6 сут.

Для ускорения процесса сушки до 8 – 12 ч пакет деревянных изделий

погружают в ванну с нагретым до 130 °С петролатумом, представляющим

собой гидрофобный продукт переработки нефти. Сушку особо ценной дре-

весины проводят в поле токов высокой частоты. Метод основан на пре-

вращении энергии переменного электрического тока в тепловую энергию,

вызывающую нагрев древесины и испарение воды.

Антисептирование проводят с использованием специальных веществ

– антисептиков, которые подразделяют на водорастворимые (фтористый

и кремнефтористый натрий, хлористый цинк, медный купорос), применяе-

мые для условий эксплуатации в помещении, и маслянистые (антрацено-

вое, каменноугольное, сланцевое масло), используемые для древесины, на-

ходящейся на открытом воздухе, в земле или в воде. Аналогичное назначе-

ние имеют антисептические пасты для обмазки на основе битума и жидко-

го стекла. Последние не водостойки и поэтому сверху их защищают таки-

ми гидроизоляционными рулонными материалами, как толь, рубероид.

К антисептикам предъявляют следующие требования: возможно

большая токсичность по отношению к дереворазрушающим микроорга-

низмам; длительное сохранение токсичных свойств; отсутствие вредного

влияния на прочность древесины и металла крепления (болты, гвозди);

способность как можно глубже проникать в толщу древесины; безвред-

ность для людей.

Пропитка древесины антисептиками может проводиться нескольки-

ми методами: поверхностная обработка кистями на глубину 1 – 2 мм; по-

очередное погружение изделий в горяче-холодные ванны с температурой

90 – 20 °С соответственно; под давлением 0,6 – 0,8 МПа в автоклавах; на-

сыщением в высокотемпературной ванне при 160 – 170 °С.

Теплопроводность и электропроводность древесины зависят от ее

пористости, влажности и направления потока тепла или электрического

тока. В сухом состоянии древесина является теплоизоляционным материа-

лом и хорошим диэлектриком.

26

По огнестойкости древесина относится к сгораемым материалам, ее

возгорание происходит при температуре 250 – 300 °С. Нормами допускает-

ся использование древесины для изготовления балок, колонн, арок, ферм, рам

при условии пропитки материала специальными огнезащитными веществами

– антипиренами. Наиболее эффективен метод обработки под давлением.

Традиционными средствами огнезащиты деревянных конструкций явля-

ются покрытия на основе цементно-песчаных, глиняных и других штука-

турок. Для огнезащиты древесины широко применяют также разнообраз-

ные краски – невспучивающиеся и вспучивающиеся, неорганические и ор-

ганические. Покрытия и краски защищают материал от воспламенения,

выделяя при нагревании газы, препятствующие процессу горения и по-

глощающие выделяющуюся теплоту, или воду, поддерживающую темпе-

ратуру на уровне 100 °С. Для огнезащиты деревянных конструкций приме-

няют также плитные и листовые материалы. Наиболее широкое распро-

странение нашли гипсокартонные и асбестоцементные листы. Их приме-

нение позволяет увеличить предел огнестойкости деревянных конструкций

на 20 – 30 мин при толщине 10 мм.

Химическая стойкость древесины зависит от концентрации и дли-

тельности воздействия растворов кислот и щелочей. Органические кисло-

ты (уксусная, молочная и т.п.) не разрушают этот материал, в равной мере

как и слабощелочные растворы. Неорганические кислоты (серная, фосфор-

ная) обезвоживают древесину, вызывая ее обугливание.

Механические свойства древесины зависят от направления прила-

гаемой нагрузки по отношению к древесным волокнам, средней плотности

и влажности.

Предел прочности при сжатии определяют вдоль и поперек волокон

на образцах в виде прямоугольной призмы размером 20x20x30 мм. Проч-

ность древесины при сжатии вдоль волокон в 4 – 6 раз больше, чем попе-

рек. Например, для сосны вдоль волокон – 100 МПа, поперек – 20 – 25 МПа.

Древесина вследствие своего органического происхождения и волокнисто-

го строения оказывает большое сопротивление изгибу, поэтому ее приме-

няют при изготовлении балок, стропил, ферм. Прочность, которая колеб-

лется от 50 до 100 МПа, определяют на образцах-балочках 20x20x300 мм.

Испытания проводят по схеме балки, свободно лежащей на двух опорах с

пролетом 240 мм и нагруженной двумя сосредоточенными грузами на рас-

стоянии 80 мм.

На скалывание древесина работает в стропильных фермах. Эта

прочность составляет 6 – 13 МПа при скалывании вдоль волокон и 24 –

40 МПа поперек волокон.

27

Статическая твердость численно равна нагрузке, которая необхо-

дима для вдавливания в поверхность образца половины металлического

шарика определенной массы и диаметра. В зависимости от этого показате-

ля все древесные породы подразделяют на мягкие (сосна, ель, ольха) –

35 – 50 МПа, твердые (дуб, граб, береза) – 50 – 100 МПа, очень твердые

(кизил, самшит) – больше 100 МПа. Твердость древесины понижается с

увеличением ее влажности.

Наряду со статической твердостью определяют динамическую

твердость по диаметру отпечатка, полученного в результате падения с за-

данной высоты металлического шарика определенной массы и диаметра.

Этот показатель является важным для оценки качества материалов, приме-

няемых для покрытия пола.

При работе балок, арок, ферм очень важно такое свойство, как ди-

намический модуль упругости материала, который рассчитывают по ве-

личине прогиба образца-балочки. Например, для сосны и ели динамиче-

ский модуль упругости составляет 1000 – 15000 МПа. Показатель этот воз-

растает с увеличением плотности и снижается при увлажнении.

Один из перспективных способов значительного улучшения свойств

древесины – модификация ее синтетическими полимерами. Сущность мо-

дификации состоит в том, что натуральную древесину пропитывают жид-

ким мономером, который затем отверждают под действием тепла, химиче-

ских реагентов или ионизирующего излучения. Особенность модификации

состоит в том, что синтетический полимер не просто заполняет свободное

пространство между волокнами, а взаимодействует с компонентами древе-

сины. В результате исключаются такие недостатки, как набухание и усушка,

коробление и растрескивание, загнивание и возгорание. При этом древесина

сохраняет свои положительные качества: низкую плотность, высокую проч-

ность, тепло- и звукоизолирующую способность, химическую стойкость.

Наибольший эффект от модификации получают в том случае, если в качестве

исходного материала используют древесину с низкими физико-

механическими показателями, т.е. древесину малоценных пород, не имею-

щую пока достаточно широкого технического применения, например, осину.

2.1.2. Материалы и изделия из древесины

Материалы из древесины применяют в строительстве в качестве кон-

струкционных, отделочных, теплоизоляционных, акустических и столяр-

ных изделий.

28

К конструкционным материалам относят круглые лесоматериалы,

пиломатериалы, фанеру, древесные слоистые пластики, фибролит, арбо-

лит, цементно-стружечные плиты.

Круглые лесоматериалы получают путем очистки от коры и распи-

ловки стволов деревьев. В зависимости от диаметра верхнего торца их

подразделяют на бревна (не менее 14 см), подтоварник (8 – 13 см) и жерди

(3 см). Толстые короткие лесоматериалы (длиной до 3 м) диаметром более

200 мм называют кряжами, их используют для изготовления древесного

шпона, фанеры; бревна – для выработки пиломатериалов, возведения бре-

венчатых домов, изготовления свай, гидротехнических сооружений, эле-

ментов мостов, опор линий связи, радио- и электропередачи; подтоварник

и жерди – для вспомогательных и временных сооружений.

При раскрое бревен получают пиломатериалы различного вида и

размеров (брусья, шпалы, доски) (рис. 2.2). Из бревен, досок и брусьев из-

готавливают клееные конструкции: рамы, арки, фермы, балки, сваи, проч-

ность, жесткость и несущую способность которых повышают путем арми-

рования стальными стержнями, проволокой, сеткой или стеклопластиковой

арматурой.

Фанера представляет собой листовой материал, склеенный из трех и

более слоев лущеного шпона таким образом, чтобы направление волокон в

смежных слоях было взаимно перпендикулярным. Такое строение повы-

шает однородность изделия по свойствам, исключает усадочные деформа-

ции и коробление.

Шпон – тонкий листовой материал, полученный лущением или

строганием на специальных станках распаренных кряжей.

Рис. 2.2. Пиломатериалы:

а – пластины; б – четвертины; в – горбыль; г, е – доска обрезная; д – доска

полуобрезная; ж – брус четырехканатный; з – брус чистообрезной

29

В строительстве фанеру применяют для выполнения обшивки внут-

ренних перегородок на деревянной раме, пространственных конструкций в

виде сводов и куполов, а также клееных балок, арок и ферм. С целью по-

вышения прочности, твердости и жесткости при изготовлении фанеры ме-

жду ее слоями прокладывают металлическую сетку. В этом случае фанера

называется армированной и может применяться в особо ответственных

конструкциях. В производстве изделий из фанеры важное место занимают

трубы. В зависимости от технологии фанерные трубы могут быть прессо-

ванными или полученными методом рулонной навивки – витые. Эти изде-

лия обладают повышенной противокоррозионной стойкостью и предна-

значены для транспортировки сточных вод, нефти, масел, а также слабоаг-

рессивных производственных растворов. В качестве конструкционного ма-

териала фанерные трубы используют для колонн, мачт, опор, ферм.

Древесные слоистые пластики представляют собой листовой мате-

риал, полученный методом прессовки нескольких слоев шпона, пропитан-

ного при высокой температуре высокомолекулярными смолами. Техноло-

гия производства пластика включает подготовку древесного шпона, про-

питку его полимерами, сушку пропитанного шпона, сборку в пакеты, прес-

сование, обрезку по заданным размерам. Из пластиков выполняют обшив-

ку градирен, конструкции жестких пространственных оболочек для покры-

тия помещений больших пролетов (крытые стадионы, цирки, рынки), на-

ружную и внутреннюю отделку производственных помещений.

Фибролитом называют плитный материал из тонких длинных дре-

весных стружек и минерального вяжущего (чаще портландцемента). Тех-

нология получения включает химическую обработку древесных отходов,

смешивание их с водой и цементом до получения однородной массы, за-

полнение формы и твердение изделий. Плиты фибролита можно пилить и

сверлить обычными деревообрабатывающими инструментами, в них легко

забивать гвозди и ввертывать шурупы; они хорошо оштукатуриваются и

окрашиваются; прочно сцепляются с незатвердевшим бетоном и надежно

крепятся к поверхности бетонных и каменных конструкций. Фибролит мо-

розостоек, не загнивает, не поражается грызунами. По огнестойкости ма-

териал относится к трудносгораемым. Физико-механические свойства ма-

териала зависят от его плотности, которую регулируют количеством мине-

рального вяжущего и степенью уплотнения. В зависимости от плотности

выпускают конструкционный, теплоизоляционный и акустический фибро-

лит. Конструкционные фибролитовые плиты применяют в качестве пере-

крытий, перегородок и покрытий сельскохозяйственных и складских зда-

30

ний, а также стен деревянных стандартных домов, теплоизоляционный и

акустический – для обеспечения комфортных условий проживания и рабо-

ты в жилых и общественных зданиях.

Арболит представляет собой легкий деревобетон на минеральном

вяжущем. Для изготовления арболита используют дробленые отходы лесо-

пиления и переработки древесины различных пород, а также измельченные

сучья, ветви, вершины, горбыли, рейки. В качестве минерального вяжуще-

го чаще применяют портландцемент, реже – известь с гидравлическими

добавками, в отдельных случаях – магнезиальные вяжущие и гипс. Техно-

логия изготовления аналогична фибролиту. Из арболита делают навесные

и самонесущие панели наружных и внутренних стен, плиты покрытий. По-

верхность панелей защищают асбестоцементными листами на шурупах,

цементным раствором, керамической плиткой. Не разрешается использо-

вать изделия из арболита для цоколей, стен подвалов.

Перспективным материалом для деревянного домостроения являют-

ся цементно-стружечные плиты. В отличие от фибролита и арболита эти

плиты прессуют при повышенном давлении, поэтому они имеют большую

плотность и прочность. Цементно-стружечные плиты применяют для на-

ружной обшивки стеновых панелей жилых домов, изготовления санитар-

но-техниче-ских кабин.

Выбор материалов для внутренней отделки зависит от назначения

помещений, условий эксплуатации и капитальности зданий. При этом учи-

тывают не только декоративность, долговечность самого материала, но и

удобство его эксплуатации, условия санитарно-гигиенического содержа-

ния. Так, для отделки стен в жилых комнатах применяют вагонку, в по-

мещениях общественного назначения – цементно-стружечные, древесно-

стружечные, твердые древесноволокнистые плиты с отделкой лицевой по-

верхности декоративными лакокрасочными составами, полимерными

пленками, пластиком или шпоном ценных древесных пород.

Древесностружечные (ДСП) и древесноволокнистые (ДВП) пли-

ты получают методом плоского прессования отходов древесины (стружек,

опилок), смешанных с горячими синтетическими смолами или клеевым

связующим. Аналогичные по свойствам плитные материалы отходов про-

изводят на основе переработки льна (костры) или костры в сочетании с

древесными волокнами.

Для облицовки внутренних стен общественных административных и

производственных зданий применяют декоративную фанеру с отделкой

лицевой поверхности специальной бумагой, имитирующей текстуру цен-

31

ных пород древесины или ткани, пленочным покрытием, строганым шпо-

ном. Если проектом предусмотрена улучшенная или высококачественная

отделка, используют древесные слоистые пластики. При производстве от-

делочных работ широкое применение нашли обои, которые применяют для

оклейки стен и потолков. Это рулонный материал на бумажной основе с

печатным или рельефным рисунком. При защите бумажной поверхности

прозрачными пленочными составами (моющиеся, влагостойкие) их можно

использовать в комнатах, требующих влажной уборки (кухни, туалеты,

ванные).

Для покрытия полов в жилых и общественных помещениях приме-

няют половые доски, паркет, паркетные доски, древесностружечные и

твердые древесноволокнистые плиты. Эти материалы нельзя использовать

в помещениях с влажным режимом работы (влажность более 60 %) и

большими пешеходными нагрузками (полы в вестибюлях, торговых залах,

столовых).

Такие материалы, как теплоизоляционный фибролит, арболит, мяг-

кие древесноволокнистые плиты средней плотностью 175 – 500 кг/м3, при-

меняют для утепления тонких кирпичных и бетонных стен в сельскохозяй-

ственных постройках, ограждающих стеновых конструкций жилых, обще-

ственных и промышленных зданий с сухим режимом эксплуатации.

Акустические фибролитовые и мягкие древесноволокнистые плиты

применяют при строительстве зданий аэропортов, фойе театров, кафе, рес-

торанов, используя их для выполнения звукопоглощающих подвесных по-

толков. Для улучшения акустических свойств на их поверхность наносят

специальные объемные штукатурки или выполняют перфорацию.

К столярным изделиям относятся оконные и дверные блоки, подо-

конные доски, ворота деревянные. Номенклатура погонажных изделий

приведена на рис. 2.3. Материалы и изделия, применяемые в строительст-

ве, представлены в табл. 2.2 (ил. 1 – 3).

Таблица 2.2

Применение материалов и изделий из древесины

Материалы и изделия Область применения

1 2

Круглые лесоматериалы:

длинномерные (бревна)

Получение пиломатериалов, возведение бревенчатых домов,

изготовление свай, элементов мостов, опор линий связи, ра-

дио- и электропередачи

короткие диаметром

более 200 мм (кряжи)

Получение древесного тонколистового шпона для изготовле-

ния фанеры пластиков и декоративной отделки ДСП и ДВП

32

Окончание табл. 2.2

1 2

Длинномерные пило-

материалы (брусья,

шпалы, доски)

вагонка

Изготовление клееных конструкций (рам, арок, балок, ферм).

Обшивка стен при возведении сборно-каркасных индивиду-

альных домов, выполнение кровельной обрешетки, покрытие

полов (доски)

Внутренняя и наружная отделка

Листовые

крупноразмерные

изделия:

фанера

древесный пластик

Выполнение каркасных внутренних перегородок; возведение

жестких оболочек сводов; производство клееных конструк-

ций; изготовление труб

Каркасные внутренние перегородки, жесткие оболочки, внут-

ренняя и наружная отделка стен

Плитные крупнораз-

мерные материалы:

фибролит, арболит

Выполнение ограждающих конструкций стен и внутренних

перегородок.

Плиты пониженной плотности применяют в качестве тепло-

изоляционных и акустических материалов

цементно-стружечные

(ЦСП)

Наружная облицовка стеновых панелей; изготовление сани-

тарно-технических кабин; внутренняя отделка стен при усло-

вии дополнительного использования декоративного покры-

тия: пленочного, лакокрасочного

древесностружечные

(ДСП), древесноволок-

нистые (ДВП)

Покрытие полов, отделка стен при использовании декоратив-

ных покрытий; выполнение каркасных перегородок (ДВП-

твердые). Мягкие древесноволокнистые плиты применяют в

качестве теплоизоляционных и акустических при выполнении

подвесных потолков

Мелкоштучные изде-

лия (паркет)

Выполнение покрытия пола в помещениях с влажностью не

более 60 %

Столярные изделия Оконные и дверные блоки, подоконные доски, ворота

Рис. 2.3. Погонажные изделия:

а – шпунтованные доски; б – фальцовые доски; в – плинтус;

г – наличник; д – поручень

33

2.2. Полимерные материалы и изделия

Еще в древнейшие времена были известны такие природные поли-

мерные материалы, как битумы (асфальты). За 700 лет до н. э. в Вавилоне

природный полимер-битум применяли как цементирующий и водостойкий

материал при строительстве канала под рекой Евфрат. Впоследствии эти

материалы получили дальнейшее развитие только со второй половины XIX

века. Именно в этот период проводят работы, посвященные химической

переработке таких природных материалов, как целлюлоза, каучук и белок.

В начале XX века были искусственно синтезированы новые высокомоле-

кулярные вещества уже не на основе существующих природных полиме-

ров, а на основе простых по химическому составу веществ. Громадное зна-

чение при этом имели работы основателя теории строения органических

веществ русского химика Бутлерова, в частности, синтез изобутилена и ис-

следования процесса его полимеризации.

Начиная с 30-х годов прошлого века, большое значение приобрели

полимеризационные пластики (полистирол, поливинилхлорид, полиме-

тилмет-акрилат). Появились новые виды поликонденсационных полиме-

ров: полиамидные, полиуретановые, кремнийорганические.

2.2.1. Получение и свойства полимерных материалов

В настоящее время высокомолекулярные смолы, основу всех поли-

мерных материалов, получают химическим путем в результате полимери-

зации простых молекул или поликонденсацией разных органических со-

единений.

Процесс полимеризации осуществляется без выделения побочных

продуктов путем разрыва двойных, тройных химических связей и соеди-

нения молекул в длинные линейные или разветвленные структуры. На-

пример, этилен (СН2=СН2)n при полимеризации образует линейный поли-

этилен (-СН2-СН2-)n. Для повышения скорости реакции используют нагре-

вание или давление, а также ультрафиолетовые лучи, катализаторы, ини-

циаторы. К полимеризационным полимерам, которые нашли широкое

применение в строительстве, относятся: поливинилхлорид, полистирол,

полиизобутилен, полиэтилен высокого и низкого давления. В результате

реакции поликонденсации, в которой участвуют несколько веществ, обра-

зуются сложные по составу полимеры с линейным (полиамиды, поликар-

бонаты) или пространственным строением (фенолоформальдегидные,

34

эпоксидные). При поликонденсации наряду с образующимся полимером

выделяются такие побочные продукты, как газ или вода. В зависимости от

применяемого исходного сырья полимерные материалы подразделяют на

искусственные и синтетические. Искусственные получают путем хими-

ческой модификации природных высокомолекулярных соединений (цел-

люлозы), синтетические – из различных мономеров. Сырьем для получе-

ния строительных материалов служат сложные пластические массы, ко-

торые состоят из смеси нескольких компонентов: связующего полимера,

предназначенного для обеспечения пластичности смеси в нагретом состоя-

нии и твердости в охлажденном (синтетические смолы, каучуки, целлюло-

за); наполнителя (тонкомолотый асбест, песок, отходы резины) для сни-

жения стоимости, повышения трещиностойкости, теплостойкости, твердо-

сти; пластификатора – для повышения эластичности готового изделия;

отвердителя – для ускорения набора прочности; пигмента – для придания

цвета.

Свойства полимерных материалов и изделий, как и любых других,

зависят от их состава и структуры. Микроструктура определяется в боль-

шей степени самим веществом, а макроструктура – способом получения.

Изделия из пластических масс получают несколькими методами:

прямого прессования пропитанной горячими смолами основы (ткани,

древесного шпона, бумаги) в несколько слоев (листовые пластики) или по-

лимерного пресс-порошка (плитки для облицовки полов); литьевого прес-

сования вязкотекучей расплавленной смеси (плиточный и листовой мате-

риал с объемным рисунком для отделки стен и потолка); экструзии или

продавливания пластичной массы через насадку определенного размера и

формы (плинтусы, поручни для лестниц, рейки, герметизирующие и уп-

лотняющие прокладки для окон и дверей, рулонное полотно для отделки

полов и стен); промазки верхней поверхности полотна основы (бумаги,

ткани, стеклоткани) пастообразной полимерной массой с последующим

глубоким нанесением рельефного рисунка; вальцево-каландровым мето-

дом, который состоит из тщательного перемешивания компонентов на

вальцах, последующей прокатки пластичной массы между двумя вращаю-

щимися в разные стороны валками с зазором, определяющим толщину бу-

дущего рулонного изделия, и нанесения объемного или плоского рисунка

на поверхность. Последними двумя способами получают рулонные мате-

риалы для отделки вертикальных и горизонтальных поверхностей в поме-

щениях различного назначения.

35

Теплоизоляционные полимерные материалы получают нескольки-

ми способами. Первый – путем предварительного вспенивания пластич-

ной полимерной массы за счет интенсивного механического перемешива-

ния в сочетании с действием перегретого пара (110 °С) или введения пе-

нообразующих добавок, последующей заливки смеси в форму, быстрого

охлаждения ее для фиксации пористой структуры и резки по размерам

(пенопласты).

Второй – предусматривает использование в составе полимерной мас-

сы газообразующих компонентов, заполнение формы, подогрев для

улучшения газообразования, быстрое охлаждение для фиксации структуры

и при необходимости – резка по размерам (поропласты).

Третий – за счет склеивания по контактам гофрированных листов

бумаги, ткани или древесного шпона, пропитанных горячей смолой (сото-

пласты).

Четвертый – снижение средней плотности за счет введения в поли-

мерную массу высокопористых заполнителей (перлита) или волокни-

стых компонентов.

Широкое распространение полимерных материалов (пластмасс) в

строительстве основано на их положительных свойствах: низкой истин-

ной плотности, высокой водостойкости, гидрофобности. Это материалы,

которые успешно работают в условиях действия истирающих нагрузок.

Механическая прочность хорошо сочетается в них с пластичностью и уп-

ругостью. Высокая коррозионная стойкость обеспечила их применение в

качестве антикоррозионных материалов для защиты бетонных и металли-

ческих конструкций. Имея неисчерпаемую цветовую палитру, пластмассы

могут с успехом имитировать такие материалы, как древесина, природный

камень, черные и цветные металлы. Важным положительным свойством

пластмасс является хорошая технологическая обрабатываемость. Их мож-

но легко резать, сваривать, шлифовать и полировать. Способность пласт-

масс соединяться с другими органическими и неорганическими материа-

лами позволяет создавать на их основе новые прогрессивные композици-

онные материалы и конструкции различного назначения.

Пластмассы имеют также ряд недостатков. Большинство из них об-

ладают высоким коэффициентом термического расширения, повышенной

ползучестью, неогнестойки. Под воздействием атмосферных факторов и

особенно солнечных лучей полимеры стареют. Этот процесс сопровожда-

ется снижением прочности и эластичности. Материалы имеют сравнитель-

но невысокую твердость и теплостойкость. По отношению к нагреванию

36

полимеры подразделяют на термопластичные (полиэтилен, полистирол,

поливинилхлорид) и термореактивные (на основе эпоксидных и поли-

эфирных смол). Для термопластичных переход из пластичного состояния

(при нагревании) в твердое (при охлаждении) не сопровождается измене-

нием состава и структуры изделия и, как следствие, физико-механических

свойств. Нагрев же термореактивных полимеров приводит к структурным

изменениям на микроуровне, что оказывает значительное влияние на их

свойства, они становятся жесткими и хрупкими.

2.2.2. Применение полимерных материалов и изделий

Анализ всех свойств полимерных материалов показал, что в строи-

тельстве экономически целесообразно использовать их при изготовлении

несущих конструкций высокой коррозионной стойкости, покрытии полов,

отделке стен, теплоизоляции ограждающих конструкций и технологиче-

ского оборудования, герметизации стыков и швов в крупнопанельных зда-

ниях, гидроизоляции кровель и фундаментов, изготовлении санитарно-

технического оборудования и труб, а также для антикоррозионных работ.

К несущим конструкциям можно отнести стены, оболочки и плиты

покрытий, колонны, балки, дорожные плиты, покрытия пола промышлен-

ных зданий. Примером могут служить многослойные панели, которые

применяют в качестве ограждающих конструкций для стен и покрытий.

Они представляют собой деревянный или алюминиевый каркас, обшитый с

двух сторон твердыми древесноволокнистыми и древесностружечными

плитами с водостойким полимерным покрытием или листовым пластиком,

промежуток между обшивками заполняют теплоизоляционными плитами

из пено- или поропласта. Такие конструкции широко применяют в про-

мышленном строительстве.

Большой интерес представляют пневматические конструкции (мяг-

кие оболочки), которые выполняют ограждающие функции свода. Задан-

ную форму купола и несущую способность ему обеспечивает нагнетаемый

воздух под давлением 0,1 – 1,0 кПа. Материалом для пневматических кон-

струкций служат неармированные и армированные сеткой (капроновой,

лавсановой, металлической) полимерные пленки, ткани, покрытые или

пропитанные полимерами, высокопрочные стальные канаты. Мягкие обо-

лочки применяют для покрытия рынков, спортивных залов. При заполне-

нии водой или водой в сочетании с воздухом эти конструкции используют

в качестве плотин.

37

Преимущества жестких оболочек состоят в том, что они могут иметь

как положительную, так и отрицательную кривизну поверхности. Пролеты,

перекрываемые оболочками, могут достигать 90 – 110 м, масса 1 м2 покры-

тия составляет 7 – 20 кг. Материалом для жестких оболочек служат листо-

вые стеклопластики, алюминиевые и стальные профили, клееные деревян-

ные брусья и для обеспечения теплоизоляции – пенопласт.

При строительстве цехов химической, пищевой, целлюлозно-

бумажной промышленности встает вопрос обеспечения коррозионной

стойкости несущих и самонесущих конструкций. Единственный материал,

который отвечает комплексу заданных свойств, – полимербетон. Его по-

лучают путем интенсивного перемешивания в бетоносмесителе подогре-

тых заполнителей (песка, щебня), полимерной смолы и добавок. Получен-

ную массу помещают в форму, уплотняют и выдерживают при температу-

ре до 100 °С. Полимербетоны обладают высокой механической прочно-

стью (Rсж = 90 – 110 МПа, Rрас = 9 – 11 МПа), химической стойкостью,

беспыльностью, гигиеничностью, водостойкостью. Все эти свойства пре-

допределяют применение этих материалов для изготовления колонн, плит

перекрытия, штучных материалов для покрытия пола. При производстве

полимеррастворов в составе отсутствует крупный заполнитель (щебень).

В зависимости от вида полимерного связующего полимербетоны мо-

гут быть фурановые, полиэфирные, эпоксидные; содержащие арматуру на-

зывают армополимербетонами. В зависимости от материала арматуры раз-

личают сталеполимербетон (стальная арматура) и стеклополимербетон

(стеклопластиковая арматура). Арматура может быть в виде стержней,

проволоки или отдельных волокон, равномерно распределенных по всему

объему, – дисперсная арматура. В качестве дисперсной арматуры приме-

няют короткие тонкие нити и волокна (фибры) из металла, стекла, горных

пород и полимеров. Если в полимербетоне использовано дисперсное арми-

рование, то бетон называют фиброполимербетоном.

Стеклопластиковую арматуру получают путем скручивания про-

питанных смолами стеклонитей в жгут и нанесения на поверхность полу-

ченных стержней специального защитного полимерного пленочного по-

крытия. Стеклопластиковая арматура обладает высокой прочностью, хи-

мической стойкостью, поэтому ее используют в железобетонных конст-

рукциях, эксплуатируемых в условиях действия растворов кислот и солей.

Повысить стойкость готовых железобетонных конструкций можно за

счет их пропитки мономером, который, полимеризуясь в порах бетона,

обеспечивает высокую плотность и коррозионную стойкость конструкций.

38

Пропитка проводится в специальных герметичных камерах под давлением

на глубину до 3 см. Такой материал называют бетонополимером, а конст-

рукции и изделия – бетонополимерными.

К конструкциям, испытывающим в процессе эксплуатации действие

нагрузки, относится также опалубка. Опалубку применяют для получения

на строительной площадке бетонных и железобетонных элементов и кон-

струкций. Для ее изготовления используют древесностружечные плиты,

водостойкую фанеру, пластики. Вследствие своей гидрофобности поверх-

ность пластиковой опалубки обладает малым сцеплением с бетоном и не

требует специальной смазки. Формы для производства сборного железо-

бетона на заводе могут быть цельнополимерными или комбинированными.

Последние получают путем облицовки деревянных поверхностей листами

пластиков. Кроме вышеперечисленных имеется еще один вариант изготов-

ления стеклопластиковой опалубки (форм) – методом напыления смеси

стекловолокна со смолой на ограждающую поверхность, выполненную из

ДВП, ДСП или фанеры. Кроме стеклопластиков для опалубки применяют

листовой жесткий поливинилхлорид, бумажно-слоистые пластики, поли-

этилен, резину.

Для покрытия полов в строительстве используют полимерные рас-

творы, рулонные (линолеумы), плиточные материалы и ворсовые ковровые

изделия, которые используют как вторичное покрытие. Бесшовные моно-

литные покрытия из полимерных мастик, растворов и бетонов применя-

ют в промышленных зданиях, где необходима коррозионная стойкость или

имеются повышенные требования к полам по гигиеничности и беспыльно-

сти покрытий. Покрытие выполняют в два слоя: нижний из полимербето-

на, верхний из полимерраствора. Выравнивание и уплотнение проводят

специальными вибраторами или катками.

Самым распространенным материалом для покрытия полов является

рулонный линолеум. Полы из линолеума удобны, так как упруги, заглу-

шают шум шагов, малотеплопроводны, декоративны, легко моются, хоро-

шо сопротивляются износу, долговечны. Качество линолеума оценивают

по трем основным показателям: упругости, твердости и истираемости. По

виду используемого основного сырья линолеумы можно разделить на по-

ливинилхлоридные, резиновые и алкидные. Основной объем составляют

поливинилхлоридные (ПВХ) линолеумы, которые выпускают безоснов-

ными, (методами экструзии, вальцево-каландровым) и основными (про-

мазной способ) с гладкой или тисненой фактурой лицевой поверхности. В

качестве основы используют джутовые ткани, стеклоткань и стеклосетку,

39

а также нетканый иглопробивной материал, который придает линолеуму

теплозвукоизолирующие свойства. Аналогичные изделия получают при

нанесении вспененной полимерной массы на подоснову. Эти материалы

применяют для покрытия пола в жилых, общественных и промышленных

зданиях при средней интенсивности движения.

Резиновые линолеумы (релины) изготавливают на основе синтети-

ческих каучуков, наполнителей (тонкомолотые резиновые отходы, горные

породы) и добавок. По конструкции они могут быть однослойными или

многослойными на теплозвукоизолирующей подоснове. Этот вид материа-

ла хорошо зарекомендовал себя для покрытия полов животноводческих,

медицинских помещений, в массовом жилищном строительстве использу-

ется ограниченно. Не рекомендуется воздействие кислот, щелочей, жиров,

растворителей и нефтепродуктов.

Алкидные линолеумы применяют в жилых помещениях, общест-

венных, лечебно-профилактических и производственных зданиях.

Полотна линолеума сваривают в цехах токами высокой частоты, го-

рячим воздухом или инфракрасными лучами для получения ковра разме-

ром на комнату, что снижает трудоемкость отделочных работ на строи-

тельной площадке. Линолеум укладывают по тщательно выполненному

ровному, сухому и чистому основанию и приклеивают специальными по-

лимерными составами.

К рулонным материалам можно отнести также ковровые ворсовые

тепло- и звукоизолирующие покрытия, которые применяют в жилых и об-

щественных зданиях. Их получают из синтетического ворсового материала

на подоснове. Ворсово-прошивные (тафтинговые), иглопробивные вой-

лочные ковры и ворсовые линолеумы – ворсолин применяют для устрой-

ства полов в гостиницах, театрах, библиотеках и т.д.

Второе место по объему выпускаемой продукции для покрытия по-

лов занимают плиточные полимерные материалы. В зависимости от

применяемого связующего их можно разделить на кумароновые, поли-

винилхлоридные, резиновые. Плитки получают методом прессования

или вырубкой по размерам из полотна безосновного линолеума. Основное

назначение – покрытие полов кухонь, коридоров, лестничных площадок.

Достоинства плиточных покрытий: повышенная экономичность

производства за счет снижения расхода полимерного связующего, высокая

долговечность изделий и ремонтоспособность покрытия. Недостатки: ма-

лая декоративность, большое количество швов, снижающих монолитность

покрытия, повышенная трудоемкость при устройстве полов. По сравнению

40

с плиточными материалами преимущества линолеумов – в их индустри-

альности, технологичности и большей монолитности, а также в низкой

трудоемкости при укладке.

Для отделки стен применяют пленочные безосновные и основные

материалы, а также крупноразмерные листы и мелкоштучные плитки.

Они могут быть окрашены в разные цвета с гладкой, тисненой или рельеф-

ной поверхностью. Отделку кухонь, прихожих, торговых залов, кафе вы-

полняют с применением ПВХ-пленки на бумажной подоснове с различным

печатным и тисненым цветным рисунком (полиплен, изоплен). Высокой

декоративностью обладает девилон, имитирующий кожу, тексоплен –

ткань с набивным рисунком, пропитанная специальным кремнийорганиче-

ским составом.

В отделке жилых (коридоры, прихожие) и общественных помещений

все чаще находит применение рулонный вспененный на бумажной подос-

нове пеноплен. Этот материал запрещают использовать в детских учреж-

дениях, больницах, так как он относится к группе сгораемых материалов.

Возможность применения полимерных рулонных материалов оценивают

по их поверхностному водопоглощению, гибкости и прочности на разрыв.

Облицовку плитками санитарно-технических помещений, холлов,

торговых залов выполняют с использованием специальных приклеиваю-

щих полимерных составов (мастик). Плитки выпускают полистирольные

декоративные и ПВХ рельефные, имитирующие текстуру ценных пород

древесины, лепные узоры. Вследствие низкой огнестойкости эти материалы

запрещают применять в помещениях с нагревательными приборами откры-

того огня, в детских учреждениях и на лестничных клетках. Качество изде-

лий оценивают по соответствию ГОСТу внешнего вида и термостойкости.

Для отделки стен широкое распространение нашел листовой бумаж-

но-слоистый пластик, который выпускают одноцветным и многоцветным

с имитацией ценных пород дерева, камня. Облицовочные рельефные поли-

винилхлоридные панели полидекор применяют для отделки стен и потол-

ков общественных и производственных зданий. Листы изготавливают с

рельефным рисунком, одноцветными и многоцветными, с печатным ри-

сунком, гладкой или тисненной лицевой поверхностью.

К материалам специального назначения относятся акустические,

теплоизоляционные, кровельные, гидроизоляционные, герметизирующие и

антикоррозионные.

Акустические звукоизоляционные материалы используют в конст-

рукциях между перекрытиями и стенами в виде гибких, упругих прокладок

41

из пенополиуретана или губчатой резины. По этому же назначению приме-

няют упругие минераловатные маты и плиты, представляющие собой круп-

норазмерные изделия, в состав которых входят каменные, шлаковые или

стеклянные волокна, скрепленные полимерными смолами, а также пенопо-

лиуретановые и пеновинилхлоридные плиты, располагаемые под покрыти-

ем пола.

Звукопоглощающие материалы необходимы для снижения шума в

промышленных цехах, зрительных залах, учебных аудиториях, теле- и ра-

диостудиях. Эффект звукопоглощения обеспечивает высокая сквозная по-

ристость материала (минераловатные, стекловатные плиты на фенолофор-

мальдегидном, битумном или крахмальном связующем) или искусственно

выполненная перфорация. В качестве перфорированного покрытия можно

использовать слоистый пластик. Основу полимерных изделий (плит) со-

ставляют вспененные или газонаполненные пластмассы с открытой порис-

тостью.

Теплоизоляционные материалы на основе пластмасс изготавливают

из различных полимеров: полистирола, полиуретана, полихлорвинила, по-

лиэтилена и др. Пенопласты характеризуются высокими теплоизоляцион-

ными свойствами в сочетании с хорошими прочностными показателями.

Одним из высокоэффективных теплоизоляционных материалов является

мипора, полученная вспениванием мочевиноформальдегидной смолы. Ее

применяют в виде блоков плотностью 10 – 20 кг/м3 для теплоизоляции

кирпичных стен и трехслойных каркасных панелей.

По строению теплоизоляционные пенопласты имеют преимущест-

венно замкнутые поры. Свойства материалов в зависимости от вида поли-

мера и способа производства колеблются в широких пределах: плотность

10 – 150 кг/м3; теплопроводность при температуре 20 ± 5 °С – 0,023 –

0,052 Вт/(м·К), прочность 0,05 – 4 МПа, объемное водопоглощение – 2 – 70 %.

По огнестойкости изделия относятся к трудносгораемым и сгораемым ма-

териалам.

Пенопласты широко применяют для теплоизоляции трубопроводов и

оборудования, для утепления строительных ограждающих конструкций и

защиты холодильных агрегатов. Температура применения пенопластов в

зависимости от вида смолы находится в пределах от –180 до +100 °С.

Проблема улучшения теплотехнических свойств ограждающих кон-

струкций решается за счет применения многослойных стеновых и кро-

вельных панелей, средний слой которых выполняют из эффективного

плитного утеплителя или применяют способ вспенивания полимера непо-

42

средственно в полости строительных конструкций. По этой технологии

гранулы полимера нагревают паром или токами высокой частоты, залива-

ют между слоями панели и охлаждают до определенной температуры.

В связи с высокими водостойкостью, водонепроницаемостью, часто

сочетающимися с гидрофобными свойствами, полимеры нашли широкое

применение при выполнении кровельных работ и гидроизоляции

строительных конструкций. В качестве кровельных используют листовые

и рулонные изделия, мастичные составы.

Наибольшее распространение среди листовых кровельных материа-

лов получили плоские и волнистые полиэфирные стеклопластики. Эти ма-

териалы обладают высокой прочностью, стойкостью к атмосферным воз-

действиям, повышенным светопропусканием (до 85 %). Основным назна-

чением кровельных стеклопластиков является устройство крыш для неота-

пливаемых построек – павильонов, веранд, складов, а также теплиц и

оранжерей.

Рулонные материалы одновременно выполняют роль кровельных и

гидроизоляционных. К ним относятся армированные стеклосеткой и неар-

мированные полимерные пленки, безосновные материалы, в состав кото-

рых входят резиновые смеси в сочетании с наполнителями и специальны-

ми добавками (гидробутил, бутизол, бутерол) или полученные на основе

стеклосетки и стеклоткани с пропиткой и покрытием их с двух сторон по-

лимерными мастичными составами (армобитэп, эластостеклобит и др.).

Интересно применение нового полимерного материала кровелит, ко-

торый представляет собой мастичную композицию на основе хлорсульфи-

рованного полиэтилена. Для получения прочного водостойкого верхнего

покрытия состав с помощью валиков наносят на поверхность железобе-

тонной или асбестоцементной плиты в несколько слоев, где он подсыхает

и превращается в упругий эластичный резиновый ковер, успешно рабо-

тающий при температуре от –45 до +120 °С.

Для производства новых рулонных гидроизоляционных материалов

используют синтетические полиамидные, полиэтиленовые волокна, соеди-

ненные синтетическими смолами, латексами. Иногда в массу добавляют

легкоплавкие волокна, которые при плавлении и прокатке образуют не-

прерывное полотно. Широкое применение находят синтетические волокна

с добавлением минеральных волокон (стеклянных, шлаковых) и связую-

щего вещества для производства нетканых синтетических полотен. Суще-

ствуют различные комбинации органических волокон с неорганическими

(металлическими, шлаковыми, стеклянными, базальтовыми), повышаю-

43

щими прочность, долговечность рулонных материалов. В качестве свя-

зующего используют винилацетат, фенольные смолы, эфиры полиакрило-

вой кислоты, органосиликаты и латексы.

Важная задача в строительстве – герметизация стыков между

строительными блоками и панелями, так как стыки являются наиболее

уязвимым местом в зданиях. Герметизирующие материалы для долговеч-

ного и надежного обеспечения монолитности сооружения должны быть

атмосферо- и влагостойкими, устойчивыми к многократным сезонным и

суточным температурным изменениям, иметь хорошие тепло- и звукоизо-

ляционные свойства. Применяемые материалы представляют собой мас-

тичные составы, эластичные прокладки в виде пористых или плотных ре-

зиноподобных полимерных жгутов (пороизол, гернит и др.).

Мастичные составы получают путем смешивания органических свя-

зующих с тонкомолотыми наполнителями и специальными добавками, по-

вышающими стойкость материала к действию ультрафиолетовых лучей,

замедляющими процесс старения и т.д. В качестве наполнителей, сни-

жающих расход связующего и повышающих эксплуатационные свойства,

используют порошкообразные или тонкомолотые волокнистые неоргани-

ческие материалы (песок, шлак, асбест). При их введении снижаются уса-

дочные деформации при отверждении композиций, повышаются тепло-

стойкость и механическая прочность. Тонкодисперсные отходы резины

применяют для увеличения упругости и эластичности. По виду используе-

мого связующего мастики классифицируют на полимерные, битумно-

полимерные и битумные. По технологии применения – на горячие, тре-

бующие разогрева перед нанесением на поверхность, и холодные, пла-

стичность которых обеспечивают вода (эмульсионные) или растворитель.

Кроме герметизирующего назначения мастики используют для приклеива-

ния рулонных материалов при устройстве кровли, паро- и гидроизоляции

трубопроводов и строительных конструкций, а также с целью защиты их

от коррозии.

Антикоррозионные полимерные материалы выпускают в виде ла-

кокрасочных составов, замазок, мастик, растворов и бетонов, а также таких

изделий, как плитки и листы. Основное их назначение – защита строитель-

ных конструкций и технологического оборудования от разрушения.

Полимеррастворы и полимербетоны на основе фурановых смол при-

меняют для устройства полов при действии кислот, щелочей и органиче-

ских растворителей. На основе термопластичных смол (полистирола, по-

ливинилхлорида, полиэтилена, полиизобутена) для оклеечной антикорро-

44

зионной защиты строительных конструкций производят изделия и мате-

риалы в виде листов, плиток и пленок. В качестве фиксирующих компози-

ций используют специальные клеи, замазки, мастики на основе химически

стойких высокомолекулярных смол.

Красочные составы применяют для защиты поверхности строитель-

ных конструкций от коррозии, загнивания, поглощения влаги, а также для

придания им декоративности. В зависимости от назначения в покрытии раз-

личают следующие виды малярных составов: грунтовки, обеспечивающие

сцепление покрытия с поверхностью; шпатлевки, предназначенные для за-

полнения пор, раковин и выравнивания окрашиваемой поверхности; окра-

сочные составы, придающие декоративность и выполняющие защитные

функции по отношению к поверхности изделия и конструкции.

Выбор лакокрасочных материалов, применяемых для защиты бетон-

ных, железобетонных и металлических конструкций, проводят с учетом

условий эксплуатации, вида и степени агрессивности среды, требуемой

долговечности покрытия. В марку лаков, эмалей, красок входят цифры,

обозначающие условно их назначение, буквы – вид полимерного связую-

щего. Например, эмаль ЭП-225 – ограниченно-атмосферостойкая, на осно-

ве эпоксидной смолы.

Окрасочные составы представляют собой вязкотекучие компози-

ции, которые образуют при нанесении на поверхность изделий и отвер-

ждении пленочные плотные эластичные защитные покрытия.

Основным компонентом этих материалов являются связующие

(пленкообразующие вещества), обеспечивающие пластичность смеси, проч-

ность и стойкость покрытия. В полимерных красочных составах в качестве

связующего используют высокомолекулярные смолы, в масляных – олифы.

Олифы могут быть получены путем переработки растительных масел (льня-

ного, конопляного и др.) – натуральные, полунатуральные и синтетические-

на основе полимерных смол.

В зависимости от пластичности масляные краски подразделяют на

густотертые и готовые к употреблению (при увеличении расхода олифы).

Для ускорения отверждения пленки в масляные краски вводят сиккативы.

Качество связующего оценивают по вязкости, цвету по йодомет-

рической шкале и скорости высыхания. При растворении полимерного

связующего органическим растворителем (бензином, уайт-спиритом, то-

луолом, скипидаром) получают лак, образующий при нанесении на по-

верхность прозрачное защитное покрытие, путем введения в лак пигмента

– эмаль.

45

Пигмент представляет собой тонкомолотый окрашенный порошок,

не растворимый в воде, связующем и растворителе. По происхождению

пигменты могут быть органическими, обладающими высокой интенсив-

ностью цвета, но пониженной долговечностью, и минеральными – атмо-

сферостойкими. Качество пигментов оценивают по степени их измельче-

ния – тонкости помола (дисперсности), укрывистости (раходу пигмента

на единицу окрашиваемой поверхности) и маслоемкости (минимальному

расходу связующего, необходимого для получения однородной пластич-

ной массы определенной молярной консистенции).

Красочный состав включает связующее, пигмент, растворитель (или

разбавитель) и наполнитель.

Наполнитель применяют в виде слабоокрашенного тонкомолотого

минерального материала (кварцевого песка, мела, талька, доломита, каоли-

на). Основное назначение этого компонента – повышение вязкости состава,

прочности, плотности, температуроустойчивости и снижение деформатив-

ности защитного пленочного покрытия, а также сокращение расхода доро-

гостоящего пигмента.

Разбавители используют для уменьшения вязкости красочного со-

става, в отличие от растворителя они не растворяют связующее. Разбави-

телем может быть вода в водоэмульсионных красках, олифа – в масляных

красках.

При испытании красочных составов определяют их вязкость,

твердость пленки, прочность при ударе и изгибе.

Материалы, применяемые в строительстве, представлены в табл. 2.3

(ил.4 – 6, 32, 40, 51).

Таблица 2.3

Применение полимерных материалов

Материалы и изделия Область применения

1 2

Полимербетоны,

бетонополимеры

Колонны, балки, плиты перекрытия, полы в химических

цехах с агрессивными средами

Листовые пластики Обшивка навесных панелей; устройство светопрозрачных

кровель (стеклопластики), жестких оболочек; отделка фа-

садов и внутренних стен; выполнение подвесных потол-

ков; изготовление форм при производстве железобетон-

ных изделий и конструкций

Плиты крупноразмерные

высокопористые:

мягкие

Звукоизоляция междуэтажных перекрытий

46

Окончание табл. 2.3

1 2

жесткие Теплоизоляция ограждающих конструкций (стеновых па-

нелей, плит покрытия). При наличии перфорации – звуко-

поглощающие материалы для выполнения подвесных по-

толков

Стержни стеклопластиковые В качестве арматуры при получении бетонных конструк-

ций, эксплуатируемых в условиях действия кислото- и

солесодержащих сред

Плиточные – мелкоштучные

(вырубленные и прессован-

ные) (ПВХ, кумароновые,

резиновые полистирольные

и др.)

Покрытие полов, стен в помещениях с влажным режимом

эксплуатации

Рулонные основные

и безосновные:

Выполнение мягких кровель

линолеумы (ПВХ, алкидные,

резиновые и др.)

покрытие полов в жилых, общественных помещениях

пленки гладкие и рельефные Выполнение мягких оболочек, защита кровельных и гид-

роизоляционных рулонных материалов, внутренняя от-

делка стен

Длинномерные жгуты, шну-

ры, прокладки из полиурета-

на, каучуков и мягких поро-

пластов

Герметизация швов, звукоизоляция строительных конст-

рукций

Вязкопластичные мастичные

составы на битумно-

полимерных

и полимерных связующих

Выполнение мастичных кровель, герметизация швов, ан-

тикоррозионная защита строительных конструкций, при-

клеивание рулонных, плиточных и крупноразмерных ма-

териалов к основанию

Вязкотекучие красочные

составы

Придание декоративности и защита поверхности от раз-

рушения

2.3. Битумные и дегтевые вяжущие, материалы на их основе

Битумы и дегти представляют собой органические вяжущие мате-

риалы аморфной структуры, в состав которых входят высокомолекулярные

углеводороды и их производные. К битумным материалам относятся при-

родные битумы – продукт естественного окисления нефти и искусствен-

ные, полученные путем заводской переработки нефти. Дегти получают в

результате сухой перегонки твердых видов топлива: каменного угля, торфа

или горючих сланцев.

Применение битумов было известно давно, однако литература дли-

тельное время почти не упоминала о битумах или асфальтах. В 1300 году

итальянский путешественник Марко Поло впервые указывает на залежи

«жидкого асфальта» в Баку. В 1601 году делается попытка классифициро-

47

вать битуминозные материалы и только в 1777 году Ле Сазе дает более или

менее полную классификацию асфальтов (битумов), включая в них и

нефть. В России асфальты начали применять в сороковых годах XIX сто-

летия вначале в дорожном строительстве, затем при производстве лаков,

красок и гидроизоляционных материалов. Битумы и дегти объединяет бли-

зость состава и структуры и, как следствие, – сходство основных свойств.

2.3.1. Свойства органических вяжущих

Все органические вяжущие вещества имеют черный или темно-

бурый цвет, поэтому их также называют черными вяжущими.

Обладая аморфным строением, битумы в отличие от кристалличе-

ских материалов не имеют определенной температуры плавления. Посте-

пенный переход из твердого состояния в вязкотекучее обратим и происхо-

дит без изменения основных свойств, следовательно, битумы относятся к

термопластичным органическим материалам. Деготь – темноокрашенный

жидкий продукт, обладающий низкой атмосферостойкостью. Для повыше-

ния вязкости, атмосферо- и температуростойкости в состав дегтей вводят

наполнители (известняк, песок). Так как органические вяжущие материалы

абсолютно плотные, то их средняя и истинная плотность численно равны и

колеблются в зависимости от состава от 800 до 1300 кг/м3.

В практике строительства наибольшее применение нашли битумы.

Они гидрофобны (не смачиваются водой), водостойки, пористость их прак-

тически равна нулю, поэтому они водонепроницаемы и морозостойки. Эти

свойства позволяют широко использовать битумы при получении гидроизо-

ляционных и кровельных материалов. Срок эксплуатации битумных изделий

на воздухе невелик, так как под действием солнечного света и кислорода воз-

духа происходит старение битумов, сопровождающееся повышением твердо-

сти и хрупкости. В связи с этим нефтяные битумы перевозят в закрытых ем-

костях или бумажных мешках и хранят в специальных закрытых складах,

защищенных от действия солнечных лучей и атмосферных осадков.

В связи с тем, что технология получения материалов и изделий с ис-

пользованием битумов основана на его свойстве перехода при нагревании

из твердого в пластичное состояние, а также учитывая условия работы

кровельных материалов, для битумов согласно ГОСТу предусмотрено оп-

ределение следующих теплотехнических показателей: температуры

размягчения на приборе «кольцо-шар», которая характеризует теплостой-

кость и степень размягчения битумов при нагревании; температуры

вспышки газообразных продуктов, выделяющихся из битума при нагрева-

48

нии. Последний показатель необходим для отработки безопасной техноло-

гии получения материалов и изделий с использованием битумов.

Качество битумов оценивают также по вязкости и растяжимости. Вяз-

кость определяют по глубине проникновения в битум иглы в течение опре-

деленного времени под действием фиксированной нагрузки при температуре

испытания 25 °С (пенетрация). Вязкость выражают в градусах, причем 1° со-

ответствует глубине проникновения иглы на 0,1 мм. Растяжимость (дук-

тильность) – способность битумов вытягиваться в тонкие нити, разрываю-

щиеся под действием приложенной растягивающей нагрузки. Растяжимость

измеряют в сантиметрах. Эти три основных свойства битума находятся во

взаимосвязи. Твердые битумы имеют высокую температуру размягчения, но

малую растяжимость, т.е. относительно хрупки. Мягкие битумы размягчают-

ся при невысокой температуре, могут сильно растягиваться – обладают

большой пластичностью. По вышеперечисленным свойствам для битума оп-

ределяют марку, условное обозначение которой включает буквы, опреде-

ляющие применение битума, и цифры, характеризующие его основные свой-

ства. Например, марки БН-90/10, БНК-90/40 – битумы нефтяной строитель-

ный и кровельный, температура размягчения которых 90 °С, вязкость 10 и

40° соответственно, БНД-130/200 – битум нефтяной дорожный вязкостью 131

– 200° или для верхнего слоя дорожного покрытия БД 130/200.

Битумы коррозионностойки по отношению к водным растворам

многих кислот, щелочей, солей и большинства агрессивных газов, но рас-

творяются частично или полностью в различных органических раствори-

телях (спирте, ацетоне, скипидаре). Это свойство позволяет применять их

для приготовления антикоррозионных мастик, лаков и красок.

Механические свойства битумов зависят от температуры окру-

жающего воздуха. При нормальной (20 °С) температуре – это, как правило,

твердые, относительно пластичные материалы, при понижении температу-

ры до отрицательной – хрупкие. С целью повышения эластичности, тепло-

стойкости, механической прочности в органические вяжущие вводят по-

лимерные и минеральные добавки. Материалы на основе битума нельзя

применять при действии горячей воды и жидких органических сред (масла,

растворителей, нефтепродуктов).

2.3.2. Материалы и изделия на основе органических вяжущих

Учитывая специфические свойства органических вяжущих, битумы и

дегти используют для получения материалов и изделий специального назначе-

ния: гидроизоляционных, герметизирующих, антикоррозионных и дорожных.

49

В зависимости от условий работы строительной конструкции приме-

няют различные виды гидроизоляции, а, следовательно, и материалы, ис-

пользуемые для ее выполнения.

Так, для защиты от разрушения кровли, подземных конструкций,

фундаментов под оборудование, железобетонных причалов и свай приме-

няют окрасочную гидроизоляцию. Ее выполняют в несколько слоев с ис-

пользованием битумных, дегтевых и битумно-полимерных мастик.

Мастики представляют собой пластичные или вязкотекучие компо-

зиции, в состав которых входит само органическое вяжущее: кровельный,

дорожный битумы или их смеси, высокомолекулярные смолы для увели-

чения пластичности и тонкомолотый минеральный наполнитель (песок,

известняк, асбест, тальк) для повышения долговечности, прочности, тем-

пературостойкости покрытия и экономии битума. С целью облегчения на-

несения состава на защищаемую поверхность мастику либо разогревают

(горячая мастика), либо вводят органический растворитель (холодная

мастика).

К недостаткам горячих мастик относятся нестабильность свойств,

большой расход энергии на производство, возможность получения ожогов

при их применении, тяжелые условия труда, относительно низкие эксплуа-

тационные свойства при атмосферных воздействиях. При работе с холод-

ными мастиками испаряется вредный для здоровья человека растворитель.

В последние годы все большее применение находят битумно-

эмульсионные мастики, представляющие собой равномерно распреде-

ленные в воде мелкие частицы битума, покрытые слоем твердого (цемент,

глина, известь) или жидкого (мыло, сульфитно-спиртовая барда) эмульга-

тора и наполнителя. Эмульгатор обеспечивает однородность и стабиль-

ность эмульсии, срок хранения которой не превышает нескольких месяцев.

Эти мастики не содержат токсичных растворителей, гигиеничны, взрыво- и

пожаробезопасны, легко наносятся на защищаемую поверхность, в том

числе влажную, методом напыления сжатым воздухом. Защитное покрытие

образуется за счет испарения воды. Битумно-эмульсионные мастики пред-

назначены для устройства и ремонта кровли, наружной гидроизоляции под-

земных частей зданий и сооружений, стен, полов при температуре не ниже

5 °С. Качество мастик оценивают по тем же показателям, что и битумов.

Наибольшее применение в строительстве для выполнения кровли и

гидроизоляции строительных конструкций нашли следующие мастичные

составы: МБК-Г-55(65, 75, 85, 100) – мастика битумная, кровельная горя-

чая теплостойкостью 55 – 100 °С; МБР-Г-55(65, 75, 85, 100) – битумная с

наполнителем из резиновой крошки; МББГ-90(80) – горячая битумно-

50

бутил-каучуковая; ВК-Х-60 – битумно-кукерсольная холодная. С этой же

целью используют резинобитумную мастику изол, которая может быть как

горячей, так и холодной (МРБ-Х).

Оклеечную гидроизоляцию применяют для защиты кровли, трубо-

проводов, сборных и монолитных железобетонных фундаментов. Для вы-

полнения этого вида гидроизоляции используют рулонные основные (ру-

бероид, стеклорубероид, фольгорубероид, гидроизол) и безосновные

(изол) битумные и битумнополимерные материалы.

Согласно СТБ 1107-98 основные рулонные кровельные (К) и гидро-

изоляционные (Г) материалы получают на стеклохолсте (СХ), стеклоткани

(СТ), полиэфирном холсте (ПХ), полиэфирной ткани (ПТ) и фольге (фоль-

горубероид, фольгоизол). В качестве вяжущего для пропитки основы и по-

лучения мастичного покровного состава, наносимого на поверхности с

обеих сторон, используют битум (Б) и битумно-полимерные композиции:

эластомерные (БЭ) или пластомерные (БП), обладающие повышенной эла-

стичностью, химической стойкостью и атмосферостойкостью. Для исклю-

чения склеивания материла в рулонах, а также с целью упрочнения и за-

щиты его поверхности от действия температуры, ультрафиолетовых лучей

и механических повреждений применяют посыпки: крупнозернистую

(цветную) – К (Ц), мелкозернистую – М, пылевидную – П, металлическую

фольгу – МФ и полимерную пленку – ПП. Марку материала обозначают

следующим образом: К-СТ-Б-К/ПП-3,0 СТБ 1107-98 – материал кровель-

ный на стеклоткани с использованием битумного вяжущего и крупнозер-

нистой посыпки (или пленочного покрытия) с массой покровного состава

3001-3500 г/м2. В зависимости от технологии укладки рулонных материа-

лов они могут быть приклеиваемые к основанию с помощью специаль-

ных мастик и наплавляемые. Последние имеют утолщенный слой по-

кровного состава с нижней стороны рулона, который для приклеивания ра-

зогревают, придавая клеящую способность, газопламенной горелкой. При

использовании в качестве основы пропитанного битумом картона и битум-

ного мастичного покровного состава материал называют рубероидом, если

основой являлась стеклоткань – стеклорубероидом. Качество рулонных

материалов оценивают по гибкости на брусе определенного радиуса при

нулевой или отрицательной температурах, теплостойкости, разрывной

силе при растяжении и водопоглощению. Мягкая рулонная кровля пред-

ставляет собой многослойное покрытие, поэтому в качестве подслоя при-

меняют покровные материалы, защищенные полимерной пленкой или пы-

левидной посыпкой, а также беспокровные, представляющие собой кар-

51

тонную основу, пропитанную битумом – пергамин. Кроме рулонных мате-

риалов для защиты крыши и всего здания в целом применяют листовые

материалы – «Ондулин» и плитки «Шинглс» (битумную черепицу). Пер-

вый представляет собой волнистые упругие листы, отформованные из цел-

люлозных волокон, пропитанных битумом. С лицевой стороны листы по-

крыты защитно-декоративным красочным слоем на основе термореактивно-

го полимера и светостойких пигментов. Второй материал получают на ос-

нове стеклохолста или асбестового картона, пропитанного битумом. На

нижнюю поверхность нанесен самоклеющийся слой из резинобитумного

состава, обеспечивающий абсолютную герметичность кровли за счет его ра-

зогрева и частичного расплавления солнечной энергией. Верхнее мастичное

покрытие защищено каменными высевками определенного размера и цвета.

Обмазочную гидроизоляцию выполняют из асфальтовых штукату-

рок. Рекомендуется она для жестких, недеформируемых горизонтальных и

вертикальных бетонных поверхностей. В состав асфальтовых штукатурок,

которые могут быть холодными и горячими, входят соответственно: би-

тумная эмульсионная паста или разогретый битум, наполнитель и кварце-

вый песок. Битумная паста представляет собой густую сметанообразную

массу, получаемую интенсивным механическим измельчением битума в

воде в присутствии неорганического эмульгатора (извести), повышающего

ее однородность и стабильность.

Для заполнения различных по конструкции и назначению швов с це-

лью придания монолитности конструкции, защиты от промокания и про-

мерзания применяют эластичные герметизирующие битумные и битумно-

полимерные мастики (герметики) с добавлением резиновой крошки. При-

мером герметизирующих мастик могут служить битумно-резиновая – ре-

зопласт (марки РК и РГ), состоящая из резиновой крошки, битума, поли-

мерного компонента, пластификатора, и битумно-бутилкаучуковая, вклю-

чающая битум в сочетании с бутилкаучуком, тальком и пластификатором –

МББП-65. Герметизирующие битумные материалы должны удовлетворять

следующим требованиям: быть гибкими и упругими; влаго- и газонепро-

ницаемыми; обладать атмосферостойкостью и антикоррозионными свой-

ствами; сохранять физико-химические и физико-механические свойства в

процессе эксплуатации; иметь прочное сцепление с материалом конструк-

ции; не выделять токсичных веществ.

Коррозионная стойкость металлических, бетонных, железобетон-

ных конструкций обеспечивается средствами первичной и вторичной

защиты. К первичным мерам относятся все те технологические мероприя-

52

тия, которые обеспечивают стойкость самого материала (подбор состава).

Вторичную защиту применяют в том случае, если при использовании пер-

вичной не достигается требуемая долговечность конструкции.

К мерам вторичной защиты относятся: лакокрасочные покрытия, ок-

леечные и штукатурные (обмазочные) покрытия на основе битумов. Кроме

битумов красочные составы содержат модифицирующие полимерные до-

бавки и органические растворители, при испарении которых и образуется

стойкое покрытие. К недостаткам покрытий относится их пористость, мед-

ленное отверждение, низкая тепло-, морозо- и радиационная стойкость.

Однако доступность и относительно низкая стоимость битумов обеспечили

им широкое применение в строительстве.

Асфальтобетоны и растворы являются важнейшими материалами

для устройства дорожных и аэродромных покрытий, полов на промышлен-

ных предприятиях, ирригационных каналов, плоских кровель.

Асфальтобетон – искусственный строительный материал, получае-

мый в результате отвердевания уплотненной асфальтобетонной массы, со-

стоящей из тщательно перемешанных компонентов: щебня (гравия), песка,

минерального порошка-наполнителя и битума. Асфальтобетон без крупно-

го заполнителя называют асфальтовым раствором.

По виду крупного заполнителя асфальтобетоны разделяют на щебе-

ночные и гравийные. В зависимости от марки применяемого битума и

температуры укладки – на горячие (120°), теплые (70°) и холодные, при-

готовленные на жидких битумах или битумных эмульсиях, которые ис-

пользуют при температуре окружающего воздуха не ниже 5 °С.

По наибольшему размеру зерен щебня или гравия горячие и теплые

асфальтобетоны разделяют на крупнозернистые – наибольший размер зе-

рен до 40 мм; мелкозернистые – до 20 мм, песчаные – с наибольшим

размером зерен до 5 мм. Холодные асфальтобетоны могут быть только

мелкозернистыми или песчаными. Кроме того, горячие и теплые асфаль-

тобетоны в зависимости от использования их в дорожной конструкции

разделяют на плотные – для верхних слоев покрытия дорог с остаточной

пористостью от 1 до 5 % по массе, пористые (5 – 12 %) – для верхнего

слоя и оснований дорожных покрытий, высокопористые (12 – 18 %). Тех-

нология приготовления асфальтобетонной смеси предусматривает подог-

рев заполнителей и битума до заданной температуры, тщательное переме-

шивание их в смесителе. По технологическим признакам асфальтобетон-

ную массу подразделяют на жесткую, пластичную и литую. Для уплот-

нения жестких и пластичных масс применяют тяжелые и средние катки.

53

Литую асфальтобетонную массу уплотняют специальными валиками, лег-

ким катком или вовсе не уплотняют.

Качество асфальтобетонного покрытия оценивают по прочности,

износостойкости и водостойкости. Технические свойства асфальтобетона

значительно изменяются в зависимости от температуры. При обычной

температуре (20.. – 25 °С) он имеет упруго-пластичные свойства, при по-

вышенных – вязкопластичные, а при пониженных температурах становит-

ся хрупким. В связи с этим испытания механической прочности проводят

при температурах 0, 20, 50 °С при постоянной скорости подачи нагрузки.

В зависимости от температуры и марки используемого битума прочность

на изгиб соответственно равна 1,0 – 1,2; 2,5 – 3 и 10 – 15 МПа.

Отличительной особенностью асфальтобетона является его спо-

собность к вязкому сопротивлению ударным воздействиям и износу.

Установлено, что в условиях движения городского транспорта износ

составляет от 0,2 до 1,5 мм в год. Так как асфальтобетон чувствителен

к колебаниям температуры внешней среды, то в нем постоянно проис-

ходят структурные изменения, приводящие к разрушению покрытия.

Особенно интенсивно деструктивные процессы происходят при резкой

смене температур. Процесс этот ускоряется действием воды и старени-

ем самого органического вяжущего. Применение материалов на основе

битума представлено в табл. 2.4 (ил. 7, 33).

Таблица 2.4

Применение материалов на основе битумов

Область применения Используемые материалы и изделия

Гидроизоляция строи-

тельных конструкций:

окрасочная

Мастики (горячие, холодные) битумные, битумно-

полимерные, битумно-эмульсионные

оклеечная Рулонные основные (на картоне, стеклохолсте и ткани) и

безосновные наплавляемые и приклеиваемые

обмазочная

Асфальтовые штукатурки холодные и горячие

Кровельные покрытия Листовой – «Ондулин», плиточный – битумная черепица

(«Шинглс»), рулонные и мастичные материалы

Герметизация швов Мастики битумно-резиновые, битумно-каучуковые

Антикоррозионная защита

строительных конструкций

Красочные и мастичные битумные и битумно-

полимерные составы, рулонные изделия

Покрытия дорог, полов,

плоских кровель

Асфальтобетоны и асфальторастворы

54

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ НОРМАТИВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 11047-90. Изделия деревянные.

2. СТБ 4.208-95. Система показателей качества продукции. Строительство.

Конструкции и детали деревянные клееные. Номенклатура показателей.

3. СТБ 4.223-96. Система показателей качества продукции. Строительство.

Изделия паркетные. Номенклатура показателей.

4. СТБ 1074-97. Детали профильные из деревянных и древесных материа-

лов для строительства. Технические условия.

5. СТБ 1105-98. Блоки стеновые из арболита для малоэтажного строитель-

ства. Технические условия.

6. СТБ 1116-98. Плиты костровые и древеснокостровые. Технические ус-

ловия.

7. СНБ 5.05.01-2000. Деревянные конструкции.

8. СН 549-82. Изготовление и применение конструкций и изделий из ар-

болита.

9. ГОСТ 4598-86. Древесноволокнистые плиты.

10. ГОСТ 19222-84. Фибролит.

11. СН 525-80. Инструкция по технологии изготовления полимербетона и

изделий из него.

12. СТБ 4.230-98. Материалы и изделия отделочные полимерные. Номенк-

латура показателей.

13. СТБ 1064-97. Плитки из термопласткомпозитов для полов. Технические

условия.

14. СТБ 1092-97. Мастика герметизирующая битумно-эластомерная. Тех-

нические условия.

15. СТБ 1103-98. Арматура стеклопластиковая. Технические условия.

16. СТБ 1161-99. Плиты теплоизоляционные из синтетических волокон.

Технические условия.

17. СТБ 1240-2000. Стеклопластик рулонный. Технические условия.

18. СТБ 1246-2000. Пенопласт теплоизоляционный на основе карбамидо-

формальдегидной смолы. Технические условия.

19. ГОСТ 7251-77. Линолеум поливинилхлоридный на тканевой основе.

Технические условия.

20. ГОСТ 11529-86. Материалы поливинилхлоридные для полов. Методы

контроля.

55

21. ГОСТ 18108-80. Линолеум поливинилхлоридный на теплозвукоизоли-

рующей подоснове. Технические условия.

22. ГОСТ 26149-84. Покрытие для полов рулонное на основе химических

волокон. Технические условия.

23. ГОСТ 30307-95. Мастики строительные полимерные клеящие латекс-

ные. Технические условия.

24. ГОСТ 22950-95. Плиты минераловатные повышенной жесткости на

синтетическом связующем. Технические условия.

25. СТБ 4.224-95. Материалы и изделия полимерные строительные герме-

тизирующие и уплотняющие. Номенклатура показателей.

26. СТБ 1033-96. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и ас-

фальтобетон. Технические условия.

27. СТБ 1062-97. Битумы нефтяные для верхнего слоя дорожного покрытия.

28. СТБ 1093-97. Пергамин кровельный. Технические условия.

29. СТБ 1107-98. Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные

на битумном и битумно-полимерном вяжущем. Технические условия.

30. СТБ 1220-2000. Битумы модифицированные дорожные. Технические

условия.

31. СТБ 1245-2000. Эмульсии битумные катионные. Технические условия.

32. ГОСТ 7415-86. Гидроизол. Технические условия.

33. ГОСТ 10296-79. Изол. Технические условия.

34. ГОСТ 10923-93. Рубероид. Технические условия.

35. ГОСТ 15879-70. Стеклорубероид. Технические условия.

36. ГОСТ 20429-84. Фольгоизол. Технические условия.

37. ГОСТ 30547-97. Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные.

Общие технические условия.

38. СТБ 1062-97. Битумы нефтяные для верхнего слоя дорожного покры-

тия. Технические условия.

56

ГЛАВА 3.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

К неорганическим строительным материалам относятся природные

каменные, полученные в результате механической обработки горных по-

род, и искусственные: керамические, на основе минеральных расплавов,

металлов, а также минеральных вяжущих веществ.

3.1. Природные каменные материалы

Природный камень – первое добытое человеком полезное ископае-

мое, которое использовали для строительства жилья, храмов, театров и

других монументальных сооружений.

Древние камнерезы великолепно знали свойства горных пород, их не

останавливала твердость камня. В руках мастеров камень был податливым

пластичным материалом, из которого получали строительные детали и из-

делия любой формы. При добыче, которая проводилась вручную, в скале

по обозначенным границам будущего блока медным резцом выдалбливали

глубокую канавку. Затем в нее забивали клинья из сухого дерева и облива-

ли их водой. Дерево разбухало, увеличивалось в объеме, трещина расши-

рялась – и блок отделялся от скалы. Затем камень обрабатывали на месте

инструментами из камня, меди и дерева, придавая ему форму стандартного

блока для кладки стен или призмы для облицовки.

Самым большим чудом света являются пирамиды – гробницы фарао-

нов. Наибольшая из них – пирамида Хеопса, возведенная до н.э. из 2300000

кубических блоков известняка с гладко отшлифованными сторонами. Мас-

са каждого слагающего пирамиду блока более 2 т, общая масса пирамиды

составляет примерно 5,7 млн. т. Никакого связующего материала в пира-

миде нет, камни держатся собственной тяжестью и за счет очень точной

подгонки по размерам.

Исключительно велика роль камня и в другого рода монументальных

сооружениях – храмах, по грандиозности не уступающих пирамидам. Хра-

мы украшали пилонами (башнеобразное сооружение в виде усеченной пи-

рамиды), колоннами, скульптурами из резного камня.

Замечательным достижением греческой архитектуры является

Афинский Акрополь, построенный в V – IV в. до н.э. из мрамора разных

оттенков. В условиях сухого климата Греции мраморные сооружения ве-

ликолепно сохранились в течение более чем двух тысячелетий. Но за по-

следние 20 лет из-за загрязнения воздуха скульптуры подверглись более

значительному разрушению, чем за 25 веков.